Aplikasi Transistor

1) SCR LOGIC MODE
SCR adalah komponen elektronika yang termasuk thyristor, yaitu lapisan bentuk PN junctionkhusus dimana terdiri dari 4 lapisan.Karakteristik dari SCR secara umum dapat dikatakan sebagai berikut : arus yang melewatianoda ke katoda relative kecil selama tegangan diantaranya belum melewati VBO (VoltageBreak Over). Setelah melewati maka tegangan antara anoda dan katoda akan turun hinggamencapai harga Hold Voltage. Diode akan tetap menghantar selama arus yang melewatinyatidak kurang dari nilai IH (hold current).



Cara kerja rangkaian arus yang melewati anode kekatode relative kecil agar bekerja sebagai penghantarmaka gate harus diberi trigger (+). Tegangan pada gateharus lebih positif dari katode dengan cara menutupsaklar S1 sehingga gate tersulut, dan led menyala karenamendapatkan beda potensial dan aruspun mengalir.Untuk menon-aktifkannya kita dapat menghubungkanS2, maka gate menjadi low current / drop out dankembali menyumbat.

2) LIGHT SENSOR

 

Aplikasi sensor sederhana dengan menggunakan transistor sebagai driver relay.

Cara kerja rangkaian adalah dengan memanfaatkancahaya sebagai pengaktifnya. Kita ketahui bahwa LDRmempunyai karakteristik sebagai berikut apabila terkenacahaya maka resistansinya kecil dan sebaliknya apabilatidak terkena cahaya maka resistansinya besar. Jadi padasaat LDR tertutup dan tidak terkena cahaya makaresistansinya membesar sehingga arus yang melewatiLDR akan terhambat dan mengalir menuju basis Q1(npn)dimana karakteristik npn adalah akan menghantar apabilabasis lebih positif daripada emitter dengan mengalirnyaarus menuju basis maka Q1 dalam kondisi menghantar(kolektor dan emitter ON). Untuk Q2 (pnp) sebaliknyaemitter harus lebih positif dari basis, karena kolektoremitter Q2 terhubung dengan sumber tegangan melaluililitan relay seperti yang telah dijelaskan bahwa kolektordan emitter Q1 ON (saklar tertutup) maka dengan begitu juga kaki basis Q2 terhubung langsung dengan kolektor Q1 sehingga Q2 dalam keadaanmenghantar (untuk jenis pnp : diode basis-emiter Q2 dalam kondisi reverse) dengan menghantarnyaQ2 maka sumber tegangan yang melalui relay mengalir sehingga menginduksi lilitan relay danmenimbulkan medan magnet yang dapat menarik saklar pada relay. Saklar yang terhubung dengan tegangan 5V dapat mengalir melaui R4 dan LED dengan begitu LED pun menyala. Contoh rangkaian lain :

 



 

Bab 8 Rangkaian Penyearah

Pendahuluan
Peralatan kecil portabel kebanyakan menggunakan baterai sebagai sumber dayanya,
namun sebagian besar peralatan menggunakan sember daya AC 220 volt – 50Hz. Di
dalam peralatan tersebut terdapat rangkaian yang sering disebut sebagai adaptor atau
penyearah yang mengubah sumber AC menjadi DC. Bagian terpenting dari adaptor
adalah berfungsinya diode sebagai penyearah (rectifier). Pada bagian ini dipelajari
bagaimana rangkaian dasar adaptor tersebut bekerja.
8.2 Penyearah Diode Setengah Gelombang
Perhatikan rangkaian pada gambar 8.1-a, dimana sumber masukan sinusoida
dihubungkan dengan beban resistor melalui sebuah diode. Untuk sementara kita
menganggap keadaan ideal, dimana hambatan masukan sinusoida sama dengan nol dan
diode dalam keadaan hubung singkat saat berpanjar maju dan keadaan hubung terbuka
saat berpanjar mundur.
Besarnya keluaran akan mengikuti masukan saat masukan berada di atas “tanah”
dan berharga nol saat masukan di bawah “tanah” seperti diperlihatkan pada gambar 8.1-
b. Jika kita ambil harga rata-rata bentuk gelombang keluaran ini untuk beberapa
periode, tentu saja hasilnya akan positif atau dengan kata lain keluaran mempunyai
komponen DC.
Kita juga melihat komponen AC pada keluaran. Kita akan dapat mengurangai
komponen AC pada keluaran jika kita dapat mengusahakan keluaran positif yang lebih
besar, tidak hanya 50% seperti terlihat pada gambar 8.1-b..

Gambar 8.1 Penyearah setengah gelombang


Gambar 8.2 Rangkaian penyearah gelombang penuh

8.3 Penyearah Diode Gelombang Penuh
Terdapat cara yang sangat sederhana untuk meningkatkan kuantitas keluaran positip
menjadi sama dengan masukan (100%). Ini dapat dilakukan dengan menambah satu
diode pada rangkaian seperti terlihat pada gambar 8.2. Pada saat masukan berharga
negatif maka salah satu dari diode akan dalam keadaan panjar maju sehingga
memberikan keluaran positif. Karena keluaran berharga positif pada satu periode
penuh, maka rangkaian ini disebut penyearah gelombang penuh.
Pada gambar 8.2 terlihatbahwa anode pada masing-masing diode dihubungkan
dengan ujung-ujung rangkaian sekunder dari transformer. Sedangkan katode masingmasing
diode dihubungkan pada titik positif keluaran. Beban dari penyearah
dihubungkan antara titik katode dan titik center-tap (CT) yang dalam hal ini digunakan
sebaga referensi atau “tanah”.


Gambar 8.3 Keluaran dari penyearah gelombang penuh

Mekanisme terjadinya konduksi pada masing-masing diode tergantung pada
polaritas tegangan yang terjadi pada masukan. Keadaan positif atau negatif dari
masukan didasarkan pada referensi CT. Pada gambar 8.3 nampak bahwa pada setengah
periode pertama misalnya, v1 berharga positif dan v2 berharga negatif, ini
menyebabkan D1 berkonduksi (berpanjar maju) dan D2 tidak berkonduksi (berpanjar
mundur). Pada setengah periode ini arus D1 i mengalir dan menghasilkan keluaran yang
akan nampak pada hambatan beban.
Pada setengah periode berikutnya, v2 berharga positif dan v1 berharga negatif,
menyebabkan D2 berkonduksi dan D1 tidak berkonduksi. Pada setengah periode ini
mengalir arus D2 i dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban.
Dengan demikian selama satu periode penuh hambatan beban akan dilewati aris D1 i dan
D2 i secara bergantian dan menghasilkan tegangan keluaran DC.
8.4 Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan
Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah diode. Dua
diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan berkonduksi saat isyara negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator
yang memiliki center-tap.
Seperti ditunjukkan pada gambar 8.4, bagian masukan AC dihubungkan pada
sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4. Katode D1 dan D3 dihubungkan
degan keluaran positif dan anode D2 dan D4 dihubungkan dengan keluaran negatif
(tanah).
Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga negatif,
maka diode D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur. Pada sambungan
bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada keadaan ini elektron akan
mengalir dari titik B melalui D4 ke beban , melalaui D1 dan kembali ke titik A.
Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi negatif dan titik B menjadi
positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan
berpanjar mundur. Aliran arus dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3
dan kembali ke titik B. Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus
yang mengalir ke beban tetap pada arah yang sama.


Gambar 8.4 Penyearah gelombang penuh model jembatan

Rangkaian jembatan empat diode dapat ditemukan di pasaran dalam bentuk
paket dengan berbagai bentuk. Secara prinsip masing-masing bentuk mempunyai dua
terminal masukan AC dan dua terminal masukan DC.

8.5 Penyearah Keluaran Ganda
Pada berbagai sistem elektronik diperlukan sumber daya dengan keluaran ganda
sekaligus, positif dan negatif terhadap referensi (tanah). Salah satu bentuk rangkaian
penyearah gelombang penuh keluaran ganda diperlihatkan pada gambar 8.5. Perhatikan
bahwa keluaran berharga sama tetapi mempunyai polaritas yang berkebalikan.

Diode D1 dan D2 adalah penyearah untuk bagian keluaran positif. Keduanya
dihubungkan dengan ujung transformer. Diode D3 dan D4 merupakan penyearah untuk
keluaran negatif. Titik keluaran positif dan negatif diambil terhadap CT sebagai
referensi atau tanah.


Gambar 8.5 Penyearah keluaran ganda

Misalkan pada setengah periode titik atas transformer berharga positif dan
bagian bawah berharga negatif. Arus mengalir lewat titik B melalui D4, L2 R , L1 R , D1
dan kembali ke terminal A transformator. Bagian atas dari L1 R menjadi positif
sedangkan bagian bawah L2 R menjadi negatif.
Pada setengah periode berikutnya titik atas transformer berharga negatif dan
bagian bawah berharga positif. Arus mengalir lewat titik A melalui D3, L2 R , L1 R , D2
dan kembali ke terminal B transformator. Bagian atas dari L1 R tetap akan positif
sedangkan bagian bawah L2 R berpolaritas negatif. Arus yang lewat L1 R dan L2 R
mempunyai arah yang sama menghasilkan tegangan keluaran bagian atas dan bagian
bawah pada L1 R dan L2 R .

8.6 Tapis (Filter)
Pada prinsipnya yang diinginkan pada keluaran penyearah adalah hanya
komponen DC, maka perlu adanya penyaringan untuk membuang komponen AC.
Secara praktis kita dapat memasang sebuah kapasitor besar pada kaki-kaki beban,
karana kapasitor dapat bersifat hubung terbuka untuk komponen DC dan mempunyai
impedansi yang rendah untuk komponen AC.


Gambar 8.6 Arus beban sebagai fungsi dari tegangan keluaran untuk tapis-C dan tapis-L

Berdasarkan jenis komponen yang digunakan, tapis penyearah dapat
dikelompokkan menjadi dua. Kelompok pertama dilakukan dengan memasang
kapasitor atau disebut sebagai tapis kapasitor atau tapis masukan-C. Kelompok lain
dilakukan dengan memasang induktor atau kumparan disebut sebagai tapis induktif atau
tapis masukan-L. Keluaran tapis-C biasanya mengalami penurunan saat beban
meninggi. Sedangkan tapis-L cenderung mempertahankan keluaran pada harga yang
relatif konstan. Namun demikian tegangan keluaran tapis-L relatif lebih rendah
dibandingkan tapis-C. Gambar 8.6 memperlihatkan hubungan besarnya tegangan
keluaran sebagai fungsi dari arus beban untuk tapis-C dan tapis-L.

8.6.1 Tapis Kapasitor
Tapis kapasitor sangat efektif digunakan untuk mengurangi komponen AC pada
keluaran penyearah. Pertama akan kita lihat karakter kapasitor sebagai tapis dengan
memasang langsung pada keluaran penyearah tanpa memasang beban.

a. Penyearah Tanpa Beban
Rangkaian tanpa beban dengan pemasangan kapasitor beserta bentuk keluarannya
diperlihatkan pada gambar 8.7. Saat sumber tegangan (masukan) dihidupkan, satu
diode berkonduksi dan keluaran berusaha mengikuti tegangan transformator. Pada
kondisi ini tiba-tiba tegangan kapasitor menjadi besar dan arus yang mengalir menjadi
besar (dalam ini, i = C dv / dt; dv / dt = ¥ ). Saat masukan membesar keluaran juga
akan membesar, namun saat masukan menurun tegangan kapaasitor atau keluaran tidak
mengalami penurunan tegangan karena tidak ada proses penurunan tegangan. Dalam
keadaan ideal ini, tegangan keluaran DC akan sama dengan tegangan puncak masukan dan akan ditahan untuk seterusnya.


Gambar 8.7 Penyearah tanpa beban : a) Rangkaian dengan tapis kapasitor dan
b) bentuk keluaran

Beberapa implikasi dari anggapan ideal tersebut adalah:
i) Arus dari transformr tergantung pada hambatan kumparan dan mungkin
tergantung pada kemampuan magnet dari intinya, sehingga kemungkinan
tegangan keluarannya berubah-ubah.
ii) Diode bukan konduktor yang sempurna saat berpanjar maju, untuk silikon
biasnya akan mengalami penurunan tegangan sekitar 0,6 sampai dengan 1,0
volt dan juga bukan merupakan isolator yang sempurna saat berpanjar
mundur.
iii) Tegangan kapasitor biasanya meluruh, baik karena adanya penurunan arus
yang terambil melalui beban atau karena terjadi kebocoran pada kapasitor
sendiri atau pada diode.

b. Penyearah Setengah Gelombang Dengan Beban Dan Tapis Kapasitor
Pada gambar 8.8-a kita menambahkan sebuah kapasitor sebagai tapis pada penyearah
setengah gelombang. Pada setengah periode positif (1), diode berpanjar maju dan arus
mengalir dari B menuju A melewati C, beban dan diode. Kapasitor C akan dengan
cepat terisi seharga tegangan puncak masukan, pada saat yang sama arus juga mengalir
lewat beban. Arus awal yang mengalir pada diode biasanya berharga sangat besar
kemudian berikutnya akan mengalami penurunan (lihat gambar 8.8-b).


Gambar 8.8 Penyearah setengah gelombang dengan tapis kapasitor: a) Rangkaian
dasar dan b) bentuk isyarat masukan, tegangan diode, tegangan keluaran,
arus beban dan arus diode.

Pada saat masukan negatif (2) diode berpanjar mundur. Pada kondisi ini diode
tidak berkonduksi dan tegangan pada C akan dilucuti melalui hambatan L R . Hasilnya
berupa arus pelucutan yang mengalir lewat C dan L R . Dengan demikian walaupun
diode dalam kondisi tidak berkonduksi, resistor L R tetap mendapatkan aliran arus
pengosongan kapasitor tersebut. Akibatnya, tegangan pada L R akan tetap terjaga pada
harga yang relatif tinggi.
Proses pengosongan C terus berlanjut sepanjang periode negatif. Menjelang
akhir setengah periode negatif terjadi penurunan keluaran dengan harga RL V terendah
sebelum akhirnya periode positif berikutnya datang. Kemudian diode akan berpanjar
maju lagi dan C mengalami proses pengisian lagi. Dalam proses pengisian ini
diperlukan arus diode (Id ) yang lebih rendah. proses di atas akan terus berulang pada
periode positif dan negatif berikutnya.
Efektivitas kapasitor sebagai tapis tergantung pada beberapa faktor, diantaranya
adalah :
1. Kapasitas/ukuran kapasitor
2. Nilai beban RL yang dipasang
3. Waktu
Ketiga faktor tersebut mempunyai hubungan
T = R x C…………………………………………………(8.1)
dimana T adalah waktu dalam detik, R adalah hambatan dalam ohm dan C adalah
kapasitansi dalam farad. Perkalian RC disebut sebagai “konstanta waktu” merupakan
ukuran seberapa cepat tegangan dan arus tapis (kapasitor) merespon perubahan pada
masukan. Kapasitor akan terisi sampai sekitar 62,2% dari tegangan yang dekenakan
selama satu konstanta waktu. Demikian saat dikosongkan selama satu konstanta waktu,
maka tegangan kapasitor akan turun sebanyak 62,2%. Untuk mengisi kapasitor sampai
penuh diperlukan waktu sekitar 5 kali konstanta waktu.
Tapis kapasitor seperti pada gambar 8.8 akan terisi dengan cepat selama periode
positif pertama. Namun kecepatan pengosongan C akan sangat tergantung pada harga
L R . Jika L R berharga rendah proses pengosongan akan berlangsung dengan cepat,
sebaliknya jika L R berharga besar proses pengosongan akan berlangsung lebih lambat.

Tapis yang baik adalah jika proses pengosongan berlangsung lambat sehingga V RL mengalami sedikit perubahan. Tapis-C akan bekerja dengan baik jika L R berharga relatif tinggi. Jika L R berharga rendah, yaitu jika penyearah mengalami pembebanan yang terlalu berat, maka tegangan “riak” (ripple) akan lebih nampak pada keluarannya

jika ingin mengunduh lebih lengkap disini

Bab 7 Dioda Sambungan P-N

Semikonduktor

Semikonduktor tipe-n dibuat dari bahan silikon murni dengan menambahkan
sedikit pengotor berupa unsur valensi lima. Empat elektron terluar dari “donor” ini
berikatan kovalen dan menyisakan satu elektron lainnya yang dapat meninggalkan atom
induknya sebagai elektron bebas. Dengan demikian pembawa muatan mayoritas pada
bahan ini adalah elektron.
Hal yang sama, semikonduktor tipe-p dibuat dengan mengotori silikon murni
dengan atom valensi tiga, sehingga meninggalkan kemungkinan untuk menarik
elektron. Pengotor sebagai “aseptor” menghasilkan proses konduksi dengan lubang
(hole) sebagai pembawa muatan mayoritas.

7.2 Diode

Proses difusi ini tidak berlangsung selamanya karena elektron yang sudah
berada di tempatnya akan menolak elektron yang datang kemudian. Proses difusi
berakhir saat tidak ada lagi elektron yang memiliki cukup energi untuk mengalir.




Gambar 7.1 Sambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n



Gambar 7.2 Mekanisme aliran muatan pada daerah sambungan

Kita harus memperhitungkan proses elektron dapat
menyeberang sambungan. Daerah yang sangat tipis dekat sambungan disebut daerah
deplesi (depletion region) atau daerah transisi. Daerah ini dapat membangkitkan
pembawa muatan minoritas saat terdapat cukup energi termal untuk membangkitkan pasangan lubang-elektron. Salah satu dari pembawa muatan minoritas ini, misalnya
elektron pada tipe-p, akan mengalami pengaruh dari proses penolakan elektron difusi
dari tipe-n. Dengan kata lain elektron minoritas ini akan ikut tertarik ke semikonduktor
tipe-n. Gerakan pembawa muatan akibat pembangkitan termal ini lebih dikenal sebagai
“drift”. Situasi akan stabil saat arus difusi sama dengan arus drift.
Pada daerah sambungan/daerah diplesi yang sangat tipis terjadi pengosongan
pembawa muatan mayoritas akibat terjadinya difusi ke sisi yang lain. Hilangnya
pembawa muatan mayoritas di daerah ini meninggalkan lapisan muatan positip di
daerah tipe-n dan lapisan muatan negatif di daerah tipe-p.
Lapisan muatan pada daerah diplesi ini dapat dibandingkan dengan kapasitor
keping sejajar yang termuati. Karena terjadi penumpukan muatan yang berlawanan
pada masing-masing keping, maka terjadi perbedaan potensial yang disebut sebagai
“potensial kontak”atau “potensial penghalang” o V (lihat gambar 7.3). Keadaan ini
disebut diode dalam keadaan rangkaian terbuka.



Gambar 7.3 Diode p-n dalam keadaan hubung-terbuka

7.3 Efek Zener dan Avalanche

Pada tegangan panjar maju, ketinggian potensial penghalang akan
menurun dan daerah deplesi akan menipis. Sebaliknya saat diberi panjar mundur daerah
deplesi akan melebar.
Jika panjar mundur dinaikkan terus, maka pada suatu harga tegangan tertentu
terjadi kenaikan arus mundur secara tiba-tiba (lihat gambar 7.9). Keadaan ini terjadi
akibat adanya efek Zener atau efek avalanche. Pada patahan Zener (Zener breakdown),medan listrik pada sambungan akan menjadi cukup besar untuk menarik elektron dari
ikatan kovalen secara langsung. Dengan demikian akan terjadi peningkatan jumlah
pasangan lubang-elektron secara tiba-tiba dan menghasilkan kenaikan arus mundur
secara tiba-tiba pula. Efek avalanche terjadi pada tegangan di atas tegangan patahan
Zener. Pada tegangan tinggi ini, pembawa muatan memiliki cukup energi untuk
memisahkan elektron dari ikatan kovalen.



Gambar 7.9 Karakteristik I-V diode p-n

7.4 Diode Terowongan (Tunnel Diode)
Jika konsentrasi doping dinaikkan, maka lebar daerah deplesi akan menipis dan
karenanya tinggi potensial penghalang akan menurun. Jika konsentrasi doping
dinaikkan lagi sehingga ketebalan darah deplesi menjadi lebih rendah dari 10 nm, maka
terjadi mekanisme konduksi listrik baru dan menghasilkan karakteristik piranti
elektronika yang unik.
Seperti telah dijelaskan oleh Leo Esaki pada tahun 1958, bahwa untuk potensial
penghalang yang sangat tipis menurut teori kuantum mekanik, elektron dapat
menerobos melewati potensial pengahalang (melalui terowongan) tanpa harus memiliki

Diode Sambungan p-n 77
cukup energi untuk mendaki potensial tersebut. Karakteristik I-V dari ‘Diode Esaki”
diperlihatkan pada gambar 7.14. Terlihat bagaimana arus terowongan memberi
kontribusi terhadap arus yang mengalir terutama pada tegangan maju relatif rendah.
Arus terowongan akan naik dengan adanya kenaikan tegangan sampai efek dari
arus maju mulai memberi kontribusi. Setelah puncak arus p I dicapai, arus terowongan
menurun dengan adanya kenaikan tegangan arus injeksi mulai mendominasi. Arus
puncak p I dan arus lembah V I merupakan titik operasi yang stabil. Karena efek
terowongan merupakan penomena gelombang, transfer elektron terjadi dengan
kecepatan cahaya dan pergantian antara p I dan V I terjadi dengan cepat sehingga cocok
untuk aplikasi komputer. Lebih jauh antara p I dan V I terdapat daerah dimana
hambatan r = dV / dI berharga negatif yang dapat digunakan untuk osilator dengan
frekuensi sangat tinggi.

dan untuk lebih lengkapnya silahkan diunduh disini

Bab 6 Bahan Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.                                                                                                                  Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron). Bahan- bahan  logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-).  Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang  disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.                                                                                                     Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya ‘jauh’ dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Gambar-1 : Ikatan atom tembaga

 

2. Struktur Atom Semikonduktor

Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom,proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.

 

Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium

Seperti ditunjukkan pada Gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom  germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: – 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan.

 

3. Pita Energi Bahan (Si dan Ge)

Pita energi adalah kumpulan garis pada tingkat energi yang sama akan saling berimpit. Berdasarkan pengisian elektron, pita energi dapat dibedakan menjadai dua jenis, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron, sedangkan pita konduksi adalah pita energi yang berada di atas pita valensi yang terisi oleh sebagian atau tidak terisi sama sekali oleh elektron. Pada umumnya diantara pita valensi dan pita konduksi terdapat suatu celah yang disebut dengan celah energi ( hole ). Energi celah pita atau yang sering juga disebut dengan Energi gap (Eg) dapat dihitung dengan persamaan :

Eg = hv

dimana h adalah konstanta Planck.

 

 

Gambar 1.4 Tingkat energi (a) pada atom tunggal dan (b) pita energi pada Kristal.

 

Penentuan pita energi secara rinci dibicarakan difisika kuantum, namun secarasederhana, akan ditunjukan sebagai contoh penentuan struktur pita energi pada bahan padat Kristal. Pada gambar 1.5 dibawah ini dapat dilihat ilustrasi pita energi untuk Kristal semikonduktor. pada keadaan kesetimbangan (equilibrium), pita energi terbagi menjadi dua bagian dan dipisahkan oleh daerah dimana elektron tidak bisa bergerak atau beroperasi, daerah ini disebut daerah terlarang (forbidden gap atau band gap). Pita atas dinamakan pita konduksi, dan pita bagian bawah dinamakan pita valensi.

 

Gambar 1.5 Struktur pita energi bahan semikonduktor.

Banyaknya electron pada setiap pita energi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Σe = 2(2l +1)N

dimana l menyatakan bilangan kuantum orbital (0, 1, 2, 3, …) dan N menyatakan banyaknya atom yang saling berdekatan.

 

4. Pita Energi Bahan (Si dan Ge) saat dikotori dengan In

Menurut teori pita energi, lubang aseptor ini menempati tingkat energi akeptor

yang berada dalam pita terlarang, sedikit diatas pita valensi.

 

 

 

Gambar 1.6 Diagram tingkat energi untuk sebuah semikonduktor jenis p.

Pada saat elektron valensi Germanium (Ge) maupun silikon (Si) berikatan dengan

elektron valensi Indium (In), maka akan menghasilkan daerah terlarang. Daerah terlarang

ini terdiri dari dua pita, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Elektron –elektron dalam pita

valensi memiliki energi termal yang cukup pada suhu kamar (250̊ C) untuk mengisi tingkat

aseptor ini, lalu meninggalkan suatu lobang baru pada pita valensi. Lubang baru pada pita

valensi akan diisi oleh elektron tetangga sebelahnya. Aliran elektron dalam pengotoran

tersebut adalah lubang bermuatan positif yang bergerak berlawan arah dengan gerakan

elektron. Oleh sebab itu, maka lubang (hole) yang bergerak dalam valensi merupakan

pembawa muatan mayoritas, sedangkan pembawa muatan minoritas adalah elektron yang

bergerak dalam pita konduksi.

 

Gambar 1.7 Struktur pita energi Germanium (Ge) maupun silikon (Si) sewaktu berikatan dengan elektron valensi Indium (In).

 

Jadi hasil dari pengotoran Germanium (Ge) dan Silikon (Si) dengan menggunakan

Indium (In) adalah semikonduktor tipe-p. Dimana pita terlarang untuk Germanium (Ge)

memiliki lebar 0,7 eV sedangkan pada Silikon, lebar pita terlarangnya adalah sebesar 1,1

eV. Hal ini disebabkan karena pengotoran ini menghasilkan pembawa muatan negatif pada

indium (In) dan Germanium (Ge) yang merupakan Kristal yang netral. Hal ini memenuhi

persamaan :

pn = pini = ni

persamaan di atas dinamakan hokum mass-action.

5. Semikonduktor Tipe-N

Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron  membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

 

Gambar 3 : doping atom pentavalen 

Susunan bahan semikonduktor intrinsik dapt dilihat pada gambar1, hanya terdiri dariunsur Si atau Ge. Sedangkan untuk semikonduktor tipe-n dan tipe-p dapat dilihat pada (gambar 3 dan 4) , gambar no 5 dan 6 menunjukan pita energinya .

 

Gambar 5 menunjukkan pita energy pada semikonduktor tipe-n, sedangkan ambar 6menunjukkan pita energy pada semikonduktor tipe-p. pada semikonduktor tipe ±p atom yangdipasnag menimbulkan hole, atom tersebut disebut atom akseptor(mempunyai lobang). Sebagian akseptor adalah atom dari boron, alumunium, gallium, indium.                                            Letak atom akseptilebih dekat pada pita valensi(gambar 6). Untuk semikonduktor tipe-n, atom yangmenggantikan Si atau Ge bervalensi 5 sehingga bahan menjadi kelebihan elektron. Atom yangmenggantikan disebut atom donor . Letak atom donor pada celah energi lebih dekat dengan pita konduksi. Pada bahan semikonduktor yang bertindak sebagai pembawa muatan adalah hole dan elektron bebas. Pada bahan jenis p pembawa muatannya adalah hole sedangkan pada bahan jenis n pembawa muatannya adalah elektron bebas.

Bahan semikonduktor memiliki daya hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor,tetapi lebih besar dibandingkan bahan isolator . Proses konduksi pada bahan-bahandipengaruhi oleh jarak pita konduksi dan pita valensi. Pita energi dibagi menjadi tiga yaitu :

- Pita valensi yaitu pita energi terakhir yang terisi penuh (zone penuh).

- Pita konduksi yaitu pita diatas pita pita valensi yang berisi setengah penuh atau kosong(zone bebas).

- Diantara pita konduksi dan valensi terdapat celah energi yang disebut pita terlarang (zoneterlarang).

Bahan-bahan konduktor, semikonduktor dan isolator memiliki pita energi yang berbeda.

Dapat dilihat pada gambar berikut :

 

 

Pada konduktor jarak kedua pita sangat dekat sekali bahkan hampir menumpuk. Pada isolator  jarak keduanya cukup jauh sehinggaelektron dari zone penuh tidak dapat pindah ke zone bebas. Sedangkan pada semikonduktor jarak keduanya tidak begitu jauh dan inimemungkinkan elektron dapat berpindah jika dipengaruhi oleh faktor luar misalnya :

• panas


• medan magnet


• tegangan yang tinggi.

 

Berikut tabel yang berisi beberapa energi ionisasi dan resistansi pada semikonduktor jenis-n dan jenis-p :

 

Penggabungan semikonduktor jenis p dan jenis n pada komponen elektronika diantaranya adalah resistor, dioda, dan transistor .

 

 

 

 

Dioda

 

 

 

 

 

Transistor

 

 

6. Semikonduktor Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah  bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang  memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

Gambar 4 : doping atom trivalent

Secara skematik semikonduktor tipe-p digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut :

 

 

 

 

 

 

 

Keterangan :

a)      Struktur Kristal silicon dengan sebuah atom pengotor valensi tiga menggantikan posisisalah satu atom silicon.

b)      Struktur  pita energi semikonduktor tipe-p

 

 

Macam-macam semikonduktor

1. 1.      Semikonduktor Intrinsik

 

Semikonduktor Intrinsik merupakan semikonduktor murni dan tidak cacat yang

belum mengalami pengotoran, contohnya adalah silikon dan germanium murni. Pada suhu

yang cukup tinggi, elektron pada pita valensi dapat pindah pada pita konduksi sehingga

pada pita valensi terdapat tempat kosong. Tempat – tempat kosong. Tempat – tempat yang

ditinggal elektron dapat dipandang sebagai muatan positif yang disbut dengan hole.

Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan suatu semikonduktor intrinsik

 

Germanium (Ge) dan silikon dan ( Si) merupakan dua buah semikonduktor

intrinsik yang pasling sering digunakan. Kedua semikonduktor ini mempunyai jumlah

elektron pada kulit terluar sebanyak 4 ( empat ) buah dan struktur kristalnya berbentuk tetrahedral.

 

Berikut ini merupakan perbandingan bahan semikonduktor silicon dan germanium :

No	Properti	Silicon	germanium
1	Energi terlarang/gap (eV)	1,1	0,67
2	Mobilitas elektron	0,135	0,39
3	Mobilitas lubang	0,048
4	Konsentrasi intrinsik	1,5 x 1010	2,4 x 1019
5	Resitivitas intrinsik	2300	0,47

 

 

1. 2.      Semikonduktor Entrinsik

 

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau

penyuntikan (doping) oleh atom asing. Pada semikonduktor jenis ini akan menghasilkan

dua jenis semikonduktor, yaitu :

1. Semikonduktor ekstrinsik yang bertipe n dan bertipe p.

Pada semikonduktor yang bertipe n, biasanya pengotorannya dilakukan oleh atom –

atom pentavalen seperti Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb).

2. Sedangkan pada semikonduktor bertipe p, biasa pengotornya dilakukan oleh atom–

atom trivalent seperti Indium (In), Boron (Br) dan Galium (Ga).

Silikon (Si) dan Germanium (Ge) merupakan atom dari golongan IVA dalam

sistem periodik unsur sedangkan Indium (In) meupakan atom dari golongan III A. Karena

Ge dan Si berasal dari golongan IV A, maka elektron valensinya berjumlah 4 (empat) buah,

dan In mempunyai elektron valensi sebanyak 3 (tiga) buah. Elektron valensi tersebut akan

berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan kovalen.

 

Gambar 1.3. Struktur ikatan Ikatan Gemanium (Ge) dan Silikon (Si) dengan Indium (In).

 

Ikatan Indium (In) berikatan dengan Silikon (Si) maupun Germanium (Ge),

Germanium dan silikon digunakan sebagai semikonduktor intrinsik yang akan dikotori,

sedangkan Germaniumdigunakan sebagai pengotor (doping). Pada ikatan ini akan

terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon

yang tidak berpasangan. Muatan positif ini disebut dengan lubang (hole) . Hole ini akan

cenderung untuk menarik sebuah elektron lain untuk menjadi atom yang stabil. Lubang

(Hole) baru tersebut akan diisi oleh elektron tetangga sebelahnya, yang juga meninggalkan

lubang baru ditempatnya semula, yang kemudian diisi oleh elektron tetangga sebelahnya

juga. Hal ini akan berlangsung sampai seterusnya. Material yang dihasilkan dari proses

pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan

negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom

pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).

Pada pengotoran Germanium ( Ge) dan Silikon ( Si ) dengan menggunakan Indium

( In ) akan menghasilkan semikonduktor bertipe-p dan menimbulkan lubang (hole) dan

elektron. Dalam hal ini, hole berfungsi sebagai pembawa muatan mayoritas dan elektron

berfungsi sebagai pembawa muatan minoritas.

 

Komponen-komponen Semikonduktor

 1.      LDR

 

 

Resistor peka cahaya (Light Dependent Resistor/LDR) memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). Bahan-bahan ini paling sensitif terhadap cahaya dalam spektrum tampak, dengan puncaknya sekitar 0,6 µm untuk CdS dan 0,75 µm untuk CdSe. Sebuah LDR CdS yang typikal memiliki resistansi sekitar 1 MΩ dalam kondisi gelap gulita dan kurang dari 1 KΩ ketika ditempatkan dibawah sumber cahaya terang (Mike Tooley, 2003).

LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:

1. Laju Recovery

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K /detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200 K /detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

2. Respon Spektral

LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik (TEDC, 1998).

 

 2.      Termistor

 

Termistor atau tahanan termal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Dalam beberapa hal, tahanan sebuah termistor pada temperatur ruang bisa berkurang sebanyak 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi. Dengan demikian termistor digunakan secara luas pada pemakaian tersebut, terutama dalam rangkuman temperatur rendah dari -100oC sampai 300oC. Tiga karakter penting dari termistor membuatnya sangat bermaanfaat terhadap pengukuran dan pengontrolan yaitu: (a) karakteristik temperatur tahanan, (b) karakteristik tegangan arus, dan (c) karakteristik arus waktu. Karakteristik pemanasan sendiri (self-heat), memberikan suatu bidang pemakaian yang sama sekali baru bagi termistor. Dalam keadaan yang memanasi sendiri, termistor adalah sensitive terhadap apa saja yang mengubah laju dari panas yang dihantarkan keluar darinya. Dengan begitu, termistor dapat digunakan untuk mengukur aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, komposisi gas dan lain-lain. akan tetapi jika laju panas adalah tetap, termistor sensitif terhadap masukan daya dan dapat digunakan untuk mengontrol level tegangan atau level daya. Perubahan tahan termistor yang relatif besar setiap perubahan temperatur dalam derajat (disebut sensitivitas) menjadikannya sebuah pilihan yang jelas sebagai transducer temperatur.

 

 

3.      Solar Cell

 

 

 

 




Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

 

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

dan untuk lebih lengkapnya silahkan unduh disini

Bab 5 Komponen dan Rangkaian AC

Isyarat AC merupakan bentuk gelombang yang sangat penting dalam bidang
elektronika. Isyarat AC biasa ditulis sebagai

A sin ( ωt + θ )

dimana A merupakan amplitudo (harga puncak), θ adalah fase awal dan ω adalah
frekuensi.
Perlu dipertegas di sini bahwa ω biasa disebut frekuensi anguler dengan satuan
radian per detik (rad s-1), sedangkan f biasa digunakan untuk menunjukkan frekuensi
dari sumber tegangan dengan satuan hertz (Hz). Dalam satu periode, fase dari
gelombang sinus berubah dengan 1 putaran (cycle), atau 2Π radian, karenanya kedua
frekuensi mempunyai hubungan

w = 2Πf

dimana biasanya berharga f = 50 atau 60 Hz.
Alasan utama penggunaan tegangan AC adalah karena kemudahannya untuk
ditransmisikan pada tegangan tinggi dan dengan arus yang rendah, kemudian dengan
mudah tegangannya dapat diturunkan dengan menggunakan transformator. Beberapa
tipe isyarat yang penting untuk interval frekuensi antara lain:

50 HZ : sumber daya ac
20 – 20000 Hz : isyarat audio
0,5 – 1.5 MHz : radio AM
I – 1000 MHz : komunikasi radio (termasuk TV dan radio FM).

Jika sumber tegangan sinus dihubungkan dengan sebuah rangkaian seri yang
terdiri dari resistor (R), kapasitor (C) dan induktor (L); maka semua tegangan dan arus
akan berbentuk sinus dengan frekuensi yang sama. Untuk proses penjumlahan dan
pengurangan tegangan dan arus dapat digunakan hukum Kirchhoff. Secara umum kita
dapat melakukan operasi tersebut dengan prinsip bilangan kompleks.

• Bilangan Kompleks

Pada gambar 5.1, bilangan riel diplot sepanjang sumbu horizontal dan bilangan imajiner
diplot sepanjang sumbu vertikal. Kombinasi suatu bilangan riel dan suatu bilangan
imajiner menggambarkan letak titik pada bidang kompleks juga menyatakan bentuk
bilangan kompleksnya.

 

Pada gambar 5.1-b dilukiskan sebuah bilangan kompleks W dengan amplitudo M
dan arah q dalam bentuk rektangular sebagai berikut:
W = a + jb

• Representasi Bentuk Sinus

Untuk merepresentasikan bentuk isyarat sinus, kita perlu memperluas konsep bilangan
kompleks dengan mengikutkan peubah kompleks. Bentuk konstanta kompleks
W = M e jq ditunjukkan oleh sebuah garis ideal.

• Representasi Phasor

Jika suatu tegangan sesaat dituliskan dengan suatu fungsi sinus terhadap waktu seperti

 

dimana p V adalah harga amplitudo dan V merupakan harga efektifnya, maka v(t) dapat
diinterpretasikan sebagai “bagian riel” dari sebuah fungsi kompleks, ditulisan

 

• Kapasitor pada Rangkaian AC

Jika pada suatu kapasitor kita kenakan tegangan sinus

v =V sin ω t

maka dengan mudah kita dapat menemukan arus yang mengalir yaitu sebesar

Dengan membandingkan persamaan v dan i, nampak bahwa saat arus sudah
mencapai harga maksimum maka tegangan masih nol. Kesimpulannya, pada rangkaian
kapasitor tegangan “tertinggal” 90o terhadap arus, atau arus “mendahului” tegangan
sebesar 90o.

• Induktor pada Rangkaian AC

Dengan analisa yang sama seperti halnya pada kapasitor, untuk rangkaian induktor
didapat hasil yang mirip. Jika

i = I sin ω t

maka
v = L di / dt
= I (Lω )cos ω t

terlihat bahwa v mendahului i, atau i tertinggal oleh v sebesar 90o; secara grafik
diperlihatkan seperti pada gambar 5.4. Reaktansi induktif (Xl) dituliskan

Sebagai catatan, jika reaktansi kapasitif menurun terhadap frekuensi, reaktansi induktif
akan naik terhadap frekuensi.

Gambar 5.4 Arus dan tegangan pada rangkaian induktor dengan sumber AC

• Impedansi Komponen AC

Secara umum, hasil bagi antara phasor tegangan dan phasor arus yang bersesuaian
disebut sebagai “impedansi” Z.

i) RESISTOR

Jika i = I cos w t direpresentasikan oleh phasor IÐ0o mengalir melalui resistor R,
tegangan yang timbul diberikan oleh

dituliskan dalam bentuk phasor sebagai o R V Ð0 . Dalam hal ini besarnya impedansi
yang melawan aliran arus sebesar

ii) KAPASITOR

Jika tegangan v =V cosw t terdapat pada kapasitor C, maka yang arus mengalir
diberikan oleh

dalam bentuk phasor ditulis sebagai oC I Ð90 . Impedansi sebagai penghambat arus
sebesar

iii) INDUKTOR

Jika arus i = I cos w t mengalir melalui induktor L, tegangan yang timbul diberikan
oleh

dalam bentuk phasor dituliskan sebagai o
L V Ð90 . Impedansi sebagai penghambat arus
sebesar

• Arus dan Tegangan dalam Bentuk Phasor

Karakteristik arus-tegangan pada masing-masing komponen dapat diringkas sebagai
berikut.
Untuk lebih lengkapnya, bisa download di sini

 

Bab 4 Kapasitor, Induktor dan Rangkaian AC

Bentuk Gelombang lsyarat (signal)
Isyarat adalah merupakan informasi dalam bentuk perubahan arus atau tegangan.
Perubahan bentuk isyarat terhadap fungsi waktu atau bentuk gelombang merupakan
bagian yang sangat panting pada elektronika.  Bentuk gelombang isyarat yang sering
kita jumpai diantaranya adalah seperti diperlihatkan pada gambar berikut :



 Kapasitor
Pada dasarnya sebuah kapasitor merupakan dua keping konduktor yang dipisahkan oleh
suatu insulator (udara, hampa udara atau suatu material tertentu). Secara skematis
sebuah kapasitor keping sejajar dapat digambarkan seperti pada gambar berikut :



Misalkan tegangan DC dikenakan pada kedua keping seperti ditunjukkan pada
gambar diatas. Karena kedua keping tersebut dipisahkan oleh suatu insulator, pada
dasarnya tidak ada elektron yang dapat menyeberang celah di antara kedua keping. Pada
saat baterai belum terhubung, kedua keping akan bersifat netral (belum temuati). Setelah bagian luar dari keping termuati, berangsur-angsur akan menolak
muatan baru dari baterai. Karenanya arus pada keping tersebut akan menurun besarnya
terhadap waktu sampai kedua keping tersebut berada pada tegangan yang dimiliki
baterai. Keping sebelah kanan akan memiliki kelebihan elektron yang terukur dengan
muatan -Q dan pada keping sebelah kiri temuati sebesar +Q. Besarnya muatan Q ini
karenanya proporsional dengan V atau



Konstanta proporsionalitas tersebut dinyatakan sebagai kapasitansi atau C

Q = C V

dimana satuan kapasitansi ini dinyatakan dengan farad (F).
Secara umum hubungan antara muatan dan tegangan untuk sebuah kapasitor
dapat dituliskan sebagai

q = C v

dengan demikian arus i yang mengalir diberikan oleh
i = dq / dt = C dv / dt  atau



Induktor
Telah diketahui bahwa elektron yang bergerak atau arus listrik yang mengalir akan
menghasilkan medan magnet. Namm kebalikannya untuk menghasilkan arus listrik
(arus induksi) perlu dilakukan perubahan medan magnet. Namun sesaat saklar ditutup (atau dibuka) sehingga medan magnet yang
dihasilkan berubah, maka voltmeter akan menunjukkan adanya perubahan tegangan
induksi. Besamya tegangan yang dihasilkan adalah sebanding dengan perubaban arus
induksi, dapat dituliskan sebagai:
v = L di / dt

dimana harga proporsinalitas L disebut induksi diri atau induktansi dengan satuan henry
(H).



 

Arus Transien pada Rangkaian RC
Gambar 4.4 menjelaskan proses pemuatan dan pelucutan muatan pada sebuah kapasitor.
Jika mula-mula saklar berada pada posisi 1 dalam waktu yang relatif lama maka
kapasitor akan termuati sebesar V volt. Pada keadaan ini kita catat sebagai t = 0. Untuk menentukan persamaan tegangan dan arus saat muatan kapasitor dilucuti
dapat digunakan hk Kirchhoff tentang arus sebagai berikut.
i (t) + i (t)= 0

Dengan menggunakan hubungan V-I pada C dan R diperoleh



Dibagi dengan C dan dengan mendifinisikan   di dapat



berlaku untuk t > 0 dan mempunyai persyaratan kondisi awal   Solusi dari persamaan tersebut untuk t > 0 dapat ditunjukkan sebagai

merupakan persamaan eksponensial dimana



Terlihat bahwa pada kondisi akhir   harga tegangan kapasitor
adalah nol. Dapat dijelaskan, untuk proses pengisian kapasitor diperoleh:



Rangkaian Diferensiator
Rangkaian RC pada gambar di bawah . Dalam hal ini rangkaian
RC berfungsi sebagai pengubah gelombang kotak menjadi bentuk rangkaian pulsa jika
konstanta waktu RC berharga lebih kecil dibandingkan periode dari gelombang
masukan.
Dengan melakukan pendekatan dan menggunakan hk Kirchhoff tentang
tegangan diperoleh:

jika dianggap sangat kecil dibandingkan dengan    Karena



Terlihat bahwa keluaran (output) proportional dengan derivatif dari masukan (input).



Rangkaian Integrator
Rangkaian RC dapat juga digunakan sebagai rangkaian integrator seperti ditunjukkan
pada gambar di atas secara umum berlaku



Jika berharga sangat kecil dibandingkan dengan (yaitu j ika RC > T). Karena
tegangan kapasitor besamya proportional dengan integral

jika mau lebih lanjut disini

 

 

Bab 3 Alat-alat Ukur Listrik

Telah dipahami bahwa elektron yang bergerak akan menghasilkan medan magnet yang
tentu saja dapat ditarik atau ditolak oleh sumber magnetik lain. Keadaan inilah yang
digunakan sebagai dasar pembuatan motor listrik serta meter listrik sederhana untuk
mengukur arus dan tegangan. Konstruksi dasar meter listrik diperlihatkan pada gambar berikut:



Meter dasar ini terdiri dari sebuah maget permanen berbentuk tapal kuda dengan
kutub-kutubnya berbentuk bulat. Sebuah kumparan dengan inti dari besi lunak
diletakkan sedemikian rupa di antara kedua kutub U dan S sehingga dapat berputar
dengan bebas. Sebuah jarum penunjuk dilekatkan pada kumparan dan akan bergerak
saat kumparan berputar.

.1 Penggunaan Meter Dasar
Pemakaian terpenting adalah sebagai alat ukur arus dan alat ukur tegangan. Pada
pemakaian sebagai ampere meter (ammeter), diupayakan semua arus pada suatu titik
cabang yang diukur dapat melalui ammeter. Tujuannya adalah pada titik cabang tersebut
seolah-olah terjadi hubung singkat, yaitu mempunyai resistansi rendah dan penurunan
tegangan yang rendah.Gambar 3.2 menunjukkan bagaimana kedua meter listrik tersebut dipasang pada
rangkaian. Suatu meter dasar biasanya memerlukan arus sebesar 1 mA (dan sekitar 0.1
V) untuk membuat difleksi skala penuh (full-scale deflection). :

 



3.2 Meter Dasar sebagai Ampere Meter
Kita dapat membuat sebuah meter dengan penunjukan arus skala penuh (batas ukur)
lebih besar dibandingkan dengan kemampuan dasarnya (tetapi dengan kemampuan
penunjukan tegangan skala penuh yang sama), yaitu dengan memasang hambatan shunt
secara paratel dengan meter tersebut.

dan untuk lebih lengkapnya silahkan unduh disini