KOMPONEN PASIF
TAHANAN (RESISTOR)
Dalam rangkaian-rangkaian elektronika diperlukan tegangan dan arus yang dapat ditentukan besar atau kecilnya melalui komponen yang dapat mengaturnya. Artinya komponen tersebut dapat digunakan untuk menentukan besarnya suatu tegangan atau menentukan besar atau kecilnya kuat arus pada rangkaian. Komponen yang dimaksud adalah Resistor (R).
Menurut bentuk dan penggunaannya resistor dapat dibagi atas :
1. Resistor tetap (fixed resistor).
2. Resistor yang dapat diubah-ubah (variabel resistor), terbagi atas :
þ Resistor yang dapat diubah-ubah secara mekanik yaitu dengan menggeser-geser kontak gesernya, misalnya potensiometer, trimmer potensiometer.
þ Resistor yang dapat diubah-ubah karena perubahan cahaya (Light Dependent Resistor, (LDR).
þ Resistor yang dapat diubah-ubah tergantung pada koefisien suhu (thermistor).
Pada resistor yang tergantung pada koefisien suhu dibagi dalam dua macam resistor, yaitu :
NTC (Negative Temperature Coefficient) dan PTC (Positive Temperature Coefficient). Dalam elektronika jenis tahanan yang mempunyai koefisien suhu besar dan negatif ini disebut Thermistor, koefisien suhunya berkisar antara -2 hingga -5 % per o C. Hubungan antara tahanan dan suhu dapat didekati dengan memakai persamaan :
R = A e -B/t
dengan A dan B merupakan konstanta-konstanta untuk yang diberikan. Tahanan PTC adalah tahanan yang nilainya naik dengan bertambahnya kenaikan temperatur secara tajam. Bahan-bahan yang biasanya digunakan BaTiO3 (Barium Titanat) dan campuran dari BaTiO3 dengan SrTiO3 (Strontium Titanat).
Penggunaanya :
v Rangkaian pengatur suhu
v Rangkaian stabilisasi
v Rangkaian komposisi
v Rangkaian memperlambat waktu (time delay)
Pembahasan yang lebih detail akan didapat melalui mata kuliah khusus mempelajari komponen-komponen Elektronika baik pasif maupun komponen aktif.
Bahan pembentuk resistor dapat dibagi atas :
· Tahanan kawat
· Tahanan arang
· Tahanan lapisan tipis (film) dari logam atau arang
· Tahanan dalam IC
Sifat dari resistor dapat berbeda-beda :
· Untuk membangkit panas (filament)
· Untuk memberikan selisih tegangan (pembagi potensial)
· Sebagai penghubung antara berbagai rangkaian
· Arus terjadinya perubahan bentuk
· Untuk penentuan besaran fisis
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan pada resistor :
1. Koefisien Suhu dari resistor : diambil temperatur kamar sekitar 250C sebagai acuan.
2. Koefisien Tegangan : pada resistor merupakan ukuran perubahan besar resistor terhadap tegangan yang diberikan. Resistor komposisi/arang dengan 1/2 watt atau lebih besar lagi, dapat mempunyai koefisien tegangan 0,002 % pervolt. Dalam tahanan kawat sangat kecil sekali pengaruhnya.
3. Power Rating : daya yang dapat disalurkan, dapat juga dikatakan jumlah panas dalam watt dimana resistor dapat mendisipasikannya di udara pada suhu kamar. Ini berdasarkan suhu maksimal dicapai yang diizinkan pada tiap titik dari resistor.
4. Voltage Puting : tegangan yang diperbolehkan semaksimal mungkin ini berdasarkan rumus E = .
5. Toleransi : dari resistor yaitu angka yang dinyatakan dalam % yang menunjukkan batas variasi dari resistor yang digunakan.
6. Stabilisasi : waktu, kelembaban dan faktor mekanik lain resistor disebut stabil apabila sesudah digunakan dalam keadaan panas dan lembab beberapa kali nilainya tidak menyimpang jauh pada suhu kamar dari nilai semula. Resistor komposisi arang paling tidak stabil dibandingkan resistor lapisan tipis logam dan resistor kawat.
7. Derau (Noise) : derau disebabkan oleh tegangan yang dibangkit oleh kegiatan termis dari molekul-molekul dalam resistor. Derau merupakan besaran yang harus diperhatikan dalam instrumen yang peka, seperti pada peralatan pengukuran besaran untuk radial. Derau harus dibedakan antara derau dengan energi radiasi dalam alat ukur elektronika.
8. Panas : panas dapat dihitung berdasarkan rumus P = I2 x R (watt). Angka dalam tiap rangkaian harus kurang dari POWER RATING resistor yang bersangkutan.
9. Rating Versus Umur Resistor : agar resistor mempunyai umur pemakaian yang panjang maka perlu mengambil resistor yang lebih besar power ratingnya dari yang diperlukan. Ini secara otomatis membuat resistor lebih dingin keadaannya, tapi harus diperhatikan segi ekonomisnya.
10. Frekuensi Tinggi : tidak semua resistor dapat digunakan dalam frekuensi tinggi. Ada beberapa resistor dapat digunakan untuk ini, misalnya resistor tetap, amposition film dan resistor khusus untuk frekuensi yang sangat tinggi. Komposisi arang, lapisan arang dan lapisan logam dapat dipergunakan dalam daerah frekuensi mega cycle tetapi untuk frekuensi yang lebih tinggi kurang baik. Resistor kawat sama sekali tidak dapat digunakan dalam frekuensi yang tinggi.
Nilai atau harga resistor dinyatakan dalam satuan Ohm (W), ada kalanya tertulis dengan angka-angka di badannya tetapi pada umumnya diterapkan kode warna guna menyatakan harga tahanan yang bersangkutan. Pada badan resistor dilukiskan cincin berwarna. Adapun jenis warna beserta artinya dapat dilihat dari tabel berikut. Biasanya terdiri atas tiga buah cincin yang mana cincin keempat menyatakan toleransi dari harga Ohm yang tertera.
WARNA
ANGKA
FAKTOR PERKALIAN
TOLERANSI
Hitam
0
100
1 %
Coklat
1
101
2 %
Merah
2
102
2 %
Jingga
3
103
-
Kuning
4
104
-
Hijau
5
105
-
Biru
6
106
-
Ungu
7
107
-
Abu-abu
8
108
-
Putih
9
109
-
Emas
-
10-1
5 %
Perak
-
10-2
10 %
Polos
-
-
20 %
Tabel Kode warna resistor.
KETERANGAN : Cincin ke-1 dan ke-2 menyatakan ANGKA.
Cincin ke-3 menyatakan BANYAKNYA NOL atau PERKALIAN.
Cincin ke-4 menyatakan TOLERANSI.
Gambar Simbol Resistor Tetap, Variabel.
Kerusakan-kerusakan pada resistor dapat berupa :
· Berubah harga (karena panas, umur, dsb)
· Putus (harganya berubah menjadi sangat besar sekali)
· Terhubung singkat atau bocor (harga menjadi kecil)
Mempelajari fungsi resistor ini diperlukan beberapa hukumdasar yang berhubungan dengan resistor pada rangkaian listrik. Hukum yang akan digunakan dalam hal ini adalah hukum Ohm, Kirchoff I dan Kirchoff II.
Gambar Hukum Ohm.
Hukum Ohm (W)
V = I R
Gambar 2.3. Hukum Kirchoff I dan Kirchoff II.
Kirchoff I (a)
I = I1 + I2 + I3 +..........+ In
Kirchoff II (b)
V - VR1 - VR2 - VR3 - .......... - Vrn = 0
HUBUNGAN DERET (SERI) DAN JAJAR (PARALEL)
Resistor berderet (seri), berguna untuk mendapatkan nilai R yang besar dengan menggunakan dua atau lebih komponen resistor, dapat dilakukan dengan memasang secara berderet R.
Gambar Resistor Berderet.
Nilai R di atas adalah R (seri total) = R1 + R2 + R3
Resistor jajar (paralel), untuk mendapatkan nilai R yang lebih kecil dari pada dua atau lebih komponen R, dapat dikombinasikan secara jajar, dengan keuntungan lain bahwa nilai daya disipasi (watt) bertambah besar.
Gambar Resistor jajar.
Nilai R di atas adalah R(paralel total) =
KAPASITOR (KONDENSATOR)
Kapasitor terdiri dari dua buah bahan pengantar yang dipisahkan oleh sebuah bahan isolasi yang disebut dielektrikum, kapasitas kondensator merupakan sebuah ukuran dari banyaknya muatan listrik yang dapat disimpan kapasitor tersebut per satuan selisih potensial. Faktor-faktor yang menetukan kapasitor adalah
C = dengan
A = luas permukaan penghantar
C = jarak antara penghantar
e = konstanta permesivitas
Kapasitas dari kapasitor tidak tergantung pada potensial yang dipasang.
Penyimpanan energi (ENERGI STORAGE) : kerja yang diperlukan untuk mengisi sebuah kapaitor sampai suatu tegangan yang diberikan.
Kerja = = C x V2/2.
Dengan Q adalah muatan dalam Coulomb, V tegangan dalam volt dan kapasitas dalam Farad. Energi ini disimpan sebagai energi potensial dan jika sebuah resistor dilambangkan dengan kapasitor tersebut, maka daya yang diperoleh dari kapasitor tersebut adalah
P = I2 x R = C x V2 / 2t = C x V2 x f / 2
dengan P dalam watt, f adalah frekuensi dalam Hz, I arus dalam Ampere dan R tahanan dalam ohm.
Pembagian Kapasitor dalam Penggunaannya :
· Pembagi arus dan tegangan (voltage divider) yang tergantung dari frekuensi.
· Pemisah antara tegangan-tegangan searah (dc) dan bolak-balik (ac) yang disebut blocking capacitor.
· Mengumpulkan energi listrik, misalnya sebagai kapasitor buffer (penyangga) dalam sebuah alat sumber tegangan searah (PSA).
· Filter dalam sumber daya arus dc yang berfungsi memperkecil kerutan-kerutan pulsa (ripple).
· Menggeser sudut fase dalam tegangan-tegangan atau arus bolak-balik, misalnya sebagai rangkaian diferensiator juga dalam osilator RC.
· Membuat keseimbangan pada beban induktif, misalnya perbaikan cos x pada rangkaian lampu TL.
· Menyimpan muatan listrik (Q = C.V).
· Menahan arus searah dan melewatkan arus bolak-balik
· Sebagai kopel (penghubung) pada rangkaian listrik.
· Sebagai penentu frekuensi.
Sifat-sifat kapasitor tergantung sekali pada bahan dielektrikum yang dipakai, maka pembagian kapasitor dapat dibagi atas :
· Kapasitor Elektrolit, mempunyai kapasitas sebesar 1 mF atau lebih dan mempunyai polaritas kutub positif (+) dan kutub negatif (-).
· Kapasitor non-Elektrolit, mempunyai kapasitas kurang dari 1 mF dan tidak mempunyai polaritas umumnya terbuat dari bahan dielektrika keramik, mika, kertas, atau lapisan plastik tipis dan polyester.
· Kapasitor udara, umunya disebut varco (variabel condensator) dan trimmer.
· Kapasitor setengah penghantar.
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi perencanaan yang perlu diketahui dalam mempergunakan kapasitor :
A. SIFAT KELISTRIKANNYA :
* Rangkaian sumber tegangan listrik yang digunakan
* Satuan sumber tegangan yang digunakan (Ampere dan Volt)
* Tegangan kerut (ripple voltage)
* Arus kerut (ripple current)
* Besar dan lemahnya pulsaB
* Besar dan lemahnya tegangan terbalik (reversed voltage)
B. MEKANIS :
* Kedudukan dari ujung-ujung kapasitor dalam keadaan bekerja
* Cara memasang
* Syarat-syarat getaran (vibration)
* Syarat-syarat ‘shock’ (getaran/gempuran mendadak)
* Syarat-syarat pengembunan garam
* Syarat-syarat kelembaban
C. KAPASITOR-KAPASITOR PELEPAS MUATAN DAN KAPASITOR-KAPASITOR PULSA :
· Banyaknya persentase pelepasan muatan
· Banyaknya permintaan tegangan terbalik
· Arus-arus puncak (peak) dan rms
· Seluruh pelepasan muatan yang diinginkan
· Pelepasan muatan perdetik
· Bentuk gelombang dari tegangan
· Impedansi beban
· Batas kenaikan suhu
· Perubahan terhadap tegangan dari sumber
· Efek dari histerisis
Penyebab Kerusakan Pada Kapasitor
Seperti halnya komponen-komponen elektronik, sebuah kapasitor dapat rusak apabila bekerja tidak sesuai dengan syarat-syarat yang dikeluarkan dari pabrik pembuatnya. Tidak cukup hanya mengetahui batas kapasitansi dan tegangan kerja saja, tetapi harus juga diperhatikan bagaimana kapasitor berubah terhadap keadaan yang dialaminya, bagaimana tahanan dalam dari kapasitor yang berubah terhadap suhu, tegangan atau frekuensi.
Beberapa penyebab kerusakan pada KAPASISTOR :
1. ARUS BEBAN KELEBIHAN, gejala perubahan pulsa-pulsa sebagai akibat kerjanya switching dan amplitudonya dapat menghasilkan kerusakan pada dielektrika sehingga merubah keadaan kapasitor tersebut.
2. TEGANGAN BEBAN KELEBIHAN, gejala perubahan tegangan yang melebihi batas-batas tegangan kapsitor tersebut
3. EFEK-EFEK DARI FREKUENSI, apabila kapasitor bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi daripada yang diberikan oleh pabrik akan menghasilkan pemanasan yang berlebihan dan bekerja kurang baik. Kapasitor yang dibuat bukan untuk bekerja pada UHF (Ultra High Frequency) dapat menembus (punctura) dielektrikumnya, jika pulsa-pulsa pada frekuensi ini dipasang.
4. SUHU TINGGI, panas yang berlebihan merupakan faktor utama yang menurunkan keandalan dari kapasitor. Ini dapat membuat kerusakan yang berat, kapasitansinya tergeser (drift) kekuatan dielektrikumnya berkurang, tahanan isolasinya menjadi kecil dan sebagainya.
5. KELEMBABAN, membuat jamur tumbuh disekitar kapasitor dan mengurangi kekuatan dielektrikumnya dan memperbesar arus bocoran.
Kapasitas Kondensator
Kapasitas kondensator dinyatakan dalam satuan Farad (F) atau pada umumnya satuan tersebut mempunyai skala mikro Farad (mF) yang tertera pada badan kondensator.
1 F = 1.000.000 mF (mikrofarad)
1 mF = 1.000 nF (nanofarad)
1 nF = 1.000 pF (pikofarad)
Cara penulisan
u03 = 0,03 F
68 = 68 pF
101 = 100 pF
102 = 1000 pF = 1 nF
103 = 10.000 pF = 10 nF....dst
Gambar Simbol Kapasitor/Kondensator Tetap, Variabel.
Hubungan Derat (Seri) Dan Jajar (Paralel)
Kapasitor dihubung deret,untuk mendapatkan kapasitas yang kecil dengan potensial kerja yang bertambah maka digunakan hubungan deret pada kondensator.
Gambar Kapasitor Dihubung Deret.
Nilai C di atas adalah C(seri total) =
Kapasitor dihubung jajar, untuk memperoleh kapasitas total yang besar dengan potensial kerja yang sama dilakukan hubungan jajar (paralel).
gambar Kapasitas Dihubung Jajar.
Nilai C di atas adalah C (paralel total) = C1 + C2 + C3
Reaktansi Kapasitive
Reaktansi terjadi karena berubah-ubahnya polaritas arus yang melalui sebuah kondensator, yang mempunyai nilai tergantung dari nilai C (kapasitansi) dan f(frekuensi) yang diberi simbol XC dan mempunyai persamaan :
XC = , dimana XC = dalam Ohm
f = dalam Hertz
C = dalam Farad
XC tidak dapat langsung diukur, tetapi melalui pengukuran arus yang melewati kondensator dengan menggunakan persamaan hukum Ohm
I = atau I = maka XC =
INDUKTOR
Merupakan komponen listrik yang terdiri dari kawat yang dililitkan, umumnya disebut kumparan. Jika kumparan diberi arus listrik maka akan terjadi induksi magnet, terdiri dari garis gaya magnet. Induktor mempunyai inti batang ferit atau udara, notasi induktor diberi tanda huruf L dan mempunyai satuan Henry (H), dimana 1 H = 1.000 milihenry (mH).
Induktor mempunyai reaktansi yang tidak dapat diukur langsung. Persamaan reaktansi dapat ditulis
XL = 2pfL
sedangkan mencari reaktansi dapat dihitung seperti cara mencari reaktansi kondensator dengan menggunakan hukum Ohm.
Resonansi
Kapasitor (C) dan induktor (L) bila dirangkai secara deret mempunyai sifat sama seperti tahanan yang dihubung secara seri pula. Apabila kapasitor dan induktor dihubungkan secara paralel, akan ditemukan keadaan yang berbeda. Jika rangkaian tersebut diberi sumber tegangan maka C akan mengisi muatan listrik, sehingga tegangan pada C lebih besar dari L, akibatnya C mengeluarkan muatan (discharge). Muatan tersebut berubah arah yang mengalir menuju L dan tegangan C semakin lama semakin kecil. Pada L tersimpan energi medan magnet yang menyebabkan adanya arus mengalir ke C, peristiwa ini akan terus berulang kembali secara periodik dengan menghasilkan frekuensi sesuai persamaan :
f =
Rangkaian ini merupakan dasar dari osilator LC