Pengertian Elektronika 6x2h16

Pengertian Elektronika Elektronika adalah ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) tentang pengendalian partikel bermuatan di dalam ruang hampa, gas, dan bahan semikonduktor.

Gambar 1. Pengertian Elektronika (click gambar untuk memperbesar!) Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam ruang hampa akan mempelajari piranti-piranti elektronika seperti pentode tabung hampa atau tabung elektron. Contoh: piranti tabung hampa (vacuum tube) adalah piranti yang ada pada radio-radio “kuno”.

Gambar 2. Radio & Tabung Hampa (click gambar untuk memperbesar!) Contoh piranti elektronika tabung hampa lainnya adalah CRT (cathode-ray tube) atau tabung sinar katode yang banyak dijumpai pada pesawat televisi dan osiloskop (CRO: cathode-ray oscilloscope).

Gambar 3. Televisi dan CRT (click gambar untuk memperbesar!)

Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam gas akan mempelajari piranti-piranti elektronika seperti tabung-tabung foto jenis gas (gas-type phototubes) yang digunakan dalam industri per-film-an sebagai sound-on-film sensors. Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam semikonduktor akan mempelajari piranti-piranti elektronika semikonduktor seperti diode (gambar b), transistor (gambar a), dan IC (gambar c).

Gambar 4. Piranti Elektronika Semikonduktor (click gambar untuk memperbesar!) Komponen Elektronika Dalam bidang elektronika, komponen diartikan sebagai elemen terkecil dari rangkaian/sistem elektronis. Berdasarkan respons output terhadap inputnya komponen elektronik dibedakan menjadi komponen pasif dan komponen aktif. Komponen Aktif: Komponen yang dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal listrik, serta mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh komponen aktif:

(1) Transistor, merupakan komponen elektronika dengan 3 elektrode yang berfungsi sebagai penguat/saklar. Jika menjadi komponen dalam rangkaian penguat, karena merupakan komponen aktif, maka transistor dapat menguatkan sinyal listrik. Dalam hal ini inputnya dimasukkan ke titik B dan outputnya diambil dari titik A.

Gambar 5. Transistor Sebagai Komponen Aktif Penguat (click gambar untuk memperbesar!) Jika digunakan osiloskop untuk mengamati input dan output rangkaian penguat dengan transistor, maka hasilnya adalah:

Gambar 6. Output Rangkaian Penguat dengan transistor (click gambar untuk memperbesar!) (2) Diode, merupakan piranti elektronika dengan dua elektrode, yang dapat digunakan untuk menyearahkan sinyal listrik, sehingga termasuk komponen aktif. Pada contoh di bawah ini, diode merupakan komponen dari rangkaian penyearah sinyal AC menjadi DC.

Gambar 7. Diode Sebagai Komponen Penyearah (click gambar untuk memperbesar!)

Jika dilakukan pengukuran dengan osiloskop menghasilkan:

Gambar 8. Bentuk Gelombang Input & Output Penyearah (click gambar untuk memperbesar!) (3) LED (light emitting diode). Jika dihubungkan dengan sumber tegangan seperti pada rangkaian di bawah ini, maka LED tersebut akan menyala. Jadi, LED termasuk komponen aktif karena dapat mengubah suatu bentuk energi (listrik) ke bentuk lainnya (cahaya).

Gambar 9. LED Mengubah Energi Listrik Menjadi Cahaya (click gambar untuk memperbesar!) Komponen Pasif: Komponen yang tidak dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal listrik serta tidak dapat mengubah suatu energi ke bentuk lainnya. Contoh komponen pasif: (1) Resistor, merupakan komponen elektronika yang berfungsi membatasi/menghambat arus listrik. Karena tidak dapat menguatkan sinyal maka resistor termasuk komponen pasif. Pada gambar sebelah kiri, terdapat rangkaian yang memberikan arus sebesar 2 mA. Jika pada rangkaian disisipkan resistor 10 K ohm (gambar kanan), akan memberikan arus 1 mA. Nampak bahwa pemasangan resistor tersebut akan membatasi arus. Oleh karena tak dapat menguatkan sinyal, maka resistor termasuk komponen pasif.

Gambar 10. Simulasi Watak Resistor Sebagai Pembatas Arus (click gambar untuk menampilkan ukuran sebenarnya!) Tampilan berikut ini adalah suatu simulator yang dapat digunakan untuk melakukan percobaan secara simulatif tentang rangkaian seri dua buah resistor. Perhatikan bahwa dengan R1=20 ohm, R2=40 ohm dan sumber tegangan 12V, rangkaian akan mengalirkan arus sebesar 0,2 A. Coba anda ubah nilai R1 menjadi 40 ohm! Berapakah nilai arus yang mengalir? Lebih kecil bukan? Itu menunjukkan bahwa resistor berfungsi sebagai pembatas arus. (2) Kapasitor, merupakan komponen elektronika yang berfungsi menyimpan medan listrik, dapat berfungsi memblokir arus DC dan meneruskan arus AC. Karena tidak dapat menguatkan, menyearahkan dan mengubah suatu energi ke bentuk lainnya, maka kapasitor termasuk komponen pasif. Coba ikuti simulasi berikut ini!

Gambar 11. Simulasi Watak Kapasitor (click gambar untuk menampilkan ukuran sebenarnya!) Gambar (a) menunjukkan bahwa walaupun ditahan oleh resistor, arus DC masih dapat dialirkan pada rangkaian sehingga pada titik A terdapat tegangan 5V. Jika resistor diganti dengan kapasitor seperti pada gambar (b), arus DC ditahan oleh resistor sehingga tegangan pada titik B tidak ada. Tetapi jika rangkaian dengan kapasitor sumbernya diganti dengan AC seperti pada gambar (c), maka arus akan dialirkan, terbukti pada titik C terdapat tegangan 5,368V.

(3) Induktor, termasuk komponen pasif karena tidak dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal maupun mengubah suatu energi ke bentuk lainnya. Bagi arus DC induktor bersifat mengalirkannya tetapi bagi arus AC induktor bersifat menghambat. Coba ikuti simulasi berikut ini!

Gambar 12. Simulasi Watak Induktor (click gambar untuk menampilkan ukuran sebenarnya!) Gambar (a) menunjukkan bahwa rangkaian tanpa induktor, tegangan pada ujung-ujung resistor 10V. Pada gambar (b), rangkaian disisipi induktor menghasilkan tegangan yang sama dengan rangkaian tanpa induktor. Jadi, induktor bagi arus DC bersifat meneruskan, tetapi bagi arus AC bersifat menghambat seperti ditunjukkan pada gambar (c). Jika rangkaian dengan induktor diberi sumber AC dalam hal ini 10 Vrms, maka induktor itu bersifat menghambat sehingga pada ujung-ujung resistor tegangannya turun menjadi 5,056V. Berdasarkan hubungan antara tegangan dan arus yang melewatinya, kompoenen elektronika dibedakan atas komponen linear dan komponen non-linear. Komponen Linear: Hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) pada komponen tersebut bersifat linear, arus berbanding lurus terhadap tegangan. Contoh: Resistor.

Gambar 13.

Watal Resistor Sebagai Komponen Linear (click gambar untuk memperbesar!)

Komponen Non-Linear: Hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) pada komponen tersebut bersifat tidak linear. Contoh: Diode.

Gambar 14. Watak Diode Sebagai Komponen Non-Linear (click gambar untuk memperbesar!) Rangkaian Elektronika Rangkaian elektronika adalah rangkaian yang dibentuk oleh komponen-komponen elektronika pasif dan aktif yang merupakan suatu satuan untuk pemrosesan isyarat (signal processing).

Gambar 15. Pengertian Rangkaian Elektronika (click gambar untuk menampilkan ukuran sebenarnya!)

Pemrosesan isyarat dapat mencakup: • • • • •

Penguatan (amplification), rangkaiannya dinamakan penguat (amplifier). Penyearahan (rectification), rangkaiannya dinamakan penyearah (rectifier). Pembangkitan (oscillation), rangkaiannya dinamakan pembangkit sinyal (oscillator) atau osilator Pemodulasian (modulation), rangkaiannya dinamakan modulator Pemrosesan sinyal digital

Penguatan: contoh rangkaian yang melakukan pemrosesan isyarat ini adalah amplifier dengan penguatan sebesar dua kali.

Gambar 16. Diagram Blok Amplifier Dengan Penguatan 2 Kali Implementasi rangkaian tersebut menggunakan OPAMP adalah:

Gambar 17. Amplifier Dengan Pnguatan 2 Kali Jika dilakukan pengukuran menggunakan osiloskop maka akan dihasilkan gambar seperti ini:

Gambar 18. Input dan Output Penguat Dengan Penguatan 2 Kali

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa amplifier melakukan suatu pemrosesan isyarat jenis penguatan dengan menguatkan sinyal input menjadi 2 kalinya pada outputnya. Penyearahan: contoh rangkaian yang melakukan jenis pemrosesan isyarat ini adalah penyearah gelombang penuh.

Gambar 19. Daiagram Blok Penyearah Gelombang Penuh Rangkaian penyearah gelombang penuh:

Gambar 20. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Pengukuran pada input dan output rangkaian tersebut menghasilkan:

Gambar 21. Bentuk gelombang input & output penyearah gelombang penuh

Rangkaian penyearah melakukan pemrosesan sinyal dengan menyearahkan sinyal AC pada inputnya (titik A) menjadi sinyal DC pada outputnya berbentuk gelombang penuh (titik B). Jadi, penyearah merupakan rangkaian elektronika. Pembangkitan: contoh rangkaian yang melakukan pembangkitan isyarat/sinyal adalah osilator gelombang segitiga dan kotak seperti gambar berikut ini.

Gambar 22. Diagram Blok Osilator

Gambar 23. Rangkaian Osilator Dengan OPAMP

Jika dilakukan pengukuran, hasilnya adalah:

Gambar 24. Output Rangkaian Osilator Dalam simulasi ini, rangkaian oscillator melakukan pekerjaan pemrosesan sinyal jenis pembangkitan dengan membangkitkan gelombang kotak dan segitiga pada outputnya. Jadi, osilator merupakan rangkaian elektronika. Rangkaian elektronika menurut tata letaknya terdiri atas rangkaian diskrit dan rangkaian terintegrasi (integrated circuit, IC). (1) Rangkaian Diskrit: merupakan rangkaian elektronik yang komponen-komponennya diletakkan di atas papan rangkaian seperti PCB (printed circuit board), hubungan antar komponen dilakukan melalui konduktor. Setiap komponen berdiri sendiri-sendiri, sehingga jika terdapat komponen yang rusak, komponen tersebut dapat diganti.

Gambar 25. Tata Letak Komponen Pada Rangkaian Diskrit

(2) Rangkaian Terintegrasi (IC): Komponen-komponennya tercetak dalam keping silikon yang disebut chip yang ukurannya kira-kira 1mm persegi. Dalam chip yang ukurannya 1mm persegi tersebut terdapat beribu-ribu komponen. Jika chip tersebut dikemas dan diberi pin sehingga menjadi piranti elektronik maka piranti tersebut dinamakan IC (integrated circuit).

Gambar 25. Contoh Bentuk IC

Gambar 26. Contoh Bentuk IC (Chip) Mikroprosesor

Gambar 27. Beberapa Bentuk IC Mikrokontroler

Klasifikasi Rangkaian Terintegrasi: • • • •

SSI (small scale integration), jumlah komponen lebih kecil dari 100 buah. MSI (medium scale integration), jumlah komponen antara 100 s.d. 1000 buah. LSI (large scale integration), jumlah komponen antara 1000 s.d. 10.000 buah VLSI (very large scale integration), jumlah komponen lebih besar dari 10.000 buah

Karena proses interkoneksi antar komponen dilakukan di atas chip oleh pabrik kemudian dikemas dalam bentuk IC, maka jika ada komponen yang rusak, maka komponen yang rusak itu tidak dapat diganti, jadi IC nya yang diganti. Rangkaian elektronika menurut jenis sinyal yang diproses terdiri atas: (1) Rangkaian Analog: merupakan rangkaian yang memproses sinyal yang bersifat kontinyu, yakni sinyal yang nilainya memiliki interval seperti 0,1 V; 0,2 V;1 V; 1,5 V; 2 V dan seterusnya. (2) Rangkaian Digital: Rangkaian elektronika yang melakukan pemrosesan sinyal yang bersifat diskrit, yakni sinyal yang nilainya dalam dua keadaan saja yakni rendah dan tinggi.

Gambar 28. Perbedaan Rangkaian Elektronika Analog dan Digital Sistem Elektronika Sistem elektronika adalah kesatuan yang tersusun dari komponen dan rangkaian elektronika untuk tujuan pengalihan tenaga dalam bidang komunikasi, atau komputasi, atau instrumentasi dan kendali.

Gambar 29. Ilustrasi Sistem Elektronika Dari gambar terlihat bahwa input dan output sistem elektronika berupa suatu energi, dan tujuan adanya sistem adalah untuk melakukan pengalihan tenaga dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh sistem elektronika dalam bidang komunikasi:

Gambar 30. Diagram Blok Sistem Komunikasi 1 Arah Pemancar dan penerima merupakan sistem elektronik, karena di dalamnya terdapat beberapa rangkaian dan komponen elektronik dan bertujuan melakukan transfer energi (coba sebutkan!). Jika keduanya bergabung menjadi sistem komunikasi, maka keduanya disebut subsistem. Contoh-contoh sistem elektronika:

Gambar 31. Contoh-contoh Sistem Elektronika Telepon selular atau HP adalah sistem elektronika pada bidang komunikasi karena pada saat pengguna mendengarkan pembicaraan telepon maka HP berfungsi mengubah energi gelombang elektromagnetik menjadi energi gelombang mekanik suara, sedangkan saat digunakan untuk menelpon HP berfungsi mengubah energi gelombang mekanik suara menjadi energi gelombang elektromagnetik. Radio merupakan sistem elektronika bidang komunikasi karena berfungsi mengubah energi gelombang elektromagnetik menjadi energi gelombang mekanik suara. Televisi berfungsi mengubah energi gelombang elektromagnetik menjadi energi cahaya. Robot mengubah sinyal-sinyal listrik menjadi energi gerak dan timbangan digital mengubah energi mekanik berat menjadi energi listrik. Perbedaan sistem dan rangkaian elektronika dapat disimpulkan sebagai berikut: