BUKU AJAR TEKS
ELEKTRONIKA ANALOG Untuk SMK Kelas X Semester 1 Teknik Ketenagalistrikan
[Year]
SIGIT SETYO WIDODO & ALIEF RIDHO S1 PTE-A 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas tersusunnya buku teks ini, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku teks untuk siswa Sekolah Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Bidang Studi Studi Keahlian Teknik Elektronika. Penerapan kurikulum 2013 mengacu pada paradigma belajar kurikulum abad 21 menyebabkan terjadinya perubahan, yakni dari pengajaran (teaching) menjadi pembelajaran (learning), dari pembelajaran yang berpusat kepada guru (teachers-centered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik (student-centered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar peserta didik aktif (active learning-CBSA) atau Student Active Learning-SAL. Buku teks ″ Elektronika Analog″ ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013 diselaraskan berdasarkan pendekatan model pembelajaran yang sesuai dengan kebutuhan belajar kurikulum abad 21, yaitu pendekatan model pembelajaran berbasis peningkatan keterampilan proses sains. Penyajian buku teks untuk MataPelajaran Mata Pelajaran ″Rangkaian Elektronika Analog″ ini disusun dengan tujuan agar supa ya peserta didik dapat melakukan proses pencarian pengetahuan berkenaan dengan materi pelajaran melalui berbagai aktivitas proses sains sebagaimana dilakukan oleh para ilmuwan dalam melakukan penyelidikan ilmiah (penerapan saintifik), dengan demikian peserta didik diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep, dan nilai-nilai baru secara mandiri.Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, dan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik dan Tenaga Kependidikan menyampaikan terima kasih, sekaligus saran kritik demi kesempurnaan buku teks ini dan penghargaan kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam membantu terselesaikannya buku teks Siswa untuk Mata Pelajaran ektronika Analog kelas X/Semester 1 Sekolah Menengah Kejuruan (SMK).
Malang, 14 September 2015
Penyusun
Elektronika Analog
2
DESKRIPSI
Bahan Ajar dengan judul “ELEKTRONIKA ANALOG 1” ini merupakan bahan ajar dasar program keahlian tek elektro dan elektronika yang digunakan untuk
mendukung
pembelajaran
SMK
Program
Keahlian
Teknik
Ketenagalistrikan yang diberikan pada kelas X semester 1. Adapun hasil belajar setelah menguasai dan memahami modul ini, siswa dapat memahami konsep elektronika dasar
PRASYARAT
Untuk
melaksanakan modul Komponen RLC, mahasiswa memerlukan
kemampuan awal, yaitu: 1. Siswa telah mengetahui besaran-besar listrik. 2. Siswa mampu mengukur besaran-besaran listrik. 3. Siswa mampu mengetahui tentang rangkaian listrik.
PETA KEDUDUKAN
Peta kedudukan bahan ajar ini merupakan diagram,yang menunjukan tahapan atau tata urutan pencapaian kompetensi yang diajarkan dan dilatihkan kepada siswa, dalam kurun waktu yang dibutuhkan. Dengan membaca peta kedudukan bahan ajar ini, dapat dilihat urutan logis pembelajaran Bidang Keahlian Teknologi Dan Rekayasa Program Keahlian Teknik Ketenagalistrikan. Guru dan siswa dapat menggunakan Buku Teks Bahan Ajar Siswa ini, sesuai dengan urutan pada diagram ini.
PENGUKURAN LISTRIK
ELEKTRONIKA ANALOG
ELEKTRONIKA DIGITAL
Elektronika Analog
3
FITUR BUKU
Penggunaan ikon dalam buku teks ini merupakan fitur buku yang bertujuan untuk membawa perhatian agar lebih menarik berkenaan dengan informasi yang memerlukan penekanan khusus.
Tanda ini digunakan sebagai pengingat simbolsimbol penting
Tanda ini digunakan sebagai pengenalan tokoh-tokoh penemu dibidang elektro/elektronika
Tanda ini digunakan sebagai pengingat rumus-rumus penting
Tanda ini digunakan sebagai penanda contoh soal beserta jawaban
Tanda ini digunakan sebagai penanda soal latihan yang harus dijawab siswa
Tanda ini digunakan sebagai penanda rangkuman dalam setiap akhir bab
Tanda
ini
digunakan
sebagai
penanda
soal
uji
kompetensi yang harus dijawab siswa
Tanda ini digunakan sebagai penanda soal perbaikan yang harus dijawab siswa apabila nilai uji kompetenst tidak memenuhi standar Tanda ini digunakan sebagai penanda soal pengayaan yang harus dijawab siswa apabila nilai uji kompetenst sudah memenuhi standar
Elektronika Analog
4
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................................................2 DESKRIPSI........................................................................................................................3 PRASYARAT ....................................................................................................................3 PETA KEDUDUKAN ......................................................................................................3 FITUR BUKU ....................................................................................................................4 DAFTAR ISI ......................................................................................................................5 BAB 1 KOMPONEN RLC
1.1 Resistor dan Resistansi .............................................................................................. 9 1.2 Induktor dan Induktansi ........................................................................................... 12 1.3 Kapasitor dan Kapasitansi ....................................................................................... 16 Rangkuman ....................................................................................................................24 Soal Uji Kompetensi...................................................................................................... 25 Soal Perbaikan ............................................................................................................... 26 Soal Pengayaan .............................................................................................................. 26 GLOSARIUM ..................................................................................................................27 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................28
Elektronika Analog
5
Deskripsi Materi
Langkah
pertama
sebelum
mengenal
dan
merangkai
komponen
elektronika analog adalah mengenal dasar-dasar tentang teori dan konsep tentang dasar-dasar komponen elektronika analog yaitu komponen RLC.
Kompetensi Inti & Kompeteni Dasar
3.3. Menentukan sifat elemen pasif dalam rangkaian listrik arus searah dan peralihan (KI-3) 4.3. Memeriksa sifat elemen pasif dalam rangkaian listrik arus searah dan peralihan (KI-4)
Tujuan Pembelajaran
1.
Siswa dapat Menentukan sifat elemen pasif dalam rangkaian listrik arus searah dan peralihan (KI-3)
2.
Siswa dapat Memeriksa sifat elemen pasif dalam rangkaian listrik arus searah dan peralihan (KI-4)
Kata Kunci
Resistor
Resistansi
Induktor
Induktansi
Kapasitor
Kapasitansi
Elektronika Analog
6
PETA KONSEP
KOMPONEN PASIF RLC
RESISTOR
INDUKTOR
KAPASITOR
RESISTANSI
INDUKTANSI
KAPASIANSI
Elektronika Analog
7
1. ELEMEN PASIF RANGKAIAN LISTRIK
Elemen atau kompoen listrik yang dibicarakan disini adalah elemen listrik dua
terminal,
yang
terdiri
atas:Sumber
tegangan,
Sumber
arus,
Resistor ( R ), Induktor ( L ), Kapasitor ( C ).Berbicara mengenai Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian dari rangkaian itu sendiri, dimana rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen penyusunnya ditambah dengan rangkaian penghubungnya dimana disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan kata lain hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita dapat menganalisis suatu rangkaian. Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari titik yang dimaksud akan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tidak memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh.Rangkaian listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada teknik elektro yang menjadi dasar atay fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem computer, putaran mesin, dan teori control. Sebuah rangkaian (circuit) dan Jaringan (net work) terbentuk dari gabungan elemen-elemen dua terminal baik elemen pasif maupun elemen aktif. Elemen-elemen aktif
adalah sumber tegangan atau sumber arus yang mampu
menyalurkan energi ke rangkaian atau jaringan. Sedang elemen-elemen pasif adalah resistor, induktor dan kapasitor yaitu elemen-elemen rangkaian yang menyerap ataupun menyimpan energi dari sumber energi. Elemen-elemen tersebut dapat dihubungkan dalam hubungan seri, parallel atau kombinasi keduanya. Simbol Elemen Aktif
Kesepakatan Tanda
Bila suatu arus memasuki sebuah elemen rangkaian pada terminal bertanda positif (+) untuk tegangan U pada elemen tersebut, maka daya yang diserap adalah perkalian antara tegangan dan arus atau P = U x I.
Elektronika Analog
8
Gambar 1.1 Kesepakatan Tanda Arah Arus
Dalam Gambar 1.1, diketahui tegangan pada elemen A adalah Ua = 20 V, tegangan pada elemen B adalah Ub = -15 V dan tegangan pada elemen C adalah Uc = 5 V. Dapat diketahui besar daya yang diserap oleh elemen A yaitu: P = Ua x I = - (20) x (3) = - 60 watt Penyerapan negatif adalah emisi positif. Akibatnya, elemen A pastilah sebuah sumber tegangan. Daya yang diserap oleh elemen B adalah - (-15) x (3) = 45 watt dan pada elemen C adalah : +(5) x (3) = 15 watt.
Diagram Rangkaian
Setiap diagram rangkaian atau jaringan dapat terbentuk atau ditampilkan dalam sama
tetapi
berbagai
cara.
Jadi
kadang-kadang
rangkaian yang
dapat ditampilkan dalam bentuk yang berbeda. Oleh karena itu
dalam melakukan analisis rangkaian, sebaiknya memeriksa terlebih dahulu diagram rangkaiannya dan kalau perlu digambar kembali guna memperlihatkan dengan lebih jelas bagaimana elemen- elemen tersebut saling berhubungan sebelum memulai menyelesaikan masalahnya.
1.1 Resistor dan Resistansi
Hampir semua penghantar listrik terbuat dari logam. Tetapi tidak ada bahan yang dapat menjadi penghantar murni. Tetapi beberapa
logam
merupakanpenghantar listrik yang lebih baik dibandingkan dengan lainnya. Perak, tembaga, dan alumunium merupakan penghantar yang bagus. Besi, baja, dan
arang juga dapat menghantarkan arus listrik, tetapi resistansinya sangat tinggi.
Elektronika Analog
9
Simbol Elemen Pasif
Penghantar yang sangat jelek lazim disebut sebagai resistor atau resistan atau tahanan atau penghambat. Resistor tidak memiliki elektron bebas atau sangat sedikit elektron bebas pada atomnya. Jadi sangat sulit bagi elektron bebas tersebut bergerak melewati ataom lainnya.
Resistor atau tahanan adalah bahan
listrik yang mempunyai daya hantar listrik rendah atau mempunyai resistansi tinggi. Karena nilai resitansinya tinggi maka resistor sering digunakan sebagai pembatas
arus listrik. Bahan listrik yang sering digunakan sebagai resitor
adalah arang atau karbon, dan nichrom.Dalam prakteknya untuk keperluan pengontrolan
arus listrik digunakan resistor-resistor praktis yang didesain
dalam berbagai harga. Satuan praktis dari resistor adalah Ohm.
George Simon Ohm
Resistor yang kita kenal saat ini adalah buah tangan dari seorang Georg Simon Ohm dilahirkan pada tanggal 16 Maret 1789 di kota Erlangen di Bavaria, yang sekarang Jerman.
Gambar 1.2 Jenis-Jenis Resistor
Resistan listrik diukur dalam satuan ohm. Di mana satuan ohm menyatakan jumlah
sebesar
satu
resistan
pada
suatu
rangkaian
listrik.
Resistan
ohm memungkinkan adanya emf sebesar satu volt yang
menyebabkan terjadinya aliran arus melalui rangkaian tersebut sebesar satu amper. Simbol yang digunakan untuk menyatakan satuan ohm adalah Ω.
Elektronika Analog
10
Nilai resistan listrik pada suatu konduktor tergantung pada empat aspek berikut:
Bahan yang digunakan
Diameter atau ukuran konduktor
Panjang konduktor
Suhu konduktor
Besarnya nilai resistansi suatu bahan konduktor dapat dihitung denganmenggunakan persamaan : Resistansi Bahan Konduktor
Dimana :
R : resistansi konduktor, diukur dalam satuan ohm ρ :
resistivitas bahan, dalam satuan ohm.mm2/m
l : panjang konduktor, diukur dalam satuan meter (m) A : luas penampang kawat penghantar, dalam satuan mm2
Latihan Soal 1
1.
Gambarkan simbol dari resistor
2.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan Resistansi
3.
Sebutkan hal-hal yang mempengaruhi Nilai resistan listrik pada suatu konduktor
4.
Jelaskan persamaan untuk menghitung b esarnya nilai
resistansi suatu bahan konduktor 5.
Sebutkan satua dari besarnya resistansi resistor
Elektronika Analog
11
1.2. Induktor dan Induktansi
Induktor
adalah
sebuah
elemen
pasif
rangkaian
yang
dapat
menyimpan energi. Induktor berbentuk sebuah lilitan yang terbuat dari bahan konduktor (tembaga) yang dililitkan pada suatu bahan fero magnetik. Sebagai contoh belitan transformator, belitan motor dan alat-alat lain yang serupa. Sebuah induktor atau reaktor adalah pasif(kebanyakan
berbentuk torus)
yang
sebuah komponen dapat
menyimpan
elektronika energi
pada
medanmagnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya
(L),
yang diukurdalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yangdibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam
rangkaian
yang
arus
dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan
Joseph Henry
kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik. Sebuah induktor
ideal
memiliki
induktansi,
tetapi
tanpa
resistansi atau kapasitansi, dan hanya menyerap daya disipatif relatif kecil. Sebuah induktor pada kenyataanya memiliki induktansi dan resistansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain menyerap daya disipatif pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga menyerap daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena adanya kejenuhan magnetik.
Gambar 1.3 Macam-Macam Konduktor
Elektronika Analog
12
Penemu dari induktor adalah Joseph Henry yang lahir pada 17 Desember 1797 di Albany, New York, Amerika Serikat. Nama Henry kemudian dijadikan satuan untuk besar induktansi
Konstruksi Induktor
Sebuah induktor biasanya dikonstruksi sebagai sebuah lilitan dari bahan penghantar, biasanya kawat tembaga, digulung pada inti magnet berupa udara atau bahan feromagnetik. Bahan inti yang mempunyai permeabilitas magnet yang lebih tinggi dari udara meningkatkan medan magnet dan menjaganya tetap dekat pada induktor, sehingga meningkatkan induktansi induktor. Induktor frekuensi rendah dibuat dengan menggunakan baja laminasi untuk menekan arus eddy. Ferit lunak biasanya digunakan sebagai inti pada induktor frekuensi tingi, dikarenakan ferit tidak menyebabkan kerugian daya pada
frekuensi
tinggi
seperti
pada
inti
besi.
Ini dikarenakan ferit
mempunyai lengkung histeresis yang sempit dan resistivitasnya yang tinggi mencegah arus eddy. Induktor dibuat dengan berbagai bentuk. Sebagian besar dikonstruksi dengan menggulung kawat tembaga email disekitar bahan inti dengan kakikaki
atau terminal kawat keluar. Beberapa jenis menutup penuh gulungan
kawat di dalam material inti, dinamakan induktor terselubungi. Beberapa induktor mempunyai inti yang dapat diubah letaknya, yang memungkinkan pengubahan induktansi. Induktor yang digunakan untuk menahan frekuensi
sangat tinggi biasanya dibuat dengan melilitkan tabung atau manik-manik ferit pada kabel transmisi. Induktor kecil dapat dicetak langsung pada papan rangkaian cetak dengan membuat jalur tembaga berbentuk spiral. Beberapa induktor dapat dibentuk pada rangkaian terintegrasi
menhan
menggunakan
inti
planar.
Tetapi
bentuknya yang kecil membatasi induktansi. Dan girator dapat menjadi pilihan alternatif.
Gambar 1.4 Konstruksi Induktor
Elektronika Analog
13
Macam-macam induktor umumnya dibedakan berdasar inti yg dipakainya, yaitu:
Induktor-inti-udara / air-core-inductor
Induktor-frekuensi-radio / radio-frequency-inductor
Induktor-inti-Feromagnetik / ferromagnetic-core-inductor
Induktor-Variabel / Variable-inductor
Induktor-inti-Laminasi / Laminated-core-inductor
Induktor-inti-toroida / Toroidak-core-inductor
Induktor-inti-ferit / Ferrite-core-inductor Kemampuan sebuah induktor untuk melawan sembarang perubahan arus
merupakan ukuran induktansi diri suatu kumparan. Untuk keperluan praktis
biasanya hanya disebut sebagai induktansi yang disimbolkan dengan huruf L. Induktansi diukur dalam satuan Henry. Induktor adalah kumparan magnetik dengan bermacam-macam ukuran
yang
dirancang
untuk
menghasilkan
sejumlah nilai induktansi. Untuk meningkatkan nilai induktansinya, lazimnya digunakan bahan feromagnetik. Kalau pada resistor, ia hanya memiliki nilai resistansi maka pada induktor dia memiliki nilai resistansi ( R ) dan nilai induktansi ( L ). Di mana besarnya nilai induktansinya tergantung pada jumlah lilitan (N), luas penampang lilitannya (A) dan panjang sumbu lilitannya (l).
Secara matematik hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut :
Induktansi
Dimana : μo adalah permeabilitas udara : μo = 4ᴨ x 10-7 H/m µr adalah permeabilitas bahan feromagnetik
Elektronika Analog
14
Contoh Soal : Menentukan Iduktansi
Tentukan induktansi kumparan inti besi seperti gambar berikut:
Induktor
merupakan
elemen
pasif
yang
mempunyai
sifat
dapat
menyimpan energi seperti halnya energi yang tersimpan pad pegas. Adalah M. Faraday sarjana ekperimentalis dari Inggris yang menemukan gejala unik dari induktor dan induktansi. Bahwa medan magnetik yang selalu berubah setiap
saat
berdekatan.
dapat menginduksikan Faraday
tegangan
di
dalam
rangkaian
yang
dapat menunjukkan bahwa besarnya tegangan induksi
Tegangan Induktansi
sebanding dengan laju perubahan arus terhadap waktu yang menghasilkan medan magnet tersebut dan suatu konstanta yang kemudian disebut sebagai induktansi ( L ),
sehingga
Elektronika Analog
15
Latihan Soal 2
1. Gambarkan simbol dari induktor! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Induktansi! 3. Sebutkan macam-macam induktor berdasarkan intinya!
4. Sebutkan hal-hal yang mempengaruhi besarnya induktansi! 5. Sebutkan satuan dari besarnya induktansi!
1.3. KAPASITOR DAN KAPASITANSI
Kapasitan dapat didefinisikan sebagai suatu sistem kombinasi dari konduktor dan isolator yang bisa menyimpan listrik (elektron bebas). Kemampuannya tersebut diindikasikan denga huruf C. Satuan kapasitas dinyatakan dalam farad. Simbol farad adalah huruf F kapital. Satu farad dapat dinyatakan sebagai pengisian listrik (charge) sebesar satu Coulomb pada permukaan kapasitor dengan perbedaan potensial sebesar satu volt antara kedua pelat.
Gambar 1.5 Macam-macam kapasitor
Elektronika Analog
16
Satuan Kapasitansi
Satuan Farad merupakan satuan yang agak besar jika diterapkan pada suatu unit kapasitor. Biasanya kapasitor yang digunakan di berbagai peralatan listrik dan refrijerasi dinilaikan dalam ukuran mikrofarad (µF). Setiap perangkat yang memiliki kapasitan
(menyimpan elekron bebas) disebut kapasitor.
Kapasitor berskala besar terbuat dari permukaan metal seperti aluminium foil
yang dipisahkan oleh baha isolasi (dielektrik), seperti diperlihatkan dalam Gambar 1.6. Kapasitor diklasifikasikan berdasarkan bahan
yang digunakan
sebagai dielektrikum. Bahan dielektrikum yang lazim digunakan adalah udara, kertas, oli, keramik, dan elektrolid.
Gambar 1.6 Konstruksi Kapasitor
Kapasitor yang terhubung secara seri dengan beban listrik dalam suatu rangkaian listrik, dapat merubah gelombang sinusoida dan membuat gelombang arus listrik mendahului gelombang tegangan listrik. Kapasitor
digunakan untuk meningkatkan torsi motor satu fasa, meningkatkan efisiensi, dan perbaikan faktor kerja. Pembahasan lebih mendalam masalah ini akan diberikan di Dasar dan Pengukuran Listrik 2. Kapasitor
adalah
komponen
listrik/elektronika
yang digunakan
untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik). Kapasitor atau
disebut
juga kondensator adalah alat (komponen) listrik yang dibuat
Elektronika Analog
17
sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu. Kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor yang dibentuk oleh dua pelat konduktor.Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat digunakan
ini
sering
untuk
disebut
menyekat
penyekat (isolator).
Isolator
bahan (zat) dielektrik.Zat dielektrik yang
kedua
penghantar
dapat
digunakan
untuk
membedakan jenis kapasitor. Beberapa kapasitor menggunakan bahan dielektrik berupa kertas, mika, plastik cairan dan lain sebagainya. Karena sifatnya yang dapat menyimpan
energi, maka kapasitor lazim digunakan sebagai cadangan energi ketika sikuit elektronika terputus secara-tiba-tiba. Hal inikarena adanya arus transien pada kapasitor. Pada alat penerima radio,kapasitor bersama komponen elektronika lain dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi dan filter gelombang, selain dapat juga sebagaikomponen pada sirkuit penyearah arus/tegangan ac menjadi dc atau disebutdengan penghalus riak sehingga alat-alat
elektronik
bisa
digunakandengan tegangan bolak-balik (PLN) tanpa baterai. Kapasitor juga dapat digunakansebagai komponen pemberi cahaya singkat pada blitz kamera. Kapasitor (yang pada awalnya disebut kondensator) secara struktur prinsipnya terdiri dari dua buah pelat konduktor yang berlawanan muatan,masing-masing memiliki luas permukaan A, dan mempunyai muatan persatuan luas σ. Konduktor yang dipisahkan oleh sebuah zat dielektrik yangbersifat isolator sejauh d. Zat inilah yang nantinya
akan memerangkap
elektron-elektron bebas. Muatan berada pada permukaankonduktor
yang
jumlah totalnya adalah nol. Hal ini disebabkan jumlahmuatan negatif dan positif sama besar. Bahan dielektrik adalah bahan yangjika tidak terdapat medan
listrik bersifat isolator, namun jika ada medanlistrik yang melewatinya, maka akan terbentuk dipol-dipol listrik, yang arahmedan magnetnya melawan medan listrik semula.
Elektronika Analog
18
Gambar 1.7 Plat panel sebelum terhubung dengan sumber tegangan
Gambar 1.7 memperlihatkan dua plat paralel sebelum terhubung ke sumber tegangan. Sebelum adanya muatan pada kedua pelat, bahan dielektrik memiliki dipole acak sehingga bersifat isolator. Setelah plat bermuatan yg menghasilkan medanl istrik ke arah kanan,muatan pada dielektrik terpolarisasi oleh medan listrik. Muatan positif perlahan-lahan menuju pelat negatif, dan muatan negatif ke pelat positif. Akibatnya terdapat medan listrik baru pada dielektrik
yang melawan medan
listrik semula yang saling menghilangkan,sehingga medan listrik total menjadi nol, dan arus berhenti mengalir.
Gambar 1.8 Plat panel setelah terhubung dengan sumber tegangan
Kapasitas Kapasitor
Ketika kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan (misalnya baterai atau sumber tegangan yang lain) kapasitor akan menyimpan muatan. Besarnya kapasitas muatan yang tersimpan dalam kapasitor disebut kapasitas kapasitor. Besarnya kapasitas kapasitor disebut kapasitansi. Kapasitas kapasitor adalah banyak muatan yang tersimpan dalam kapasitor ketika di hubungkan dengan beda potensial tertentu. Kapasitansi kapasitor disimbolkan dengan huruf C kapital, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
Elektronika Analog
19
Dimana:
C = Kapasitas kapasitor, diukur dalam satuan farad q = muatan yang tersimpan dalam kapasitor, diukur dalam satuan coulomb U = beda potensial antar pelat kapasitor, diukur dalam satuan volt
Tegangan Induktansi
Gambar 1.9 Kapasitor Pelat Paralel
Marilah kita tinjau konfigurasi pelat sejajar seperti pada Gambar 1.8. Ketika saklar S ditutup, dalam ruang antara plat akan timbul medan listrik. Setelah beberapa saat pada plat 1 akan terkumpul muatan +q dan pada plat 2 muatan -q. Fenomena tersebut diperlihatkan dalam Gambar 1.9 berikut ini.
Gambar 2.0 Gejala Kapasitor Pelat Paralel
Elektronika Analog
20
Muatan dalam plat mencapai harga maksimum q setelah potensial plat 1 mencapai harga Us. Muatan maksimum q yang terkumpul pada plat
Kuat Medan Listrik Pada Plat
sebanding dengan tegangan sumber Us. Kuat medan listrik yang timbul di antara plat adalah: Dengan
, merupakan rapat muatan persatuan luas. Sehingga beda potensial antara
plat adalah :
q = CV, dan
Untuk selanjutnya C disebut kapasitansi yang menyatakan kapasitas sistem kapasitor untuk menyimpan muatan atau juga medan listrik. Harga kapasitansi tergantung pada bentuk sistem kapasitornya, yaitu luas plat dan jarak antar plat. Satuan kapasitansi Farad (F). Sistem kapasitif adalah sistem yang dapat menyimpan muatan atau medan listrik. Sedangkan kapasitor adalah sistem kapasitif yang dibuat agar
mempunyai harga kapasitansi tertentu. Pada Umumnya besaran kapasitor C diukur dalam satuan mikrofarad (μF) atau pikofarad (pF). Hubungan antara farad,mikrofarad dan pikofarad dapat dinyatakan sebagai berikut:
Konversi Satuan Kapasitansi
1μF = 10 -6 F 1 pF = 10-12F
-6
1μF = 10 F -12
1 pF = 10 F
Elektronika Analog
21
Contoh Menentukan Luas Plat
Plat-plat sejajar sebuah kapasitor yang diisi dengan udara berjarak 1 mm satu dengan yang lain. Tentukan luas plat supaya kapasitansinya menjadi 1 F! Jawab:
Ini adalah setara dengan bujursangkar yang sisi-sisnya lebih panjang dari 9,5 km. Jadi di sini satuan farad merupakan satuan yang sangat besar. Biasanya dalam praktek dipakai satuan mikrofarad (μF)
Contoh Menentukan Besar Muatan
Sebuah kapasitor dengan kapasitas 0,5
F dimuati dengan baterai 12 volt.
Hitunglah besar muatan yang tersimpan dalam kapasitor tersebut Jawab: C = 0,5 10-6F V = 12 V Q = C.V = 0,5 . 10 -6(12) = 6.10-6 C
Elektronika Analog
22
Kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor keping sejajar yang terdiri dari 2 keping logam seluas A yang terpisah pada jarak d, seperti terlihat pada gambar berikut:
Gambar 1.10 Pelat Paralel
Pada keping sejajar nilai kapasitas kapasitor dinyatakan dengan formula :
Untuk penyekat udara εr = 1 sehingga nilai kapasitas kapasitor ad alah:
Kapasitansi Kapasitor Pelat Paralel
C
= kapasitas pelat paralel, dalam farad
εr
= permitivitas relatif bahan penyekat
ε
= permitivitas bahan penyekat
-12 2
-1
-2
ε0
= permitivitas vakum = 8,5 x 10 C /N m
d
= Jarak antar pelat paralel, dalam m
Elektronika Analog
23
Latihan Soal 3
1. Gambarkan simbol dari kapasitor! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Kapasitansi! 3. Sebutkan hal-hal yang mempengaruhi Nilai kapasitor!
4. Sebutkan satuna dari besarnya kapasitansi kapasitor! 5. 1 F = ..... uF
Rangkuman
Komponen pasif merupakan komponen yang dapat menyerap atau menyimpan energi dari sumber energi Resistor adalah komponen elektronik yang digunakan sebagai penghambat arus Resistansi adalah nilai besarnya kemampuan resistor untuk menghambat arus yang dinyatakan dengan Ohm Induktor adalah komponen elektronik yang digunkan sebga beban induktif Induktansi adalah kemampuan sebuah induktor untuk melawan sembarang perubahan arus diri suatu kumparan yang dinyatakan dalam satuan Henry Kapasitor merupakan komponen elektronik yangdigunakan untuk menyimpan arus listrik sementara Kapasitansi merupakan kemampuan kapasitor menyimpan arus listrik untuk sementara yang dinyatakan dalam satuan Farad
Elektronika Analog
24
UJI KOMPETENSI A. Jawablah Pertanyaan Berikut Ini Dengan Memberi Tanda Silang Pada Jawaban Yang aling Tepat! 1. Satuan dari resistansi adalah.... a. Volt
c. Ohm
b. Ampere
d. Watt
2. Berikut ini yang tidak mempengaruhi nilai resistan listrik pada
suatu konduktor adalah.... a. Bahan
c. Suhu
b. Diameter
d. Harga
3. Fungsi dari resistor adalah.... a. Menahan arus listrik
c. Menghantarkan arus listrik
b. Menyimpan arus listrik
d. Pengaman
4. Berikut meruakan simbol dari induktor adalah.... a.
c.
b.
d.
5. Kemampuan sebuah induktor untuk melawan sembarang
perubahan arus adalah... a. Resistansi
c. Konduktansi
b. Induktansi
d. Kapasitansi
6. Fungsi dari resistor adalah.... a. Sebagai beban induktif
c. Sebagai beban kapasitif
b. Sebagai beban resistif
d. Sebagai beban relatif
Elektronika Analog
25
7. Fungsi dari kapasitor adalah.... a. Menahan arus listrik
c. Menyimpan arus listrik sementara
1. Satuan Kapasitansi b.dari Pengaman arus adalah.... listrik
d. Menyimpan arus listrik selamanya
a.8.Volt c. Farad Simbol dari kapasitor adalah.... b. Henri a. R
c. Fd. Ohm
b. L
d. C
9. Sebuah kapasitor dengan kapasitas 0,5 F dimuati dengan baterai 9
volt. Besar muatan yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah a. 6.10
-6 -6
b. 12.10
-6
F
c. 18.10
C
-6
F
d. 24.10
C
10. Nilai 1μF = .... F a. 10
-6
c. 10
-9
6
d. 10
9
b. 10
B. Jawablah Pertanyaan Berikut Ini Dengan Tepat! 1. Jelaskan perbedaan resistansi dan resistor 2. Jelaskan perbedan induktansi dan induktor 3. Jelaskan perbedaan kaasitansi dan kapasitor 4. Sebutkan jenis-jenis kapasitor! 5. Sebutkan hal-hal yang mempengaruhi besarnya resistansi suatu konduktor!
NILAI
Catatan:
Paraf Guru
Elektronika Analog
Paraf Orang Tua
26
PERBAIKAN 1. Jelaskan Apa Yang Dimaksud Dengan Resistor, Induktor, dan Kapasitor! 2. Jelaskan Apa Yang Dimaksud Dengan Resistansi, Induktansi dan Kapasitansi! 3. Jelaskan fungsi dari komponen R-L-C! 4. Sebutkan Hal-hal yang mempengaruhi besarnya resistansi suatu bahan konduktor! 5. Sebutkan Hal-hal yang mempengaruhi besarnya kapasitasi !
PENGAYAAN 1. Gambarkan simbol-simbol R-L-C! 2. Plat-plat sejajar sebuah kapasitor yang diisi dengan udara berjarak
1 mm satu dengan yang lain. Tentukan luas plat supaya kapasitansinya menjadi 1 uF! 3. Sebutkan macam-macam konduktor berdasarkan intiny! 4. Tentukan induktansi kumparan inti besi seperti gambar berikut: 50mm
5. Sebuah kapasitor dengan kapasitas 1 F dimuati dengan baterai 24 volt. Hitunglah besar muatan yang tersimpan dalam kapasitor tersebut
Elektronika Analog
27
GLOSARIUM
Resistansi: kemampuan resistor menghambat arus listrik
Induktansi: kemampuan induktor
Kapasitansi: kemampuan sebuah induktor untuk melawan sembarang
perubahan arus diri suatu kumparan
Ohm: satuan hambatan listrik/ Satuan resistansi
Ampere: satuan arus listrik
Volt: satuan tegangan listrik
Henry: satuan induktansi
Farad: satuan kapasitansi
Elektronika Analog
28
DAFTAR RUJUKAN
Asmuniv. 2013. Rangkaian Elektronika Analog. Jakarta : Kemdikbud. Nuraeni, Reni. 2013. Rangkaian Elektronika Analog. Jakarta : Kemdikbud.
Elektronika Analog
29