Materi:
- Pengertian Elektronika
- Komponen Elektronika: komponen aktif dan pasif, komponen linear dan non-linear
- Rangkaian Elektronika: rangkaian diskrit dan terintegrasi, rangkaian analog dan digital
- Sistem Elektronika: sistem komunikasi, sistem komputasi, sistem instrumentasi dan kendali
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
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:
End of Pendahuluan.
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