Tugas 2


Membuat Lampu kedap-kedip dengan rangkaian flip-flop menggunakan

kapasitor(elektrolit condensator)

Referensi dari gambar 9.4 sub chapter 9.5

1.Tujuan[Kembali]

-Mengetahui dan memahami penggunaan kapasitor(elektrolit condensator)

-Mampu menjelaskan prinsip kerja kapasitor(elektrolit condensator)

-Mampu merancang suatu aplikasi sederhana dengan kapasitor(elektrolit condensator) pada proteus

2.Alat dan Bahan[Kembali]

  • Alat yang digunakan

a)Ground


Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

Dalam Elektronika, ground yang dimaksud adalah ground semu (boleh juga nanti dihubungkan dengan ground sesungguh nya untuk pengamanan terhadap setrum).

Yang dimaksud titik "ground semu" adalah titik tersebut dihubungkan dengan body alat elektronik yang terbuat dari logam sehingga semua komponen di dalamnya tertutupi oleh ground semu itu.

Dengan cara ini jika ada (dan pasti ada) gelombang elektromagnetik dari udara sekitarnya tidak masuk ke alat elektronik kita.

Ground pada elektronik berfungsi sebagai:

1.Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.

2.Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

Simbol Grounding Listrik

Sama seperti kebanyakan istilah dalam dunia kelistrikan sering terdapat simbol yang berbeda beda di tiap negara begitupun juga dengan simbol grounding listrik yang terdapat beberapa yang umum digunakan. Pada peralatan kelistrikan tentunya kita tidak jarang melihat ikon simbol dibawah ini bukan.



Simbol grounding

Kesemuanya adalah sama yaitu sebagai simbol grounding listrik. Fungsi dari simbol ini tentu saja banyak sekali misalnya saat proses gambar teknik instalasi listrik, proses pembangunan gedung, troubleshooting pada saat terjadi kegagalan ataupun maintenance instalasi listrik.

b)VCC


Spesifikasi:5V

VCC menunjukkan pin yang harus disambung ke tegangan positip (biasanya 5V atau 3.3V)

Pada awalnya VCC muncul ketika berbicara tentang rangkaian yang melibatkan transistor, khsusunya Bipolar Junction Transistor. Komponen-komponen elektronik aktif hampir selalu memiliki transistor di dalamnya. Sebuah IC (Integrated Circuit) bisa terdiri dari jutaan atau bahkan milyaran transistor di dalamnya.

Sebuah transistor memiliki 3 kaki yaitu Collector, Base dan Emiter. VCC menyatakan tegangan (Voltage) pada kaki Collector. Jadi istilah VCC pada awalnya merujuk kepada tegangan di Collector ini. Sedangkan tegangan pada Emiter disebut VEE. Dan di kaki Base adalah ground.

Istilah VCC dan VEE ini terus terbawa sampai sekarang bahkan kepada komponen yang tidak mengandung transistor sekalipun. VCC menyatakan power supply positif sedangkan VEE menyatakan power supply negatif. Sedangkan ground adalah netral (0 V). Kebanyakan kasus kita hanya menemukan VCC dan Ground.

Berapakah nilai VCC? tergantung spesifikasinya bisa +3.3V, +5V, +9V atau +12V dan VEE bisa -3.3V, -5V, -9V atau -12V.

Oleh karena itu SANGAT PENTING untuk membaca spesifikasi VCC ini, jika salah bisa berisiko rusaknya komponen arduino kita.

Sebetulnya selain VCC dan VEE ada juga VDD dan VSS. Kalau VCC dan VEE ditemui pada transitor jenis bipolar (BJT), VDD dan VSS ada di transistor jenis FET (Field Effect Transistor). VDD (Drain) sama seperti VCC menyatakan power positif sedangkan VSS (Source) menyatakan power negatif.
  • Bahan yang digunakan
a)Transitor(Silicon NPN Low Power Bipolar Transitor dengan spesifikasi 620Mw,150C)

    

Spesifikasi:Current max : 100mA
                  Voltage max : 45
                  Jenis : NPN (HIGH Active Trigger)
                  Nama:BC547

Transistor Bipolar atau nama lainnya adalah transistor dwikutub adalah jenis transistor paling umum di gunakan dalam dunia elektronik. Di dalam transistor ini terdapat 3 lapisan material semikonduktor yang terdiri dari dua lapisan inti, yaitu lapisan P-N-P dan lapisan N-P-N.Transistor tipe NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke emitor.

Transistor bipolar juga memiliki 3 kaki yang masing masing di beri nama Basis (B), Kolektor (K) dan Emiter (E). Perbedaan antara fungsi dan jenis-jenis transisor ini terlihat pada polaritas pemberian tegangan bias dan arah arus listrik yang berlawanan.

Cara kerja transistor bipolar dapat di lihat dari dua dioda yang terminal positif dan negatif selalu berdempet, itu sebabnya pada saat ini terdapat 3 kaki terminal. Perubahan arus listrik dari jumlah kecil dapat menimbulkan efek perubahan arus listrik dalam jumlah besar khususnya pada terminal kolektor. Prinsip kerja ini lah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik.

Prinsip kerja transistor PNP adalah arus mengalir dari emitor menuju kolektor. Dibandingkan NPN, pada PNP terjadi hal sebaliknya ketika arus mengalir pada kaki basis, maka transistor tidak bekerja. Arus akan mengalir apabila kaki basis diberi sambungan ke ground (-) hal ini akan menginduksi arus pada kaki emitor ke kolektor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari emitor ke kolektor.

Prinsip kerja transistor NPN adalah arus mengalir dari kolektor menuju emitor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Untuk mengalirkan arus tersebut dibutuhkan sambungan ke sumber positif (+) pada kaki basis. Ketika basis diberi tegangan, hingga dititik saturasi, maka akan menginduksi arus dari kaki kolektor ke emitor.


b)Resistor(Analog Resistor Primitive)

spesifikasi:-analog
                  -Resistance:10k,100k
                  -Toleransi : +/- 5%

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai teminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya.

(V = I.R)

Berikut adalah macam-macam resistor dan simbolnya
 

c)Lampu LED


spesifikasi:-Tegangan : ±2 - 3V
                  - Arus:±20 mA

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LIGHT EMITTING DIODE (LED), PRINCIPLE OF OPERATION ~ SCC Education

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

d)ELCO(Kapasitor elektrolit)



Spesifikasi:

- Capacity 2200uF 10% - Nominal voltage of 16V - Residual current 001C (uA, uF, IN) for 2 minutes at 20 drajat Celsius - Tg 0 .20 at 120Hz (see. Datasheet) - Lifetime 5 000hour at ambient temperature 105 drajat Celsius - Operating temperature range -25 C to 105 C - Maximum effective current at 100kHz: 2.77 - Impedance 18m at 20 C and 100kHz - Impedance 45m at -10 C and 100kHz

Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari Elektrolit (Electrolyte) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan ELCO ini sering dipakai pada Rangkaian Elektronika yang memerlukan Kapasintasi (Capacitance) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas arah Positif (-) dan Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai terminal Negatif-nya. Pada umumnya nilai Kapasitor Elektrolit berkisar dari 0.47µF hingga ribuan microfarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai Kapasitansi, Tegangan (Voltage), dan Terminal Negatif-nya. Hal yang perlu diperhatikan, Kapasitor Elektrolit dapat meledak jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan melampui batas kamampuan tegangannya.

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.

3.Dasar Teori[Kembali]


ELCO(Elektrolit Capasitor)

Kondensator elektrolit atau Electrolytic Condenser (sering disingkat Elco) adalah kondensator yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif, ditandai oleh kaki yang panjang positif sedangkan yang pendek negatif atau yang dekat tanda minus ( - ) adalah kaki negatif. Nilai kapasitasnya dari 0,47 µF (mikroFarad) sampai ribuan mikroFarad dengan voltase kerja dari beberapa volt hingga ribuan volt.
Kapasitor elektrolit pada umumnya dibuat dengan nilai kapasitas yang besar dan meiliki kehandalan yang tinggi dan awet dalam pemakaiannya. Kapasitor jenis ini banyak dipergunakan dalam rangkaian Power Supply atau catu daya. Kelebihan Kapasitor Elektrolit dengan kapasitor lainnyaterletak pada kemampuan menerima pengisian muatan listrik dan juga memiliki dua buah polaritas berupa kutub positif dan negatif. Kapasitor jenis ini dalam pemakaiannya selalu dihubungkan dengan arus searah (DC).

Seperti terlihat pada gambar diatas, kita dapat melihat bahwa kutub positif (+) dari kapasitor harus dihubungkan dengan tegangan positif (+) dari catu daya dan kutub negatif (-) dihubungkan dengan tegangan negatif dari catu daya.

Apabila dalam pemakaian terjadi dalah sambung (terbalik hubungannya) maka besar kemungkinan Kapasitor tersebut akan rusak. Maka dari itu pada

waktu kita memasang kapasitor jenis ini perlu diperhatikan kutub-kutubnya. Pada umumnya kapasitor elektrolit memiliki nilai Kapasitas yang besar dan dibuat dalam satuan Mikro Farad (µF). Dalam penulisannya biasanya dituliskan langsung pada badannya termasuk dengan nilai Working Voltagenya (WV). Kapasitor jenis ini kebanyakan dipakai dalam rangkaian Power Supply dan fungsinya adalah menyaring tegangan arus bolak-balik dari tegangan arus searah yang dibuang melalui ground.

Tampak pada gambar diatas polaritas negatif pada kaki Kondensator Elektrolit. Selain kondensator elektrolit yang mempunyai polaritas pada kakinya, ada juga kondensator yang berpolaritas yaitu kondensator solid tantalum
Kerusakan umum pada kondensator elektrolit di antaranya adalah:

Kering (kapasitasnya berubah)
Konsleting Meledak, yang dikarenakan salah dalam pemberian tegangan positif dan negatifnya, jika batas maksimum voltase dilampaui juga bisa meledak.

Beberapa karakteristik dari struktur kapasitor elektrolitik menentukan keunikan dari jenis kapasitor ini, yang secara singkat dijelaskan sebagai berikut:

1. Kapasitansi dalam satuan volume sangat besar, yaitu kapasitas spesifiknya sangat tinggi. Ketika tegangan operasi lebih rendah, karakteristik dari aspek ini lebih menonjol, sehingga sangat cocok untuk miniaturisasi. Karena tegangan operasi kapasitor elektrolitik dapat dibuat relatif rendah, kapasitor dengan kapasitas yang sama jelas memiliki kapasitas spesifik yang lebih tinggi daripada tegangan operasi rendah. Kapasitas spesifik dari tegangan kerja jauh lebih besar, sehingga perbandingannya tidak akurat. Oleh karena itu, ini juga biasa digunakan untuk menyatakan nilai kapasitansi dan nilai produk per satuan volume, yaitu, mikrofarad. volt / cm3, di mana ukuran volume mengacu pada dimensi eksternal. Dengan kata lain, itu bukan hanya basis anoda disinter atau inti luka. Seperti kapasitor tantalum cair adalah 14000uF.V / cm3

2. Selama proses kerja kapasitor, kinerja perbaikan atau isolasi cacat secara otomatis dalam film oksida memungkinkan media film oksida diperkuat setiap saat dan mengembalikan kemampuan isolasi yang tepat tanpa kerusakan kumulatif terus menerus. Kinerja disebut sifat penyembuhan diri.

3. Kekuatan medan listrik yang bekerja sangat tinggi dan terkait dengan penyembuhan diri sendiri. Misalnya, dalam kapasitor elektrolitik aluminium dengan tegangan kerja 450V, ketebalan film oksida sekitar 0,78 μm, dan kekuatan medan kerja sekitar 600 kV / mm. Demikian pula, produk dengan voltase operasi rendah memiliki kekuatan medan kerja yang serupa. Kekuatan medan semacam itu sekitar tiga puluh kali lipat dari kapasitor dielektrik kertas. Kapasitor elektrolit tantalum elektrolit padat memiliki kekuatan medan yang sedikit lebih rendah, tetapi nilainya juga sama besarnya. Justru karena bidang kerja kapasitor elektrolitik kuat sehingga semua jenis kapasitor besar, dijamin miniatur.

4. Kapasitor pengenal besar dapat diperoleh. Kapasitor elektrolit dapat dengan mudah memperoleh kapasitor dengan nilai beberapa ratus mikrofarad dalam kisaran tegangan operasi rendah. Secara khusus, tidak ada pesaing untuk penyaringan catu daya dan bypass AC.

5, kapasitor elektrolit aluminium yang murah, dapat digunakan untuk semua aspek aplikasi, dan juga sangat baik dalam kinerja listrik, dapat dikatakan murah. Kapasitor Tantalum memiliki harga yang lebih tinggi, tetapi memiliki keandalan yang lebih tinggi dan masa penyimpanan yang lebih lama, yang cocok untuk aplikasi di mana persyaratan yang ketat diperlukan.

Berikut ini adalah rumusan-rumusan yang disimpan dalam keping-keping kapasitor yang bermuatan listrik sebagai berikut :

Berikut ini Contoh dari Rumus Kapasitor


Penjelasan:

Q = Muatan yang satuannya Coulumb
C = Kapasitas yang satuannya Farad
V = Tegangan yang satuannya Volt
(1 Coulumb = 6,3*1018 elektron)


Kapasitor bisa berfungsi sebagai baterai karena tegangan tetap berada di dalam kapasitor meskipun sudah tidak dihubungkan, lamanya tegangan yang tertinggal bergantung pada kapasitas kapasitor itu sendiri. Contoh rumus lain dalam rangkaian kapasitor :

Rumus untuk Kapasitor dengan Rangkaian Paralel

C Total = C1 + C2 + C3



Pada Rumus Kapasitor diatas dapat disimpulkan bahwa, pada rangkaian Kapasitor paralel tidak terjadi sama sekali pembagian untuk tegangan atau muatan listrik, semua tegangan akan memiliki jumlah yang sama pada setiap titik yang ada di rangkaian kapasitor paralel tersebut alasannya karena pada titik yang sama kapasitor paralel tersebut dihubungkan, sehingga tidak memiliki perubahan yang berarti.

Rumus untuk Kapasitor dengan Rangkaian Seri

1/C Total = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Pada rumus untuk kapasitor dengan rangkaian seri diatas dapat disimpulkan bahwa, pada setiap pengukuran kapasitor seri ini terjadi pembagian tegangan dari sumber tegangan kepada setiap titik, yang pada akhirnya jika digabungkan dengan cara di jumlahkan tegangan-tegangannya dari setiap titik maka akan terlihat sama seperti jumlah tegangan dari sumber tegangan.

Rangkaian Rumus Kapasitor Seri dan Paralel

C Total = (C1 + C2) // C3
1/CA = 1/C1 + 1/C2 (seri)

Pada Rumus Kapasitor dengan rangkaian seri dan paralel diatas dapat disimpulkan bahwa, rangkaian jenis ini dapat dihitung dengan cara mengkombinasikan dari beberapa persamaan yang terlihat dari kedua rumus kapasitor tersebut, yaitu seri dan paralel. Sehingga kita dapat mengetahui jumlah keseluruhan dari gabungan antara 2 jenis kapasitor ini.

4.Percobaan[Kembali]

a)Prosedur percobaan

1.Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan.Untuk alat VCC serta terminal ground bisa ditemukan di sub tab terminal.


2.Kemudian masukkan semua alat dan bahan tersebut kedalam lembar kerja untuk persiapan merangkai.Setelah itu,atur posisi alat atau device yang akan digunakan.


3. Selanjutnya,hubungkan tiap alat atau device yang digunakan sehingga menjadi terhubung satu sama lain.


4.Setelah rangkaian terhubung, jalankanlah simulasi dengan cara menekan tombol Play yang berada di ujung kiri bawah.Jika lampu LED pada rangkaian berjalan bergantian secara otomatis maka rangkaian flip-flop yang kita buat berhasil.

Rangkaian simulasi[Kembali]



Prinsip kerja[Kembali]

Pada dasarnya, Flip-flop bekerja berdasarkan prinsip kerja transistor sebagai rangkaian tersebut diberi tegangan maka maka salah satu dari transistor akan berada dalam kondisi on. Kondisi ini akan tergantung pada kapasitor mana yang memiliki muatan lebih tinggi dibanding dengan kapasitor lain. Kapasitor yang memiliki muatan lebih tinggi akan melepaskan muatan listrik lebih dahulu sehingga transistor yang kaki basisnya terhubung dengan kapasitor tersebut akan berada dalam kondisi on sementara transistor tersebut on akan menyebabkan kapasitor yang terhubung dengan kaki kolektor akan terisi muatan, jika salah satu transistor dalam kondisi on maka transistor yang lain akan berada dalam konsi off hal ini akan berlaku terus menerus secara bergantian sehingga terjadilah pergiliran nyala lampu yang disebut lampu flip-flop.

Prinsip kerja dari rangkaian ini yaitu memanfaatkan prinsip kerja transistor sebagai saklar. Selain itu rangkaian ini di dukung oleh 2 komponen dasar lainnya yaitu resistor dan kapasitor.

Perhitungan rumus lamanya nyala hidupnya Led pada rangkaian
Rumus ini digunakan untuk menghitung waktu terjadinya pengisian dan pelepasan muatan pada ELCO yang menyebabkan transistor bekerja seperti saklar. Berikut rumusnya :

t = (koefisien)*R*Ct : waktu dalam second

Koefisien : 0.7
R : resistor dalam ohm
C : Kapasitor dalam farad

Contoh kasus diatas, maka dapat dihitung

R = 56KΩ = 56000 Ω
C = 100μF = 0.0001 F
t = 0.7 * 56000 * 0.0001
= 0.7 * 5.6
= 3.92 detik

Sehingga didapatkan kesimpulan bahwa rangkaian diatas, nyala matinya led yang secara bergantian yaitu 3.92 detik.

Video materi[Kembali]

Link Download[Menuju Awal]

File html KLIK DISINI

File rangkaian KLIK DISINI

File video simulasi KLIK DISINI

File datasheet KLIK DISINI

[Menuju Awal]

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

  BAHAN PRESENTASI MATAKULIAh Elektronika 2021  OLEH: Muhammad Ilhamdi Akbar 2010953001 Dosen Pengampu: Dr.Darwison,M.T Jurusan Teknik Elek...