Pengantar : Elektronika Daya

A. PENGANTAR

Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu yang mempelajari dan membahas aplikasi elektronika yang berkaitan dengan peralatan listrik yang berdaya cukup besar. Berbagai macam peralatan dan aplikasi nyata di industri yang menggunakan sumber listrik memiliki kapasitas daya yang sangat besar seperti motor listrik, pemanas, pendingin, fan, kompresor, pompa, konveyor dan aplikasi-aplikasi lainnya. Elektronika daya mulai populer setelah berbagai pengaturan secara konvensional kurang dapat memenuhi kebutuhan industri. Pengaturan berbagai aplikasi di industri secara konvensional tidak efektif dan menimbulkan rugi-rugi yang cukup besar sehingga diperlukan mekanisme pengaturan yang lebih baik. Salah satu pilihan adalah dengan menggunakan perangkat elektronika.

Untuk dapat melakukan pengaturan berbagai macam peralatan di industri diperlukan peralatan kontrol yang mampu beroperasi pada tegangan dan arus yang cukup besar. Elektronika Daya memberikan solusi terhadap permasalahan di dunia industri untuk dapat melakukan pengaturan peralatan-peralatan dengan menggunakan rangkaian yang dapat bekerja dengan arus dan tegangan yang besar. Beberapa aplikasi di industri bekerja pada arus yang mencapai ratusan bahkan ribuan amper dan tegangan yang tinggi 220 V, 380 V, 600 V, 3,8 KV bahkan ada yang lebih tinggi lagi. Pengaturan peralatan yang berdaya besar ini tidak mungkin dilakukan dengan rangkaian elektronika yang berdaya kecil seperti peralatan rumah tangga yang arusnya kurang dari 5 Ampere dan tegangannya kurang dari 60 V. 

B. RUANG LINGKUP

Bidang ilmu Elektronika Daya mencakup berbagai bidang ilmu yang mendasari perkembangan ilmu ini. Beberapa bidang ilmu yang terkait dengan Elektronika daya diantaranya adalah: 1) Elektronika, 2) Teori rangkaian, Sistem Kontrol, Elektromagnetika, Mesin-mesin Listrik, Sistem Tenaga Listrik, Komponen semikonduktor dan Komputer. Secara lengkap, ruang lingkup materi bahasan Elektronika Daya seperti pada gambar di bawah ini.  

1.  1. Sistem Elektronika

Sistem elektronika merupakan dasar utama pada aplikasi elektronika daya. Sistem elektronika akan membahas tentang peralatan elektronika yang terdiri dari semikonduktor dan komponen lainnya dalam suatu rangkaian elektronika. Untuk mempelejari elektronika daya diperlukan pemahaman terhadap materi rangkaian elektronika baik analog maupun digital. 

1. 2. Sistem Tenaga Listrik

Objek utama dalam apliksasi elektronika daya adalah peralatan dan sistem yang memiliki daya (tegangan dan arus) listrik yang cukup besar. Oleh karena itu untuk lebih memahami elektronika daya diperlukan pemahaman yang baik terhadap sistem tenaga listrik.

1. 3. Sistem Kontrol

Aplikasi elektronika daya pada umumnya untuk melakukan pengontrolan aplikasi di industri. Oleh karena itu diperlukan pemahaman yang baik terhadap teknik dan sistem kontrol berbagai peralatan yang digunakan di industri. Contoh pengaturan yang paling sering ditemui adalah pengaturan kecepatan putar motor listrik, pengaturan torsi motor listrik, pengaturan kecepatan aliran (flow) minyak, gas, pengaturan temperature, pengaturan tekanan, pengaturan kecepatan konveyor, pengaturan gerakan peralatan di industri dan pengaturan-pengaturan parameter lainnya. 

1. 4. Sistem Komputer

Aplikasi industri sekarang ini kebanyakan sudah terintegrasi dengan sistem komputer. Untuk melakukan pengaturan berbagai peralatan di industri dilakukan secara remote dan hasilnya dapat dimonitor dengan tampilan yang terintegrasi dengan database yang diolah dalam komputer.

C. DEFINISI ELEKTRONIKA DAYA

Elektronika Daya (Power Electronics) didefinisikan sebagai sebuah aplikasi elektronika yang menitikberatkan pada pengaturan peralatan listrik yang berdaya besar dengan cara melakukan pengubahan parameter-parameter listrik (arus, tegangan, daya listrik). Aplikasi elektronika disini dimaksudkan rangkaian yang menggunakan peralatan elektronika terutama semikonduktor yang difungsikan sebagai saklar (switching) untuk melakukan pengaturan dengan cara melakukan pengubahan tipe sumber dari AC – AC, AC – DC, DC – DC dan DC – AC. Peralatan semikonduktor yang digunakan adalah solid-state electronics untuk melakukan pengaturan yang lebih efesien pada sistem yang mempunyai daya dan energi yang besar. Aplikasi elektronika daya memiliki karakteristik sebagai berikut: 

1.   Aplikasi teknik kontrol untuk mendapatkan

2.  Elektronika daya merupakan gabungan dari berbagai disiplin ilmu yaitu Teknik Tenaga Listrik, Elektronika dan teknologi siste m kontrol.

3.  Elektronika daya menggunakan komponen elektronika daya (solid-state) untuk mengontrol dan mengkonversi tenaga listrik

4.  Rangkaian elektronika daya terdiri dari input dan beban (load).

5.  Rangkaian elektronika daya dapat terdiri dari satu atau lebih converter untuk melakukan perubahan parameter listrik.

Secara umum, aplikasi elektronika daya dapat dijelaskan dengan diagram skematik sebagai berikut: 

D. FUNGSI PERALATAN SEMIKONDUKTOR

Peralatan semikonduktor pada sistem elektronika daya mempunyai fungsi utama sebagai berikut:

1. 1. Switching 

Fungsi utama semikonduktor pada aplikasi elektronika daya adalah sebagai saklar atau switching. Proses switching merupakan dasar dari materi pada elektronika daya sehingga perlu difahami dengan baik. Switching dilakukan secara elektronik dengan kecepatan tinggi yang dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.

1. 2. Converting

Fungsi yang kedua dari peralatan semikonduktor elektronika daya adalah untuk melakukan pengubahan atau converting dari tipe sumber. Konversi dapat dilakukan dari AC ke DC, AC ke AC, DC ke DC maupun dari DC ke AC. Proses pengubahan besaran meliputi pengubahan bentuk gelombang arus, tegangan maupun besaran lainnya.

1. 3. Controlling

Fungsi yang ketiga dari peralatan semikonduktor elektronika daya adalah untuk melakukan pengaturan aplikasi elektronika industri sesuai dengan yang diinginkan. Contoh pengaturan adalah pengaturan tegangan, pengaturan arus, pengaturan daya listrik dan pengaturan besaran-besaran lainnya. Dengan melakukan pengaturan besaran listrik akan berpengaruh pada sistem kerja pada sistem yang bekerja di industri seperti kecepatan putaran, tekanan, suhu,  kecepatan gerak, dan sistem kerja lainnya.

Contoh ilustrasi penggunaan aplikasi elektronika daya secara sederhana adalah pada pengaturan tegangan. Gambar di bawah ini  merupakan rangkaian pembagi tegangan yang digunakan untuk mengatur tegangan V2  sesuai dengan yang dibutuhkan. Melalui pengaturan resistor variable (Potensiometer) kita bisa mendapatkan tegangan V2 sesuai kebutuhan. Cara pengaturan konvensional seperti ini memang sangat mudah tetapi coba lihat rugi-rugi yang dihasilkan. Dengan menggunakan resistor maka akan muncul panas yang besarnya berbanding dengan kuadrat arus (I) dan nilai resistornya.

Metode pengaturan lain yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan switching (saklar) pada sisi sumber sehingga bisa diatur nilai tegangan keluaran dengan mengatur duty cycle (siklus kerja) dari peralatan switching. Dengan metode seperti ini, maka tegangan keluaran dapat diatur tanpa menimbulkan panas karena pada saat tidak digunakan sumber dimatikan dan sumber akan dihidupkan jika dibutuhkan. 

E. APLIKASI DAN CONTOH PENGGUNAAN ELEKTRONIKA DAYA

Aplikasi rangkaian elektronika banyak digunakan untuk kepentingan peralatan rumah tangga dan industri. Perangkat elektronika daya banyak digunakan pada peralatan konversi daya listrik yang besar seperti : saluran transmisi daya listrik, jaringan distribusi daya listrik, pengaturan motor listrik secara elektronis di industri, pengatur pemanas air, pengubah daya listrik AC menjadi DC, DC menjadi DC, DC menjadi AC untuk kepentingan pengaturan peralatan di industri, charger baterai pada peralatan industri, dan lain sebagainya. Dalam kehidupan sehari-hari aplikasi elektronika daya dapat dilihat pada UPS (Uninterabable Power Supply), inverter,  catu daya  untuk laptop, notebook dan komputer,  pengatur tingkat keterangan lampu, peredup lampu (dimmer), pengatur pemanas, pengatur cahaya, ballast elektronik pada lampu neon, relai-relai elektronik, pemutus tenaga, sistem elektronis dalam mobil dan wahana ruang angkasa. Selain itu aplikasi elektronika daya juga banyak digunakan diindustri untuk pengaturan berbagai peralatan  industri seperti pengaturan kecepatan putar motor listrik, pengatur kecepatan putar penggerak konveyor, pengatur kecepatan gerak lift, pengatur kecepatan gerak eskalator dengan beban yang berubah-ubah, pengaturan kecepatan aliran fluida gas dan minyak, pengaturan tekanan pada mesin pompa, blower, pengaturan kipas dan lain sebagainya.

[Continue reading...]

Rangkaian Kontrol Lampu Otomatis

Rangkaian kontrol lampu taman otomatis ini merupakan suatu rangkaian elektronika sederhana yang dibuat untuk menambah indahnya lampu taman. Dengan adanya alat ini, kita tidak usah setiap hari harus menyalakan dan mematikan saklar. Cukup dengan sekali menghubungkannya dengan sumber AC. Untuk selanjutnya alat ini akan bekerja dengan sendirinya yakni bila ada sinar matahari (pagi) lampu ini akan otomatis mati. Dan bila matahari mulai terbenam (malam) lampu ini akan otomatis menyala. Jadi tidak usah khawatir bila kita lupa mematikannya.

Bagian rangkaian terdiri dari dua bagian, yaitu:

1. Sensor, berupa sebuah komponen yang bekerja karena ada rangsangan cahaya. Komponen ini biasa disebut dengan LDR

2.  Dark Switch, berupa rangkaian elektronika sederhana yang bisa mengkonversi input (cahaya) menjadi output yang berupa apa saja sesuai yang dikehendaki dengna memanfaatkan transistor sebagai saklar. Sistem kerja rangkaian ini dibantu dengan relay dengan memanfaatkan input tegangan dari kaki kolektor transistor.

Berikut adalah gambar skema rangkaiannya :

Prinsip Kerja :

Rangkaian ini bekerja dengan memanfaatkan LDR sebagai bagian input. Kita dapat mengatur kepekaan LDR dari variabel resistor yang dihubungkan ke kaki LDR dan basis transistor. Bila cahaya masuk ke LDR maka resistansi LDR akan menurun, sehingga arus akan mengalir ke dalam transistor kemudian menuju relay yang semula lampu terhubung pada kondisi NC menjadi NO. Sehingga lampu akan mati karena terhubung pada kaki relay yang NO. Dan sebaliknya ketika tidak ada cahaya yang ditangkap oleh LDR, maka resistansi LDR akan tetap dan menghambat arus yang masuk ke transistor. Jadi relay yang terhubung ke lampu semula NO menjadi NC dan menjadikan lampu menyala. Pada rangkaian kontrol ini memiliki spesifikasi tegangan sebesar 9 - 15 VDC.

Pada rangkaian diatas, admin memakai software Novarm Diptrace. Karena lebih mudah dan lebih canggih. Dan juga bisa untuk merancang layout PCB. anda bisa mengunduhnya Disini

[Continue reading...]

Dasar Evaluasi Pendidikan

Memang tidak semua orang menyadari bahwa setiap saat kita selalu melakukan pekerjaan evaluasi. Dalam beberapa kegiatan sehari-hari, kita jelas-jelas mengadakan pengukuran dan penilaian.

Kita dapat melihat ada 3 kata diatas yang perlu digaris bawahi. Yaitu Evaluasi, Pengukuran dan Penilaian. Sedangkan apa yang dimaksud Evaluasi, Pengukuran dan Penilaian ?

Dalam menentukan pilihan, kita melakukan penilaian terhadap sesuatu yang kita pilih. Untuk dapat mengadakan penilaian kita melakukan pengukuran terlebih dahulu. Misal, jika ada penggaris dan sejumlah potongan kabel yang berbeda ukuran, sebelum menentukan kabel mana yang pas kita harus melakukan pengukuran terlebih dahulu kabel tersebut. Setelah mengetahui berapa panjang masing-masing kabel itu, kita melakukan penilaian dengan melihat bandingan panjang antara beberapa kabel tersebut. Dapatlah kita menyatakan "ini kabel yang panjangnya pas, dan lainya tidak pas panjangnya". Maka kabel yang panjangnya pas itulah yang kita ambil.

Dua langkah kegiatan yang dilalui sebelum mengambil barang untuk kita itulah yang disebut mengadakan evaluasi, yakni mengukur dan menilai. Kita tidak dapat mengadakan penilaian sebelm melakukan pengukuran.

• Mengukur adalah membandingkan sesuatu dengan satu ukuran dan bersifat kuantitatif
• Menilai adalah mengambil keputusan terhadap sesuatu yang diukur dengan ukuran baik buruk dan bersifat kualitatif
• Evaluasi merupakan gabungan dua langkah diatas, yakni mengukur dan menilai.

Di dalam istilah asingnya, pengukuran adalah measurement, sedang penilaian adalah evaluation. Dari kata evaluation inilah diperoleh kata dalam bahasa indonesia evaluasi yang berarti menilai tetapi terlebih dahulu dilakukan pengukuran.

Penilaian Pendidikan

Evaluasi pendidikan sendiri selalu dikaitkan dengan prestasi belajar siswa meskipun memiliki arti yang lebih luas. Evaluasi bukan sekadar mengukur sejauh mana tujuan tercapai, tetapi digunakan untuk membuat keputusan.

Menurut pengertian lama, pencapaian tujuan pembelajaran yang berupa prestasi belajar, merupakan hasil dari kegiatan belajar-mengajar semata. Dengan kata lain, kualitas kegiatan belajar-mengajar adalah satu-satunya faktor penentu bagi hasilnya. Pendapat seperti itu kini sudah tidak berlaku lagi. Pembelajaran bukanlah satu-satunya faktor yang menentukan prestasi belajr, karena prestasi merupakan hasil kerja yang keadaanya sangat kompleks. Jika digambarkan dalam bentuk diagram seperti berikut :

• Input

Input adalah bahan mentah yang dimasukkan kedalam transformasi. Dalam dunia pendidikan bahan mentah adalah calaon siswa baru yang akan memasuki dunia sekolah. Sebelum memasuki suatu tingkat sekolah, calon siswa itu dinilai dahulu kemampuannya agar tahu kelak akan mampu atau tidak mengikuti pelajaran dan melaksanakan tugas-tugas yang akan diberikan kepadanya.

• Output

Yang dimaksud sebagai output adalah bahan jadi yang dihasilkan oleh transformasi. Yang dimaksud adalah siswa lulusan sekolah yang bersangkutan. Untuk itu perlu dilakukan penilaian.

• Transformasi 

Transformasi dapat diibaratkan sebagai mesin yang berproses mengubah bahan mentah menjadi sesuatu agar benda dalam keadaaan matang. Dalam ini, siswa yang sedang belajar diumpamakan sesuatu yang dimasukkan ke dalam pemrosesan untuk diubah dari "belum tahu atau belum dapat" menjadi "sudah tahu atau sudah dapat". Dalam proses transformasi, selain siswa sebagai bahan yang diolah, masih ada dua masukan lain. Yang pertama berfungsi membantu atau memperlancar terjadinya proses, sedangkan yang kedua berupa lingkungan yang berpengaruh terhadap terjadinya proses.

1. Siswa yang akan diubah dalam proses, yang akan diubah dari mentah menjadi matang disebut "masukkan mentah", yang dalam bahasa inggris disebut raw input.
2. Masukkan pendukung terjadinya proses ini disebut masukkan instrumental. Faktor-faktor yang termasuk dalam masukkan instrumental ada 4, yaitu guru, materi, sarana pendidikan, dan pengelolaan, manajemen, atau pengaturan. Hal tersebut biasa disebut dengan "masukkan instrumental" atau dalam bahasa inggrisnya adalah instrumental input.
3. Masukkan lain lagi adalah lingkungan, baik berupa benda, alam, maupun manusia. Masukkan lingkungan ini dalam bahasa inggris disebut enviromental input.

Berikut adalah gambar diagramnya :

[Continue reading...]

Definisi Rangkaian Listrik

Rangkaian Listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup. Rangkaian Listrik dapat dikelompokkan kedalam elemen atau komponen aktif dan pasif.

Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi, dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus. Elemen lain adalah elemen pasif dimana elemen ini tidak dapat menghasilkan energi melainkan hanya dapat menyerap energi yang terdapat pada komponen resistro atau banyak juga yang menyebutkan tahanan atau hambatan dengan simbol R. Komponen pasif yang dapat menyimpan energi juga diklasifikasikan menjadi dua yaitu komponen yang menghasilkan energi dalam medan magnet contohnya Induktor atau kumparan dengan simbol L dan komponen yang menyerap energi dalam medan magnet contohnya Kapasitor atau kondensator dengan simbol C.

Elemen atau komponen listrik :

1. Elemen listrik 2 terminal

a. Sumber tegangan

b. Sumber arus

c. Resistor ( R )

d. Induktor ( L )

e. Kapasitor ( C )

 2.   Elemen listrik lebih dari dua terminal 

a. Transistor

b. Op-amp

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 defan rangkaian penghubungnya dimana disusun dengan cara tertentu dan minimal memiiki satu lintasan tertutup. Dengan kata lai 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 ke titik 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 atau fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya, seperti elektronika, sistem daya, sistem komputer, putaran mesin, dan teori kontrol.

[Continue reading...]

Teori : Konsep Dasar Elektronika Digital

Dalam bidang teknologi, bidang bisnis atau bidang yang lain kita selalu berurusan dengan kuantitas-kuantitas. Kuantitas-kuantitas tersebut diukur, dimonitor,dicatat dan untuk kepentingan tertentu dapat dimanipulasi secara aritmatik.

1.1.        Representasi bilangan

Pada dasarnya ada 2 cara untuk merepresentasikan atau menyatakan nilai bilangan dari suatu kuantitas yaitu secara analog dan digital.

1.1.1.  Representasi Analog

Pada representasi analog suatu kuantitas dinyatakan dengan kuantitas yang lain yang berbanding lurus dengan kuantitas yang akan representasikan. Contoh representasi analog adalah speedometer sepeda motor, dalam hal ini kecepatan sepeda motor dinyatakan dengan simpangan jarum speedometer, simpangan jarum speedometer selalu mengikuti perubahan yang terjadi pada saat kecepatan sepeda motor naik atau turun. Contoh lain adalah kuantitas pada mikrofon audio, tegangan output yang dihasilkan mikrofon sebanding dengan amplitudo gelombang suara yang masuk pada mikrofon, perubahan-perubahan pada tegangan output mikrofon selalu mengikuti perubahan yang terjadi pada input yang masuk pada mikrofon.

Sesuai dengan contoh-contoh diatas, kuantitas analog mempunyai karakteristik dapat berubah secara bertingkat pada suatu rentang harga tertentu. Dalam rentang terentu misalkan 0 samapai 100 Km/h kecepatan sepeda motor bisa dengan kecepatan (10 Km/h, 20 Km/h, 40 Km/h, 60 Km/h, atau 99 Km/h). Dapat disimpulkan Pada representasi analog perubahan kuantitas berlangsung secara kontinyu.

1.1.2.   Representasi Digital

Pada representasi digital Kuantitas tidak dinyatakan dengan kuantitas yang sebanding tetapi dinyatakan dengan simbul-simbul yang disebut digit. Contoh pada jam digital yang menunjukkan waktu dalam bentuk digit-digit desimal yang menyatakan Jam, menit dan detik. Perubahan menit atau detik yang terbaca dalam jam digital tidak berubah secara kontinyu tetapi berubah step demi step secara diskrit, berbeda dengan jam tangan analog yang skala penujukan waktunya berubah secara kontinyu. Dapat disimpulkan Pada representasi digital perubahan kuantitas berlangsung secara diskrit step demi step. Karena  representasi digital mempunyai sifat diskrit, maka pada saat pembacaan harga suatu kuantitas digital tidak ada penafsiran yang mendua berbeda dengan harga suatu kuantitas analog sering timbul penafsiran yang berbeda.

1.2.       Sistem Digital

Sistem digital adalah suatu kombinasi peralatan listrik, mekanis, fotolistrik dan lainnya yang disusun untuk melaksanakan fungsi-fungsi tertentu, yang mana kuantitas-kuantitasnya dinyatakan secara digital. Beberapa alat yang menggunakan sistem digital antara lain adalah komputer digital, kalkulator, volt meter digital dan mesin-mesin yang dikontrol secara numerik. Secara garis besar sistem digital memberikan keuntungan-keuntungan berupa kecepatan, kecermatan, kemampuan memori, tidak mudah terpengaruh oleh perubahan-perubahan karakteristik komponen sistem dan pada umumnya mampu digunakan pada rentang pemakaian yang lebih luas.

1.3.       Sistem Analog

Pada umumnya kuantitas-kuantitas fisik prinsipnya bersifat analog, pada sistem analog kuantitas-kuantitas berubah secara gradual pada suatu rentang kontinyu. Contoh-contoh sistem analog adalah komputer analog, sistem broadcast radio, dan rekaman pita audio. Pada siaran radio AM kita dapat menalakan radio kita pada setiap frekuensi sepanjang rentang band dari 535 K Hz sampai 1605 K Hz secara kontinyu.

1.4.       Sistem Hybryd

Kebanyakan sistem pengendalian pada proses industri adalah sistem hybryd, sistem ini merupakan gabungan dari kuantitas digital dan kuantitas analog. Pada sistem hybryd terjadi konversi terus menerus antara kuantitas digital dan analog. Dalam kenyataannya hampir semua kuantitas adalah bersifat analog yang kuantitas-kuantitasnya sering diukur dimonitor dan dikontrol. Sistem pengendalian proses industri yang mempunyai kuantitas-kuantitas seperti, temperatur, tekanan, permukaan cairan dan kecepatan aliran diukur dan dikendalikan dengan sistem hybryd yang memanfaatkan keuntungan-keuntungan dari sistem digital.

Gambar 1.1. menunjukkan diagram blok pengendalian sistem hybryd, input kuantitas analognya diukur, kemudian kuantitas analog diubah menjadi kuantitas digital oleh konverter analog ke digital. Selanjutnya kuantitas digital  diproses oleh prosesor sentral. Hasil output dari  prosesor sentral diubah kembali menjadi kuantitas analog oleh konverter digital ke analog untuk diumpankan ke rangkaian kontroler guna memberikan pengaruh pada pengaturan harga pada kuantitas analog asal yang telah ditetapkan.

1.5 Konsep Dasar Kuantitas-Kuantitas Biner

 Kuantitas biner secara nyata pada rangkaian logika adalah saklar dua arah yang dipakai untuk menghidupkan dan mematikan lampu listrik. Dengan rangkaian ini kita dapat menyatakan setiap bilangan biner seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.2.a. yang menyatakan kuantitas biner 10010_{2 .} Contoh lain ditunjukkan pada gambar 1.2.b. lubang-lubamg pada kertas digunakan untuk menyatakan bilangan-bilangan biner, sebuah lubang adalah biner 1 dan tak berlubang biner 0.

  Gambar 1.2. Switch atau saklar dan kertas berlubang yang menyatakan kuantitas biner.

Pada sistem digital elektronik informasi biner dinyatakan oleh sinyal-sinyal listrik yang terdapat pada input dan output dari rangkaian elektronik. Pada sistem ini biner 1 dan 0 dinyatakan dengan tegangan 0 volt atau 5 volt. Semua sinyal input dan output akan mempunyai harga 0 volt atau 5 volt untuk batas toleransi tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.3.

 Gambar 1.3. Bentuk sinyal digital

[Continue reading...]

Teori : Semikonduktor sebagai saklar

A.    Saklar Ideal

Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah. Secara sederhana, saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu rangkaian, dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on) atau putus (off) dalam rangkaian itu.Ada beberapa jenis saklar yaitu saklar tunggal, saklar ganda, reversinging switch dan lain-lain. Penggunaan semikonduktor yang dioperasikan sebagai sakelar dalam suatu rangkaian elektronika memiliki keuntungan dapat menaikkan efisiensi dan performasi rangkaian karena rugi daya yang terjadi relatif kecil. Seperti karakteristik sekelar pada umumnya, karakteristik semikonduktor daya yang dioperasikan sebagai sakelar memiliki dua keadaan, yaitu: kondisi ’ON’ dan kondisi ’OFF’. Hal ini berarti, rangkaian dalam keadaan ’tertutup’ atau ’terbuka’. Dalam kondisi ideal, semikonduktor daya yang dioperasikan sebagai sekelar hanya menyerap daya yang relatif kecil baik saat kondisi ’ON’ maupun ’OFF’ atau bahkan dalam kondisi tertentu daya yang diserap dapat diabaikan (nol). Keuntungan lain dari proses pensakelaran ini dapat dilakukan sekaligus proses pengubahan atau proses pengaturan. Karena keistimewaan inilah semikonduktor daya banyak digunakan dalam pengaturan daya listrik.

B.     Dioda Sebagai Saklar

Dioda merupakan semikonduktor (komponen) elektronika daya yang memilki dua terminal, yaitu: anoda dan katoda. Dalam rangkaian elektronika daya, dioda difungsikan sebagai sakelar. Gambar (a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol dioda, karakteristik diode, karakteristik ideal dioda jika dioperasikan sebagai sakelar. Sebagai sakelar, sebagaimana. Gambar (c), dioda akan konduksi (ON) jika potensial pada anode lebih positif daripada potensial pada katoda, dan dioda akan memblok (OFF) jika potensial pada anoda lebih negatif daripada potensial pada katoda.

Jika diode dalam kondisi ideal, ketika dioda dalam kondisi ON memiliki karakteristik tegangan pada dioda sama dengan nol dan arus yang mengalir pada diode sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, dioda dalam kondisi OFF memiliki karakteristik tegangan pada dioda sama dengan tegangan sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi dioda ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada dioda.

Dioda dapat kita anggap sebagai versi elektronik dari katub transmisi pada cairan. Fungsi dioda sebenarnya tidak menunjukan hidup mati yang sempurna atau bisa di bilang benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada saat panjar mundur, tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan arus taklinier kompleks yang tergantung pada teknologi yang kita gunakan dan kondisi penggunaanya.

[Continue reading...]

Teori : Sinyal Digital

Sistem digital atau sistem biner adalah sistem elektronika yang hanya mengenal dua kondisi harga saja, yaitu “1” dan “0”. Sistem biner ini dapat mewakili semua informasi elektronik yang sebelumnya diwakili oleh besaran analog. Informasi tersebut antara lain berupa sinyal audio/suara, sinyal gambar diam, sinyal video, angka, tulisan atau besaran-besaran listrik yang ada pada sistem instrumentasi dan kendali.

Gambar 1.1.a. memperlihatkan perbedaan utama antara sinyal analog (kiri) dengan sinyal digital (kanan). Sinyal analog memiliki harga yang kontinyu, baik terhadap sumbu mendatar (sumbu waktu) maupun sumbu tegak (sumbu tegangan), sedangkan sinyal digital hanya memiliki 2 nilai saja pada sumbu tegaknya, yaitu “1” dan “0” atau HIGH dan LOW. Variasi sinyal digital hanya berkisar pada 2 harga sumbu tegak beserta variasi durasi waktu atau lebar nilai HIGH atau LOW tersebut.

(a)

(b)

Gambar 1.1. (a). Perbandingan sinyal analog dengan sinyal digital

                  (b). Pemulihan kualitas sinyal digital.

Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a.       Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan kualitasnya (lihat Gambar 1.1.b.).

b.       Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem pengolahan data.

Kelemahan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a.       Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan atau aplikasi tertentu. Misalnya, pada rangkaian filter analog lebih sedikit menggunakan transistor daripada di rangkaian filter digital, namun sebenarnya kelemahan ini telah tertutupi dengan berkembangnya teknologi semikonduktor, sebab dengan teknologi VLSI atau ULSI, puluhan juta transistor dapat dikemas dalam satu wafer / keping yang ukurannya tidak lebih dari 1 cm².

b.       Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat jika dibandingkan dengan respon sistem analog yang setara dengannya. Namun, kelemahan inipun sebenarnya sudah dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal dan paralell processing. Meskipun lambat, namun karena ukuran sinyal diperkecil sedemikian rupa atau prosesnya dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak prosesor), maka kecepatan proses atau transmisinya dapat menjadi setara atau lebih baik dari sistem analog yang setara dengan-nya.

Berikut ini adalah beberapa contoh representasi biner (binary representation) atau hal-hal yang berkaitan dengan teknik mewakili informasi analog dengan informasi digital.

a.   Tulisan.

Setiap huruf atau angka pada tulisan latin dan arab dapat diwakili dengan kode biner tertentu. Untuk tulisan latin kita mengenal istilah kode ASCII yaitu kode 7-bit bilangan biner untuk mewakili huruf atau angka tertentu, misalnya huruf a kecil dapat diwakili dengan kode biner 011 1010.

b.   Bilangan.

Saat ini terdapat 2 jenis bilangan, yaitu bilangan bulat (integer) dan bilangan riil (floating point). Bilangan integer dapat diwakili dengan 8-bit unsigned integer, yaitu 8-bit kode biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai 0 sampai 255. Atau 8-bit signed integer, yaitu 8-bit kode biner yang mewakili bilangan bulat desimal mulai –127 sampai 127. Misalnya angka 63 dapat diwakili oleh 8-bit unsigned integer dengan kode 00111001.

Sedangkan bilangan riil biasa diwakili dengan 32-bit kode biner, sebagian bit untuk besaran (magnitude) dan sebagian lagi untuk pangkat sepuluh (mantissa). Misalnya angka 2,287 dapat diwakili dengan 24-bit kode biner magnitude dan 8-bit kode biner mantissa, sehingga kode biner tsb mewakili angka 2287.10^-3. Untuk jangkauan yang lebih besar atau resolusi yang lebih teliti, jumlah bit pada kode binernya dapat ditambah menjadi 64-bit, 128-bit dan seterusnya tergantung kebutuhan.

c.   Sinyal 1 dimensi.

Gambar 1.2. memperlihatkan teknik mengubah sinyal analog 2 dimensi (a) menjadi deretan kode biner serial (c) atau paralel (d) melalui diskritisasi atau kuantisasi (b). Diskritisasi membatasi kehalusan sinyal analog pada kisi-kisi dengan ukuran tertentu. Makin kecil ukuran kisi, makin teliti upaya mewakili sinyal analog, tetapi makin banyak kode biner yang dibutuhkan untuk mewakilinya.

d.   Sinyal 2 dimensi.

Gambar 1.3. memperlihatkan sebuah gambar diam yang dipecah menjadi kotak-kotak kecil. Jika ukuran kotak diperkecil hingga mencapai ukuran 1 titik, kotak kecil tsb disebut pixel atau picture element, setiap pixel memiliki warna tertentu. Jika gambar yang ingin diwakili hanya berupa gambar hitam putih, maka setiap pixel cukup diwakili dengan 1-bit data. Makin halus ukuran pixel dan makin banyak jumlah warna yang harus diwakilinya, maka makin besar pula jumlah bit yang harus mewakilinya. Sebagai contoh, gambar pada desktop window operating system biasanya dipecah menjadi 800 x 600 pixel dengan 32-bit atau 2³² kemungkinan variasi warna untuk setiap pixel. Artinya untuk mewakili sebuah gambar pada desktop diperlukan 800 x 600 x 4 byte data digital.

Gambar 1.3. Sebuah gambar diam yang dipecah menjadi 256 kotak.

Kesimpulan

1.       Keunggulan sinyal digital terhadap sinyal analog antara lain :

a. Lebih kebal terhadap noise dan lebih mudah dipulihkan kualitasnya.

b. Sederhana, murah dan aman untuk diterapkan pada sistem pengolahan data.

2.       Sedangkan kelemahannya antara lain :

a.      Memerlukan lebih banyak transistor untuk penerapan pada aplikasi tertentu. Misalnya filter analog lebih sedikit menggunakan transistor dari pada filter digital. Tetapi kelemahan ini tertutupi dengan berkembangnya teknologi semikonduktor. Dengan teknologi VLSI atau ULSI, puluhan juta transistor dapat dikemas dalam wafer yang ukurannya tidak lebih dari 1 cm².

 b.      Pada banyak situasi, respon sistem digital lebih lambat dari respon sistem analog yang setara dengannya. Tetapi kelemahan inipun dapat diatasi dengan penerapan teknik kompresi sinyal dan paralel processing. Meskipun lambat, tetapi karena ukuran sinyal diperkecil sedemikian rupa atau prosesnya dilakukan secara paralel (1 tugas diselesaikan oleh banyak prosesor), maka kecepatan proses atau transmisinya dapat menjadi setara atau lebih baik dari sistem analog yang setara dengannya.

3.      Contoh representasi biner (binary representation) informasi digital adalah: Tulisan, Bilangan, Sinyal 1 dimensi, Sinyal 2 dimensi.

[Continue reading...]