Archive for the ‘Fisika’ Category

Transistor berasal dari kata transfer resistor. Piranti elektronik jenis ini dikembangkan oleh Berdeen, Schokley dan Brittam pada tahun 1948 di perusahaan elektronik Bell Telephone Laboratories. Penamaan ini berdasarkan pada prinsip kerjanya yakni mentransfer atau memindahkan arus.
Sebuah transistor digambar dalam bentuk symbol :
 Transistor memiliki 3 kaki, yakni: Basis ( B ), Collector ( C ) dan Emitor ( E ).
 Kaki kolektor pada transistor NPN selalu berada pada kutub positip, sedang kaki kolektor pada transistor PNP selalu pada kutub negatif. Sebuah transistor selalu diberikan kode – kode tertentu sesuai dengan pabrik pembuatnya maupun fungsi transistor.
Huruf pertama menyatakan bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat transistor.
A = Germanium B = Silicon C = Arsenida Galium D = Antimonida Indium R = Sulfida Cadmium
Huruf kedua menyatakan fungsi penerapannya pada rangkaian elektronika.
A = dioda detector, dioda pencampur , dioda kecepatan tinggi.
B = dioda kapasitas variable
C = transistor frekuensi renadah
D = transistor daya frekuensi rendah
E = dioda terobosan
F = transistor frekuensi radio, bukan daya
G = macam ragam keperluan ( multiperpose )
L = transistor daya frekuensi rendah
N = kopling foto
P = dioda radiasi seperti dioda foto, transistor foto
Q = generator radiasi seperti LED
R = piranti kemudi dan saklar seperti TRIAC
S = transistor sakalr daya rendah
T = piranti kemudi dan switching seperti TRIAC
U = transistor saklar daya tinggi
X = dioda pengganda
Y = penyearah,dioda efisiensi atau penyondol (booster)
Z = dioda Zener, pengatur ( regulator )
Huruf atau angka yang lain menyatakan nomor seri.
Untuk transistor buatan Amerika kode yang biasa digunakan adalah :
1N , 2N , dlsb. Sedang buatan Jepang menggunakan kode : 2SA , 2SB , 2SC.
Secara phisik bentuk sebuah transistor seperti gambar di bawah ini :
Dalam rangkaian elektronika transistor banyak digunakan sebagai penguat , penyearah, pencampur, oscillator, saklar elektronik dll.
  • Sebagai penguat transistor digunakan untuk menguatkan tegangan, arus serta daya, baik bagi arus bolak – balik maupun searah.
  • Sebagai penyearah, transistor digunakan untuk mengubah tegangan bolak – balik menjadi tegangan searah.
  • Sebagai pencampur, transistor digunakan untuk mencampur dua macam tegangan bolak – balik atau lebih yang mempunyai frekuensi berbeda.
  • Sebagai oscillator,transistor digunakan untuk membangkitkan getaran – getran listrik.
  • Sebagai saklar elektronik, transistor digunakan untuk menyambung putuskan rangkaian elektronika.
Pengujian Transistor
Pada dasarnya transistor merupakan dua dioda yang dipertemukan, sehingga cara pengujian transistor hampir sama dengan pengujian dioda. Pengujian transistor dibedakan menjadi dua, yakni jenis NPN dan jenis PNP.
Berikut ini diberikan table tentang hasil pengujian transistor yang dinyatakan baik.
Adapun langkah – langkah pengujian transistror NPN adalah :
  • Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan .
  • Mengarahkan saklar jangkah pada posisi ohm, misal pada posisi X1.
  • Menempelkan colok hitam pada kaki Basis ( B ) dan colok merah pada kaki Emiter ( E ).
  • Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor dinyatakan baik.
  • Selanjutnya memindahkan colok merah pada kaki Kolektor ( C ).
  • Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor juga dinyatakan baik.
  • Sedang apabila dalam pengujian transistor jarum penunjuk tidak bergerak maka transistor dinyatakan rusak
  • Selanjutnya apabila pengujian dibalik, yakni colok merah pada kaki Basis ( B ), sedang kaki Emiter ( E ) dan kaki Kolektor ( C ) dihubungkan dengan colok hitam secara bergantian, maka jika jarum penunjuk bergerak, transistor dinyatakan rusak, kemungkinan bocor.
Kembalikan perlengkapan pengujian pada tempat semula.
Langkah – langkah pengujian transistor PNP
  • Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan .
  • Mengarahkan saklar jangkah pada posisi ohm, misal pada posisi X1.
  • Menempelkan colok merah pada kaki Basis ( B ) dan colok hitam pada kaki Emiter ( E ).
  • Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor dinyatakan baik.
  • Setelah itu memindahkan colok hitam pada kaki Kolektor ( C ).
  • Jika jarum bergerak maka transistor dinyatakan baik.Jika dalam pengujian meter tidak bergerak sama sekali, maka transistor dinyatakan rusak / putus.
  • Kemudian jika pengujian dibalik yakni colok hitam pada kaki Basis ( B) sedang kaki Emiter ( E ) dan Kolektor ( C ) dihubungkan dengan colok merah secara bergantian, maka jika jarum bergerak, transistor dinyatakan rusak.
  • Apabila jarum bergerak menunjukkan nilai ohm yang rendah, maka dapat dipastikan bahwa transistor dalam kondisi bocor.
  • Rapikan kembali perlengkapan pengujian
Pengujian diatas berlaku bagi transistor yang terbuat dari bahan Germanium maupun bahan Silicon.
Jika transistor terbuat dari bahan Germanium maka saklar jangkah ukur diarahkan pada posisi x 10. Namun jika terbuat dari bahan Silicon, saklar jangkah diarahkan keposisi x 1K.
Menentukan jenis transistor silicon atau germanium
  • Tempatkan ohm meter pada posisi X1K
  • Ukur antara kaki kolektor dan emitor, jika jarum penunjuk bergerak arah bolak – balik artinya transistor germanium ( Ge ) namun jika tidak bergerak artinya transistor silikon ( Si ).
Menentukan transistor germanium ( Ge )
Menentukan transistor silicon ( Si )
Kerusakan – kerusakan yang sering terjadi pada transistor:
  • Adanya pemutusan hubungan dari rangkaian elektronik.
  • Terjadinya konseleting/ hubung singkat antar elektroda transistor.
  • Terjadi kebocoran diantara electrode – electrode transistor.
Adapun penyebab terjadinya kerusakan pada sebuah transistor adalah:
  • Penanganan yang tidak tepat saat pemasangan pad rangkaian.
  • Transistor terlalu panas karena suhunya melebihi batas maksimal kemampuannya. Bagi transistor dari bahan Germanium suhu maksimal ± 750C sedang transistor Silicon suhu maksimal mencapai ± 1500C.
  • Kesalahan pengukuran.
  • Pemasangan yang salah pada rangkaian.

Mengukur Transistor untuk Pemula (Cara 2)

Mengukur transistor adalah teknik dasar yang wajib dikuasai. Transistor umumnya mempunyai 3 kaki yaitu BASE(B), COLLECTOR(C), dan EMITTER(E).
Cara mengukur/menentukan kaki-kaki transistor dan juga memastikan transistor masih berfungsi(tidak rusak), lakukan cara-cara berikut:
Temukan kaki BASE. Lakukan pengukuran seperti gambar di bawah, cara ini sekaligus untuk mengetahui apakah transistor masih baik atau “bocor”(short pada kaki-kakinya)
Gunakan skala x1 atau x10, jangan gunakan skala x1k atau x10k. Mengapa? Anda akan segera mengetahui setelah ini
Hasil pengukuran:
  1. A dan B “jalan”, Base di kaki 1 jenis transistor NPN
  2. C dan D “jalan”, Base di kaki 2 jenis transistor NPN
  3. E dan F “jalan”, Base di kaki 3 jenis transistor NPN
  4. D dan E “jalan”, Base di kaki 1 jenis transistor PNP
  5. A dan F “jalan”, Base di kaki 2 jenis transistor PNP
  6. B dan C “jalan”, Base di kaki 3 jenis transistor PNP
  7. Selain kombinasi di atas, berarti transistor rusak(short antar kaki-kakinya)
Menentukan kaki Collector dan Emitter, gunakan skala terbesar x10k(bila ada). Berdasarkan hasil penentuan kaki Base, lakukan pengukuran yang sama tapi dengan probe sebaliknya(merah >< hitam, hitam >< merah). Hasilnya, yang “jalan” adalah kaki Collector. Mengapa demikian?
Iklan
Here is a Pre-amp microphone dynamic using two transistors. The circuit factor of this around 150 and can handle signals from 50Hz to 100Khz.This circuit is designed for use with 200 Ohm dynamic microphones. For usage with low impedance microphones, the value of R3 must be increased to around 47o Ohms and C1 must be decreased to around 2.2uF.

 

Pre-Amp mic 2 transistorSkema rangkaian Pre-Amp mic 2 transistor

The audio signal from the microphone is coupled to the base of Q1 via the capacitor C1 and resistor R3. Q1 works as a preamplifier here. The preamplified signal will be coupled to the base of Q2 for further amplification. Resistor network comprising of R4, R5 and R6 provides the necessary negative feedback. Final output signal will be available at the emitter of Q2.

Layout Transistor BC549 & BC546

Transistor BC549 Absolute maximum rating

  • VCBO collector-base voltage open emitter……………30 V.
  • VCEO collector-emitter voltage open base……………30 V.
  • VEBO emitter-base voltage open collector…………….5 V.
  • IC collector current (DC)………………………………….100 mA.
  • ICM peak collector current………………………………..200 mA.
  • IBM peak base current……………………………………..200 mA.
  • Ptot total power dissipation Tamb £ 25 °C………………500 mW.
  • Tstg storage temperature……………………………….. -65 to +150 °C.
  • Tj junction temperature……………………………………150 °C.
  • Tamb ambient temperature………………………………. -65 to +150 °C.
  • hFE DC current gain VCE = 5 V, IC = 2 mA ………….420 to 800.

Transistor BC546 Absolute maximum rating

  • VCBO collector-base voltage open emitter………………80 V.
  • VCEO collector-emitter voltage open base………………65 V.
  • VEBO emitter-base voltage open collector………………6 V.
  • IC collector current (DC)…………………………………..100 mA.
  • ICM peak collector current…………………………………200 mA.
  • IBM peak base current………………………………………200 mA.
  • Ptot total power dissipation Tamb £ 25 °C……………… 500 mW.
  • Tstg storage temperature…………………………………. -65 +150 °C.
  • Tj junction temperature…………………………………….150 °C.
  • Tamb operating ambient temperature ……………………-65 +150 °C.
  • hFE DC current gain VCE = 5 V, IC = 10 mA…………..150.

Transistor dapat difungsikan “sebagai saklar” dengan mengatur arus basis Ib sehingga transistor dalam keadaan jenuh (saturasi) atau daerah mati (cut-off). Dengan mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (on). Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut-off), sehingga tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka.

Transistor dalam kondisi jenuh ekivalen dengan saklar tertutup

transistor sebagai saklar,saklar transistor,saklar transistor posisi tertutup

Transistor dalam kondisi mati  ekivalen dengan saklar terbuka

transistor sebagai saklar,saklar transistor,saklar transistor posisi terbuka

Berikut merupakan perhitungan secara teori untuk menentukan kondisi transistor sebagai saklar.

Kondisi Jenuh atau Saturasi

Vce =  Vcc – Ic . Rc

Karena kondisi jenuh Vce = 0V (keadaan ideal)

Maka  Ic  =  Vcc / Rc

Menentukan tahanan basis Rb untuk memperoleh arus basis pada keadaan jenuh adalah:

Rb=(Vi – Vbe) / Ib jenuh

Sehingga besar arus basis Ib jenuh adalah

Ib jenuh > Ic / β

Kondisi Mati atau Cutt Off

Vce  = Vcc – Ic . Rc

Karena kondisi mati Ic = 0 (kondisi Ideal) maka:

Vce  = Vcc – 0 . R c

Vce = Vcc

Besar arus basis Ib adalah

Ib   =  Ic / β

Ib   =  0/β  = 0

Pengosongan Kapasitor

Posted: Juli 11, 2011 in electronika, Fisika

Berlanjut dari artikel mengenai pengisian kapasitor, kali ini akan dibahas mengenai pengosongan kapasitor. Saat kapasitor sudah terisi oleh sebagian atau penuh muatan listrik maka kapasitor tersebut dapat dikosongkan dengan cara menghubungkan saklar (S) pada ground. Akibatnya tegangan kapasitor dan arus akan berkurang secara eksponensial sampai nol.

Lamanya proses pengosongan kapasitor ini juga ditentukan oleh nilai R-C yang dipakai pada rangkaian. Berikut adalah rumus umum untuk pengosongan kapasitor

    • tegangan kapasitor saat dikosongkan selama t detik, VC(t)

      Vs adalah tegangan kapasitor sebelum dikosongkan. Vs akan bernilai sama dengan tegangan input pengisi kapasitor apabila kapasitor diisi sampai penuh (fully charged).

    • arus pengosongan setelah t detik

Apabila digambarkan dalam grafik maka tegangan dan arus pada pengosongan kapasitor akan membentuk grafik eksponensial seperti berikut.

Untuk tabel hubungan antara waktu pengosongan terhadap persentase tegangan pada kapasitor dinyatakan dalam tabel berikut.

t Vc
0 99%
RC 37%
2RC 14%
3RC 5%
4RC 2%
5RC 1%

Contoh soal :
Berdasarkan pada rangkaian pengosongan kapasitor diatas, diketahui bahwa :
tegangan awal pada kapasitor (VS) = 12V
hambatan (R) = 5 kΩ
kapasitor (C) = 100 μF
Tentukan :
a. Konstanta waktu pengosongan (τ)
b. Tegangan dan arus kapasitor saat setelah dikosongkan selama 10 ms
c. Waktu pengosongan yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya
d. Waktu pengosongan yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 0,12V
Penyelesaian :

    1. Konstanta waktu pengosongan (τ)
    2. Konstanta waktu pengosongan = Konstanta waktu pengisian = τ τ = RC = (5 kΩ)(100 μF) = 0.5 s

    3. Tegangan dan arus kapasitor saat setelah dikosongkan selama 10 ms

    1. Waktu pengosongan yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya

    1. Waktu pengosongan yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 0,12V

Pengisian Kapasitor

Posted: Juli 11, 2011 in electronika, Fisika

Pada saat pengisian kapasitor diperlukan sebuah sumber tegangan konstan (Vin) yang digunakan untuk menyuplai muatan ke kapasitor dan sebuah resistor yang digunakan untuk mengatur konstanta waktu pengisian (τ) serta membatasi arus pengisian.

Pada rangkaian pengisian kapasitor disamping, saat saklar (S) ditutup maka akan ada arus yang mengalir dari sumber tegangan (Vin) menuju ke kapasitor. Besarnya arus ini tidak tetap karena adanya bahan dielektrik pada kapasitor. Arus pengisian akan menurun seiring dengan meningkatnya jumlah muatan pada kapasitor, dimana Vc≈Vin saat i=0.

Secara umum, rumus pengisian kapasitor untuk tegangan dan arus dapat dinyatakan seperti berikut :

  • tegangan kapasitor saat t detik

    apabila sebelum pengisian tidak terdapat adanya tegangan awal pada kapasitor, Vc(0)=0V, maka persamaan diatas menjadi :
  • arus pengisian setelah t detik

Apabila digambarkan dalam grafik maka tegangan dan arus pada pengisian kapasitor akan membentuk grafik eksponensial seperti berikut.

Berdasarkan rumus pengisian kapasitor untuk tegangan, bisa didapat pula hubungan antara waktu pengisian terhadap persentase tegangan pada kapasitor yang dinyatakan dalam tabel berikut

t Vc
0 0
0,7RC 50%
RC 63%
2RC 86,5%
3RC 95%
4RC 98,2%
5RC 99%

Contoh soal :
Berdasarkan pada rangkaian pengisian kapasitor diatas, dimana :
tegangan pengisian (Vin) = 12 V
hambatan (R) = 5 kΩ
kapasitor (C) = 100 μF
Tentukan :
a. Konstanta waktu pengisian (τ)
b. Arus awal yang mengalir pada rangkaian (io)
c. Tegangan dan arus kapasitor (Vc) setelah saklar ditutup selama 10 ms
d. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya
e. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 10V

Penyelesaian :

    1. Konstanta waktu pengisian (τ)
    2. τ = RC = (5 kΩ)(100 μF) = 0.5 s

    3. Arus awal yang mengalir pada rangkaian (io)

    1. Tegangan pada kapasitor saat saklar ditutup selama 10 ms

    1. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya
    2. Dari tabel hubungan antara waktu pengisian terhadap persentase tegangan pada kapasitor dapat diketahui bahwa tegangan pada kapasitor akan terisi 50% saat t=0,7RC, yaitu : t = 0,7(5kΩ)(100μF) = 0,35s = 350ms Atau dengan cara lain, tegangan pada kapasitor terisi 50% ≈ 12V/2 ≈ 6V

    1. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 10V

With a microcontroller system AT89c2051 and an LCD display we can create a digital frequency counter which can measure frequencies up to 250KHz. LCD is used LM16200.

LCD LM16200
LM16200 LDC Pic

Table LM16200.

Pin LCD LM16200

Scheme of frequency counter digital using AT89c2051 are as follows:

Frekuensi Counter DigitalSkema Rangkaian Frekuensi Counter Digutal

 

AT89c2051 to program, we use the Bascom 8051, the following programs Frequency caunter Digital Using AT89c2051:

‘——————————————————–
‘ file: efy20fm24.BAS 25-12-05
‘ Frequency Meter Program using AT89c2051 micro controller
‘ written using bascom-51 from http://www.mcselec.com holland
‘ an embedded visual basic compiler for 8051 micro
‘ controllers
‘ by K.S.Sankar Web: http://www.mostek.biz
‘——————————————————
‘ Connect the timer0 input P3.4 to a frequency generator
‘ with 24 mhz xtal accuracy ok upto 250khz
‘ define crystal speed and include file
$regfile = “89c2051.dat”
$crystal = 24000000
‘ define variables used
Dim A As Byte
Dim C As Long , D As Long
Dim Count As Word
Dim T0ic As Long
Dim Delayword As Word

‘ Initialize variables
Count = 0
T0ic = 0
D = 0
‘ initialize ports
P1 = 0
P3 = 255
‘ configure lcd display
Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdpin = Pin , Db4 = P1.4 , Db5 = P1.5 , Db6 = P1.6 , Db7 = P1.7 , E = P1.3 , Rs = P1.2
Cls
‘clear the LCD display
Lcd ” EFY Freq Meter ”
‘ define timer0
Config Timer0 = Counter , Gate = Internal , Mode = 1
‘Timer0 = counter : timer0 operates as a counter
‘Gate = Internal : no external gate control
‘Mode = 1 : 16-bit counter
‘ set t0 internal interrupt
On Timer0 Timer_0_overflow_int
‘ interrupt will be generated on every 65536 count
Priority Set Timer0
Enable Interrupts
Enable Timer0

Counter0 = 0
‘clear counter
Start Counter0
‘enable the counter to count
Do
‘set up a 1 sec accurate DO NOTHING loop
Enable Interrupts
‘wait 1 as per BASCOM-51 is not accurate
For Delayword = 1 To 45440
Next Delayword
Disable Interrupts
C = Counter0
‘get counter value
D = T0ic * 65536
Lowerline
C = C + D
T0ic = 0
Lcd ” ”
Lowerline
‘ show the frequency
Lcd “f=” ; C ; ” Hz”
Waitms 255
Waitms 255
C = 0
Counter0 = 0
Start Counter0
‘re-start it because it was stopped by accessing the COUNTER
Loop

‘ timer0 int subroutine
Timer_0_overflow_int:
Rem timer0 overflow ( 65535 ) interrupt comes here
‘ increment the variable
Incr T0ic
Return
End
‘ end of program
‘ uses 1106 bytes of program memory

Perkembangan Teori Atom

Posted: Juli 11, 2011 in Fisika

1. Teori Atom John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

  1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
  2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
  3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
  4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
model atom dalton
Kelemahan:
Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.
2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
atom thomson
Kelemahan:
Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:

  1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
  2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
  3. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:
atom rutherford
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
ada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

  1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
  2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
  3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
  4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
atom Bohr
Kelemahan:
Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
5. Teori Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

atom modern
Persamaan Schrodinger
persamaan

x,y dan z
Y
m
ђ
E
V
= Posisi dalam tiga dimensi
= Fungsi gelombang
= massa
= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
= Energi total
= Energi potensial
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika gelombang
  1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
  2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
  3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

Komponen Elektronik

Posted: Juli 11, 2011 in electronika, Fisika

Sejarah elektronik telah ditandai dengan pengenalan komponen-komponen yang membuka jalur untuk solusi dan teknologi baru. Revolusi sesungguhnya terjadi dengan ditemukannya transistor, yang didahului oleh dioda, keduanya menandakan lahirnya elektronik digital yang kemudian melahirkan mikroprosesor. Berikutnya kita akan melihat komponen listrik utama dan karakteristiknya.

1 Hambatan

Hambatan adalah komponen yang melawan laju arus listrik dan melepaskan energi dalam bentuk panas. Lambang hambatan adalah R dan diukur dengan Ohm. Kita akan lihat nanti ketika menjelaskan hukum Ohm bahwa hambatan menggabungkan tegangan V dan arus I dalam satu formula. Jika kita memberi tegangan V pada hambatan R, dihasilkan arus I dan ketiga kuantitas ini tergabung dalam formula berikut:

Persamaan 1 Hukum Ohm

V=I x R

2 Kapasitor

Komponen ini terdiri dari dua plat metal paralel yang diletakkan berdekatan satu sama lain. Jika kita memberikan tegangan pada kedua plat, plat tersebut mampu mempertahankan muatan yang terakumulasi sehingga menghasilkan medan listrik di dalam celah yang memisahkan kedua plat, yang dapat disamakan seperti laju arus seperti ditunjukkan gambar berikut:

Gambar 2 Muatan kapasitor

Kuantitas muatan yang dapat disimpan kapasitor disebut kapasitas (C) dan diukur dalam Farad. Gambar diatas menunjukkan kapasitor dengan kapasitas C dimana tegangan V diberikan. Berikut adalah formula antara kapasitas, tegangan, dan muatan tersimpan:

Persamaan 4.2 Muatan kapasitor

C = \frac{Q}{V}

Ketika kita memberikan tegangan pada kapasitor yang awalnya tidak bermuatan, kapasitor akan mulai menyimpan elektron hingga tercapai batas maksimum. Lebih dari batas ini kapasitor tidak dapat menyimpan muatan dan, jika tegangan dilepas, akan tetap bermuatan. Kapasitor bermuatan memiliki tegangan yang konstan antara kedua ujungnya dan ketika dihubungkan dengan hambatan akan melepaskan tegangan tersebut sehingga menimbulkan arus. Dua proses menyimpan dan melepas muatan suatu kapasitor tidak terjadi secara instan tetapi membutuhkan waktu tertentu agar terjadi, bergantung kepada karakteristik kapasitor dan sirkuit yang digunakannya. Saat kapasitor menyimpan muatan, muatan dengan polaritas berlawanan terakumulasi pada kedua plat, dan gerakan muatan ini menimbulkan arus. Perilaku inilah yang menjadi dasar sirkuit high-pass filter.

Sekarang kita bayangkan kapasitor yang diberikan tegangan sinusoidal. Jika laju sinusoid sedemikian sehingga semi-gelombang positif lebih cepat dari waktu simpan kapasitor, maka kapasitor tidak dapat mencapai batas maksimum cukup cepat, dan semi-gelombang negatif tiba dan melepaskan muatan. Dengan cara ini aliran arus dalam kapasitor tidak terganggu. Sebaliknya bila diberikan tegangan dengan frekuensi rendah, kapasitor mencapai batas maksimum sebelum semi-gelombang positif habis sehingga menghambat aliran arus. Sehingga, suatu kapasitor menghambat aliran frekuensi rendah (yang menyebabkan penyimpanan muatan maksimal dan menghambat aliran arus) dan dapat digunakan sebagai high-pass filter.

Gambar 3 High-pass filter sederhana

3 Induktor

Ketika konduktor dikenakan suatu medan magnetik, medan tersebut menarik elektron dalam konduktor dan membuatnya bergerak sehingga menghasilkan arus. Sebaliknya, dekat dengan suatu konduktor yang memiliki suatu arus, dihasilkan medan magnetik dengan distribusi garis magnet seperti berikut:

Gambar 4 Medan magnetik induksi arus dari konduktor

Dalam sirkuit induktor biasanya diberi label L dan nilai induktansinya diukur dalam Henry. Induktor adalah konduktor dengan bentuk spiral. Ketika suatu arus melaluinya, medan magnet dihasilkan dengan distribusi garis magnet seperti berikut:

Gambar 5 Medan magnetik induksi arus dari induktor

Induktor dapat digunakan sebagai low-pass filter dengan memanfaatkan inersia dari medan magnetiknya. Dengan memberikan arus dengan laju sinusoidal dihasilkan medan magnetik yang juga memiliki laju sinusoidal. Namun, jika frekuensinya terlalu tinggi, semi-gelombang negatif menghasilkan medan magnetik dengan garis magnet yang berlawanan dengan yang dihasilkan semi-gelombang positif yang belum habis: sehingga menghambat aliran arus. Gambar berikut menunjukkan contoh sirkuit low-pass filter:

Gambar 6 Low-pass filter sederhana

Dengan menggabungkan konduktor dan induktor dapat dihasilkan band-pass filter sederhana:

Gambar 7 Band-pass filter sederhana

4 Impedansi

Ketika kita memberikan suatu sinyal yang mengandung berbagai frekuensi berbeda kepada suatu kapasitor, seperti suatu sinyal audio, kapasitor akan bereaksi secara berbeda terhadap frekuensi yang berbeda. Selanjutnya, karena setiap komponen dibuat dengan material yang memiliki karakteristik tertentu, maka untuk mendeskripsikan perilakunya kita akan menggunakan nilai kuantitas yang memperhitungkan karakteristik tersebut. Kuantitas ini disebut impedansi dan diberi label Z. Dalam kapasitor impedansi memiliki nilai berikut:

Persamaan 3 Impedansi kapasitor

Zc(f) = Rc + j(\frac{1}{2\pi f C})

Formula ini menandakan bahwa impedansi dari suatu kapasitor bergantung kepada frekuensi. Selanjutnya, impedansi memiliki dua komponen: yang pertama adalah resistivitas yang memberikan nilai sesungguhnya dari hambatan komponen. Kedua disebut reaktansi dan mengenalkan kebergantungan terhadap frekuensi. Simbol j menandakan bahwa reaktansi adalah bilangan imajiner. Jangan khawatir! Kita tidak akan mendalami lebih lanjut dari ini. Semua yang sudah dinyatakan cukup untuk memahami signifikansi dari faktor-faktor ini dalam hubungannya dengan sinyal audio dan sirkuit-sirkuit yang berhubungan. Perhatikan pada f=0 (seperti dalam arus kontinyu), arus kapasitor menjadi tak terhingga, mensimulasikan sirkuit terbuka, sedangkan pada f=tak terhingga impedansi sama dengan resistansi.

Pada induktor terdapat nilai impedansi:

Persamaan 4 Impedansi induktor

ZL(f) = RL + j2\pi fL

Perhatikan pada f=0 impedansi sama dengan resistansi, sedangkan pada f=tak terhingga induktor berlaku seperti sirkuit terbuka. Dari sudut pandang ini, kapasitor dan induktor memiliki perilaku yang berlawanan.

5 Dioda

Komponen ini memungkinkan arus mengalir pada satu arah saja. Dengan memberikan tegangan pada polaritas tertentu pada ujung-ujungnya dihasilkan aliran arus. Jika polaritas kemudian dibalik, maka arus terhenti. Simbol berikut digunakan dalam sirkuit untuk mewakili komponen ini:

Gambar 8 Dioda

Salah satu tipe dioda adalah LED (light emitting diode). Komponen ini mampu memancarkan foton (dengan kata lain: menyala!) ketika arus melaluinya.

6 Transistor

Transistor didapatkan dengan mengatur dua dioda dengan cara tertentu. Transistor memiliki tiga terminal: base, collector, dan emitter.

Ini adalah simbol transistor:

Gambar 9 Transistor

Transistor digunakan untuk berbagai modalitas dan rangkaian. Dari sudut pandang sound engineering transistor menarik karena memiliki fungsi amplifikasi.

Transistor mampu menyediakan amplifikasi daya dan juga amplifikasi tegangan dan arus. Kita lihat contoh transistor berikut:

Jika kita memberikan sedikit variasi pada tegangan antara emitter dan base, arus mengalami ekskursi yang tinggi pada emitter. Sebagian dari variasi dalam arus ini dikumpulkan dalam kolektor sehingga meningkatkan perbedaan potensial antara base dengan collector. Jadi, satu variasi sedikit saja pada potensial antara base dan emitter menghasilkan perubahan yang besar pada tegangan antara base dan collector, sehingga terjadi amplifikasi tegangan.

7 Amplifier operasional

Amplifier jenis ini mampu mengamplifikasi perbedaan antara dua sinyal. Berikut adalah simbol yang digunakan sebagai identifikasi:

Gambar 10 Amplifier operasional

Amplifier operasional ini umum digunakan sebagai tahap input untuk koneksi yang balanced dan pada VCA fader.

8 Transformer

Komponen ini memanfaatkan fenomena induksi elektromagnetik dari konduktor yang tergulung dalam spiral. Jika kita menaruh suatu kumparan berdekatan dengan kumparan lain yang dilewati arus, medan magnetik kumparan pertama akan mengambil alih yang kedua sehingga menghasilkan arus pada kumparan kedua. Jumlah spiral dari setiap kumparan menentukan perbedaan antara kedua arus dan menentukan hubungan antara tegangan antara kedua ujung kumparan.

Jadi suatu transformer mengubah satu tegangan menjadi tegangan yang lain. Gambar berikut menunjukkan transformer yang memiliki kumparan primer 20 dan kumparan sekunder 10. Jika kita memberikan tegangan 10V kepada kumparan primer kita mendapatkan tegangan 5V pada kumparan sekunder.

Gambar 11 Transformer

Karakteristik penting yang lain dari transformer adalah kemampuannya berlaku sebagai adapter impedansi. Ketika menghubungkan dua komponen dibutuhkan agar impedansi output dari komponen pertama dan impedansi input dari komponen kedua memiliki nilai yang memiliki hubungan yang tepat. Ketika kita perlu mengubah impedansi (dengan kata lain melakukan impedance matchingi), kita bisa menggunakan transformer tanpa mengubah kuantitas elektrik lainnya. Dengan memvariasikan jumlah kumparan primer dan sekunder kita bisa mendapatkan impedansi yang kita butuhkan.