DIY Rekayasa

Umumnya rangkaian elektronika dirakit pada sebuah papan rangkaian tercetak atau lebih dikenal sebagai PCB (Printed Circuit Board). Sebelum dapat dipakai, PCB harus direncanakan layoutnya terlebih dahulu, dicetak, dan baru kemudian komponen-komponen dapat dipasang untuk dilakukan penyolderan. Untuk keperluan praktis dalam pembuatan purwarupa rangkaian elektronik, dapat digunakan Breadboard.

Kegunaan Breadboard

Ini merupakan papan yang berfungsi sebagai media dalam melakukan pengawatan rangkaian elektronika dan microcontroller dengan tanpa menyolder.

Contoh Salah Satu Jenis Breadboard

Hubungan Antar Lubang pada Breadboard

Sebuah breadboard mengandung banyak lubang (holes). Lubang-lubang inilah tempat menancapkan komponen-komponen untuk dilakukan pengawatan. Hal pokok yang harus anda ketahui mengenai Breadboard adalah bagaimana cara lubang-lubang itu saling terhubung satu dengan lainnya. Hubungan antar lubang-lubang itu ditunjukkan oleh skema berikut ini:

Skema Hubungan Antar Lubang pada Breadboard

Lubang-lubang pada sisi atas dan sisi bawah yang ditandai dengan garis merah dan biru, biasanya dipakai untuk hubungan catudaya (+) dan (-), sedangkan lubang-lubang di bagian tengah dipakai untuk menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Berikut ini contoh pengawatan pada Breadboard:

Contoh Pengawatan Komponen-Komponen pada Breadboard

Jenis-Jenis Breadboard

Breadboard Transparan

Breadboard transparan bisa dilihat dengan jelas hubungan antar lubang-lubangnya, sehingga sangat membantu dalam melakukan pengawatan dan melacak kesalahan.

Bentuk Breadboard Transparan

Tiny Breadboard

Jenis breadboard ini memiliki ukuran kecil sehingga jumlah lubang yang tersedia juga sedikit dari breadboard ukuran normal.

Contoh Tiny Breadboard

BB-301 Breadboard

Breadboard jenis ini memiliki 270 lubang. Berikut salah satu bentuknya:

Breadboard BB-301

Anda sudah mempelajari tentang Dioda, bukan? Nah, terdapat salah satu jenis dioda yang mampu memancarkan cahaya. Komponen itu biasa disebut LED, singkatan dari Light Emitting Diode yang artinya dioda yang memancarkan cahaya. LED memancarkan cahaya ketika mendapatkan tegangan-bias maju (forward bias). Warna cahaya yang dipancarkan bergantung kepada jenis bahan semikonduktor yang dipakai.

Contoh LED Hijau Ukuran 5mm

Simbol dan Polaritas Kaki-Kaki LED

Sedikitnya LED memiliki dua kaki, yaitu kaki anoda (+) dan kaki katoda(-), dengan demikian pemasangan LED harus memperhatikan polaritas kaki-kaki tersebut. Berikut simbol dan polaritas kaki-kaki pada LED:

Simbol dan Polaritas Kaki-kaki LED

Jenis-Jenis LED

LED Jenis DIP

DIP singkatan untuk Dual-Inline Package. Terdapat beberapa ukuran untuk LED jenis ini, yaitu diameter 3mm, 5mm, 8mm dan 10mm. Warna cahaya yang dipancarakan bisa satu warna, dua warna dan tiga warna. Contoh pemakaian LED jenis DIP adalah pada lampu pengatur lalu-lintas, lampu sign mobil dsb.

Contoh LED Jenis DIP

LED Jenis SMD

SMD singkatan untuk Surface Mounted Device. LED SMD memiliki ukuran sangat kecil yaitu 3,8mm x 2,5mm, dengan kebutuhan daya yang kecil pula. Selain itu, pancaran cahaya yang dihasilkannya menyebar secara lembut. Contoh penerapan LED SMD adalah pada lampu hemat energi.

Contoh Beberapa Ukuran LED SMD

LED Jenis HPL

HPL singkatan untuk High Power LED atau LED berdaya tinggi. Sesuai dengan namanya, LED HPL memapu menghasilkan pancaran cahaya dengan intensitas tinggi. Daya yang dihasilkan dari puluhan watt hingga ratusan watt. itulah sebabnya LED jenis ini sering dipakai dalam lampu penerangan skala besar.

Contoh Lampu Proyek dengan HPL

LED Jenis COB

COB singkatan untuk Chip On Board. berarti LED jenis ini tersusun pada sebuah papan rangkaian. jenis LED ini banyak dipakai pada lampu penerangan ruangan, lampu kabin pada kendaraan dsb.

Contoh Lampu 10Watt dengan LED COB

Elektronika digital merupakan bagian dari ilmu elektronika yang fokus pembahasannya terletak pada  pengolahan sinyal digital. Sebuah sinyal digital hanya memiliki dua kemungkinan keadaan, yaitu "HIGH" dan "LOW" (namun sering pula dinyatakan sebagai "TRUE" dan "FALSE" maupun "1" dan "0"). Didalam sebuah rangkaian digital, secara teknis kondiri "HIGH" dinyatakan oleh tegangan sebesar 5 volt, sedangkan kondiri "LOW" dinyatakan oleh tegangan sebesar 0 volt.

Contoh Skema Rangkaian Gerbang Logika

Didalam elektronika digital dikenal beberapa jenis gerbang logika. Sebenarnya ini merupakan rangkaian elektronika juga, namun memiliki sifat khusus yang bisa menghasilkan keluaran logika tertentu sesuai dengan masukan sinyal digital yang diberikan kepadanya.

Gerbang AND

Kata "AND" berarti "DAN". Karakteristik dari gerbang AND adalah akan menghasilkan output logic "HIGH" jika dan hanya jika seluruh inputnya bernilai logic "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang AND

Dari tabel kebenaran diatas tampak jelas bahwa output gerbang AND akan bernilai 1 (HIGH), jika kedua inputnya bernilai logic 1. Di pasaran gerbang AND tersedia dalam kemasan (chip). Berikut contoh IC SN7408 yang berisi empat gerbang AND didalamnya.

Contoh IC Gerbang AND

Gerbang OR

Kata "OR" berarti "ATAU". Karakteristik dari gerbang OR adalah akan menghasilkan output logic "HIGH" jika salah satu atau seluruh inputnya bernilai logic "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang OR

Berikut contoh IC 7432 dengan empat gerbang OR didalamnya:

Contoh IC Gerbang OR

Gerbang NOT

Kata "NOT" berarti "TIDAK". Karakteristik dari gerbang NOT adalah outputnya akan menghasilkan nilai logika "HIGH" hanya jika inputnya bernilai logika "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOT

Berikut contoh IC gerbang NOT yang ada di pasaran. IC 74LS04 berisi enam gerbang NOT didalamnya.

Contoh IC Gerbang NOT

Gerbang NAND

Gerbang NAND terdiri dari gerbang "NOT" dan "AND". Pada dasarnya ini merupakan gerbang NAND yang outputnya diberi gerbang NOT, sehingga memiliki karakteristik outputnya akan menghasilkan nilai logika "HIGH" jika salah satu atau seluruh inputnya bernilai logika "LOW".
Berikut contoh IC gerbang NAND yang terdapat di pasaran:

Contoh IC gerbang AND

Gerbang NOR

Gerbang NOR merupakan gerbang OR yang outputnya diberi gerbang NOT, sehingga memiliki karakteristik outputnya akan bernilai logika "HIGH" jika dan hanya jika seluruh inputnya bernilai logika "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOR

Berikut contoh IC gerbang NOR yang beredar di pasaran:

Contoh IC Gerbang NOR

Gerbang XOR

Singkatan dari "EXCLUSIVE-OR". Memiliki karakteristik yang hampir sama dengan gerbang OR, akan tetapi XOR akan menghasilkan output "HIGH" jika dan hanya jika salah satu inputnya ada yang bernilai logika "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang XOR

Contoh komponen IC XOR yang ada di pasaran:

Contoh IC Gerbang XOR 7486

Gerbang XNOR

Singkatan dari "EXCLUSIVE NOR". Karakteristiknya hampir sama dengan gerbang NOR, namun disini output gerbang XNOR akan bernilai logika "HIGH" jika seluruh inputnya bernilai logika "HIGH" atau "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang XNOR

Berikut contoh IC XNOR yang ada di pasaran:

Contoh IC Gerbang XNOR

Istilah lainnya adalah sirkuit terpadu, namun di pasaran lebih terkenal dengan sebutan IC. Sebuah IC sebenarnya adalah rangkaian elektronik yang dikemas dalam sebuah chip. Jadi, didalam IC terkandung komponen-komponen seperti resistor, transistor, dioda dan sebagainya, bergantung kepada jenis rangkaiannya.

Contoh Kemasan IC

IC termasuk komponen aktif. Teknologi IC memungkinkan rangkaian elektronik dibuat dalam ukuran sekecil mungkin.

Single Inline Package (SIP)

Sebuah IC umumnya berkaki banyak, meskipun ada juga IC yang hanya berkaki sedikit. Berdasarkan kemasan dan susunan kaki-kakinya, terdapat IC dalam kemasan SIP (Single Inline Package) yaitu kemasan IC dengan kaki-kaki berderet dalam satu baris.

IC dalam Kemasan SIP

Dual Inline Package (DIP)

Berbeda dengan kemasan SIP, IC dalam kemasan DIP memiliki susunan kaki-kaki dalam dua deret. Biasanya jumlah kaki pada deret kiri akan sama dengan jumlah kaki pada deret kanan.

IC dalam Kemasan DIP

Socket IC

Banyaknya kaki yang dimiliki oleh sebuah IC seringkali merepotkan terutama ketika hendak memasang atau mencopotnya dari PCB. Untuk jenis-jenis IC yang peka terhadap panas solder, diperlukan socket untuk memasangnya. Socket juga memudahkan dalam pencopotan IC ketika rusak dan hendak diganti.

Socket untuk IC DIP dan SIP

IC Monolitic dan IC Hybrid

IC monolitic berisi sebuah rangkaian tunggal didalamnya, sedangkan IC hybrid menggandung beberapa blok rangkaian didalamnya yang saling terhubung satu dengan lainnya. Jadi, didalam sebuah IC hybrid terdapat gabungan beberapa IC lainnya.

Contoh Bentuk IC Hybrid

IC Linier dan IC Digital

IC linier bekerja mengolah sinyal-sinyal linier. Termasuk dalam kelompok ini adalah IC regulator tegangan, IC Op-Amp (Operational Amplifier), IC audio amplifier dsb. Sedangkan IC digital bekerja mengolah sinyal-sinyal digital. Contohnya adalah IC gerbang logika, IC Biner Coded Decimal (BCD), IC Aanalog-Digital Converter (ADC) dsb.

Kegunaan IC

Kegunaan atau fungsi IC bergantung kepada jenis rangkaian yang terkemas didalamnya. Jadi, fungsinya bisa bermacam-macam bergantung kepada rangkaian didalamnya.

Komponen aktif lainnya adalah Transistor. Komponen ini memiliki tiga buah kaki yaitu emitor, base dan collector. Secara fisik terdapat bermacam-macam ukuran transistor. Sama seperti dioda, transistor juga dibuat dari sambungan semikonduktor tipe P dan tipe N.

Contoh Macam-macam Transistor (Sumber: http://microe.com)

Jenis dan Simbol Transistor

Berdasarkan susunan sambungan terdapat transistor jenis NPN dan transistor jenis PNP. Perhatikan gambar dibawah, transistor PNP tersusun dari bahan semikonduktor tipe N, P dan N. Sedangkan transistor PNP tersusun dari bahan semikonduktor tipe P, N dan P.

Sambungan NPN dan PNP pada Transistor

Adapun simbol transistor NPN dan PNP adalah sebagai berikut:

Simbol Transistor NPN dan PNP

Konfigurasi Dasar Transistor

Terdapat tiga konfigurasi dasar transistor yaitu common emitor, common collector dan common base.

Konfigurasi Dasar Transistor

• Common Emitor, dikatakan common emitor jika emitor dipakai secara bersama-sama pada jalur masukan dan jalur keluaran. Perhatikan gambar diatas, masukan diberikan melalui titik basis dan titik emitor, sedangkan keluaran melalui titik kolektor dan titik emitor.
• Common Base, konfigurasi ini memakai basis sebagai jalur bersama untuk masukan (input) dan keluaran (output). Masukan diberikan melalui titik emitor dan basis, sedangkan keluarannya melalui kolektor dan basis.
• Common Collector, konfigurasi common collector memakai kolektor sebagai jalur bersama pada masukan dan keluaran. Masukan diberikan melalui titik basis dan kolektor, sedangkan keluaran melalui titik emitor dan kolektor.

Fungsi Dasar Transistor

Transistor sebagai Saklar (Switching)

Disini transistor bertindak sebagai penyambung dan pemutus arus listrik yang melaluinya seperti layaknya sebuah saklar mekanik. Namun sedikit berbeda dengan saklar yang bekerja secara mekanik, disini transistor bekerja secara elektronik dalam memutus dan menyambung arus listrik.

Prinsip Transistor sebagai Saklar

Mengalir tidaknya arus listrik dari kolektor ke emitor ditentukan oleh ada-tidaknya arus yan mengalir pada basis. Ketika arus (kecil) dialirkan ke basis, maka arus (besar) dari kolektor akan mengalir ke emitor. Sebaliknya jika arus pada basis ditiadakan, maka arus dari kolektor ke emitor juga akan terputus.

Transistor sebagai Penguat (Amplifier)

Prinsipnya adalah sinyal pada masukan akan mengalami penguatan amplitudo berlipat ganda dari semula.

Prinsip Transistor sebagai Penguat

Transistor sebagai Penstabil Tegangan (Stabilisator)

Transistor banyak pula dipakai sebagai penstabil tegangan pada rangkaian adaptor ac/dc. Fungsi pokoknya adalah menstabilkan tegangan listrik arus searah yang diperoleh dari pengubahan listrik arus bolak-balik.

Dioda silikon termasuk salah satu komponen aktif, yang terbuat dari bahan semikonduktor yaitu Silikon. Karakteristik dari bahan semikonduktor adalah setengah penghantar listrik. Jadi, sifatnya terletak antara penyekat (isolator) dan penghantar (konduktor). Pada kondisi biasa semikonduktor bersifat menyekat listrik, namun jika suhunya dinaikkan (dalam arti diberi sejumlah energi) maka sifatnya akan berubah menjadi penghantar listrik.

Contoh Dioda Silikon (Sumber: http://somewhereinblog.net)

Elektroda dan Simbol Dioda

Simbol Dioda (Sumber: http://nafiri-mekatronika.blogspot.com)

Tegangan Bias pada Dioda

Dioda silikon terbuat dari unsur silikon tipe P dan tipe N yang disambung. Pada daerah persambungan P-N tersebut terbentuk daerah bebas muatan (depletion layer).

Depletion Layer pada Dioda (Sumber: http://daenotes.com)

Sebagai komponen aktif dioda silikon membutuhkan tegangan-muka (bias) supaya dapat bekerja. tegangan bias akan menyebabkan depletion layer menyempit (dan akhirnya hilang), dan pada saat itulah dioda menjadi bisa dialiri oleh arus listrik. Terdapat dua macam tegangan bias pada dioda yaitu bias maju (forward bias) dan bias mundur (reverse bias).

Bias Maju (Forward Bias)

Dioda dikatakan mendapatkan bias maju apabila kaki anodanya tehububung ke kutub (+) catudaya dan kaki katoda terhubung ke kutub (-) catudaya. Bias maju akan meniadakan depletion layer. Besarnya tegangan bias maju untuk dioda silikon adalah sekitar 0,6 -0,7 Volt.

Bias Maju pada Dioda Silikon

Lihat gambar diatas. Ketika diberi bias maju sebesar 0,4 Volt depletion layer menyempit dan ketika tegangan bias itu dinaikkan hingga 0,7 Volt maka depletion layer menjadi benar-benar hilang.

Bias Mundur (Reverse Bias)

Dikatakan bias mundur bila kaki anoda dihubungkan ke kutub (-) catudaya dan kaki katoda dihubungkan ke kutub (+) catudaya. Bias mundur akan memperbesar depletion layer sehingga dioda tidak bisa dilewati arus listrik.

Bias Mundur pada Didoda Silikon

Dari gambar diatas tampak bahwa bias mundur akan menyebabkan semakin lebarnya depletion layer.

Skema Bias Maju dan Bias Mundur pada Dioda

Motor listrik mengubah tenaga listrik menjadi tenaga putaran (rotasi). Disebut motor DC sebab memakai listrik arus searah (direct current). Motor DC biasa dipakai sebagai penggerak roda misalnya roda pada robot, mobil mainan dsb. Tegangan kerjanya berkisar antara 3 Volt hingga 48 Volt, meskipun ada juga yang membutuhkan lebih besar daripada itu.

Contoh Motor DC (Sumber: http://smcelectronics.com)

Rotation per Minute (RPM)

Rpm merupakan ukuran kecepatan putaran sebuah motor DC. Misalnya sebuah motor DC memiliki kecepatan 200 rpm, berarti dalam satu menit motor DC itu mampu mencapai 200 kali putaran. Semakin tinggi nilai rpm sebuah motor, semakin kencang pula putarannya.

Gearbox

Gearbox adalah susunan roda-roda gigi berbeda ukuran yang membentuk rasio putaran tertentu. Sebuah motor DC biasa dilengkapi dengan gearbox. Tujuannya untuk meningkatkan atau menurunkan rpm motor yang bersangkutan. Sebagai contoh gearbox dengan rasio 3: 1 akan menurunkan putaran motor 3 kali lebih rendah dari kecepatan normalnya.

Contoh Gearbox pada Motor (Sumber: http://nexsys.web.id)

Arah Putaran Motor DC

Terdapat dua kaki pada motor DC, masing-masing dengan polaritas (+) dan (-). Jika catudaya yang diberikan sesuai dengan polaritas kaki-kaki motor, maka motor DC akan berputar menurut arah putaran jarum jam(clockwise atau cw). namun demikian, jika diperlukan motor juga dapat disetel supaya berputar pada arah sebaliknya (counterclockwise atau ccw)

Arah Putar Motor (Sumber: http://orientalmotor.com)

Cara Membalik Arah Putaran Motor DC

Membalik arah putaran motor DC bukanlah pekerjaan sulit untuk dilakukan. Cukup dengan menukar polaritas catudaya yang diberikan kepada motor itu. Artinya, kutub (+) catudaya terhubung ke kaki (-) motor dan kutub (-) catudaya dihubungkan ke kaki (-) motor. Penukaran polaritas akan membuat motor berputar berlawanan arah jarum jam (counter clock wise). Mudah sekali, bukan?

Penukaran polaritas ini tidak akan membahayakan motor DC yang bersangkutan, sebab yang terpenting adalah tegangan catudaya yang diberikan tidak melampaui batas tegangan kerja motor tersebut. Tegangan yang melebihi batas normalnya akan membuat motor cepat panas dan bisa terbakar.

Simbol Motor DC

Didalam rangkaian listrik dan elektronika, motor DC disimbolkan sebagai berikut:

Simbol Motor DC (Sumber: http://pixgood.com)

Baterai memiliki peranan penting sebagai sumber tenaga listrik bagi sebuah rangkaian elektronika. Tanpa baterai niscaya rangkaian itu tidak akan bekerja. Saat ini keberadaan baterai sering digantikan oleh Adaptor, namun itu hanya untuk peralatan-peralatan elektronik yang bersifat menetap. Untuk peralatan elektronik yang bersifat portabel (jinjing) keberadaan baterai tetap diperlukan.

Contoh Baterai (Sumber: http://pigment7.com)

Fungsi Baterai

Telah disebutkan diatas bahwa baterai berfungsi sebagai sumber tenaga listrik. Jenis arus listrik yang dihasilkan oleh baterai adalah arus searah (direct current atau dc). Umumnya sebuah baterai memiliki tegangan 1,5 Volt hingga 24 Volt.

Jenis-Jenis Baterai

Baterai Primer

Jenis baterai ini paling banyak ditemukan di pasaran. Sifat baterai jenis ini hanya sekali-pakai. Begitu tidak ada lagi tenaga listrik didalamnya, baterai dibuang. Yang termasuk jenis baterai primer antara lain:

1. Baterai zinc-carbon, terbuat dari bahan dasar unsur seng dan karbon.
2. Baterai alkali, terbuat dari bahan potassium hidroxide yang merupakan senyawa alkali.
3. Baterai lithium. Jenis ini biasanya memiliki ukuran paling kecil dan mampu bertahan lama.
4. Baterai silver oxide, terbuat dari bahan oksida perak sehingga harganya paling mahal diantara jenis baterai primer lainnya.

Contoh Baterai Primer

Baterai Sekunder

Berkebalikan dengan baterai primer, jenis ini bersifat bisa diisi-ulang (rechargeable). Meskipun lebih menguntungan daripada jenis baterai primer, namun baterai jenis ini memiliki kelemahan yaitu sifat self-discharge (pengosongan diri-sendiri) tatkala tidak digunakan. Termasuk jenis baterai ini antara lain:

Contoh Baterai Sekunder

1. Baterai Nicad, terbuat dari bahan nikel cadmium.
2. Baterai NiMH, terbuat dari bahan nikel metal-hydride.
3. Baterai Li-Ion, terbuat dari bahan lithium-Ion. Merupakan jenis baterai sekunder yang paling banyak dipakai pada peralatan elektronika.

Satu hal yang perlu dikatahui mengenai jenis baterai sekunder adalah didalamnya terkandung bahan-bahan yang berbahaya bagi kesehatan manusia, oleh karena itu jika sudah rusak baterai jenis ini tidak boleh dibuang sembarangan.

Simbol Baterai dalam Rangkaian Elektronika

Simbol Baterai (Sumber: http://id.gofreedownload.net)