Teknik Elektronika Industri

Elektronik & Piranti Elektronik

                        

Elektronik merupakan kajian dan penggunaan peranti elektrik yang beroperasi dengan kawalan aliran elektron atau sebarang partikel bercaj elektrik.

Ia adalah sebahagian daripada cabang sains dan teknologi yang melibatkan litar elektrik serta komponen elektrikal aktif seperti tiub vakum, transistor, diod dan litar bersepadu. Sifat bukan linear komponen-komponen ini serta kemampuannya mengawal aliran elektron membolehkan penguatan isyarat lemah dapat dilakukan dan sering diaplikasikan dalam telekomunikasi dan pemprosesan isyarat.

Elektronik berbeda dengan elektrikal dan elektrik mekanikal yang melibatkan penjanaan, pengagihan, pensuisan dan penyimpanan dan penukaran disamping menggunakan banyak menggunakan peralatan seperti wayar, motor, generator, bateri, suis, transformer, perintang dan pelbagai komponen pasif. Perbezaan antara elektrikal dan elektronik ini bermula pada tahun 1906 apabila Lee De Forest telah berjaya merekacipta triod yang pertama, ini membawa kepada kemampuan untuk menguatkan isyarat radio dan isyarat audio tanpa menggunakan peranti bukan mekanikal. Sebelum dekad 1950-an, bidang ini dipanggil sebagai teknologi radio kerana penggunaannya menggunakan prinsip rekabentuk dan teori pancaran gelombang radio, penerimaan gelombang radio dan juga tiub vakum.[1]

Pada hari ini, kebanyakan peralatan elektronik menggunakan komponen semikonduktor untuk melakukan pengawalan elektron. Pengajian mengenai peranti semikonduktor dan juga teknologi yang berkaitan dengannya adalah termasuk di dalam bidang fizik keadaan pepejal. Untuk rekabentuk dan pembinaan litar elektronik untuk menyelesaikan masalah secara praktikal pula, ia termasuk di dalam bidang kejuruteraan elektronik.

Sesetengah orang mengkaji bagaimana peranti sedemikian berfungsi secara am, sebagai sebahagian dari fizik.

Sesetengah yang lain mereka dan membina litar elektronik untuk menyelesaikan masalah praktikal. Ini merupakan sebahagian tugas jurutera elektrik, elektronik dan jurutera komputer.

Peranti dan Komponen Elektronik

Sebuah komponen elektronik dalam apa jua keadaan fizikalnya di dalam satu sistem elektronik adalah digunakan untuk memberi kesan kepada elektron atau medan yang berada disekelilingnya secara konsisten berdasarkan keperluan fungsi sistem elektronik berkenaan.

Komponen-komponen secara umumnya akan disambungkan bersama-sama, pada kebiasaannya akan dipaterikan pada papan litar bercetak, untuk membina sebuah litar elektronik mengikut fungsi-fungsi tertentu (contohnya penguat, penerima radio dan pengayun). Komponen mungkin didatangkan secara berasingan atau di dalam sekumpulan komponen-komponen yang rumit seperti litar bersepadu.

Contoh komponen-komponen elektronik yang biasa kita lihat adalah kapasitor, induktor, perintang, diod, transistor dan lain-lain.

Sebuah komponen elektronik dalam apa jua keadaan fizikalnya di dalam satu sistem elektronik adalah digunakan untuk memberi kesan kepada elektron atau medan yang berada disekelilingnya secara konsisten berdasarkan keperluan fungsi sistem elektronik berkenaan. Komponen-komponen secara umumnya akan disambungkan bersama-sama, pada kebiasaannya akan dipaterikan pada papan litar bercetak, untuk membina sebuah litar elektronik mengikut fungsi-fungsi tertentu (contohnya penguat, penerima radio dan pengayun). Komponen mungkin didatangkan secara berasingan atau di dalam sekumpulan komponen-komponen yang rumit seperti litar bersepadu. Contoh komponen-komponen elektronik yang biasa kita lihat adalah kapasitor, induktor, perintang, diod, transistor dan lain-lain.

Pengertian Elektronika

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan elektronik, termokopel, semikonduktor, dan lain sebagainya.

Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang dari ilmu fisika, sementara bentuk desain dan pembuatan sirkuit elektroniknya adalah bagian dari teknik elektro, teknik komputer, dan ilmu/teknik elektronika dan instrumentasi.

Alat-alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini biasanya disebut sebagai peralatan elektronik (electronic devices). Contoh peralatan/ piranti elektronik ini: Tabung Sinar Katoda (Cathode Ray Tube, CRT), radio, TV, perekam kaset, perekam kaset video (VCR), perekam VCD, perekam DVD, kamera video, kamera digital, komputer pribadi desk-top, komputer Laptop, PDA (komputer saku), robot, smart card.

Semoga penjelasan singkat tentang pengertian elektronika industri ini bisa menambah pemahaman kita semua.

Pengertian Listrik

Listrik adalah aliran elektron-elektron dari atom ke atom pada sebuah penghantar. Semua atom memiliki partikel yang disebut elektron terletak pada orbitnya mengelilingi proton.
Atom yang paling sederhana adalah atom Hydrogen (Atom Air), yaitu hanya mempunyai satu elektron yang mengelilingi satu proton.

Atom yang paling rumit adalah atom uranium. Atom ini mempunyai 92 elektron disekeliling inti proton. Semua benda (elemen) memiliki struktur atom tersendiri. Setiap elemen mempunyai jumlah elektron dan proton yang sama.

Tembaga mempunyai 29 proton, elektron-elektronnya tersebar pada 4 baris orbit, yang paling luar hanya satu elektron. Ini adalah rahasia dari penghantar listrik yang baik. Setiap benda yang memiliki struktur atom kurang dari 4 orbit yang paling luar atau memiliki sifat daya hantar yang baik.

Bila benda yang memiliki struktur atom lebih dari 4 elektron pada garis orbit yang paling luar di sebut penyekat (bukan penghantar).
Benda yang memiliki sedikit elektron pada garis orbit paling luar, elektronnya lebih mudah berpindah dari orbitnya oleh tegangan yang rendah. Hal ini akan menyebabkan terjadinya aliran elektron dari atom ke atom.

Seperti telah kita pelajari bahwa atom mempunyai proton dan  elektron, masing-masing partikel mempunyai gaya potensial (potensial force). Proton bermuatan positif, sedangkan elektron bermuatan negatif. Proton pada inti atom menarik elektron dan menahan elektron pada garis orbit selama muatan positif dari proton sama dengan muatan negatif dari elektron atau mempunyai listrik netral.

Bilamana terjadi muatan netral elektron yang beredar digaris orbit dapat dengan mudah berpindah jika elektron-elektron ditarik jauh oleh atom lain, atom itu menjadi bermuatan positif dan menjauhnya elektron yang ditarik oleh atom yang lain tadi mengakibatkan atom tersebut bermuatan negatif. Atom yang bermuatan negatif (-)  memiliki jumlah elektron yang berlebihan, sedangkan atom yang
bermuatan positif (+) jumlah elektronnya sedikit atau kekurangan elektron.

Pengertian Listrik lainnya bisa dicari di google dengan keyword pengertian listrik.

Pengertian Konduktor

Konduktor adalah bahan yang di dalamnya banyak terdapat elektron bebas mudah untuk bergerak.Tarikan antara elektron yang berada dalam edaran paling luar dan intinya adalah sangat kecil, hingga dalam suhu normal  pun ada satu atau lebih elektron yang terlepas dari atomnya.

Elektron bebas ini bergerak-gerak secara acak dalam ruang di celah atom-atom.  Gerakan elektron-elektron ini dinamakan bauran ( difusi ).

Contoh penghantar : besi, tembaga, aluminium, perak, dan logam  lainnya.

Pengertian Semi Konduktor

Semi Konduktor (setengah penghantar) adalah suatu bahan yang tidak layak disebut sebagai penghantar, juga tidak layak disebut sebagai bukan penghantar (Isolator).

Contoh: Germanium.

Dalam bahan ini hanya ada satu atau dua atom yang kehilangan elektron dari  seratus juta ( 108 ) atom.

Pengertian Isolator

Isolator (bukan penghantar) adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Contoh: karet, plastik, kertas, kayu, mika, dan sejenisnya.

Pada isolator semua elektron terikat pada atomnya dan tidak ada elektron yang bebas. Jenis bahan seperti ini digolongkan sebagai penyekat atau bukan penghantar (Isolator).

Pengertian Konduktor, Semi Konduktor dan Isolator secara sederhana seperti yang 

Pengertian Magnet

Jika sebelumnya sudah dijelaskan tentang Listrik, Muatan atom (positif dan negatif),konduktor, semikonduktor dan isolator, maka kali ini kita akan membahas Magnet.  Secara sederhana pengertian magnet dapat diartikan sebagai benda (besi) yang mempunyai inti  atom. Atom tersebut mempunyai sejumlah elektron yang selalu bergerak mengitari inti atom ( proton dan neutron ).Besi magnet mempunyai 2 (dua) kutub (ujung), yaitu kutub utara dan kutub selatan. Pada kutub-kutub itulah terpusatkan gaya magnet, yaitu gaya tarik dan gaya tolak.

Dari percobaan-percobaan dengan jalan mendekatkan dua kutub ternyata bahwa: Kutub-kutub senama saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda (tidak senama) akan saling tarik menarik.

Teori dan Pengertian Magnet

Teori tentang magnet tidak terlepas dari penjelasan tentang listrik. Bahkan kemagnetan adalah merupakan gejala yang dihasilkan oleh perilaku listrik. Setiap atom terdapat elektron-elektron yang yang selalu bergerak mengelilingi inti (proton dan neutron). Gerakan elektron inilah yang menghasilkan gaya-gaya magnet. Gaya magnet berbentuk lingkaran tertutup di luar elektron pada saat elektron bergerak.

Hal ini dapat dibuktikan pada percobaan berikut tentang adanya magnet di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik.

Berdasarkan teori di atas, garis gaya yang timbul disekitar sepotong magnet sebenarnya adalah merupakan kumpulan / penimbunan garis-garis gaya yang dihasilkan oleh gerakan elektron yang mengitari intinya. Sedangkan pada logam yang bukan magnet, garis edar elektronnya tidak teratur sehingga garis gaya dihasilkan setiap elektron saling memindahkan. Dengan demikian gaya di sekitar magnet tidak muncul.

Jenis-Jenis Magnet

Kita sudah mengenal apa arti magnet itu. Jika belum silahkan membaca posting sebelumnya. Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.

1. Magnet tetap (permanen)

Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari dalam alam ( penambangan ). Jenis Magnet ini berupa jenis besi yang disebut Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet tidak tetap. Pada bahan magnat, garis edar elektron pada atom yang satu dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu tetap. Sedangkan pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom tidak teratur.

2. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan)

Magnet tidak tetap terdiri dari 2 (dua) macam, yaitu :

a. Jenis Magnet Hasil Induksi

Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau baja. Untuk membuatnya menjadi magnet, diperlukan pengaruh medan magnet dari luarnya.

Medan magnet akan mempengaruhi arah edar elektron menjadi teratur seragam pada satu arah saja. Hasilnya adalah besi tersebut akan menjadi magnet. Proses pembuatan magnet ini disebut induksi.  Sedangkan magnet yang dibuat disebut magnet hasil induksi.

Jenis Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ?  Karena apabila medan magnet yang dibuat di sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya menjadi hilang.

Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ?  Karena apabila medan magnet yang dibuat di sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya menjadi hilang.

b. Jenis Magnet hasil perlakuan listrik

Magnet ini dibuat dari baja lunak ( baja karbon rendah ). Baja ini dipilih karena  sifat baja lunak sifat kemagnetannya relatif mudah dihilangkan. Penghilangan sifat magnet ini  memang  diperlukan untuk hampir semua peralatan magnet hasil perlakuan listrik karena seringkali kutub-kutub magnetnya harus berubah-ubah pada kecepatan tertentu.

Untuk  membentuk magnet ini, diperlukan  elektro-magnet (akan dijelaskan selanjutnya) sebagai bahan sumber medan magnet.

Sifat-Sifat Magnet

Setelah kemarin kita membahas pengertian magnet, dan jenis-jenis magnet kali ini kita akan membahas sifat-sifat magnet. Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila didekatkan dua buah magnet yang sejenis.

Sifat lain dari magnet adalah garis gaya magnet akan mengalir dari kutub selatan ke kutub utara melalui medan magnet.

Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya medan dan garis gaya magnet menyebabkan magnet sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi, seperti pada bidang Otomotif.

Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila medanmagnet bergerak berpotongan dengan kawat penghantar tersebut. Selain itu, aruslistrikyang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada sebuah penghantar dapat  juga berfungsi untuk pengisian aki pada kendaraan (charge).

Kunci pokok  untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu :

§  Dipastikan bahwa garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub utara

§  Garis gaya  magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub selatan.

Hal ini dapat dilihat pada gambar pada posting pengetian Magnet.

Induksi Elektromagnetik

Kumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut Elektromagnet.

Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan tentang listrik. Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan.

Misalnya ;  bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri  aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu seperti  diperlihatkan   pada gambar berikut ini.

Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas  adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.

Ada 3 (tiga) cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat medan magnet pada elektromagnet :

a. Membuat inti besi pada kumparan.

Cara ini dilakukan dengan jalan meletakkan sepotong besi di dalam kumparan yang dialiri listrik. Besi tersebut akan menjadi  magnet tidak tetap (buatan atau remanen). Karena inti besi menjadi magnet, maka inti besi itu akan menghasilkan medan magnet.
Dilain pihak kumparan juga akan menghasilkan medan magnet pada arah yang sama pada inti besi.

Hal ini akan menyebabkan terjadinya penguatan medan magnet. Penguatan medan magnet diperoleh dari penjumlahan medan magnet yang dihasilkan oleh besi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.

b. Menambah jumlah kumparan.

Tiap-tiap kumparan elektromagnet menghasilkan medan magnet. Dengan penambahan jumlah kumparan sudah tentu akan memperkuat medan magnet secara keseluruhan. Kuatnya medan elektromagnet merupakan jumlah dari medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan.

c. Memperbesar arus yang mengalir pada kumparan.

Besarnya arus yang dialirkan pada kumparan berbanding lurus dengan besarnya medan magnet. Setiap elektron yang mengalir pada penghantar menghasilkan medan magnet. Dengan demikian medan total  tergantung dari banyaknya elektron yang mengalir setiap detik atau kuat medan total ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir pada kumparan.

Induksi listrik

Induksi listrik itu adalah fenomena fisika yang apabila pada suatu benda yang tadinya netral atau (tidak bermuatan listrik) menjadi bermuatan listrik karena akibat adanya pengaruh dari gaya listrik atau dari benda yang bermuatan lain dan didekatkan padanya.

Ada dua jenis induksi listrik :

a. Induksi sendiri (Self induction).

Induksi sendiri adalah munculnya tegangan listrik pada suatu kumparan pada saat terjadinya perubahan arah arus.Apabila suatu kawat penghantar berpotongan dengan medan magnet, maka akan terjadi tegangan pada kawat tersebut. Fenomena ini sulit dijelaskan namun sudah diterima sebagai hukum alam yang sangat penting. Terutama untuk menjelaskan kejadian-kejadian pada suatu kawat yang dialiri listrik. Apabila kuat arusnya berubah maka medan yang dihasilkan akan mengembang atau mengecil memotong kawat itu sendiri sehingga timbul gaya gerak listrik pada kawat tersebut. Kejadian seperti inilah yang disebut induksi sendiri.

b. Induksi mutual (Mutual induction).

Apabila arus listrik dialirkan pada salah satu kawat maka akan timbul medan magnet pada setiap penampang kawat. Medan magnet tersebut akan mengembang walaupun hanya dalam waktu yang sangat singkat dan memotong kawat penghantar yang kedua. Pada saat inilah timbul gaya gerak listrik pada penghantar yang kedua yang disebut induksi mutual.

Rangkuman Materi Dasar-Dasar Kelistrikan dan Magnet

Dari beberapa posting sebelumnya yaitu mengenai Listrik, Konduktor, Semi Konduktor dan Isolator, Magnet, Jenis-Jenis Magnet, Sifat-Sifat Magnet, Induksi Elektromagnetik, dan Induksi Listrik, maka pada posting kali ini saya akan menyimpulkan dan merangkumnya menjadi beberapa point yaitu:

1.       Atom mempunyai elektron yang mengelilingi inti proton, dimana elektron bergerak pada garis orbitnya. Setiap atom terdiri dari proton, elektron dengan jumlah yang sama.

2.      Pada beberapa peristiwa elektron bisa meninggalkan atom-atom-nya: Benda yang bermuatan senama akan tolak menolak, sedangkan yang bermuatan tidak senama tarik menarik.

3.      Tembaga  mempunyai berjuta-juta elektron. Diperlihatkan hanya beberapa atom diumpamakan dengan satu elektron pada orbit luarnya. Jika elektron ditarik atom yang bermuatan positif, elektron meninggalkan atomnya. Atom ini berubah menjadi bermuatan positif (+) karena kurang elektron, selanjutnya elektron pada atom sebelumnya berpindah pada atomyang bermuatan positip begitulah seterusnya. Hasilnya ialah pergerakan elektron dari ujung-ujung tembaga yang  mempunyai muatan negatif menuju tembaga yang bermuatan positif yang disebut aliran elektron.

4.      Berdasarkan uraian di atas maka listrik itu adalah aliran elektron dari atom ke atom pada sebuah penghantar.