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, dsb (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 41).

Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang atau turunan 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/ peranti elektronik ini meliputi: komputer desktop (PC), komputer laptop, smartphone, monitor LEDD, monitor tabung (CRT), radio, kamera digital, robot, Smart Cad, dll.

Sejarah Elektronika

Sejarah elektronika dimulai dari abad ke-20, dengan melibatkan tiga buah temuan komponen utama, yakni tabung hampa udara (vacuum tube), transistor, dan sirkuit terpadu (integrated circuit). Pada tahun 1883, Thomas Alva Edison berhasil menemukan bahwa elektron bisa berpindah dari sebuah konduktor ke konduktor lainnya melewati ruang hampa.

Tabung Hampa Udara

Penemuan konduksi atau perpindahan ini dikenal dengan nama efek Edison. Pada tahun 1904, John Fleming menerapkan efek Edison ini untuk menemukan dua buah elemen tabung elektron yang dikenal dengan nama dioda, dan Lee De Forest mengikutinya pada tahun 1906 dengan tabung tiga elemen, yang disebut trioda. Tabung hampa udara menjadi device yang dibuat untuk memanipulasi kemungkinan energi listrik sehingga bisa diperkuat dan dikirimkan.

Aplikasi tabung elektron pertama diterapkan dalam bidang komunikasi radio. Guglielmo Marconi merintis pengembangan telegraf tanpa kabel(wireless telegraph) pada tahun 1896 dan komunikasi radio jarak jauh pada tahun 1901.

Selanjutnya Bell Laboratories mengeluarkan televisi ke publik pada tahun 1927. Namun Vladimir Zworykin, seorang insinyur di Radio Corporation of America (RCA), dianggap sebagai “bapak televisi” karena penemuannya, yakni tabung gambar dan tabung kamera iconoscope.

Tabung hampa udara juga selanjutnya sempat digunakan untuk mengembangkan komputer pertama, namun tabung ini tidak praktis karena ukuran komponen elektroniknya yang terlalu besar.

Transistor

Pada tahun 1947, transistor ditemukan oleh tim insinyur dari Bell Laboratories. Fungsi transistor sama seperti tabung hampa udara, tetapi memiliki ukuran yang jauh lebih kecil, lebih ringan, mengonsumsi daya yang lebih kecil, lebih kuat, dan lebih murah untuk diproduksi dengan adanya kombinasi penghubung metalnya dan bahan semikonduktor.

Transistor memungkinkan manusia untuk mengembangkan perangkat-perangkat komputer digital dengan ukuran yang kecil dan lebih murah sehingga sangat memungkinkan untuk dikomersialisasikan ke masyarakat.

Sirkuit Terpadu

Konsep sirkuit terpadu diusulkan pada tahun 1952 oleh Geoffrey W.A. Dummer, seorang ahli elektronika berkebangsaan Inggris dengan Royal Radar Establishment-nya. Sirkuit terpadu adalah suatu produk dalam bentuk jadi atau setengah jadi yang dapat menghasilkan fungsi elektronik.

Konsep sirkuit terpadu memungkinkan produsen untuk dengan cepat mengadaptasi suatu fungsi elektronik dalam berbagai penerapan. Artinya, berbagai perangkat elektronik dapat menggunakan “modul serba bisa” siap pakai ini dalam alat apa saja, tanpa harus susah payah merancangnya dari awal, termasuk berbagai gawai pintar kecil seperti kalkulator saintifik, laptop, dsb.

Pada tahun 1961, sirkuit reintegrasi sudah banyak diproduksi massal oleh sejumlah perusahaan dan desain peralatan elektronik berubah secara cepat dan drastis ke berbagai arah yang berbeda untuk mengadaptasi teknologi yang dibutuhkan industri, perusahaan-perusahaan, dan masyarakat.

Komponen Dasar Elektronika

Komponen elektronika adalah berbagai komponen-komponen aktif seperti transistor, dioda dan IC, serta komponen-komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor yang pada intinya berfungsi untuk mengendalikan aliran elektron atau partikel bermuatan listrik.

Oleh karena itu, Komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika adalah resistor, kapasitor, induktor, transistor, dioda, dan IC. Apa saja fungsi dari masing-masing jenis komponen elektronika dasar tersebut? Berikut adalah penjelasannya.

Resistor

Resistor adalah komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Tegangan listrik tersebut memiliki resistensi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, karena komponen ini memang berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan yang digunakan resistor adalah ohm.

Jenis Resistor

Resistor terbagi menjadi dua jenis, yakni resistor tetap dan resistor variabel (tidak tetap).

Resistor Tetap

resistor tetap adalah resistor yang nilai hambatannya relatif tetap, biasanya terbuat dari karbon, kawat atau paduan logam. Nilai hambatannya ditentukan oleh tebal dan panjangnya lintasan karbon. Panjang lintasan karbon tergantung dari kisarnya alur yang berbentuk spiral.

Resistor Variabel

Resistor variabel atau potensiometer yaitu resistor yang besar hambatannya dapat diubah-ubah. Resistor yang termasuk ke dalam potensiometer antara lain: Resistor KSN (koefisien suhu negatif), resistor LDR (light dependent resistor) dan resistor VDR (voltage dependent resistor).

Menentukan Kode Warna pada Resistor

Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik. Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.

Kode warna dan keterangan nilai harga resistensi serta toleransi resistor ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Kapasitor (Kondensator)

Kondensator atau kini lebih sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 46). Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday.

Sifat dasar kapasitor adalah memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik, tidak dapat dilalui arus DC (Direct Current), dapat dilalui arus AC (Alternating Current) dan juga dapat digunakan sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari frekuensi yang diberikan oleh sumbernya).

Cara kerja kapasitor yang pertama adalah mengalirkan elektron menuju kapasitor. Setelah kapasitor sudah dipenuhi dengan elektron, maka tegangan tersebut akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari kapasitor dan menuju rangkaian elektronika. Dengan begitu, kapasitor akan bisa membangkitkan reaktif suatu rangkaian elektronik.

Jenis dan Simbol Kapasitor

Kapasitor dapat dibagi menjadi beberapa macam atau jenis yang dibedakan berdasarkan simbolnya. Jenis dan simbol-simbol kapasitor tersebut meliputi kapasitor nonpolar, bipolar, dan variabel kondensator.

Kapasitor Nonpolar

Kapasitor Nonpolar tidak memiliki polaritas, sehingga dalam pemasangannya dapat bolak-balik dan umumnya berkapasitas kecil (pico Farad atau nano Farad). Kapasitor nonpolar sering digunakan dalam rangkaian yang berhubungan dengan frekuensi seperti dalam rangkaian penguat audio (amplifier). Simbol kapasitor nonpolar adalah sebagai berikut.

Kapasitor Bipolar

Kapasitor bipolar memiliki dua polaritas, yaitu positif dan negatif sehingga dalam pemasangannya tidak boleh terbalik. Kapasitor ini umumnya berkapasitas cukup besar, yakni dalam satuan micro farad (μF) sampai dengan mili Farad (mF). Kapasitor bipolar biasa digunakan sebagai filter dalam rangkaian penyearah (rectifier). Simbol kapasitor bipolar adalah sebagai berikut.

Kapasitor Variabel (Kondensator)

Kapasitor variabel tidak memiliki polaritas tetapi nilai kapasitansinya dapat diatur secara manual. Kondensator atau kapasitor variabel biasanya berkapasitas antara 100 pF sampai dengan 500 pF (pico Farad) dan sering digunakan dalam rangkaian radio untuk mengatur frekuensi. Istilah lain dari variable kapasitor adalah varco (variable condensator). Simbol dari kapasitor variabel adalah sebagai berikut.

Fungsi Kapasitor

Beberapa fungsi kapasitor adalah sebagai berikut.

1. Sebagai penyaring (fi lter) pada rangkaian regulator DC atau power supply untuk meminimalisir tegangan ripple AC yang masih tersisa.
2. Sebagai pembangkit pulsa (frekuensi) dalam rangkaian oscilator.
3. Sebagai penggeser phasa.
4. Sebagai coupling yakni penghubung antara dua buah rangkaian elektronika seperti pada rangkaian penguat (amplifi er) yang menghubungkan rangkaian Pre Amp dengan Amplifi er.
5. Fungsi kapasitor lainnya dalam rangkaian elektronika adalah sebagai filter dan kopling pada rangkaian power supply, penggeser fasa, pembangkit frekuensi pada rangkaian osilator dan juga dapat digunakan untuk mencegah percikan bunga api yang dapat terjadi pada saklar (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 49).

Menentukan Kode pada Kapasitor

Kapasitor memiliki kode warna, angka, dan huruf yang dapat menentukan berbagai spesifikasinya. Berikut adalah keterangan arti kode warna, angka, dan huruf pada kapasitor.

Induktor (Reaktor)

Reaktor atau Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Transformator/Trafo

Transformator atau trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektro magnetik. Maksudnya, tegangan masukan bolak-balik ini menghasilkan induksi gaya gerak listrik atau getaran elektromagnetik.

Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Jenis-Jenis Transformator/Trafo

Terdapat beberapa jenis transformator atau trafo, yakni step up, step down, autotransformator, autotransformator variable, autotransformator isolasi, autotransformator pulsa, autotransformator 3 fase. Berikut adalah penjelasan masing-masing jenis trafo.

Transformator Step Up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Jenis transformator step up ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. Simbol transformator step-up adalah sebagai berikut.

Transformator Step-Down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Jenis transformator step down ini sangat mudah ditemui pada peralatan elektronik rumah tangga, terutama pada adaptor AC-DC. Simbol transformator step-down adalah sebagai berikut.

Autotransformator

Transformator jenis autotransformator hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa.

Sehingga, keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil. Namun sayangnya autotransformator tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali). Simbol autotransformator adalah sebagai berikut.

Autotransformator variable

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah. Dengan demikian, kita dapat memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.

Autotransformator Isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Akan tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengompensasi (menggantikan) kerugian. Autotransformator isolasi berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

Autotransformator pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang dirancang khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah.

Karena GGL (gaya gerak listrik) induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

Autotransformator 3 fase

Transformator tiga fase (3-phase) sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (∆).

Sifat dan Macam Bahan Penghantar dan Isolator

Bahan penghantar adalah bahan yang dapat menghantarkan aliran elektron atau yang biasa disebut dengan listrik (tegangan). Sementara isolator adalah bahan yang justru dapat menahan atau mengisolasi elektron agar tidak mengalir menjadi listrik. Berikut adalah penjelasan dari penghantar dan isolator.

Bahan Penghantar

Berbagai bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbitnya. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbitorbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik. Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting. Sifat penghantar listrik tersebut adalah:

1. daya hantar listrik,
2. koefisien temperature tambahan,
3. daya hantar panas,
4. daya tegangan tarik,
5. timbulnya daya elektro-motoris termo.

Jenis-jenis Penghantar Listrik dan Sifatnya

Selain memiliki sifat bawaan bahan penghantar, masing-masing jenis bahan penghantar juga memiliki sifatnya masing-masing. Macam penghantar dan sifat-sifatnya adalah sebagai berikut.

Aluminium (AI)

Sifat penting bahan aluminium yaitu:

1. Dapat ditempa dalam keadaan dingin
2. Tidak tahan terhadap garam dapur atau laut
3. Berwarna perak atau silver
4. Titik didihnya adalah 1800^o C
5. Rho (ρ) = 0,0278
6. lpha (α) = 0,0047

Tembaga (Cu)

Beberapa sifat penting logam tembaga yaitu:

1. Dapat disepuh dan berkarat bila terkena CO²
2. Titik didih berada pada 2236^o C – 2340^o C
3. Rho (ρ) = 0,017
4. Alpha (α) = 0,0043

Seng (Zn)

Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan logam seng adalah:

1. Dapat ditempa dalam keadaan dingin
2. Tidak tahan terhadap garam dan asam garam
3. Warna putih kebiru-biruan
4. Titik didih berada pada suhu 907^o C
5. Rho (ρ) = 0,0043
6. Alpha (α) = 0,006

Timah (Sn)

Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan timah adalah:

1. Warna jernih mengkilap
2. Titik didih = 236^o C
3. Warna putih kebiru-biruan
4. Titik didih = 9070 C
5. Rho (ρ) = 0,0043
6. Alpha (α) = 0,12

Logam Mulia dan Bimetal

Selain bahan logam yang telah disebutkan di atas, ada juga bahan logam yang lain yang tergolong sebagai bahan konduktor/penghantar pada jenis logam mulia, seperti:

1. perak,
2. emas dan
3. wolfram (dwilogam)

Bahan logam ini dinamakan logam mulia karena bahan ini memiliki jumlah elektron valensi yang lengkap, sehingga sangat sulit untuk mengadakan reaksi lain.

Bahan padat lain yang dipakai untuk penghantar adalah wolfram yang digunakan untuk filament katoda pada tabung elektron, lampu pijar, dan alat pemanas dengan temperatur yang tinggi. Dwilogam atau yang sering disebut bimetal adalah dua jenis logam yang disambung menjadi satu.

Bahan Isolator

Bahan isolator adalah bahan dielektrik yang tidak bisa menghantarkan listrik. Hal itu disebabkan karena dalam bahan isolator jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangat kuat sehingga sangat sulit atau bahkan tidak bisa bergerak, walaupun telah terkena dorongan dari luar.

Bahan isolator sering digunakan untuk bahan penyekat (dielektrik), terutama penyekat tegangan listrik (agar listrik tidak dapat mengalir). Untuk dapat memenuhi persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai.

Sifat Bahan Isolator

Selain syarat tersebut juga diperlukan syarat yang lain yang dipertimbangkan untuk memenuhi pemakaiannya, yakni berdasarkan sifat bahan isolator yang meliputi:

Sifat kelistrikan

Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik ditujukan untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ke tanah.

Sifat mekanis

Mengingat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. Misalnya diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas.

Sifat termis

Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Begitu juga dengan panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Jika panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang tepat adalah bahan yang tahan panas.

Sifat kimia

Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan kimia bahan. Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitar bahan penyekat. Contohnya, jika kelembaban tidak dapat dihindari, maka harus dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air.

Macam-macam Bahan Isolator

Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat, dan ciri bahan isolator, maka untuk memudahkan dalam memilih untuk aplikasi dalam kelistrikan, maka bahan isolator dibagi menjadi ke beberapa kelompok, yakni sebagai berikut.

1. Isolator dari bahan tambang, meliputi: batu pualam, asbes, mika, dsb.
2. Bahan isolator berserat, meliputi: benang, kain, kertas, kayu, dsb.
3. Gelas dan keramik.
4. Plastik.
5. Karet, bakelit, ebonit, dsb.
6. Bahan yang dipadatkan.

Editor : Husain Dhani

SMK terbaik, SMK Darma Siswa, SMK Mawa, SMK Mawa 1, SMK teknik terbaik,Teknik komputer dan jaringan terbaik, Sekolah menengah kejuruan terbaik,Pendidikan kejuruan, SMK terkenal, Sekolah kejuruan unggulan, SMK prestisius