Teori Dasar Listrik Dan Elektronika: Buku Ajar [PDF]

Citation preview

Buku Ajar



Teori Dasar Listrik dan Elektronika Muhammad Naim, S.T., M.T.



Buku Ajar



Teori Dasar Listrik dan Elektronika



KUTIPAN PASAL 72: Ketentuan Pidana Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2002 tentang HAK CIPTA 1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ayat (1) atau Pasal 49 ayat (1) dan ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima milyar rupiah). 2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud dalam ayat 1, dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).



Muhammad Naim, S.T., M.T.



Buku Ajar



Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Pekalongan - Indonesia



Buku Ajar



Teori Dasar Listrik dan Elektronika Copyright © 2022 Penulis: Muhammad Naim, S.T., M.T. Editor: Moh. Nasrudin (SK BNSP: No. Reg. KOM.1446.01749 2019) Setting Lay-out & Cover: Tim Redaksi



Diterbitkan oleh:



PT. Nasya Expanding Management (Penerbit NEM - Anggota IKAPI) Jl. Raya Wangandowo, Bojong Pekalongan, Jawa Tengah 51156 Telp. (0285) 435833, Mobile: 0853-2521-7257 www.penerbitnem.com / [email protected] Hak Cipta dilindungi oleh Undang-Undang. Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari Penerbit Cetakan ke-1, Mei 2022



ISBN: 978-623-423-258-5



Prakata Seorang teknisi perawatan dan perbaikan mesin membutuhkan pengetahuan tentang dasar listrik dan elektronika sebagai pengetahuan tambahan untuk melakukan proses perbaikan dan pemeliharaan pada mesin-mesin yang membutuhkan energi listrik sebagai sumber energi utamanya. Untuk itu, diperlukan penguasaan kemampuan dalam memahami dasar listrik dan elektronika yang baik. Dalam buku ini dijelaskan tentang konsep listrik dan elektronika dasar, konsep kemagnetan, komponen elektronika, alat ukur dan pengukuran besaran listrik, analisa dan perhitungan listrik, dan dasar instalasi listrik penerangan. Buku ini sangat penting bagi mahasiswa yang nantinya akan menjadi teknisi perawatan dan perbaikan mesin sebagai bekal pengetahuan tambahan. Pada buku ini dijelaskan tentang teori dasar listrik, hukum-hukum dasar listrik, teori kemagnetan, komponen-komponen elektronika, jenis-jenis alat ukur dan pengukuran besaran listrik, perhitungan besaran listrik, dan dasar instalasi kelistrikan. Untuk dapat lebih meningkatkan kompetensi mahasiswa maka setiap beberapa pokok bahasan mahasiswa diberi tugas latihan untuk menerapkan apa yang dipelajari dangan cara mengerjakan tugas yang ada pada bagian akhir buku ini. Akhirnya penulis berharap, semoga buku ajar ini dapat menjadi acuan dalam mempelajari dasar listrik dan elektronika. Segala saran untuk Perbaikan buku sangat diharapkan. v



Daftar Isi PRAKATA __ v DAFTAR ISI __ vi BAB 1 PENDAHULUAN __ 1 A. Pengertian dan Sejarah Penemuan Listrik __ 1 B. Teori Atom __ 5 C. Sejarah Perkembangan Teori Atom __ 6 D. Elemen Listrik __ 15 E. Sumber Arus Listrik __ 22 BAB 2 HUKUM DASAR LISTRIK DAN TEORI KEMAGNETAN __ 35 A. Hukum Dasar Listrik __ 35 B. Teori Kemagnetan __ 50 BAB 3 KOMPONEN ELEKTRONIKA DAN PERALATAN ELEKTRONIKA __ 58 A. Komponen Elektronika __ 58 B. Peralatan Elektronika __ 79 BAB 4 ALAT UKUR DAN PENGUKURAN LISTRIK __ 90 A. Alat Ukur Listrik __ 90 B. Pengukuran Listrik __ 99



vi



BAB 5 ANALISA DAN PERHITUNGAN LISTRIK __ 119 A. Perhitungan Besaran Listrik dari Hukum Ohm __ 119 B. Perhitungan Baterai __ 122 C. Perhitungan Waktu Pemakaian dan Pengisian Sebuah Aki __ 125 D. Analisa Rangkaian Listrik __ 129 E. Daya Listrik dan Energi Listrik __ 136 BAB 6 INSTALASI KELISTRIKAN __ 141 A. Pendahuluan __ 140 B. Simbol-simbol Instalasi Listrik dan Penerangan __ 143 C. Komponen Instalasi Listrik __ 159 D. Gambar Instalasi Listrik Penerangan __ 169 TUGAS-TUGAS __ 175 DAFTAR PUSTAKA __ 177 TENTANG PENULIS



vii



Bab 1 PENDAHULUAN Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan pengertian dan sejarah penemuan listrik 2. Menjelaskan sejarah perkembangan teori Atom. 3. Menjelaskan elemen aktif listrik. 4. Menjelaskan elemen pasif listrik. 5. Menjelaskan sumber arus listrik bolak-balik. 6. Menjelaskan sumber arus listrik searah. A. Pengertian dan Sejarah Penemuan Listrik Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Atau menurut pengertian lainnya, Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik. Listrik memberi kenaikan terhadap empat gaya dasar alami (gaya gravitasi, gaya elektromagnetisme, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat). "Jumlah listrik" juga dikenal dengan istilah "Muatan Listrik" atau "Jumlah Muatan". Ada dua jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan



-1-



2| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam). Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik. Sejarah tentang penemu listrik ada beberapa versi. Versi yang pertama, listrik sudah ditemukan pada zaman mesir kuno. Versi yang kedua, Listrik ditemukan oleh Thales dari Melitus. Dan Versi yang ketiga, Listrik ditemukan oleh Faraday. 1. Versi Pertama (Zaman Mesir Kuno) Teori bahwa listrik dikenal dan digunakan dalam zaman kejayaan Eropa ternyata keliru, orang Mesir lah yang menemukannya tetapi orang eropa hanya mempopulerkan. Kunci untuk seluruh teori ini terletak beberapa ratus kilometer timur Mesir, di Irak. Ada beberapa pot aneh yang ditemukan. Beberapa kedap air berisi silinder tembaga, dilem ke dalam lubang dengan aspal. Di tengah silinder itu ada sebuah batang besi. Para penggali menemukan pot pertama pada tahun 1936 yakin: ini adalah elemen galvanik, baterai yang primitif. Rekonstruksi memang menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menciptakan listrik dengan itu. Fakta kembali ditemukan dalam kuil di Dendera, beberapa puluhan kilometer utara Luxor, beberapa ahli menemukan cahaya. Seorang insinyur listrik Norwegia



Pendahuluan |3



2.



3.



melihat objek ditampilkan pada relief di bagian atas halaman ini bisa bekerja sebagai lampu. Versi Kedua (Thales) Sejarah awal ditemukannya listrik adalah oleh seorang cendikiawan Yunani yang bernama Thales, yang mengemukakan fenomena batu ambar yang bila digosok-gosokkan akan dapat menarik bulu sebagai fenomena listrik. Kemudian setelah bertahun-tahun semenjak ide Thales dikemukakan, baru kemudian muncul lagi pendapat pendapat serta teori -teori baru mengenai listrik seperti yang diteliti dan dikemukakan oleh William Gilbert, Joseph priestley, Charles De Coulomb, AmpereMichael Farraday, Oersted, dll. Versi Ketiga (Faraday) Michael Faraday adalah ilmuwan Inggris yang mendapat julukan “Bapak Listrik”, karena berkat usahanya listrik menjadi teknologi yang banyak gunanya. Faraday lahir 22 September 1791 di Newington, Inggris. Ia mempelajari berbagai bidang ilmu pengetahuan, termasuk elektromagnetisme dan elektrokimia. Dia juga menemukan alat yang nantinya menjadi pembakar Bunsen, yang digunakan hampir di seluruh laboratorium sains sebagai sumber panas yang praktis. Untuk membantu ekonomi keluarga, pada usia 14 tahun Faraday bekerja sebagai penjilid buku sekaligus penjual buku. Di sela-sela pekerjaannya ia manfaatkan untuk membaca berbagai jenis buku, terutama ilmu pengetahuan alam, fisika, dan kimia. Ketika umurnya menginjak 20 tahun, dia mengikuti ceramah-ceramah yang diberikan oleh ilmuwan Inggris kenamaan. Salah satunya adalah Sir Humphry Davy, seorang ahli kimia



4| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika yang juga kepala laboratorium Royal Institution. Selama mengikuti ceramah, Faraday membuat catatan dengan teliti dan menyalinnya kembali dengan rapi apa yang didengarnya. Kemudian, berkas catatan itu ia kirimkan kepada Humphry Davy disertai lamaran kerja. Ternyata sang dosen tertarik dan mengangkat Faraday sebagai asistennya di Laboratorium Universitas terkenal di London. Saat itu dia berusia 21 tahun. Di bawah bimbingan Davy, Faraday menunjukkan kemajuan pesat. Awalnya, ia hanya bekerja sebagai seorang pencuci botol. Tetapi, berkat kegigihannya dalam belajar, hanya dalam waktu relatif singkat, ia dapat membuat penemuan-penemuan baru atas hasil kreasinya sendiri, yaitu menemukan dua senyawa klorokarbon dan berhasil mencairkan gas klorin dan beberapa gas lainnya. Berkat kepandainnya pula, Faraday dapat berhubungan dengan para ahli ternama, seperti Andre Marie Ampere. Di samping itu, ia juga mendapat kesempatan berkeliling Eropa bersama Davy. Pada kesempatan itu, Faraday mulai membangun pengetahuannya yang praktis dan teoritis. Davy memiliki pengaruh besar dalam pemikiran Faraday dan telah mengantarkan Faraday pada penemuan-penemuannya. Penemuan Faraday pertama yang penting di bidang listrik terjadi tahun 1821. Dua tahun sebelumnya Oersted telah menemukan bahwa jarum magnet kompas biasa dapat beringsut jika arus listrik dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan. Dari temuan ini, Faraday berkesimpulan, jika magnet diketatkan, yang bergerak justru kawatnya. Bekerja atas dasar dugaan ini, dia berhasil membuat suatu skema



Pendahuluan |5 yang jelas di mana kawat akan terus-menerus berputar berdekatan dengan magnet sepanjang arus listrik dialirkan ke kawat. Sesungguhnya, dalam hal ini Faraday sudah menemukan motor listrik pertama, suatu skema pertama penggunaan arus listrik untuk membuat sesuatu benda bergerak. Betapa pun primitifnya, penemuan Faraday ini merupakan "nenek moyang" dari semua motor listrik yang digunakan dunia sekarang ini. Sejak penemuannya yang pertama pada tahun 1821, Michael Faraday si ilmuwan autodidak ini namanya mulai terkenal. Hasil penemuannya dianggap sebagai pembuka jalan dalam bidang kelistrikan. B. Teori Atom Atom merupakan satuan terkecil dalam materi baik itu berupa benda cair, padat, dan gas. Atom yang ada menjadi bahan dasar pembentuk materi-materi yang ada sampai kepada bentuk yang dapat kita rasakan. Seperti air, kayu, handphone, dan bentuk-bentuk materi yang kasat mata misalnya gas, angin. Dalam pembagiannya struktur atom terdiri atas 3 inti materi yang memiliki fungsi dan tungasnya tersendiri. Yaitu proton, elektron, dan neutron. Proton dan Neutron berada dalam inti atom. Sedangkan, elektron berputar mengelilingi inti atom berupa proton dan neutron. Perlu diketahui bahwasanya Proton merupakan struktur atom yang bermuatan positif (+). Neutron merupakan struktur atom yang bermuatan netral. Dan elektron merupakan struktur aton yang bermuatan negatif (-). Sehingga, dalam struktur atom yang berada dalam sistem periodik unsur yang kita ketahui dipengaruhi oleh daya tarik menarik antara elektron dan proton dalam inti atom.



6| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 1.1 Atom Istilah atau penyebutan atom awalnya berasal dari Bahasa Yunani, dimana atom merupakan tidak dapat dipecah atau dipotong serta tidak mungkin untuk dibagi lagi. Sehingga, konsep tidak dapat terbagi lagi ini dikemukakan oleh para filsuf dari Yunani dan India. Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasardasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Kemudian, pada akhir abad ke-19 sampai pada abad ke-20. Para ahli fisika mulai menemukan komponen-komponen yang berukuran sangat kecil subatom dalam inti atom. Menunjukkan bahwasanya struktur atom merupakan inti dari materi. C. Sejarah Perkembangan Teori Atom Dalam perkembangan science dan ilmu pengetahuan dalam masanya, terdapat banyak peneliti dan ilmuan. Dimana mereka mengemukakan hasil pemikiran dan penemuan yang diketahui oleh hasil riset dan percobaan yang dibuatnya. Sehingga, dalam penelitian terkait dengan struktur atom dan inti atom banyak dikemukakan oleh para peneliti.



Pendahuluan |7 1.



Teori Atom Dalton Teori atom Dalton adalah teori mengenai atom yang dikemukakan oleh ilmuwan berkebangsaan Inggris, John Dalton Pada tahun 1808. Teori atom Dalton adalah teori paling tua mengenai penjelasan tentang atom. Dalton menjelaskan bahwa atom merupakan suatu zat yang tidak bisa dibagi-bagi lagi. John Dalton mengemukakan teorinya terkait struktur atom, berdasarkan penelitian yang dikemukakannya dalam “A New System of Chemical Philosiphy”. Dimana John Dalton menjelaskan bahwasanya atom merupakan suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi dan merupakan struktur terkecil dari suatu materi. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukannya, John Dalton Mengemukakan Penelitiannya terkait struktur atom sebagai berikut: a. Materi terdiri atas atom yang tidak dapat dibagi lagi. b. Semua atom dari unsur kimia tertentu memiliki massa dan sifat yang sama. c. Unsur kimia yang berbeda akan memiliki jenis atom yang berbeda. d. Selama reaksi kimia, atom- atom hanya dapat bergabung dan dipecah menjadi atom- atom yang terpisah, tetapi atom tidak dapat dihancurkan dan tidak dapat diubah selama reaksi kimia tersebut. e. Suatu senyawa terbentuk dari unsur- unsurnya melalui penggabungan atom tidak sejenis dengan perbandingan yang sederhana. Dari hasil penelitian yang dikemukakan oleh John Dalton, Dalton menggambarkan bahwasanya atom



8| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika merupakan suatu bulatan materi terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Bentuk atom yang digambarkan berdasarkan teori atom Dalton ini berbentuk bola kecil yang menjadi inti atom. Kemudian, setiap atom yang bergabung akan membentuk senyawa dan menjadi materi.



Gambar 1.2 Model Atom Dalton Berdasarkan hasil penelitiannya dan perkembangan masa. Teori yang dikemukakan oleh John dalton memiliki kekurangan dari teori atom yang lainnya. Dengan berbagai kelemahan sebagai berikut: a. Dalton menerangkan bahwa atom tidak dapat dibagi lagi. Namun setelah perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, diketahui bahwa dalam inti atom yang dijelaskan oleh Dalton masih dapat dibagi lagi yang terbentuk dari partikel dasar yang lebih kecil daripada atom, yaitu proton, electron, dan neutron. b. Dalton menyatakan bahwa atom tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan. Namun ketika atom di uji coba dengan reaksi nuklir satu atom akan menghasilkan suatu unsur atom yang lain. c. Pendapat Dalton terkait bahwa setiap atom memiliki kesamaan dalam massa, ukuran, dan bentuk. Namun setelah adanya teori terkait Isotop, Isobar, dan Isoton



Pendahuluan |9 dimana setiap struktur atom mempunyai kesamaan dalam satu sisi, namun berbeda dari sisi yang lainnya. d. Pernyataan Dalton terkait perbandingan suatu senyawa mempunyai bilangan bulat dan sederhana. Namun seiring perkembangan pengetahuan diketahui bahwa terdapat perbandingan bilangan yang tidak bulat, seperti pada senyawa C18H35O2Na. Walaupun masih memiliki kelemahan dari berbagai sisi, John Dalton menjadi Ilmuan pelopor pertama yang menjelaskan terkait struktur atom dan model atom. Yang dengan dasar inilah membuat para ilmuan lain mulai meneliti mengenai struktur atom dan model atom. 2.



Teori Atom Thomson Setelah teori atom Dalton muncul dan mulai berkembang pada tahun 1903. Hal tersebut memicu para ilmuan lain pun mulai meneliti terkait struktur atom dengan berbagai penerapan dan percobaan setiap peneliti. Salah satunya adalah J.J Thomson. Dengan menggunakan hasil penelitian dan penemuan tabung katode oleh William Crookers. Kemudian J.J Thomson pun mulai meneliti terkait sinar katode yang mampu menggerakan balingbaling dalam percobaan tabung katode. Dari hasil percobaan tabung katode tersebut dapat dipastikan bahwa sinar katode merupkan salah satu perikel penyusun dalam atom yang bermuatan negatif. Dengan hasil percobaan dan penelitian terkait struktur atom yang dilakukan oleh Thomson. Maka, Thomson pun menyatakan bahwa “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan



10| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika didalamya tersebar muatan negatif elektron”. Dimana, hasilnya disebut model atom roti kismis.



Gambar 1.3 Model Atom Thomson Berdasarkan hasil penelitian oleh Thomson. Model atom thomson digambarkan sebagai roti kismis atau bola pejal layaknya bola billiar. Dimana, inti bola yang berwarna kuning sebagai muatan positif dan bola kecil berwarna hijau sebagai muatan negatif yang menyebar merata di sekitar muatan positif. Walaupun J.J Thomson mampu menemukan muatan negatif atau elektron yang tersebar disekitar struktur atom. Serta mematahkan bahwa atom masih dapat dipecah menjadi bagian terkecil dengan ditemukannya elektron. Tetapi, J.J Thomson tidak dapat menjelaskan penyebaran muatan positif dan negatif yang berada di inti atom. 3.



Teori Atom Rutherford Tahun 1911 seorang ilmuan yaitu Ernest Rutherford dengan dibantu oleh kedua orang muridnya yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan percobaan untuk mencari struktur atom yang lebih tepat. Rutherford melakukan eksperimen dengan menembakkan sinaralfa ke sebuah lempengan emas



Pendahuluan |11 dengan partikel alfa yang dikenal dengan nama percobaan Geiger-Marsden. Saat melakukan tembakan sinar alfa ke lempengan tersebut, Rutherford menemukan bahwa sinar alfa yang ditembakkan menghasilkan sinar yang dibelokkan, dipantulkan, dan diteruskan. Rutherford menjelaskan dari hasil percobaan yang dilakukannnya sebagai berikut: a. Di dalam struktur atom terdapat ruang hampa yang menghasilkan partikel alfa b. Terdapat suatu muatan dalam inti atom dan memiliki massa atau muatan yang sejenis dengan partikel alfa yaitu muatan positif. c. Pada struktur atom terdapat bagian yang kecil dan padat, dimana Rutherford menyebutnya sebagai inti atom atau Nukleus. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh Rutherford dan kedua muridnya yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden, Rutherford menyatakan bahwa: struktur atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif sebagai pusat massa dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengitari inti atom.



Gambar 1.4 Model Atom Rutherford



12| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Dengan demikian, Rutherford menggambarkan atom seperti bola yang sebagian besarnya merupakan ruang hampa. Dimana, pada tengah atom merupakan inti atom yang terdiri dari atom positif. Kemudian muatan atom yang berada di tengah atom memiliki volume yang sangat kecil yang sebanding dengan muatan atom tersebut. Kelemahan dari teori atom Rutherford ini adalah teori atom Ruthorford hanya mampu menjelaskan terkait adanya electron negatif yang beredar mengelilingi inti atom yang terletak di ruang hampa, dan belum dapat memberikan penjelasan terkait distribusi dari setiap elektron pada atom dengan jelas. 4.



Teori Atom Niels Bohr Seorang pakar fisikawan asal Denmark Ditahun 1913 yang bernama Niels Bohr menyatakan bahwasanya teori atomdari Rutherford dapat untuk disempurnakan kembali menjadi teori atom yang lebih baik. Dimana, Niels Bohr dengan percobaan yang dilakukan menggunakan teori kuantum dari Planck. Dari percobaan yang dilakukannya ketika melihat penampakan sinar yang berada disekitar cahaya berupa bola pejal ataupun nyala api bahkan listrik tegangan tinggi. Dari hal tersebut Bohr pun menyempurnakan penelitian dari teori yang diajukan oleh Rutherford. Para ahli kadang memberikan istilah teori atom Rutherford-Bohr. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukannya. Bohr pun mengemukakan teori yang di milikinya yang menyebutkan bahwa elektron yang bermuatan negatif berputar mengengelilingi inti atom yang bermuatan atom positif pada jalur lintasanya tersendiri. Dan setiap lintasan



Pendahuluan |13 elektron yang memiliki orbitnya tersendiri memiliki kekuatannya elektronnya tersendiri. Dengan elektron terluar merupakan elektron yang paling mudah lepas atau berpindah. Sedangkan, elektron yang paling dekat dengan inti merupakan elektron yang paling sulit untuk berpindah. Ketika elektronakan berpindah dari satu orbit ke orbit lain. Maka, diperlukan suatu energi yang berfungsi untuk memindahkan atau menghandatkan muatan elektron ke lintasan yang lemah atapun menarik ke lintasan yang terdekat dengan inti atom.



Gambar 1.5 Model Atom Niels Bohr Dari penjelasan teori atom Bohr. Niels Bohr pun menggambarkan model atom Bohr dengan bentuk seperti tata surya yang terkadang diistilahkan sebagai model atom tata surya. Dimana, Bohr menjelaskan bahwa model atom Bohr sebagai berikut: a. Elektron yang berada di lintasannya tersendiri mengelilingi inti atom dengan setiap elektron berada pada lintasanya tersendiri. Dalam hal ini Niels Bohr



14| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika memisalkan dengan istilah lintasan K, L, M, … dan lintasan seterusnya. b. Setiap elektron yang berotasi pada lintasanya dan bersifat stasioner. Maka, energi elektron terhadapt inti atom dalam struktur atom akan bersifat tetap. Artinya, tidak akan ada energi yang diserap ataupun diemisikan satu sama lain. c. Setiap muatan elektron dalam setiap lintasan dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lain dengan setiap lintasan akan membutuhkan energi yang berbeda. Dari energi yang dibutuhkan oleh setiap elektron disetiap lintasan kulit tersebut akan membuat elektron mampu berpindah dari satu orbit ke orbit lainnya. Dimana, besarnya energi yang diperlukan untuk berpindah dapat dihitung dengan persamaan Planck. d. Setiap Orbit stasioner muatan elektron yang mengelilingi inti atom momentum sudut. Dimana, besarnya jumlah sudut merupakan kelipatan dari nh/2π. Dimana, setiap n merupakan bilangan kulangan kuantum dan h merupakan tetapan Planck. Setiap kulit atom yang dilambangkan dengan n = 1, n = 2, n = 3. dan seterusnya. Dengan demikian, banyaknya orbit setiap atom dalam tabel periodik memiliki nilai tersendiri dan mempengaruhi banyaknya jumlah elektron pada setiap orbit tersebut.



Pendahuluan |15 D. Elemen Listrik Elemen listrik dapat dikelompokkan dalam dua kelompok yaitu elemen aktif dan elemen pasif. Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi listrik dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus. Sedangkan elemen pasif adalah elemen tidak menghasilkan energi listrik bahkan hanya dapat menyerap energi listrik, dalam hal ini adalah resistor, induktor dan kapasitor. 1. Tegangan Listrik Tegangan Listrik adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan unit muatan listrik dari satu tempat ke tempat lainnya. Tegangan listrik yang dinyatakan dengan satuan Volt ini juga sering disebut dengan beda potensial listrik karena pada dasarnya tegangan listrik adalah ukuran perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik. Suatu benda dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain karena benda tersebut memiliki jumlah muatan positif yang lebih banyak jika dibandingkan dengan jumlah muatan positif pada benda lainnya. Sedangkan yang dimaksud dengan Potensial listrik itu sendiri adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Tegangan listrik dapat juga dianggap sebagai gaya yang mendorong perpindahan elektron melalui konduktor dan semakin tinggi tegangannya semakin besar pula kemampuannya untuk mendorong elektron melalui rangkaian yang diberikan. Muatan listrik dapat kita analogikan sebagai air di dalam sebuah tangki air, sedangkan Tegangan listrik dapat kita analogikan sebagai tekanan air pada sebuah tangki air, semakin



16| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika tinggi tangki air di atas outlet semakin besar tekanan air karena lebih banyak energi yang dilepaskan. Demikian juga dengan tegangan listrik, semakin tinggi tegangan listriknya maka semakin besar energi potensial yang dikarenakan semakin banyak elektron yang dilepaskan. Apabila pada saat dua distribusi muatan listrik yang dipisahkan oleh jarak tertentu, maka akan terjadi kekuatan listrik diantara keduanya. Jika distribusinya memiliki muatan yang sama (kedua-duanya positif atau kedua-duanya negatif) maka saling berlawanan atau saling tolak menolak. Namun apabila dua distribusi muatan berbeda (satu positif dan satunya lagi negatif) maka akan menyebabkan gaya yang saling tarikmenarik. Pada saat kedua distribusi muatan tersebut disambungkan dengan rangkaian atau beban yang unit positifnya sedikit maka unit positif tersebut akan dipengaruhi oleh kedua distribusi muatan tersebut. Sebuah sumber tegangan listrik yang konstan biasanya disebut dengan tegangan DC (tegangan searah) sedangkan sumber tegangan listrik yang bervariasi secara berkala dengan waktu disebut dengan tegangan AC (tegangan bolak balik). Tegangan listrik diukur dengan satuan Volt yang dilambangkan dengan simbol huruf “V”. 1 Volt dapat didefinisikan sebagai tekanan listrik yang dibutuhkan untuk menggerakan 1 Ampere arus listrik melalui konduktor yang beresistansi 1 Ohm. Istilah “VOLT” ini diambil dari nama fisikawan Italia yang menemukan baterai volta (Voltaic Pile) yaitu Alessandro Volta (1745-1827). Baterai dan pencatu daya (power supply) merupakan contoh sumber yang menghasilkan tegangan DC (tegangan searah) yang stabil seperti



Pendahuluan |17 menghasilkan tegangan DC 1,5V, 3V, 5V, 9V, 12V dan 24V. Sementara sumber tegangan AC (tegangan bolak-balik) tersedia untuk keperluan peralatan rumah tangga dan industri. Tegangan AC standar yang digunakan di Indonesia adalah 220V, sedangkan di negara lain ada yang menggunakan 100V, 110V ataupun 240V. Gambar dibawah ini adalah symbol untuk tegangan DC dan symbol tegangan AC.



Gambar 1.6 Simbol Tegangan listrik DC



Gambar 1.7 Simbol Tegangan Listrik AC



18| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 2.



Arus Listrik Arus listrik atau dalam bahasa Inggris sering disebut dengan Electric Current adalah muatan listrik yang mengalir melalui media konduktor dalam tiap satuan waktu. Muatan listrik pada dasarnya dibawa oleh Elektron dan Proton di dalam sebuah atom. Proton memiliki muatan positif, sedangkan Elektron memiliki muatan negatif. Namun, Proton sebagian besar hanya bergerak di dalam inti atom. Jadi, tugas untuk membawa muatan dari satu tempat ke tempat lainnya ini ditangani oleh Elektron. Hal ini dikarenakan elektron dalam bahan konduktor seperti logam sebagian besar bebas bergerak dari satu atom ke atom lainnya. Atom dalam bahan konduktor memiliki banyak elektron bebas yang bergerak dari satu atom ke atom lainnya dengan arah yang acak (random atau tidak teratur) sehingga tidak mengalir ke satu arah tertentu. Namun ketika diberikan Tegangan pada konduktor tersebut, semua elektron bebas akan bergerak ke arah yang sama sehingga menciptakan aliran arus listrik. Arus listrik atau Electric Current biasanya dilambangkan dengan huruf “I” yang artinya “intesity (intensitas)”. Sedangkan satuan Arus Listrik adalah Ampere yang biasa disingkat dengan huruf “A” atau “Amp”. 1 Ampere arus listrik dapat didefinisikan sebagai jumlah elektron atau muatan (Q atau Coulombs) yang melewati titik tertentu dalam 1 detik (I = Q/t).



Pendahuluan |19



Gambar 1.8 Arus Listrik Arus listrik dapat kita analogikan sebagai aliran air pada sebuah tangki air. Makin besar tekanan airnya dan makin kecil hambatan pada pipa (ukuran pipa yang besar) maka jumlah aliran air juga akan banyak. Demikian juga dengan aliran arus listrik, makin tinggi Tegangan yang diberikan dan makin kecil hambatan listrik pada suatu rangkaian, makin besar pula Arus listriknya. Tekanan air dapat mewakili Tegangan listrik (V) sedangkan hambatan yang kecil (ukuran pipa yang besar) dapat mewakili Hambatan Listrik (R). 3.



Resistor Resistor merupakan elemen listrik pasif karena hanya menyerap energi listrik dari sumber listrik dan melepaskannya dalam bentuk panas. Resistor sering juga disebut dengan tahanan atau hambatan dengan simbol R. Dimana resistor mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus, dan pembagi tegangan. Nilai resistor tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri (tergantung dari bahan pembuatnya), panjang dari resistor itu sendiri dan luas penampang dari resistor itu sendiri. Secara matematis, dapat dituliskan:



20| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika R = ρ . l . A (Ohm) ……………………………………… (1) dimana: ρ = hambatan jenis l = panjang dari resistor A = luas penampang Satuan dari resistor : Ohm ( Ω) Jika suatu resistor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung dari resistor tersebut akan menimbulkan beda potensial atau tegangan. 4.



Induktor Induktor adalah komponen atau elemen yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet yang seringkali juga disebut sebagai induktansi lilitan, kumparan atau belitan.induktor mempunyai sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan magnet. Satuan dari induktor adalah Henry (H). Arus yang mengalir pada induktor akan menghasilkan fluksi magnetik (φ) yang membentuk loop yang melingkupi kumparan. Jika ada N lilitan, maka total fluksi adalah: λ=L.I L = λ/I v = dλ/dt = L di/dt …………………………………… ( 2 ) Jika induktor dipasang arus konstan/DC, maka tegangan sama dengan nol. Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short circuit.



Pendahuluan |21 5.



Kapasitor Sering juga disebut dengan kondensator atau kapasitansi. Mempunyai fungsi untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari kapasitor tersebut. Satuan dari kapasitor adalah Farad (F). Secara matematis dapat dituliskan: C = ε . A/d ……………………………………………… (3) dimana: ε = permitivitas bahan A = luas penampang bahan d = jarak dua keping Jika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung kapaistor tersebut akan muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan: ic =C dvc/ dt …………………………………………….. (4) Jika kapasitor dipasang tegangan konstan/DC, maka arus sama dengan nol. Sehingga kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka/ open circuit untuk tegangan DC.



22| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika E. Sumber Arus Listrik Arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian karena adanya beda potensial antara dua titik dalam rangkaian yaitu dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Agar arus terus mengalir dalam rangkaian harus ada alat yang dapat mempertahankan beda potensial yang disebut sumber gaya gerak listrik. Sumber gaya gerak listrik adalah suatu alat yang dapat mengubah energi kimia, gerak atau energi bentuk lain ke bentuk energi listrik yang diperlukan untuk mempertahankan muatan listrik terus mengalir secara kontinyu. Jadi GGL merupakan beda potensial dan GGL dapat menyebabkan arus mengalir, sehingga sumber GGL dapat juga dikatakan sumber beda potensial atau sumber arus listrik. Berdasarkan arus yang dihasilkan, sumber arus listrik dibedakan menjadi:  Sumber arus AC (Alternating Curent) adalah sumber arus listrik yang menghasilkan arus bolak-balik. Misalnya: Generator dan dinamo sepeda.  Sumber arus DC (Direct Curent) adalah sumber arus listrik yang menghasilkan arus searah. Misalnya: elemen. 1.



Generator Generator adalah suatu sistem yang menghasilkan tenaga listrik dengan masukan tenaga mekanik. Jadi disini generator berfungsi untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan, generator dibagi menjadi dua yaitu:  Generator Arus Bolak-Balik (AC) yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan output) berupa tegangan bolak-balik.



Pendahuluan |23 



Generator Arus Searah (DC) yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan output) berupa tegangan searah, karena didalamnya terdapat sistem penyerahan yang dilakukan bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.



a.



Generator Arus Bolak-Balik (AC) Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu: 1) Generator 1 fasa Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.



24| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 2) Generator 3 fasa Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z. Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu: 1) Stator, yakni bagian yang diam yang mengeluarkan tegangan bolak balik. 2) Rotor, yakni bagian yang bergerak yang menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat aluralur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).



Pendahuluan |25



Gambar 1.9 Rangkaian Ekivalen Generator AC Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip generator ini secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan GGL adalah harus ada konduktor (hantaran kawat), harus ada medan magnetik, dan harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu. Besar tegangan yang dibangkitkan oleh sebuah generator bergantung pada:



26| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 1) Kecepatan putaran (N). 2) Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z). 3) Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f). 4) Konstruksi Generator. b. Generator Arus Searah (DC) Generator DC merupakan sebuah perangkat listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC atau arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu: 1) Generator penguat terpisah 2) Generator shunt 3) Generator kompon Konstruksi Generator DC pada umumnya dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, alur-alur, belitan rotor, kipas rotor, bearing dan poros rotor.



Pendahuluan |27



Gambar 1.10 Konstruksi Generator DC



Gambar 1.11 Jangkar Generator DC Prinsip kerja dari sebuah generator DC hampir sama dengan prinsip kerja Generator AC, yang membedakan hanyalah pada Generator DC terdapat komutator yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan AC atau GGL yang dihasilkan pada lilitan jangkar sehingga dihasilkan tegangan DC pada terminal generator DC.



28| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 2.



Elemen Elemen adalah sumber arus listrik searah yang berasal dari reaksi kimia. Ketika digunakan elemen mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Berdasarkan sifat bahan yang digunakan, elemen dibedakan menjadi:  Elemen primer; adalah elemen yang reaksi kimia didalamnya tidak dapat diperbaharui lagi, sehingga jika energi listriknya telah habis tidak dapat dimuati lagi atau diisi lagi (sekali pakai). Contoh: elemen volta, elemen daniel, dan elemen kering (baterai).  Elemen sekunder adalah elemen yang reaksi kimia di dalamnya dapat diperbaharui sehingga jika energi listriknya telah habis dapat diisi ulang (dicharge). Contoh : accumulator dan sel Nicad Berdasarkan bentuk bahan elektrolit yang digunakan, elemen dibedakan atas:  Elemen kering yaitu elemen yang elektrolitnya berupa campuran seperti pasta.  Elemen basah yaitu elemen yang elektrolitnya berupa cairan. Elektrolit itu sendiri adalah zat kimia yang dapat menghantarkan arus listrik. a. Baterai Baterai merupakan elemen kering yang memiliki dua kutub yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif baterai berupa batang karbon yang dibenamkan ke dalam campuran mangan dioksida (MnO2) dan amonium klorida (NH4Cl). Kutub negatif



Pendahuluan |29 baterai adalah lapisan paling luar yang terbuat dari seng (Zn).



Gambar 1.12 Baterai Gambar diatas adalah gambar baterai yang mempunyai kutub positif dan kutub negatif. Campuran mangan dioksida berfungsi sebagai zat pelindung elektrolit. Di antara lapisan paling luar yaitu seng berfungsi sebagai kutub negatif dan campuran mangan dioksida terdapat pasta amonium klorida yang berfungsi sebagai elektrolit. Di antara kutub positif dan kutub negatif ini terdapat beda potensial. Beda potensial inilah yang menyebabkan baterai tersebut dapat mengalirkan arus listrik jika dipasangkan secara benar dalam sebuah rangkaian. Suatu saat, karbon dan elektrolit dari baterai akan habis sehingga baterai tersebut tidak dapat menghasilkan arus listrik. Baterai termasuk sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang. Dengan adanya arus listrik ini, kita akan dipermudah memperoleh sumber energi listrik yang dapat



30| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika dibawa ke mana-mana, sehingga akan lebih mudah dan praktis. Baterai masih banyak digunakan pada jam dinding, radio, lampu senter, dan sebagainya. Penyempurnaan dari sel seng karbon adalah baterai alkalin. Ukuran, bentuk, dan tegangannya mirip dengan sel seng karbon, tetapi jika digunakan dalam suatu peralatan, sel alkalin dapat bertahan enam atau tujuh kali lebih lama dibanding sel seng karbon biasa. Dalam sel alkalin mengandung elektrolit larutan kalium hidroksida. Pelat logamnya terbuat dari nikel dan senyawa kadmium. b. Accumulator (Aki) Accu atau aki adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Accu atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya.



Pendahuluan |31 Didalam bateria mobil terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan negatif dalam bentuk plat. Plat plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan didalamnya dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan didalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam elektrolit.



Gambar 1.13 Konstruksi Accu (Aki) Berdasarkan gambar konstruksi diatas, Accu atau Aki tersusun dari komponen-komponen: 1) Kotak baterai berfungsi sebagai penampung dan pelindung bagi semua komponen baterai yang ada di dalamnya seperti sel, penghubng sel, pemisah sel, plat baterai dan lain-lain. Selain itu juga kotak baterai berfungsi sebagai ruang endapan-endapan baterai pada bagian bawah.



32| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



2)



3)



4)



5)



Bahan kotak baterai ini biasanya transparan untuk mempermudah pemeriksaan jumlah atau tinggi elektrolit baterai. Tutup baterai, sesuai dengan namanya bagian ini berfungsi sebagai tutup bagiana atas baterai, tempat dudukan terminal-terminal baterai, lubang ventilasi. Plat baterai. Terdapat dua buah plat, plat positif dan plat negatif. Kedua plat tersebut mempunyai grid yang terbuat dari antimoni dan paduan timah. Bahan pembuat Plat positif adalah bahan antimoni yang dilapisi dengan lapisan aktif oksida timah (lead dioxide, PbO2) yang berwarna coklat dan plat negatif terbuat dari sponge lead (Pb) yang berwarna abu-abu. Salah satu yang mempengaruhi kemampuan baterai dalam mengalirkan arus adalah jumlah dan ukuran plat. Semakin besar atau banyak platnya maka semakin besar pula arus yang dihasilkan. Separator atau penyekat, separator ini ditempatkan di antara plat positif dan plat negatif. Penyekat atau separator ini berpori-pori supaya memungkinkan larutan elektrolit melewatinya. Bagian ini juga berfungsi untuk mencegah hubungan singkat antar plat. Sel. Satu unit plat positif dan plat negatif yang dibatasi oleh penyekat di antara kedua plat posotif dan negatif disebut dengan sel atau elemen. Sel-sel baterai dihubungkan secara seri satu dengan lainnya, sehingga jumlah sel baterai akan menentukan besarnya tegangan baterai



Pendahuluan |33



6)



7)



8)



9)



10)



yang dihasilkan. Satu buah sel di dalam baterai menghasilkan tegangan kira-kira sebesar 2,1 volt, sehingga untuk baterai yang jumlah selnya 6 menghasilkan total teganya sekitar 12,6 Volt. Penghubung sel (cell connector), merupakan plat logam yang dihubungkan dengan plat-plat baterai. Ada dua buah plat penghubung pada setiap sel yaitu untuk plat positif dan plat negatif. Penghubung sel pada plat positif dan negatif disambungkan secara seri untuk semua sel. Pemisah sel (cell partition). Bagian ini merupakan bagian dari kotak baterai yang memisahkan tiap sel. Terminal baterai. Secara umum ada dua buah terminal pada baterai, yaitu terminal positif dan terminal negatif. Terminal ini terletak pada bagian atas dari aki. Tutup ventilasi. Komponen ini terdapat pada baterai jenis basah yang berfungsi sebagai tutup lubang yang digunakan untuk menambah atau memeriksa air baterai. Pada tutup ini terdapat lubang ventilasi berfungsi untuk membuang gas hidrogen yang dihasilkan saat terjadi proses pengisian. Larutan elektrolit, yaitu cairan pada baterai merupakan campuran antara asam sulfat (H2SO4) dan air (H2O). Secara kimia, campuran tersebut bereaksi dengan bahan aktif pada plat baterai untuk menghasilkan listrik. Baterai yang terisi penuh mempunyai kadar 36% asam sulfat dan 64% air. Larutan elektrolit mempunyai berat



34| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika jenis (specific gravity) 1,270 pada 200C (680F) saat baterai terisi penuh. Berat jenis merupakan perbandingan antara massa cairan pada volume tertentu dengan massa air pada volume yang sama. Makin tinggi berat jenis, makin kental zat cair tersebut. Berat jenis air adalah 1 dan berat jenis asam sulfat adalah 1,835. Dengan campuran 36% asam dan 64% air, maka berat jenis larutan elektrolit pada baterai sekitar 1,270. ↜oOo↝



Bab 2 HUKUM DASAR LISTRIK DAN TEORI KEMAGNETAN Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan beberapa hukum-hukum dasar listrik. 2. Menjelaskan tentang sifat-sifat kemagnetan. 3. Menjelaskan beberapa istilah kemagnetan. 4. Menjelaskan jenis-jenis magnet. 5. Menjelaskan cara membuat magnet. A. Hukum Dasar Listrik Dalam dunia listrik dikenal beberapa hukum-hukum dasar listrik, diantaranya:  Hukum Ohm  Hukum Kirchoff  Hukum Orsted  Hukum Faraday  Hukum gaya Lorentz 1.



Hukum Ohm Nama Ohm pada Hukum Ohm diambil dari nama fisikawan asal Inggris yang bernama Georg Simon Ohm. Georg Simon Ohm melakukan penelitian terhadap resistansi pada tahun 1825-1826. Hasil dari penelitian ini kemudian dipublikasikan pada tahun 1827 melalui buku - 35 -



36| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika yang berjudul “Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet”, dalam bahasa Indonesia dapat diartikan menjadi “Investigasi Matematis terhadap Rangkaian Galvanis”. Georg Ohm dilahirkan dari pasangan Johann Wolfgang Ohm, seorang tukang kunci, dan Maria Elizabeth Beck, seorang penjahit. Walaupun ayahnya hanya berprofesi sebagai tukang kunci, namun dia mampu memberikan anak-anaknya pendidikan yang tinggi melalui ajarannya sendiri. Sebenarnya Georg Ohm terlahir sebagai 7 bersaudara, namun hanya 3 yang bertahan melewati masa kecilnya, yaitu Georg, Martin (matematikawan terkenal), dan Elizabeth Barbara. Pada tahun 1805, Ohm masuk ke Universitas Erlangen namun keluar di semester ketiga dan kemudian pergi mengajar matematika di sekolah Gottstadt bei Nydaud, Swiss. Georg Ohm meninggalkan sekolah tersebut pada Maret 1809 untuk menjadi guru privat di Neuchâtel. Atas nasihat dari Karl Christian von Langsdorf, dia kembali melanjutkan studi di bidang matematika dan pada April 1811, dia kembali ke Universitas Erlangen. Pada 25 Oktober 1811, Ohm memperoleh gelar doktor di bidang matematika dari Erlangen dan bergabung sebagai staf dosen matematika. Menyadari bahwa pekerjaan tersebut tidak memiliki prospek yang baik dan uang yang diterima sedikit, maka dia meninggalkan pekerjaan tersebut dan menerima tawaran pemerintah Bavaria. Tawaran untuk mengajar sebagai guru matematika dan fisika di sebuah sekolah berkualitas rendah di Bamberg diterimanya pada Januari 1813. Dia juga bekerja sebagai penulis buku sekolah dasar tentang geometri, namun Ohm tidak merasa bahagia



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |37 dengan pekerjaannya. Pada Februari 1816, sekolah tersebut ditutup dan pemerintah Bavaria mengirimnya ke sekolah yang penuh sesak di Bamberg untuk mengajar matematika. Pada 11 September 1817, Georg Ohm menerima tawaran mengajar matematika dan fisika di Gimnasium Jesuit, Cologne. Di tempat itu, dia mulai melakukan berbagai eksperimen hingga kepindahannya ke Berlin pada Maret 1828 karena antusiasme terhadap karyanya tidak terlalu baik. Pada tahun 1833, Ohm mendapatkan pekerjaan dan gelar profesor dari salah satu universitas di Nüremberg. Meskipun demikian, universitas tersebut bukanlah yang dicita-citakan olehnya.



Gambar 2.1 Georg Ohm Pada percobaannya, Georg Simon Ohm mendapat inspirasi dari penelitian Fourier tentang “heat conduction”. Pada awalnya Georg Simon Ohm menggunakan elemen volta sebagai sumber tegangan namun kemudian beralih menggunakan Thermocouple karena dianggap lebih stabil. Georg Simon Ohm menggunakan Galvanometer untuk mengukur arus pada sebuah penghantar yang diberi tegangan listrik.



38| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Hasil percobaan diperoleh bahwa besarnya beda potensial yang dihasilkan berbanding lurus dengan suhu pada junction. Selanjutnya Georg Simon Ohm melakukan pengukuran dengan Galvanometer dan mengganti kabel untuk pengujian dengan berbagai panjang dan ukuran diameter serta bahan yang berbeda. Dari percobaan ini diperoleh bahwa besarnya pembacaan Galvanometer berbanding lurus dengan suhu namun berbalik dengan panjang kabel uji. Dari percobaan sederhana ini dapat disimpulkan bahwa besarnya kuat arus, yaitu nilai yang dibaca oleh Galvanometer berbanding lurus dengan beda potensial (ingat bahwa suhu berbanding lurus dengan beda potensial). Kemudian besarnya kuat arus juga berbanding terbalik dengan hambatan, karena panjang kabel berbanding lurus dengan hambatan kabel. Bunyi hukum Ohm yaitu “Kuat arus dalam suatu rangkaian sebanding dengan tegangan pada ujung-ujung rangkaian dan berbanding terbalik dengan hambatan rangkaian”.



Gambar 2.2 Hukum Ohm



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |39 Hukum Ohm sendiri memiliki lambang ”Ω”, ada tiga hal yang berkaitan dengan hukum ohm yaitu hambatan listrik, tegangan listrik dan kuat arus listrik. Hambatan Listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik dengan arus listrik yang melewatinya, Tegangan Listrik adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik dan terakhir Kuat Arus Listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap satu satuan waktu. Secara Matematis Hukum Ohm dapat dirumuskan sebagai berikut: V = I x R Atau I = V / R atau R = V / I ……………… (5) dimana: R = Hambatan Listrik (Ω) V = Tegangan Listrik (V) I = Kuat Arus Listrik (A) 2.



Hukum Kirchoff Pada tahun 1845, seorang fisikawan Jerman, Gustav Roberts Kirchoff mengembangkan hukum yang mengatur konservasi arus dan energi di dalam rangkaian listrik. Kedua aturan ini umumnya dikenal sebagai Hukum Kirchoff Circuit dengan hukum Kirchoff 1 yang berhubungan dengan arus yang mengalir di sekitar rangkaian tertutup, Hukum Arus Kirchoff atau Kirchoff Current Law, (KCL) sementara hukum Kirchoff 2 berkaitan dengan sumber tegangan yang ada dalam rangkaian



40| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika tertutup, Hukum Tegangan Kirchoff atau Kirchoff Voltage Law, (KVL).



Gambar 2.3 Gustav Roberts Kirchoff Gustav Roberts Kirchhoff dilahirkan pada tanggal 12 Maret 1824 di Königsberg, Rusia Timur (sekarang Kaliningrad, Rusia), putra dari Friedrich Kirchhoff, seorang pengacara, dan Johanna Henriette Wittke. Dia lulus dari Universitas Albertus Königsberg (sekarang Kaliningrad) pada 1847 dan menikahi Clara Richelot, putri dari profesor-matematikanya, Friedrich Richelot. Pada tahun yang sama, mereka pindah ke Berlin, tempat dimana ia menerima gelar profesor di Breslau (sekarang Wroclaw). Gustav Roberts Kirchhoff meninggal di Berlin, Negara Jerman pada tanggal 17 Oktober 1887 pada usia lebih dari 63 tahun. a. Hukum Kirchoff 1 Hukum Kirchoff Arus atau KCL, menyatakan bahwa “ arus total atau muatan yang memasuki titik percabangan atau node sama dengan muatan yang meninggalkan titik percabangan atau node .Dengan kata lain, jumlah aljabar dari semua arus yang



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |41 masuk dan keluar dari node harus sama dengan nol, I(keluar) + I(masuk) = 0. Gagasan ini oleh Kirchoff umumnya dikenal sebagai Konservasi Muatan.



Di sini, 3 arus yang memasuki node, I1, I2, I3 semuanya bernilai positif dan 2 arus yang meninggalkan node, I4 dan I5 bernilai negatif. Maka ini berarti kita juga bisa menulis ulang persamaan menjadi : I1 + I2 + I3 - I4 - I5 = 0 Istilah node dalam rangkaian listrik umumnya mengacu pada sambungan atau junction dari dua atau lebih jalur pembawa arus atau elemen seperti kabel dan komponen. b. Hukum Kirchoff 2 Hukum Kirchoff Tegangan atau KVL, menyatakan bahwa “dalam jaringan loop tertutup, tegangan total di sekitar loop sama dengan jumlah semua tegangan turun (jatuh tegangan) dalam loop yang sama” yang sama dengan nol. Dengan kata lain jumlah aljabar semua teganan dalam loop/putaran harus sama dengan nol. Gagasan ini oleh Kirchoff dikenal sebagai Konservasi Energi.



42| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



3.



Hukum Oersted Seorang fisikawan berkebangsaan Denmark, yaitu Hans Christian Oersted (1777 – 1851). Setelah melakukan eksperimen cukup lama, pada tahun 1819 berhasil menemukan bahwa, “Jika sebuah magnet jarum (kompas kecil) didekatkan pada suatu penghantar yang berarus listrik, magnet jarum akan menyimpang”. Hal ini menunjukkan bahwa di sekitar kawat berarus terdapat medan magnet. Hans Christian Oersted lahir pada 14 Agustus 1777 di Rudkobing, Denmark. Sebagai anak muda, Hans Christian Oersted mengembangkan minatnya dalam ilmu sambil bekerja untuk ayahnya, yang dimiliki apotek. Ia dan saudaranya Anders menerima sebagian besar pendidikan awal mereka melalui belajar-sendiri di rumah, pada tahun 1793 mereka pergi ke Kopenhagen untuk mengikuti masuk ujian University of Copenhagen, kedua saudara tersebut unggul secara akademis. Tahun 1796 Hans Christian Oersted diberi kehormatan dalam estetika dan fisika. Dia meraih gelar doktor pada tahun 1799 untuk disertasi berdasarkan karya-karya Kant berjudul “The Architectonics Alam Metafisika”.



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |43



Gambar 2.4 Hans Christian Oersted Untuk mengetahui hubungan antara arus, kuat arus, dan medan magnet yang timbul, dapat dilakukan percobaan berikut ini.



Gambar 2.5 Percobaan Oersted Ambil sebuah kawat penghantar yang panjangnya kira-kira 50 cm, kemudian kita bentangkan di atas magnet jarum kompas. Kita atur sedemikian rupa arah bentangan kawat penghantar sejajar dengan arah magnet jarum pada kompas. Pada saat ujung kawat AB tidak dihubungkan dengan sumber tegangan (baterai), kedudukan magnet jarum sejajar dengan bentangan kawat. Pada saat ujung A dihubungkan dengan kutub positif baterai dan ujung B dengan kutub negatif baterai, ternyata kutub utara magnet menyimpang ke kiri. Sebaliknya jika ujung A dihubungkan dengan kutub



44| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika negatif baterai dan ujung B dengan kutub positif baterai, maka kutub utara magnet menyimpang ke kanan. Penyimpangan kutub magnet utara tersebut menunjukkan adanya medan magnet di sekitar kawat beraliran arus listrik. Penyimpangan kutub utara magnet ini memberi petunjuk tentang arah medan magnet di sekitar kawat berarus. 4.



Hukum Faraday Hukum Faraday adalah Hukum dasar Elektromagnetisme yang menjelaskan bagaimana arus listrik menghasilkan medan magnet dan sebaliknya bagaimana medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada sebuah konduktor. Hukum Faraday inilah yang kemudian menjadi dasar dari prinsip kerja Induktor, Transformator, Solenoid, Generator listrik dan Motor Listrik. Hukum yang sering disebut dengan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday ini pertama kali dikemukakan oleh seorang Fisikawan Inggris yang bernama Michael Faraday pada tahun 1831. Michael Faraday sendiri dilahirkan pada Tanggal 22 September 1791, di desa Newington dekat kota London.



Gambar 2.6 Michael Faraday



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |45



Gambar 2.7 Percobaan Faraday Dalam percobaan Faraday atau sering dikenal dengan istilah Eksperimen Faraday ini, Michael Faraday mengambil sebuah magnet dan sebuah kumparan yang terhubungkan ke galvometer. Pada awalnya, magnet diletakkan agak berjauhan dengan kumparan sehingga tidak ada defleksi dari galvometer. Jarum pada galvometer tetap menunjukan angka 0. Ketika magnet bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum pada galvometer juga bergerak menyimpang ke satu arah tertentu (ke kanan). Pada saat magnet didiamkan pada posisi tersebut, jarum pada galvometer bergerak kembali ke posisi 0. Namun ketika magnet digerakan atau ditarik menjauhi kumparan, terjadi defleksi pada galvometer, jarum pada galvometer bergerak menyimpang berlawanan dengan arah sebelumnya (ke kiri). Pada saat magnet didiamkan lagi, jarum pada galvometer kembali ke posisi 0. Demikian juga apabila yang bergerak adalah Kumparan, tetapi Magnet pada posisi tetap, galvometer akan menunjukan defleksi dengan cara yang sama. Dari



46| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika percobaan Faraday tersebut juga ditemukan bahwa semakin cepat perubahan medan magnet semakin besar pula gaya gerak listrik yang diinduksi oleh kumparan. (Galvometer adalah alat uji yang digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir). Berdasarkan percobaan yang dilakukannya tersebut, Michael Faraday menyimpulkannya dengan dua pernyataan seperti berikut ini yang juga sering disebut dengan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday 1 dan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday 2. a. Hukum Faraday 1 Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) yang diinduksi oleh kumparan tersebut. b. Hukum Faraday 2 Tegangan GGL induksi di dalam rangkaian tertutup adalah sebanding dengan kecepatan perubahan fluks terhadap waktu. Namun ada juga mengabungkan kedua hukum Faraday tersebut menjadi satu pernyataan yaitu: Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) Induksi yang sebanding dengan laju perubahan fluks. Hukum Faraday tersebut dapat dinyatakan dengan rumus dibawah ini: ɛ = -N (ΔΦ/Δt) ………………………...……………… (6) dimana: ɛ = GGL induksi (volt) N = Jumlah lilitan kumparan



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |47 ΔΦ = Perubahan fluks magnetik (weber) ∆t = selang waktu (s) Tanda negatif menandakan arah gaya gerak listrik (ggl) induksi. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi besar kecilnya Gaya Gerak Listrik (GGL), yaitu: a. Jumlah lilitan pada kumparan, semakin banyak lilitan pada kumparan semakin besar tegangan yang diinduksikan. b. Kecepatan gerak medan magnet, semakin cepat garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktornya semakin besar pula tegangan induksinya. c. Jumlah garis gaya medan magnet atau fluks, semakin besar jumlah garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktor, semakin besar juga tegangan induksinya. 5.



Hukum Gaya Lorentz Lorentz merupakan nama dari sebuah gaya dalam fisika modern yang diambil dari nama belakang seorang ahli fisika kelahiran Arnhem Belanda yang bernama Hendrik Anton Lorentz. Hendrik Anton Lorentz dilahirkan pada tanggal 18 juli 1853 di Arnhem, Belanda. H.A. Lorentz merupakan keturunan Jerman dan Belanda. Pada umur 13 tahun Lorentz masuk sekolah menengah setelah melalui sekolah dasar yang selalu mendapat juara pertama. Pada sekolah menengah ia langsung duduk di kelas tiga. Pada umur 17 tahun ia menjadi mahasiswa di Universitas Leiden. Hanya satu tahun ia sudah



48| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika mendapatkan diploma sarjana Selence dengan predikat “Magna cum laude”. Pada tahun 1875 ia memperoleh gelar Doktor dengan tesis yang membicarakan tentang pemantulan dan pembiasan cahaya dalam hal teori elektromagnetik. Ia lulus dengan predikat “Magna cum Laude”. Tesis doctor Lorentz diilhami oleh hasil-hasil penemuan dari Maxwellsebelumnya. Pada tahun 1877 ia diangkat menjadi guru besar fisika pada Universitas Leiden. Tahun 1892 Lorentz mengemukakan teori elektron yang berpengaruh besar terhadap perkembangan fisika, terutama fisika teori. Tahun 1895 ia menerbitkan penelitiannya mengenai perubahan bentuk suatu benda yang diakibatkan oleh geraknya dengan kecepatan V melalui eter. Pada tahun 1902 Lorentz mendapat hadiah nobel dalam bidang fisika untuk penelitiannya bersama P. Zeeman tentang pengaruh magnetisme terhadap fenomena radiasi. Tahun 1904 ia mengemukakan teorinya yang sekarang kita kenal dengan nama “Transformasi Lorentz”. Pada tahun 1925 ia mendapat gelar Doktor Honorius Causa dalam bidang kedokteran. Pada tanggal 10 Februari 1928 Lorentz meninggal di Maarlem.



Gambar 2.8 Hendrik Anton Lorentz



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |49 Hendrik Anton Lorentz meneliti tentang sebuah interaksi penghantar berarus yang diletakkan di dalam sebuah medan magnet. Dan hasilnya ia berhasil menemukan sebuah gaya yang kemudian disebut dengan gaya lorentz. Gaya inilah yang kemudian banyak bermanfaat untuk menggerakkan motor listrik untuk berbagai keperluan. Apabila kawat dialiri arus listrik maka akan menimbulkan medan magnet disekitarnya. Bila penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet, maka pada penghantar akan timbul gaya, dan gaya ini yang disebut dengan gaya lorentz. Jadi gaya lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet. Gaya lorentz pada penghantar bergantung pada 3 faktor yaitu kuat medan magnet, besar arus listrik, dan panjang penghantar. Gaya Lorentz dapat dituliskan secara matematis: F = B . I . L ………………………………………… (7) dimana: F = gaya lorentz (N) B = kuat medan magnet (Tesla) I = kuat arus listrik (A) L = panjang penghantar (m) Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I)



50| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah. perhatikan gambar berikut:



Gambar 2.9 Aturan Tangan kanan B. Teori Kemagnetan Magnet adalah benda yang mampu menarik bendabenda disekitarnya. Setiap Magnet memiliki sifat kemagnetan. Kemagnetan adalah kemampuan benda tersebut untuk menarik benda-benda lain disekitarnya. Kata Magnet diambil dari nama daerah di asia yaitu Magnesia, di tempat inilah bangsa Yunani menemukan sifat magnetik dari bebatuan yang mampu menarik biji besi. Menurut perkiraan ilmuan, Cina merupakan bangsa pertama yang memanfaatkan magnet sebagai penunjuk arah atau kompas. 1. Sifat-sifat Magnet a. Magnet hanya dapat menarik benda-benda tertentu dalam jangkauannya, artinya tidak semua benda dapat ditarik. b. Gaya Magnet dapat menembus benda, semakin kuat gaya magnet maka semakin tebal pula benda yang dapat ditembus oleh gaya tersebut. c. Magnet mempunyai dua kutub, yaitu Kutub Utara dan Kutub Selatan



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |51 d. Apabila Kutub yang sejenis atau senama didekatkan satu sama lain maka mereka akan saling tolak menolak, namun apabila kutub yang berbeda didekatkan satu sama lain maka mereka akan saling Tarik Menarik. e. Medan Magnet akan membentuk Gaya Magnet. Semakin dekat benda dengan Magnet, medan magnetnya semakin rapat, sehingga gaya magnetnya akan semakin besar. Demikian pula sebaliknya. f. Sifat Kemagnetan dapat hilang atau melemah karena bebarapa penyebab, contohnya apabila terus menerus jatuh, terbakar, dan lain-lain.



Gambar 2.10 Medan Magnet dan Kutub Magnet 2.



Istilah-istilah dalam Teori Kemagnetan a. Fluks magnet Fluks magnet adalah banyaknya arus garisgaris gaya magnet yang keluar dari kutub utara magnet, yang dinyatakan dengan satuan Weber (Wb). 1 Weber sama dengan atau setara dengan 100 juta garis-garis gaya magnet b. Medan magnet Medan magnet adalah ruang di sekitar besi magnet di mana terdapat garis-garis gaya magnet,



52| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika dan di dalam medan magnet inilah terdapat pengaruh kemagnetan. Sedangkan di luar medan magnet, besi magnet tidak berpengaruh. c. Gaya magnet Gaya magnet adalah gaya yang ditimbulkan oleh dorangan dan tarikan dari magnet. d. Permeabilitas Kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan garis-garis gaya magnet 3.



Jenis-jenis Magnet a. Magnet alam Magnet alam adalah magnet yang tidak dibuat orang. Magnet itu sudah bersifat magnet sejak semula. Batuan alami yang dapat menarik benda dari besi disebut magnet alam. Magnet alam dikenal orang sejak zaman Yunani Kuno. Pada waktu itu, bahan magnet banyak ditemukan di daerah Magnesia (Gunung Ida). Magnet di Gunung Ida ditemukan oleh seorang penggembala yang heran terhadap tongkat besi yang dibawanya. Tongkat tersebut tertarik oleh tanah dan sulit (berat) sekali diangkat. Dari kejadian tersebut, penggembala menjadi penasaran kemudian menggali tanah yang menyebabkan tongkatnya tertarik ke tanah. Ternyata, di dalam tanah dia mendapatkan lapisan batu besar berwarna hitam. Dari sana ia tahu bahwa yang menarik tongkatnya adalah batu hitam tersebut, yang sekarang dikenal sebagai magnet alam. b. Magnet buatan Magnet buatan adalah Magnet yg dibuat oleh tangan manusia dengan menggunakan bahan



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |53 magnetik yang kuat. Bahan magnetik Kuat yang digunakan seperti Besi dan Baja. Magnet Buatan ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu Magnet buatan permanen dan Magnet buatan sementara. 1) Magnet buatan permanen Magnet Buatan Permanen ialah Magnet yang mempunyai sifat kemagnetan yang Permanen (tetap), meskipun Proses pembuatan Magnetnya sudah dihentikan. 2) Magnet buatan sementara atau remanen Magnet buatan sementara ialah magnet yg mempunyai sifat kemagnetan yang bersifat sementara yaitu yang terjadi selama proses pembuatannya saja, sehingga magnet buatan sementara ini akan kehilangan sifat kemagnetan (Sifat Menarik Benda) ketika medan magnet eksternal dihilangkan. Adapun bentuk-bentuk magnet buatan, yaitu magnet jarum, magnet ladam, magnet batang, magnet lingkaran, dan magnet silinder.



Gambar 2.11 Jenis-jenis Bentuk Magnet Buatan



54| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 4.



Cara Membuat Magnet Magnet dapat dibuat dengan 3 cara, antara lain yaitu: a. Dengan cara menggosokkan dengan magnet tetap



Gambar 2.12 Cara Membuat Magnet dengan Menggosok dengan Magnet Tetap Benda-benda kecil, misalnya jarum atau paku apabila kita dekatkan dengan sebatang besi atau sebatang baja ternyata benda-benda kecil tersebut tidak dapat ditarik oleh batang besi atau baja. Hal ini menunjukkan bahwa besi atau baja tidak bersifat sebagai magnet. Besi atau baja dapat dibuat magnet antara lain dengan cara menggosokkan salah satu ujung magnet tetap di sepanjang batang besi, atau baja ke satu arah secara berulang-ulang. Secara fisika bahwa benda-benda yang bisa dibuat magnet adalah benda atau material yang sudah mempunyai sifat kemagnetan yang terdiri dari domain-domain atau magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Saat terjadi penggosokan dengan arah yang teratur mengakibatkan adanya pengaruh medan magnet dari magnet permanen yang dapat



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |55 digunakan untuk menyearahkan posisi domain. Dengan posisi yang searah tentu mengakibatkan adanya gaya yang ditimbulkan oleh domain tersebut sehingga menjadikan benda bermagnet. b. Dengan cara aliran arus listrik



Gambar 2.13 Cara Membuat Magnet dengan Aliran Arus Listrik Sebuah paku besar yang dililiti oleh sebuah kumparan setelah dihubungkan dengan baterai kemudian dekatkan dengan paku-paku kecil, ternyata paku kecil akan menempel pada paku besar tersebut. Jika arus listrik diputus maka pakupaku kecil yang menempel pada paku besar dalam hitungan detik akan berjatuhan atau lepas. Berarti paku besar sudah hilang kemagnetannya. Jadi, sifat kemagnetan paku besar hanya terjadi selama ada aliran listrik. Dikatakan bahwa paku besi menjadi magnet sementara. Seandainya paku besi diganti dengan logam baja, maka setelah arus listrik diputus, logam tetap bersifat sebagai magnet. Karena



56| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika baja dapat dibuat magnet yang bersifat permanen (tetap). Secara fisika dapat dijelaskan bahwa medan listrik yang ditimbulkan oleh arus listrik akan mempengaruhi posisi domain yang mengakibatkan posisi yang tidak teratur berubah menjadi teratur atau searah. Dengan posisi searah akan mempunyai kekuatan yang bersifat magnet. c.



Dengan cara induksi



Gambar 2.14 Cara Membuat Magnet dengan Induksi Sebuah paku besar didekatkan dengan sebuah magnet yang diletakkan pada statif maka paku akan menempel pada magnet. Paku besar yang telah menempel pada magnet jika didekati paku-paku kecil, ternyata paku-paku kecil menempel pada paku besar. Hal ini disebabkan oleh paku besar yang berada di dalam medan magnet terkena induksi sehingga bersifat sebagai magnet. Cara induksi ini secara konsep sama dengan pembuatan magnet cara digosok atau dililiti kumparan yang dialiri listrik.



Hukum Dasar Listrik dan Teori Kemagnetan |57 Akibat dari pengaruh medan magnet maka paku yang menempel pada magnet permanen memungkinkan posisi domainnya menjadi teratur dan bersifat sebagai benda magnet. ↜oOo↝



Bab 3 KOMPONEN ELEKTRONIKA DAN PERALATAN ELEKTRONIKA Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan komponen elektronika aktif. 2. Menjelaskan komponen elektronika pasif. 3. Menjelaskan Power supply. 4. Menjelaskan Inverter. 5. Menjelaskan UPS. A. Komponen Elektronika Secara umum, komponen elektronika dapat dibagi atas 2 macam berdasarkan fungsi kerjanya yaitu komponen elektronika pasif dan komponen elektronika aktif. Komponen pasif adalah komponen elektronika yang dapat beroperasi tanpa memerlukan arus atau tegangan listrik tambahan saat bekerja. Contoh komponen pasif yaitu resistor, kapasitor, induktor. Sedangkan komponen aktif adalah komponen elektronika yang memerlukan arus atau tegangan internal untuk dapat beroperasi. Komponen aktif ini dapat menguatkan dan menyearahkan arus listrik, komponen aktif juga dapat mengubah bentuk energi menjadi energi lain. Contoh komponen aktif adalah dioda, transistor, dan IC (integrated circuit).



- 58 -



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |59 1.



Resistor Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah Ohm dengan simbol Ω. Fungsi-fungsi Resistor di dalam Rangkaian Elektronika diantaranya adalah sebagai sebagai pembatas arus listrik, sebagai pengatur arus listrik, sebagai pembagi tegangan listrik, dan sebagai penurun tegangan listrik. Pada umumnya Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah Fixed Resistor, Variable Resistor, Thermistor dan LDR. a. Fixed Resistor Fixed Resistor adalah jenis Resistor yang memiliki nilai resistansinya tetap. Nilai Resistansi atau Hambatan Resistor ini biasanya ditandai dengan kode warna ataupun kode Angka. Adapun simbol dan bentuk dari Fixed Resistor ditunjukkan dengan gambar berikut.



Gambar 3.1 Simbol dan Bentuk Fixed Resistor



60| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Berdasarkan gambar diatas yang tergolong dalam Kategori Fixed Resistor berdasarkan Komposisi bahan pembuatnya adalah Carbon Composition Resistor (Resistor Komposisi Karbon), Carbon Film Resistor (Resistor Film Karbon), dan Metal Film Resistor (Resistor Film Logam). b. Variable Resistor Variable Resistor adalah jenis Resistor yang nilai resistansinya dapat berubah dan diatur sesuai dengan keinginan. Pada umumnya Variable Resistor terbagi menjadi Potensiometer, Rheostat dan Trimpot. Adapun symbol dan bentuk dari Variable Resistor ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar 3.2 Simbol dan Bentuk Variable Resistor c.



Thermistor Thermistor adalah Jenis Resistor yang nilai resistansinya dapat dipengaruhi oleh suhu (Temperature). Thermistor merupakan Singkatan dari “Thermal Resistor”. Terdapat dua jenis



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |61 Thermistor yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient). Adapun simbol dan bentuk dari Variable Resistor ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar 3.3 Simbol dan Bentuk dari Thermistor d. Light Dependent Resistor (LDR) Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap. Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan



62| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang. LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya. Adapun simbol dan bentuk dari LDR ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar 3.4 Simbol dan Bentuk dari LDR 2.



Kapasitor Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan Kondensator (Condensator) adalah Komponen Elektronika Pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah Farad. Satuan Kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya yaitu Michael Faraday (1791 ~ 1867) yang berasal dari Inggris. Namun Farad adalah satuan yang sangat besar, oleh karena itu pada umumnya



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |63 Kapasitor yang digunakan dalam peralatan Elektronika adalah satuan Farad yang dikecilkan menjadi pikoFarad, NanoFarad dan MicroFarad. Kapasitor merupakan Komponen Elektronika yang terdiri dari 2 pelat konduktor yang pada umumnya adalah terbuat dari logam dan sebuah Isolator diantaranya sebagai pemisah. Dalam Rangkaian Elektronika, Kapasitor disingkat dengan huruf “C”. Pada Peralatan Elektronika, Kapasitor merupakan salah satu jenis Komponen Elektronika yang paling sering digunakan. Hal ini dikarenakan Kapasitor memiliki banyak fungsi sehingga hampir setiap Rangkaian Elektronika memerlukannya. beberapa fungsi daripada Kapasitor dalam Rangkaian Elektronika yaitu sebagai penyimpan arus atau tegangan listrik, sebagai konduktor yang dapat melewatkan arus AC, sebagai Isolator yang menghambat arus DC, sebagai Filter dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya), sebagai Kopling, sebagai Pembangkit Frekuensi dalam Rangkaian Osilator, sebagai Penggeser Fasa, dan sebagai pemilih gelombang frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator). Berdasarkan bahan Isolator dan nilainya, Kapasitor dapat dibagi menjadi 2 Jenis yaitu Kapasitor Nilai Tetap dan Kapasitor Variabel. a. Kapasitor nilai tetap Kapasitor Nilai Tetap atau Fixed Capacitor adalah Kapasitor yang nilainya konstan atau tidak berubah-ubah. Adapun jenis, gambar dan simbol dari kapasitor nilai tetap ditunjukkan pada gambar berikut.



64| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 3.5 Jenis, Gambar, dan Simbol Kapasitor Nilai Tetap b. Kapasitor variabel Kapasitor Variabel adalah Kapasitor yang nilai Kapasitansinya dapat diatur atau berubah-ubah. Secara fisik, Kapasitor Variabel ini terdiri dari 2 jenis yaitu Varco yang terbuat dari Logam dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Gelombang Frekuensi pada Rangkaian Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator) dan Trimmer yaiut jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga memerlukan alat seperti Obeng untuk dapat



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |65 memutar Poros pengaturnya. Trimmer terdiri dari 2 pelat logam yang dipisahkan oleh selembar Mika dan juga terdapat sebuah Screw yang mengatur jarak kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya menjadi berubah. Trimmer dalam Rangkaian Elektronika berfungsi untuk menepatkan pemilihan gelombang Frekuensi (Fine Tune). Adapun jenis, gambar dan simbol dari kapasitor variabel tetap ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar 3.6 Jenis, Gambar, dan Simbol Kapasitor Variabel 3.



Induktor Induktor atau dikenal juga dengan Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan. Pada dasarnya, Induktor dapat menimbulkan Medan Magnet jika dialiri oleh Arus Listrik. Medan Magnet yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang relatif singkat. Kemampuan Induktor atau Coil dalam menyimpan Energi Magnet disebut dengan Induktansi yang satuan unitnya adalah Henry (H). Satuan



66| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Henry pada umumnya terlalu besar untuk Komponen Induktor yang terdapat di Rangkaian Elektronika. Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Henry digunakan untuk menyatakan kemampuan induktansi sebuah Induktor atau Coil. Satuan-satuan turunan dari Henry tersebut diantaranya adalah milihenry (mH) dan microhenry (µH). Simbol yang digunakan untuk melambangkan Induktor dalam Rangkaian Elektronika adalah huruf “L”. Fungsi-fungsi Induktor atau Coil diantaranya adalah dapat menyimpan arus listrik dalam medan magnet, menapis (Filter) Frekuensi tertentu, menahan arus bolak-balik (AC), meneruskan arus searah (DC) dan pembangkit getaran serta melipatgandakan tegangan. Induktor atau Coil ini pada umumnya diaplikasikan sebagai Filter dalam Rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi, Transformator (Transformer), Motor Listrik, Solenoid, Relay, Speaker dan Microphone. Berdasarkan bentuk dan bahan inti-nya, Induktor dapat dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah Air Core Inductor yang menggunakan Udara sebagai Intinya, Iron Core Inductor yang menggunakan bahan Besi sebagai Intinya, Ferrite Core Inductor yang menggunakan bahan Ferit sebagai Intinya, Torroidal Core Inductor yang Menggunakan Inti yang berbentuk O Ring (bentuk Donat), Laminated Core Induction yang menggunakan Inti yang terdiri dari beberapa lapis lempengan logam yang ditempelkan secara paralel. Masing-masing lempengan logam diberikan Isolator. Dan Variable Inductor yaitu Induktor yang nilai induktansinya dapat diatur sesuai dengan keinginan. Inti dari Variable



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |67 Inductor pada umumnya terbuat dari bahan Ferit yang dapat diputar-putar. Adapun simbol dari jenis-jenis inductor ditunjukkan pada gambar.



Gambar 3.7 Simbol Jenis-jenis Induktor 4.



Dioda Dioda atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Diode adalah komponen elektronika yang dapat menghantarkan arus listrik ke satu arah saja. Jika arah arusnya terbalik, maka Dioda akan menghambat arus listrik tersebut. Karena sifatnya yang dapat menghantarkan arus listrik ke satu arah (forward bias) dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya (reverse bias), dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor ini sering digunakan sebagai penyearah bentuk gelombang (wave rectifier) dalam pencatu daya dan detektor radio. Dioda juga sering digunakan pada rangkaian-rangkaian listrik dan elektronika yang memerlukan hasil “satu arah”. Bahan semikonduktor yang sering digunakan untuk membuat Dioda adalaah bahan Silikon (Si) dan bahan Germanium (Ge). Pada awal penemuannya, perangkat yang menghantarkan



68| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika arus listrik ke satu arah dan menghambat dari arah sebaliknya ini disebut dengan nama Rectifier atau Penyearah. Nama Dioda ini pertama kali diperkenalkan oleh William Henry Eccles pada tahun 1919. Istilah Dioda ini berasal dari kata “Di” yang artinya adalah “dua” dan kata “ode” yang artinya adalah “jalur”. Adapun Jenisjenis Dioda ditunjukkan pada gambar berikut.



Gambar 3.8 Jenis-jenis Dioda a.



Dioda Normal Dioda jenis ini merupakan dioda yang paling sering ditemui dalam rangkaian elektronika, terutama pada rangkaian pencatu daya (power supply) dan rangkaian frekuensi radio (RF). Dioda jenis ini disebut juga Dioda Normal (Normal Diode) karena merupakan dioda standar yang paling umum digunakan ataupun Dioda Penyearah (Rectifier Diode) karena biasanya digunakan sebagai penyearah pada Pencatu Daya. Dioda ini juga dikenal dengan nama PN Junction Diode.



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |69 b. Dioda Bridge Dioda Bridge pada dasarnya adalah Dioda yang terdiri dari 4 dioda normal yang umumnya digunakan sebagai penyearah gelombang penuh dalam rangkaian Pencatu Daya (Power Supply). Dengan menggunakan Dioda Bridge ini, kita tidak perlu lagi merangkai 4 buah dioda normal menjadi rangkaian penyearah tegangan AC ke tegangan DC karena telah dikemas oleh produsen menjadi 1 komponen saja. Dioda Bridge ini memiliki 4 kaki terminal yaitu 2 kaki terminal Input untuk masukan tegangan/arus bolak-balik (AC) dan 2 kaki terminal untuk Output Positif (+) dan Output Negatif (-). c. Dioda Zener Dioda Zener adalah jenis dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian reverse bias (bias balik). Karakteristik Dioda Zener ini adalah dapat melewatkan arus listrik pada kondisi bias terbalik (reverse bias) apabila tegangan mencapai titik tegangan breakdown-nya. Namun pada saat Forward bias (bias maju), Dioda Zener ini dapat menghantarkan arus listrik seperti Dioda normal pada umumnya. Dioda Zener dapat memberikan tegangan referensi yang stabil sehingga banyak digunakan sebagai pengatur tegangan (Voltage Regulator) pada pencatu daya (Power supply). d. Dioda LED (Light Emitting Diode) Dioda LED atau Light Emitting Diode merupakan jenis dioda yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju (Forward bias). LED ada yang berwarna merah,



70| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



e.



f.



jingga, kuning, biru, hijau dan putih tergantung pada panjang gelombang (wavelength) dan jenis senyawa semikonduktor yang digunakannya. Dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat menemukan aplikasi LED di lampu-lampu penerangan rumah maupun jalan raya, lampu indikator peralatan elektronik dan listrik, lampu dekorasi dan iklan serta backlight untuk TV LCD. Dioda Foto Dioda Foto atau Photodiode adalah jenis Dioda yang dapat mengubah energi cahaya menjadi arus listrik. Dioda Foto ini sering digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi cahaya seperti pada sensor cahaya kamera, sensor penghitung kendaraan, scanner barcode dan peralatan medis. Dioda Foto ini dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu Dioda Photovoltaic yang menghasilkan tegangan seperti sel surya dan Dioda Photoconductive yang tidak menghasilkan tegangan dan harus diberikan sumber tegangan lain untuk penggerak beban. Dioda Laser Dioda Laser atau Laser Diode adalah jenis dioda yang dapat menghasilkan radiasi atau cahaya koheren yang dapat dilihat oleh mata dan spektrum inframerah ketika dialiri arus listrik. Dioda Laser ini sering digunakan pada perangkat audio/video seperti Player DVD dan Blueray, Laser pointer, Scanner Barcode, Alat ukur jarak dan Printer laser. LASER pada dasarnya adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |71 g. Dioda Varactor Dioda Varactor atau kadang-kadang disebut juga dengan Dioda Varicap adalah jenis dioda yang memiliki sifat kapasitas yang berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diberikan. Dioda Varactor ini sering digunakan di rangkaian-rangkaian yang berkaitan dengan frekuensi seperti osilator, TV Tuner dan Radio Tuner. Simbol Dioda Varactor atau Dioda Varicap ini dilambangkan dengan sebuah dioda yang ujungnya ditambahkan sebuah kapasitor. h. Dioda Tunnel Dioda Tunnel atau Dioda Terowongan adalah jenis dioda yang mampu beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi dan dapat berfungsi dengan baik pada gelombang mikro (Microwave). Dioda Tunnel ini biasanya digunakan di rangkaian pendeteksi frekuensi dan konverter. Dioda Tunner disebut juga dengan Dioda Esaki. Nama Esaki diambil dari nama penemu Dioda jenis ini. i. Dioda Schottky Dioda Schottky merupakan jenis dioda dengan tegangan maju yang lebih rendah dari dioda normal pada umumnya. Pada arus rendah, tegangan jatuh bisa berkisar diantara 0,15V hingga 0,4V. Tegangan ini lebih rendah dari dioda normal yang terbuat dari silikon yang memerlukan 0,6V. Dioda ini banyak digunakan pada aplikasi rectifier (penyearah), clamping dan juga aplikasi RF.



72| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 5.



Transistor Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai tiga elektroda (triode) yaitu dasar (basis), pengumpul (kolektor) dan pemancar (emitor). Dengan ketiga elektroda (terminal) tersebut, tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor berasal dari perpaduan dua kata, yakni “transfer” yang artinya pemindahan dan “resistor” yang berarti penghambat. Dengan demikian transistor dapat diartikan sebagai suatu pemindahan atau peralihan bahan setengah penghantar menjadi penghantar pada suhu atau keadaan tertentu. Fungsi transistor sangatlah besar dan mempunyai peranan penting untuk memperoleh kinerja yang baik bagi sebuah rangkaian elektronika. Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh dikatakan bahwa hampir semua perangkat elektronik menggunakan Transistor untuk berbagai kebutuhan dalam rangkaiannya. Perangkat-perangkat elektronik yang dimaksud tersebut seperti Televisi, Komputer, Ponsel, Audio Amplifier, Audio Player, Video Player, konsol Game, Power Supply dan lain-lainnya. Transistor pertama kali ditemukan oleh tiga orang fisikawan yang berasal Amerika Serikat pada akhir tahun 1947 adalah Transistor jenis Bipolar. Mereka



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |73 adalah John Bardeen, Walter Brattain, dan William Shockley. Dengan penemuan tersebut, perangkat-perangkat elektronik yang pada saat itu berukuran besar dapat dirancang dalam kemasan yang lebih kecil dan portabel (dapat dibawa kemana-mana). Ketiga fisikawan tersebut mendapatkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1956 atas penemuan Transistor ini. Namun sebelum ketiga fisikawan Amerika Serikat tersebut menemukan Transistor Bipolar, seorang fisikawan Jerman yang bernama Julius Edgar Lilienfeld sudah mempatenkan Transistor jenis Field Effect Transistor di Kanada pada tahun 1925 tetapi Julius Edgar Lilienfeld tidak pernah mempublikasikan hasil penelitiannya baik dalam bentuk tulisan maupun perangkat prototype-nya. Pada tahun 1932, seorang inventor Jerman yang bernama Oskar Heil juga mendaftarkan paten yang hampir sama di Eropa. Seiring dengan perkembangannya, Transistor pada saat ini telah dirancang telah berbagai jenis desain dengan fitur aliran arus dan pengendali yang unik. Ada jenis Transistor yang berada dalam kondisi OFF hingga terminal Basis diberikan arus listrik untuk dapat berubah menjadi ON sedangkan ada jenis lain yang berada dalam kondisi ON hingga harus diberikan arus listrik pada terminal Basis untuk merubahnya menjadi kondisi OFF. Ada juga Transistor yang membutuhkan arus kecil dan tegangan kecil untuk mengaktifkannya namun ada yang hanya memerlukan tegangan untuk mengoperasikannya. Ada lagi Transistor yang memerlukan tegangan positif untuk memicu pengendalinya di terminal Basis sedangkan ada Transistor yang memerlukan tegangan negatif sebagai pemicunya.



74| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Secara umum, Transistor dapat digolongkan menjadi dua keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (Field Effect Transistor). Perbedaan yang paling utama diantara dua pengelompokkan tersebut adalah terletak pada bias Input (atau Output) yang digunakannya. Transistor Bipolar memerlukan arus (current) untuk mengendalikan terminal lainnya sedangkan Field Effect Transistor (FET) hanya menggunakan tegangan saja (tidak memerlukan arus). Pada pengoperasiannya, Transistor Bipolar memerlukan muatan pembawa (carrier) hole dan electron sedangkan FET hanya memerlukan salah satunya.



Gambar 3.9 Jenis-jenis Transistor a.



Transistor Bipolar Transistor Bipolar adalah Transistor yang struktur dan prinsip kerjanya memerlukan perpindahan muatan pembawanya yaitu electron di kutup negatif untuk mengisi kekurangan electon atau hole di kutub positif. Bipolar berasal dari kata “bi” yang artinya adalah “dua” dan kata “polar” yang



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |75 artinya adalah “kutub”. Transistor Bipolar juga sering disebut juga dengan singkatan BJT yang kepanjangannya adalah Bipolar Junction Transistor. Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. Tiga Terminal Transistor ini diantaranya adalah terminal Basis, Kolektor dan Emitor. 1) Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. 2) Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor. b. Transistor Efek Medan Transistor Efek Medan atau Field Effect Transistor yang disingkat menjadi FET ini adalah jenis Transistor yang menggunakan listrik untuk mengendalikan konduktifitasnya. Yang dimaksud dengan Medan listrik disini adalah Tegangan listrik yang diberikan pada terminal Gate (G) untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan pada terminal Drain (D) ke terminal Source (S). Transistor Efek Medan (FET) ini sering juga disebut sebagai Transistor Unipolar karena pengoperasiannya hanya tergantung pada salah satu muatan pembawa saja, apakah muatan pembawa tersebut merupakan



76| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Electron maupun Hole. Transistor jenis FET ini terdiri dari tiga jenis yaitu Junction Field Effect Transistor (JFET), Metal Oxide Semikonductor Field Effect Transistor (MOSFET) dan Uni Junction Transistor (UJT). 1) JFET (Junction Field Effect Transistor) adalah Transistor Efek Medanyang menggunakan persimpangan (junction) p-n bias terbalik sebagai isolator antara Gerbang (Gate) dan Kanalnya. JFET terdiri dari dua jenis yaitu JFET Kanal P (p-channel) dan JFET Kanal N (nchannel). JFET terdiri dari tiga kaki terminal yang masing-masing terminal tersebut diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S). 2) MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah Transistor Efek Medan yang menggunakan Isolator (biasanya menggunakan Silicon Dioksida atau SiO2) diantara Gerbang (Gate) dan Kanalnya. MOSFET ini juga terdiri dua jenis konfigurasi yaitu MOSFET Depletion dan MOSFET Enhancement yang masing-masing jenis MOSFET ini juga terbagi menjadi MOSFET KanalP (P-channel) dan MOSFET Kanal-N (N-channel). MOSFET terdiri dari tiga kaki terminal yaitu Gate (G), Drain (D) dan Source (S). 3) UJT (Uni Junction Transistor) adalah jenis Transistor yang digolongkan sebagai Field Effect Transistor (FET) karena pengoperasiannya juga menggunakan medan listrik atau tegangan sebagai pengendalinya. Berbeda dengan jenis FET lainnya, UJT mememiliki dua terminal Basis



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |77 (B1 dan B2) dan 1 terminal Emitor. UJT digunakan khusus sebagai pengendali (switch) dan tidak dapat dipergunakan sebagai penguat seperti jenis transistor lainnya. 6.



IC (Integrated Circuit) Integrated Circuit atau disingkat dengan IC adalah Komponen Elektronika Aktif yang terdiri dari gabungan ratusan, ribuan bahkan jutaan Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang diintegrasikan menjadi suatu Rangkaian Elektronika dalam sebuah kemasan kecil. Bahan utama yang membentuk sebuah Integrated Circuit (IC) adalah Bahan Semikonduktor. Silicon merupakan bahan semikonduktor yang paling sering digunakan dalam Teknologi Fabrikasi Integrated Circuit (IC). Dalam bahasa Indonesia, Integrated Circuit atau IC ini sering diterjemahkan menjadi Sirkuit Terpadu. Teknologi Integrated Circuit (IC) atau Sirkuit Terpadu ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1958 oleh Jack Kilby yang bekerja untuk Texas Instrument, setengah tahun kemudian Robert Noyce berhasil melakukan fabrikasi IC dengan sistem interkoneksi pada sebuah Chip Silikon. Integrated Circuit (IC) merupakan salah satu perkembangan Teknologi yang paling signifikan pada abad ke 20. Sebelum ditemukannya IC, peralatan Elektronik saat itu umumnya memakai Tabung Vakum sebagai komponen utama yang kemudian digantikan oleh Transistor yang memiliki ukuran yang lebih kecil. Tetapi untuk merangkai sebuah rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks, memerlukan komponen Transistor dalam jumlah yang



78| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika banyak sehingga ukuran perangkat Elektronika yang dihasilkannya pun berukuran besar dan kurang cocok untuk dapat dibawa berpergian (portable). Teknologi IC (Integrated Circuit) memungkinkan seorang perancang Rangkaian Elektronika untuk membuat sebuah peralatan Elektronika yang lebih kecil, lebih ringan dengan harga yang lebih terjangkau. Konsumsi daya listrik sebuah IC juga lebih rendah dibanding dengan Transistor. Oleh karena itu, IC (Integrated Circuit) telah menjadi komponen Utama pada hampir semua peralatan Elektronika yang kita gunakan saat ini. Tanpa adanya Teknologi IC (Integrated Circuit) mungkin saat ini kita tidak dapat menikmati peralatan Elektronika Portable seperti Handphone, Laptop, MP3 Player, Tablet PC, Konsol Game Portable, Kamera Digital dan peralatan Elektronika yang bentuknya kecil dan dapat dibawa bepergian kemana-mana. Berdasarkan Aplikasi dan Fungsinya, IC (Integrated Circuit) dapat dibedakan menjadi IC Linear, IC Digital dan juga gabungan dari keduanya. a. IC Linear atau disebut juga dengan IC Analog adalah IC yang pada umumnya berfungsi sebagai Penguat Daya (Power Amplifier), Penguat Sinyal (Signal Amplifier), Penguat Operasional (Operational Amplifier/Op Amp), Penguat Sinyal Mikro (Microwave Amplifier), Penguat RF dan IF (RF and IF Amplifier), Voltage Comparator, Multiplier, Penerima Frekuensi Radio (Radio Receiver) dan Regulator Tegangan (Voltage Regulator). b. IC Digital pada dasarnya adalah rangkaian switching yang tegangan Input dan Outputnya hanya memiliki 2



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |79 (dua) level yaitu “Tinggi” dan “Rendah” atau dalam kode binary dilambangkan dengan “1” dan “0”. IC Digital pada umumnya berfungsi sebagai Flip-flop, Gerbang Logika (Logic Gates), Timer, Counter, Multiplexer, Calculator, Memory,Clock, Microprocessor (Mikroprosesor), dan Microcontroller.



Gambar 3.10 Jenis-jenis IC B. Peralatan Elektronika 1. Power Supply atau Adaptor Arus Listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dan pabrik pada umumnya adalah dibangkitkan, dikirim dan didistribusikan ke tempat masing-masing dalam bentuk Arus Bolak-balik atau arus AC (Alternating Current). Hal ini dikarenakan pembangkitan dan pendistribusian arus Listrik melalui bentuk arus bolak-balik (AC) merupakan cara yang paling ekonomis dibandingkan dalam bentuk arus searah atau arus DC (Direct Current). Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan sekarang ini sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya. Oleh karena itu, hampir setiap peralatan Elektronika memiliki sebuah



80| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika rangkaian yang berfungsi untuk melakukan konversi arus listrik dari arus AC menjadi arus DC dan juga untuk menyediakan tegangan yang sesuai dengan rangkaian Elektronika-nya. Rangkaian yang menurunkan tegangan AC, mengubah arus listrik AC menjadi DC dan menstabilkan tegangan DC ini disebut dengan DC Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu daya DC. DC Power Supply atau Catu Daya ini juga sering dikenal dengan nama “Adaptor”. Sebuah DC Power Supply atau Adaptor pada dasarnya memiliki 4 bagian utama agar dapat menghasilkan arus DC yang stabil. Keempat bagian utama tersebut diantaranya adalah Transformer, Rectifier, Filter dan Voltage Regulator. Sebelum membahas lebih lanjut mengenai Prinsip Kerja DC Power Supply, perlu untuk mengetahui Blok-blok dasar yang membentuk sebuah DC Power Supply atau Pencatu daya ini. berikut ini adalah gambar Diagram Blok DC Power Supply (Adaptor) pada umumnya.



Gambar 3.11 Diagram Blok Power Supply DC atau Adaptor Bagian-bagian penyusun dari sebuah Power Supply DC seperti yang diperlihatkan pada gambar blok diagram power supply DC atau adaptor, yaitu:



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |81 a.



Transformator Transformator (Transformer) atau disingkat dengan Trafo yang digunakan untuk DC Power supply adalah Transformer jenis Step-down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan komponen Elektronika yang terdapat pada rangkaian adaptor (DC Power Supply). Transformator bekerja berdasarkan prinsip Induksi elektromagnetik yang terdiri dari 2 bagian utama yang berbentuk lilitan yaitu lilitan Primer dan lilitan Sekunder. Lilitan Primer merupakan Input dari pada Transformator sedangkan Output-nya adalah pada lilitan sekunder. Meskipun tegangan telah diturunkan, Output dari Transformator masih berbentuk arus bolak-balik (arus AC) yang harus diproses selanjutnya.



Gambar 3.12 Transformator Step Down b. Rectifier atau penyearah Rectifier atau penyearah gelombang adalah rangkaian Elektronika dalam Power Supply (catu daya) yang berfungsi untuk mengubah gelombang AC menjadi gelombang DC setelah tegangannya diturunkan oleh Transformator Step down. Rangkaian Rectifier biasanya terdiri dari komponen Dioda.



82| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Terdapat 2 jenis rangkaian Rectifier dalam Power Supply yaitu “Half Wave Rectifier” yang hanya terdiri dari 1 komponen Dioda dan “Full Wave Rectifier” yang terdiri dari 2 atau 4 komponen dioda.



Gambar 3.13 Rangkaian Rectifier (Penyearah) c.



Filter atau penyaring Dalam rangkaian Power supply (Adaptor), Filter digunakan untuk meratakan sinyal arus yang keluar dari Rectifier. Filter ini biasanya terdiri dari komponen Kapasitor (Kondensator) yang berjenis Elektrolit atau ELCO (Electrolyte Capacitor).



Gambar 3.14 Rangkaian Filter atau Penyaring



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |83 d. Voltage regulator atau regulator tegangan Untuk menghasilkan Tegangan dan Arus DC (arus searah) yang tetap dan stabil, diperlukan Voltage Regulator yang berfungsi untuk mengatur tegangan sehingga tegangan Output tidak dipengaruhi oleh suhu, arus beban dan juga tegangan input yang berasal Output Filter. Voltage Regulator pada umumnya terdiri dari Dioda Zener, Transistor atau IC (Integrated Circuit). Pada DC Power Supply yang canggih, biasanya Voltage Regulator juga dilengkapi dengan Short Circuit Protection (perlindungan atas hubung singkat), Current Limiting (Pembatas Arus) ataupun Over Voltage Protection (perlindungan atas kelebihan tegangan).



Gambar 3.15 Rangkaian Dasar IC Voltage Regulator Gambar lengkap dari sebuah Power Supply DC atau adaptor ditunjukkan pada gambar berikut.



84| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 3.16 Rangkaian Power Supply DC atau Adaptor 2.



Inverter Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa Baterai, Aki maupun Sel Surya (Solar Cell). Inverter ini akan sangat bermanfaat apabila digunakan di daerah-daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC. Karena dengan adanya Power Inverter, kita dapat menggunakan Aki ataupun Sel Surya untuk menggerakan peralatan-peralatan rumah tangga seperti Televisi, Kipas Angin, Komputer atau bahkan Kulkas dan Mesin Cuci yang pada umumnya memerlukan sumber listrik AC yang bertegangan 220V ataupun 110V. Bentuk-bentuk Gelombang yang dapat dihasilkan oleh Power Inverter diantaranya adalah gelombang persegi (square wave), gelombang sinus (sine wave), gelombang sinus yang dimodifikasi (modified sine wave) dan gelombang modulasi pulsa lebar (pulse width modulated wave) tergantung pada desain rangkaian



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |85 inverter yang bersangkutan. Namun pada saat ini, bentuk-bentuk gelombang yang paling banyak digunakan adalah bentuk gelombang sinus (sine wave) dan gelombang sinus yang dimodifikasi (modified sine wave). Sedangkan Frekuensi arus listrik yang dihasilkan pada umumnya adalah sekitar 50 Hz atau 60 Hz dengan Tegangan Output sekitar 120 V atau 240 V. Output Daya listrik yang paling umum ditemui untuk produk-produk konsumer adalah sekitar 150 watt hingga 3000 watt. Sederhananya, suatu Power Inverter yang dapat mengubah arus listrik DC ke arus listrik AC ini hanya terdiri dari rangkaian Osilator, rangkaian Saklar (Switch) dan sebuah Transformator (trafo) CT seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini.



Gambar 3.17 Rangkaian Inverter Sumber daya yang berupa arus listrik DC dengan tegangan rendah (contoh 12V) diberikan ke Center Tap (CT) Sekunder Transformator sedangkan dua ujung



86| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Transformator lainnya (titik A dan titik B) dihubungkan melalui saklar (switch) dua arah ke ground rangkaian. Jika saklar terhubung pada titik A akan menyebabkan arus listrik jalur 1 mengalir dari terminal positif baterai ke Center Tap Primer Transformator yang kemudian mengalir ke titik A Transformator hingga ke ground melalui saklar. Pada saat saklar dipindahkan dari titik A ke titik B, arus listrik yang mengalir pada jalur 1 akan berhenti dan arus listrik jalur 2 akan mulai mengalir dari terminal positif baterai ke Center Tap Primer Transformator hingga ke ground melalui Saklar titik B. Titik A, B dan Jalur 1, 2 dapat dilihat pada gambar diatas, Peralihan ON dan OFF atau A dan B pada Saklar (Switch) ini dikendalikan oleh sebuah rangkaian Osilator yang berfungsi sebagai pembangkit frekuensi 50Hz yaitu mengalihkan arus listrik dari titik A ke titik B dan titik B ke titik A dengan kecepatan 50 kali per detik. Dengan demikian, arus listrik DC yang mengalir di jalur 1 dan jalur 2 juga bergantian sebanyak 50 kali per detik juga sehingga ekivalen dengan arus listrik AC yang berfrekuensi 50Hz. Sedangkan komponen utama yang digunakan sebagai Switch di rangkaian Switch Inverter tersebut pada umumnya adalah MOSFET ataupun Transistor. Sekunder Transformator akan menghasilkan Output yang berupa tegangan yang lebih tinggi (contohnya 120V atau 240V) tergantung pada jumlah lilitan pada kumparan sekunder Transformator atau rasio lilitan antara Primer dan Sekunder Transformator yang digunakan pada Inverter tersebut.



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |87 3.



UPS atau Uninterrutible Power Supplies Uninterrutible Power Supplies (UPS) yang juga dikenal dengan istilah “uninterruptible power source” adalah perangkat ektronik yang mampu menyediakan cadangan listrik sementara ketika arus listrik utama terputus. UPS mampu memberikan perlindungan hampir seketika saat terjadi pemutusan sumber listrik. Perangkat UPS ini dapat digunakan untuk melindungi segala jenis alat elektronik yang sensitif terhadap ketidakstabilan arus dan tegangan listrik. Namun pada umumnya UPS digunakan untuk melindungi komputer supaya ketika terjadi kehilangan daya secara mendadak, kita masih sempat mematikan komputer kita secara benar untuk menghindari kerusakan baik software maupun hardware. UPS memiliki tiga fungsi utama, yaitu sebagai alat untuk menstabilkan tegangan arus listrik, memberikan cadangan listrik sementara, dan sebagai alat bantu backup data. Untuk mengetahui bagaimana cara kerja UPS pada computer, sebaiknya kita mengetahui lebih dulu apa saja perangkat UPS yang memiliki fungsi penting, diantaranya adalah sebagai berikut: a. Baterai, perangkat baterai yang digunakan pada UPS biasanya merupakan jenis dari lead-acid ataupun jenis nikel-cadmium. Baterai ini memiliki fungsi sebagai cadangan listrik yang umumnya mampu bekerja selama 30 menit. b. Rectifier atau penyearah, perangkat ini berfungsi untuk merubah arus AC menjadi arus DC dari sumber arus utama. Hal ini digunakan pada saat



88| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



c.



proses pengisian baterai sebagai sumber arus cadangan. Inverter, memiliki fungsi sebaliknya dari rectifier, yakni merubah arus DC menjadi arus AC. Hal ini dibutuhkan untuk proses penyaluran arus dari baterai dari UPS ke perangkat computer.



Gambar 3.18 Skema Rangkaian UPS UPS bekerja berdasar pada kepekaan tegangan. (RT) UPS akan mengalami penyimpangan jalur voltase (linevoltage) sebagai contoh, kenaikan tajam, kerendahan, serta gelombang dan juga penyimpangan yang disebabkan pemakaian bersama alat pembangkit sumber tenaga listrik yang murah harganya. Karena gagal, UPS tersebut akan berpindah pada operasi onbattery ataupun baterai hidup sebagai bentuk reaksi penyimpangan guna melindungi bebannya (load). Pada penggunaan UPS pada komputer, terdapat beberapa jenis gangguan yang penting untuk Anda ketahui, diantaranya adalah sebagai berikut:



Komponen Elektronika dan Peralatan Elektronika |89 a.



Noise, merupakan kondisi tegangan yang naik turun pada presentasi sedikit. Misalnya tegangan yang seharusnya 220V sedangkan tegangan yang terjadi antara 200 hingga 240 Volt maka hal tersebut masih masuk dalam kategori noise. b. Blackout, yakni kondisi dimana main power atau sumber arus PLN tidak bekerja sama sekali. c. Brownout, merupakan kondisi dimana terjadi kenaikan arus secara tiba-tiba dari kondisi rendah menjadi tinggi dengan cara yang cukup cepat. Kondisi ini biasanya terjadi apabila ada penggunaan beban berat yang dilakukan secara bersamaan misalnya menyalakan setrika atau mesin cuci. Bisa ditandai dengan kondisi nyala lampu di ruangan yang biasanya sedikit berkedip. Jadi secara umum, cara kerja UPS pada computer adalah, perangkat rectifier yang dihubungkan dengan sumber arus utama akan merubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC), hal ini digunakan untuk pengisian sumber arus baterai yang dimiliki oleh UPS. Baru kemudian setelah tiba-tiba sumber arus mati, arus DC pada baterai akan dirubah oleh perangkat inverter menjadi arus AC yang selanjutkan disalurkan ke computer. Untuk keamanan komputer PC di rumah Anda, sebaiknya memilih perangkat UPS dengan kualitas terbaik dengan harga yang terjangkau. ↜oOo↝



Bab 4 ALAT UKUR DAN PENGUKURAN LISTRIK Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan cara pengukuran Test Pen. 2. Menjelaskan cara pengukuran Clamp meter. 3. Menjelaskan cara pengukuran Multimeter. 4. Menjelaskan cara pengukuran Megger Test. 5. Mendemonstrasikan cara pengukuran besaran listrik, yaitu Arus dan tegangan listrik. A. Alat Ukur Listrik Alat ukur listrik adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi ataupun untuk mengukur besaran-besaran listrik yang mengalir seperti hambatan listrik (R), Kuat Arus listrik (I), Beda Potensial listrik (V), Daya listrik (P), dan lainnya. Selain itu alat ukur dapat pula digunakan untuk mengetahui kondisi dari sebuah komponen, alat ataupun peralatan listrik. Terdapat dua jenis alat ukur yang digunakan yaitu alat ukur analog dan alat ukur digital. Terdapat beberapa jenis alat ukur listrik yang dapat digunakan untuk mendeteksi ataupun untuk mengukur besaran-besaran listrik yang mengalir diantaranya tes pen, tang amper atau Clamp meter, multimeter, wattmeter, dan megger tes atau isolasi tester.



- 90 -



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |91 1.



Tespen Tespen atau Test Pen merupakan salah satu alat yang paling sering digunakan oleh para Teknisi Listrik dalam melakukan pekerjaannya. Bentuknya yang relatif kecil dan mirip seperti sebuah Pena membuatnya sangat mudah untuk dibawa kemana-mana. Ujung Test Pen yang yang berbentuk “Minus” dapat dijadikan sebagai Obeng untuk melonggarkan atau mengetatkan sekrup (screw). Jadi Test Pen pada dasarnya adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengetahui atau mengecek apakah sebuah penghantar listrik memiliki tegangan listrik atau tidak. Penghantar listrik yang dimaksud disini dapat berupa kabel listrik, Kawat listrik maupun Stop Kontak listrik. Berbeda dengan Multimeter, Test Pen tidak dapat digunakan untuk mengukur seberapa tingginya suatu Tegangan Listrik di sumber penghantar listrik tersebut, Test Pen hanya dapat digunakan untuk mengetahui ada atau tidaknya aliran listrik di suatu penghantar listrik dengan sebuah Indikator lampu. Jika terdapat listrik di Stop Kontak atau Kabel listrik, maka lampu Indikator akan menyala, jika tidak ada aliran listrik maka lampu Indikator tidak akan menyala.



Gambar 4.1 Tespen dan Bagian-bagiannya



92| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 2.



Tang Ampere atau Clamp Meter Tang Ampere atau dalam bahasa Inggrisnya disebut dengan Clamp Meter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur arus listrik pada sebuah kabel konduktor yang dialiri arus listrik dengan menggunakan dua rahang penjepitnya (Clamp) tanpa harus memiliki kontak langsung dengan terminal listriknya. Dengan demikian, kita tidak perlu mengganggu rangkaian listrik yang akan diukur, cukup dengan ditempatkan pada sekeliling kabel listrik yang akan diukur.Pada umumnya, Tang Ampere (Clamp Meter) yang terdapat di pasaran memiliki fungsi sebagai Multimeter juga. Jadi selain terdapat dua rahang penjepit, Clamp Meter juga memiliki dua probe yang dapat digunakan untuk mengukur Resistansi, Tegangan AC, Tegangan DC dan bahkan ada model tertentu yang dapat mengukur Frekuensi, Arus Listrik DC, Kapasitansi dan Suhu. Tang Ampere (Clamp Meter) menggunakan prinsip induksi Magnetik untuk menghasilkan pengukuran nonkontak terhadap arus listrik AC. Arus Listrik yang mengalir di kabel konduktor akan menghasilkan Medan Magnet. Seperti yang diketahui bahwa, arus AC adalah arus dengan polaritas yang bolak-balik, hal ini akan menyebabkan fluktuasi dinamis dalam medan magnet yang sebanding dengan aliran arus listriknya. Sebuah Transformator yang terdapat di dalam Clamp Meter/Tang Ampere akan merasakan fluktuasi magnet tersebut dan kemudian mengkonversikannya menjadi nilai Ampere (arus listrik) sehingga kita dapat membacanya di layar Clamp Meter. Cara Pengukuran dengan teknologi ini sangat mempermudahkan kita



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |93 dalam mengukur arus listrik AC terutama pada arus listrik AC yang tinggi.



Gambar 4.2 Bagian-bagian Tang Ampere atau Clamp Meter 3.



Multimeter Multimeter adalah alat yang berfungsi untuk mengukur Voltage (Tegangan), Ampere (Arus Listrik), dan Ohm (Hambatan/resistansi) dalam satu unit. Multimeter sering disebut juga dengan istilah Multitester atau AVOMeter (singkatan dari Ampere Volt Ohm Meter). Terdapat 2 jenis Multimeter dalam menampilkan hasil pengukurannya yaitu Analog Multimeter (AMM) dan Digital Multimeter (DMM). Multimeter Analog dicirikan dengan jarum penunjuk. Parameter yang akan diukur dan jangkah ukur dipilih melalui saklar. Bentuk saklar pemilih mode pengukuran berbentuk lingkaran dengan garis penunjuknya. Dalam melakukan pengukuran skala ukur yang dibaca adalah sesuai dengan basaran dan jangkah yang akan ditunjuk



94| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika oleh saklar pemilih. Berbeda dengan Multimeter Analog, Multimeter Digital memiliki tampilan yang lebih sederhana, agar lebih mudah digunakan jika dibandingkan dengan Multimeter Analog. Multimeter Digital juga disebut DMM (Digital Multi Meter), atau bahkan DVOM (Digital Volt Ohm Meter). Multimeter Digital tidak menggunakan jarum penunjuk sebagai penunjuk nilai, namun menggunakan LCD (Liquid Crystal Display) sebagai penunjuk hasil pengukurannya. Sehubungan dengan tuntutan akan keakurasian nilai pengukuran dan kemudahan pemakaiannya serta didukung dengan harga yang semakin terjangkau, Digital Multimeter (DMM) menjadi lebih populer dan lebih banyak dipergunakan oleh para Teknisi Elektronika ataupun penghobi Elektronika. Dengan perkembangan teknologi, kini sebuah Multimeter atau Multitester tidak hanya dapat mengukur Ampere, Voltage dan Ohm atau disingkat dengan AVO, tetapi dapat juga mengukur Kapasitansi, Frekuensi dan Induksi dalam satu unit (terutama pada Multimeter Digital). Beberapa kemampuan pengukuran Multimeter yang banyak terdapat di pasaran antara lain: a. Voltage (Tegangan) AC dan DC satuan pengukuran Volt. b. Current (Arus Listrik) satuan pengukuran Ampere. c. Resistance (Hambatan) satuan pengukuran Ohm. d. Capacitance (Kapasitansi) satuan pengukuran Farad. e. Frequency (Frekuensi) satuan pengukuran Hertz. f. Inductance (Induktansi) satuan pengukuran Henry. g. Pengukuran atau Pengujian Dioda. h. Pengukuran atau Pengujian Transistor.



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |95 Multimeter atau multitester pada umumnya terdiri dari 3 bagian penting, yaitu Display, Saklar Selektor, dan Probe. Gambar dibawah ini adalah bentuk Multimeter Analog dan Multimeter Digital beserta bagian-bagian pentingnya.



Gambar 4.3 Multimeter dan Bagian-bagiannya 4.



Megger Test atau MegaOhmmeter Tahanan isolasi adalah tahanan yang terdapat diantara dua kawat saluran (kabel) yang diisolasi satu sama lain atau tahanan antara satu kawat saluran dengan tanah (ground). Pengukuran tahanan isolasi digunakan untuk memeriksa status isolasi rangkaian dan perlengkapan listrik, sebagai dasar pengendalian keselamatan. Alat ukur yang digunakan untuk mengukur atau menguji tahanan isolasi suatu kabel adalah Megger test (MegaOhmmeter). Secara prinsip megger test terdiri dari dua kumparan V dan C yang ditempatkan secara menyilang seperti terlihat pada gambar di bawah ini.



96| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 4.4 Diagram Rangkaian Megger test Kumparan V merupakan besarnya arus yang mengalir adalah E/Rp dan kumparan C merupakan besarnya arus yang mengalir adalah E/Rx. Rx adalah tahanan yang akan diukur. Jarum dapat bergerak disebabkan oleh perbandingan dari kedua arus, yaitu sebanding dengan Rp/Rx atau berbanding terbalik terhadap tahanan yang akan diukur. Variasi tegangan tidak akan berpengaruh banyak terhadap harga pembacaan, karena hasilnya tidak ditentukan dari sumber tegangan arus searah. Sumber tegangan arus searah adalah sumber tegangan tinggi, yang dihasilkan dari pembangkit yang diputar dengan tangan. Umumnya tegangannya adalah 100 V, 250 V, 500 V, 1000 V atau 2000 V. Sedangkan daerah pengukuran yang efektif adalah 0,02 sampai 20 MegaOhm dan 5 sampai 5.000 MegaOhm. Tetapi pada sekarang pengujian tahanan isolasi menggunakan sumber tegangan tinggi dari tegangan tetap sebesar 100 V sampai 1.000 V yang didapat dari baterai sebesar 8 V sampai 12 V dan disebut Megger dengan baterai. Alat ini membangkitkan



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |97 tegangan tinggi lebih stabil dibanding dengan yang menggunakan generatar diputar dengan tangan. Pengukuran tahanan isolasi untuk perlengkapan listrik dapat menggunakan megger, yang mana pengoperasiannya pada waktu perlengkapan rangkaian listrik tidak bekerja atau tidak dialiri arus listrik. Secara umum bahan isolasi yang digunakan sebagai pelindung dalam saluran listrik atau sebagai pengisolir bagian satu dengan bagian lainnya harus memenuhi syarat-syarat yang telah ditentukan. Harga tahanan isolasi antara dua saluran kawat pada peralatan listrik ditetapkan paling sedikit adalah 1000 x harga tegangan kerjanya. Misal tegangan yang digunakan adalah 220 V, maka besarnya tahanan isolasi minimal sebesar: 1000 x 220 = 220.000 Ohm atau 220 KOhm. Ini berarti arus yang diizinkan di dalam tahanan isolasi 1 mA/V. Apabila hasil pengukuran nilai lebih rendah dari syarat minimum yang sudah ditentukan, maka saluran/kawat tersebut kurang baik dan tidak dibenarkan kalau digunakan. Waktu melakukan pengukuran tahanan isolasi gunakan tegangan arus searah (DC) sebesar 100 V atau lebih, hal ini dimaksudkan untuk dapat mengalirkan arus yang cukup besar dalam tahanan isolasi. Di samping untuk menentukan besarnya tahanan isolasi, nilai tegangan ukur yang tinggi juga untuk menentukan kekuatan bahan isolasi dari saluran yang akan digunakan. Walaupun bahan-bahan isolasi yang digunakan cukup baik dan mempunyai tahanan isolasi yang tinggi, tetapi masih ada tempat-tempat yang lemah lapisan isolasinya, maka perlu dilakukan pengukuran. Megger test (Megaohmmeter) dipergunakan untuk mengukur tahanan isolasi dari alat-alat listrik maupun instalasi-instalasi antara



98| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika lain untuk kabel instalasi pada rumah atau bangunan, kabel tegangan rendah, kabel tegangan tinggi, Transformator, OCB dan peralatan listrik lainnya. Output dari alat ukur ini umumnya adalah tegangan tinggi arus searah, yang diputar oleh tangan. Besar tegangan tersebut pada umumnya adalah: 500, 1.000, 2.000 atau 5.000 volt dan batas pengukuran dapat bervariasi antara 0,02 sampai 20 meter ohm dan 5 sampai 5.000 meter ohm dan lain-lain sesuai dengan sumber tegangan dari megger tersebut. Dengan demikian, maka sumber tegangan megger yang dipilih tidak hanya tergantung dari batas pengukur, akan tetapi juga terhadap tegangan kerja (system tegangan) dari peralatan ataupun instansi yang akan diuji isolasinya. Dewasa ini telah banyak pula megger yang mengeluarkan tegangan tinggi, yang didapatkannya dari baterai sebesar 8 – 12 volt (megger dengan sistem elektronis). Megger dengan baterai, umumnya membangkitkan tegangan tinggi yang jauh lebih stabil dibanding megger dengan generator yang diputar dengan tangan.



Gambar 4.5 Megger Test Digital dengan Baterai



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |99 B. Pengukuran Listrik Pengukuran atau pendeteksian besaran listrik dilakukan dengan menggunakan alat ukur listrik ataupun alat pendeksi untuk mengetahui besar atau nilai dari besaran listrik yang akan diukur. Selain itu, pengukuran dengan menggunakan alat ukur listrik dapat dilakukan untuk mengetahui kondisi suatu alat atau komponen listrik dan elektronika, apakah masih dalam kondisi baik atau sedah dalam kondisi rusak. 1. Pendeteksian Potensial Listrik dengan Test Pen Cara Penggunaan Test Pen sangat sederhana hanya dengan beberapa langkah, kita dapat mengetahui apakah sebuah Stop Kontak listrik atau Kabel Listrik yang bersangkutan dialiri listrik atau tidak. Tujuan pengetesan ini tentunya adalah untuk menghindari sengatan listrik yang berbahaya bagi kesehatan dan bahkan terjadinya kematian apabila anggota badan kita tersentuh pada suatu penghantar yang bertegangan listrik yang sangat tinggi. Langkah-langkah penggunaan test pen sebagai berikut: a. Ambil Test Pen dan pegang Test Pen tersebut dengan ujung-ujung jari tangan. b. Letakan ujung jari telunjuk pada bagian atas Test Pen (ujung jari telunjuk harus tersentuh pada bagian besi di atas Test Pen tersebut). c. Tempelkan bagian ujung Test Pen (bagian bawah yang biasa berbentuk Minus Obeng) ke sumber listrik yang akan diuji. d. Perhatikan Lampu Indikatornya. Jika Lampu Indikator Menyala maka Kabel listrik atau penghantar listrik tersebut sedang dialiri arus listrik (terdapat Tegangan). Jika Lampu Indikator tidak



100| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Hidup (OFF) maka kabel listrik atau penghantar listrik tersebut tidak dialiri arus listrik (tidak terdapat tegangan di penghantar tersebut).



Gambar 4.6 Cara Penggunaan Test Pen 2.



Pengukuran Arus Listrik dengan Tang Ampere atau Clamp meter Cara menggunakan Tang Ampere atau Clamp Meter yaitu dengan menjepitkan rahang penjepitnya ke kabel listrik yang diinginkan. Berikut ini adalah langkahlangkah selengkapnya untuk Mengukur Arus Listrik AC atau Ampere AC dengan menggunakan Clamp Meter (Tang Ampere). a. Putar atau setting Saklar Clamp Meter ke posisi Ampere Meter (biasanya tertulis huruf A dengan gelombang sinus diatasnya). b. Tekan Trigger untuk membuka rahang Penjepit Clamp Meter atau Tang Ampere. c. Jepitkan Rahang penjepit ke kabel Konduktor yang dialiri arus listrik AC (Kabel Listrik berada di



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |101 tengah-tengah rahang penjepit) kemudian lepaskan Trigger Clamp Meter. Baca Nilai Ampere yang tertera di layar Clamp Meter (Tang Ampere). Perbedaan antara Clamp meter dan multimeter dalam mengukur besar Arus listrik yang mengalir ke dalam rangkaian adalah untuk Clamp meter rangkaian tidak harus diputuskan terlebih dahulu namun cukup dengan menjepit ke kabel. Sedangkan untuk multimeter rangkaian harus diputus terlebih dahulu.



Gambar 4.7 Cara Pengukuran Arus Listrik dengan Menggunakan Multimeter dan Clamp Meter 3.



Pengukuran Isolasi dengan menggunakan Megger Test Salah satu pengujian isolasi adalah pengujian tahanan isolasi pada instalasi listrik. Jika kawat atau kabel listrik terdiri dari dua kawat saluran misal kawat fasa (P) dan kawat netral (N), maka tahanan isolasinya adalah antara kawat fasa (P) dengan kawat netral (N), antara kawat fasa (P) dengan tanah (G), dan antara kawat netral (N) dengan tanah (G).



102| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Pada saat melakukan pengukuran tahanan isolasi antara fasa (P) dan netral (N), hal pokok yang perlu diperhatikan adalah memutus atau membuka semua alat pemakai arus yang terpasang secara paralel pada saluran tersebut, seperti lampu-lampu, motormotor, voltmeter, dan sebagainya. Sebaliknya semua alat pemutus seperti kontak, penyambung-penyambung, dan sebagainya yang tersambung secara seri harus ditutup.



Gambar 4.8 Pengujian Tahanan Isolasi antara Fasa (P) dengan Netral (N) Di samping digunakan untuk mengetahui keadaan tahanan isolasi, juga untuk mengetahui kebenaran sambungan yang ada pada instalasi. Jika terjadi sambungan yang salah atau hubung singkat dapat segera diketahui dan diperbaiki.



Gambar 4.9 Pengujian Tahanan Isolasi antara Fasa (P) dengan Tanah (G)



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |103



Gambar 4.10 Pengujian Tahanan Isolasi antara Netral (N) dengan Tanah (G)



Gambar 4.11 Pengujian Tahanan Isolasi antara Instalasi dengan Tanah (G) Sedangkan untuk pengujian tahanan isolasi antara jaringan instalasi dengan tanah/ground (G), hal pokok yang perlu diperhatikan adalah memasang semua alat pemakai arus yang terpasang secara paralel pada saluran tersebut, seperti lampu-lampu, motormotor, voltmeter, dan sebagainya. Semua alat pemutus seperti: kontak, penyambung-penyambung, dan sebagainya yang tersambung secara seri harus ditutup. Sebelum menggunakan alat pengujian tahanan isolasi perlu dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: a. Check batere apakah dalam kondisi baik. b. Mekanikal zero check pada kondisi megger off, jarum penunjuk harustepat berimpit dengan garis skala. Bila tidak tepat, atur pointer zero (10) pada alat ukur.



104| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika c. Lakukan elektrikal zero check: d. Pasang kabel test pada megger terminal, serta hubung singkatkan ujung yang lain. e. Letakkan saklar pemilih di posisi 500. f. Letakkan saklar pemilih skala pada posisi skala 1. g. On-kan megger, jarum akan bergerak dan harus menunjuk tepat keangka nol, bila tidak tepat atur pointer. Bila dengan pengaturan pointer tidak berhasil (penunjukan tidak mencapai nol) periksa/ganti batere. h. Off-kan megger dan ulangi poin pengecekan elektrikal zero. i. Pasang kabel test ke peralatan yang diukur. j. 10.Pilih tegangan ukur melalui saklar sesuai tegangan kerja alat yang diukur. k. On-kan megger, baca tampilan pada skalanya. Bila skala 1 hasil ukur menunjuk, pindahkan ke pemilih skala 2, bila hasilnya sama pindahkan ke skala 3, dan tunggu sampai waktu pengukuran yang ditentukan ( 0,5 – 1 menit) atau jarum penunjuk tidak bergerak lagi. Catat hasil ukur dan kalikan dengan factor kali alat ukur, bandingkan hasil ukur dengan standard tahanan isolasi. Harga terendah 1 MΩ / kV. Hal yang harus juga diperhatikan adalah setelah mengukur tahanan isolasi baik pada motor, generator maupun jaringan maka kita harus grounding kembali kabel yang di ukur karena kabel tersebut masih memiliki tegangan listrik akibat tegangan megger tadi yang jika pegang akan setrum. Untuk cara grounding, cukup hubungkan kabel yang diukur kemudian hubungkan dengan body.



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |105 4.



Pengukuran Besaran Listrik dengan Menggunakan Multimeter Multimeter sebagai alat ukur besaran listrik, umumnya digunakan untuk mengukur tegangan Listrik, arus listrik, Hambatan dan juga untuk mengecek kondisi sebuah komponen atau peralatan listrik. a. Cara mengukur tegangan DC (DC Voltage) 1) Atur Posisi Saklar Selektor ke DCV. 2) Pilihlah skala sesuai dengan perkiraan tegangan yang akan diukur. Jika ingin mengukur 6 Volt, putar saklar selector ke 12 Volt (khusus Analog Multimeter). (Jika tidak mengetahui tingginya tegangan yang diukur, maka disarankan untuk memilih skala tegangan yang lebih tinggi untuk menghindari terjadi kerusakan pada multimeter). 3) Hubungkan probe ke terminal tegangan yang akan diukur. Probe Merah pada terminal Positif (+) dan Probe Hitam ke terminal Negatif (-). Hati-hati agar jangan sampai terbalik. 4) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter.



Gambar 4.12 Cara Pengukuran Tegangan DC



106| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika b. Cara mengukur tegangan AC 1) Pilih skala sesuai dengan perkiraan tegangan yang akan diukur. Jika ingin mengukur 220 Volt, putar saklar selector ke 300 Volt (khusus Analog Multimeter). Jika tidak mengetahui tingginya tegangan yang diukur, maka disarankan untuk memilih skala tegangan yang tertinggi untuk menghindari terjadi kerusakan pada multimeter. 2) Hubungkan probe ke terminal tegangan yang akan diukur. Untuk Tegangan AC, tidak ada polaritas Negatif (-) dan Positif (+). 3) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter.



Gambar 4.13 Cara Pengukuran Tegangan AC c.



Cara mengukur arus listrik 1) Atur Posisi Saklar Selektor ke DCA. 2) Pilih skala sesuai dengan perkiraan arus yang akan diukur. Jika Arus yang akan diukur adalah 100mA maka putarlah saklar selector ke 300mA (0.3A). Jika Arus yang diukur melebihi skala yang dipilih,



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |107 maka sekering (fuse) dalam Multimeter akan putus. Kita harus menggantinya sebelum kita dapat memakainya lagi. 3) Putuskan Jalur catu daya (power supply) yang terhubung ke beban. 4) Kemudian hubungkan probe Multimeter ke terminal Jalur yang kita putuskan tersebut. Probe Merah ke Output Tegangan Positif (+) dan Probe Hitam ke Input Tegangan (+) Beban ataupun Rangkaian yang akan kita ukur. Untuk lebih jelas, silakan lihat gambar berikut ini. 5) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter.



Gambar 4.14 Cara Pengukuran Arus Listrik d. Cara mengukur tahanan 1) Cara pengukuran tahanan dengan menggunakan multimeter digital a) Atur Posisi Saklar Selektor ke Ohm (Ω). b) Pilih skala sesuai dengan perkiraan Ohm yang akan diukur. Biasanya diawali ke tanda “X” yang artinya adalah “Kali”. (khusus Multimeter Analog).



108| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika c) Hubungkan probe ke komponen Resistor, tidak ada polaritas, jadi boleh terbalik. d) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter. (Khusus untuk Analog Multimeter, diperlukan pengalian dengan setting di langkah ke-2).



Gambar 4.15 Cara Pengukuran Tahanan 2) Cara pengukuran tahanan dengan menggunakan multimeter analog Bagaimana cara melakukan pengukuran tahanan resistor (satuan ohm yang disimbolkan Ω) dengan menggunakan multimeter analog. Bagian yang paling penting dalam pembacaan tahanan menggunakan multimeter adalah Pengaturan pengali pada knop multimeter, Kalibrasi, dan Pembacaan skala. Adapun langkah pengukuran adalah sebagai berikut: a) Siapkan multimeter. b) Tancapkan probe merah pada terminal + dan probe hitam pada terminal – (com). Pada



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |109 saat pemasangan probe pastikan dan biasakan warna probe sesuai dengan terminalnya, meskipun sebenarnaya tidak akan mempengaruhi pengukuran atau membahayakan alat ukur itu sendiri. c) Baca besar resistor berdasarkan gelang warnanya. Hal ini dilakukan untuk menentukan pemilihan pengali pada knop multimeter. d) Pilih pengali dengan mengarahkan knop multimeter pada pengali tahanan. Pemilihan pengali disesuaikan dengan besar tahanan yang akan diukur. e) Lakukan kalibrasi alat ukur. Perlu diingat bahwasannya kalibrasi dilakukan setiap kali kita mengganti besar pengalinya. Adapun langkah kalibrasi akan saya jelaskan pada bagian bawah artikel ini bagian contoh pengukuran. f) Lakukan pembacaan skala. Perlu diingat bahwa dalam pembacaan skala pada multimeter cari garis skala yang memiliki penunjuk angka nol di sebelah kanan. Biasanya garis skala pengukuran tahanan berwarna hijau dan ditandai dengan simbol Ω. e.



Cara mengukur induktor Berikut ini langkah-langkah komponen Induktor, yaitu:



pengujian



110| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 1) Dasar Tiga langkah dasar bila ingin mengukur dengan posisi Ohm pada multimeter: a) Putar dan letakan Jangka Pemilih (selektor) pada posisi Ohm. b) Pilih salah satu batas ukur (range) yaitu x1, x10, 100, x1k, x10k atau x100k. c) Nol secara tepat skala ukur sebelah kanan dengan pengatur nol sebelah kanan (adjust zero) hanya untuk multimeter Analog. 2) Pengujian komponen inductor Dengan alat ukur Ohm meter kita dapat menguji induktor, apakah induktor ini: a) Bagus dimana nilai perlawanan kecil atau besar. b) Putus dimana nilai perlawanan tak terhingga. Dengan alat-ukur ohm atau multimeter kita akan mengukur nilai perlawanan induktor. 1) Sesama gulungan a) Apa bila jarum bergerak maka induktor bagus. b) Apa bila jarum tidak bergerak maka induktor putus. 2) Antar gulungan a) Apa bila jarum tidak bergerak maka induktor bagus. b) Apa bila jarum bergerak maka induktor putus. c) Bila jarum tidak bergerak jauh berarti induktor kemungkinan induktor bocor



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |111 f.



Cara mengukur Kapasitor Berikut ini adalah Cara menguji Kapasitor Elektrolit (ELCO) dengan Multimeter Analog: 1) Atur posisi skala Selektor ke Ohm (Ω) dengan skala x1K. 2) Hubungkan Probe Merah (Positif) ke kaki Kapasitor Positif. 3) Hubungkan Probe Hitam (Negatif) ke kaki Kapasitor Negatif. 4) Periksa Jarum yang ada pada Display Multimeter Analog. a) Kapasitor yang baik: Jarum bergerak naik dan kemudian kembali lagi. b) Kapasitor yang rusak: Jarum bergerak naik tetapi tidak kembali lagi. c) Kapasitor yang rusak: Jarum tidak naik sama sekali.



Gambar 4.16 Cara Mengukur Kapasitor dengan Multimeter Analog



112| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Cara mengukur Kapasitor dengan Multimeter Digital yang memiliki fungsi Kapasitansi Meter cukup mudah, berikut ini caranya:  Atur posisi skala Selektor ke tanda atau Simbol Kapasitor.  Hubungkan Probe ke terminal kapasitor.  Baca Nilai Kapasitansi Kapasitor tersebut.



Gambar 4.17 Cara Mengukur Kapasitor dengan Multimeter Digital yang Memiliki Fungsi Kapasitansi Meter g. Cara mengukur Dioda Untuk mengetahui apakah sebuah Dioda dapat bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya, maka diperlukan pengukuran terhadap Dioda tersebut dengan menggunakan Multimeter (AVO Meter). Adapun langkah-langkah mengukur Dioda dengan multimeter Analog sebagai berikut: 1) Aturkan Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω) x1k atau x100.



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |113 2) Hubungkan Probe Merah pada Terminal Katoda (tanda gelang). 3) Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Anoda. 4) Baca hasil Pengukuran di Display Multimeter. 5) Jarum pada Display Multimeter harus bergerak ke kanan. 6) Balikan Probe Merah ke Terminal Anoda dan Probe Hitam pada Terminal Katoda (tanda gelang). 7) Baca hasil Pengukuran di Display Multimeter. 8) Jarum harus tidak bergerak. Jika Jarum bergerak, maka Dioda tersebut berkemungkinan sudah rusak.



Gambar 4.18 Cara Mengukur Diode dengan Multimeter Analog Adapun langkah-langkah mengukur Dioda dengan multimeter Digital menggunakan fungsi Ohm sebagai berikut: 1) Aturkan Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω). 2) Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Katoda (tanda gelang). 3) Hubungkan Probe Merah pada Terminal Anoda. 4) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter.



114| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 5) Display harus menunjukan nilai tertentu (Misalnya 0.64MOhm). 6) Balikan Probe Hitam ke Terminal Anoda dan Probe Merah ke Katoda. 7) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter. 8) Nilai Resistansinya adalah Infinity (tak terhingga) atau Open Circuit. Jika terdapat Nilai tertentu, maka Dioda tersebut berkemungkinan sudah Rusak.



Gambar 4.19 Cara Mengukur Diode dengan Multimeter Digital Memakai Fungsi Ohm Adapun langkah-langkah mengukur Dioda dengan multimeter Digital menggunakan fungsi Dioda sebagai berikut: 1) Aturkan Posisi Saklar pada Posisi Dioda. 2) Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Katoda (tanda gelang). 3) Hubungkan Probe Merah pada Terminal Anoda. 4) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter. 5) Display harus menunjukan nilai tertentu (Misalnya 0.42 V). 6) Balikan Probe Hitam ke Terminal Anoda dan Probe Merah ke Katoda.



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |115 7) Baca hasil pengukuran di Display Multimeter. 8) Tidak terdapat nilai tegangan pada Display Multimeter. **Jika terdapat Nilai tertentu, maka Dioda tersebut berkemungkinan sudah Rusak.



Gambar 4.20 Cara Mengukur Diode dengan Multimeter Digital Memakai Fungsi Dioda h. Cara mengukur Transistor Kita dapat menggunakan Multimeter Analog maupun Multimeter Digital untuk mengukur ataupun menguji apakah sebuah Transistor masih dalam kondisi yang baik. Perlu diingatkan bahwa terdapat perbedaan tata letak Polaritas (Merah dan Hitam) Probe Multimeter Analog dan Multimeter Digital dalam mengukur/menguji sebuah Transistor. Berikut ini adalah Cara untuk menguji atau mengukur Transistor dengan Mengunakan Multimeter Analog dan Multimeter Digital. 1) Cara mengukur transistor PNP dengan multimeter analog a) Atur Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω) x1k atau x10k. b) Hubungkan Probe Merah pada Terminal Basis (B) dan Probe Hitam pada Terminal



116| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Emitor (E), Jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. c) Pindahkan Probe Hitam pada Terminal Kolektor (C), jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. 2) Cara mengukur transistor NPN dengan multimeter analog a) Atur Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω) x1k atau x10k. b) Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Basis (B) dan Probe Merah pada Terminal Emitor (E), Jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. c) Pindahkan Probe Merah pada Terminal Kolektor (C), jika jarum bergerak ke kanan menunjukan nilai tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik.



Gambar 4.21 Cara Mengukur Transistor dengan Multimeter Analog Menggunakan Fungsi Ohm



Alat Ukur dan Pengukuran Listrik |117 3) Cara mengukur Transistor PNP dengan multimeter digital a) Atur Posisi Saklar pada Posisi Dioda. b) Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Basis (B) dan Probe Merah pada Terminal Emitor (E), Jika Display Multimeter menunjukan nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. c) Pindahkan Probe Merah pada Terminal Kolektor (C), jika Display Multimeter nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. 4) Cara mengukur Transistor NPN dengan multimeter digital a) Atur Posisi Saklar pada Posisi Dioda. b) Hubungkan Probe Merah pada Terminal Basis (B) dan Probe Hitam pada Terminal Emitor (E), Jika Display Multimeter menunjukan nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik. c) Pindahkan Probe Hitam pada Terminal Kolektor (C), jika Display Multimeter menunjukan nilai Voltage tertentu, berarti Transistor tersebut dalam kondisi baik.



118| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 4.22 Cara Mengukur Transistor dengan Multimeter Digital Menggunakan Fungsi Ohm ↜oOo↝



Bab 5 ANALISA DAN PERHITUNGAN LISTRIK Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan rangkaian seri dan paralel dari sumber listrik DC. 2. Melakukan perhitungan besaran listrik yaitu Arus, tegangan dan tahanan. 3. Melakukan perhitungan waktu pemakaian dan pengisian Aki. 4. Melakukan analisa dan perhitungan rangkaian listrik. 5. Melakukan perhitungan daya dan energy listrik. A. Perhitungan Besaran Listrik dari Hukum Ohm Resistansi dari sebuah Tahanan dapat dihitung dengan menggunakan rumus dari hukum Ohm. Bunyi hukum Ohm adalah “Kuat arus dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada ujung-ujung rangkaian dan berbanding terbalik dengan hambatan rangkaian”. Hukum Ohm digunakan secara luas dalam rangkaian elektronika dan merupakan hukum dasar pada rangkaian listrik. Dengan menggunakan hukum Ohm, kita tidak hanya dapat menghitung, tapi juga dapat memperkecil arus listrik, memperkecil tegangan pada rangkaian dan juga untuk memperoleh nilai resistansi atau hambatan yang diperlukan. Simbol yang digunakan pada hukum Ohm adalah V untuk



- 119 -



120| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika tegangan listrik yang diukur dalam satuan volt, R untuk resistansi atau hambatan yang diukur dalam satuan ohm (Ω), dan I untuk arus listrik yang diukur dalam satuan ampere. Sesuai dengan bunyi hukum Ohm, secara matematis untuk menghitung besar voltase listrik menggunakan rumus: V=IxR Untuk menghitung kuat arus listrik, menggunakan rumus: I=V/R Untuk nilai resistansi menggunakan rumus:



dari



sebuah



hambatan,



R=V/I Contoh Soal: 1. Pada suatu rangkaian listrik sederhanan terdapat penyuplai daya dengan tegangan 10 Volt dan beban dengan hambatan 10 Ohm. Berapakah besarnya kuat arus pada rangkaian tersebut? Pembahasan: Dengan menggunakan hukum Ohm, kita dapat langsung mencari nilai kuat arus pada rangkaian sederhana dengan memakai rumus: I = V/R = 10 / 10 = 1 A



Analisa dan Perhitungan Listrik |121 Jadi, kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sebesar 1 Ampere. 2.



Diketahui nilai tegangan pada suatu rangkaian sebesar 24 Volt dan nilai arus yang terbaca pada amperemeter sebesar 10 mA. Berapakah nilai resistansinya? Pembahasan: Pertama, semua nilai harus disesuaikan dulu dengan satuan sesuai standar. Diketahui besar arus: I = 10 mA = 0.01 A. Dengan menggunakan rumus hukum Ohm, dapat langsung dicari besar resistansi dengan memakai rumus: R = V / I = 24 / 0,01 = 2400 Ohm Jadi, resistansi pada rangkaian tersebut sebesar 2400 Ohm atau 2,4 kilo Ohm



3.



Rancanglah sebuah rangkaian listrik tertutup yang terdiri dari sumber daya berupa baterai dan beban berupa lampu pijar. Kabel pada rangkaian tersebut mampu menghantarkan arus listrik sebesar 2 ampere dan baterai yang dipakai menghasilkan tegangan sebesar 36 Volt. Akan tetapi, lampu pijar pada rangkaian tersebut hanya dapat menyala jika dialiri listrik sebesar 24 volt sehingga kamu harus memasang resistor untuk menurunkan tegangan dari baterai. Berapa besar resistansi yang diperlukan pada resistor yang dipakai?



122| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Pembahasan: Dari soal diketahui bahwa diperlukan penurunan tegangan sebesar: V = 36 – 24 = 12 Volt Dengan menggunakan rumus hukum Ohm, dapat dicari nilai resistansi: R = V/I = 12 / 2 = 6 Ohm Jadi, pada rangkaian tersebut harus dipasang resistor sebesar 6 Ohm agar lampu pijar dapat menyala. B. Perhitungan Baterai Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Kapasitas sebuah Baterai biasanya diukur dengan satuan mAH. mAH adalah singkatan dari mili Ampere Hour atau miliamper per Jam. Makin tinggi mAH-nya makin tinggi pula kapasitasnya. Pada dasarnya mAH (miliampere Hours) dalam Baterai menyatakan kemampuan Baterai dalam menyediakan energinya selama satu jam. Contoh sebuah peralatan Elektronik yang digunakan memerlukan 100 mA setiap jamnya. Jika kita memakai Baterai yang memiliki kapasitas 1000 mAH maka Baterai



Analisa dan Perhitungan Listrik |123 tersebut mampu menyediakan energi untuk peralatan Elektronik tersebut selama 10 Jam. Jika kita menghubungkan 4 buah Baterai 1000 mAH secara paralel yang dapat menghasilkan 4000 mAH. maka gabungan paralel 4 buah Baterai ini akan mampu menyediakan energi kepada peralatan Elektronik tersebut selama 40 jam. Hampir semua peralatan Elektronika portable menggunakan Baterai sebagai sumber dayanya. Untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan, biasanya kita merangkai Baterai dalam bentuk Rangkaian Seri. Contoh Rangkaian Seri Baterai yang paling sering ditemukan adalah penggunaan Baterai dalam Lampu Senter dan Remote Control Televisi. Biasanya kita akan menemui instruksi dari peralatan tersebut untuk memasukan 2 buah baterai atau lebih dengan arah Baterai yang ditentukan agar dapat menghidupkan peralatan yang bersangkutan. Pada dasarnya, Baterai dapat dirangkai secara Seri maupun Paralel. Tetapi hasil output dari kedua Rangkaian tersebut akan berbeda. Rangkaian Seri Baterai akan meningkatkan Tegangan (Voltage) output Baterai sedangkan Current/Arus Listriknya (Ampere) akan tetap sama. Hal ini Berbeda dengan Rangkaian Paralel Baterai yang akan meningkatkan Current/Arus Listrik (Ampere) tetapi Tegangan (Voltage) Outputnya akan tetap sama.



Gambar 5.1 Rangkaian Seri Baterai



124| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Dari Gambar Rangkaian Seri Baterai diatas, 4 buah baterai masing-masing menghasilkan Current atau kapasitas arus listrik (Ampere) yang sama seperti Arus Listrik pada 1 buah baterai, tetapi Tegangannya yang dihasilkan menjadi 4 kali lipat dari Tegangan 1 buah baterai. Yang dimaksud dengan Tegangan dalam Elektronika adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam Rangkaian Listrik yang dinyatakan dengan satuan Volt. Seperti yang digambarkan pada Rangkaian Seri Baterai diatas, 4 buah Baterai yang masing-masing bertegangan 1,5 Volt dan 1.000 miliampere per jam (mAH) akan menghasilkan Tegangan 6 Volt tetapi kapasitas arus Listriknya (Current) akan tetap yaitu 1.000 miliampere per jam (mAH). Vtot = Vbat1 +Vbat2 + Vbat3 + Vbat4 Vtot = 1,5V + 1,5V + 1,5V + 1,5V Vtot = 6 V



Gambar 5.2 Rangkaian Paralel Baterai Gambar diatas merupakan Rangkaian Paralel yang terdiri dari 4 buah Baterai. Tegangan yang dihasilkan dari Rangkaian Paralel adalah sama yaitu 1,5 Volt tetapi Current atau kapasitas arus listrik yang dihasilkan adalah 4.000 mAH (miliampere per Jam) yaitu total dari semua kapasitas arus listrik pada Baterai.



Analisa dan Perhitungan Listrik |125 = Ibat1 +Ibat2 + Ibat3 + Ibat4 Itot = 1.000 mAH + 1.000 mAH + 1.000 mAH + 1.000 mAH Itot = 4.000 mAH Itot



C. Perhitungan Waktu Pemakaian dan Pengisian Sebuah Aki 1. Waktu Pemakaian Sebuah Aki Rumus menghitung Waktu Pemakaian Sebuah Aki: T = (C / I) – Φ ………………….. 8 dimana : T = Waktu Pemakaian ( Hours) C = kapasitas Aki (Ah) I = Arus listrik (A) Φ = Waktu Diefisiensi (20 %) Rumus menghitung arus listrik yang mengalir ke beban dari Aki: I = P / V ………………….. 9 dimana: I = Current (A) P = Beban (Watt) V = Tegangan (Vdc) Contoh soal: Jika kita mempunyai suatu Aki mobil dengan label 120 Ah 12Vdc, dan mempunyai beban pemakaian pada aki tersebut 100 W, Hitunglah waktu pemakaian Aki.



126| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Pembahasan: Untuk waktu pemakaian Aki, menggunakan rumus: T = (C / I ) – Φ dimana: C = 120 Ah I = Current (A); dimana: I = P / V = 100 / 12 = 8,33 A Maka: T = (C / I) – Φ = (120 / 8,33) - 20 % = 14,4 - 2,88 = 11,52 jam Kesimpulannya, lama Pemakaian Aki tergantung dari besar Arus dan besar beban suatu Aki. Contoh soal: Sebuah Aki dengan spesifikasi 12 V/ 50 Ah melayani Beban sebesar 50 Watt. Hitunglah Waktu Pemakaian aki. Pembahasan: I = 50 W/12 V = 4,167 Ampere Waktu pemakaian: T = 50 Ah/4,167 A = 11,99 jam – dieffisiensi Aki 20% (2,398 jam) = 11,99 jam – 2,398 jam = 9,592 Jam ( 9 Jam, 35 Menit, 31,2 Detik)



Analisa dan Perhitungan Listrik |127 Kesimpulan: Jadi sebuah aki 12 V/50 Ah jika digunakan untuk mensuplay energi listrik dalam sebuah beban dengan daya 50 Watt mampu bertahan selama 9 Jam, 35 Menit, 31,2 Detik. Dengan begitu lama waktu pemakaian atau daya tahan aki tergantung dari besarnya Ampere aki dan berapa watt beban. 2.



Waktu Pengisian Sebuah Aki a. Besar arus pengisian (kapasitas trafo charge) I = (C / T1) + Φ1 ……………………….. 10 dimana: I = Arus Pengisian (A) C = kapasitas Aki (Ah) T1 = Waktu pengisian yang kita inginkan (Jam) Φ1 = % Diefisiensi (20%) b. Besar daya pengisian yang dibutuhkan (kapasitas daya charge) P = V. I . cos Φ ……………………………. 11 dimana: P = Daya pengisian ( Watt ) V = Tegangan Aki (Volt) I = Besar arus listrik pengisian (A) cosΦ = Faktor daya listrik, dimana cosΦ = 1



128| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Contoh soal: Jika kita mempunyai suatu Aki mobil dengan label 50 Ah 12 Vdc, ingin diisi ulang (charge) selama 10 jam. Hitunglah besar arus pengisian dan daya kaspasitas charge. Maka untuk besar arus pengisian Aki tersebut kita dapat menggunakan rumus: I = (C / T1) + Φ1 dimana: C = 50 Ah T1 = 10 jam Φ1 = (20%) maka akan didapat: I = (50Ah / 10 h) + 20% I = 5 A + 20% I=5A+1A I=6A Jadi untuh mengisi Aki 50 Ampere dibutuhkan trafo charge sebesar 6 Ampere daya yang dibutuhkan untuk mengisi aki tersebut: P = V. I. Cos Φ dimana: cos Φ = 1 maka: P = 12V x 6A x 1 P = 72 Watt



Analisa dan Perhitungan Listrik |129 Daya atau Kapasitas charge yang dibutuhkan untuk mengisi aki sebesar 72 Watt. D. Analisa Rangkaian Listrik Rangkaian listrik adalah sebuah jalur listrik dimana elektron dapat mengalir dari sumber listrik ke beban listrik. Proses perpindahan elektron inilah yang kita kenal sebagai arus listrik. Benda apapun dapat menjadi beban listrik, oleh karena itu simbol universal untuk beban listrik adalah hambatan (resistor). Jadi, simbol lampu pada sebuah rangkaian dapat diganti menjadi simbol hambatan. Pada gambar 71, lampu merupakan beban listrik dan sumber listrik berasal dari baterai. Selanjutnya arus listrik mengalir melalui kabel dan sakelar berfungsi untuk memutus atau menyambungkan arus listrik. Untuk menggambar rangkaian listrik, kita harus menyederhanakan gambar seperti pada gambar 71 dari gambar A menjadi gambar B.



Gambar 5.3 Rangkaian Listrik



130| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Terdapat dua tipe rangkaian yaitu: rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri dan paralel dapat dikombinasikan sehingga menjadi rangkaian kombinasi atau gabungan. Rangkaian seri merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun secara berderetan hanya melalui satu jalur aliran listrik. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor, tapi hanya terdapat satu jalur kabel untuk mengalirkan arus listrik. Adapun Karakteristik dari Rangkaian Listrik Seri adalah cara menyusun rangkaian cenderung praktis dan sederhana, semua komponen listrik disusun secara sejajar (berderet atau berurutan), kabel penghubung pada seluruh komponen tidak memiliki percabangan sepanjang rangkaian, hanya ada satu jalan yang dapat dilalui oleh arus listrik, jadi jika ada satu jalur yang terputus maka rangkaian tidak dapat berfungsi dengan baik, arus listrik yang mengalir di berbagai titik dalam rangkaian sama besarnya, Setiap komponen yang terpasang akan mendapat arus yang sama, Beda potensial atau tegangan listrik pada setiap komponen yang terpasang memiliki nilai yang berbeda dan memiliki hambatan total yang lebih besar daripada hambatan penyusunnya.



Gambar 5.4 Rangkaian Listrik Seri



Analisa dan Perhitungan Listrik |131 Rangkaian paralel merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun sejajar dimana terdapat lebih dari satu jalur listrik (bercabang) secara paralel. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor dimana terdapat satu jalur kabel untuk setiap resistor. Adapun karakteristik Rangkaian Listrik Paralel adalah cara menyusun rangkaian cenderung lebih rumit, semua komponen listrik terpasang secara bersusun atau sejajar, kabel penghubung pada sebuah rangkaian memiliki percabangan, terdapat beberapa jalan yang dapat dilalui oleh arus listrik, Arus yang mengalir pada setiap cabang memiliki besar nilai yang berbeda, setiap komponen yang terpasang mendapat besar arus yang berbeda, semua komponen mendapat tegangan yang sama besar dan hambatan totalnya lebih kecil dari hambatan pada tiap-tiap komponen penyusunnya.



Gambar 5.5 Rangkaian Listrik Paralel



132| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Contoh untuk soal-soal rangkaian listrik dengan beban tunggal maupun beban yang lebih dari satu dengan terhubung seri dan paralel sebagai berikut: Soal 1



Diketahui: Vs = 12 Volt R = 12 Ohm Ditanyakan: I = ….. Ampere Penyelesaian: I = Vs / R = 12 / 12 = 1 Ampere Soal 2



Diketahui: Vs = 24 Volt R1 = 10 Ohm R2 = 10 Ohm R3 = 4 Ohm



Analisa dan Perhitungan Listrik |133 Ditanyakan: Rtotal = …… Ohm I = ….. Ampere VR1 = …... Volt VR2 = …... Volt VR3 = …... Volt Penyelesaian: I = Vs / Rtotal dimana: Rtotal = R1 + R2 + R3 = 10 + 10 + 4 = 24 Ohm I = 24 / 24 = 1 Amp VR1 = I x R1 = 1 x 10 = 10 Volt VR2 = I x R2 = 1 x 10 = 10 Volt VR3 = I x R3 = 1 x 4 = 4 Volt Soal 3



Diketahui: R1 = 10 Ώ R2 = 15 Ώ R3 = 25 Ώ Ditanyakan: Rtotal = …. Ώ



R4 = 10 Ώ R5 = 20 Ώ Vs = 24 Volt



134| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Itotal = ….. A VR1 = …... Volt VR2 = …... Volt VR3 = …... Volt VR4 = …... Volt VR5 = …... Volt Penyelesaian: I = Vs / Rtotal dimana Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 = 10 + 15 + 25 + + 10 + 20 = 80 Ohm maka I = 24 / 80 = 0,3 Amp VR1 = I x R1 = 0,3 x 10 = 3 Volt VR2 = I x R2 = 0,3 x 15 = 4,5 Volt VR3 = I x R3 = 0,3 x 25 = 7,5 Volt VR4 = I x R4 = 0,3 x 10 = 3 Volt VR5 = I x R5 = 0,3 x 20 = 6 Volt Soal 4



Diketahui: R1 = 5 Ώ R2 = 5 Ώ Vs = 12 Volt



Analisa dan Perhitungan Listrik |135 Ditanyakan: Rtotal = …. Ώ Itotal = ….. A IR1 = ….. A IR2 = ….. A Penyelesaian: I = Vs / Rtotal dimana Rtotal = R1 // R2 = R1 x R2 / R1 + R2 = 5 x 5 / 5 + 5 = 25 / 10 = 2,5 Ώ Maka I = 12 / 2,5 = 4,8 Amp Vs = VR1 = VR2 = 12 Volt IR1 = VR1 / R1 = 12/5 = 2,4 A IR2 = VR2 / R2 = 12/5 = 2,4 A Soal 5



Diketahui: R1 = 10 Ώ R2 = 20 Ώ R3 = 30 Ώ Ditanyakan: Rtotal = …. Ώ Itotal = ….. A



R4 = 40 Ώ Vs = 24 Volt



136| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika IR1 IR2 IR3 IR4



= …. A = …. A = …. A =…A



Penyelesaian: I = Vs / Rtotal dimana: Rtotal = ((( R1//R2 ) // R3 ) // R4 ) = (10 x 20 ) / (10 + 20 ) = 200 / 30 = 6,67 = ( 6,67 x 30 ) / ( 6,67 + 30 ) = 200,1 / 36,67 = 5,457 = ( 5,457 x 40 ) / ( 5,457 + 40 ) = 4,8 Ώ Maka I = 24 / 4,8 = 5 Amp Vs = VR1 = VR2 = VR3 = VR4 = 24 Volt IR1 = VR1 / R1 = 24 / 10 = 2,4 A IR2 = VR2 / R2 = 24 / 20 = 1,2 A IR3 = VR3 / R3 = 24 / 30 = 0,8 A IR4 = VR4 / R4 = 24 / 40 = 0,6 A E. Daya Listrik dan Energi Listrik Daya listrik adalah tenaga yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus listrik. Simbol daya listrik adalah P, sedangkan satuan daya listrik adalah Watt ( W ). Rumus daya listrik: P = V x I Watt …………………. (12) atau P = V x V/R Watt …………………. (13) atau P = I x R x I Watt …………………. (14)



Analisa dan Perhitungan Listrik |137 Energi atau Usaha Listrik adalah Tenaga listrik yang dikeluarkan dalam waktu tertentu untuk menghasilkan/ menyelesaikan suatu pekerjaan. Simbol untuk Energi listrik adalah A, sedangkan satuan energy listrik atau usaha listrik adalah Joule (J) atau Watt.detik Rumus energy atau usaha listrik: A = P x t Joule ( J ) atau Watt.detik …………………. (15) Contoh soal untuk menghitung daya listrik rangkaian, sebagai berikut: 1. Dari Rangkaian listrik pada soal nomor 1 diatas, diketahui Tegangan sumber Vs = 12 Volt dan Hambatan pada beban R = 12 Ohm, hitunglah Daya listrik pada beban. Jawab: Ditanyakan: P = ….. Watt Penyelesaian: I = Vs / R = 12 / 12 = 1 Ampere PR = V x I = 12 x 1 = 12 Watt 2.



Dari Rangkaian listrik pada soal nomor 2 diatas, diketahui tegangan sumber Vs = 24 Volt dan hambatan pada beban R1 = 10 Ohm, R2 = 10 Ohm, dan R3 = 4 Ohm, hitunglah Daya listrik pada masing-masing beban.



138| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Jawab: Ditanyakan: P1 = … Watt P2 = …. Watt P3 = …… Watt Penyelesaiaan: I = Vs / Rtotal dimana: Rtotal = R1 + R2 + R3 = 10 + 10 + 4 = 24 Ohm I = 24 / 24 = 1 Amp PR1 = I2 x R1 = 12 x 10 = 10 Watt PR2 = I2 x R2 = 12 x 10 = 10 Watt PR3 = I2 x R3 = 12 x 4 = 4 Watt 3.



Dari Rangkaian listrik pada soal nomor 3 diatas, diketahui tegangan sumber Vs = 24 Volt dan hambatan pada beban R1 = 10 Ohm, R2 = 15 Ohm, R3 = 25 Ohm, R4 = 10 Ohm, dan R5 = 20 Ohm. Hitunglah Daya listrik pada masing-masing beban. Jawab: Ditanyakan: P1 = … Watt P2 = …. Watt P3 = …… Watt P4 = …… Watt P5 = …… Watt



Analisa dan Perhitungan Listrik |139 Penyelesaian: I = Vs / Rtotal dimana Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 = 10 + 15 + 25 + + 10 + 20 = 80 Ohm I = 24 / 80 = 0,3 Amp PR1 = I2 x R1 = (0,3)2 x 10 = 0,9 Watt PR2 = I2 x R2 = (0,3)2 x 15 = 1,35 Watt PR3 = I2 x R3 = (0,3)2 x 25 = 2,25 Watt PR4 = I2 x R4 = (0,3)2 x 10 = 0,9 Watt PR5 = I2 x R5 = (0,3)2 x 20 = 1,8 Wat 4.



Dari Rangkaian listrik pada soal nomor 4 diatas, diketahui tegangan sumber Vs = 12 Volt dan hambatan pada beban R1 = 5 Ohm dan R2 = 15 Ohm. Hitunglah Daya listrik pada masing-masing beban. Jawab: Ditanyakan: P1 = … Watt P2 = …. Watt Penyelesaian: PR1 = V2 / R1 = (12) 2 / 5 = 28,8 Watt PR2 = V2 / R2 = (12) 2 / 5 = 28,8 Watt



5.



Dari Rangkaian listrik pada soal nomor 5 diatas, diketahui tegangan sumber Vs = 24 Volt dan hambatan pada beban R1 = 10 Ohm, R2 = 20 Ohm, R3 = 30 Ohm,



140| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika dan R4 = 140 Ohm. Hitunglah Daya listrik pada masingmasing beban. Jawab: Ditanyakan: P1 = … Watt P2 = …. Watt P3 = …… Watt P4 = ….. Watt Penyelesaian: PR1 = V2 / R1 = (24) 2 / 10 = 57,6 Watt PR2 = V2 / R2 = (24) 2 / 20 = 28,8 Watt PR3 = V2 / R3 = (24) 2 / 30 = 19,2 Watt PR4 = V2 / R4 = (24) 2 / 40 = 14,4 Watt ↜oOo↝



Bab 6 INSTALASI KELISTRIKAN Tujuan Perkuliahan Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa dapat: 1. Menjelaskan maksud dan tujuan penerbitan PUIL oleh BSN. 2. Menjelaskan syarat-syarat dalam pemasangan instalasi listrik. 3. Menjelaskan komponen instalasi listrik yang diperlukan dalam pemasangan instalasi listrik. 4. Menggambar simbol-simbol Instalasi listrik dan penerangan. 5. Menggambar Single line Diagram dan Wiring Diagram Instalasi listrik. A. Pendahuluan Instalasi listrik adalah suatu bagian penting dalam sebuah bangunan yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik dari instalasi pengusaha ketenagalistrikan ke titik-titik beban. Penyaluran tenaga listrik harus sesuai dengan peraturan yang telah distandarisasi oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) dengan menerbitkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL) sebagai panduan umum (rujukan) instalasi listrik. maksud dan tujuan Persyaratan Umum Instalasi Listrik ialah agar pengusahaan instalasi listrik terselenggara dengan baik, untuk menjamin keselamatan



- 141 -



142| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika manusia dari bahaya kejut listrik, keamanan instalasi listrik berserta perlengkapannya, keamanan gedung serta isinya dari kebakaran yang ditimbulkan akibat listrik, dan perlindungan lingkungan. Di samping Persyaratan Umum Instalasi Listrik ini, harus pula diperhatikan ketentuan yang terkait dengan dokumen yaitu undang undang no. 1 tahun 1970 tentang Keselamatan Kerja, undang-undang No. 15 tahun 1985 tentang Ketenagalistrikan, undang-undang No. 23 tahun 1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup, peraturan Pemerintah RI No. 10 tahun 1989 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik, Peraturan Pemerintah No. 25 tahun 1995 tentang Usaha Penunjang Tenaga Listrik, Peraturan Menteri Pertambangan dan Energi No. 01.P/40/M.PE/1990 tentang Instalasi Ketenagalistrikan, dan Peraturan Menteri Pertambangan dan Energi No. 02.P/0322/M.PE/1995 tentang Standardisasi, Sertifikasi dan Akreditasi dalam Lingkungan pertambangan dan energy. Di samping Persyaratan Umum Instalasi Listrik dan peraturan mengenai kelistrikan yang berlaku, harus diperhatikan pula syarat-syarat dalam pemasangan instalasi listrik, antara lain: 1. Syarat ekonomis; Instalasi listik harus dibuat sedemikian rupa sehingga harga keseluruhan dari instalasi itu mulai dari perencanaan, pemasangan dan pemeliharaannya semurah mungkin, kerugian daya listrik harus sekecil mungkin. 2. Syarat keamanan; Instalasi listrik harus dibuat sedemikian rupa, sehingga kemungkinan timbul kecelakaan sangat kecil. Aman dalam hal ini berarti tidak



Instalasi Kelistrikan |143



3.



membahayakan jiwa manusia dan terjaminnya peralatan dan benda benda disekitarnya dari kerusakan akibat dari adanya gangguan seperti: gangguan hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih dan sebagainya. Syarat keandalan (kelangsungan kerja); Kelangsungan pengaliran arus listrik kepada konsumen harus terjamin secara baik. Jadi instalasi listrik harus direncana sedemikian rupa sehingga kemungkinan terputusnya atau terhentinya aliran listrik adalah sangat kecil.



B. Simbol-simbol Instalasi Listrik dan Penerangan Seorang teknisi atau ahli listrik Selain menguasai peraturan dan memiliki pengetahuan tentang peralatan instalasi, juga harus mahir membaca gambar instalasi. Denah ruangan yang akan dilengkapi dengan instalasi pada umumnya digambar dengan skala. Pada denah ini gambar instalasi yang akan dipasang menggunakan lambang atau simbol-simbol instalasi listrik dan penerangan yang berlaku. lambang-lambang atau simbol-simbol instalasi listrik dan penerangan yang sesuai dengan standar PUIL 2000 sebagai berikut:



144| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Tabel Simbol Gambar Diagram Saluran Arus Kuat



Instalasi Kelistrikan |145



146| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |147



148| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Tabel Simbol Gambar Diagram untuk Instalasi Pusat dan Gardu Induk



Instalasi Kelistrikan |149



150| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |151



152| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |153 Tabel Simbol Diagram untuk Gambar Instalasi Bangunan



154| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |155



156| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |157



158| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Instalasi Kelistrikan |159



C. Komponen Instalasi Listrik Komponen instalasi listrik adalah komponen atau bahan yang diperlukan dalam pemasangan instalasi listrik. Bahan-bahan yang diperlukan dalam pemasangan instalasi listrik diantaranya: 1. Bargainser (meteran Listrik)



Gambar 6.1 Bargainser (meteran Listrik)



160| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Bargainser merupakan alat yang berfungsi sebagai pembatas daya listrik yang masuk ke rumah tinggal, sekaligus juga berfungsi sebagai pengukur jumlah daya listrik yang digunakan rumah tinggal tersebut (dalam satuan kWh). Ada berbagai batasan daya yang dikeluarkan oleh PLN untuk konsumsi rumah tinggal, yaitu 220 VA, 450 VA, 900 VA, 1.300 VA, dan 2.200 VA. Pada bargainser terdapat tiga bagian utama, antara lain yaitu: a. MCB atau Miniature Circuit Breaker, berfungsi untuk memutuskan aliran daya listrik secara otomatis jika daya yang dihantarkan melebihi nilai batasannya. MCB ini bersifat on/off dan dapat juga berfungsi sebagai sakelar utama dalam rumah. Jika MCB bargainser ini dalam kondisi off, maka seluruh aliran listrik dalam rumah pun terhenti. Sakelar ini biasanya dimatikan pada saat akan dilakukan perbaikan instalasi listrik dirumah. b. Meter listrik atau kWh meter, alat ini berfungsi untuk mengukur besaran daya yang digunakan oleh rumah tinggal tersebut dalam satuan kWh (kilowatt hour). Pada bargainser, meter listrik berwujud deretan angka secara analog ataupun digital yang akan berubah sesuai penggunaan daya listrik. c. Spin Control, merupakan alat kontrol penggunaan daya dalam rumah tinggal dan akan selalu berputar selama ada daya listrik yang digunakan. Perputaran spin control ini akan semakain cepat jika daya listrik yang digunakan semakin besar, dan akan melambat jika daya listrik yang digunakan berkurang/sedikit. Pada kanal output Bargainser biasanya terdapat 3



Instalasi Kelistrikan |161 kabel, yaitu kabel fasa, kabel netral dan kabel ground yang dihubungkan ketanah. Listrik dari PLN harus dihubungkan dengan bargainser terlebih dahulu sebelum masuk ke instalasi listrik rumah tinggal. 2.



Pengaman Listrik Instalasi listrik rumah tinggal membutuhkan pengaman yang berfungsi untuk memutuskan rangkaian listrik apabila terjadi gangguan pada instalasi listrik rumah tinggal tersebut, seperti gangguan hubung singkat atau short circuit atau korsleting. Terdapat dua jenis pengaman listrik pada instalasi listrik rumah tinggal, yaitu: a. Pengaman lebur biasa atau biasa disebut sekering, alat pengaman ini bekerja memutuskan rangkaian listrik dengan cara meleburkan kawat yang ditempatkan pada suatu tabung apabila kawat tersebut dialiri arus listrik dengan ukuran tertentu.



Gambar 6.2 Pengaman Lebur (Fuse) b. Pengaman listrik thermis, biasa disebut MCB dan merupakan alat pengaman yang akan memutuskan rangkaian listrik berdasarkan panas.



162| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika



Gambar 6.3 Pengaman Listrik Thermis (MCB) 3.



Sakelar Sakelar atau switch merupakan komponen instalasi listrik yang berfungsi untuk menyambung atau memutus aliran listrik pada suatu pemghantar. Berdasarkan besarnya tegangan, sakelar dapat dibedakan menjadi: a. Sakelar bertegangan rendah. b. Sakelar tegangan menengah. c. Sakelar tegangan tinggi serta sangat tinggi. Sedangkan berdasarkan tempat dan pemasangannya, sakelar dapat dibedakan menjadi: a. Sakelar in-bow, sakelar yang ditanam didalam tembok. b. Sakelar out-bow, sakelar yang dipasang pada permukaan tembok. Jenis sakelar berikutnya dapat dibedakan berdasarkan fungsinya, yaitu: a. Sakelar on-off, merupakan sakelar yang bekerja menghubungkan arus listrik jika tombolnya ditekan pada posisi on. Untuk memutuskan hubungan arus



Instalasi Kelistrikan |163 listrik, tombol sakelar harus ditekan pada posisi off. Sakelar jenis ini biasanya digunakan untuk sakelar lampu.



Gambar 6.4 Saklar On-Off b. Sakelar push-on, merupakan sakelar yang menghubungkan arus listrik jika tombolnya ditekan pada posisi on dan akan secara otomatis memutus arus listrik, ketika tombolnya dilepas dan kembali ke posisi off dengan sendirinya. Biasanya sakelar jenis ini digunakan untuk sakelar bel rumah.



Gambar 6.5 Saklar Push On-Off



164| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Berdasarkan jenis per-unitnya, sakelar dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu: a. Sakelar tunggal, merupakan sakelar yang hanya mempunyai satu buah kanal input yang terhubung dengan sumber listrik, serta kanal output yang terhubung dengan beban listrik/alat listrik yang digunakan. b. Sakelar majemuk, merupakan sakelar yang memiliki satu buah kanal input yang terhubung dengan sumber listrik, namun memiliki banyak kanal output yang terhubung dengan beberapa beban/alat listrik yang digunakan. Jumlah kanal output tergantung dari jumlah tombol pada sakelar tersebut.



Gambar 6.6 Saklar In-Bow Tunggal & Majemuk 4.



Stop Kontak Stop kontak, sebagian mengatakan outlet, merupakan komponen listrik yang berfungsi sebagi muara hubungan antara alat listrik dengan aliran listrik. Agar alat listrik terhubung dengan stop kontak, maka diperlukan kabel dan steker atau colokan yang nantinya akan ditancapkan pada stop kontak.



Instalasi Kelistrikan |165



Gambar 6.7 Pengaman Listrik thermis (MCB) Berdasarkan bentuk serta fungsinya, stop kontak dibedakan menjadi dua macam, yaitu: a. Stop kontak kecil, merupakan stop kontak dengan dua lubang (kanal) yang berfungsi untuk menyalurkan listrik pada daya rendah ke alat-alat listrik melalui steker yang juga berjenis kecil. b. Stop kontak besar, juga nerupakan stop kontak dengan dua kanal AC yang dilengkapi dengan lempeng logam pada sisi atas dan bawah kanal AC yang berfungsi sebagai ground.sakelar jenis ini biasanya digunakan untuk daya yang lebih besar. c. Sedangkan berdasarkan tempat pemasangannya. Dikenal dua jenis stop kontak, yaitu: d. Stop kontak in bow, merupakan stop kontak yang dipasang didalam tembok. e. Stop kontak out bow, yang dipasang diluar tembok atau hanya diletakkan dipermukaan tembok pada saat berfungsi sebagai stop kontak yang tidak tetap atau dapat dipindahkan.



166| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 5.



Steker Steker atau Staker atau yang kadang sering disebut colokan listrik, karena memang berupa dua buah colokan berbahan logam dan merupakan alat listrik yang yang berfungsi untuk menghubungkan alat listrik dengan aliran listrik, ditancapkan pada kanal stop kontak sehingga alat listrik tersebut dapat digunakan.



Gambar 6.8 Pengaman Listrik Thermis (MCB) Berdasarkan fungsi dan bentuknya, steker juga memliki dua jenis, yaitu: a. Steker kecil, merupakan steker yang digunakan untuk menyambung alat-alat listrik berdaya rendah, misalnya lampu atau radio kecil, dengan sumber listrik atau stop kontak. b. Steker besar, merupakan steker yang digunakan untuk alat-alat listrik yang berdaya besar, misalnya lemari es, microwave, mesin cuci dan lainnya, dengan sumber listrik atau stop kontak. Steker jenis ini dilengkapi dengan lempeng logam untuk kanal ground yang berfungsi sebagai pengaman.



Instalasi Kelistrikan |167 6.



Kabel Kabel listrik merupakan komponen listrik yang berfungsi untuk menghantarkan energi listrik ke sumber-sumber beban listrik atau alat-alat listrik. Untuk instalasi listrik rumah tinggal, kabel yang digunakan biasanya berjenis sebagai berikut: a. NYA, kabel jenis ini merupakan kabel listrik yang berisolasi PVC dan berintikan/berisi satu kawat. Jenisnya adalah kabel udara atau tidak ditanam dalam tanah. Kabel listrik ini biasanya berwarna merah, hitam, kuning atau biru. Isolasi kawat penghantarnya hanya satu lapis, sehingga tidak cukup kuat terhadap gesekan, gencetan/tekanan atau gigitan binatang seperti tikus. Karena kelemahan pada isolasinya tersebut maka dalam pemasangannya diperlukan pelapis luar dengan menggunakan pipa conduit dari PVC atau besi.



Gambar 6.9 Kabel NYA b. NYM, merupakan kabel listrik yang berisolasi PVC dan berintikan kawat lebih dari satu, ada yang 2, 3 atau 4. Jenis kabel udara dengan warna isolasi luar



168| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika biasanya putih dan warna isolasi bagian dalam beragam, karena isolasi yang rangkap inilah maka kabel listrik NYM ini relative lebih kuat terhadap gesekan atau gencetan/tekanan.



Gambar 6.10 Kabel NYM c.



NYY, kabel listrik jenis ini merupakan kabel berisolasi PVC, berintikan 2, 3 atau 4 dengan warna isolasi luarnya hitam. Jenis kabel tanah, sehingga tahan terhadap air dan gencetan atau tekanan.



Gambar 6.11 Kabel NYY d. NYMHYO, kabel jenis ini merupakan kabel serabut dengan dua buah inti yang terdiri dari dua warna. Kabel jenis ini biasa digunakan pada loudspeaker, sound sistem, lampu-lampu berdaya kecil sampai sedang.



Instalasi Kelistrikan |169



Gambar 6.12 Kabel NYMHYO D. Gambar Instalasi Listrik Penerangan Dalam merencanakan dan menggambar Instalasi listrik penerangan, terlebih dahulu yang harus dipahami adalah diagram satu garis (single line diagram) dan diagram pengawatannya. 1. Single Line Diagram (SLD) atau diagram satu garis dikenal juga sebagai diagram lokasi. Pada diagram ini menjelaskan lokasi dari komponen listrik yang akan di instalasi dihubungkan dengan satu garis yang bisa juga direpresentasikan sebagai sebuah pipa instalasi yang didalamnya terdapat beberapa kabel instalasi dengan jumlah yang berbeda-beda sesuai dengan situasi dan kondisi instalasi yang diperlukan. Jumlah kabel dalam pipa pada SLD ini bisa kita tentukan ketika kita mengetahui bagaimana gambar wiring diagramnya. 2. Wiring Diagram (WD) atau dikenal juga dengan nama diagram pengawatan adalah hal yang penting dalam perencanaan awal sebuah instalasi. Jika dari diagram satu garis kita dapat memprediksi jumlah kabel yang terdapat pada sebuah jalur pipa instalasi, maka dengan diagram pengawatan kita bisa memprediksi berapa



170| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika panjang kabel yang dibutuhkan, spesifikasi fasilitas yang harus disiapkan, pelacakan jalur instalasi ketika terjadi renovasi, bahkan memudahkan ketika terjadi problem jalur instalasi dan sebagainya. Contoh-contoh gambar instalasi listrik sederhana yang terdapat Diagram satu garis dan diagram pengawatan: 1. Instalasi Saklar Tunggal dan Satu Lampu Gambar dibawah ini adalah gambar SLD dan WD yang menjelaskan tentang instalasi saklar tunggal untuk mengendalikan satu buah lampu.



Gambar 6.13 Instalasi Saklar Tunggal dan Satu Lampu 2.



Instalasi Saklar Seri dan Dua Lampu Gambar dibawah ini adalah gambar SLD dan WD yang menjelaskan tentang instalasi saklar seri untuk mengendalikan dua buah lampu



Gambar 6.14 Instalasi Saklar Seri dan 2 Buah Lampu



Instalasi Kelistrikan |171 3.



Instalasi Saklar Tunggal dan Stop Kontak dengan Satu Buah Lampu Gambar dibawah ini adalah gambar SLD dan WD yang menjelaskan tentang instalasi saklar tunggal untuk mengendalikan satu lampu, dimana letak saklar tunggal berdampingan dengan sebuah stop kontak.



Gambar 6.15 Instalasi Saklar Tunggal dan Stop Kontak dengan 1 Lampu 4.



Instalasi Saklar Seri dan Stop Kontak serta Dua Buah Lampu Gambar dibawah ini adalah gambar diagram satu garis dan diagram pengawatan yang menjelaskan tentang instalasi saklar seri untuk mengendalikan dua buah lampu, dimana letak saklar seri berdampingan dengan sebuah stop kontak.



Gambar 6.16 Instalasi Saklar Seri dan Stop Kontak serta Dua Buah Lampu



172| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Gambar instalasi listrik penerangan secara lengkap berdasarkan PUIL 2000 adalah: 1. Gambar Situasi Gambar situasi merupakan gambar yang digunakan untuk menyatakan letak atau posisi bangunan yang akan dipasang instalasi listrik, serta rencana penyambungan dengan jaringan listrik pemasok atau PLN. Gambar situasi ini merupakan gambar yang paling awal dibuat sebelum melakukan perencanaan selanjutnya.



Gambar 6.17 Gambar Situasi 2.



Gambar Denah Rumah Instalasi Listrik



Gambar 6.18 Gambar Denah Rumah Instalasi Listrik



Instalasi Kelistrikan |173 Denah bangunan adalah suatu gambar yang menunjukkan lokasi dari berbagai ruangan dan kegunaannya, jendela, pintu, tangga, gang dan sebagainya pada suatu rumah tinggal tertentu. Denahdenah sebaiknya digambar dengan skala 1 : 100 atau 1 : 50 tergantung pada ukuran kertas yang digunakan dan pada luasnya bangunan. 3.



Gambar Diagram Satu Garis Instalasi Listrik Gambar diagram satu garis menjelaskan lokasi dari komponen-komponen listrik yang akan diinstalasi dihubungkan dengan satu garis yangisa juga direpresentasikan sebagai sebuah pipa instalasi yang didalamnya terdapat beberapa kabel instalasi dengan jumlah yang berbeda-beda sesuai dengan situasi dan kondisi instalasi yang diperlukan.



Gambar 6.19 Gambar Diagram Satu Garis Instalasi Listrik



174| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika 4.



Gambar Diagram Pengawatan Instalasi Listrik Gambar diagram Pengawatan Instalasi litrik adalah gambar yang menunjukkan keseluruhan jalur-jalur kabel secara lengkap beserta dengan komponen-komponen listriknya, sehingga orang yang akan mengerjakan pemasangan instalasi listrik ini akan mudah mengetahui dan memahami secara detail letak, dan jumlah komponen-komponen listrik.



Gambar 6.20 Gambar Diagram Pengawatan Instalasi Listrik ↜oOo↝



TUGAS-TUGAS TUGAS 1 1. Jelaskan Hukum Ohm, Hukum Kirchoff, Hukum Faraday, Hukum Oerstead, dan hukum Gaya Lorentz! 2. Jelaskan sifat-sifat magnet! 3. Jelaskan Jenis-jenis magnet! 4. Jelaskan cara membuat magnet! TUGAS 2 1. Jelaskan jenis-jenis komponen elektronika Aktif! 2. Jelaskan jenis-jenis komponen elektronika Pasif! 3. Jelaskan fungsi, bagian dan cara kerja dari Power supply! 4. Jelaskan fungsi, bagian dan cara kerja dari Inverter! 5. Jelaskan fungsi, bagian dan cara kerja dari UPS! TUGAS 3 1. Jelaskan fungsi, bagian-bagian dan cara menggunakan Test Pen untuk mendeteksi sumber listrik! 2. Jelaskan fungsi, bagian-bagian dan cara menggunakan Clamp meter untuk mengukur Arus listrik! 3. Jelaskan fungsi, bagian-bagian dan cara menggunakan Multimeter untuk mengukur Arus, tegangan dan hambatan! 4. Jelaskan fungsi, bagian-bagian dan cara menggunakan Megger Test untuk pengukuran isolasi alat listrik!



- 175 -



176| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika TUGAS 4 1. Rancanglah sebuah rangkaian listrik tertutup yang terdiri dari sumber daya berupa baterai dan beban berupa lampu pijar. Kabel pada rangkaian tersebut mampu menghantarkan arus listrik sebesar 5 ampere dan baterai yang dipakai menghasilkan tegangan sebesar 64 Volt. Akan tetapi, lampu pijar pada rangkaian tersebut hanya dapat menyala jika dialiri listrik sebesar 48 volt sehingga kamu harus memasang resistor untuk menurunkan tegangan dari baterai. Berapa besar resistansi yang diperlukan pada resistor yang dipakai? 2. Jika kita mempunyai suatu Aki mobil dengan label 250 Ah 24Vdc, dan mempunyai beban pemakaian pada aki tersebut 150 W, Hitunglah waktu pemakaian Aki. 3. Jika kita mempunyai suatu Aki mobil dengan label 100 Ah 12 Vdc, ingin diisi ulang (charge) selama 5 jam. Hitunglah besar arus pengisian dan daya kaspasitas charge. 4. Vs



R1



R2



Diketahui: R1 = 15 Ώ R2 = 25 Ώ R3 = 35 Ώ ditanyakan: Rtotal = …. Ώ IR1 = …. A IR2 = …. A ↜oOo↝



R3



R4



R4 = 45 Ώ Vs = 48 Volt Itotal = ….. A IR3 = …. A IR4 = … A



DAFTAR PUSTAKA Buku: Adiarta. A. (2017). Dasar-dasar Instalasi. Depok: Rajagrafindo Persada. Badan Standarisasi Nasional SNI 04-0225-2000. Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL 2000). Linsley, T. (1998). Instalasi Listrik dasar. Jakarta: Erlangga. Mismail, B. (1995). Rangkaian Listrik Jilid Kedua. Bandung: ITB Bandung. Mismail, B. (1995). Rangkaian Listrik Jilid Pertama. Bandung: ITB Bandung. Mismail, B. (2006). Dasar Teknik Elektro. Malang: Bayumedia Publishing. Noersasongko, W. (2002). Pedoman dasar Elektronika untuk Pemula. Pekalongan: Toko Buku Agency. Scaddan, B. (2003). Instalasi Listrik Rumah Tangga. Jakarta: Erlangga. Suryatmo, F. (1974). Teknik Listrik Arus Searah. Jakarta: Bumi Aksara. Zuhal. (1988). Dasar Teknik Listrik dan elektronika Daya. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.



- 177 -



178| Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika Internet: http://www.sitepoint.com http://www.wikipedia.com http://www.Laboratoria.com http://www.enjiner.com http://www.teknikelektronika.com http://www.gurupendidikan.co.id http://www.scientricalengineering.wordprees.com http://www.dunialistrik.com http://www.fisikazone.com http://www.teknik-otomotif.com http://www.elkatechno.blogspot.com http://www.rumushitung.com http://www.berpendidikan.com http://www.dimensidata.com http://www. sentraljagalan.wordpress.com http://www.studiobelajar.com http://www.instalasilistrikrumah.wordpress.com http://www.harmawantecno.blogspot.com http://www.namasayaruhiat.blogspot.com http://www.blogteknisi.com



Daftar Pustaka |179 http://www.listrik-praktis.blokspot.com http://www.rumahmu.web.id http://www.abi-blog.com http://www.tokopedia.com http://www.harga-kabel.blogspot.com http://www.kabelnyyindonesia.blogspot.com http://www.harga-kabel.blogspot.com http://www.dbudik.blogspot.com http://www.margionoabdil.blogspot.com ↜oOo↝



Tentang Penulis Muhammad Naim, S.T., M.T., memulai karier akademiknya pada tahun 2005 sebagai dosen muda di Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin Akademi Teknik Soroako. Gelar sarjana diperoleh pada tahun 1999 dari Universitas Muslim Indonesia Makassar, Fakultas Teknik, jurusan Teknik Elektro Arus Kuat, dengan skripsi tentang Perencanaan Belitan Motor Induksi Enam Kutub Tiga Puluh Enam Alur. Gelar master diperoleh pada tahun 2015 dari Program Pascasarjana Universitas Hasanuddin Makassar jurusan Teknik Elektro, dengan tesis “Analisis Pengaruh Perubahan Belitan Stator Motor Induksi 1 Fasa Starting Kapasitor Menjadi Belitan Stator 3 Fasa terhadap Arus, Tegangan dan Putaran Motor pada Mesin Bor Meja”. Pernah menjabat sebagai Kepala Laboratorium Otomasi Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin Akademi Teknik Soroako antara tahun 2010 sampai tahun 2012. Kemudian menjabat sebagai Kepala Bagian PSDM dan Pelatihan Akademi Teknik Soroako antara tahun 2018 sampai 2019. Saat ini ia menjabat sebagai Ketua LSP Akademi Teknik Soroako dan Ketua Tim Pengabdian kepada Masyarakat.



Buku Ajar



Teori Dasar Listrik dan Elektronika Seorang teknisi perawatan dan perbaikan mesin lulusan institusi vokasi membutuhkan pengetahuan tentang dasar listrik dan elektronika sebagai pengetahuan tambahan untuk melakukan proses perbaikan dan pemeliharaan pada mesin-mesin yang membutuhkan energi listrik sebagai sumber energi utamanya. Pengetahuan dan pemahaman tentang dasar listrik dan elektronika sebagai pengetahuan tambahan untuk melakukan proses perbaikan dan pemeliharaan pada mesin-mesin dapat diperoleh melalui proses pendidikan di institusi pendidikan tinggi vokasi, baik itu politeknik maupun akademi teknik. Buku ini berisi tentang teori dasar listrik, hukum-hukum dasar listrik, teori kemagnetan, komponen-komponen elektronika, jenis-jenis alat ukur dan pengukuran besaran listrik, perhitungan besaran listrik, dan dasar instalasi kelistrikan. Untuk meningkatkan kompetensi mahasiswa, pada beberapa pokok bahasan mahasiswa diberi tugas latihan untuk menerapkan apa yang dipelajari dangan cara mengerjakan tugas yang ada pada bagian akhir buku ini.