Elekronika Dasar

Elektronika dasar ialah bagian dari ilmu elektronika yang mempelajari dasar-dasar komponen; rangkaian; tegangan; karakteristik yang harus terlebih dahulu dipahami dalam membangun sebuah peralatan elektronika.

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

Dalam elektronika memiliki komponen, Komponen Elektronika adalah elemen dasar yang digunakan untuk membentuk suatu rangkaian elektronika dan biasanya dikemas dalam bentuk diskrit dengan dua atau lebih terminal penghubung. Setiap komponen elektronika memiliki fungsinya masing-masing dalam suatu rangkaian elektronika, ada yang berfungsi sebagai penghambat, ada yang berfungsi sebagai penguat, ada yang berfungsi sebagai penghantar, ada juga yang berfungsi sebagai penyaring dan ada yang berfungsi sebagai pengendali. Komponen-komponen Elektronika tersebut juga memiliki nilai dan tipenya masing-masing sehingga dapat menjalankan fungsinya sesuai dengan keinginan para perancang rangkaian elektronika.Komponen diklasifikasikan menjadi 2 kelompok utama, yaitu Komponen Aktif dan Komponen Pasif.

Komponen aktif adalah komponen-komponen di dalam rangkaian elektronik yang mempunyai penguatan atau mengarahkan aliran arus listrik.Komponen ini merupakan jenis komponen elektronika yang memerlukan arus eksternal untuk dapat beroperasi, dengan kata lain komponen elektronika aktif hanya dapat berfungsi apabila mendapatkan sumber arus listrik dari luar (eksternal).

Macam-macam kompenen aktif:

1. Diode

Diode adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Dioda terdiri dari dua Elektroda yaitu Anoda dan Katoda. Yang termasuk dalam keluarga Dioda diantaranya seperti LED (Light Emitting Diode), DIAC, Dioda Zener, Dioda Penyearah, Dioda Foto, Dioda Schottky, Dioda Tunnel dan Dioda Laser.

 

Kompenen Diode
Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).

• Kondisi tanpa tegangan

Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

 

• Kondisi tegangan positif (Forward-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

 

• Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)

Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

Jenis-jenis Dioda dan Fungsi Dioda

Dioda dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan karakteristik dan fungsinya. Jenis-jenis dioda dan aplikasinya adalah sebagai berikut.

• PN Junction Diode: Dioda standar yang terdiri dari susunan PN dan memiliki cara kerja seperti yang dijelaskan sebelumnya. Dioda jenis ini adalah diode yang umum digunakan di pasaran (disebut juga diode generik), digunakan terutama sebagai penyearah arus.
• Light Emitting Diode (LED): Saat dialiri arus forward-bias, LED akan mengeluarkan cahaya. LED saat ini umum digunakan sebagai alat penerangan dan beberapa jenis digunakan untuk menggantikan lampu fluorescent.
• Laser Diode: Dioda jenis laser juga menghasilkan cahaya, namun cahaya yang dihasilkan adalah cahaya koheren. Aplikasi diode laser adalah perangkat pembaca CD dan DVD dan laser pointer.
• Photodiode: Photodiode dapat menghasilkan energi listrik apabila daerah PN junction disinari. Umumnya photodiode dioperasikan dalam reverse-bias, sehingga arus yang kecil akibat cahaya dapat langsung terdeteksi. Photodiode digunakan untuk mendeteksi cahaya (photodetector).
• Gunn Diode: Gunn Diode adalah jenis diode yang tidak memiliki PN Junction, melainkan hanya terdiri dari dua elektroda. Dioda jenis ini dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro.
• BARITT Diode: BARITT (Barrier Injection Transit Time) Diode adalah jenis diode yang bekerja dengan prinsip emisi termionik. Dioda ini digunakan untuk memproduksi sinyal gelombang mikro dengan level derau yang rendah.
• Tunnel Diode: Tunnel Diode adalah dioda yang bekerja memanfaatkan salah satu fenomena mekanika kuantum yaitu tunneling. Tunnel junction digunakan sebagai salah satu komponen pada osilator, penguat, atau pencampur sinyal, terutama karena kecepatannya bereaksi terhadap perubahan tegangan.
• Backward Diode: Backward diode memiliki karakteristik serupa dengan tunnel, perbedannya terletak pada adanya sisi yang diberi doping lebih rendah dibanding sisi yang berlawanan. Perbedaan profil doping ini membuat backward diode memiliki karakteristik tegangan-arus yang serupa pada kondisi reverse dan forward.
• PIN Diode: Pada dioda PIN, terdapat area semikonduktor intrinsic (tanpa doping) yang diletakkan antara P dan N junction. Efek dari penambahan area intrinsic tersebut adalah melebarnya area deplesi yang membatasi pergerakan elektron, dan hal ini tepat digunakan untuk aplikasi pensinyalan (switching).
• Schottky Diode: Pada Schottky diode diberikan tambahan metal pada cuplikan permukaan bagian tengah semikonduktor. Karakteristik yang menjadi keunggulan dioda ini adalah tegangan aktivasi yang rendah dan waktu pemulihan yang singkat. Dioda ini sangat umum digunakan untuk rangkaian elektronik berfrekuensi tinggi, seperti perangkat-perangkat radio dan gerbang logika.
• Step Recovery Diode: Bagian semikonduktor pada dioda ini memiliki level doping yang secara gradual menurun dengan titik terendah di junction. Modifikasi ini dapat mengurangi waktu switching karena muatan yang ada pada daerah junction lebih sedikit. Aplaikasi dari semikonduktor ini adalah pada alat-alat elektronik frekuensi radio.
• Varactor Diode: Diaplikasikan pada mode reverse biasa dengan lapisan penghalang yang dapat berubah-ubah sesuai tegangan diberikan. Hal ini membuat dioda ini seolah-olah merupakan suatu kapasitor.
• Zener diode: Memiliki karakteristik khusus yang mengingkan efek breakdown saat reverse bias Dioda ini dapat menghasilkan tegangan yang tetap dan umum digunakan sebagai penghasil tegangan referensi di rangkaian elektronik.

2. Transistor 

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Arus akan mengalir dari Kolektor(C) menuju Emitor(E) apabila kaki Basis (B) diberikan arus atau tegangan. Sedikit saja arus atau tegangan kita berikan ke kaki basis, maka arus yang besar akan mengalir dari Kolektor ke Emitor. Perbandingan arus colektor yang mengalir ke Emitor dan arus basis yang diberikan dinamakan penguatan atau Gain.Variasi arus basis yang diberikan juga akan mengakibatkan variasi besarnya arus yang mengalir di kolektor ke Emitor. Prinsip inilah yang digunakan untuk membentuk sebuah Amplifier yang handal. Arus kecil dari suara penyanyi yang masuk ke microfon berubah menjadi suara yang besar menggelegar di sepeaker panggung.

3. IC (Integrated Circuit/Sirkuit Terpadu)

IC atau integrated circuit adalah salah satu komponen elektronika aktif yang merupakan gabungan dari ratusan bahkan ribuan komponen elektronika seperti transistor, resistor, dioda, dan juga kapasitor. Jadi dalam komponen ini tersimpan berbagai jenis komponen tersebut dalam bentuk yang lebih compact. Dalam IC, komponen-komponen seperti transistor, resistor, dioda, dan juga kapasitor tersebut diintegrasikan menjadi satu kesatuan rangkaian dalam kemasan yang lebih kecil. Mayoritas IC dibuat dengan menggunakan bahan semikonduktor berupa silicon. Dalam bahasa Indonesia, komponen IC juga kerap disebut dengan nama sirkuit terpadu.
Perlu diketahui bahwa komponen IC sangat bermacam-macam dan memiliki fungsi yang berbeda-beda satu sama lain. Bentuk IC pun juga sangat bermacam-macam, mulai dari yang mirip transistor, single in line, dual line, sampai dengan persegi seperti prosesor komputer. Selain itu IC juga bisa diklasifikasikan menjadi beberapa bagian lagi.
IC dapat dibedakan menjadi 2, yakni IC monolitik dan juga IC hybrid. IC monolitik adalah jenis IC yang berdiri sendiri mengatur satu blok rangkaian tanpa bergabung dengan IC lainnya. Sedangkan IC hybrid adalah jenis IC yang terdiri dari beberapa IC yang bergabung menjadi satu dalam sebuah blok PCB.

Fungsi IC (Integrated Circuit)

Seperti yang telah dikatakan tadi bahwa fungsi dari komponen IC sangatlah bermacam-macam tergantung komponen penyusunnya. Namun jika dilihat dari fungsinya, IC dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yakni IC linier dan IC digital. Berikut adalah beberapa fungsi dari IC linier dan IC digital.

1. Fungsi IC Linier

• Penguat Daya (Amplifier)
• Penguat Operasional (Op Amp)
• Penguat Sinyal (Signal Amplifier)
• Penguat Sinyal Mikro (Microwave Amplifier)
• Penguat RF dan IF
• Multiplier
• Voltage Comparator
• Regulator Tegangan (Voltage Regulator)
• Penerima Frekuensi Radio

2. Fungsi IC Digital

• Gerbang Logika
• Flip Flop
• Timer
• Counter
• Clock
• Multiplexer
• Memory
• Calculator
• Mikrokontrol
• Mikroprosesor

4. SCR

SCR merupakan singkatan dari Silicon Control Rectifier. Komponen ini merupakan salah satu jenis komponen elektronika aktif. SCR memiliki fungsi sebagai pengatur motor DC yang memiliki tegangan besar dengan mengatur tegangan gerbang atau gate. SCR sendiri terbagi menjadi dua jenis, yakni DIAC dan TRIAC.

• DIAC: meneruskan tegangan dari anoda ke katoda atau sebaliknya. Penerapannya pada pengendali motor putar kanan dan putar kiri, seperti pada rangkaian lift.
• TRIAC mempunyai prinsip kerja seperti DIAC, hanya saja TRIAC dapat meneruskan tegangan dari kaki 1 ke 2 atau sebaliknya pada saat ada triger pada Gate. TRIAC digunakan untuk pengatur motor DC atau AC putar kanan dan kiri dengan cara mengatur Gate.