INDUKTOR / COIL (KUMPARAN)

Salah satu komponen yang cara kerjanya berdasarkan induksi magnet. Induktor biasa disebut juga spul dibuat dari bahan kawat beremail tipis. Induktor dibuat dari bahan tembaga, diberi simbol L dan satuannya Henry disingkat H.

Kaidah tangan kanan

Fungsi pokok induktor adalah untuk menimbulkan medan magnet. Induktor berupa kawat yang digulung sehingga menjadi kumparan. Kemampuan induktor untuk menimbulkan medan magnet disebut konduktansi. Satuan induktansi adalah henry (H) atau milihenry (mH). Untuk memperbesar induktansi, didalam kumparan disisipkan bahan sebagai inti. Induktor yang berinti dari bahan besi disebut elektromagnet. Induktor memiliki sifat menahan arus AC dan konduktif terhadap arus DC.

Macam-Macam Induktor

Macam-macam induktor menurut bahan pembuat intinya dapat dibagi 4 yaitu :

 

Induktor dengan inti udara ( air core )

 

Induktor dengan inti besi

 

Induktor dengan inti ferit

 

Induktor dengan perubahan inti

Prinsip Kerja Induktor

Kegunaan Induktor dalam sistem elektronik

Apakah Anda tahu fungsi dari Induktor ?

Induktor dalam rangkaian listrik atau elektronika dapat diaplikasikan kedalam rangkaian:

Relay

Speaker

Buzzer

Bleeper

Induktor berfungsi sebagai :

1. tempat terjadinya gaya magnet

2. pelipat tegangan

3. pembangkit getaran

Berdasarkan kegunaannya Induktor bekerja pada :

1. frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator

2. frekuensi menengah pada spul MF

3. frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay dan spul penyaring

Terjadinya Medan Magnet

Induktansi Searah

Bila kita mengalirkan arus listrik melalui kabel, terjadilah garis-garis gaya magnet. Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil (kumparan) yang dibuat dari kabel yang digulung, akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama yang membangkitkan medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet, dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut.

Induktor terhubung sumber tegangan DC

Induktansi Bolak-balik

Bila dua kumparan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan salah satu kumparan (L1) diberi arus listrik AC, pada L1 akan terjadi fluks magnet. Fluk magnet ini akan melalui kumparan kedua (L2) dan akan membangkitkan emf (elektro motorive force) pada kumparan L2. Efek seperti ini disebut induksi timbal balik (mutual induction). Hal seperti ini biasanya kita jumpai pada transformator daya.

Induktor terhubung sumber tegangan AC

Perlawanan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi induktif. Reaktansi Induktif ini diberi simbol XL dalam satuan Ohm.

XL = 2πfL

Keterangan :

π = 3.14

F = frekwensi arus bolak-balik ( Hz)

L = Induktansi ( Henry )

∞ = kecepatan sudut ( 2πfL)

XL = reaktansi induktif ( Ω )

Pengisian Induktor

Bila kita mengalirkan arus listrik I, maka terjadilah garis-garis gaya magnet. Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil (kumparan) yang dibuat dari kabel yang digulung,a akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama membangkitkan medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut. Contoh rangkaian :

Rangkaian Pengisian Induktasi dengan tegangan DC

Bila arus bolak–balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi Hal ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar Л / 2 = 900 dan arus tertinggal (lag) dari tegangan sebesar 900. 2Лf merupakan perlawanan terhadap aliran arus

Rangkaian Pengisian Induktasi dengan tegangan AC

Pengosongan Induktor

Bila arus listrik l sudah memenuhi lilitan , maka terjadilah arus akan bergerak berlawanan arah dengan proses pengisian sehingga pembangkitan medan magnet dengan garis gaya magnet yang sama akan menjalankan fungsi dari lilitan tersebut makin tinggi nilai L ( induktansi) yang dihasilkan maka makin lama proses pengosongannya.

Rangkaian Pengosongan Induktasi

Menghitung Impedansi Induktor

Setelah diperoleh nilai XL maka Impedansi dapat di hitung :

Z disebut impedansi Seri dengan satuan Ω (ohm)

Dari gambar vektor diatas (maaf tidak ada gambar, silahkan cari sendiri), sudut antara V dengan VR disebut sudut fase atau beda fase. Cosinus sudut tersebut disebut dengan faktor daya dengan rumus:

Sehingga yang dimaksud dengan factor daya adalah :

Cosinus sudut yang lagging atau leading.

Perbandingan R/Z = resistansi / impedansi

Perbandingan daya sesungguhnya dengan daya semu.

Sifat Induktor terhadap arus AC dan DC

Rangkaian induktor terhadap AC

Bila arus bolak–balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi yang besarnya:

bila e = Em sin ωt, maka:

e = Em sin ωt

i = Im sin (ωt – 90), maka:

Besarnya XL = 2.Л.f. L dengan ketentuan :

XL adalah reaktansi induktif (Ω)

Л adalah 3, 14

f adalah frekuensi (Hz)

L adalah induktansi (H)

Rumus yang Berhubungan dengan Induktor

a. Jumlah Lilitan Kawat sebuah Induktor

Keterangan :

N adalah jumlah lilitan

p adalah panjang kawat (centi meter)

r adalah jari-jari kawat (centi meter)

L adalah induktansi ( Henry )

b. Reaktansi Induktif

XL = 2πfL

Keterangan :

XL adalah reaktansi induktif (Ω)

Л adalah 3, 14

f adalah frekuensi (Hz)

L adalah induktansi (H)

c. Menghitung Impedansi Rangkaian R L seri

Keterangan :

Z adalah impedansi

R adalah hambatan (Ω) 

L adalah induktansi ( henry )

d. Menghitung Impedansi Rangkaian R L paralel

Keterangan :

Z adalah impedansi

R adalah hambatan (Ω) 

L adalah induktansi ( henry )

e. Nilai Faktor Kualitasnya (Q)

Keterangan :

Q adalah factor qualitas

XL adalah reaktansi induktif (Ω)

R adalah Resistansi (Ω)

f. Rangkaian L dan C Seri

 

Keterangan :

Q adalah factor daya

V1 adalah tegangan (V)

Rangkaian Induktor

Hubungan Seri

Caranya dengan menghubungkan ujung satu di samping ujung induktor yang satu lagi. Besar reaktansinya adalah jumlah reaktansi induktif yang dihubungkan seri tersebut.

Rangkaian seri induktor

XLT = 2πfL1 + 2πfL2 + 2πfL3

LT = L1 + L2 + L3

Contoh :

Jika diketahui :

L1 = 10 mH

L2 = 5 mH

L3 = 4 mH

dengan frekwensi 50 Hz

Maka XLT = 2ΠfL1 + 2ΠfL2 + 2ΠfL3

= 2 x 3,14 x 10 mH +2 x 3,14 x 5 mH +2 x 3,14 x 4 mH

= 5,966 ohm 

LT = L1 + L2 + L3 = 19 mH

XLT = jumlah reaktansi induktif

LT = jumlah induksi total

Hubungan Pararel

Hubungan pararel terjadi bila semua ujung induktor digabung menjadi satu dan ujung yang lainnya juga digabungkan ,kemudian setiap ujung gabungan dengan suatu sumber tegangan.

Rangkaian paralel induktor

Rangkaian R-L seri

Rangkaian seri R-L dan diagram vektor

Dalam rangkaian seri, besarnya arus pada tiap–tiap beban sama. Akan tetapi, tegangan tiap–tiap beban tidak sama, baik besar maupun arahnya. Pada beban R, arus dan tegangan sebesar 90⁰.

Rangkaian Paralel R dan L

Rangkaian parallel R – L

Dalam rangkaian parallel tegangan tiap komponen atau cabang adalah sama besar dengan tegangan sumber. Akan tetapi, arus tiap komponen berbeda besar dan fasenya.

Arus tiap komponen ialah :

Arus pada resistor :

arus sefase dengan tegangan

Arus pada induktor :

arus tertinggal dari tegangan sebesar 90⁰

DIODA

Dioda adalah komponen aktif semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N. Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik. Dioda berasal dari pendekatan kata dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Dioda semikonduktor hanya melewatkan arus searah saja (forward), sehingga banyak digunakan sebagai komponen penyearah arus. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup.

SIMBOL UMUM DIODA

Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya terdapat garis yang melintang. Simbol tersebut sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N).

FUNGSI DIODA

1. Sebagai penyearah, untuk dioda bridge

2. Sebagai penstabil tegangan (voltage regulator), untuk dioda zener

3. Pengaman / sekering

4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas / membuang level sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.

5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen DC kepada suatu sinyal AC

6. Sebagai pengganda tegangan.

7. Sebagai indikator, untuk LED (light emiting diode)

8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier

9. Sebagai sensor cahaya, untuk dioda photo

10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), untuk dioda varactor

JENIS DIODA

1. DIODA PENYEARAH (RECTIFIER)

Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengubah arus ac menjadi dc. Secara umum dioda ini disimbolnya.

 

Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya

Gambar 1. dioda penyearah

2. DIODA ZENER 

Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse (kuadran III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4 sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt.

Fenomena tegangan breakdown dioda ini menginspirasi pembuatan komponen elektronika kerabat dioda yang bernama Zener. Tidak ada perbedaan struktur dasar dari Zener dengan dioda. Dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada Zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 2 volt, 5.6 volt dan sebagainya. Fungsi dari komponen ini biasanya dipakai untuk pengamanan rangkaian setelah tegangan Zener.

Gambar 2. dioda zener

Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang masuk ke rangkaian lain dan beban akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input tegangan dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus sehingga arus akan mengalir ke rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau lebih maka dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui dioda, bukan ke rangkaian atau beban.

3. DIODA EMISI CAHAYA ( LIGHT EMITTING DIODE ) 

Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid State Lamp yang merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga dikategorikan pada keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan elektroda-elektrodanya sama seperti dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-). Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu :

- Sebagai lampu indikator,

- Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,

- Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,

  bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.

Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan cahaya merah atau hijau.

Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED mempunyai nilai besaran terbatas dimana tegangan majunya dibedakan atas jenis warna 

TABEL LED DAN TEGANGANYA

Warna	Tegangan Maju
Merah	1.8 volt
Orange	2.0 volt
Kuning	2.1 volt
Hijau	2.2 volt

Gambar 3. dioda LED

Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA. Karena dapat mengeluarkan cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup dengan menggabungkan dengan sumber tegangan dc kecil saja atau dengan ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan elektrodanya.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi sehingga menghasilkan warna sebagai berikut:

* Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – merah dan inframerah
* Gallium Aluminium Phosphide – hijau
* Gallium Arsenide/Phosphide (GaAsP) – merah, oranye-merah, oranye, dan kuning
* Gallium Nitride (GaN) – hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru
* Gallium Phosphide (GaP) – merah, kuning, dan hijau
* Zinc Selenide (ZnSe) – biru
* Indium Gallium Nitride (InGaN) – hijau kebiruan dan biru
* Indium Gallium Aluminium Phosphide – oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau
* Silicon Carbide (SiC) – biru
* Diamond (C) – ultraviolet
* Silicon (Si) – biru (dalam pengembangan)
* Sapphire (Al2O3) – biru

LED biru dan putih
LED biru pertama kali dan bisa dikomersialkan menggunakan substrat galium nitrida. LED ini ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang.
LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

4. DIODA CAHAYA ( PHOTO-DIODE)

Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja yang melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk dioda cahaya dengan bahan dasar germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat cahaya dan temperature keliling dapat menaikkan arus bocor tersebut karena dapat mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat cahaya yang menyinari semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan dioda cahaya diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch Tape), dimana pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda cahaya. Jika setiap lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang memasuki lubang tersebut akan diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap resistansi dioda cahaya ini tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah rendah. Selain itu banyak juga dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem pengaman (security) misal dalam penggunaan alarm.

Gambar 4. dioda foto.

5. DIODA VARACTOR

Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya mempunyai kapasitas yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini bekerja didaerah reverse mirip dioda Zener. Bahan dasar pembuatan dioda varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat kapasitansinya tergantung pada tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya semakin naik, kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat penerima radio dan televisi di bagian pengaturan suara (Audio). 

Gambar 5. dioda varactor

6. DIODA SCHOTTKY (SCR)

            DIODA SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate(G).SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

Gambar 6. dioda schottky.

Pada gambar diatas terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.

KARAKTERISTIK DIODA

1. Bias Maju Dioda

Adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Jika anoda dihubungkan dengan kutub positif batere, dan katoda dihubungkan dengan kutub negative batere, maka keadaan diode ini disebut bias maju (forward bias). Aliran arus dari anoda menuju katoda, dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup. Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode dan akan selalu positif.

2. Bias Mundur Dioda

Sebaliknya bila anoda diberi tegangan negative dan katoda diberi tegangan positif, arus yang mengalir jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan tidak terlalu besar maupun tidak ada peningkatan yang cukup significant.

Sebagai karakteristik dioda, pada saat reverse, nilai tahanan diode tersebut relative sangat besar dan diode ini tidak dapat menghantarkan arus listrik. Nilai-nilai yang didapat, baik arus maupun tegangan tidak boleh dilampaui karena akan mengkibatkan rusaknya dioda.