LAPORAN PRAKTEK REGISTER GESER

LAPORAN PRAKTEK

“Register Geser IC 4017” 

Huruf Thank You dengan Bingkai

(Disusun untuk memenuhi UAS praktek Teknik Digital)

  

Oleh :

Indra Budi Gunawan

NIRM : P2.31.38.0.09.027

Yorinda Novlifiani

NIRM : P2.31.38.0.09.062

POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN JAKARTA 2

Jl. Hang Jebat 3/F3 Kebayoran Baru Jakarta Selatan

2010

Pendahuluan

Papan nama berjalan ini dibuat dengan menggunakan sebuah 555 sebagai decade counter dan IC 555 sebagai clock-nya. IC CMOS MC14017 ini mempunyai karakteristik dapat mengaktifkan salah satu bit outputnya saja dan mampu memberikan arus sampai 10mA. Arus output ini sudah cukup untuk menyalakan sebuah led dengan kecerahan yang cukup. IC CMOS ini cukup baik kerjanya terutama dengan tegangan suplai yang daerah kerjanya sangat lebar yaitu mulai 3.0 VDC sampai 18VDC. Dalam proyek ini akan dipilih tegangan 12 VDC agar dapat diapasang pada kendaraan bernotor sehingga menjadi lebih menarik. Sedangkan untuk membentuk pulsa clocknya digunakan IC 555, yang berfungsi sebagai timer yang berfungsi untuk menghasilkan denyutan (pulse) sebagai penggerak IC 4017. Untuk outputnya, digunakan Led berwarna merah, kuning, hijau dan biru. dengan tujuan untuk menambah semarak tampilannya.

BAB II

BAB 2

LANDASAN TEORI

Pada bab ini pembahasan yang diketengahkan adalah mengenai teori dari masing-masing komponen yang digunakan dalam perangkaian alat dalam proyek “lampu berjalan” ini, yaitu :

2.1 RESISTOR

Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator. Bagaimana prinsip konduksi, dijelaskan pada artikel tentang semikonduktor.

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ώ (Omega).

Resistor yang digunakan dalam elektronika terbagi ke dalam dua jenis utama, yaitu terdiri dari :

1. Resistor linier, yang bekerja berdasarkan atau sesuai dengan hukum ohm.

2. Resistor non-linier, yang umum digunakan terdiri dari :

Ø  Foto resistor, yang peka terhadap cahaya.

Ø  Termistor, yang peka terhadap panas.

Ø  Resistor yang bergantung pada tegangan listrik

Resistor juga terdapat jenis yang lain, yaitu terbagi ke dalam dua jenis :

1. Resistor tetap, yaitu resistor yang memiliki nilai hambatan yang tetap dan memiliki batas kemampuan daya misalnya ⅛ watt, ¼ watt, ½ watt, 1 watt, 5 watt dan lain sebagainya. Arti dari batas kemampuan daya adalah resistor hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan daya yang telah ditetapkan, apabila melampaui maka resistor tersebut akan tidak berfungsi lagi. Resistor ini memiliki nilai hambatannya,tipe resistor yang ini berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.

Warna

Nilai

faktor pengali

Toleransi

Hitam

0

1

Coklat

1

10

1%

Merah

2

100

2%

Jingga

3

1.000

Kuning

4

10.000

Hijau

5

100.000

Biru

6

10⁶

Violet

7

10⁷

Abu-abu

8

10⁸

Putih

9

10⁹

Emas

-

0.1

5%

Perak

-

0.01

10%

Tanpa warna

-

-

20%

Tabel - 1 : nilai warna gelang

Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.

Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya. Misalnya resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%

Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I²R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut.

Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100/5W.

2. Resistor tidak tetap (variabel), yaitu resistor yang memiliki nilai hambatan atau resistansi yang dapat diubah-ubah dan dapat dilihat atau dibaca pada bagian luar badan resisitor hambatan maksimal dari resistor tersebut. Jenisnya terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :

2.1. Potensiometer, yaitu resistor variabel yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan memutar poros yang merupakan bagian dari badannya.

2.2 Trimpot, yaitu resistor variabel yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan bantuan obeng kecil ukuran kurang lebih 1-2 milimeter.

Satuan dari resistor adalah Ω atau Ohm, di mana 1 kiloOhm (1kΩ) = 10³ Ohm.

2.2 KAPASITOR

2.2.1 Prinsip dasar dan spesifikasi elektriknya

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

2.2.2 Kapasitor terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :

1. Kapasitor tetap, yaitu kapasitor yang memiliki kapasitansi yang tidak dapat diubah atau telah ditetapkan sebelumnya. Kapasitor ini dibedakan kepada jenis bahan yang digunakan sebagai lapisan di antara lempeng-lempeng logam yang disebut bahan dielektrikum, seperti keramik, mika, kertas, polyester ataupun film. Sehingga kapasitor tetap ini terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :

1.1 Kapasitor non-polar atau tidak memiliki kutub, yaitu kapasitor yang terbuat dari bahan yang tersebut di atas dan nilainya kurang dari 1 mikroFarad (1μF).

1.2 Kapasitor polar atau memiliki kutub, yaitu kapasitor elektrolit (elco) yang memiliki nilai lebih dari atau sama dengan 1 mikroFarad (1Μf).Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda (+) dan (-) di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.

Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al₂O₃) pada permukaannya.

Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.

2. Kapasitor tidak tetap atau variabel, yaitu kapasitor yang memiliki nilai kapasitansi yang dapat diubah-ubah. Kapasitor ini terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :

2.1. Varco, yaitu kapasitor variabel yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan memutar poros yang merupakan bagian dari badannya.

2.2. Trimer, yaitu kapasitor variabel yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan memutar porosnya dengan bantuan obeng kecil ukuran kurang lebih 1-2 milimeter.

2.2.3 Kapasitansi

Satuan dari kapasitor adalah Farad, yang diambil dari nama penemunya Michael Faraday. Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF (10^-6 F), nF (10^-9 F) dan pF (10^-12 F). Untuk mengetahui besarnya nilai kapasitas pada kapasitor dapat dibaca melalui kode angka pada bahan kapasitor tersebut yang terdiri dari 3 angka pada kapasitor nonpolar, misalnya 104 artinya nilai kapasitasnya sama dengan 10*10⁴ = 10x10000 = 10⁵ pF = 10² nF = 0,1 μF. Sedangkan untuk elco tertulis 100 μF / 16 volt artinya elco memiliki kapasitas sebesar 100 μF dan tegangan kerjanya tidak boleh melebihi 16 volt.

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10¹⁸ elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :

Q = CV …………….(1)

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farads)

V = besar tegangan dalam V (volt)

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :

C = (8.85 x 10^-12) (k A/t) ...(2)

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.

Udara vakum

k = 1

Aluminium oksida

k = 8

Keramik

k = 100 - 1000

Gelas

k = 8

Polyethylene

k = 3

.Tabel 2. konstanta dielektrik

2.2.3 Tegangan Kerja (working voltage)

Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Para elektro- mania barangkali pernah mengalami kapasitor yang meledak karena kelebihan tegangan. Misalnya kapasitor 10uF 25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC.

2.3 DIODA

Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan listrik pada satu arah saja, yang memiliki bahan pokok dari Germanium (Ge) dengan tegangan barier sebesar 0,3volt artinya bila tegangan yang melewatinya kurang dari 0,3 volt maka dioda tidak bekerja dan Silikon (Si) dengan tegangan barier sebesar 0,7 volt artinya bila tegangan yang melewatinya kurang dari 0,7 volt maka dioda tidak bekerja.

Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer).

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

2.3.1 Dioda Kontak titik dan Dioda Hubungan

Dioda kontak titik, yaitu dioda yang dipergunakan untuk mengubah frekuensi tinggi menjadi frekuensi rendah, misalnya tipe OA 70, OA 90 dan 1N 60.

Dioda Hubungan, yaitu dioda yang dapat menghantarkan arus atau tegangan listrik yang besar hanya satu arah dan digunakan untuk menyearahkan arus dan tegangan. Dioda ini memiliki tegangan maksimal dan arus maksimal, misalnya tipe 1N4001 ada 2 jenis, yaitu yang berkapasitas 1Ă / 50 volt dan 1Ă / 100 volt.

2.3.2 Dioda Zener

Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi 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.

Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias). Zener juga banyak digunakan untuk aplikasi regulator tegangan (voltage regulator) misalnya tipe 12 volt artinya dioda zener dapat membatasi tegangan yang lebih besar dari 12 volt menjadi 12 volt. Zener yang ada dipasaran tentu saja banyak jenisnya tergantung dari tegangan breakdwon-nya.

2.3.3 Dioda Pemancar Cahaya ( LED, light Emiting Diode )

Merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

LED sering dipakai sebagai indicator pada peraga atau display yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.

2.4 TRANSITOR

Transistor merupakan komponen aktif di mana dalam pengoperasiannya memerlukan sumber tegangan atau sumber arus tersendiri. Transistor sendiri merupakan bahan yang bersifat semikonduktor yang terbuat dari bahan germanium dan silicon, yang mempunyai 3 keping dan dirakit menjadi satu. Keping yang mengapit masing-masing adalah Emitor (E) dan Kolektor (C), sedangkan keping yang diapit adalah Basis (B).

Transistor ini bekerja berdasarkan prinsip pengendalian arus kolektor dengan menggunakan arus pada basis. Dengan kata lain arus basis mengalami penguatan hingga menjadi sebesar arus kolektor. Penguatan ini bergantung pada factor penguatan masing-masing transistor ( αdc dan βdc ). Sifat transistor yang akan saturasi pada nilai tegangan tertentu antara basis dan emitor menjadikan transistor dapat berfungsi sebagai saklar elektronik. Transistor memiliki dua jenis, yaitu :

A. Transistor bipolar, yaitu transistor yang memiliki 2 persambungan kutub. Yang sering digunakan memiliki 3 kaki ( emitor, basis dan kolektor ). Yang merupakan penggabungan dari buah dioda. Jenisnya NPN dan PNP.

B. Transistor unipolar, yaitu transistor yang hanya memiliki 1 persambungan kutub. Jenisnya FET ( Field Effect Transistor ), yang terdiri dari JFET kanal N, JFET kanal P, MOSFET kanal N dan MOSFET kanal P dan memiliki 3 kaki ( source, gate dan drain ).

Pada transistor bipolar prinsip kerja transistor adalah arus bias base-emiter yang kecil mengatur besar arus kolektor-emiter. Hal yang penting adalah bagaimana caranya memberi arus bias yang tepat sehingga transistor dapat bekerja optimal.

2.4.1 Arus Bias

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. Tentu untuk aplikasi pengolahan sinyal frekuensi audio semestinya tidak menggunakan transistor power, misalnya.

2.4.2 Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :

I_E = I_C + I_B ........(1)

Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter I_E adalah jumlah dari arus kolektor I_C dengan arus base I_B. Karena arus I_B sangat kecil sekali atau disebutkan I_B << I_C, maka dapat di nyatakan :

I_E = I_C ..........(2)

Alpha (α)

asering dijumpai spesikikasi_dc (alpha dc) yang tidak lain adalah :

α_dc = I_C/I_E ..............(3)

Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besar α_dc aadalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memiliki_dc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.

Beta (β)

Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.

β = I_C/I_B ............. (4)

Dengan kata lain,β adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook transistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya.

Misalnya jika suatu transistor diketahui besarβ=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu :

I_B = I_C/β = 10mA/250 = 40 uA

Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki β = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah :

I_C =βI_B = 200 x 0.1mA = 20 mA

Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.

2.4.3 Common Emitter (CE)

Rangkaian Common Emitor adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian Common Emitor, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk menunjukkan besar tegangan pada satu titik, misalnya V_C = tegangan kolektor, V_B = tegangan base dan V_E = tegangan emiter.Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit. Diantaranya adalah :

V_CE = tegangan jepit kolektor- emitor

V_BE = tegangan jepit base - emitor

V_CB = tegangan jepit kolektor - base

Notasi seperti V_BB, V_CC, V_EE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

2.4.4 Kurva Base

Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :

I_B = (V_BB - V_BE) / R_B ......... (5)

V_BE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari V_BE. Sehingga arus I_B mulai aktif mengalir pada saat nilai V_BE tertentu.

Umumnya diketahui V_BE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan V_BE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal V_BE = 0 volt.

2.4.5 Kurva Kolektor

Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base I_B, arus kolektor I_C dan tegangan kolektor-emiter V_CE. . Pada gambar berikut telah diplot beberapa kurva kolektor arus I_C terhadap V_CE dimana arus I_B dibuat konstan.

Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.

2.4.6 Daerah Aktif

Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus I_C konstans terhadap berapapun nilai V_CE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus I_C hanya tergantung dari besar arus I_B. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).

Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian Common Emitor), maka dapat diperoleh hubungan :

V_CE = V_CC - I_CR_C .............. (6)

Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :

P_D = V_CE.I_C ............... (7)

Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi P_Dmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya P_Dmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.

2.4.7 Daerah Saturasi

Daerah saturasi adalah mulai dari V_CE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan V_CE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

2.4.8 Daerah Cut-Off

Jika kemudian tegangan V_CC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.

Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor denganβ= 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, V_LED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi R_L yang dipakai.

I_C = βI_B = 50 x 400 uA = 20 mA

Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.

R_L = (V_CC - V_LED - V_CE) / I_C = (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA

= 2.6V / 20 mA = 130 Ohm

2.4.9 Daerah Breakdown

Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan V_CE lebih dari 40V, arus I_C menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan V_CEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. V_CEmax pada databook transistor selalu dicantumkan juga.

2.5 IC ( Integrated Circuit )

IC ( integrated Circuit ) adalah suatu rangkaian yang terintegrasi dari beberapa komponen yang menjadi satu. Pada rangkaian ini digunakan IC4017dan IC 555.

2.5.1 IC CMOS 4017

4-bit asynchronous decade counter dengan output decoded penuh, reset dan clock aktif tinggi dan aktif rendah

kedua input CLK di AND kan, sehigga dapat digunakan sebagai clock dan clock enable.

    +---+--+---+

Q5 |1  +--+ 16| VCC

Q1 |2       15| RST

Q0 |3       14| CLK1

Q2 |4       13| CKE/CLK2

Q6 |5  4017 12| RCO

Q7 |6       11| Q9

Q3 |7       10| Q4

GND |8        9| Q8

    +----------+

IC CMOS 4017

Adapun karakteristik dari IC 4017 ini terdapat 9 kaki yang merupakan jalan keluar ( output ). Kemudian Vcc terletak pada kaki 16. Clock terdapat pada kaki 14. Clock enable terdapat pada kaki 13. Carry out terdapat pada kaki 12 dan kaki 15 adalah sebagai reset.

Pencacah dimulaikan dengan transisi RENDAH ke TINGGI pada jalan masuk lonceng CLK (clock ) sementara jalan masuk CKE ( clock enable ) sedang RENDAH pada jalan masuk CKE, sementara jalan masuk lonceng CLK adalah tinggi. Kalau pencacah – pencacah 4017 dikaskadekan, jalan keluar Carry Out tersebut sedang RENDAH, sementara pencacah berada dalam status 5,6,7,8 dan 9 TINGGI. Pada jalan masuk reset ( RST ) mereset pencacah pada nol ( Q0 = Carry Out = TINGGI, Q1…Q9 = RENDAH ).

IC CMOS 4017 pada rangkaian ini adalah merupakan penghitung atau pencacah, yang berfusi sebagai register geser (Shift Register) yang dapat menggerakkan atau menggeser LED yang dapat menyala dari ke kiri ke kanan. Register ini adalah yang salah satu sub sistemnya paling berguna dan paling banyak kemampuannya dalam suatu system digital. Pencacah yang di drive oleh suatu clock dapat digunakan untuk menggeser banyak daur clock, karena pulsa clock terjadi pada waktu yang diketahui. Shift register dapat digunakan sebagai suatu instrumen untuk mengukur waktu (periode dan frekuensi). Shift register tersebut juga merupakan rangkaian logika penguat sehingga pencacah membutuhkan karakteristik memori dan pewaktu memegang peranan yang penting. Shift register ini digunakan pula untuk membagi frekuensi dan menyimpan data seperti dalam detak digital, dan juga dapat digunakan dalam pengurutan alamat dan dalam beberapa rangkaian aritmetika.

2.5.2  IC 555

IC timer 555 atau sering disebut IC 555 pertama kali dibuat oleh Signetics Corporation pada tahun 1971. Seperti yang telah kita ketahui, untuk IC biasanya terdapat berbagai komponen-komponen elektronika yang terintegrasi didalam 1 chip, demikian pula pada IC 555 ini, IC 555 terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan oleh banyak transistor, untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut :

Dimana terdapat 2 buah komparator, sebuah flip-flop, 2 buah transistor, dan 3 buah resistor yang besarnya sama dan tersusun secara seri, dan terdapat 8 buah pin, yaitu : GND, Trigger, Output, Reset, control voltage, threshold, discharge, dan Vcc.

Fungsi dari IC555 bisa bermacam-macam, karena dapat menghasilkan sinyal pendetak/sinyal kotak. Tergantung kreativitas saja untuk merangkainya, beberapa diantaranya adalah sebagai clock untuk jam digital, hiasan menggunakan lampu LED, menyalakan 7-segment dengan rangkaian astable, metronome dalam industry music, timer counter, atau dengan lebih dalam mengutak-atik lagi dapat memberikan PWM (pulse width modulation) yang mengatur frekuensi sinyal logika high untuk mengatur duty cycle yang diinginkan.

IC 555 ini merupakan IC analog tapi berkemampuan IC digital. Selanjutnya ditinjau dari segi fasilitas yang dimilikinya, menurut saya, IC 555 ini memiliki fasilitas yang cukup lengkap didalamnya, karna didalamnya terdiri dari 2 buah komparator yang outputnya terhubung pada flip-flop sehingga kita dapat menghemat biaya yang digunakan, sebab untuk merealisasikan komparator terlebih dahulu kita harus membeli IC opamp, untuk 2 buah komparator, kita dapat menggunakan IC LM 358, serta membeli sebuah flip-flop, saya rasa hal ini tidak ekonomis. Dan yang terakhir dari segi kegunaannya, untuk level komponen analog.

BAB III

ANALISA RANGKAIAN

3.1 Analisa Rangkaian Secara Blok Diagram

Untuk memudahkan penjelasan, rangkaian ini dibagi mejadi 4 bagian utama, yaitu rangkaian Input, Clock, Pencacah, Output. Keempat Block diatas tentunya memiliki karakteristik dan prinsip kerja . Berikut penjelasannya:

3.1.1 Input

Input pada rangkaian ini berasal dari tegangan yang diberikan pada rangkaian sebesar 12 volt ataupun 9 volt. input tegangan tersebut dapat mengunakan baterai ataupun adaptor. Pada rangkaian ini penulis menggunakan baterai 9 volt sebagai input tegangan.

3.1.2 CLOCK

Pada rangkaian ini penulis menggunakan IC 555 sebagai frekuensi pembangkit clock digunakannya resistor ditengah rangkaian agar keluaran pada pembangkit clock dapat diumpankan ke penghitung IC1.

3.1.3 Pencacah

Pencacah pada rangkaian in menggunakan IC 4017 sebagai shift register, yang dapat menggeser led dari kiri kekanan maupun sebaliknya. Setelah pembangkit clock diumpankan ke penghitung / pencacah IC1 ( IC 4017 ), keluaran – keluaran dari penghitung di reset ke awal mulai,

3.1.4 Output

Output yang digunakan disini adalah 20 keluaran dari 2 buah IC 4017 yang terdiri dari 18 buah kelompok LED dan 2 kali menyalanya 8 kelomkpok LED yang membentuk huruf “ thank you”

2.2 Analisis Rangkaian Secara Detail

Lampu berjalan adalah deretan LED yang menyala satu per satu  kelompok seakan-akan LED tersebut yang berjalan. Clock pada alat lampu berjalan ini adalah tegangan yang berdetak secara tetap terhadap waktu. Agar dapat menghasilkan clock, dibutuhkan tiga komponen penting. Komponen yang dimaksud adalah kapasitor, IC 555 dan resistor. Pada alat lampu berjalan ini digunakan IC sebagai shift register yaitu IC CMOS 4017. IC CMOS 4017 pada rangkaian ini adalah merupakan IC yang berfungsi sebagai register geser (shift register) yang dapat menggerakkan atau menggeser LED. Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). LED adalah singkatan dari Light Emitting Diode (dioda pemancar Cahaya). Dioda ini akan mengeluarkan cahaya jika diberi tegangan sebesar 1,8V dengan arus 1,5 mA. Lampu berjalan adalah alat yang digunakan dengan masukan 9 volt dari tegangan DC (searah) dan keluaran LED yang berbentuk lingkaran. Terdapat empat blok rangkaian pada lampu berjalan ini yaitu blok input tegangan, pembangkit clock, dan blok penggeser keluaran LED. lampu berjalan ini akan diuji apakah shift register bisa menggeser LED. Keluaran terbagi menjadi 18 kelompok, masing-masing kelompok terdiri atas LED  - LED yang nyala secara bersamaan. Ternyata menggunakan shift register untuk menggeser LED adalah bisa dan terbukti. Tentu saja dibutuhkan komponen pendukung yang tak kalah pentingnya seperti IC 555, kapasitor, transistor, dan resistor.

©  Skematik

Gambar 1.3 Skematik pada Orcad

Keterangan :

Pada gambar LED – LED membentuk huruf THANK YOU dengan cahaya berwarna merah dan putih. Sedangkan 2 keluaran lainnya menyala  LED “Thank You”  berwarna biru. Untuk led dengan nomor urut 8 akan membentuk bingkai yang berwarna hijau dan kuning.

Ø  Komponen

Berikut ini adalah komponen-komponen yang dibutuhkan:

NO

KOMPONEN

JUMLAH

1

IC CMOS MCI4017

          2    buah

2

IC 555

          1    buah

3

Resistor 1K Ohm

          2    buah

4

Kapasitor polar 100 Micro Farad

          1    buah

5

Adaptor 12 Volt/ Baterai

               buah

6

Led merah

               buah

7

Led kuning 3 kecil

               buah

8

Led putih kecil

               buah

9

Led biru kecil

               buah

Ø  Cara Kerja Rangkaian

IC 555 merupakan IC pewaktu (timer). Rangkaian osilator clock dibangun dari rangkaian IC 555, R2, R1 dan kapasitor C1. Frekuensi kerjanya diatur dengan mengatur nilai resistansi R1 tetapi jika dirasa masih kurang lambat maka nilai kapasitor C1 dapat diperbesar. IC 555 berfungsi sebagai penggerak IC 4017. IC ini mengeluarkan denyutan (pulse) high dan low secara bergantian. Ada 18 kelompok  LED yang disambungkan ke 20 kakinya  (output). Tiap – tiap kelompok LED akan menyala atau menyala bersamaan untuk kelompok LED yang membentuk huruf “THANK YOU”. artinya apabila denyutan positif keluar LED akan menyala dan LED akan mati jika denyutan negatif keluar dari pin 3 IC 555.

Untuk menggerakkan dan mengaktifkan IC 4017, denyutan positif perlu dimasukkan pada pin 14. Jika satu denyutan positif masuk LED pertama akan menyala dan begitu seterusnya menuju ke LED kedua. Setelah mendapatkan 10 kali pulsa clock maka secara otomatis MC14017 akan reset dan kembali pada kondisi awal yaitu pada Q₀ aktif kembali.

Arah gerakan led dapat dimodifikasi sesuai keinginan. Caranya adalah dengan meletakkan urutan led disesuaikan dengan urutan keaktifannya. Urutan keaktifan dari output 4017 adalah sesuai dengan urutan output Q0, Q1, …, Q10. Dalam proyek ini urutan Led akan ditempatkan sesuai urutan seperti pada gambar. Setiap keluaran pada Q0 sampai Q10 akan disambungkan pada Led yang disusun secara paralel sehingga jika ada satu Led rusak maka tidak akan memutuskan arus yang lain

Gambar/skema kaki - kaki 4017 seperti berikut

dari BILL BOWDEN collection, didapatkan rangkaian umum seperti berikut

Dilihat dari rangkaian diatas diperlukan IC NE-555 sebagai pembangkit clock, sebab 4017 memerlukan perpindahan low ke high (0 ke 1) untuk merubah / menggeser output (Q0 -Q9). Untuk mengubah frekuensi clock (kecepatan sequence) dapat dilakukan dengan merubah nilai R & C dari rangkaian 555, dengan rumus f=1,44/2RC

Fungsi transistor sebagai penghasil arus konstan, jadi LED/lampu yang dipakai stabil . Tapi jika tidak digunakan juga tidak masalah bisa diganti dengan resistor pembatas arus 100 - 1k ohm.

BAB IV

CARA PENGOPERASIAN ALAT

4.1 CARA PENGUJIAN ALAT

Bila rangkaian sudah selesai atau sudah benar pemasangannya baik komponen ataupun jalur-jalurnya, maka pengujian alat dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

A. Menghubungkan rangkaian dengan tegangan sebesar 12V atau 9 V dengan menggunakan baterai atau adaptor .

B. Pada rangkaian ini menggunakan 18 buah kelompok LED, LED-LED pada 8 kelompok yang membentuk huruf “THANK YOU” akan menyala 2 kali dengan serentak yang sebelumnya menyala berurutan dan sepuluh kelompok led lainnya (bingkai) itu akan nyala secara berurutan.

C. Untuk pengaturan kecepatan dari gerak LED dan kapasitas terang daripada LED tersebut dilihat dengan cara menggunakan resistor yang terdapat pada alat tersebut.

4.2 CARA KERJA ALAT

Rangkaian ini memberikan display dari LED yang akan menyala secara berurutan. Rangkaian ini menggunakan IC 4017 sebagai shift register (register geser) dan IC 555 sebagai Clock. Kecepatan nyala berurutan pada sebarisan LED ditentukan oleh frekuensi pembangkit clock. Dan pergeseran LED ditentukan oleh IC 4017. Sehingga keluaran dari IC 4017 dengan 18 kelompok barisan LED. Sehingga LED tersebut dapat menyala secara berurutan dan dihubungkan dengan LED-LED lain sehingga dapat dibentuk sesuai keiginan kita.

BAB IV

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat dari beberapa pengamatan , yaitu :

A. Rangkaian LAMPU BERJALAN ini memiliki 4 bagian utama, yaitu Input, CLOCK, Pencacah, Output

B. IC yang digunakan dalam rangkaian LAMPU BERLALAN ini, sangat berpengaruh karena IC digital inilah yang mengendalikan cara kerja rangkaian secara keseluruhan.

C. IC yang digunakan pada rangkaian ini merupakan IC pencacah sebagai shift register (register geser) yang membuat LED dapat bergerak dari kiri ke kanan. Cepat pergeseran LED dapat diatur dengan capasitor dan resistor yang dihubungkan dengan IC 555 dan kecepatan nyala dapat diatur juga dengan trimpot yang dihubungkan dengan IC sebagai Clock.

D. LAMPU BERJALAN sangat berguna untuk hiasan yang cantik.

5.2 SARAN

Dalam pembuatan proyek ini diharapkan ketelitiannya dalam membuat layoutnya pada project board dan pemilihan komponen apakah masih baik atau tidak serta tidak lupa kecermatan dalam pemasangannya. Untuk itu kami memberikan beberapa saran dalam pembuatan proyek ini:

 Hendaknya sebelum layout digambar pada PCB, gambarkan terlebih dahulu layout pada kertas dengan teliti dan benar agar tidak terjadi kesalahan pada saat pemindahan layout ke PCB. Dan pastikan layout yang telah dipindahkan ke PCB tergambarkan dengan jelas, juga diharapkan PCB tidak kotor atau tergores sehingga pada saat pencelupan ke dalam cairan ferriclorit akan didapatkan gambar yang baik.

 Pastikan pada saat pemasangan komponen-komponennya dilakukan dengan benar sesuai dengan layout yang telah dibuat, khususnya kaki-kaki transistor harus dipasang dengan tepat, baik basis, collector dan emitornya.

 Setelah kita memasang komponen pastilah kita menyoldernya, untuk itu kita harus menyoldernya dengan sangat hati-hati, gunakan solder yang baik dan timah yang baik, sebab banyak komponen-komponen yang sangat sensitive terhadap panas, penyolderan yang kurang baik akan membuat komponen tersebut rusak.

 Apabila rangkaian yang akan kita buat menggunakan IC sebaiknya kita hati – hati dalam penyolderan dan penggunaanya, untuk mencegah IC tersebut cepat panas sehingga rusak dan bocor untuk itu penggunaan socket IC sangatlah diharuskan.

 Pastikan kembali rangkaian yang telah dibuat, untuk meyakinkan apakah rangkaian itu sudah benar.

REFERENSI