Pembangkit Sinyal Pwm Sinusoida Dua Fasa Berbasis Fpga

The Two-Phase Sinusoidal Pwm Signal Generator Using FPGA

Program Studi Teknik Elektro

Program Pascasarjana

Abstract

Pulse Width Modulation (PWM) regulated inverter can be used to regulate it’s output voltage. This research’s objective was to design a digital circuit as sinusoidal PWM signal generator based on FPGA XC4013 chip. This system was designed to generate 2 single phase sinusoidal PWM signal generator with 50 Hz frequency and 900 phase shift.

Sinusoidal PWM signal generator generated using 2 sinusoidal signal with 900 phase shift and 2 triangular signals with signals with 1800 phase shift 12 triangle in one sinusoidal’s period were used in the design. Continuous sinusoidal and triangular signal were sampled 360 times. Frequency regulating process were accomplished using 8 MHz internal clock available in FPGA XC4013 chip.

This research results shows that the sinusoidal PWM signal generator work properly during simulation and configuration process. The design successfully realized in FPGA XC4013 chip using 572 CLBs (99% available CLBs). 900 phase shift resulted. 50 Hz base frequency achieved with  99% accuracy 44 or 45 Hz set point. Effective output voltage tends to be linear toward modulation index change, according this equation, y=0,6639x + 0,1536. 8 MHz internal FPGA oscillator had 12,625% error.

Key words: Sinusoidal PWM, OrCAD, Xilinx FPGA

A.  Pendahuluan

Keuntungan operasi inverter PWM sebagai teknik konversi dibandingkan dengan jenis-jenis inverter lainya dapat dilihat dari rendahnya distorsi harmonik pada tegangan keluaran inverter PWM. Proses pembangkitan sinyal PWM menjadi salah satu faktor penentu unjuk kerja sistem secara keseluruhan.

Selama ini pengendalian inverter PWM secara digital dilakukan dengan menggunakan mikrokontroler atau DSP (Digital Signal Processing). Tuntutan akan kecepatan operasi dan unjuk kerja pengendali yang handal mendorong untuk mengimplementasikan sinyal PWM dalam bentuk rangkian logika perangkat keras (hardware logic). Operasi dalam bentuk perangkat keras ini mempunyai kecepatan lebih tinggi dibanding operasi yang dilakukan secara perangkat lunak oleh mikrokontroler, karena operasi dengan perangkat lunak membutuhkan waktu untuk menerjemahkan perintah-perintah pemrograman. Selain itu lebar data yang dapat diproses juga terbatas oleh kemampuan mikrokontroler.

Implementasi operasi-operasi digital dalam bentuk perangkat keras dapat dilakukan dengan FPGA (Field Programmable Gate Array). FPGA memuat ribuan gerbang logika yang dapat diprogram untuk membentuk suatu logika. FPGA dapat digunakan untuk mengimplementasikan sistem kombinasional dan sekuensial berkecepatan tinggi dengan lebar bit data tidak terbatas. Hal ini membuat FPGA mampu melakukan operasi dengan tingkat keparalelan tinggi yang tak mungkin dilakukan oleh mikrokontroler.

B. Tinjauan Pustaka

Inverter sebagai rangkaian penyaklaran elektronik dapat mengubah sumber tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik dengan besar tegangan dan frekuensi dapat diatur. Pengaturan tegangan dapat dilakukan di luar inverter atau di dalam inverter. Pengaturan tegangan di dalam inverter dikenal sebagai Modulasi Lebar Pulsa (Pulse Width Modulation, PWM) dan selanjutnya disebut inverter PWM.

Baker (1991) sebagaimana dikutip Gendroyono (1999), menggelompokkan inverter menjadi tiga kelompok utama, yaitu:

a.     Inverter tegangan berubah (VVI=Variable Voltage Inverter)

b.     Inverter sumber arus (CSI)

c.     Inverter PWM

Faktor daya pada inverter VVI dan CSI menurun mengikuti kecepatan, sedangkan pada inverter PWM mempunyai faktor daya mendekati satu pada seluruh tingkat kecepatan.

Rashid (1993) menyatakan bahwa banyak penerapan dalam industri sering memerlukan pengaturan tegangan. Hal ini dapat diatasi dengan teknik sebagai berikut:

a.     Tegangan searah masukan bervariasi

b.     Regulasi tegangan inverter

c.     Syarat volt/frekuensi tetap

Metode yang paling efisien untuk mengatur tegangan keluaran adalah memasukkan pengaturan PWM ke dalam inverter. Teknik yang umum digunakan adalah:

a.     PWM tunggal (single pulse width modulation)

b.     PWM jamak (multiple pulse width modulation)

c.     PWM sinusoida

d.     PWM modifikasi sinusodia

e.     Pengaturan penempatan fasa (phase displacement)

Baronti (2003) dalam penelitiannya merancang penggerak penyaklaran konverter DC-DC dengan kendali digital SRAM berbasis FPGA. Rancangan yang dibuatnya telah berhasil divalidasi secara simulasi dengan simulasi VHDL dan merekomendasi rancangannya untuk dikonfigurasi ke perangkat keras FPGA.

Ritter dkk (2003) merancang pengendali PWM untuk motor servo DC. Ritter dkk menggunakan FPGA Xilinx XC4036EX untuk mengendalikan robot yang berjalan dengan 6 kaki. Masing-masing kaki dikendalikan oleh 2 motor servo DC. Sistem yang dirancangnya memerlukan 96 % CLB (1244) dan sekitar 34.500 gerbang.

Guilberto dkk (2003), merancang mobile robot pemadam api untuk keperluan kontes robot pemadam api internasional 2004. Pada rancangannya Guilberto dkk memilih FPGA untuk praposes data pengukuran yang diperoleh dari sensor jarak ultrasonik, pembangkitan sinyal PWM pengendali kecepatan motor DC, menentukan posisi dan kecepatan motor lewat pengawasandian kuadratur dari penyandi motor, dan untuk mendigitalkan sinyal dari microphone.

Marco dkk (2001), merancang simulasi penerbangan helikopter sederhana.. Marco dkk, memilih menggunakan kendali PWM untuk memodelkan pengendalian kecepatan motor yang ada pada helikopter dan menggunakan bahasa pemrograman FAUSEL.

Hao Li dan Qin Jiang (1999), merancang konverter DC-DC 500W, 500 KHz berbasis XC4005XL. Pada penelitiannya dideskripsikan pengembangan pengendalian digital menggunakan FPGA untuk pengendalian penyaklaran tegangan fasa tergeser nol jembatan penuh DC-DC (konverter FPZVS, full bridge phase-shifted zero voltage switching). Rancangan yang dibuat Hao Li dan Qin Jiang disimulasikan dengan perangkat lunak Xilinx Foundation Series dan Pspice, tetapi belum dikonfigurasikan ke dalam FPGA XC4005XL.

Lazic dan Skender (2000), merancang pembangkit sinyal  PWM tiga fasa. Duty cycles sinyal PWM dirancang pada 0,5% - 99,5% dan resolusi 8 bit. Sistem yang dirancang memanfaatkan sinyal PWM untuk membangkitkan sinyal PPM (Pulse Position Modulation). Diterangkan juga bahwa sistem dirancang untuk frekuensi hingga 100 KHz, namun pada artikelnya tak disebutkan tipe FPGA yang digunakan dan juga proses konfigurasinya ke perangkat keras FPGA.

Pascual, dkk (2002) merancang penguat kelas D berbasis inverter PWM. Pada rancangannya, Pascual dkk menganalisis PWM sinusoida dan PWM seragam. Sistem secara keseluruhan menggunakan DSP sekaligus FPGA.

Takahashi pada Military Electronics Conference, 24-25 Sept 2002 menyampaikan idenya untuk merancang sistem pengendalian motor servo AC dengan inverter PWM untuk sistem berunjuk kerja tinggi berbasis FPGA/ASIC. Namun, pada paparannya lebih menekankan pada simulasi dengan Matlab to Verilog Porter (MVP), sehingga ide realisasi rancangan sistem pada FPGA kurang detail dan sulit dipahami dengan jelas.

Penelitian lainnya dilakukan oleh Varnovitsky (1983) dengan menggunakan perangkat keras Interl 8051, pewaktu Am 9513 dan multiplekser CD 4053. Perangkat lunak mikrokontroler ini digunakan untuk membangkitkan sinyal PWM dengan teknik modulasi berbeda.

PWM adalah satu teknik yang terbukti baik untuk mengatur inverter guna mendapatkan tegangan berubah dan frekuensi berubah dari tegangan tetap sumber DC (Grant dan Seidner: 1981). Bentuk gelombang tegangan keluaran inverter tidak sinusoida murni karena mengandung banyak komponen frekuensi yang tidak diinginkan. Jika keluaran inverter ini dicatu ke motor AC, komponen tersebut akan menambah kerugian, getaran dan riak pada motor. Grant dan Seidner juga menyatakan bahwa harmonik yang timbul dapat dihindari jika frekuensi pembawa mempunyai variasi berupa kelipatan dari frekuensi pemodulasi. Teknik modulasi dengan perbandingan frekuensi pembawa dan pemodulasi yang demikian disebut PWM sinkron.

Teknik PWM sinkron ini mampu menghasilkan bentuk gelombang dengan komponen harmonik berfrekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi fundamental. Frekuensi tinggi ini memberikan keuntungan pada sistem. Karena kebocoran induktansi motor menyebabkan impedansi tinggi pada komponen yang tidak diinginkan, maka secara efektif menapis keluaran inverter (Gendroyono: 1999).

Sutopo (2000), sebagaimana dikutip Kusumawardani (2001), menyatakan bahwa perancangan dengan FPGA dapat dilakukan dengan cepat, mudah dimodifikasi dan sesuai untuk prototyping, tetapi akan relatif mahal dan tidak ekonomis untuk produksi yang besar. Penggunaan dengan ASIC (Application Specific Integrated Circuit) akan lebih sesuai untuk produksi besar, tetapi perancangan dengan ASIC akan lebih kompleks dan memerlukan waktu yang lebih lama.

Meskipun telah diketahui beberapa algoritma pembangkitan sinyal PWM dari hasil-hasil penelitian terdahulu, akan tetapi uraian lengkap proses pembangkitan sinyal PWM sulit diperoleh karena tidak dipublikasikan. Pada tesis ini akan dirancang pembangkitan sinyal PWM sinusoida dua fasa secara digital berbasis FPGA XC4013. Teknik modulasi yang digunakan adalah modulasi PWM sinkron, dengan jumlah gelombang segitiga dalam satu periode sinus ditetapkan sebanyak 12 (mf=12). Teknik PWM sinkron ini mempunyai harmonik lebih kecil dari PWM tak sinkron, sedangkan nilai mf menentukan bentuk sinyal sinus yang akan dihasilkan. Berbeda dengan penelitian sebelumnya, pada tesis ini pembangkit sinyal PWM dirancang untuk menghasilkan sinyal PWM dua fasa dengan beda fasa 900, frekuensi 50 Hz dan indeks modulasi bervariasi dari 0 hingga 0,96875 dengan tingkat perubahan 0,03125 (32 variasi).

C. Landasan Teori

1.   Inverter PWM Satu Fasa

Fungsi sebuah inverter adalah untuk merubah tegangan input dc menjadi tegangan ac pada besar dan frekuensi yang dapat diatur (Rashid: 1993). Pengaturan besar tegangan dapat dilakukan dengan 2 cara. Pertama, dengan mengatur tegangan input DC dari luar tetapi lebar waktu penyaklaran tetap. Kedua, mengatur lebar waktu penyaklaran dengan tegangan input DC tetap. Pada cara yang kedua besar tegangan AC efektif yang dihasilkan merupakan fungsi dari pengaturan lebar pulsa  penyaklaran. Cara inilah yang disebut dengan Pulse Width Modulation (PWM). 

silahkan download file doc lengkap klik disini

atau klik disini

Read More

Mengenal Sensor dan Actuator

Sistem otomasi ataupun kontroler tidak akan lepas dengan apa yang disebut 'sensor'. Karena suatu sistem pengendali secara garis besar mempunyai prosedur dan rangkaian proses yang saling berkaitan. Bermula dari proses perubahan yang ditangkap dan diolah oleh pengolah sinyal/data yang kemudian diteruskan sebagai keluaran dari olah data dalam bentuk kondisi pengendalian. Semua proses tersebut juga akan di adopsi pada dunia robotika dan bahkan rangkaian proses tersebutlah yang menjadi suatu proses rutin/inti dalam bagian bagian robot yang dapat digambarkan sebagai aliran darah suatu robot.

Apa itu Transduser ?

Transduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari satu bentuk ke bentuk lain, yang merupakan elemen penting dalam sistem pengendali. Secara umum transduser dibedakan atas dua prinsip kerja yaitu: pertama, Transduser Input dapat dikatakan bahwa transduser ini akan mengubah energi non-listrik menjadi energi listrik. Kedua, Transduser Output adalah kebalikannya, mengubah energi listrik ke bentuk energi non-listrik.

Bagaimana dengan Sensor ?

Sensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur sesuatu yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat/pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroller sebagai otaknya.

Macam-macam Sensor ?

Sensor Kedekatan (Proximity), yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik. Sensor jenis ini biasanya tediri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindunginya dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor ini dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip kerjanya adalah dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu lingkungan medan frekuensi tinggi.

Sensor Magnet - juga disebut relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.

Sensor Sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggin intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya. Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima.

Sensor Efek-Hall - dirancang untuk merasakan adanya objek magnetis dengan perubahan posisinya. Perubahan medan magnet yang terus menerus menyebabkan timbulnya pulsa yang kemudian dapat ditentukan frekuensinya, sensor jenis ini biasa digunakan sebagai pengukur kecepatan.

Sensor Ultrasonik - bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil.

Sensor Tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.

Sensor Suhu- ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan; thermocouple (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor. Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan/dilebur bersama, perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) didasari pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan o perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil.

IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.

Sensor Kecepatan/RPM - proses penginderaan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.

Apa itu Actuator (penggerak) ? Penggerak, dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Biasa digunakan sebagai proses lanjutan dari keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh suatu sensor atau kontroler. Terdiri dari 3 jenis pokok :

·       Relai adalah alat yang dioperasikan dengan listrik dan secara mekanis mengontrol penghubungan rangkaian listrik, bermanfaat untuk kontrol jarak jauh dan untuk pengontrolan alat tegangan dan arus tinggi dengan sinyal kontrol tegangan dan arus rendah. Bekerja berdasarkan pembentukan elektromagnet yang menggerakkan elektromekanis penghubung dari dua atau lebih titik penghubung (konektor) rangkaian sehingga dapat menghasilkan kondisi kontak ON atau kontak OFF atau kombinasi dari keduanya.

·       Selenoid adalah alat yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik atau arus listrik menjadi gerakan mekanis linear. Terbentuk dari kumparan dengan inti besi yang dapat bergerak, besarnya gaya tarikan atau dorongan yang dihasilkan adalah ditentukan dengan jumlah lilitan kumparan tembaga dan besar arus yang mengalir melalui kumparan.

·       Stepper adalah alat yang mengubah pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan rotor discret (berlainan) yang disebut step (langkah). Satu putaran motor memerlukan 360 derajat dengan jumlah langkah yang tertentu perderajatnya. Ukuran kerja dari stepper biasanya diberikan dalam jumlah langkah per-putaran per-detik. Motor stepper mempunyai kecepatan dan torsi yang rendah namun memiliki kontrol gerakan posisi yang cermat, hal ini dikarenakan memiliki beberapa segment kutub kumparan.

·       Motor DC adalah alat yang mengubah pulsa listrik menjadi gerak, mempunyai prinsip dasar yang sama dengan motor stepper namun gerakannya bersifat kontinyu atau berkelanjutan. Motor DC dibagi menjadi 2 jenis yaitu ; Motor DC dengan sikat (mekanis komutasi), yaitu motor yang memiliki sikat karbon berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga arah tenaga putaran motor akan selalu sama. Motor DC tanpa sikat , menggunakan semi konduktor untuk merubah maupun membalik arus sehingga layaknya pulsa yang menggerakkan motor tersebut. Biasa digunakan pada sistem servo, karena mempunyai efisiensi tinggi, umur pemakaian lama, tingkat kebisingan suara listrik rendah, karena putarannya halus seperti stepper namun putarannya terusmenerus tanpa adanya step.

Mengenal Sensor dan Actuator file type:doc

Read More

Teori Dasar Elektronika dan Dasar Kelistrikan

Teori Dasar Elektronika dan Dasar Kelistrikan

1. Teori Elektron dan teori Atom
2. Arus listrik dan satuannya
3. tegangan listrik dan satuannya
4. Resistor (Hambatan listrik) dan satuannya
5. Hukum Ohm dan Daya Litrik dan satuannya
6. Pengenalan Komponen: 

Kode warna pada resistor

Kondensator

Dioda

Transformator

Transistor

TEORI ELEKTRON dan TEORI ATOM

Teori Elektron dikemukakan oleh Democretos, yang mengatakan :

Jika suatu benda/Zat (padat, cair, gas) dibagi-bagi menjadi bagian yang terkecil dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya disebut molekul. Kemudian jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang sangat kecil sekali, dan bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya, disebut atom.

Atom berasal dari kata Yunani yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi.

A = tidak sedangkan tomos = dibagi-bagi.

Jadi Atom adalah bagian yang terkecil dari suatu molekul yang tidak dapat dibagi-bagi lagi menurut reaksi kimia biasa.

Sedangkan molekul adalah bagian yang terkecil dari suatu benda yang masih memiliki sifat asalnya.

Teori Atom

Atom terdiri dari sebuah inti atom (nukleus) yang disusun oleh proton dan netron, dan dikelilingi oleh elektron-elektron.

Proton adalah partikel penyusun atom yang bermuatan positip

Elektron adalah partikel penyusun atom yang bermuatan negatip

Netron adalah partikel penyusun atom yang tidak bermuatan (netral)

Sebuah atom dikatakan netral apabila jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom tersebut.

Atom netral jika diambil/dikurangi satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kekurangan elektron. Atom yang kekurangan elektron akan bermuatan positip, disebut Ion Positip.

Atim netral jika ditambahkan satu atau lebih elektronnya, maka atom tersebut tidak berkesetimbang (netral) lagi, karena kelebihan elektron. Atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatip, disebut Ion Negatip

Elektron bebas = Elektron Valensi adalah elektron-elektron yang berada pada lintasan kulit atom terluar.

Sifat-Sifat Atom

Sifat-sifat atom antara lain :

a.Nomor atom suatu unsur menyatakan jumlah proton atau jumlah elektron                   dalam sebuah atom netral. (jumlah proton = jumlah elektron).

b. Suatu Unsur dinyatakan dengan :

         A

             X                 dimana : X = nama unsur

               Z                                     A = nomor massa

                                                      Z  = nomor atom

      c. Nomor massa suatu atom menyatakan jumlah proton dan netron dalam inti.

          Contoh:                                    1

                    1. Atom Hidrogen :           H

                                                           1  

                        Berarti, dalam atom H terdapat 1 elektron dan 1 proton.

                                                            4

                     2. Atom Helium :              He

                                                             2

                         Berarti, dalam atom He terdapat 2 elektron, 2 proton (Z), dan 2                              

                          Neutron ( A – Z ).

    

       d. Ion positip ialah atom yang kehilangan/kekurangan satu atau lebih  .

                               elektronnya.

       e. Ion Negatip ialah atom yang kelebihan satu atau lebih elektronnya.

Hukum Muatan Listrik

1. Jika ada dua benda bermuatan sejenis saling berdekatan (positip dengan positip atau negatip dengan negatip), maka akan terjadi tolak menolak.
2. Jika ada dua benda bermuatan tak sejenis saling didekatkan akan terjadi tolak menolak.

Kedua Hukum diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Muatan sejenis akan tolakmenarik
2. Muatan tak sejenis akan tarik menarik

Perpindahan Muatan Listrik

Berdasarkan kemampuan suatu bahan untuk memindahkan muatan listrik, dapat dibagi kelompok dalam :

1. Konduktor atau penghantar

Yaitu benda atau bahan yang dapat memindahkan muatan listrik

Sifat konduktor antara lain:

a.mempunyai banyak elektron bebas.

   Elektron bebas yaitu elektron-elektron yang berada pada lintasan terluar dari

    Struktur atom.

b. elektron-elektron pada atom mudah berpindah dari lintasan yang dalam ke

    lintasan terluar.

c. Biasanya mudah mengantar panas/kalor seperti : besi, emas, perak, tembaga

    aluminium, kuningan dan lain-lain.

    Benda cair: larutan elektrolit ( H2SO4 ), air  ( H2O )

    Tubuh manusia, tanah dan sebagainya.

  

1. Isolator atau Penyekat

Adalah benda atau bahan yang tidak dapat memindahkan muatan listrik.

Sifat dari isolator antara lain :

a. Ikatan elektron pada intinya sangat kuat. (tidak ada elektron bebas).

b. Sulit menghantar panas/kalor.

1. Semikonduktor atau Setengah Penghantar

Adalah benda atau zat yang kurang baik untuk konduktor dan tidak sempurna sebagai isolator.

Contoh:

a. Silikon

            b. Germanium

            Kedua bahan tersebut biasa dipakai utnuk membuat komponen seperti :

1.      Dioda

2.      Transistor

3.      IC (Integrated Circuit = Rangkaian yang dimampatkan/terpadu).

4.      Micro chip.

ARUS LISTRIK dan SATUANNYA

Arus listrik adalah muatan-muatan negatip (elektron-elektron) yang mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.

Mengenai arus listrik ini diselidiki oleh Andre Marie Ampere, yang mengatakan :

(Kuat) Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap sekon (detik). Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

            Q

I  =  ———-  dimana :    I  =  Arus listrik dalam satuan Ampere  ( A )

 t                          Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb  ( C )  

                                         t  = waktu dalam satuan sekon atau detik  ( s ) atau ( dt )

 1 Ampere yaitu apabila dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar satu

                           coulomb selama satu sekon ( detik ). 

                         1 coulomb                                                                18

1 Ampere  =  —————–                       1  Coulomb  =  6,3 x 10     elektron.

                          1 sekon

                                                                      Coulomb                                   Coulomb

Maka  berdasarkan satuannya  Ampere =  ————–    atau   Ampere  =  ————–

                                                                       Sekon                                        Detik

                                                 Coulomb  =  Ampere x  Sekon

                                                                       Coulomb

            Sedangkan untuk          Sekon     =  ————–

                                                                        Ampere

Ketiga rumus ini dapat diingat dengan menggunakan segitiga seperti berikut :

                                                                  Q

                                               1.  I   =  ———

                   Q                                             t

                                                2.  Q  =   I   x   t

              I           t                                         Q

                                                3.  t   =  ———

                                                                   I

Contoh Soal :

1. Dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar 3600 coulomb, selama 4 menit. Berapakah besar arus listriknya ?

Diketahui :  Q  =  3600  C

                     t  =        4 menit = 4 x 60 s  = 240 s = 240 dt

Ditanyakan :  I  =  ?

                          Q              3600 C

Jawab :   I  =  ——-  =   ————-  =  15  Ampere

                            T                240 s

Jadi arus listrik yang mengalir =  15 ampere = 15 A

1. Didalam sebuah penghatar selama 2 menit mengalir arus listrik sebesar 2 Ampere.  Tentukanlah besar muatan listriknya !

Diketahui  :  t  =  2 menit  =  2 x 60 detik  =  120 s = 120 dt

                     I  =  2  Ampere

Ditanyakan  :  Q  =  ?

Jawab :  Q  =  I  x  t   =  2 A  x  120  dt  =  240 A , dt  =  240 Coulomb.

Jadi muatan yang mengalir = 240 Coulomb = 240 C

.     3.  Muatan listrik sebesar 600 Coulomb mengakibatkan arus mengalir di dalam   

           penghantar sebesar 3 Ampere. Berapa lama muatan itu mengalir ?

Diketahui :  Q  =  600 Coulomb

                     I   =      3 Ampere

Ditanyakan : t  =  ?

                         Q               600  C

Jawab :  t  =  ———  =  ————  =  200  sekon  =  200  dt

                           I                   3  A

Jadi lama muatan itu mengalir =  200 sekon  =  200 detik

       4. Selama 20 menit di dalam penghantar mengalir muatan sebesar 1200 Coulomb.

            Berapakah besar arus listriknya  ?

Diketahui  :  t  =  20  menit  =  20  x  60 detik  =  1200  s  =  1200  dt

                     Q =  1200 Coulomb

Ditanyakan  :  I  =  ?

                           Q         1200 C

Jawab  :  I  =  ——– = ———–  =  1  Ampere   =  1  A

                            T          1200 s

Jadi arus listrik yang mengalir dalam penghantar =  1  Ampere  =  1  A

                                                                3

1  Ampere  =  1000  mili Ampere  =  10    m A

                                                                        3

            1 mili Ampere = 1000 mikro Ampere =  10   u A

1 Ampere  =  1000 m A = 1000.000  mikro Ampere

Sumber Arus Listrik

     Sumber arus listrik adalah penghasil arus listrik. Sumber arus listrik ada 2 macam :

1. Sumber arus listrik searah ( DC = Direct Current )

Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya. Pada gambar grafik yang memperlihatkan hubungan antara tegangan ( V ) dan waktu ( t ) pada

Arus Listrik searah ( DC ).                               

V   

                                                   t

          Gambar 3. Grafik Arus Listrik Searah ( DC)

Contoh Sumber arus listrik searah ( DC )

1. Batere/Baterai  ( elemen kering )
2. Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )
3. Elemen Volta ( elemen basah )
4. Solar sel
5. Dinamo DC atau Generator DC

Read More