Mikrokontroler

Micro Controller Unit (MCU) adalah sebuah chip mikrokomputer yang
didalamnya terdapat mikroprosessor (CPU), memory RAM, ROM,
EEPROM, I/O Port dan bahkan ADC-DAC serta beberapa fasilitas
penunjang lainnya seperti misalnya Timer dan PWM yang sudah
terintegrasi dalam satu IC.

Gambar 8.01 IC Mikrokontroller 68HC11F1

8.1. Mikrokontroller MC68HC11F1
Salah satu jenis mikrokontroller yang dibahas pada buku ini adalah
MC68HC11F1 buatan Motorolla yang memiliki feature sebagai berikut :


Sistim timer expanded 16 bit dengan empat tingkat prescaler yang
dapat diprogram

Serial Coomunication Interface (misalnya untuk RS232)

Serilal Peripheral Interface (misalnya untuk LCD)

Delapan masukan analog 8 bit ADC

Enam Port Digital I/O 8 bit

Block Protect Mechanism untuk EEPROM dan CONFIG

Nonmultiplexed Expanded Bus

68 pin PLCC

Power saving STOP dan STOP

64 K Memory Addressability

512 bytes EEPROM

1024 bytes RAM

8 bit Pulse Accumulator Circuit

Bit Test dan instruksi percabangan

Real-Time Interrupt

Empat Programmable Chip Select

Computer Operating Properly (COP) Watchdog system

Gambar 8.02 Blok Diagram MC68HC11F1

8.2. Mode Operasi dan Deskripsi Sinyal
8.2.1. Mode Operasi
MC68HC11F1 menyediakan fasilitas untuk memilih salah satu dari empat
mode operasi. Ada dua mode operasi normal dan dua mode operasi
khusus. Mode operasi normal yaitu mode sibgle-chip dan mode
expanded yang tidak dimultiplex. Sedangkan mode operasi khusus yaitu
bootstrap dan mode test.
Pemilihan mode dilakukan dengan mengatur logika masukan pada pin
MODA dan MODB seperti pada table beikut ini.

Tabel 8.01 Mode Operasi MC68HC11

MODA MODB Mode Operasi
0
1
0
1
1
1
0
0
Single Chip
Expanded Nonmultiplexed
Special Bootstrap
Special Test

8.2.1.1. Mode Single-Chip
Gambar 8.03. Mikrokontroler Mode Single Chip

Pada mode ini, mikrokontroller bekerja terbatas sesuai dengan
kemampuan yang tersedia pada satu chip mikrokontroller itu sendiri
tanpa memiliki saluran alamat dan data keluar.
Semua kode program disimpan pada EEPROM sebesar 512 byte yang
beralamatkan $FE00 – $FFFF.
Pada mode ini semua pin dapat dipergunakan sebagai input/output port
dan semua aktivitas alamat serta data harus berada pada internal
memory yang di dalam mikrokontroler.
Untuk fungsi-fungsi penggunaan yang mudah dan pembuatan program
yang relatif kecil serta dapat ditampung sesuai kapasitas memori intern,
mikrokontroler dapat dioperasikan atau dapat dibangun pada “Single Chip
Mode”. Program dibuat dan ditempatkan pada EEPROM yang tersedia di
dalam chip mikrokontroler itu sendiri sedangkan data temporernya
disimpan pada internal RAM.
Pada fungsi ini, mikrontroller bekerja hanya dengan dirinya sendiri tidak
dengan bantuan perangkat memori dan peripheral input output dari luar.

Sinyal masukan dan keluaran langsung disambungkan ke pin-pin pada
PORT yang tersedia dalam IC mikrokontroler itu sendiri. Dengan
demikian secara phisik suatu kontrol dengan mikrokontroler single chip
tidak memerlukan tempat yang besar. Karena kapasitas memori yang
tersedia pada single chip biasanya kecil, penggunaan mikrokontroler
pada mode single chip menjadi sangat terbatas untuk program-program
pendek saja.
Dengan adanya fungsi-fungsi seperti timer, watchdog-system, analog to
digital conversion untuk keperluan masukan analog, interface untuk
komunikasi data serial, port paralel dan serial serta port-port digital
lainnya sebuah chip mikrokontroler dapat difungsikan sebagai ”Single

Chip”, sedangkan untuk mikroprosessor tambahan fungsi-fungsi di atas
tidak ditemukan.

8.2.1.2. Mode Expanded-Nonmultiplexed
Pada mode ini, mikrokontroller dapat mengakses alamat sampai 64 K
byte.
Port B dan port F berubah fungsi sebagai saluran alamat satu arah keluar
dan port C berfungsi sebagai saluran data dua arah.
Pin-pin pada port B menjadi saluran alamat orde tinggi dan pin-pin pada
port F menjadi saluran alamat orde rendah.

Gambar 8.04 Mikrokontroler Mode Expanded Nonmultiplexed

Pin baca/tulis (R/ W ) digunakan untuk mengontrol arah aliran pada
saluran data port C.
Programable chip selects dapat menggunakan port G pada pin PG7 –
PG4
Untuk fungsi-fungsi penggunaan yang besar, program dan data
ditempatkan pada external memori dan untuk keperluan tersebut
mikrokontroler beroperasi atau dibangun pada ”Expanded Mode”.
Pada mode ini akan terbentuk saluran data dan saluran alamat untuk
keperluan perangkat tambahan luar seperti penambahan EPROM dan
RAM dengan kapasitas yang jauh lebih besar.

Karena pada mode expand beberapa input output berubah berubah
fungsi menjadi saluran data dan saluran alamat, sebagai konsekuensinya
jumlah port input output akan berkurang dibandingkan apabila
mikrokontroler ini dibangun sebagai single chip.
Untuk keperluan yang besar yang membutuhkan banyak port input
output, kita dapat menggunakan saluran data dan alamat tersebut untuk
disambungkan ke beberapa peripheral input utput sebanyak yang kita
inginkan.
Dengan penambahan fungsi-fungsi dan fasilitas lainnya yang disimpan
dalam EPROM yang besar di luar chip mikrokontroler.
Penggunaan mikrokontroler dengan mode expand menjadi sangat luas
dan mempermudah dalam pembuatan program-program panjang baik
untuk keperluan pelatihan maupun program-program aplikasi
mikrokontroler untuk pengontroller mesin-mesin industri yang kompleks.

8.2.1.3. Mode Bootstrap
Mode khusus bootstrap ini sama dengan mode single-chip. Program
resident bootloader mengijinkan pengisian program panjang kedalam
RAM mikrokontroller memalui port SCI.
Kontrol program dilalukan ke RAM ketika medapatkan sedikitnya empat
karakter yang sesuai. Pada mode ini semua vector interrupt dipetakan ke
dalam RAM seperti dalam tabel sehingga jika diperlukan kita dapat
mengatur lokasi loncat yang sesuai dengan table berikut ini.

Tabel 8.02. Bootstrap Mode Jump Vectors

8.2.1.3.1.1. Alamat Vector
00C4 SCI
00C7 SPI
00CA Pulse Accumulator Input
Edge
00CD Pulse Accumulator Overflow
00D0 Timer Overflow
Timer Output Compare 5 /
Input Capture 4
Timer Output Compare 4
00D3
00D6
00D9 Timer Output Compare 3
00DC Timer Output Compare 2
00DF Timer Output Compare 1
00E2 Input Capture 3
00E5 Input Capture 2
00E8 Input Capture 1

00EB Real-Time Interrupt
00EE IRQ
00F1 XIRQ
00F4 SWI
00F7 Illegal Opcode
00FA COP Fail
00FD Clock Monitor
BF00 (boot) Reset

8.2.1.4. Mode Test
Mode expanded khusus ini pada umumnya dipergunakan untuk
pengujian. Kadang digunakan pula untuk program kalibarsi dara personal
kedalam internal EEPROM. 512 Byte EEPROM ini inisialnya disettidak
aktif.
Kita dapat mengakses beberapa pengujian khusus. Reset dan interrupt
vector diakses dari luar dari lokasi $BFC0 – $BFFF

8.2.2. Deskripsi Sinyal
Mikrokontroler MC68HC11F1 dalam kemasan Plastic leaded chip carrier
(PLCC) terdiri 68 pin dengan sesusunan sebagai berikut :

Gambar 8.05 Pin IC MC68HC11G1

8.2.2.1. VDD dan VSS
Power supply disambungkan ke mikrokontroler m dua buah pin. VDD
disambung ke positiv 5 V (± 10 %) dan VSS disambung ke ground (0 V).
Mikrokontroler bekerja dengan tegangan power supply tunggal 5 volt
nominal. Perubahan sinyal yang cepat pada pin power supply ini dapat
menyebabkan kerusakan. Untuk mencegahnya gunakanlah power supply
yang baik atau dapat pula dipasangkan kapasitor bypaas untuk meredam
frekueni tinggi atau noise yang mungkin terjadi.

8.2.2.2. Reset (RESET )
Adalah signal control dua arah aktif low yang dipergunakan untuk
menginisialisasi mikrokontroler sebagai tanda awal kerja stsrt-up.

8.2.2.3. XTAL dan EXTAL
Pin-pin ini menyediakan interface suatu kristal atau suatu CMOS-
compatible clock untuk menkontrol rangkaian generator clock internal.
Frekuensi kristal yang diterapkan harus empat kali lebih tinggi dari
frekuensi clok yang diinginkan.

8.2.2.4. E Clock
Pin ini menyediakan keluaran pulsa E clock yang dihasilkan oleh internal
clock generator yang dapat dipergunakan sebagai timing referensi.
Frekuensi keluaran E clock adalah seperempat dari freuensi kristal yang
dipasang.

8.2.2.5. 4XOUT
Pin ini menyediakan keluaran pulsa yang telah diperkuat yang besarnya
frekuensi adalah empat kali E clock. Keluaran pin ini dapat dipergunakan
sebagai clock masukan bagi prosessor lain.

8.2.2.6. IRQ
Negative edge-sensitive atau level-sensitive. Pemilihan ini dapat
dilakukan dengan mngeset bit IRQE pada register OPTION dimana pin ini
defaultnya setelah reset diset pada mode level- sensitive.

Pin ini adalah aktif low sehingga untuk rancang baunnya diperlukan
sebuah resistor pull up yang dipasang antara pin ini dengan VDD.
Pin ini menyediakan fasilitas interrupts asinkron yang dapat ditriger
berdasarkan

8.2.2.7. XIRQ
Pin ini menyediakan fasilitas nonmaskable interrupt. Setelah reset, bit X
pada condition code register diset menutup beberapa interup sampai
dibuka kembali melui software. Input pin interrupt ini adalah level-
sensitive yang aktif low sehingga memerlukan resistor pull up yang
siambungkan ke VDD.

8.2.2.8. MODA/ LIR dan MODB/VSTBY
Pada saat reset pin ini berfungsi untuk memilih mode operasi, yitu dua
mode operasi normal dan dua mode operasi khusus.
Keluaran LIR dapat dipergunakan sebagai salah satu cara debugging
setelah proses reset selesai. Pin LIR ini adalah open-drain yang akan

berlogika low selama siklus pertama E-Clock pada setiap instruksi dan
akan tetap bertahan selama siklus tersebut.
Masukan VSTBY dipergunakan untuk mempertahankan isi RAM selama
tegangan power supply tidak ada.

8.2.2.9. VRL dan VRH
Pin ini dipergunakan untuk tegangan referensi
Analog To Digital Converter.

8.2.2.10. R/ W
Keluaran R/ W dipergunakan untuk mengontrol arah aliran data pada
saluran data external dalam mode operasi expanded-nonmultiplexed.
Sinyal berlogika rendah pada pin ini menunjukkan bahwa data akan
dituliskan pada saluran data external. Sedangkan sinyal berlogika tinggi
pada pin ini menunjukkan bahwa proses pembacaan data sedang
berlangsung.

Pada mode single-chip dan bootstrap pin R/ W akan berlogika tinggi.

8.2.2.11. Port Input/Output
Pada IC Mikrokontroler MC68HC11F1 terdapat 54 pin input/output (I/O)
yang terbagi dalam enam port yang masing-masing port terdiri dari 8 bit ,
yaitu Port A, Port B, Port C, Port E, Port F dan Port G. Sedangkan satu
port lagi yaitu Port D terdiri dari enam bit.

Kebanyakan dari port tersebut memiliki banyak fungsi tergantung pada
mode operasi yang dipilih. Tabel di bawah ini memperlihatkan fungsi
setiap port sesuai dengan mode operasinya.

Tabel 8.03 Fungsi sinyal port

Port Bit Single-ChipBootstrap ExpandedSpecal-test
A 0 PA0/IC3 PA0/IC3
A 1 PA1/IC2 PA1/IC2
A 2 PA2/IC1 PA2/IC1
A 3 PA3/IC4/OC5 PA3/IC4/OC5

A 4 PA4/OC4/OC1 PA4/OC4/OC1
A 5 PA5/OC3/OC1 PA5/OC3/OC1
A 6 PA6/OC2/OC1 PA6/OC2/OC1
A 7 PA7/PAI/OC1 PA7/PAI/OC1
B 0 PB0 A8
B 1 PB1 A9
B 2 PB2 A10
B 3 PB3 A11
B 4 PB4 A12
B 5 PB5 A13
B 6 PB6 A14
B 7 PB7 A15
C 0 PC0 D0
C 1 PC1 D1
C 2 PC2 D2
C 3 PC3 D3
C 4 PC4 D4
C 5 PC5 D5
C 6 PC6 D6
C 7 PC7 D7
D 0 PD0/RxD PD0/RxD
D 1 PD1/TxD PD1/TxD
D 2 PD2/MISO PD2/MISO
D 3 PD3/MOSI PD3/MOSI
D 4 PD4/SCK PD4/SCK
D 5 PD5/ ss PD5/ ss
E 0 PE0/AN0 PE0/AN0
E 1 PE1/AN1 PE1/AN1
E 2 PE2/AN2 PE2/AN2
E 3 PE3/AN3 PE3/AN3
E 4 PE4/AN4 PE4/AN4
E 5 PE5/AN5 PE5/AN5
E 6 PE6/AN6 PE6/AN6
E 7 PE7/AN7 PE7/AN7
F 0 PF0 PF0
F 1 PF1 PF1
F 2 PF2 PF2
F 3 PF3 PF3

F 4 PF4 PF4
F 5 PF5 PF5
F 6 PF6 PF6
F 7 PF7 PF7
G 0 PG0 PG0
G 1 PG1 PG1
G 2 PG2 PG2
G 3 PG3 PG3
G 4 PG4 PG4/CSIO2
G 5 PG5 PG5/CSIO1
G 6 PG6 PG6/CSGEN
G 7 PG7 PG7/ CSPROG

8.3. Memory dan Kontrol dan Register Status
8.3.1. Memory
MC68HC11F1 pada dasarnya mampu mengakses 64 K byte alamat
memori external. Satu chip IC memiliki 1 K byte static RAM, 512 byte
EEPROM dan 96 byte status dan code register. Gambar 1.6 berikut
mengilustrasikan peta memory untuk semua mode operasi.

8.3.2. Pemetaan Memory Subsystems
Menggunkan register INIT, dapat dilakukan pemetaan untuk 96 byte blok
register kontrol dan register status dserta 1K RAM static ke dalam 4K
boundary di memory.

Setelah reset lokasi Ram adalah pada alamat $0000 sampai dengan
$03FFF dan lokasi register berada pada alamat $1000 sampai dengan
$105F.

EEPROM dapat di-enable-kan dengan mengeset bit EEON pada register
CONFIG.

Pada mode expanded-nonmultiplexed dan special-test, alamat EEPROM
ada pada lokasi memory $xE00 sampai dengan $xFFF, dimana x
mewakili nilai dari empat bit tertinggi pada register CONFIG.

Pada mode single-chip, alamat EEPROM adalah pada $FE00 sampai
dengan $FFFF sedangkan pada mode bootstrap ROM berada pada
alamat $BF00 sampai dengan $BFFF pada saat perubahan ke mode
bootstrap.

Pengalamatan memory seharusnya tidak boleh terjadi konflik, prioritas
utama adalah blok regioster dan berikutnya adalah RAM. Sedangkan
pada mode bootstrap ROM mendapatkan prioritas utama setelah itu baru
EEPROM.

8.3.3. Control dan Status Register
Ada 96 byte ststus register yang digunakan untuk mengontrol operasi
mikrokontroller. Alamat register ini dapat direlokasikan sebesar 4 K
boundary di dalam internal RAM yang defaultnya setelah reset adalah
$1000 -$105F. Tabel 1.3 berikut ini adalah daftar register serta alamat
yang dipakai.

8.3.4. RAM dan I/O Mapping Register (INIT)
Register INIT adalah register 8 bit yang khusus dipergunakan untuk
inisialisasi merubah default lokasi alamat RAM dan alamat register
kontrol yang terdapat pada peta memory internal MCU. Perubahan ini
hanya dapat dilakukan selama 64 siklus pertama E-clock setelah sinyal
reset pada mode normal. Setelah itu register INIT menjadi register yang
hanya dapat dibaca saja.

Gambar 8.06 RAM dan I/O Mapping Register

Sejak register INIY diset &1 oleh reset, default alamat awal RAM adalah
$0000 dan blok register kontrol dan register status berawal pada alamat
$1000. RAM[3:0] khusus untuk mengatur alamat awal 1KByte RAM dan
REG[3:0] khusus untuk mengatur alamat blok register kontrol dan register
status. Dalam hal ini kombinasi dari empat bit RAM dan REG menjadi
empat bit terbesar (Most Significant Bit MSB) dari 16-bit alamat RAM atau
register yang ditulisi. Pada contoh di atas, register INIT diset dengan nilai
$01 menunjukkan bahwa alamat awal blok register kontrol dan register
status diatur pada posisi $1000. Sedangkan alamat awal RAM pada
posisi $0000. Berikut ini adalah daftar register kontrol dan register status
dengan alamat awal $1000

Tabel 8.04 Daftar register kontrol dan register status

8.4. Port Input/Output
MC68HC11F1 menyediakan 6 buah port input/outout 8 bit (port A,B,C,E,F
dan G) dan satu buah port input/output 6 bit (port D).
Fungsi input/output port B,C,F dan G diatur menurut mode operasi yang
dipilih. Pada mode single-chip dan bootstrap port tersebut berfungsi
sebagai port parallel input/output. Sedangkan pada mode expanded

nonmultiplexed dan mode test, port B, C, F, G dan pin R/ W dikonfigurasi

sebagai saluran expansi memory, yang mana port B dan F sebagai
saluran alamat, port C sebagai saluran data dan pin R/ W sebagai kontro
arah data serta empat bit atas (MSB) port G berfungsi sebagai external
chip selects.
Sementara fungsi umum port input/output A, C, D dan G diatur oleh
register pengarah data (Data Direction Register DDR) dari register yang
bersangkutan.

8.4.1. Port A
Port A adalah 8 bit digital I/O port untuk penggunaan umum dengan data
register (PORTA) dan data direction register (DDRA). Selain itu port A
dapat dikonfigurasi untuk fungsi timer input capture (IC), timer output
compare(OC) atau pulsa accumulator.

8.4.1.1. Data Register Port A (PORTA)
Gambar 8.07 Register PORTA
Port A dapat dibaca kapan saja dan ketika sebagai keluaran, data yang
telah dikeluarkan ke port A akan disimpan dalam internal latch.

8.4.1.2. Data Direction for Register Port A (DDRA)
Gambar 8.07 Data Penunjuk I/O Register PORTA

1 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai keluaran
0 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai masukan

8.4.2. Port B (PORTB)
Pada mode operasi single-chip, semua pin pada port B hanya dapat
digunakan sebagai keluaran. Pada mode operasi expandednonmultiplexed,
semua pin port B berfungsi sebagai saluran alamat orde
tinggi (A15-A8).

Gambar 8.08 Register PORTB

8.4.3. Port C
Pada mode operasi single-chip, port C adalah 8 bit digital I/O port untuk
penggunaan umum dengan data register (PORTC) dan data direction
register (DDRC). Pada mode operasi expanded-nonmultiplexed, port C
berfungsi sebagai saluran data (D7-D0) dua arah yang dikontrol oleh

signal R/ W .

8.4.3.1. Data Register Port C (PORTC)
Gambar 8.09 Register PORTC

Port C dapat dibaca kapan saja dan ketika sebagai keluaran, data yang
telah dikeluarkan ke port C akan disimpan dalam internal latch.

8.4.3.2. Data Direction for Register Port C (DDRC)
Gambar 8.10 Data Penunjuk I/O Register PORTC

1 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai keluaran
0 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai masukan

8.4.4. Port D
Port D adalah 6 bit digital I/O port untuk penggunaan umum dengan data
register (PORTD) dan data direction register (DDRD). Pada semua mode
operasi, enam bit port D (D5-D0) selain dapat dipergunakan sebagai I/O
dapat pula menjadi subsystem SCI dan SPI.

8.4.4.1. Data Register Port D (PORTD)
Gambar 8.11 Register PORTD

Port D dapat dibaca kapan saja dan ketika sebagai keluaran, data yang
telah dikeluarkan ke port D akan disimpan dalam internal latch.

8.4.4.2. Data Direction for Register Port D (DDRD)
Gambar 8.11 Data Penunjuk I/O Register PORTD

Ketika port D dipergunakan sebagai I/O, maka kontrol untuk DDRD
adalah sebagai berikut :

1 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai keluaran
0 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai masukan

Ketika port D difungsikan sebagai subsystem SPI, bit 5 berfungsi sebagai
masukan slave select (SS ).
Pada mode slave SPI, DDD5 tidak memiliki arti (tidak berpengaruh).
Sedangkan pada mode master SPI, DDD5 dapat diatur sebagai beikut :

1 = Port D bit 5 dikonfigurasi sebagai general-purpose output line
0 = Port D bit 5 dikonfigurasi sebagai masukan untuk medeteksi
kesalahan pada SPI

8.4.5. Port E
Pada semua mode operasi, Port E dapat dipergunakan sebagai masukan
8 bit digital general-purpose (E7-E0) atau sebagai masukan 8 kanal
analog (AN0-AN7).

Gambar 8.12 Register PORTE

8.4.6. Port F (PORTF)
Pada mode operasi single-chip, semua pin pada port F hanya dapat
digunakan sebagai keluaran. Pada mode operasi expandednonmultiplexed,
semua pin port F berfungsi sebagai saluran alamat orde
rendah (A7-A0).

Gambar 8.13 Register PORTF

8.4.7. Port G (PORT G)
Port G adalah 8 bit digital I/O port untuk penggunaan umum dengan data
register (PORTG) dan data direction register (DDRG).

8.4.7.1. Data Register Port G (PORTG)
Gambar 8.14 Register PORTG

Port G dapat dibaca kapan saja dan ketika sebagai keluaran, data yang
telah dikeluarkan ke port G akan disimpan dalam internal latch.

8.4.7.2. Data Direction for Register Port G (DDRG)
Gambar 8.15 Register PORTG

1 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai keluaran
0 = Pin yang dimaksud akan dikonfigurasi sebagai masukan

8.5. Chip Selects
Fungsi dari chip select ini adalah untuk mengeliminasi kebutuhan akan
tambahan komponen external dan mengantarmukai dengan perangkat
perangkat pada mode operasi expanded-nonmultliplexed, seperti
misalnya factor polaritas, ukuran blok alamat dan clock stretching
dikontrol menngunakan register chip select.

Ada empat programmable chip select pada MC68HC11F1 yang dapat
kita di-enablel-kan melalui chip-select control register (SCCTL) dan
didesain supaya tidak terjadi konflik antar memori internal. Keempat chip
select tersebut yaitu :

· Dua external I/O (CSIO1 dan CSIO2)
· Satu external program space (CSPROG )
· Satu general-purpose chip select

8.5.1. Programmable Chip Select (CSPROG )
External program space chip select ini mulai pada akhir dari alamat
memory dan berlanjut maju sampai pada awal memeori dalam hitungan
pangkat dua, dari 8K sampai 64K. Chip select ini aktif low dan aktif hanya

selama waktu alamat yang valid. CSPROG dapat dienablekan melalui bit
PCSEN pada chip-select control register (CSCTL) dan besarnya blok
alamat diatur melalui bit PSIZA dan PSIZB dari register CSCTL.
Sedangkan prioritas dikontrol oleh bit GCSPR.

8.5.2. I/O Chip Selects (CSIO1 dan CSIO2)
Chip select ini untuk memilih external device. Alamat-alamat blok diatur
pada peta memory sebesar kelipatan 4 K. CSI1 memetakan memory
mulai alamat $1060 sampai $17FF dan CSIO2 memetakan memory mulai
alamat $1800 sampai dengan $1FFF dimana angka “1” adalah karakter
yang mewakili nilai orde tinggi nible dari alamat blok register. Enable dan
polaritas CSIO1 dan CSIO2 dikontrol oleh register CSCTL pada bit
IO1EN, IO1PL, IO2EN dan IO2PL.
Bit IO1AV dan IO2AV pada register CSGSIZ menentukan chip select
mana yang valid selama waktu alamat atau E-clock yang valid.

8.5.3. Chip-Select Control Register (CSCTL)
Gambar 8.16 CSCTL Register

IO1EN Enable for I/O Chip-Select 1
1 = Chip select is enabled
0 = Chip select is disabled

IO1PL
Polarity select for I/O Chip-Select 1
1 = Chip select is active high
0 = Chip select is active low

IO2EN Enable for I/O Chip-Select 2
1 = Chip select is enabled
0 = Chip select is disabled

IO2PL
Polarity select for I/O Chip-Select 2
1 = Chip select is active high
0 = Chip select is active low

GCSPRGeneral-Purpose Chip-Select Priority
1 = General-purpose chip select has priority
0 = Program chip select has priority

PCSEN Enable for Program Chip-Select
1 = Program chip select is enabled. Reset sets PCSEN in
expanded-nonmultilexed mode
0 = Program chip select is disabled. Reset clears PCSEN in
single-chip mode

Tabel 8.05 PSIZA and PSIZB Program Chip-Select Address Sizes

8.5.4. General-Purpose Chip Select (CSGEN)
Chip select ini paling fleksibel diantara empat chip select dan memiliki
kontrol bit paling banyak.
Polaritas, Alamat terhadap E-clock dan besarnya blok alamat ditentukan
oleh bit-bit GNPOL,GAVLD, GSIZA, GSIZB dan GSIZC pada register
CSGSIZ. Permulaan alamat dipilih oleh bit GCSPR pada register CSCTL.

8.6. Reset, Interrupts dan Low Power Modes
8.6.1. Resets
MCU memiliki empat macam reset, yaitu :

· Pin masukan external reset aktif low
· Fungsi power on reset
· Clock monitoring failur
· Computer operating properly (COP) watchdog-timer timeout

8.6.1.1. Pin Reset
Untuk memenuhi keperluan reset external, disediakan pin untuk reset
aktif low. Yang mana lamanya waktu reset logika low adalah paling cepat
8 kali siklus E-clock.

8.6.1.2. Poweron Reset (POR)
Poweron reset adalah pendeteksian sinyal reset ketika terjadi perubahan
tegangan VDD dari positip ke logika rendah. Pada prakteknya poweron
reset ini adalah pembuatan delay selama beberapa watu pada pin reset
agar ketika power supply dipasangkan akan menghasilkan logika rendah
pada pin RESET dengan cara membuat rangkaian seri resistor capasitor.

8.6.1.3. Computer Operating Properly (COP)
Dalam MC68HC11F1 terdapat sebuah timer watchdog yang secara
otomatis menghitung waktu time out program dalam tetapan waktu yang
spesific. Jika timer COP watchdog mengijinkan untuk time out, maka

suatu reset akan dilakukan, dimana pin RESET akan di-drive ke logika low
untuk mereset mikrokontroller dan sistin external.
COP Watchdog dapat menguji atau melihat apakah program berjalan
dengan baik atau terjadi kesalahan, untuk keperluan ini kita harus
membuat software untuk menetapkan waktu watchdog. Jika watchdog
tidak diset ulang maka dia akan me-reset system yang berarti akan
kembali ke program awal.
Fungsi reset COP dapat dilakukan dengan memprogram bit kontrol
NOCOP dari register sistim konfigurasi (CONFIG).
Pertama kali diprogram, kontrol bit ini akan dibersihkan kalau tidak ada
power supply, dan fungsi COP ini aktif atau tidak tergantung dari
software.
Bit kontrol proteksi (CR1 dan CR0) dalam register pilihan konfigurasi
(OPTION) memberikan kemungkinan untuk memilih satu dari empat rate
timeout. Tabel di bawah ini memperlihatkan hibungan antara CR1 dan
CR0 terhadap periode COP timeout untuk beberapa variasi frekenuensi
clock.

Tabel 8.06 COP Timeout Periods

Urutan langkah untuk mere-setting timer watchdog adalah sebagai
berikut :

1. Tulis $55 ke register reset COP (COPRST)
2. Tulis $AA ke register COPRST
8.6.2. Interrupt
Selain interrupt type reset, masih terdapat 17 interrupt hardware dan satu
interrupt software yang dapat dilakukan dari banyak kemungkinan
sumber.
Interrupt ini dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu maskable dan
nonmaskable interrupt.
Limabelas interrupt dapat dimasker melalui bit I pada register kode
kondisi (Condition code register CCR).
Semua interrupt hardware pada chip MCU dikontrol oleh bit local secara
individual.
Interrupt software adalah nonmaskable.

Pin masukan interrupt external XIRQ adalah interrupt yang nonmaskable

karena XIRQ tidak dapat dimasker oleh software sejak dienablekan.

Meskipun demikian XIRQ dapat dimasker selama reset.

Opcode illegal juga termasuk interrupt yang nonmaskable.

Real-time interrupt menyediakan sebuah programmable periodic interrupt
yang ter-maskable oleh bit I dalam register CCR atau bit RTI enable pada
register timer interrupt mask 2 (TMSK2). Rate berabasis pada E-cock dan
software untuk memilih factor pembagi E-clock sebesar E ¸ 213, E ¸ 214, E
¸ 215 atau E ¸ 216.

Tabel 8.07 Daftar vector interrupt

8.7. Programmable Timer
Sistim pewaktuan MC68HC11 terdiri atas lima buah pembagi clock.
Pembagi clock utama merupakan free-running counter 16 bit yang
dikendalikan oleh prescaler.
Programmable prescaler timer utama menyediakan empat pilihan
pembagi clock yang dapat dipilih dengan mengatur dua bit kontrol yaitu
PR1 dan PR0
Keluaran prescaler adalah pulsa clock yang telah dibagi dengan nilai
pembagi 1, 4, 8 atau 16. Keluaran pulsa clock yang lebih lambat ini
dipergunakan sebagai pulsa accumulataor, Real-Time Interrerupt (RTI)
dan computer operating properly (COP) watchdog subsystem.

Semua aktivitas sistim timer utama disesuaikan free-running counter ini.
Counter mulai dengan hitungan naik dari $0000 seperti (ketika MCU
direset), dan berlanjut sampai hitungan maksimum, $FFFF. Dan
kemudian kembali ke $0000, dan mengeset register flag overflow dan
melakukan hitungan lagi seperti semula.
Pada mode operasi normal, sama sekali tidak mungkin untuk mereset,
mengubah, atau interupsi counter ini.
Programmable timer bermula dari sebuah free-running counter 16 bit
yang mendapatkan clock dari E-clock yang dibagi dengan bit kontrol yang
dapat diset melalui bit PR1 dan PR0 dari register TMSK2 sebagi berikut

8.7.1. Timer Interrupt Mask Register 2 (TMSK2)
Gambar 8.17 Timer Interrupt Mask Register 2 (TMSK2)

Tabel 8.08 PR1 dan PR0 Timer Prescaler Select

PR1 PR0 Divide By
0 0 1
0 1 4
1 0 8
1 1 16

Bit control prescaler hanya dapat diset selama 64 pertama E-clock
setelah reset. Free-running counter (register TCNT) dapat dibaca kapan
saja tanpa merubah isi register dan hanya dapat di-clear dengan reset
saja. Free-running counter ini akan menghitung mulai $0000 sampai
dengan $FFFF dan setiap terjadi overflow bit maka timer verflow flag

(TOF) di register TFLG2 akan diset dan bit timer overflow interrupt enable
(TOI) di register TMSK2.
Programmable timer ini memiliki tiga register input capture dan empat
register output compare yang dapat difungsikan dengan kontrol software.

8.7.2. Pulse Accumulator
Akkumulator pulsa adalah sebuah counter 8 bit yang dapat beroperasi
satu dari dua mode tergantung dari kondisi kontrol bit pada register
PACTL.
Mode tersebut adalah :

1.
Event counting mode
8 bit counter ini mendapatkan signal clock dari pin external yang
besarnya frekuensi maksimal adalah setengah E-clock.
2.
Gated time accumulation mode
8 bit counter ini mendapatkan signal clock dari internal free running E-
clock yang besarnya adalah 1/64 dari E-clock selama pin masukan
external PAI diaktifkan.

Gambar 8.18 Digram Blok Timer

Akkumulator pulsa menggunakan port A bit 7 sebagai masukan,meskipun
demikian pin ini juga masih dapat dipergunakan sebagai general-purpose
I/O ataupun sebagai output compare. Dan ketika port A 7 ini telah
dikonfigurasi sebagai output, pin ini tetap berfungsi segai masukan bagi
akkumulator pulsa.

8.7.2.1. Pulse Accumulator Control Register (PACTL)
Gambar 8.19 Pulse Accumulator Control Register (PACTL)

Tiga bit dari register ini mengontrol sistim 8 bit akkumulator pulsa. Satu
bit yang lain berfungsi untuk mengenablekan output compare 5 atau input
capture 4, sedangkan bit lainnya untuk memilih rate untuk sistim real-time
interrupt.

PAEN
Pulse Accumulator System Enable
1 = Pulse Accumulator on
0 = Pulse Accumulator off

PAMODPulse Accumulator Mode
1 = Gated time accumulator mode
0 = Event counter mode

Tabel 8.09 Pulse Accumulator Edge Control (PEDGE)

PAMOD PEDGE Action on clock
0
0
1
1
0
1
0
1
PAI Falling Edge Increments the counter
PAI Rising Edge Increments the counter
A Zero on PAI Inhibits Counting
A One on PAI Inhibits Counting

I4/O5
Configure TI4O5 Register for IC or OC
1 = IC4 function enabled
0 = OC5 function enabled

Tabel 8.10 RTR1 and RTR0 Real-Time Interrupt (RTI) Rate

8.7.2.2. Pulse Accumulator Count Register (PACNT)
Gambar 8.20 Pulse Accumulator Count Register (PACNT)

Register ini berisi hasil counter dari external input PAI pada mode
external input events atau selama PAI ini aktiv pada mode gated time
accumulation mode

8.8. 8
Electrically Erasable Programm-able Read-Only Memory
(EEPROM)
Di dalam mikrokontroler MC68HC11F1 terdapat 512 byte EEPROM yang
dapat dipetakan ke 4 K boundary di dalam memory. Alamat $xE00 $
xFFF, dimana x mewakili nilai orde tinggi di dalam register CONFIG dan
nilai ini merupakan nilai awal dari 4 K boundary. Dalam mode single-chio
dan mode bootstrap, EEPROM diset pada alamat $FE00 – $FFFF. Dalam
mode special test, EEPROM awalnya diset tidak aktif dan untuk
mengaktifkannya harus men-set bit EEON di register CONFIG.
Pemrograman EEPROM dikontrol oleh register PPROG dan register
BPROT. EEPROM diset enable jika bit EEON pada register CONFIG
diset dan EEPROM akan disable apabila bit EEON ini di-clear. Untuk
menulis dan menghapus isi EEPROM menggunakan tegangan tinggi
yang dibangkitkan secara internal di dalam chip. Dengan E-clock 2 MHz
diperlukan waktu sekitar a0 mili detik untuk memprogram atau
menghapus EEPROM, dan dengan E-clock antara 1 – 2 mili detik
dieprlukan waktu tang lebih lama sekitar 20 mili detik.
EEPROM dapat dihapus berdasarkan per byte ataupun bulk.
Untuk mengeset byte alamat orde tinggi x kita harus mengeset bit EE3EE0
dan untuk mengaktifkan EEPROM dengan mngeset bit EEON di
register CONFIG sebagi berikut

8.8.1.
EEPROM Block Protect Register (BPROT)
Gambar 8.21 EEPROM Block Protect Register

PTCON Protect CONFIG Register
1 = Programming/erasure of CONFIG register disabled

0 = Programming/erasure of CONFIG register alowed

BPRT3-BPRT0 Block Protect
1 = A set bit protects a block of EEPROM against programming
or erasing
0 = A cleared bit permits programming or erasure of the
associated lock.

Tabel 8.11 BPROT Address Sizes

Bit Block Protected Block Size
BPRT0
BPRT1
BPRT2
BPRT3
$xE00 – $xE1F
$xE20 – $xE5F
$xE60 – $xEDF
$xEE0 – $xEFF
32 Bytes
64 Bytes
128 Bytes
288 Bytes

8.8.2. Configuration Control Register (CONFIG)
Gambar 8.22 Configuration Control Register (CONFIG)

EE3-EE0 EEPROM Map Position
EEPROM berlokasi pada alamat $xE00 -$xFFF, dimana ‘x’ adalah
bilangan hexadecimal yang diwakili oleh keempat bit ini.

EEON EEPROM Enable
1 = EEPROM aktif dalam peta memory dengan lokasi sesuai
dengan bit EE3-EE0
0 = EEPROM tidak aktif dalam peta momory.

8.8.3. Menghapus EEPROM
EEPROM yang telah dihapus akan berisi data $FF. Untuk menghapusnya
diperlukan langkah-langkah sebagai berikut :

1.
Mengeset bit ERASE, EELAT dan appropriate BYTE serta ROW di
register PPROG
2.
Menulis suatu data ke dalam appropriate alamat EEPROM
3.
Mengeset bit ERASE, EELAT dan EEPGM appropriate BYTE serta
ROW di register PPROG
4.
Tunda selama 10 ms atau lebih
5.
Meng-clear bit EEPGM di register PPROG untuk mematikan
tegangan tinggai
8.8.4. Memprogram EEPROM
Apabila lokasi EEPROM yang akan diprogram sudah berisi dengan bit
data nol, maka sebelum memprogram lokasi memory yang berisi bit nol
tersebut harus dihapus terlebih dahulu.
Untuk memprogram EEPROM, yakinkan bahwa register BPROT sudah
jelas dan selanjutnya langkah-langkah pemrograman adalah dengan
mengatur bit bit di register PPROG sebagai berikut :

1. Mengeset bit EELAT
2. Menulis data ke alamat yang diinginkan
3. Mengeset bit EELAT dan EEPGM
4. Tunda selama 10 mili detik atau lebih
5. Meng-clear bit EEPGM untuk mematikan tegangan tinggi
8.9. Serial Communication Interface (SCI)
SCI memungkinkan suatu mikrokontroler dapat berhubungan dengan
peralatan lain dengan efisien dalam format data serial asynchronous. SCI
mempergunakan format standar non-return-zero (NRZ) dengan berbagai
kecepatan baud rate sesuai dengan kristal yang dipasang pada
rangkaian mikrokontroler. Sambungan SCI ini disediakan dengan
menggunakan pin-pin pada port D. PD0 dipewrgunakan untuk menerima
data (RxD) dan PD1 dipergunakan untuk mengirim data (TxD). Baud rate
diatur dengan mengeset prescaler untuk membagi E-clock.

Gambar 8.23 Interfacing dua MCU melalui SCI
Langkah-langkah mengakses SCI :
Mengirim data :

1. Memasukkan data ke Akkumulator
2. Menunggu sampai bit TDRE di register SCSR telah diset
3. Mengisikan data ke register SCDAT
Menerima data :
1. Menunggu sampai bit RDRF di register SCSR telah diset
2. Membaca data dari register SCDAT
8.9.1.1. PORTD
Inisialisasi port D :

ldaa #%00000011
staa DDRD

Serial Communications Control Register 1
SCCR1, $102C

Inisialisasi SCCR1 :

ldaa #%00000000
staa SCCR1

Inisialisasi ini seharusnya diletakkan pada program monitor

Serial Communications Control Register 2
SCCR2, $102D

Inisialisasi SCCR2 :

ldaa #%00001100
staa SCCR2

Inisialisasi ini seharusnya diletakkan pada program monitor

Baud Rate Register (BAUD), $102B

Inisialisasi baud rate :

ldaa #%00110000
staa BAUD

Inisialisasi ini seharusnya diletakkan pada program monitor

Serial Communications Status Register
(SCSR), $102E

Serial Communications Data Register
(SCDAT), $102F

8.10. Serial Peripheral Interface (SPI)
SPI adalah sistim I/O serial synchronous berkecepatan tinggi. SPI dapat
dipergunakan untuk perluasan tambahan port I/O secara serial ataupun
sebagai sarana interkoneksi antar mikrokontroler dalam konfigurasi
multimaster. Kecepatan clock dan polaritas dapat diprogram melalui
software serta dapat disambungkan dengan banyak perangkat.. SPI
dapat dikonfigurasi sebagai master atau slave.
SPI terdiri dari empat sinyal dasar, yaitu :
MOSI = Master-Out Salve-In
MISO = Master-In slave-Out
SCK = Serial Clock

ss = Slave select
keempat sinyal tersebut tersambung padaport D dan harus disetting
sesuai arah data dengan menginisialisasi register DDRD

Gambar 8.25 Interfacing dua MCU melalui SPI

Langkah-langkah mengakses SPI :

1. Inisialisasi
2. Mengeset SS’ dengan 0
3. Mengeluarkan data ke register SPDAT
4. Menunggu sampai SPSR diset
5. Membaca data dari register SPDAT
6. Mengeset SS’ dengan 1
PORTD

Inisialsisasi port :

ldaa #%00111100
staa DDRD

Control Register (SPCR), $1028

Inisialisasi sebagai Master :

ldaa #%01010011
staa SPCR

Inisialisasi sebagai Slave :

ldaa #%01000011
staa SPCR

Status Register (SPSR), $1029

Data I/O Register (SPDAT), $102A

8.11. Analog-To-Digital Converter
MC68HC11F1 memiliki delapan kanal masukan analog yang
pembacaannya dilakukan secara multiplex dan menggunakan metode
successive-approximation sample and hold. Tegangan referensi masukan
diberikan dari luar melalui pin VRL dan VRH. Hasil konversi berupa data 8
bit yang diperoleh setelah 32 E-clock cycle.
Jika tegangan masukan sama dengan VRL maka data yang diperoleh
sebagai hasil dari konversi adalah $00, dan jika tegangan masukan sama
dengan VRH maka data yang diperoleh sebagai hasil dari konversi adalah
$FF (skala penuh) tanpa adanya indicator overflow.
Masukan analog dihubung pada mikrokontroller melalui masukan AN0AN7
dan hasil konversi dapat dilihat pada register ADR1, ADR2, ADR3
dan ADR4.
Untuk mengakses ADC dapt dilakukan dengan memberikan kontrol pada
register ADCTL dengan beberapajenis pengoperasian. Untuk

mengaktivkan ADC, sebuah jenis pengoperasian harus dipilih dengan
mengeset bit bit pada register ADCTL.

A/D Control/Status Register (ADCTL)

Gambar 8.27 A/D Control Status Register
CCF Conversion Complete Flag
Bit ini akan di-set setelah proses konversi telah selesai dilakukan
dan tetep tidak akan berubah sampai sampai pada penulisan
ADCTL kembali
SCAN Contunous Scan Control
1 = melakukan 4 konversi secara terus menerus
0 = melakukan 4 konversi dan stop sampai penulisan ADCTL
kembali
MULT Multiple-Channel/Single-Channel Control
1 = melakukan 4 konversi pada kanal yang dipilih untuk
pembacaan 8 kanal
0 = melakukan 4 konversi pada kanal yang dipilih untuk
pembacaan 4 kanal

CD-CA Channel Selects (D-A)
Digunakan untuk memilih satu dari delapan kanal pada mode
multi kanal (MULT=1)

Tabel 8.12 Chanel Selects A-D

CD CC CB CA Channel Signal Result
0 0 0 0 AN0 ADR1
0 0 0 1 AN1 ADR2
0 0 1 0 AN2 ADR3
0 0 1 1 AN3 ADR4
0 1 0 0 AN4 ADR1
0 1 0 1 AN5 ADR2
0 1 1 0 AN6 ADR3
0 1 1 1 AN7 ADR4
1 0 0 0 Reserved ADR1
1 0 0 1 Reserved ADR2
1 0 1 0 Reserved ADR3
1 0 1 1 Reserved ADR4
1 1 0 0 VRH Pin * ADR1
1 1 0 1 VRL Pin * ADR2
1 1 1 0 (VRH)/2 * ADR3
1 1 1 1 Reserved* ADR4

* Group ini hanya digunakan pada saat pengujian di pabrik

8.12. Informasi Pemrograman
8.12.1. Model Pemrograman
Di dalam mikrokontroller MC68HC11F1 terdapat delapan register central
processing unit (CPU)

8.12.1.1. Accumulator (A,B dan D)
Accumulator A dan B adalah register 8 Bit, sebagai penampung lintas
data ke dan dari ALU ( Arithmetic Logic Unit ), oleh karena itu selalu
disebut dengan singkat Accu A atau Accu B. Operasi Arithmatik atau juga
manipulasi data sebagian besar dilaksanakan dengan isi Accu ini dan
pada register/Accu ini pula hasil operasi disimpan. Accumulator A dan B
(masing-masing satu Byte) dapat digabungkan menjadi dua byte
accumulator yang disebut Double Accumulator D (Accu D).

7 Accu A 0 7 Accu B 0
15 Double Accumulator D 0

A ; B
D

Gambar 8.28 Accumulator (A,B dan D)

8.12.1.2. Index Register X dan Y (IX dan IY)
Register ini adalah register 16 Bit yang digunakan untuk indexed
addressing mode. Pada pengalamatan yang menggunakan indeks, isi
dari indeks register 16 bit ditambah dengan 8 bit offset. Kedua register ini
dapat juga digunakan sebagai register counter dan juga sebagai
penyimpan sementara.

15 Index Register Y 0 IY
15 Index Register X 0 IX
8.12.1.3. Stack Pointer (SP)

SP adalah register 16 Bit yang selalu berisi next free location pada stack.
Stack adalah penyimpan yang mempunyai konfigurasi seperti LIFO (LastIn-
First-Out ® yang masuk terakhir akan keluar pertama kali)
Stack digunakan untuk pemanggilan program bagian (menyimpan alamat
instruksi berikutnya setelah program bagian selesai),selama
intterupt(menyimpan isi semua register CPU)dan instruksi Push-Pull

(menyimpan data sementara). Setiap kali satu Byte didalam Stack diambil
atau pulled maka SP secara otomatis bertambah satu(increament). Pada
aplikasi inisialisasi SP dilakukan pertama kali

15 Stack Pointer 0

SP

8.12.1.4. Program Counter (PC)
PC adalah register 16 bit yang berisi alamat instruksi berikutnya yang
akan dikerjakan.

15 Program Counter 0

PC

8.12.1.5. Condition Code Register (CCR)
CCR berisi 5 bit sebagai indikator status, 2 bit interrupt masking dan 1 bit
STOP disable. Ke lima bit indikator status tersebut adalah H,N,Z,V,dan C
yang merefleksikan hasil operasi arithmatik dan operasi lainnya yang
dilakukan CPU Flag H digunakan untuk operasi aritmathik BCD,
sedangkan status bit pada flag N,Z,V dan C digunakan sebagai syarat
untuk instruksi percabangan ( loncat ). Masing-masing Bit dapat
diterangkan seperti di bawah ini :

S V H I N Z V C CCR
Gambar 8.29 Condition Code Register (CCR)
Keterangan :

S : Stop Disable
X : X Interrupt Mask
H : Half Carry (dari bit 3)
I : Interrupt Mask
N : Negative
Z : Zerro
V : Overflow
C : Carry

Carry/Borrow (C )

Bit Carry/Borrow di set, jika dalam operasi arithmatik yang telah
dijalankan, hasil telah melebihi atau dibawah daerah bilangan register
ALU yang dipakai. Bit ini juga akan terpengaruh pada instruksi
Geser(shift) dan Putar(rotate).

Overflow (V)

Bit V di set, jika pada operasi arithmetik (Bit tertinggi sebagai bit tanda)
menghasilkan hasil yang melampaui daerah bilangan.

Zero (Z)

Bit Z di set, jika hasil operasi arithmatik,logik dan juga manipulasi data
yang telah dilaksanakan hasilnya NOL( zero ).

Negative (N)

Bit N di set ,jika hasil operasi arithmatik,logik dan juga manipulasi data
yang telah dilaksanakan hasilnya pada daerah Negatip. Hasil berada
pada daerah negatip, jika MSB ( bit tertinggi ) adalah 1.

Interrupt Mask (I)

Bit I dapat di set melalui Hardware atau Software. untuk
menutup/mencegah (disable –> Mask) semua maskable interrupt Bit I
harus ’1′, sedangkan untuk mengijinkan atau melalukan semua maskable
interrupt Bit I harus ’0′. Bit I dapat di set atau di reset dengan
instruksi(Software) SEI atau CLI

Half Carry (H)

Bit H di set, jika terjadi carry antara bit ke 3 dan 4 dalam operasi
penjumlahan. Bit ini biasanya digunakan pada kalkulasi dalam BCD.

X Interrupt Mask(X)

Bit X hanya dapat di set melalui Hardware (RESET atau XIRQ ), dan
dapat dihapus (’0′) melalui instruksi transfer A ke CC Register (TAP) atau
Return from Interrupt (RTI).

Stop Disable (S)

Bit ini dapat dipengaruhi melalui software, pada kejadian S = ’1′, instruksi
STOP adalah disable (dicegah).

8.12.2. Instruction Set
Dalam buku HC11 MC68HC11F1 PROGRAMMING REFERENCE
GUIDE terdapat informasi tentang kode operasi dari setiap instruksi yang
digunakan oleh mikrokontroller MC68HC11F1.
Ada dua macam tabel kode operasi yang disediakan, yaitu berdasarkan
urutan angka kode operasi (lihat halaman 10 s.d. 17) dan tabel kode
operasi berdasarkan instruksi urut sesuai abjad (lihat halaman 18 s.d.
35).

Mnemonic

Tata tulis singkat untuk instruksi Assembler

Operation

Penjelasan pelaksanaan operasi instruksi assembler.

Description

Menggambarkan instruksi assembler dengan Symbol.

Adr. Mode

Pilihan/kemungkinan macam-macam pengalamatan dari instruksi
assembler yang sesuai
Tabel 8.13 Cuplikan contoh tabel

Source
Form
Mnemonics
Operations
Operasi
Boolean
Expression
Deskripsi
Addresing
Mode for
Operand
Adr. Mode
Maschine Coding
(Hexadecimal)
Opcode Operand(s)
OperandsOpcode
B
y
t
e
s
C
y
c
l
e
s
S X H I N Z V C
Condition Codes
LDAA Load Accumulator A M ® A A IMM 86 ii 2 2 —-D D o -
(opr) A DIR
A EXT
A IND,X
96
B6
A6
dd
hh ll
ff
2
3
2
3
4
4
A IND,Y 18 A3 ff 3 5

INH (inherent) Instruksi hanya terdiri dari satu Byte OpCode, tanpa
operand.

IMM (immediate)Data yang akan diolah pada immediate addresing
mode langsung berada pada byte setelah OpCode. Jumlah byte
tergantung dari register mana yang akan digunakan, sehingga
instruksinya dapat berupa instruksi dua, tiga atau empat byte.

Contoh :

LDAA #$3A

bilangan heksa $3A diambil ke Accu A.

LDAA #22
bilangan desimal 22 diambil ke Accu A.

LDAA #@22

bilangan octal 22 diambil ke Accu A.

LDAA #’A

karakter ASCII A diambil ke Accu A.

EORB #$34
ex-or bilangan heksa $34 dengan Accu B.

CMPA #%1001
membandingkan isi Accu A dengan bil Biner.

LDD #$1234

bilangan heksa $1234 diambil ke Accu D

Penulisan operand harus dimulai dengan menulis karakter ‘#’, yang
digunakan oleh assembler untuk mendeteksi bahwa mode yang
digunakan adalah IMM.

catatan : Awalan Definisi
none bilangan desimal
$ bilangan heksa Desimal
@ bilangan octal
% bilangan biner
‘ Satu Karakter ASCII
EXT

(extended) Instruksi ini berhubungan langsung dengan lokasi atau alamat
memori yang isinya akan diolah. Instruksi ini terdiri dari tiga atau empat
Byte yaitu satu atau dua byte berupa OpCode sedangkan dua Byte
berikutnya berupa alamat.

Contoh :

LDAA $2000
Isi dari alamat memori $2000 diambil ke Accu A ( Isi dari memori tetap )

STAB $1002
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori $1000( isi dari Accu B tetap )

IND

(indexed adressing) Instruksi ini berfungsi untuk mengambil atau
meletakan data dari/ke memori, sedangkan alamat memori terlebih dahuli
harus berada di indeks register ( X atau Y ). Alamat effektif sangat variatif
tergantung dari isi IX atau IY 16 bit dan offset 8 bit.

Contoh :

LDX #$1000
Harga(yang dalam hal ini sbg. alamat) $1000 secara langsung diambil ke
register X.
( sekarang isi register X =$1000 )

STAB X
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori yang alamatnya telah
tersimpan di register X ($1000)

STAB ,X
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori yang alamatnya telah
tersimpan diregister X ($1000) ® sama dengan di atas

STAB 0,X
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori yang alamatnya telah
tersimpan di register X ($1000) ® sama dengan di atas

STAB 4,X
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori yang alamatnya telah
tersimpan di register X+4 ($1000+$4) ® $1004

STAB 8/2+6,X
Isi dari Accu B diletakan pada lokasi memori yang alamatnya telah
tersimpan di register X+(8/2+6) ® $100A

DIR

(direct) Pengalamatan langsung hanya memungkinkan didaerah
$0000..$00FF

Contoh :

LDAA $3B
Isi dari alamat memori $003B diambil ke Accu A.

REL

(relativ) Hanya digunakan untuk percabangan (Branch) dari
Program.Daerah Offset adalah -128 sampai +127

Contoh :

BRA 03
Selalu loncat 3 Byte (lokasi memori) ke atas (kearah alamat yang lebih
tinggi)

Operand

Informasi tambahan yang diperlukan oleh OpCode yang dapat berupa (
Alamat, Data, atau Bitmask ).

Perhatikan :

ii 1Byte harga bilangan
ll LSB dari alamat
hh MSB dari alamat
dd Alamat di dalam DIR Mode
ff 8 Bit Offset Positip
MSB Most Significant Byte / Bit (Byte/Bit tertinggi)
LSB Last Significant Byte / Bit (Byte/Bit terendah)

Bytes

Jumlah memori yang digunakan untuk satu instruksi.

Cycles

Jumlah/hitungan E-Clock Cycles, yang digunakan untuk pelaksanaan
instruksi.

8.12.3. Instruksi Transfer Data
Kebanyakan operasi transfer data didapat dengan menggunakan
instruksi LD (load). Data dapat ditransfer dalam unit-unit 8 bit atau 16 bit.
Instruksi-instruksi seperti TBA, TAB, LDAA, LDAB, STAA ataupun STAB
adalah menstransfer data dalam 8 bit sedangakan untuk transfer data 16
bit biasanya digunakan XGDX, XGDY, LDD, LDX, LDY, STD, STX dan
STY.

Kemungkinan arah transfer data adalah:

Dari akkumulator ke akkumulator, misalnya TBA, TAB

Bertukar data antara akkumulator dan register, misalnya XGDX, XGDY

Dari akkumulator ke memory, misalnya STAA $1000, STAB $3000, STX
$2200, STY $3400, STD $3454

Dari memory ke register, misalnya LDX $2000, LDY $2000

607

Dari memory ke akkumulator, misalnya LDAA $2000, LDAB $3457, LDD
$3000

Dari data langsung ke akkumulator, misalnya LDAA #$01, LDAB #$34,
LDD #$123A

Dari data langsung ke register, misalnya LDX #$ABCD, LDY #$8976

Gambar 8.30 Blok Diagram Instruksi Transfer

Tabel 8.14 Daftar Instruksi MC68HC11F1

8.13. Modul Mikrokontroler VEDCLEMPS
Agar chip IC mikrokontroler dapat dipergunakan untuk berbagai
keperluan, IC mikrokontroler harus dirangkai pada suatu board dan harus
dilengkapi dengan rangkaian pendukung agar MCU tersebut dapat
berinterkasi dengan banyak peralatan. Pada bagian ini kita akan
menggunakan MCU yang dirangkai pada suatu board dengan mode
expanded yang disebut dengan VEDCLEMPS
VEDCLEMPS adalah modul mikrokontroler yang dibangun dari chip IC
MC68HC11F1 (Motorola) dalam mode ”EXPANDED” yang dilengkapi
dengan extended RAM 32 KByte dan EPROM 32 KByte, dikembangkan
bersama dengan Herr Bruno Warnister dari GIB Bern Switzerland.
Modul ini dilengkapi dengan software VEDCLEMPSWIN ditulis dengan
software DELPHI di bawah operasi windows yang dalam
penampakannya pada layar monitor (MENU dan keterangan lainnya)
berbahasa Indonesia.
VEDCLEMPSWIN memungkinkan pembuatan program aplikasi menjadi
lebih mudah dan menrik untuk segala kebutuhan baik di dunia industri
maupun untuk keperluan pendidikan dan pelatihan di sekolah dan
perguruan tinggi.

Gambar 8.31 Modul Mikrokontroler VEDCLEMPS

Dengan software ini kita dapat menulis, mengedit, menyimpan, mengcompile
serta Download Program Assembler dari Personal Computer ke
modul Microcontroller melalui sambungan serial PORT RS232.
System mikrokontroler pada dasarnya diprogram dengan bahasa
Assembler, tetapi dapat pula dengan bahasa C atau Pascal yang
kemudian diubah ke dalam kode-kode mikrokontroler yang sesuai.
Hampir pada semua 8 bit mikrokontroler mempunyai bangun yang hampir
sama. Bagian yang paling utama adalah CPU (Central Prosessing Unit).
CPU menginterprestasikan kode-kode pemrograman, mengatur jalannya
program serta melaksanakan operasi aritmetik dan operasi logika di
dalam ALU (Aritmetik Logic Unit).
Tidak semua CPU dapat dioperasikan dnegan bahasa Assembler yang
sama, tetapi tergantung dari pabrik pembuatnya. Untuk famili Motorola
MC68HC11 dapat digunakan bahasa Assembler yang dikeluarkan
(Freeware) secara khusus. Dengan freeware ini VEDCLEMPSWIN for
windows dikemas menjadi software pemrograman yang menarik untuk
pembuatan program-program mikrokontroler.

8.13.1. Software VEDCLEMPS
Mikrokontroler VEDCLEMPS dilengkapi dengan software
VEDCLEMPSWIN For Windows yang tersedia dalam satu disket HD 1,44

MB. Untuk menginstall software ini, kita hanya memasukan disket
VEDCLEMPS ke drive A dan jalankan file SETUP.EXE
yang terdapat pada direktori A:\VEDCLEMP.
Dari hasil setup, kita akan mendapatkan program VEDCLEMPS
berbahasa Indonesia yang dipergunakan untuk membuat program
mikrokontroler.

Selain program utama VEDCLEMPS WIN, disertakan pula beberapa
contoh program aplikasi mikrokontroler yang disediakan dalam direktori
c:/VEDCLEMP/PROG. Pada direktori ini diperlihatkan contoh program
digital untuk menyalakan deteran led, aplikasi pwm untuk program suara
notasi lagu , mengakses LCD 4 baris 20 kolom, contoh progran interupt,
lampu lalu lintas dan led matrik.
Selain program contoh diatas ,disertakan pula sebuah program aplikasi
under windows Analag dan Digital Input/ Output Test yang tampil pada
layar monitor sekaligus sambung melalui RS 232 ke modul mikrokontroler
VEDCLEMPS.

Gambar 8.31 Rangkaian modul Mikrokontroller

Gambar 8.33 Jendela utama software VEDCLEMPS

Dari program aplikasi ini kita dapat mengkomunikasikan komputer dan
mikrokontroler melalui RS232 untuk membaca dan mengirim data .
Melalui tombol mouse kita dapat menghidupkan deretan led yang
tersambung pada PORTA , membaca deretan saklar pada PORTG serta
data analog yang masuk ke PORTE dari mikrokontroler VEDCLEMPS.

Gambar 8.34 Trainer mikrokontroler VEDCLEMPS

Modul Mikrokontroler VEDCLEMPS memungkinkan untuk dipergunakan
sebagai alat pelatihan mikrokontroler yang ideal karena selain didukung
oleh software yang baik juga dilengkapi dengan beberapa modul lain
yang mendukung proses pembelajaran antara lain :


Modul Sevent Segment, untuk display counter, jam, stop
watch, scoring board.

Modul Input Output Test, untuk membuat simulasi program
besar, penampil biner 8 bit, masukan 8 bit serta aneka
program deretan led.

Modul Input Analog Test, untuk pembuatan program masukan
analog, voltmeter, kecepatan motor, PWM, simulasi tegangan
ke perubahan teperatur dan lainnya.

Modul suara, untuk pembuatan program suara berupa alam,
lagu dan PWM.

Modul Led Matrik, untuk display teks panjang yang atau
bergerak horizontal maupun vertikal serta segala animasi teks.

Modul Motor Steper, untuk program penaturan putaran potor
steper.

Modul Model Lampu Lalu Lintas.
Selain dukungan hardware dengan tersedianya macam-macam modul
percobaan serta program VEDCLEMPSWIN, pada extended EPROM
yang terpasang pada modul mikrokontroler juga dilengkapi fasilitas
tambahan program monitor yang lengkap dengan fungsi-fungsi yang
sangat diperlukan dalam pembuatan program.

8.13.2. Program Bagian EPROM Versi 2.35
Tabel 8.14 Program Bagian EPROM Versi 2.35

Nama Fungsi
BLINKER Led pada PORTA kiri-kanan dengan tunda waktu selama 200 ms.
Stop program -> tekan tombol reset.
PORT_GA Test Program Input-Output
Membaca data PORTG dan dikeluarkan ke PORTA
in : PORTG
out : PORTA
PORT_EA Test Program Input-Output
Membaca data PORTE dan dikeluarkan ke PORTA
in : PORTE
out : PORTA
TEST_ADC Test Program Analog to Digital Converter
Membaca data ADC kanal 1 dan dikeluarkan ke PORTA
in : ADC kanal 1
out : PORTA
TEST_SPI Test Program Input-Output melalui SPI dengan pin No. 3 MOSI dan 5

MISO dihubung singkat.
Membaca data PORTG dan dikeluarkan ke PORTA
in : PORTG
out : PORTA
XYACOPY Mengkopi data sebanyak A Byte dari alamat X ke alamat Y.
in : Akku A -> Banyaknya Byte
in : Reg. X -> Alamat sumber
in : Reg. Y -> Alamat tujuan
XkeBCD Mengubah bilangan Heksa ke Desimal
in : Reg. X -> data dalam Heks a
out : Reg. X -> data dalam Desimal
XkeHeksa Mengubah bilangan Desimal ke Heksa
in : Reg. X -> data dalam Desimal
out : Reg. X -> data dalam Heksa
Tunda500ms Tunda waktu selama 500 mili detik
in : out
: Tunda1s
Tunda waktu selama 1 detik
in : out
: -
TundaXms Tunda waktu selama X mili detik
in : Reg. X -> data lamanya tunda waktu
out : REGI
Menampilkan isi Akku dan Register ke layar Monitor.
in : out
: gan_
bar1 Kursor pada Mode Terminal turun satu baris
in : out
: Tulis_
M Menulis pada layar monitor suatu teks
in : Reg. X
contoh
ldx #kata
kata fcc ‘“teks’“
fcb 0
out :
Layar monitor -> teks
Baca_Byte Membaca dari PC karakter 1 Byte
in : Karakter dari RS232
out : Akku B -> Karakter dalam ASCII
Baca_2Byte Membaca 2 Byte ASCII dari PC ke 1 Byte Heksa
in : Karakter dari RS232 2 Byte
out : Akku A -> Heksa 1 Byte
Baca_4Byte Membaca 4 Byte ASCII dari PC ke 2 Byte Heksa
in : Karakter dari RS232 4 Byte
out : Reg. X -> MSB dan LSB 2 Byte Heksa
Tulis_Byte Memberi ke monitor karakter 1 byte ASCII
in : Akku B -> Data dalam ASCII
out : ke RS232
Tul_HekAscii Merubah dari bilangan Heksa ke Ascii dan
mengirimkannya ke Monitor

in : Akku A -> Data Heksa yang akan diubah
out : Akku A -> ASCII MSB
Akku B -> ASCII LSB
Baca_Tulis Membaca dan menulis ke monitor karakter 1
Byte ASCII
in : Akku B -> karakter dari RS232 ASCII
out : Akku B ke RS232 ASCII
HEKSA_Ascii Merubah dari bilangan Heksa ke kode Ascii
in : Akku A -> data dalam heksa
out : A = ASCII MSB dan B = ASCII LSB
ASCII_Heksa Merubah dari kode Ascii ke bilangan heksa
in : A = ASCII MSB dan B = ASCII LSB
out : Akku A -> data dalam heksa
PWM Modulator Lebar Pulsa
in : Reg. X -> Periode positip ’1′ (T1)
in : Reg. Y -> Periode (T2)
in : Akku A-> Bit pada PORTA keluaran PWM
out : PORTA , bit yang dipilih
Periode, T = 8 us * T2
Frekuensi, f = 1/T Hz.
Dutycyle, D = T1/T2 * 100 %

8.13.3. Not Lagu VEDCLEMPS
VEDCLEMPS menyediakan not lagu 3 oktaf dilengkapi pula dengan not
setengah dan beberapa tempo lambat (Largo) sampai ke tempo cepat
(Marsmo) serta sela.

Not-not ini adalah sub program yang disimpan di dalam EPROM mulai
alamat 8001 yang dapat dipanggil dengan perintah JSR.

Contoh :
jsr do1
jsr Moderato
jsr re1
jsr Moderato
jsr mi2
jsr Moderato
rts

Daftar nama not penuh :

si0 do1 re1 mi1 fa1 sol1 la1 si1
do2 re2 mi2 fa2 sol2 la2 si2
do3 re3 mi3 fa3 sol3 la3 si3

Daftar nama not setengah :

di1 ri1 fi1 sel1 li1
di2 ri2 fi2 sel2 li2
di3 ri3 fi3 sel3 li3

Daftar tempo :

largo (lambat)
modagio
adagio
moderato
marsla
marsgio
marsada
marsmo (cepat)
garis
sela
sela1
sela2
sela3

8.13.4. Program Bagian Liquid Crystal Display (LCD)
jsr InitDisp Inisialisasi SPI Inisialisasi Tampilan
jsr WriteLCD Menulis text / data pada LCD
In: X = penunjuk lokasi string dengan kata dan karakter
pengontrol
jsr AHexDes Menampilkan isi Akku pada LCD dalam format Desimal

In: A = Data dalam format Hexadesimal
jsr Curs_On Menampilkan kursor pada posisi kursor
jsr Curs_Off Mematikan kursor pada posisi kursor
jsr ClearLCD Menghapus tampilan, pada kursor B1,C1
jsr LED_On Menyalakan LED
jsr LED_Off Memadamkan LED
jsr Back_On Menyalakan Back ground
jsr Back_Off Memadamkan Back ground
jsr SetCursor Meletakkan Cursor pada posisi A

In: A = Posisi kursor (tergantung dari jenis LCD yang
digunakan seperti tabel dibawah ini)

LM093LN
Baris 1 : $00..$0F
Baris 2 : $40..$27

LM032L
Baris 1 : $00..$14;
Baris 2 : $40..$54

LM044L
Baris 1 : $80..$93
Baris 2 : $C0..$D3
Baris 3 : $94..$A7
Baris 4 : $D4..$E7

Dengan tersedianya segala fasilitas yang diinstall pada komputer serta
yang terdapat pada EPROM memungkinkan pengunaan mikrokontroler
menjadi lebih luas untuk segala keperluan di industri dan pelatihan.

8.13.5. Port VEDCLEMPS
Steker X1 ( PORTE )

+5V

1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26

+5V
GND

GND
GND

GND

PE7/AN7
PE6/AN6
PE5/AN5
PE4/AN4
PE3/AN3
PE2/AN2
PE1/AN1
PE0/AN0

Gambar 8.35 Konfigurasi Steker X1 PORTE VEDCLEMPS
Steker X2 ( PORTA, PORTG )

+5V

1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26

+5V

GND

GND

GND

GND

PA7/PAI/OC1

PG7

PA6/OC2/OC1

PG6

PA5/OC3/OC1

PG5

PA4/OC4/OC1

PG4

PA3/IC4/OC5

PG3

PA2/IC1

PG2

PA1/IC2

PG1

PA0/IC3

PG0

Gambar 8.36 Konfigurasi Steker X2 PORTG VEDCLEMPS

Steker X3 ( SPI )

GND

+5V

MOSI/PD3

SS’/PD5

MISO/PD2

SCK/PD4

1 2
3 4
5 6
7 8

Gambar 8.37 Konfigurasi Steker X3 SPI VEDCLEMPS
Steker X4 ( RS232 )

1

6
Rx 2
7
Tx 3
8
4
9
GND 5

Gambar 8.38 Konfigurasi Steker X4 RS232 VEDCLEMPS
Steker X5 (BUS)

+5V +5V

GND GND

GND GND
IRQ

A15 A14

UA A12

A7 A13

A6 A8

A5 A9

A4 A11

A3 OE’

A2 A10

A1 A0

D7 D1

D6 D0

D5 D2

D4 D3

E
R/W’

1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26
27 28
29 30
31 32
33 34
35 36
37 38
39 40

Gambar 8.39 Konfigurasi Steker X5 BUS VEDCLEMPS

Steker X6 (Steker Catu Daya)

GND —-| O-|—–+8 s.d +12V

8.13.6. Peta Memory VEDCLEMPS
Gambar 8.40 Peta memory

8.14. Software VEDCLEMPSWIN
VEDCLEMPSWIN dijalankan dengan cara double-klick pada icon yang
tersedia pada Group VEDCLEMPS atau pada windows 95 ke atas ,
jalankan dengan melalui START – PROGRAMS – VEDCLEMPS – VEDC
LEMPSWIN.

Gambar 8.41 Icon VEDCLEMPSWIN

Gambar 8.42 Membuka program utama VEDCLEMPSWIN
Berikutnya akan muncul window VEDCLEMPS seperti berikut :

Gambar 8.43 Jendela utama VEDCLEMPSWIN

8.14.1. Menu Berkas
Gambar 8.44 Menu Berkas

BARU

Membuat file baru dengan format kosong ( diisi sendiri)

Baru LEMPS *.ASC

Membuat file baru dengan format yangtelah disediakan untuk penulisan
program LEMPS dengan assembler.

Baru LEMPS *.PAS

Membuat file baru dengan format yangtelah disediakan untuk penulisan
program LEMPS dengan bahasa PASCAL.

Baru BABY *.ASC

Membuat file baru dengan format yangtelah disediakan untuk penulisan
program BABY LEMPS dengan assembler.

Buka

Membuka file yang pernah dibuat.

Tutup

Menutup file yang aktif.

Simpan

Menyimpan file yang aktif ke disk.

Simpan di dalam

Menyimpan file dengan nama lain.

Cetak

Mencetak berkas yang aktif ke printer.

Selesai

Menutup program VEDC LEMPSWIN

8.14.2. Menu Edit
Gambar 8.45 Menu Edit

Memotong

Memotong/menghilangkan teks yang diblok

Mengkopi

Mengkopi teks yang telah diblok ke dalam clipboard.

Menambah

Menambahkan isi clipboard (teks yang telah dikopi) ke tempat dimana
kursor ditempatkan.

Hapus baris

Menghapus satu baris dimana kursor ditempatkan.

8.14.3. Menu Cari
Gambar 8.46 Menu Cari

Cari

Mencari teks

Mengganti

Mencari dan sekaligus mengganti sutau teks dengan teks lain.

Cari lagi

Mengulang mencari teks yang telah dicari sebelumnya.

Cari Kesalahan [^]

Setelah meng-compile (Menghimpun) apabila terjadi kesalahan, maka
apa yang salah tersebut dapat dilihat dengan menu ini dimana apa yang
salah akan ditandai dengan tanda ^

8.14.4. Menu Jendela
Gambar 8.47 Menu Cari

Bertumpuk

Menyusun jendela-jendela editor yang telah dibuka dalam susunan
kaskada

Bersusun

Menyusun jendela-jendela editor yang telah dibuka menjadi tampak
semua.

Menyusun simbol

Menyusun jendela-jendela editor yang telah dibuka secara bebas.

Dikecilkan semua

Jendela-jendela editor yang telah dibuka dikecilkan semua.

Berikutnya

Mengaktifkan jendela editor berikutnya satu persatu.

8.14.5. Menu Menghimpun
Gambar 8.48 Menu Menghimpun

Menghimpun

Meng-compile file *.ASC menjadi file *.S19 atau *.BOO

Mengisikan

(Download) Mengirim file *.S19 melalui kabel RS232 ke modul
mikrokontroller. Atau mengirim file *.BOO ke modul mikrokontroller Baby
LEMPS.

Menghimpun+Mengisikan

Meng-compile sekaligus mengirim file melalui kabel RS232 ke modul
mikrokontroller.

Menghimpun-Type berkas *.S19

Menetapkan bahwa file hasil compile adalah dalam format *.S19

Menghimpun-Type berkas *.BOO

Menetapkan bahwa file hasil compile adalah dalam format *.BOO yaitu
format untuk pengisian EPROM.

8.14.6. Menu Terminal
Gambar 8.49 Menu Terminal

Terminal

Menampilkan mode terminal yaitu editoruntuk komunikasi antara
komputer dan modul mikrokontroller.

Gambar 8.50 Jendela Terminal

8.14.7. Menu Pilihan
Gambar 8.51 Menu Pilihan

Sistim[RS232 & Path]

Mengatur sambungan PORT COM, BAUD Rate dan Direktori yang
dipergunakan.

Terminal Tombol Fungsi

Mengatur kegunaan tombol yang disediakan pada mode terminal.
Pemakai dapat mengubah fungsi tombol sesuai dengan keingginannya.

Jenis Huruf

Mengatur jenis huruf yang dipergunakan pada jendela editor,

Kalkulator

Membuka jendela kalkulator VEDC LEMPSWIN ( Kalkulator jenis HP
bukan CASIO ! )

8.14.8. Menu Manual
Gambar 8.52 Menu Manual

Pengantar LEMPS

Berisi informasi bagaimana meng”hidupkan” mikrokontroller
VEDCLEMPS dan mencobanya pada mode terminal dengan beberapa
perintah “Token” BACA, TULIS dan GOTO

Pengantar BABY

Berisi informasi bagaimana meng”hidupkan” mikrokontroller
BABYLEMPS dan mencobanya pada mode terminal dengan beberapa
perintah “Token” R, W dan G

Hardware LEMPS

Berisi informasi tentang tata letak steker beserta urutan pin-pin pada
PORT VEDCLEMPS dan Pembagian Memori (Memori map).

Hardware BABY

Berisi informasi tentang tata letak steker beserta urutan pin-pin pada
PORT BABYLEMPS dan Pembagian Memori (Memori map)

Monitor LEMPS

Berisi informasi tentang :
Langkah-langkah menjalankan program
Sub Program monitor EPROM V2.35/VEDC
NOT lagu VEDCLEMPS
Sub program Liquid Crystal Dysplay (LCD)
Tokens monitor VEDCLEMPS
Alamat interupt vector

Monitor BABY

Berisi informasi tentang program monitor BABYLEMPS

Assembler M68HC11

Berisi informasi tentang :
Informasi kesalahan
Assemblerdirectiven
Format program assembler
Assembler untuk PC (Contoh program)

Pascal

Berisi informasi tentang pembuatan program mikrokontroller dengan
menggunakan bahasa pascal.

Penjelasan M68HC11

Berisi informasi tentang :
Register pada prosessor ( Akkumulator, Register dan Code Code
Register )

Intruksi percabangan (loncat)
Program pertama
Tabel Instruksi penting

VEDC-LEMPSWIN

Berisi informasi tentang :
Penjelasan umum tentang VEDC LEMPSWIN
Penggunaan kalkulator

Informasi VEDC-LEMPSWIN

Berisi informasi tentang versi software dan alamat kontak.

Gambar 8.53 Jendela Informasi VEDCLEMPSWIN

8.14.9. Fungsi Toolbar
Gambar 8.54 Toolbar VEDCLEMPSWIN

8.14.10. Contoh Pengkodean Program Input Output
Gambar 8.55
Modul Input Output Digital tersambung pada modul
mikrokontroller VEDCLEMPS

Berikut ini kita akan mencoba membaca data dari deretan 8 buah saklar
pada yang terhubung PORTG dan mengeluarkan data hasil pembacaan
itu ke deretan 8 buah LED yang terpasang pada PORTA secara terus
menerus.
Opcode diperoleh dengan cara meneerjemahkan dari buku instruksi, dan
angka-angka inilah yang diketikkan pada editor software EPROM
programmer atau langsung didownload ke modul mikrokontroller. Cara
yang demikian amat susah dan tidak mungkin dilakukan untuk program
yang panjang. Cara yang paling baik adalah dengan menulis program
dalam assembler pada suatu text editor dengan format penulisan yang
sudah baku.

+ Vcc
+Vcc +Vcc
10 K
10 K
10 K
10 K
10 K
10 K
10 K
10 K
330
330
330
330
330
330
330
330
1, 10, 19
74HC640
9
8
7
6
5
4
3
2
11
12
13
14
15
16
17
18
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
26 25
24 23
22 21
20 19
18 17
16 15
14 13
12 11
20
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
PA4
PA5
PA 6
PA 7
PG0
PG1
PG2
PG3
PG4
PG5
PG6
PG7
PORTA PORTG
Gambar 8.56 Rangkaian Modul Input Output Digital tersambung pada
modul mikrokontroller VEDCLEMPS

Alamat Opcode Mnemonic Keterangan
0000 86 FF LDAA #FF Mengisi data langsung #$FF ke dalam
Akku A
0002 B7 10 01 STAA DDRA Mengeluarakan isi Akku A ke DDRA (Adr.
$1001)
0005 86 00 LDAA #00 Mengisi data langsung #$00 ke dalam
Akku A
0007 B7 10 03 STAA DDRG Mengeluarakan isi Akku A ke DDRG (Adr
$1003)
000A B6 10 02 LDAA PORTG Akku A diisi data dari PortG (Adr. $1002)
000D B7 10 00 STAA PORTA Isi Akku A diberikan ke PortA (Adr. $1000)
0010 7E 00 0A JMP $000A Loncat ke alamat $000A

Setelah arah masuk-keluarnya data ditentukan (di-inisialisasi), berikut ini
kita akan mencoba membaca data dari deretan 8 buah saklar pada yang
terhubung PORTG dan mengeluarkan data hasil pembacaan itu ke
deretan 8 buah LED yang terpasang pada PORTA secara terus menerus.

Sambungkanlah modul mikrokontroller VEDCLEMPS dengan kabel
RS232 ke komputerdan pasangkan pula powersupply 12 V dc. Kemudian
Jalankan program aplkasi windows VEDCLEMPSWIN dan bukalah mode
terminal. Perhatikan dan yakinkan bahwa Prompt V2.35/VEDC sudah
muncul pada editor mode terminal. Selama prompt belum muncul maka
kita tidak dapat menjalakan mikrokontroler. Usahakan pertama kali
prompt harus muncul dengan cara menekan tombol reset atau tombol
XIRQpada modul mikrokontroller dan jika tombol ENTER pada keyboard
ditekan maka pada editor terminal juga akan muncul prompt baru.

Gambar 8.57 Jendela Terminal VEDCLEMPSWIN

Berikutnya salinlah kode operasi program IN_OUT diatas dengan cara
mengetikan kode operasi tersebut dengan bantuan tokens “TULIS”
sebagai berikut :

Gambar 8.58 Menulis data RAM pada Jendela Terminal

Untuk melihat apakah data yang sudah kita ketikkan tadi sudah masuk ke
RAM dengan alamat awal 0000 atau belum, kita dapat memeriksanya
dengan mggunakan tokens “BACA” sebagai berikut :

Gambar 8.59 Membaca data RAM pada Jendela Terminal

Perhatikan apakah data yang ditampilkan sudah benar atau belum, jika
belum benar kita dapat memperbaikinya dengan cara menuliskan lagi
data yang salah dengan tokon “TULIS” kemudian ketik alamat data yang
salah dan selanjutnya ketikkanlah data yang benar kemudian ENTER dan
periksalah lagi data baru tersebut.

CATATAN :
Penulisan data yang berupa huruf A,B,C,D,E,F harus dalam bentuk huruf
besar (Kapital)

Jika terjadi kesalahan ketik , tombol BACKSPACE tidak berfungsi ( tidak
dapat dibetulkan),
untuk memperbaikinya tekan tombol ENTER maka akan ganti baris dan
ulangi lagi langkah yang salah tersbut.
Tokens BACA,TULIS,GOTO,REGI
bebas menngunakan huruf besar atau kecil.

Apabila program yang ditulis sudah benar, kita dapat menjalankan
program tersebut dengan bantuan tokens “GOTO” alamat 0000 sebagai
berikut :

Gambar 8.60 Menjalankan program pada alamat 0000

Mainkanlah deretan saklar pada PORTG dan perhatikan nyala deretan
LED pada PORTA apakah sesuai dengan kedudukan saklar, jika saklar
ON maka LED menyala dan jika saklar OFF maka LED padam ?

8.14.11. Token VEDCLEMPS EPROM V2.35
BACA

Membaca data dari memori yang dimulai dari ‘adr’ hingga 15 lokasi
memori berikutnya. Setelah menuliskan 4 digit alamat jangan menekan
ENTER

Gambar 8.61 Prosedur Baca Token VEDCLEMPS

Contoh :

V2.35/VEDC>baca 00FF
V2.35/VEDC>BACA 00FF
V2.35/VEDC>Baca 00FF

Gambar 8.62 Contoh pemakaian token BACA

TULIS

Menulis data pada memori RAM yang dimulai dari alamat ‘adr’ dan kalau
sudah diakhiri dengan menekan tombol ENTER

Gambar 8.63 Prosedur Tulis Token VEDCLEMPS

Contoh :
V2.35/VEDC>tulis 1000 FF FF ¿
V2.35/VEDC>TULIS 1000 FF FF ¿
V2.35/VEDC>Tulis 1000 FF FF ¿

Gambar 8.64 Contoh pemakaian token TULIS

GOTO

Menjalankan program yang sudah dibuat dari alamat ‘adr’.
Setelah menuliskan 4 digit alamat jangan menekan ENTER

Gambar 8.65 Prosedur GOTO Token VEDCLEMPS

Contoh :
V2.35/VEDC>goto 2000
V2.35/VEDC>GOTO 2000

V2.35/VEDC>Goto 2000

Gambar 8.66 Contoh pemakaian token GOTO

AUTO

Setelah menjalankan token ini,secara otomatis program akan dijalankan
mulai alamat ‘adr’.

Gambar 8.67 Prosedur Auto Token VEDCLEMPS

Contoh :

V2.35/VEDC>auto 2000
V2.35/VEDC>AUTO 2000
V2.35/VEDC>Auto 2000

Gambar 8.68 Contoh pemakaian token AUTO

Hati-hati jangan sampai salah ketik pada saat penulisan alamat pada
auto setelah menekan spacebar. Penulisan yang salah atau menekan
tombol enter atau spacebar lagi menyebabkan program auto
menjalankan ke alamat yang salah dan program akan lari serta sulit
dihentikan.

Apabila memang telah terjadi kesalahan (salah ketik / tekan tombol),
langkah selanjutnya jangan menekan tombol enter, melainkan tekan
tombol reset atau XIRQ pada modul mikrokontroller VEDCLEMPS.

8.14.12.
Pembuatan Program Dengan Mengunakan
Format Assembler
Untuk menulis program assembler pada suatu text editor , susunan
penulisan harus diperhatikan. Penulisan dan penempatan instruksi yang
tidak mengikuti aturan akan menyebabkan program tersebut tidak dapat
di-compile ke bahasa mesin. Proses meng-compile yang sukses akan
menghasilkan file dengan extensi *.S19 dan file *.LST. File S19 inilah
yang berisi kode operasi (bahasa mesin) yang akan di-download ke
mikrokontroller.
Adapun susunan penulisan program assembler adalah sebagai berikut :

Kolom Kolom Kolom Kolom
pertama kedua ketiga keempat
Label Mnemonic Operand Kommentar

* Programm pertamaku In_Out
* Isi PortG dikeluarkan ke PortA
* Bagian Pendefinisian ————————————————–PORTA
equ
DDRA equ
PORTG equ
DDRG equ
org

$1000 Dengan EQU alamat $1000 = label PORTA

$1001
$1002
$1003

$0000 Alamat awal Program di RAM

* Bagian Inisialisasi —————————————————-

Inisial ldaa
staa
ldaa
staa

#$FF Akku A diisi data #$FF
DDRA Isi Akku A dikeluarkan ke DDRA
#$00 Akku A diisi data #$00
DDRG Isi Akku A dikeluarkan ke DDRG

* Bagian Program utama —————————————————-
Lagi ldaa
staa
jmp

PORTG Membaca PortG dan memasukkannya ke
Akku A
PORTA Mengeluarkan isi Akku A ke PortA
Lagi Loncat ke label Lagi

*
Selesai —————————————————————-end
Akhir program

Membuat File Baru
Pilihlah sub menu Baru LEMPS *.ASC pada menu Berkas

Gambar 8.69 Menu Berkas – Baru Lemps*.ASC

sehingga akan muncul satu jendela baru yaitu editor assembler berisi
format urutan penulisan program assembler lengkap dan runtut yang
sudah disediakan dengan nama file NONAMA.ASC seperti berikut :

Gambar 8.70 Jendela Editor

Berikutnya salinlah program BLINKER di bawah ini dengan memasukkan
ke editor tersebut :

Gambar 8.71 Program blinker pada editor

Menyimpan File

Pilihlah sub menu Simpan pada menu Berkas sehingga akan muncul
satu jendela baru yaitu Menyimpan data.

Gambar 8.72 Menu menyimpan file

Atau dengan cara lain yang lebih mudah kita tinggal klick saja pada
toolbar dengan gambar disket

Gambar 8.73 Toolbar menyimpan file

Gantilah nama file NONAME.ASC yang terdapat pada kotak isian nama
file menjadi nama baru BLINKER.ASC seperti berikut :

Gambar 8.74 Jendela mengganti nama file

Menghimpun ( meng-compile ) file

Menghimpun ( meng-compile ) adalh membuat file baru dengan format
S19 atau BOO dari file dalam format assembler. Dengan menghimpun
kita akan memperoleh file yang berisi kode operasi dari program yang
kita buat dengan bahasa assembler secara otomatis ( komputer yang
mengerjakan sendiri pengkodean kembali instruksi assembler ). File
dalam format S19 ini yang akan dikirimkan melalui kabel RS232 ke modul
mikrokontroller.

Gambar 8.75 Menu menghimpun file

Untuk menghimpun, pilihlah sub menu Menghimpun pada menu
Menghimpun S19 Atau dengan cara lain kita dapat menekan tombol
fungsi F9 pada keyboard atau dengan cara lain lagi yaitu dengan mengklick
toolbar dengan gambar icon seperti di bawah ini :

Gambar 8.76 Toolbar menghimpun file

Berikutnya komputer akan memproses compileing dan menampilkan
hasilnya pada jendela baru. Pada jendela ini akan muncul informasi
apakah proses compileing berhasil atau terjadi kesalahan. Jika berhasil
akan diperoleh file baru dalam format S19 atau BOO dan abapila terdapat
kesalahan maka tidak akan dihasilkan file tersebut. Banyaknya kesalahan
akan ditampilkan pada jendela ini. Informasi kesalahan 0 berarti file
berhasil dicompile tanpa ada kesalahan.
Setelah muncul jendela Finished -Assembler, tutuplah jendela
tersebut, karena setiap kali kita melakukan copileing akan selalu muncul
satu jendela satu informasi seperti itu.

Gambar 8.77 Jendela menghimpun

Mencari kesalahan

Gambar 8.78 Menu mencari kesalahan

Apabila pada proses compileing ( menghimpun ) muncul informasi
adanya kesalahan. Sebagai contoh ditunjukkan seperti berikut ini :

Gambar 8.79 Jendela hasil menghimpun

Bahwa telah terjadi satu kesalahan. Kesalahan yang dimaksud tersebut
apa kita dapat melihatnya dengan cara memilih sub menu Cari
Kesalahan [^] pada menu Cari atau dengan cara menekan tombol
Control+E pada keyboard atau dengan cara yang paling cepat dengan
meng-klick toolbar dengan gambar icon :

Gambar 8.80 Toolbar mencari kesalahan
Berikutnya akan muncul jendela baru seperti berikut :

Gambar 8.81 Jendela penunjukan kesalahan

Perhatikan bahwa terjadi kesalahan pada perintah jmp Utama. Kode
kesalahan yang ditunjukkan adalah Error 235. Untuk menmgetahu
keslahan apa yang dimaksud, kita dapat melihatnya pada sub menu
Assembler M68HC11 pada menu Manual .

Gambar 8.82 Menu manual assembler MC68HC11

Dari manual kita peroleh informasi :
ERROR 235
Tanda(Difinisi) tidak dikenal, Syntaxerror, Format Bilangan
Kita perhatikan bahwa Label Utama tidak diketemukan. Sekarang kita
harus melihat dan meneliti kembali program yang kita buat apakah label
Utama benar tidak ada ?.

Gambar 8.83 Kesalahan penulisan huruf “U”

Perhatikan bahwa ternyata label Utama memang tidak ada yang ada
adalah label utama.
Penulisan label harus sama persis berkaitan dengan besarnya huruf yang
dipakai. U dan u adalah tidak sama !
Untuk memperbaikinya samakanlah label yang dipakai, yaitu :

Perintah jmp Utama diganti dengan jmp utama atau label utama diganti
dengan Utama
Setelah diperbaiki lakukanlah proses menghimpun lagi sampai diperoleh
kesalahan 0

Mengisikan ( Download )

Mengisikan adalah mengirim data file S19 melalui kabel RS232 ke modul
mikrokontroller.
Download dilakukan dengan cara memilih sub menu Mengisikan pada
menu Menghimpun S19

Gambar 8.84 Menu mengisikan

atau dengan cara menekan tombol fungsi F8 pada keyboard atau dengan
cara yang paling cepat dengan meng-klick toolbar dengan gambar icon :

Gambar 8.85 Toolbar mengisikan
Berikutnya akan muncul jendela baru seperti berikut :

Gambar 8.86 Jendela mengisikan file S19

Kita pilih file S19 yang kita kehendaki untuk diisikan ke mikrokontroller
dan selanjutnya jawablah OK

Selama proses mengisikan akan muncul tampilan proses mengisikan
pada sisi bawah jendela VEDCLEMPS. Tunggulah sampai proses
menunjukkan 100 % selesai.

Gambar 8.87 Progressbar selama proses mengisikan

Berikutnya jika proses download berhasil akan muncul jendela baru editor
mode terminal dengan informasi nama file dengan disertai data alamat
awal program.

Gambar 8.88 Jendela terminal VEDCLemps

Pada prompt V2.35/VEDC> kita dapat menjalankan program dengan cara
yang sama seperti sebelumnya yaitu dengan menuliskan token GOTO
2000 atau dengan meng-klick tombol fungsi

Gambar 8.89 Tombol menjalankan program

Menghimpun dan mengisikan (Compile + Download)

Proses menghimpun dan mengisikan (compile + download) dapat kita
lakukan sekali jalan saja dengan cara menekan toolbar dengan gambar
icon :

Gambar 8.90 Toolbar menghimpun sekaligus mengisikan

Selanjutnya komputer akan meng-compileing file assembler yang kita
buat sekaligus mengisikannya langsung ke mikrokontroller melalui kabel
RS232.

8.15. Pemodelan Fuzzy
Pada bagian ini akan diperlihatkan implementasi suatu kontrol temperatur
dengan dua masukan dan satu keluaran.
Kontroler fuzzy akan mengukur temperatur diluar ruangan dan temperatur
dalam ruangan mengatur pemanas ruangan.
Langkah-langkah implentasi dibagi menjadi tiga tahapan yaitu:
Pendefinisan sistem dalam bentuk diagram blok, membuat grafik fungsi
keanggotaan dan menetapkan aturan.

8.15.1. Pendefinisian Pengaturan Temperatur Ruangan
Pada tahap ini ditetapkan nama dan jumlah fungsi keanggotaan (variabel
liguistik), lebar nilai masukan dan penetapan port masukan serta keluaran

mikrokontroler.
Sensor temperature
Temperatur luar
Dingin, normal, panas
-10oC Þ $00
+30oC Þ $FF
Sensor temperature
Temperatur dalam
Dingin, nyaman, panas
16oC Þ $00
+24oC Þ $FF

Masukan Analog Þ inp.0 Masukan Analog Þ inp.1

Mikrokontroler Fuzzy

Keluaran PWM Þ out.0

Aktorik, PWM

Pemanas

Mati, setengah,penuh

Gambar 8.91 Diagram blok pengatur temperatur ruangan

8.15.2. Membuat grafik fungsi keanggotaan
Membuat grafik fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran. Fungsi
keanggotaan masukan dapat berbentuk trapesium maupun segitiga
sedangkan untuk fungsi keanggotaan keluaran hanya berbentuk
singletons.

Gambar 8.92 Grafik fungsi keanggotaan temperatur luar

Gambar 8.93 Grafik fungsi keanggotaan temperatur dalam

Gambar 8.94 Grafik fungsi keanggotaan pemanas

8.15.3. Menetapkan Aturan Dasar
Menetapkan aturan dasar sesuai kemungkinan yang terjadi dengan
banyaknya fungsi keanggotaan masukan dan keluaran., contoh „Jika
temperatur luar hangat dan temperatur dalam panas maka kemudian
matikan pemanas ruangan. Hubungan variabel lingusistik yang banyak
dilakukan dengan operasi AND.

Temp. luar Temp dalam pemanas
IF Dingin AND Dingin THEN Senuh
IF Dingin AND nyaman THEN Senuh
IF Dingin AND panas THEN Setengah
IF normal AND Dingin THEN Setengah
IF normal AND nyaman THEN Setengah
IF normal AND panas THEN Mati
IF panas AND Dingin THEN Mati
IF panas AND nyaman THEN Mati
IF panas AND panas THEN Mati

8.15.4. Implementasi Fuzzy Kontroler Dengan Software FuzzyLemps
Jalankan program FuzzyLemps dengan cara double-click pada icon
seperti tampak pada gambar berikut ini.

Gambar 8.95 Icon Fuzzylemps Gambar 8.95 Icon Fuzzylemps
Tunggu sampau muncul jendela utama FuzzyLemps

Gambar 8.96 Jendela utama FuzyLemps

Selanjutnya implementasikan diagram blok yang sudah direncanakan
kedalam software sebagai berikut

Gambar 8.97 Implementasi diagram blok FuzyLemps

Berikutnya tentukan fungsi keanggotaan untuk semua masukan dan
keluaran sesuai dengan rancana pada saat pemodelan.

Gambar 8.98 Implementasi fungsi keanggotaan masukan temperatur
luar

Gambar 8.99 Implementasi fungsi keanggotaan masukan temperatur
dalam

Gambar 8.100
Implementasi fungsi keanggotaan keluaran

Apabila semua fungsi keanggotaan masukan dan keluarn selesai
ditentukan , maka diagram blok kontrol akan berubah menjadi seperti
pada gambar 3.11. yaitu dengan ditandainya blok masukan maupun
keluaran.

Gambar 8.101
Diagram blok yang telah terisi penuh dengan fungsi
keanggotaan

Selanjutnya tekan tombol „Weiter“ untuk mengedit aturan „Rule Base“

Gambar 8.102 Mengatur aturan sesuai banyaknya kemungkinan
Langkah berikutnya tekan tombol “Weiter” untuk mengatur pengalamatan

Gambar 8.103 Pengaturan alamat pada mikrokontroler

Kemudian simpanlah file fuzzy ini dengan cara menekan tombol
“Speichern” dan berilah nama file.

Gambar 8.104
Menyimpan file fuzzy

Berikutnya kita akan membuat file assembler dengan cara menekan
tombol “ASC Generieren”.

Gambar 8.105 Konfirmasi pembuatan file ASC

Gambar 8.106
File ASC yang telah dibuat oleh software FuzzyLemps
secara otomatis

File ASC ini kemudian dibuka dan dijalankan pada softaware
VEDCLEMPS dan didownloadkan ke mikrokontroler.

658

Mikroprosesor Z-80

Mikroprosesor Z-80

7.1 Perencanaan Jalannya Program

Untuk memberikan kejelasan, setelah menganalisa masalah yang terjadi
dengan tepat, maka dibuat sedikit atau banyak detail dari jalannya
program yang telah direncanakan. Dengan ini kita dapat mengurangi
kesukaran pemrograman, walaupun demikian pada saat kita membuat
kesalahan logika pada suatu jalannya program, sering memberikan
pelajaran yang baik untuk mendapatkan pemahaman dan jalan keluar
lebih baik.

Sebuah perencanaan jalannya program menggambarkan urut-urutan
proses atau jalannya fungsi sebuah program, perencanaan ini juga
menunjukkan urutan yang mana atau syarat yang mana dari pelaksanaan
kejadian sebelumnya, yang akan diulang.

Pada perencanaan jalannya program dapat dituangkan dalam bentuk
aliran program (Flow Chart). Hal yang penting untuk menghindari banyak
kesalahan pada flow chart, bahwa masing-masing blok mempunyai
sebuah masukan dan sebuah keluaran.

Benar Salah
Gambar 7.01 Blok masukan-keluaran diagram alir

Pada struktur program ada 3 bentuk yang boleh digunakan sebagai
bangun program.

1. Struktur linier (berurutan/sequens)

2. Struktur Pengulangan (Loop)
Pengulangan program bagian yang dapat dijalankan berulang-ulang
disebut sebagai tubuh dari pengulangan. Pada masing-masing
pengulangan, minimal ada satu syarat loncat dan pada setiap
pelaksanaan pengulangan, syarat loncat tersebut harus diuji.

Gambar 7.03 Flowchart Struktur Pengulangan

Hasil pengujian akan mempengaruhi jalannya program bagian / tubuh
pengulangan atau jalannya perintah berikutnya.
Pengulangan pada umumnya terdiri dari beberapa bagian berikut ini :

Inisialisasi


Pengisian register atau lokasi memori yang dipakai pada
pengulangan. Contoh : alamat awal penyimpan data, nilai awal dari
suatu penghitung.

Pengosongan register atau flag. Bagian ini hanya dilaksanakan satu
kali
Tubuh pengulangan


Hal ini tediri dari program yang harus berulang-ulang dilaksanakan.
Contoh : Perhitungan, memeriksa kondisi masukan keluaran.

Rangka pengulangan ini dapat terdiri dari struktur pengulangan atau
alternatip.
Aktualisasi dari Parameter Pengulangan


Pada pemprosesan blok data, contoh penunjuk alamat pada setiap
pelaksanaan pengulangan harus dinaikkan 1 atau diturunkan 1.

Aktualisasi syarat untuk mengakhiri pengulangan untuk digunakan :
o
Penghitung, yaitu setiap pelaksanaan pengulangan isi register
atau lokasi memori dinaikan atau diturunkan. Pada pencapaian
suatu nilai tertentu maka pengulangan akan berakhir.
o
Juga pada pengujian sebuah hasil (perhitungan bila sesuatu nilai
tercapai, lebih besar atau lebih kecil maka pengulangan berakhir.
o
Sebuah kemungkinan lain adalah pengujian bit kontrol dari isi
register atau mencari, pengulangan dapat dipengaruhi melalui
hasil dari jalannya program atau melalui pembacaan blok
masukan keluaran.

Keputusan untuk mengakhiri pengulangan

Kriteria keputusan selalu melihat pada kondisi bit flag.

a. Pengujian Pengulangan pada akhir struktur pengulangan ( Repeat
Until ). Kekurangan pada instruksi ini, bahwa bagian yang diulang akan
langsung berjalan pada saat masuk ke dalam pengulangan dan
pengulangan berikutnya tergantung dari pemenuhan syarat.

Penutup Pengulangan

Di sini hasil yang didapat dari perhitungan pada saat pengulangan
disimpan atau isi asli/awal dari register yang dipakai pada saat
pengulangan diisi kembali pada register yang bersangkutan
Contoh 1
Sebuah Mikroprosessor harus menambah 12 bilangan biner (panjang 8
bit) yang berada pada blok data, alamat awal blok data diberi simbol
DATA. Hasil akhir penjumlahan diletakkan pada register HL. Alamat awal
Mikroprosessor : 0900H, alamat DATA ; 0A00H.
Pemecahan :


Penjumlahan harus terjadi pada tubuh pengulangan, jumlah
pengulangan harus dihitung pada register B.

Karena penghitung, untuk memulai pengulangan tidak pernah diisi
dengan 0, maka dipergunakan struktur repeat – until.

Untuk blok data, diperlukan 1 register alamat awal data, register IX.

Karena hasil dapat lebih besar dari 8 bit, maka Register HL dipakai
sebagai tempat penghitung dan hasil.

Operan tunggal / data 8 bit dapat diisi ke register E dan untuk
kemudian ditambahkan dengan isi register HL untuk mendapatkan
hasil sementara pada setiap pengulangan.
Parameter Masukan : alamat awal dari blok data ( DATA ).
Parameter Keluaran : HL berisikan hasil dari program
Register yang berubah : B, DE, HL, IX

Program :

Tanda Alamat
(HEX)
Kode Operasi
(HEX) Mnemonik
LOOP
0900
0902
0906
0909
090C
090F
0910
0912
0913
0916
06 0C
DD 2A 00 0A
21 00 00
11 00 00
DD 5E 00
19
DD 23
05
C2 0C 09
FF
LD B, 0CH
LD IX,DATA
LD HL, 0000H
LD DE, 0000H
LD E,(IX+0)
ADD HL, DE
INC IX
DEC B
JP NZ, LOOP
HALT

3. Struktur Keputusan (Percabangan)
Gambar 7.07 Flowchart Percabangan

Struktur ini terdiri dari sebuah blok pengontrol, yang telah ditentukan dan
akan menjalankan alternatip bila syarat tertentu terpenuhi.
Contoh :

7.2 Ikhtisar Arsitektur Mikroprosessor
Pada dasarnya mikroprosesor adalah terdiri tiga bagian pokok yang
saling bekerja sama antara yang satu bagian pokok yang saling bekerja
sama antara yang satu dengan yang lainnya.

1. PENGONTROL
1.1. Register Perintah
Register perintah diisi langsung dari bus data sistem melalui bus data
internal. Pada informasi 8 bit yang dibawah ke register ini adalah selalu
menunjukkan suatu kode operasi dari sebuah perintah.

1.2. Pendekoder Perintah
Masing-masing bit dalam register perintah di uji / di periksa keadaan
tegangannya ( H atau L ) oleh pendekoder perintah . Dengan
demikian hal tersebut dapat dipastikan bahwa informasi yang
disimpan dalam register perintah adalah merupakan suatu kode
operasi tertentu.

1.3. Pengontrol Waktu dan Aliran ( Pengontrol Waktu dan Aliran )
Unit ini berfungsi mengkoordinasikan antara jalannya sinyal di dalam
dan di luar mikroprossesor dengan waktu. Unit pengontrol ini
menyimpan informasi internal mikroprossesor yang berasal dari
pendekoder perintah dan dari luar unit sistem. Sinyal yang di terima
dari luar adalah sinyal detak ( clock ), sinyal control ( WR,RD )
dan sinyal penawaran ( Riset, int ) pengontrol waktu dan logik
memberikan informasi balik pada unit sistem seperti sinyal tulis
diberikan ke unit sistem menunjukkan bahwa pada unit ini akan di
tulis sebuah data.
Keseluruhan dari sinyal masuk dan keluar pada unit pengontrol waktu
dan logika ini disebut bus kontrol.

2. PENYIMPAN
Prinsip dari Mekanisme Penyimpan dari sebuah Mikroprossesor

Multiplexer
A F
B C
D E
H L
Penghitung perintah ( PC )
Penunjuk Stack (Stack Printer)
Penyimpan sinyal alamat

Mekanisme Penyimpan dari Z 80 dibagi dalam 6 kelompok fungsi

2.1.Multi plexer / Pemilih Register

Melalui multiplexer 1 pemilih register, lokasi memori dalam blok register
yang dipilih dapat di tulis atau di baca.

2.2.Register Sementara A – F

Hal ini mengenai dua register 8 bit , yang dapat dipakai sebagai register
tunggal ( 8 bit ) atau dipakai sebagai register pasangan ( 16 bit) untuk
proses internal Mikroprossesor.

Register A -F adalah sama dengan penghitung data dari penghitung
sederhana.

Dengan kata lain, dalam register A – F , sebagai contoh : bagian alamat
16 bit dari sebuah perintah disimpan untuk sementara.

2.3.Register pasangan BC, DE, HL

Register ini dalam program dipakai sebagai register tunggal atau sebagai
register pasangan. Bila dipakai sebagai register tunggal maka dia
dapat dipakai sebagai penyimpan 8 bit . Bila dipakai sebagai register
pasangan, dia dapat menyimpan 16 bit , sebagai contoh alamat lokasi
memori 16 bit. Dalam mikroprosessor tersedia perintah khusus untuk
register 16 bit ini.

2.4.Penunjuk Strack ( Strack Printer )

Melalui program adalah mungkin untuk menjelaskan proses
penulisan/pembacaan data ke/dari alamat stack yang telah di
tentukan.

Alamat awal dari stack diisi ke penunjuk stack melalui sebuah perintah
khusus.

Gambar 7.9 Stack Pointer

Bekerja dengan Stack.
Bila sebuah data dari mikroprosessor ditulis ke dalam stack, maka
pertama adalah isi dari penunjuk stack dikurangi 1 dan data tersebut di
tulis pada alamat ini ( alamat awal stack -1 ), kemudian penunjuk stack
dikurangi 1, sehingga data berikutnya ditulis pada alamat awal stack -2.

Proses ini terus berlangsung pada setiap penulisan data ke dalam
stack. Penunjuk ini terus berlangsung pada setiap penulisan data ke
dalam stack, penunjuk stack selalu menunjuk pada alamat lokasi
stack yang ditulis terakhir.

Gambar 7.10 Penunjukan Alamat Stack

Pada pembacaan sebuah data dari stack, pertama ini dari alamat
stack yang aktif saat itu ( alamat awal stack -2 ) di baca dan kemudian
penunjuk printer di tambah 1.
Kemudian di penunjuk stack terisi alamat awal stack -1 dibaca. Jadi
data yang terakhir ditulis pada stack akan di baca pertama pada saat
pembacaannya.
Jadi proses pembacaan pada saat stack digambarkan sebagai LIFO (
Last In First Out )

2.5. Penghitung Perintah
Dalam penghitung perintah terdiri dari alamat masing – masing data
yang dibaca sebagai alamat penyimpan program berikutnya. Data
yang disimpan dalam penyimpan program selalu adalah kode operasi
( up – code ) , perintah dan data ( sebagai contoh bagian alamatnya )
Penghitung perintah mempunyai tugas untuk selalu meletakkan
mikroprosessor pada posisinya yang benar pada jalannya program.

2.6. Penyimpan Sinyal Alamat (Adress Catch)
Bila data dari blok register dihubungkan ke bus alamat, maka
selanjutnya data ini disimpan sementara dalam penyimpan sinyal
alamat.
Sebagai contoh mikroprosessor mengakses stack, maka isi dari
penunjuk stack di isi dalam penyimpan sinyal alamat. Pengurangan isi
dari penunjuk stack pada proses penulisan dalam stack atau
penambahan isi penunjuk stack pada proses pembacaan dari stack
terjadi melalui penghitung naik/turun.
Bila mikroprosessor mengakses penyimpan program , maka isi dari
penghitung perintah diisi ke dalam penyimpan sinyal alamat.
Pembentukan alamat dari instruksi yang akan dilaksanakan
berikutnya (penambahan isi penghitung perintah ) terjadi melalui
penghitung naik.
Bila alamat yang dibentuk dengan register pasangan HL, DE, BC,
W2, penyimpanan sementara dalam penyimpan sinyal alamat terjadi
dalam cara yang serupa.

3. OPERASI
Prinsip Mekanisme Operasi Ssebuah Mikroprosessor

Gambar 7.11 Mekanisme Operasi Mikroprosessor

Mekanisme Operasi Z 80 dibagi dalam 5 klompok fungsi :

3.1.Unit Aritmatik Logika

ALU melaksanakan semua operasi aritmatik dan logika

3.2.Register Sementara ( Register Operan )

dan

3.3.Akkumulator

Operasi Aritmatik dan Logik selalu dijalankan dengan operan-operan
pertama disimpan sementara dalam akkumulator operan ke dua
disimpan sementara dalam penyimpan sementara ( register
sementara )

Kedua operan dijalankan pada operasi yang ada di akkumulator. ALU
mengisi hasil operasi ke akkumulator.

3.4. Register kondisi (PSW = Program Stakes Word )
Dalam register kondisi 8 bit terdiri dari 5 flip-flop syarat, yang diset atau di
reset tergantung dari hasil operasi aritmatik atau logik dari ALU.

Flag :

5 flag dalam unit sentral dari Z 80 adalah :

1. Bit DQ ( posisi 21 ) adalah Flag carry
2. Bit D2 ( posisi 22 ) adalah Flag parity
3. Bit D4 ( posisi 24 ) adalah Flag carry pembantu
4. Bit D6 ( posisi 26 ) adalah Flag zero
5. Bit D7 ( posisi 27 ) adalah Flag tanda
Dalam bit D1, D3, dan D5 tidak terdapat informasi mereka di abaikan.
3.5. Pengontrol Desimal
Dengan cara ini untuk merubah hasil biner dari perintah penjumlahan
ke dalam bilangan BCD (Bilangan desimal yang dikodekan secara
binner)

Konfigurasi Mikroprosessor Z 80

Gambar 7.12 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80

Ao … A15 1 … 5 Out Tristate output, address bus dapat

30 … 40 menentukan alamat memori 64 KByte dan
8 bit terendah untuk menentukan alamat
I/O (lebih dari 256 peralatan I/O dalam
proses penukaran data).
Untuk kebutuhan pengalamatan masukan
dan keluaran
( I/O ) dibutuhkan 8 bit rendah dari CPU (
A0 … A7 ). Sedangkan untuk pengalamatan
isi akumulator dibutuhkan 8 bit tinggi ( A8 …
A15 ). Pada pengalamatan port juga
menggunakan sinyal dari alamat A8 … A15.
Do …
D7
7,8,9,
10,12,13
,14,15
Inp
/Out
Tristate input/output, merupakan 8 bit data
bus dua arah dan berfungsi untuk melayani
proses transfer data.
INT 16 Inp Input aktip berlogika 0, interup ini dihasilkan
oleh peralatan I/O. Jika CPU menerima
interup INT maka signal IORQ selama
waktu MI akan dikeluarkan CPU pada awal
siklus instruksi berikutnya.
NMI 17 Inp Input triger /negatip, mempunyai prioritas
lebih tinggi dari INT dan signal ini akan
menempatkan PC pada alamat 0066 H dan
secara otomatis menyimpan isi PC pada
stack sehingga setelah terjadi interupsi ini
pemrogram dapat mengalihkan ke proses
program sebelum diinterup.
HALT 18 Out – Signal LOW pada HALT memberi tahukan
bahwa CPU telah melaksanakan instruksi
HALT dan sekarang menunggu Interupt.
Selama keadaan HALT, CPU
menyelesaikan instruksi NOP untuk
mempertahankan refresh.
Nop = No Operation
HALT = Penghentian
MREQ 19 Out Tristate output aktip dengan logika 0, untuk
melayani permintaan proses transfer data
yang menggunakan memori.
IORQ 20 Out Tristate output aktip dengan logika 0, untuk
melayani permintaan proses transfer data
yang menggunakan I / O
RD 21 Out Tristate output aktip dengan logika 0,
merupakan signal yang dikeluarkan oleh
CPU jika ingin membaca data baik dari
memori maupun dari I / O

WR 22 Out Tristate output aktip dengan logika 0,
merupakan signal yang dikeluarkan oleh
CPU jika ingin menulis data baik dari
memori maupun dari I / O
BUSAK 23 Out Output aktip berlogika 0, signal ini
memberikan informasi kepada peralatan
luar CPU bahwa Adress Bus, data bus dan
tristate output signal kendali pada keadaan
impedansi tinggi serta siap untuk
dikendalikan oleh peralatan luar
WAIT 24 Out Input aktip berlogika 0, memberikan signal
bahwa address memori atau I / O tidak siap
untuk proses data transfer dan CPU akan
aktip kembali jika signal wait aktip.
BUSRQ 25 Inp Input aktip berlogika 0, signal ini meminta
CPU agar address bus, data bus dan
tristate output signal kendali pada keadaan
impedansi tinggi sehingga memungkinkan
peralatan lain dapat mengendalikan bus -
bus tersebut.
RESET 26 Inp Input aktip berlogika 0, signal ini
menempatkan isi PC = 00H, register I = 00
H, register R = 00 H dan Interupt Mode = 0.
Selama waktu reset address bus dan data
bus mempunyai impedansi tinggi dan
output signal kendali pada keadaan tidak
aktip.
M1 27 Out Output aktip dengan logika 0, memberikan
signal indikasi pelaksanaan op code
instruksi selama satu siklus mesin, untuk 2
byte op code akan dihasilkan signal setiap
satu siklus
RFSH 28 Out Output aktip berlogika 0, menunjukkan
bahwa 7 bit terendah dari address bus
berisi refresh addres memori dinamis dan
bersama signal MREQ untuk membaca
memori dinamis.

CPU – Struktur Bus

Supaya memori, peranti I/0 dan bagian lain dari suatu komputer dapat
dibuat saling hubungan , maka biasanya dipakai suatu BUS. BUS banyak
dipakai dalam mini komputer dan mikrokomputer, bahkan dalam sistim
komputer besar, untuk modul -modul dengan aliran data yang
berlebihan.
Seringkali perangkat – perangkat komputer yang menghubungkan dengan
bus harus memakai saluran – saluran data secara bersama – sama, untuk
itu dipergunakan penggerak tiga keadaan ( 3 STATE ) , yang merupakan
komponen dasar dari BUS ( lihat gambar 1 )
Bus dapat dibagi menjadi tiga bagian dalam menstransfer data /
instruktusi yaitu :

a. BUS – Data ( DATA – BUS )
b. BUS – Alamat ( ADDRESS – BUS )
c. BUS – Kontrol ( CONTROL – BUS )
MIKROPROSESSOR Z.80 DAN 8080

1. Arsitektur dari Mikroprosessor Z.80
‘ ‘
‘ ‘
‘ ‘
Y
16 BIT BUS ALAMAT -DALAM
BUS PENGONTROL -DALAM
Gambar 7.15 Arsitektur Mikroprosessor Z-80

CPU
CONTROL

CPU
BUS
CONTROL

Gambar 7.15 Arsitektur Mikroprosessor Z-80

27

CONTROL
30

MI

A0

31

A

1

19

32

MREO

A

2

20

33

IORO

A

3

SYSTEM

34

21

RD

A

4

35

22

A
WR

5

36

A

6

28

37

RFSH

A

ADDRESS

7

38

BUS

A

8

18

39

HALT

A

9

40

A

10

24

1

WAIT

A

11
2

A

16

12

INT

3

A

13

17

4

Z 80 CPU

NMI

A

5

14
26

A

15

RESET

25

BUSREQ
23

BUSACK

14
15
12

+

11

8

+5V

DATA

29

7

GND

BUS

9
10
13

Gambar 7.16 Bus Sistem CPU Z-80

BUS – DATA

Menggambarkan sejumlah penghantar paralel yang menghubungkan
satuan fungsi dari sistem mikroprosessor .
Data yang bekerja didalam mikroprosessor ditransfer melalui data bus
Transfer data berjalan dalam dua arah ( Bi Directional )
Mikroprosessor Z. 80 dan 8085 mempunyai penghantar data – bus 8 bit.
Untuk mengirim data secara bidireksional ( lintasan dua arah ) antar
berbagai chip yang terdapat dalam suatu sistem mis : dari perantara I/O
menuju mikroprosessor dan dari mikroprosessor menuju memori.

BUS ALAMAT

Kombinasi sinyal pada penghantar Bus Alamat dari blok fungsi
mikroprosessor.
Misalnya : Alamat memori untuk program / data , yang mana pada lokasi
memori ini, – data akan ditulis atau dibaca.
Bus alamat 8085 / Z. 80 terdiri dari 16 buah penghantar yang paralel dan
membentuk alamat dengan lebar sebanyak 16 bit, yaitu 2.16 (2 pangkat
16) atau 65536 Byte ( 64 KB ).
Kombinasi sinyal pada penghantar Bus -alamat dikirim dari
mikroprosessor, dengan demikian Bus -alamat bekerja secara Uni
Directorial (satu arah).
Bus ini berpangkal dari mikroprosessor dan digunakan untuk
menghubungkan alamat-alamat CPU dengan semua chip yang
mempunyai alamat. Bus ini digunakan dalam hubungannya dengan bus
data untuk menentukan sumber atau tujuan data yang dikirim pada bus
data.

BUS KONTROL

Sistem penghantar bekerja dengan kombinasi secara tepat dan logis
untuk mengontrol proses jalannya sinyal diluar dari pada mikroprosessor
( mengsinkronkan kerja CPU dengan blok – blok lainnya )
Penghantar Bus -kontrol bersifat uni directional dengan arah yang
berbeda – beda.
Untuk membawa sinyal – sinyal penyerempak antara mikroprosessor dan
semua alat/chip yang dihubungkan dengan Bus – bus
Mis : sinyal baca , tulis, interupsi wait dan .

PENULISAN ( WRITE ) DATA PADA MEMORI

Gambar 7.17 Penulisan Data pada Memory

Proses Kerja

.
Bila PIN WR ( WRITE ) pada CPU/mikroprosessor menghasilkan
logika L ( “ 0 “ ) maka output gerbang NOT 1 berlogika H ( “ 1 “ ) dan
gerbang 3 STATE mendapat logika H ( “ 1 “ ) Hal ini menyebabkan 3
STATE 1 bekerja sehingga seluruh data dari CPU dimasukkan ke
memori. DATA DBO – DB7 dari CPU masuk ke DBO – DB7 MEMORI.
.
Pada saat bersamaan pin RD ( Read ) berlogika High ( “ 1 “ ) dan
output NOT2 berlogika L ( “ 0 “ ) menyebabkan 3 STATE2 tidak
bekerja.

DBDB
OUT
IN
IN
OUT
WR (WRITE)
RD (READ)
L
H
H
DB7DB7
NOT1NOT2
3 STATE 1
ENABLE
ENABLE
L
DBDB
OUT
IN
IN
OUT
WR (WRITE)
RD (READ)
L
H
H
DB7DB7
NOT1NOT2
3 STATE 1
ENABLE
ENABLE
L
3 STATE 2

Gambar 7.18 Pembacaan Data pada Memory

Proses Kerja

.
PIN RD ( READ ) berlogika L ( “ 0 “ ) menyebabkan 3 STATE2
bekerja sehingga data DBO -DB7 pada dipindahkan ( dibaca ) ke
DBO – DB7 pada CPU melalui Bus – Data 3 STATE2.
.
Pada saat yang bersamaan pin WR ( WRITE ) pada CPU berlogika H
menyebabkan output NOT 2 berlogika1 ( “ 0 “ ) sehingga 3 STATE
tidak bekerja.
Signal Kontrol

* Basis operasi dari Z. 80 terdiri dari :
- Pembacaan ( Read ) memori atau penulisan ( Write ) di memori
- Pembacaan dari pheripherial atau penulisan ke pheripherial
- Pelaksanaan interrupt.
1. Siklus Detak, Siklus Mesin, Siklus Instruksi
Setiap basis operasi dapat terdiri dari 3 sampai 6 siklus detak ( satu
siklus detak adalah satu periode dari frekuensi yang terpasang ).
Siklus detak membentuk siklus mesin, dari beberapa siklus mesin
membentuk siklus instruksi.

Gambar 7.19 Siklus Detak

Biasanya Ti » Tp
Tr = Tf £ 30 ns

Type Tcmin Fmax
Z80 400 ns 2,5 MHz
Z80 A 250 ns 4,0 MHz
Z80 B 165 ns 6,0 MHz

Pelaksanaan instruksi yang meliputi siklus mesin dan siklus detak

Gambar 7.20 Siklus Instruksi

Gambar Ib. adalah contoh 1 instruksi dengan tiga siklus mesin dan 10
siklus detak.

Siklus mesin pertama suatu Instruksi ( disebut op-code fetch ) adalah
pemanggilan/pengambilan operation code. Siklus mesin yang lain ( 3
sampai 5 siklus detak ) merupakan siklus instruksi pembacaan data
dari memori atau pheripherial dan penulisan data di memori.

2. Diagram Waktu Dari Pemanggilan Instruksi
Gambar 2. Menjelaskan diagram waktu dari pemanggilan instruksi. Isi
dari program counter ( PC ) berada pada bus alamat ( Adress bus )
setelah awal dari siklus mesin dimulai ( lihat detak naik pada T1 ).

Dengan detak turun pada T1, MREQ dan RD menjadi aktip ( keadaan
aktip = “0” ) CPU membaca sinyal pada data bus dan dengan naiknya
siklus detak T3 ( pada saat detak T3 naik ), sedangkan MREQ dan
RD kembali tidak aktip ( sinyal “1” ). Siklus detak ke 3 dan ke 4
dipergunakan oleh CPU untuk Refrech memori yang dinamis.

Gambar. 7.21. Timing Diagram Pemanggilan Instruksi

Gambar. 7.22 Timing Diagram Read/Write Memory

3. Diagram Waktu Pembacaan atau penulisan data pada Memori ke
Sinyal kontrol MREQ akan aktip “0” selama alamat memori dikirim adalah
sah.
Pada proses baca, sinyal kontrol RD akan aktip “0”, selama CPU
menerima data dan memori melalui Bus data .
Pada proses tulis, sinyal kontrol WR akan aktip “0”, selama CPU
mengirim data ke memori melalui Bus data.

4. Diagram waktu dari siklus input/output
Sinyal kontrol IOREQ akan aktip “0”, selama alamat I/O yang dikirim

adalah sah .
Pada proses baca, sinyal kontrol RD akan aktip “0”, selama CPU
menerima data dari PIO melalui Bus data.
Pada proses tulis, sinyal kontrol NR akan aktip “0”, selama CPU
mengirim data ke PIO melalui Bus data.

Flag

Flag adalah sebuah flip-flop di dalam blok penghitung dari CPU dan
disebut sebagai register Flag.
Keadaan flag ini setelah pelaksanaan sebuah instruksi ( yang
mempengaruhi flag ) akan menghasilkan sifat dari hasil sebuah
operasi.Pada Z. 80, flag dipasangkan dengan akumulator dan dikenal
dengan Program Status Wort ( PSW )

Flag carry

Flag pengurangan
Flag parity overflow
Flag half carry
Flag zero

Flag sign

Gambar 7.23 Register Flag Mikroprosessor Z-80

Jenis Flag

1. Flag Zero ( Z )
Jenis flag ini menunjukkan apakah pada pelaksanaan terakhir dari
operasi ,hasil pada semua bit adalah = 0

· Flag Zero = 1, bila pada semua bit register hasil = 0
· Flag Zero = 0, bila tidak semua bit pada register hasil = 0
Contoh :
0110 0000
1100 1010
10010 1010

Flag zero = 0
Flag carry = 1
2. Flag Carry ( C )
Flag carry menunjukkan bahwa apakah pada proses operasi
sebuah bit carry dipindahkan dari bit tertinggi MSB pada register
hasil.
Kondisi ini dapat terjadi pada operasi :

.
Penjumlahan, bila hasil proses data lebih dari 8 bit, atau 16 bit.
.
Pengurangan a – b , bila b > a, hasilnya juga negatip
.
Pergeseran , bila nilai 1 bit pada bit tertinggi atau terendah
digeserkan ke carry.
· Flag carry = 1, bila terjadi carry ( lebihan/bawaan )
· Flag carry = 0, bila tidak terjadi carry.
Flag carry dapat diset melalui perintah SCF dan disalin melalui
perintah CSF.
3.
Flag Sign ( S )
Pada operasi yang mempengaruhi flag, flag sign menyimpan
kondisi bit tertinggi dari register hasil.


Flag sign = 1 bila bit tertinggi dari register hasil = 1

Flag sign = 0 bila bit tertinggi dari register hasil = 0
4.
Flag Parity/Overflow ( r /v )
Bit kedua dari register flag mempunyai 4 ( empat ) arti yang
berbeda, tergantung dari hasil akhir pelaksanaan operasi.

a. Flag Overflow
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan dari perintah aritmatik;

- ADD, ADC, SUB, SBC
- INC, DEC
Flag overflow diset 1 pada proses perpindahan dari bit ke 7 ke bit
8, yaitu yang mempengaruhi tanda bilangan positip atau negatip
pada perhitungan bilangan.
b.Flag parity

Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan dari perintah berikut
ini :

- Perintah logika ® AND, OR, XOR
- Perintah geser ® RL, RR, RLC, SLA, SRA, SRL, RLD, RRD
- Aritmatik BCD ® DAA
- Perintah input dengan pengalamatan tidak langsung IN r, ( c )
· Flag parity = 1, bila jumlah bit dari hasil akhir operasi adalah
genap
· Flag parity = 0, bila jumlah bit dari hasil akhir operasi adalah
ganjil.
c. Penjumlahan Nol pada perintah Blok
Pada perintah berikut untuk transfer Blok dan pembanding Blok.
Flag P/V menunjukkan keadaan register BC, yang pada operasi
ini dipakai sebagai register penghubung.

- Transfer Blok ® LDI, LDIR, LDD, LDDR
- Pengamatan Blok ® CPI, CPIR, CPD, CPDR.

Hal tersebut diatas berlaku jika :

- Flag P/V = 0, bila register penghitung BC = 0000 H
- Flag P/V = 1, bila register penghitung BC ¹ 0000 H
5.
Flag Pengurangan ( N )
Urutan perhitungan untuk persamaan desimal (DAA) pada operasi
penjumlahan berbeda dengan operasi pengurangan, hal ini
tergantung pada kondisi bit flag N. Pada operasi pengurangan nilai
flag N di set, sedangkan untuk operasi penjumlahan flag N di reset.
6.
Flag Halt Carry ( H )
Bila pada penjumlahan terdapat perpindahan Carry dari Bit 3 ke bit
4 maka Flag Half Carry ( H ) diset, bila tidak ada carry, flag half
carry ( H ) di reset.
Pada pengurangan flag half carry ( H ) di set bila terjadi
perpindahan pada bit ke 4 ke bit 3.
Pengalamatan Memori ( Penyimpan Program/data )

Kapasitas Pengalamatan memori
Kapasitas penyimpan pada RAM atau EPROM tergantung pada
jumlah PIN alamat ( Ao – An ) dari RAM/EPROM tersebut, dan
dihitung dengan rumus :

Kapasitas Penyimpan = 2 n + 1

Sebagai contoh :

*
Jumlah pin sebuah RAM 6116 = sebanyak 11 buah ( Ao ~ A10 )
* Maka kapasitas RAM ini adalah :
2 ( 10 + 1 ) = 2 11 = 2048 lokasi
Untuk menentukan alamat awal dan akhir dari penyimpan/memori di
atas dapat ditentukan sebagai berikut :


Alamat awal dapat ditentukan 0000 H yaitu alamat awal program
counter dari CPU atau alamat akhir RAM atau EPROM
sebelumnya ditambah 1.
Gambar 7.24 Peta Memory RAM/EPROM Mikroprosessor Z-80
· Alamat akhir dapat ditentukan sesuai dengan jumlah kapasitas
RAM/EPROM tersebut ditambah dengan alamat awalnya.

500
Susunan Pin EPROM
Gambar 7.25 Konfigurasi Pin EPROM
Gambar 7.26 RAM 6116 dan EPROM 2716
Diagram Blok sebuah 2716

Organisasi EPROM

Pengorganisasian tiap tipe

2708 1024 x 8 bit

2716 2048 x 8 bit

2732 4096 x 8 bit

2764 8192 x 8 bit
2516 2048 x 8 bit
2532 4096 x 8 bit

Susunan pin – pin

Vcc = + 5 V
VBB = – 5 V
VDD = + 12 V
Vpp = + 5 V dalam ragam siap

+ 25 V dalam ragam
pengacaraan
A0… An = Jalan masuk alamat
D0… D7 = Masuk dan keluar data
CS = Chip Select
CE = Chip Enable
OE = Output Enable
PD = Power Down
3. Pengalamatan RAM 6116 dalam operasi dasar
LD3 LD0
SWE
Gambar 7.27 Rangkaian RAM 6116

Operasi dasar yang dilaksanakan pada RAM : adalah operasi penulisan
data atau pembacaan data ke / dari RAM oleh CPU. Data yang
tersimpan sifatnya sementara, tergantung pada catu daya pada RAM.

4.
Proses jalannya operasi dasar RAM 6116
a. Proses Penulisan Data.

Tentukan data pada Bus Data ( SD3 – SD0 ), contoh : 6 H

Tentukan Alamat Penyimpan ( SA3 – SA0 ), contoh : OH

S WE dibuka ® operasi menulis

S OE ditutup

S CS ditutup – dibuka

Ulangi proses penulisan diatas ( langkah 1 – 5 ) untuk mengisi
alamat lainnya yaitu 4 H dengan data EH ( catu jangan
diputuskan pada proses ini )
b. Proses Pembacaan Data

Posisi sakelar SD3 – SD0 pada posisi terbuka semua

Tentukan Alamat Penyimpan ( SA3 – SA0 ) yang akan dibaca
datanya, contoh : OH

S WE ® ditutup

S OE ® di buka ®operasi membaca

S CS ® ditutup – dibuka

Pada LED LD3 – LD0 akan menunjukkan data 6 H

Ulangi proses pembacaan diatas ( langkah 1 – 6 ) untuk
membaca isi alamat penyimpan lainnya, yaitu : 4 H.

Data yang akan ditunjukkan pada LED LD3 – LD0 adalah EH.
5. Pengalamatan EPROM 2716 dalam operasi dasar
Gambar 7.28 Rangkaian EPROM 2716

Operasi dasar yang dapat dilakukan pada EPROM adalah hanya
operasi pembacaan data dari EPROM oleh CPU.
Data tersimpan tetap paten pada EPROM dan tidak tergantung pada
catu daya . Pengisian data pada EPROM dilakukan dengan
mempergunakan EPROM Writer/Programer.

6. Jalannya Operasi Dasar ( Proses Pembacaan ) EPROM 2716
Tentukan alamat penyimpan (SA3 – SA0) yang isinya akan dibaca
S OE ® di buka
S CS ® ditutup – dibuka
Pada LD3 – LD0 akan menunjukkan isi alamat yang dipilih
Ulangi langkah 1 – 4 untuk membaca data pada alamat lain
Putuskan catu daya chip 2716
Ulangi langkah 1 -5 untuk membaca data alamat – alamat yang
sama pada langkah 1 – 5
Hasil pada LD3 -LD0 menunjukkan data yang sama walaupun
catu daya telah diputuskan.

7. Pengalamatan RAM 6116 dan EPROM 2716 pada Sistem Minimal Z 80
Dalam pengalamatan ini , beberapa pin masukan dari CPU Z – 80, juga
dipergunakan dalam pengalamatan RAM dan EPROM ini.
Selain pin -pin kontrol WR/WE , RD /OE dan Bus Data, dari CPU,

juga digunakan pin – pin alamat
A15 – A0 dan MREQ
A15 – A0 dipergunakan untuk memberikan data alamat RAM/EPROM.

MREQ digunakan bersama sinyal -sinyal alamat A15 -A0 untuk
mengaktifkan RAM/EPROM.
Rangkaian pendekode pengalamatan RAM/EPROM berfungsi untuk
mengaktifkan RAM/EPROM pada daerah pengalamatannya, yaitu
mulai dari alamat awal sampai alamat akhir dari RAM/EPROM, sesuai
dengan peta pengalamatannya.
Pin – pin alamat CPU yang tidak termasuk dalam daerah pengalamatan
RAM/EPROM, harus diperhatikan dan diikutkan dalam pengalamatan
RAM/EPROM.
Untuk menghindari adanya beberapa alamat RAM atau EPROM yang
menunjuk pada data lokasi RAM/EPROM yang sama, oleh sebab itu
pin – pin alamat CPU ini bersama – sama dengan sinyal

MREQ dipergunakan sebagai masukan dari pendekode pengalamatan
RAM/EPROM.
Hasil pendekodean alamat ( keluaran pendekode pengalamatan ),

dihubungkan ke pemilih Chip ( CS/ CE ) dari masing – masing Chip.

8. Perencanaan Pendekode Pengalamatan RAM/EPROM
a. Pemetaan Lokasi Pengalamatan
A1
5
0
A1
4
0
A1
3
0
A1
2
0
A1
1
0
A1
0
0
A9
0
A8
0
A7
0
A6
0
A5
0
A4
0
A3
0
A2
0
A1
0
A0
0Daerah Memori
0000 H alamat
awal EPROM
0FFFH alamat
akhir EPROM
1000H alamat
awal RAM
17FFH alamat
akhir RAM
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

b. Persamaan Boole
CS EPROM = (( MREQ Ú A15 ) Ú A14 Ú A13 Ú A12)

CS RAM = ((( MREQ Ú A15 ) Ú A14 ) Ú A13Ú A12 ) Ú A11)
® Bekerja dengan negatif ® yang dicari

c. Rangkaian Pendekode Pengalamatan RAM /EPROM
Gambar 7.29 Rangkaian Dekoder RAM/EPROM

Pengalamatan PPI 8255

PPI 8255 terdiri dari 4 register port yang menampung data 8 bit dan
berhubungan dengan bus data sistem melalui bus data internal. Dalam
register ini ditempatkan data masukan, keluaran atau data kata kendala.
Masing-masing register mempunyai alamat sendiri yang dapat dipilih
melalui pengkodean pengalamatan PPI 8255.
Gambar 1 :
Menunjukkan Pin – Pin dari PPI 8255 dengan fungsinya masing – masing

D7 – D0 Data Bus (Bi-
Directional)
RESET Reset Input
CS Chip Select
RD Read Input
WR Write Input
A0,A1 Port Adress
PA7-PA0 Port A (BIT)
PB7-PB0 Port B (BIT)
PC7-PC0 Port C (BIT)
Vcc +5 Volts
GND 0 Volt

8255 OPERATIONAL DESCRIPTION

Gambar 7.30 Konfigurasi Pin PPI 8255

Pin – Pin Saluran Data :

Þ Bus Data : D7 – D0
Þ Bus Port A: PA7 – PA0
Þ Bus Port B: PB7 – PB0
Þ Bus Port C: PC7 – PC0
Pin – Pin Saluran Pengontrol :

Þ Baca (Read) : RD
Þ Tulis (Write) : WR
Þ Reset : Reset

Pin-pin Pendekode Alamat :
Pin – pin yang sangat penting untuk mengkode alamat register PPI 8255
adalah :
Pin alamat : A1 dan A0 serta pemilih chip (Chip select) : CS

keterangan fungsi masing-masing pin dan penggunaannya dalam
rangkaian

D7 – D0 :
Dihubungkan ke sakelar dan LED
Sakelar dan LED menggantikan fungsi Bus Data sebagai
jalannya data 2 arah (membaca dan menulis).
Untuk rangkaian ini pada saat operasi membaca data, posisi
sakelar SD7 – SD0 harus terbuka.

PA7 – PA0 :
Dihubungkan ke LED
Konfigurasi PPI 8255 mengatur port A sebagai terminal
keluaran data dan LED dipakai untuk menampilkan data
keluaran pada terminal port A.

PB7 – PB0 :
Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan data ke terminal port B.

RD : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal baca pada
terminal RD
WR : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal tulis pada
terminal WR
Sakelar Write (S WR) terbuka : operasi menulis
RESET : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal Reset pada
terminal Reset
Sakelar Reset (S RS) terbuka : PPI tidak terreset
CS : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan sinyal Pemilihan Chip
pada terminal (CS) Chip Select
Sakelar CS terbuka : PPI aktif

A1-A0 : Dihubungkan ke sakelar
Sakelar dipakai untuk memasukkan data alamat Port

1. Operasi Dasar PPI 8255
Reset CS RD WR A1 A0 Operasi reset
1 X X X X X Port A, B dan C sebagai
Masukan
Operasi Membaca ( Read )
0 0 0 1 0 0 Port A ® Bus Data
0 0 0 1 0 1 Port B ® Bus Data
0 0 0 1 1 0 Port C ® Bus Data
Operasi Menulis ( Write )
0 0 1 0 0 0 Bus Data ® Port A
0 0 1 0 0 1 Bus Data ® Port B
0 0 1 0 1 0 Bus Data ® Port C
0 0 1 0 1 1 Bus Data ® Register Kontrol
Fungsi yang tidak diperbolehkan
X 1 X X X X Bus Data ® Berimpedansi
tinggi
0 0 0 1 1 1 Kondisi tidak syah
0 0 1 1 X X Bus Data ® Berimpedansi
tinggi

Menunjukkan kepada kita bagaimana untuk hubungan masing-masing
Pin dan penggunaannya dalam menstransfer data
.

Gambar 7.31 Rangkaian PPI 8255

2. Jalan Operasi Dasar PPI 8255 :
a.
Proses Inisialisasi PPI 8255

Tentukan data kata kendala pada Bus Data (S D7 – S D0)

Contoh : 82H (Port A=Keluaran, Port B=Masukan ).

RS ® dibuka

SA0 dan SA1 ® ditutup (Alamat Register Kontrol)

S RD ® ditutup

S CS ® dibuka

S WR ® ditutup – dibuka (Operasi Menulis).

Hasil LED PA7 – PA0 = Padam
b.
Proses Menulis Data dari Bus Data ke Port A

Tentukan data (yang akan dikeluarkan ke Port A) pada Bus Data
SD7 – SD0

SR ® dibuka

S A0 dan S A1 ® dibuka (alamat Port A)

S RD ® ditutup

A CS ® dibuka

S WR ® ditutup- dibuka (operasi Menulis)

Hasil LED PA7- PA0 menyala sesuai data saklar SD7-SD0 berarti
telah terjadi pemindahan data dari bus data ke port A (penulisan
data dari Bus Data ke Port A)
c.
Proses Membaca Data dari Port B ke Bus Data
S R ® dibuka
S A0 ® ditutup dan S A1 ® dibuka (alamat Port B)
S WR ® ditutup
S CS ® dibuka
S RD® ditutup- dibuka (operasi Membaca)
3. Peng-alamatan PPI 8255 pada sistem minimal Z 80
Beberapa pin masukan dan keluaran dari CPU Z 80 dipergunakan
dalam peng-alamatan PPI ini. Selain Pin-Pin Kontrol : WR,RD,RESET
dan Bus Data dari CPU, juga dipergunakan Pin alamat A7-A0 dan Pin
IOREQ.
A7-A0 dipergunakan untuk memberikan data alamat port.
IOREQdipergunakan bersama sinyal-sinyal alamat A7-A2 untuk
mengaktifkan PPI 8255.
A7-A2 dan IOREQ merupakan masukan dari Blok Pendekode Pengalamatan
Port PPI, yang mana dalam Blok Pengalamatan ini dibangun
Rangkaian Pendekode. Rangkaian Pendekode ini berfungsi untuk
mengaktifkan PPI 8255 pada daerah peng-alamatannya.
Kondisi data A7-A2 (yang bersama-sama IOREQ, dapat mengaktifkan
PPI 8255 melalui CS) dan kondisi data A1-A0 dapat
menentukan/menunjukkan alamat-alamat Port dan Register Kontrol
PPI.

Gambar 7.35 Pengalamatan PPI 8255 pada Minimal Sistem Z-80

Sebelum rangkaian Pendekode/Pengalamatan Port PPI 8255 dibuat,
maka kita harus menentukan peta alamat Port masukan keluaran.
Sebagai contoh :

Port A ————00H
Port B ————01H
Port C ————02H
Register Kontrol —–03H

IOREQ A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0 1 1

Dari bantuan tabel diatas, kita dapat menganalisa, bahwa untuk
mengaktifkan PPI 8255, kondisi A7-A2 dan IOREQ dari CPU harus
berkondisi “LOW” (“0”). dan untuk menentukan alamat Port A,B,C dan
Register Kontrol ditentukan oleh A1 dan A0.
Untuk membangun rangkaian Pendekode Pengalamatan Port sesuai data
hasil analisa diatas,dapat dibangun dengan mempergunakan gerbang
TTL dasar atau dengan Dekoder TTL 74138/74139.

Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI

Gambar 7.36 Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI

Pada sistem Mikroprosessor dengan PPI lebih dari 1, hubungan hubungan
PIN dari PPI dengan CPU, seperti pada sistem Mikroprosessor
dengan 1 PPI yang jelas berbeda adalah pada Blok Pendekode
Pengalamatan Port PPI.

Programmable Pheriperal Interface (PPI) 8255
(Perantara Pheriperal Terprogram)

PERANTARA PHERIPHERAL TERPROGRAM 8255

Penjelasan Fungsi PPI 8255

IC PPI 8255 adalah peranti perantara pheriperal terprogram yang di
desain untuk kegunaan dalam sistem Mikrokomputer. Fungsinya
adalah sebagai komponen Multiguna masukan ataupun keluaran.
Untuk perantara antara peralatan pheriperal luar dengan sistem
mikrokomputer.

Konfigurasi Fungsi 8255 diprogram oleh sistem software tertentu.
Lihat gambar 1 dan 2 dibawah ini :

Gambar 7.37 Konfigurasi Rangkaian PPI 8255

Buffer Bus Data :

Buffer 8 bit dua (2) arah tiga (3) state ini, dipergunakan sebagai
perantara 8255 dengan bus data sistem.

Data diterima atau dikirim oleh buffer tergantung perintah masukan
atau keluaran oleh CPU.

Informasi kata kendala dan status dikirim melalui buffer.

Baca Tulis dan Logik Kontrol

Fungsi dari blok ini adalah untuk mengatur semua pengiriman internal
dan external dari data dan kata kendala atau kata status.

8255 menerima masukan dari bus alamat dan bus kontrol CPU dan
memfungsikannya untuk pelaksanaan tugas masing-masing
kelompok kontrol 8255.

CS

Chip Select (pemilih chip) kondisi “LOW” pada pin input ini,
mengijinkan terjadinya komunikasi antara 8255 dengan CPU.

RD

Read (pembacaan) kondisi “LOW” pada pin input ini, mengijinkan 8255
untuk mengirimkan informasi data ke CPU melalui Bus data.
Pada prinsipnya mengijinkan CPU membaca informasi data dari 8255.

WR

Write (penulisan) kondisi “LOW” pada pin input ini, memungkinkan
CPU untuk menulis informasi data ke 8255.

A0- A1

Pemilih Port. Signal input-input ini, mengontrol pemilihan satu (1) dari
empat (4) Port : Port A,B,C dan Register Kontrol. Ini biasanya
dihubungkan dengan Bit – bit LSB dari bus alamat (A0 dan A1).

Lihat gambar 3 (tabel) dibawah ini :

A
1
A
0
R
D
W
R
C
S
Input Operation
(READ)
0 0 0 1 0
0 1 0 1 0
1 0 0 1 0
Output Operation
(WRITE)
0 0 1 0 0
0 1 1 0 0
1 0 1 0 0
1 1 1 0 0
Disable Function
X X X X 1
1 1 0 1 0
X X 1 1 0

Reset

Reset kondisi “HIGH” pada input ini, akan menghapus isi Register
Kontrol dan semua Port (A,B, dan C) dan semua Port di “SET”
sebagai masukan.

B. Sistem Pengontrolan Port
Konfigurasi fungsi dari tiap-tiap “PORT” diprogram oleh software
sistem, yang pada prinsipnya CPU mengirimkan data kata kendala ke
register kontrol 8255. Kata kendala berisikan informasi seperti
“MODE”, “SET BIT”,”RESET BIT” dan seterusnya, yang akan menginisialisasi
konfigurasi fungsi dari port 8255.
Setiap kelompok kontrol (untuk kelompok A dan B) menerima perintah
dari “Logik Kontrol Read/Write”, menerima kata kendala dari bus data
internal dan mengijinkan untuk pembentukan
hubungan/pengelompokan port dan fungsinya.
Kelompok kontrol A – Port A dan Port C atas (C7 – C4).
Kelompok kontrol B – Port B dan Port C bawah (C3 – C0).
Register kata kendala hanya dapat ditulis.
Operasi pembacaan pada register kata kendala tidak diijinkan.

Port A, B dan C

8255 terdiri dari 3 port 8 bit (A,B dan C), semua dapat
dikonfigurasikan (dalam bermacam-macam fungsi) oleh Soft Ware
Sistem.

Port A

Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah penyimpan
masukan data 8 bit.

Port B

Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah penyimpan
masukan data 8 bit.

Port C

Sebuah Buffer/Penyimpan keluaran data 8 bit dan sebuah Buffer
masukan data 8 bit. Port ini dapat dibagi menjadi 2 port 4 bit melalui
pengaturan Mode Kontrol. Setiap Port 4 bit terdiri dari sebuah
penyimpan 4 bit dan itu digunakan untuk keluaran sinyal kontrol dan
masukan sinyal status.

C. Penjelasan Proses Operasi 8255
1. Pemilihan Mode
Ada 3 mode, dasar operasi yang dapat dipilih oleh Software sistem :
Mode 0 – Dasar masukan dan keluaran
Mode 1 – Masukan/Keluaran sesuai sinyal isyarat
Mode 2 – Bus dua arah

Bila masukan RESET menuju “High”, semua port akan di set menjadi
Mode masukan (keadaan berimpedansi tinggi). Mode untuk port A
dan port B dapat ditentukan secara terpisah saat port C dibagi
dalam 2 bagian sesuai yang ditentukan oleh pendefinisian port A
dan port B.

Semua register keluaran termasuk flip-flop status akan direset bila
mode diganti.

2. Bit Tunggal untuk Set – Reset
Beberapa bit dari 8 bit pada port C dapat di-Set atau di-Reset dengan
menggunakan perintah Out. keistimewaan ini mengurangi Soft
Ware, yang digunakan dalam aplikasi yang berdasarkan kontrol.
Bila port C digunakan sebagai status/control untuk Port A atau Port B,
Bit ini dapat di-Set/Reset oleh penggunaan operasi Set/Reset bit.
Sebagaimana jika digunakan sebagai port data keluaran.
Perhatikan gambar 4 dibawah ini :

Definisi Mode Dasar dan Bus Perantara

WR
4
Gambar 7.38 Mode Operasi PPI 8255

Definisi Format Mode

Gambar 7.39 Format Mode PPI 8255

Mode Operasi

Mode 0 :

Konfigurasi fungsi menyediakan operasi masukan/keluaran yang
sederhana untuk masing-masing port. Tidak mengharuskan ada
“HandShaking” (pertukaran isyarat dari dua peranti yang saling
berhubungan), data secara sederhana ditulis ke atau dibaca dari port
tertentu.

Definisi dari fungsi dasar Mode 0 :
Dua (2) port 8 bit dan dua (2) port 4 bit
Setiap port dapat sebagai masukan atau keluaran
Keluaran di simpan
Masukan tidak disimpan
Memungkinkan 16 jenis konfigurasi masukan/keluaran

MODE 0 (BASIC INPUT) ® Proses Sinyal Baca pada Mode 0

Gambar 7.40 Proses Sinyal Baca pada Mode Operasi 0
DEFINISI MODE 0 PORT

A B GROUP A
#
GROUP B
D4 D3 D1 D0 Port A Port C
(Upper)
Port B Port C
(Lower)
0 0 0 0 OUTPUT OUTPUT 0 OUTPUT OUTPUT
0 0 0 1 OUTPUT OUTPUT 1 OUTPUT INPUT
0 0 1 0 OUTPUT OUTPUT 2 INPUT OUTPUT
0 0 1 1 OUTPUT OUTPUT 3 INPUT INPUT
0 1 0 0 OUTPUT INPUT 4 OUTPUT OUTPUT
0 1 0 1 OUTPUT INPUT 5 OUTPUT INPUT
0 1 1 0 OUTPUT INPUT 6 INPUT OUTPUT
0 1 1 1 OUTPUT INPUT 7 INPUT INPUT
1 0 0 0 INPUT OUTPUT 8 OUTPUT OUTPUT
1 0 0 1 INPUT OUTPUT 9 OUTPUT INPUT
1 0 1 0 INPUT OUTPUT 10 INPUT OUTPUT
1 0 1 1 INPUT OUTPUT 11 INPUT INPUT
1 1 0 0 INPUT INPUT 12 OUTPUT OUTPUT
1 1 0 1 INPUT INPUT 13 OUTPUT INPUT
1 1 1 0 INPUT INPUT 14 INPUT OUTPUT
1 1 1 1 INPUT INPUT 15 INPUT INPUT

Konfigurasi Mode
234567
D D D D DD
CONTROL WORD #0
1D 0D
234567
D D D D DD
CONTROL WORD #2
1D 0D

00000001 0000001 1
PA-PA A
PA-PA

A

70

70

4

4

8255A

82 55 A

PC -PC

PC -PC

74

74

C

C

D-D

D-D

4 70

4

70

PC -PC

PC -PC

30

30

B

PB-PB B

PB-PB

70

70

231308-11

231308-12

CONTROL WORD #1 CONTROL WORD #3

DDDDDDDD DDDDDDDD

76543210 76543210

000001 1 1000001 10
A

PA-PA A
PA-PA

70

70

4

4

8255A

82 55 A

PC -PC

PC -PC

74

74

C

C

D -D0

D -D0

4

4

7

7

PC -PC

PC -PC

30

30

B

PB-PB B

PB-PB

70

70

231308-13

231308-14

CONTROL WORD #4 CONTROL WORD #8

0234567 1D D D D D D DD
0000001 1
0234567 1D D D D D D DD
0000001 1
PA-PA

A

PA-PA A
70

70

4

4

8255A

82 55 A

PC -PC

PC -PC

74

74

C

C

D -D0

D -D0

4

7

47

PC -PC

PC -PC

30

30

B

PB-PB B

PB-PB

70

70

231308-17

231308-18

CONTROL WORD # 5 CONTROL WORD # 9

0234567 1D D D D D D DD
000001
0234567 1D D D D D D DD
000000011 1
A

4

8255A

PA-PA

70
PC -PC

74

D-D

7

PC -PC

PB-PB

30

70
231308-11

A

4

8255A

PA -PA

70
PC -PC

74

30

PC -PC

PB -PB

70
231308-12

C

4

C

4

0

D-D

70

B

B

Konfigurasi Mode

CONTROL WORD #10

CONTROL WORD #6

0234567 1D D D D D D DD
000001
0234567 1D D D D D D DD
000001 1 111
PA – PA

A

PA – PA A
70

70

4

4

8255A

8255A

PC – PC

PC – PC
74

74
D – D0
C

C

D – D0

4

4
30

7

7

PC – PC
PC – PC
30

B

PB – PB B

PB – PB

70

70
231308-19

231308-20

CONTROL WORD #7

CONTROL WORD #11

DDDD DDDD DDDD DD DD

76543210 76543210

00001 00001 1 1 11 1 1
PA – PA A
PA – PA

A

70

70

4

4

8255A

8255A

PC – PC

PC – PC
74

74

C

C

D – D

D – D

4 70

4

70

PC – PC

PC – PC

30

30

B

PB – PB B

PB – PB

70

70

231308-21

231308-22

CONTROL WORD #12 CONTROL WORD #14

DDDD DDDD DDDD DD DD

00

7654 321 765 4 321

00001000001 1 1 111
PA – PA A

PA – PA

A

70

70

4

4

8255A

8255A

PC – PC

PC – PC

74

74

C

C

D – D

D – D

4

70

4 70

PC – PC
PC – PC
30

30

B

PB – PB B
PB – PB

70

70

231308-23

231308-18

CONTROL WORD # 13 CONTROL WORD #15

0234567 1D D D D D D DD
00001
0234567 1D D D D D D DD
0001 1 1 1 11 1 1
A PA – PA

7
4

8255A

PC – PC

7

C

4

PC – PC

3

B

PB – PB
7
231308-25

0
4

D – D

70

0
0

8255A
C
A
4
4
PA – PA
PC – PC
3PC – PC
0
0
7
7 4
B
231308-26
PB – PB
07

D – D

70

Perencanaan Minimal Sistem Z – 80

Rangkaian minimal sistem yang kita rencanakan dibawah ini meliputi :
A – Blok CPU Z – 80
B – Blok penyimpan
C – Blok masukan keluaran ( input – Output ).

Blok penyimpan data program dan blok masukan keluaran telah kita
bahas pada pengalamatan penyimpan RAM – EPROM pengalamatan PPI
8255.

A. Blok CPU Z – 80 terdiri dari :
1. Bus data
2. Bus alamat
3. Bus kontrol
Bus kontrol terdiri dari :
- Kontrol sistem
- Kontrol CPU
- Kontrol Bus CPU
Dalam rangkaian minimal sistim Z – 80 ini, tidak semua pin dari CPU Z 80
kita pergunakan hanya beberapa pin/fungsi yang kita pergunakan
antara lain.

a. Bus data ( D1 – D0 ) , Input Output.
Bus ini dipakai sebagai penghantar data 8 bit baik yang dari CPU ke
penyimpan data ( memori ) atau masukan keluaran ( Input – Output ),
atau sebaliknya.

Arah jalannya sinyal pada bus ini, masuk ke CPU atau keluar dari CPU.

b. Bus alamat ( A15 – A0 ), output.
Dengan bantuan bus alamat ini, CPU dapat memilih lokasi penyimpan
data/memori atau lokasi register dari masukan/keluaran ( Input Output
) yang berbeda-beda. Arah jalannya sinyal pada bus ini, keluar dari
CPU.

c. Bus control.
Terdiri dari 13 saluran, yang arahnya masuk atau keluar ke / dari CPU.
Masing sinyal kontrol ini dijelaskan sebagai berikut :

Saluran detak ( CLK ), Input :

Sinyal detak diumpankan ke CPU melalui saluran CLK. Dengan
demikian CPU dan juga bus sistim akan bekerja mengikuti sinyal
detak.

CPU Z -80 dapat bekerja baik dengan frekuensi detak 1 MHz – 6
MHz.

Rangkaian pembangkit detak :

1 -6 MH z
1nF Z -80
CLK
1K 1K
6
Gambar 7.41 Rangkaian pembangkit detak

Saluran Reset ( RESET ) , Input :

Sinyal “ LOW “ diberikan pada saluran ini, maka penghitung Program (
PC ) akan diset dengan nilai 0000H dan Interupt Enable ( Pengaktif
Interupt ) akan direset.

Bila kemudian sinyal “ High “ diberikan pada saluran ini, maka program
akan berjalan mulai dari alamat penyimpan program 0000H ( Start
awal )

Rangkaian pembangkit Input Reset

4K7
Sakelar reset
10 F/16V
+5V

1/3 74LS14
Z-80

26
RESET

Gambar 7.42 Rangkaian pembangkit Input Reset

Saluran Penyela ( INT dan NMI ), Input :
Sinyal “ Low “ yang diberikan pada saluran INT, memungkinkan untuk
melaksanakan salah satu dari 3 penyelaan yang tersebunyi yaitu
dalam modus 0, 1 dan 2.
Sedang sinyal “ Low “ pada saluran NMI , CPU akan menjalankan
program bagian yang berada pada alamat penyimpan program ( RAM
EPROM ) 0066H.

Rangkaian Pembangkit Sinyal INT dan NMI

Z -80
+5V
Sakelar INT
33 F/16V
+5V
Sakelar NMI
33 F/16V
10K
10K
16
17
INT
NMI
+5V
Sakelar INT
33 F/16V
+5V
Sakelar NMI
33 F/16V
10K
10K
16
17
INT
NMI
Gambar 7.43 Rangkaian Pembangkit Sinyal INT dan NMI

Saluran MREQ, Output
Apabila CPU membaca op-code ( kode operasi ) yang berhubungan
dengan alamat penyimpanan data/program ( memori ), maka CPU
akan mengaktifkan saluran MREQ , MREQ = “Low“.

Sinyal MREQ ini dipakai bersama dengan data alamat (A15-A0) untuk
menunjuk alamat memori yang diinginkan.

Saluran IOREQ , Output
Apabila CPU membaca op code yang berhubungan dengan unit masukan
keluaran (PI0),

maka CPU akan mengaktifkan sinyal pengontrol masukan keluaran (
Input -Output ) IOREQ, IOREQ = “ Low “.Sinyal IOREQ dipakai
bersama dengan data alamat (A7-A0) untuk menunjuk alamat Port
Input Output yang diinginkan.

Saluran RD , Output
CPU akan mengaktifkan saluran RD, RD = “ Low “, selama CPU
melaksanakan perintah untuk membaca data dari lokasi penyimpanan
data/program ( memori ) atau register Input Output ( port ).

Saluran WR , Output
CPU akan mengaktifkan saluran
WR , Output
CPU akan mengaktifkan saluran WR, WR = “ Low “ , selama CPU
melaksanakan perintah untuk menulis data ke lokasi penyimpanan
data/program ( memori ) atau register Input output ( port ).
Untuk saluran -saluran lain pada CPU Z – 80, yang jalannya sinyal
sebagai Input, harus diaktifkan sesuai fungsinya dalam sistim.

z -80 10K
10K
+5V
25
24
BUSRQ
WAIT
Gambar 7.44 Rangkaian Pembangkit Sinyal

Untuk saluran – saluran lain yang arah jalannya sinyal sebagai output,
biarkan tak terhubung kemana – mana.

Sistim Pengalamatan

Kejelasan yang sistimatik tentang cara pengalamatan sangat penting
pada pengolahan data dalam jenis Prosesor, sebab program yang
disusun tanpa penggunaan pengalamatan yang pasti, maka program
tersebut menjadi kurang efektif dalam penganalisaannya.
Semakin panjang kode operasi sebuah perintah, maka dapat juga
dikombinasikan banyak cara pengalamatannya.
Pada dasarnya cara pengalamatannya dapat dibagi menjadi 4 cara yang
berbeda.

¨ IMMEDIATE (SEGERA)

Kode mesin mengandung konstanta untuk segera /langsung di akses

¨ DIRECT (LANGSUNG)

Kode mesin mengandung Register, alamat penyimpan atau alamat
masukan / keluaran dari operan untuk diakses

¨ INDIRECT (TIDAK LANGSUNG)

Kode mesin mengandung hanya satu petunjuk, dimana untuk
mendapatkan alamat dari operan yang akan diakses

¨ TERINDEKS

Alamat-alamat dari operan yang akan di akses dibentuk dalam
beberapa bagian.

I.
PENGALAMATAN IMMEDIATE
Disini operan yang akan diakses langsung terkandung pada kode
mesin, ini adalah cara yang sangat sederhana, untuk mengisi
konstanta ke Register atau lokasi penyimpanan . Tentu saja operan
tidak dapat diubah lagi, maka kode mesin yang demikian
kebanyakan disimpan di ROM . Kode operasi hanya dapat
mengandung satu petunjuk tentang panjang dari operan yang
mengikutinya . Selain itu bagian alamat masih harus mengandung
sebuah keterangan tentang tujuan dimana konstanta harus
dihubungkan kepadanya.

II.
PENGALAMATAN LANGSUNG (DIRECT)
Disini kode mesin mengandung sebuah atau lebih alamat-alamat
yang kemudian isi dari alamat-alamat ini akan diakses lebih lanjut.
Panjang alamat-alamat ini dapat berbeda menurut keadaan apakah
itu mengenai sebuah Register, alamat penyimpan atau alamat
masukan/keluaran, perintah dapat mengandung sebuah petunjuk,
apakah bagian pertama diberikan sebagai alamat tujuan atau
sumber.

Contoh : LD A, (1234H)

adr

adr + 1

0 0 1 1 1 0 1 0
0 0 1 1 0 1 0 0
0 0 0 1 0 0 1 0

Alamat sumber penyimpan 16
adr + 2

BIT

Contoh : INC L

Op-kode yang mengandung
alamat Register

adr 0 0 1 0 1 1 0 0

III. INDIRECT (TIDAK LANGSUNG)
Kode mesin hanya mengandung sebuah petunjuk, dimana cara
untuk mendapatkan alamat dari operan yang akan diakses .
Petunjuk dapat terjadi pada sebuah register CPU atau pada sebuah
lokasi penyimpan dan disana alamat efektif akan didapatkan untuk
semua pengalamatan secara tidak langsung dengan Register ,
memberikan kode mesin yang pendek . Karena sebagai pengganti
alamat 16 BIT diberikan hanya 3 BIT alamat Register. Perintah
semacam itu, pada Z 80 :

Contoh : PUSH dan POP menaikkan atau menurunkan Register
alamat yang dipakai secara otomatis dan terjadi apakah pada
sebelum atau sesudah pelaksanaan perintahnya.

Pengalamatan tidak langsung, dapat di bagi :

Contoh : RRC (HL)

adr

Petunjuk pada HL Register

Alamat

adr + 1

1 1 0 0 1 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1 0

Contoh : PUSH DE

adr 1 1 0 1 0 1 0 1
Pengalamatan langsung dari
Register DE, isi dari Register
SP dipakai sebagai alamat

III. TERINDEKS
Disini alamat efektif disusun dari beberapa bagian yang mana
bagian-bagian ini dapat berasal dari Register-Register CPU,
Register masukan/keluaran atau dari lokasi penyimpan.

Contoh : LD E, (IX + 12)

adr

1 1 0 1 1 1 0 1
0 1 0 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 1 0

Konstanta 12H ditambah

dengan isi Register IX

adr + 1

adr + 2

Perintah Transfer

Untuk tranport data hanya dapat dilaksanakan kemungkinankemungkinan
dibawah ini :
Register CPU Û Register CPU
Register CPU Û Memori
Register CPU Û Register Input – Output

PERINTAH TRANSFER DENGAN PENGALAMATAN
IMMEDIATE

Perintah ini melakukan kemungkinan sederhana untuk mengisi
Register CPU 8 bit atau 16 bit dengan sebuah konstanta.

Gambar 7.45
Peta Memory dan Register pada Pengalamatan
Immediate

Sebuah Register CPU diisi dengan konstanta yang mengikuti op code
pada Memori

MNEMONIK
LD r,n

r = Register CPU (8 bit) A,B,C,D,E,F,H,L
n = Data (8 bit)

LD rr, nn

rr = Register CPU (16 bit) BC,DE,HL,IX,IY,SP
nn = Data (16 bit)

OPERASI

r ¬ n

rr ¬ nn
Register CPU r atau rr diisi dengan konstanta n atau nn
yang mengikuti kode mesin

FORMAT
LD r, n LD rr, nn

adr

0 0 r 1 1 0
KONSTANTA

adr
adr + 1

adr + 1
adr + 2
adr = Alamat Memori
r dan rr= dapat berupa :

0 0 rr 0 0 0 1
KONSTANTA LSB
KONSTANTA MSB

A = 111 D = 010 L = 101 BC = 00 SP = 11
B = 000 E = 011 DE = 01
C = 001 H = 100 HL = 10

FLAG

Tidak berpengaruh

B. PERINTAH TRANSFER DENGAN PENGALAMATAN LANGSUNG
Pada pengalamatan langsung, alamat sumber dan tujuan, berada
pada kode mesin. Alamat register atau memori dapat ditulis langsung.
Perintah transfer pengalamatan langsung dapat dibagi menjadi :

· Pengalamatan Register – Register
· Pengalamatan Register – Memori
1. PENGALAMATAN REGISTER – REGISTER
Perintah ini mengakibatkan transfer data dari sebuah Register
CPU ke Register CPU yang lain.

MNEMONIK
LD r,r’

OPERASI

r ¬ r’
Register CPU tujuan r diisi dengan isi Register
CPU sumber r’

FORMAT

0 1 r r’
FLAG

Tidak terpengaruh

Gambar 7.46
Peta Memory dan Register pada Pengalamatan Langsung
Register-Register

2. PENGALAMATAN REGISTER – MEMORI
Jenis pengalamatan ini, melaksanakan transfer antara Register
CPU dan lokasi Memori yang dituliskan di belakang kode mesin.

Gambar 7.48 Peta Memory dan Register pada Pengalamatan Langsung
Register-Memori

Sebuah Register CPU diisi dengan isi dari lokasi memori yang
dihasilkan di belakang mesin.

MNEMONIK

Register CPU ¬ Memori, Memori ¬ Register CPU

LD A, (nn) LD (nn), A
LD rr, (nn) LD (nn), rr

rr = Register CPU 16 bit ( BC, DE, HL, SP )

(nn) = Isi dari tanda ini selalu diisi oleh alamat Memori
dan tanda ini berarti isi dari alamat Memori yang
ditunjuk oleh nn.

OPERASI

Register A CPU ¬ Memori
Register CPU diisi oleh isi dari lokasi Memori yang
alamatnya di tunjuk oleh alamat dalam tanda
kurung.

Memori ¬ Register A CPU
Memori yang alamatnya ditunjuk oleh alamat dalam
tanda kurung diisi oleh isi Register A CPU.

Register CPU ¬ Memori
Register CPU 16 bit diisi oleh isi dari memori yang
alamatnya ditunjuk oleh alamat dalam tanda
kurung.

Memori ¬ Register CPU 16 Bit
Lokasi Memori yang alamatnya ditunjuk oleh
alamat dalam tanda kurung diisi oleh isi dari
Register CPU 16 Bit.

FORMAT
LD A, (nn) LD (nn), A

adr
adr + 1
adr + 2

0 0 1 1 1 0 1 0
Alamat LSB
Alamat MSB

0 0 1 1 0 0 1 0
Alamat LSB
Alamat MSB

LD rr, (nn) LD (nn), rr

adr
adr + 1
111011011 rr 1011
Alamat LSBAlamat MSB

0
adr + 2
adr + 3

1 1 1 0 1 1 0 1
0 1 rr 0 0 1 1
Alamat LSB
Alamat MSB

FLAG

Tidak terpengaruh.

PERINTAH TRANSFER DENGAN PENGALAMATAN TIDAK
LANGSUNG MELALUI PAS ANGAN REGISTER

Gambar 7.49
Peta Memory dan Register pada Pengalamatan Tidak
Langsung Melalui Register Pasangan

Sebuah Register CPU diisi oleh isi sebuah lokasi Memori yang
ditunjuk oleh pasangan Register CPU.
Keuntungan dari jenis pengalamatan ini adalah :


Kode mesin lebih pendek seperti pada pengalamatan langsung
sehingga kebutuhan memori program sedikit dan pelaksanaan
perintah lebih cepat.

Data alamat dapat mudah dimanipulasi.
MNEMONIK
LD r, (rr) Register CPU ¬ Memori
LD (rr), r Memori ¬ Register CPU

r = Register CPU 8 bit ( A,B,C,D,E,H,L )
rr = Regiser CPU 16 bit
HL : dapat dipergunakan untuk semua Register CPU
BC,DE : Hanya dapat dipergunakan untuk akkumulator

OPERASI

r ¬ (rr)
Register CPU r diisi oleh isi dari lokasi Memori yang
ditunjuk oleh pasangan Register CPU rr

(rr) ¬ r
Lokasi Memori yang ditunjuk oleh pasangan Register CPU
rr diisi oleh isi Register CPU r

FORMAT

LD (HL), r

0 1 1 1 0 r

LD r, (HL) LD (BC),A

0 1 r 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0
LD A, (BC) LD (DE), A

0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0
LD A, (DE) LD (HL), n

0 0 0 1 1 0 1 0
0 0 1 1 0 1 1 0
KONSTANTA

FLAG

Tidak terpengaruh.

D. PERINTAH TRANSFER DENGAN PENGALAMATAN TIDAK
LANGSUNG MELALUI REGISTER + OFFSET
Dipergunakan untuk transfer data 8 bit antara Register, CPU dan
Memori.
Penunjukkan yang tepat sebenarnya adalah Register tidak langsung
+ offset. Sebagai Register alamatnya biasa dipakai Register index IX
dan IY. Untuk itu Register index ini harus diisi terlebih dahulu dengan
alamat basis yang diinginkan.

Gambar 7.50 Peta Memory dan Register pada Pengalamatan
Tidak Langsung Melalui Register + Offset

MNEMONIK :
LD r, (IR + e) Register CPU ¬ Memori

LD (IR + e), r Memori ¬ Register CPU
LD (IR + e), n

r = Register CPU 8 bit ( A,B,C,D,E,HL)
IR = Register Index IX dan IY
e = Jarak,offset,konstanta 8 bit
n = Konstanta 8 bit

OPERASI

Register CPU ¬ Memori
Register CPU r diisi oleh isi dari lokasi Memori yang ditunjuk oleh
isi Register Index + offset
Memori ¬ Register CPU
Lokasi memori yang ditunjuk oleh Register Index + offset diisi oleh
register CPU r

FORMAT
LD r, (IX + e) LD (IX + e), r

adr
adr + 1
adr + 2

1 1 0 1 1 1 0 1
0 1 r 1 1 0
KONSTANTA e

1 1 0 1 1 1 0 1
0 1 1 1 0 r
KONSTANTA e

LD r, (IY + e) LD (IY + e), r

adr
adr + 1
adr + 2

1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 r 1 1 0
KONSTANTA e

1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 0 r
KONSTANTA e

LD (IX + e), n

1 1 0 1 1 1 0 1
0 0 1 1 0 1 1 0
KONSTANTA e

LD (IY + e)

1 1 1 1 1 1 0 1
0 0 1 1 0 1 1 0
KONSTANTA e
KONSTANTA n

PERINTAH TRANSFER DENGAN PENGALAMATAN STACK

Perintah ini memungkinkan pemrograman untuk menyimpan isi
Register CPU pada Memori sementara dan untuk pemrosesan secara
sederhana pada blok data.
Pengalamatan Stack adalah prinsip pada pengalamatan Register
CPU 16 bit.
Contoh : Stack pointer (SP, Stack pointer). SP secara otomatis akan
dinaikkan atau akan diturunkan 2, setelah pembacaan atau penulisan
pada Stack.

BUS ALAMAT
Gambar 7.51 Peta Memory dan Register pada Pengalamatan Stack

MNEMONIK

POP rr Register CPU ¬ Memori
PUSH rr Memori ¬ Register CPU
rr = Register CPU 16 bit (AF,BC,DE,HL,IX,IY)
OPERASI :

Register alamat SP ini mempunyai sifat yang sangat praktis yaitu
sebelum penyimpanan sebuah byte oleh perintah push, isi dikurangi 1
dan setelah pembacaan sebuah byte oleh perintah POP, isi SP
ditambah 1.
Proses penambahan dan pengurangan isi SP dilakukan secara
otomatis oleh block pemroses perintah.

FORMAT :
POP rr PUSH rr

1 1 rr 0 1 0 1 1 1 rr 0 0 0 1
PUSH POP

SP: = SP -1 Register 16 bit rendah : = (SP)
(SP) = Register 16 bit tinggi SP : = SP + 1
SP : = SP -1 Register 16 bit tinggi : = (SP)
(SP) Register 16 bit lebih rendah SP : = SP + 1
SP selalu berisikan alamat Memori terakhir yang sedang aktiv
setelah pelaksanaan perintah PUSH atau POP.

PROGRAM

Contoh :

0800

Register CPU BC berisikan konstanta bbccH

0807

PUSH BC isi BC di simpan pada Stack

C 5
C 1

POP BC isi Stack di ambil dari stack

0FFC
0FFD
0FFE
0FFF

c c
b b

POP PUSH

F. PERINTAH TRANSFER DENGAN PERTUKARAN DATA
Dengan kelompok perintah ini, tidak sama seperti register tujuan di isi
dengan Register sumber, (isi pada register sumber tidak berubah),
tetapi pada perintah ini, isi kedua Register saling bertukar.

MNEMONIK :
EX DE, HL
EX (SP), HL

FORMAT :
EX DE, HL EX (SP), HL

1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1
OPERASI :

Isi pasangan Register saling dipertukarkan
D = H
E = L
SP = H
SP + 1 = L

FLAG

Tidak terpengaruh

Gambar 7.52
Peta Memory dan Register pada Pertukaran Data Register
Pasangan

G. PERINTAH UNTUK INPUT OUTPUT DENGAN PENGATURAN
LANGSUNG
Perintah ini mengontrol lalu lintas bus data antara CPU dan piranti
input output.
Pada sebagian sistim mikroprosessor sering dilengkapi dengan
banyak blok input output dengan sebuah atau lebih register, yang
melalui fungsi blok input output ini dipakai sebagai pelayanan
penyangga data pada Register sementara atau pengaturan informasi
kontrol.
Register pada piranti ini,yang dipakai sebagi penghubung sistim
dengan dunia luar (peripheral) disebut sebagai “port”, dan alamatnya
disebut “alamat port”. Jumlah alamat yang dipakai oleh perintah input
output ini hanya 8 bit dan dalam pelaksanaannya diberikan melalui
jalur penghantar A7 – A0.
Dengan demikian dapat dibentuk 256 alamat port yang berbeda.

MNEMONIK :

IN A, (n) CPU ¬ Register I/O
OUT (n), A Register I/O ¬ CPU

n : konstanta 8 bit

FORMAT :

IN A, (n)
OUT (n), A

adr
adr + 1

1 1 0 1 1 0 1 1
Konstanta

1 1 0 1 0 0 1 1
Konstanta

OPERASI :

A, (n)
Akku CPU diisi dengan isi register I/O yang beralamat n

(n), A
Register I/O yang beralamat n diisi oleh isi dari Akku
CPU

FLAG

Tidak terpengaruh

CONTOH :

IN A,(20H)
0900 DB
0901 20

H. PERINTAH UNTUK INPUT OUTPUT DENGAN PENGALAMATAN
TIDAK LANGSUNG
MNEMONIK :
IN r, (C) CPU Register I/O
OUT (C), r Piranti I/O CPU

r = Register 8 bit A,B,C,D,E,H,L
C = Register C yang isinya diberikan sebagai
penunjuk penghantar alamat A7 – A0

FORMAT
IN r, (C) OUT (C), r

adr
adr + 1
111011011 r 000

0

1 1 1 0 1 1 0 1
0 1 r 0 0 1

OPERASI

Register CPU tujuan r diisi dengan isi dari Register C yang
merupakan pengalamatan dari port I/O
Register C yang merupakan pengalamatan dari port I/O diisi
dengan isi dari Register CPU r.

FLAG :

Pada perintah input (IN)
Flag S = 1, bila bit tertinggi = 1
Flag Z = 1, bila data yang dibaca = 0
Flag P = 1, pada parity genap dari data yang di baca

Register Flag

Flag adalah sebuah flip-flop di dalam blok penghitung dari CPU dan
disebut sebagai Register Flag.
Keadaan Flag ini setelah pelaksanaan sebuah perintah ( yang
mempengaruhi Flag ) akan menghasilkan sifat dari hasil sebuah operasi.
Pada Z-80 , Flag di pasangkan dengan Akkumulator dan dikenal dengan
program status wort ( PSW ).

AKKUMULATOR FLAG
D7 D0 D7 D0
S Z -H -P/V N C

A. FLAG ZERO
Itu menunjukkan, apakah pada pelaksanaan terakhir ini operasi hasil
pada semua bit adalah = 0.

Kondisi Flag
Flag Zero = 1, bila pada semua bit pada Register hasil = 0.
Flag Zero = 0, bila semua bit pada Register hasil ¹ 0.
Contoh :

0000
0000 +

1 0000
Flag Zero = 1
Flag Carry = 1

B. FLAG CARRY
Itu menunjukkan apakah pada proses operasi sebuah bit carry
dipindahkan dari bit tertinggi MSB pada Register hasil , itu dapat
terjadi pada operasi :

Penjumlahan, bila hasil dari 8 bit atau 16 bit.
Pengurangan a – b, bila b>a, hasil juga negatif.
Pergeseran, bila nilai 1 pada bit tertinggi atau terendah di

geserkan ke carry.

Kondisi Flag
¨ Flag Carry = 1, bila terjadi Carry.
¨ Flag Carry = 0, bila tidak terjadi Carry.

Flag Carry dapat set melalui perintah SCF dan dibalik melalui
perintah SCF.

C. FLAG SIGN
Pada operasi yang mempengaruhi Flag, Flag sign menyimpan kondisi
bit tertinggi dari Register hasil, jadi :

Kondisi Flag
¨ Flag Sign = 1, bila bit tertinggi dari Register hasil = 1
¨ Flag Sign = 0, bila bit tertinggi dari Register hasil = 0

D. FLAG PARITY/OVERFLOW
Bit ke 2 dari Register Flag mempunyai 4 arti yang berbeda,
tergantung dari hasil akhir pelaksanaan operasi .

1. FLAG OVERFLOW
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan perintah berikut :
a). ADD, ADC, SUB, SBC.
b). INC, DEC

Flag overflow diset 1 pada proses perpindahan dari bit ke 7 ke bit
ke 8, yaitu yang
mempengaruhi tanda bilangan positif atau negatif pada
perhitungan bilangan.

2. FLAG PARITY
Pengertian ini berlaku setelah pelaksanaan perintah berikut ini :
a). Perintah logika AND, OR, XOR
b). Perintah geser RL, RR, RLC, RRC

SLA, SRA, SRL
RLD, RRD
c). Aritmatik BCD DAA
Perintah input dengan pengalamatan tidak langsung IN r, (C).

Kondisi Flag

¨ Flag Parity = 1, bila jumlah 1 dan hasil akhir operasi
adalah genap
¨ Flag Parity = 0, bila jumlah 1 dan hasil akhir operasi
adalah ganjil

3. PENUNJUKAN NOL PADA PERINTAH BLOK
Pada perintah berikut untuk transfer blok dan pengamatan blok,
Flag P?V menunjukan keadaan
Register BC, yang pada operasi ini dipakai sebagai Register
penghitung.

a). Transfer blok LDI, LDIR, LDD, LDDR

b). Pengamatan blok CPI, CPIR, CPD, CPDR
Itu berlaku :
¨ Flag P/V = 0, bila Register penghitung BC = 0000H
¨ Flag Parity = 1, bila Register penghitung BC ¹ 0000H

4. PENUNJUKAN DARI PENGAKTIF FLIP-FLOP INTRUPSI (IFF2)
Ini adalah kemungkinan satu-satunya, IFF2, yang menunjukkan
keadaan yang sah untuk proses interupt , untuk membaca.
Penggunaan dari Flag P/V ini , berlaku untuk perintah LD A,I dan
LD A,R

Perintah Aritmatika

1. Operasi Aritmatika dengan operasi 8 bit
Operasi ini mempunyai format seperti dibawah ini :
ADD : hasil = operan 1 + operan 2
SUB : hasil = operan 1 – operan 2
ADC : hasil = operan 1 + operan 2 + carry
SBC : hasil operan 1 – operan 2 – carry
Kedua operasi disepakati sebagai bilangan biner dan operasinya
berlangsung didalam ALU dan pengalih bilangan setiap instruksi
berlaku 2 operan saja.

Mnemonik :

ADD A, r

SUB r

ADC A, r

SBC A, r

Operasi :

Isi dari akku dan register CPU disepakati sebagai bilangan biner
8bit dan saling ditambahkan.
Hasil berada pada akkumulator.

A = A+r

A = A-r

A = A+r+C

A = A-r-C

Isi akku yang baru adalah isi Pada perintah ini, hasil masih
akku yang lama + atau isi ditambahkan pula isi dari flag
register CPU r carry

Contoh :
Operan 1 80 H
Operan 2 + 20 H
Hasil sementara A0 H
Carry flag + 01 H
Hasil akhir A1 H

FORMAT

Dalam penjelasan format perintah bentuk ini, kita kelompokkan
atas jenis pengalamatan

a. Register dengan regisater CPU A, B, C, D, E, H, L.
1 0 1 0 0 r r r ADD A, r

1 0 0 0 1 r r r SUB r
1 0 0 0 1 r r r ADC A, r 1 0 0 0 1 r r r ADC A, r
1 0 0 1 1 r r r SBC A,r
r = Pengalamatan register CPU A = 111 E = 011
B = 000 H = 100
C = 011 L = 101
D = 010
Konstanta 8 bit

Sebagai operan 2 digunakan konstanta yang penulisanya
mengikuti Op – Code

1 1 0 0 0 1 1 0
Konstanta 8 bit

ADD A, n

1 1 0 1 0 1 1 0
Konstanta 8 bit

SUB n

1 1 0 0 1 1 1 0
Konstanta 8 bit

ADC A, n

1 1 0 1 1 1 1 0
Konstanta 8 bit

SBC A, n

c. Register tidak langsung
Sebagai operan 2 digunakan isi dari lokasi memori yang
ditunjukkan melalui register CPU 16 bit HL
ADD A,
(HL)

1 0 0 0 0 1 1 0
1 0 0 1 0 1 1 0
1 0 0 0 1 1 1 0
1 0 0 1 1 1 1 0
SUB (HL)

ADC A,
(HL)

SBC A,
(HL)

d. Indeks offset
Sebagai operan 2 digunakan isi dari lokasi memori yang
ditunjukkan melalui register index + offset e

1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 0 0 0 1 1 0

ADD A,

1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 0 0 1 1 0

ADD A,

(IX+e)

(IY+e)

Konstanta offset e

Konstanta offset e

1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 0 1 0 1 1 0
Konstanta offset e

SUB
(IX+e)
ADC A,
(IX+e)
SBC A,
(IX+e)

1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 0 0 1 1 1 0
Konstanta offset e

1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 0 1 1 1 1 0
Konstanta offset e

FLAG

Semua Flag terpengaruh

2. Operasi Aritmatika dengan Operan 16 Bit
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 1 0 1 1 0
Konstanta offset e

1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 0 1 1 1 0
Konstanta offset e

1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 1 1 1 1
Konstanta offset e

Mnemonik
ADD HL, rr ADD IX, rr
rr = BC, DE, HL, rr = BC, DE, SP, IX
SP
Operasi
HL = HL + rr IX = IX + rr

SUB
(IY+e)

ADC A,
(IY+e)

0 SBC A,
(IY+e)

ADD IY, rr
RR =
BC,DE,SP,IY

IY = IY + rr

Isi dari register CPU yang baru (HL, IX atau IY) terdiri dari
penjumlahan isi yang lama dengan isi register CPU yang lain.

Format

0 0 r r 1 0 0 1
rr = Register 16 bit
BC = 00
DE = 01
HL = 10
SP = 11

Flag

1 1 0 1 1 1 0 1
0 0 r r 1 0 0 1

1 1 1 1 1 1 0 1
0 0 r r 1 0 0 1

BC = 00 BC = 00
DE = 01 DE = 01
HL = 10 HL = 10
IX = 11 IY = 11

Bit flag H, N dan C terpengaruh.

Juga pada aritmatika dengan operan 16 bit terdapat perintah yang
melibatkan bit carry dalam perhitungan.

Mnemonik

ADC HL, rr SBC HL, rr
rr = register 16 bit CPU BC, DE, HL, SP

Operasi

HL = HL + rr + C

Isi yang baru dari HL terdiri dari hasil penjumlahan yang lama
dari HL ditambah/dikurangi isi dari register 16 bit CPU dan isi
bit carry.

Format

1 1 1 0 1 1 0 1
0 1 r r 1 0 1 0

1 1 1 0 1 1 0 1
0 1 r r 0 0 1 0

rr = Register 16 bit
BC = 00
DE = 01
HL = 10
SP = 11

Flag :

Semua bit flag terpengaruh.

Perintah Biner AND, OR, EX-OR dan CP

Kebanyakan mikroprosessor dapat melaksanakan biner seperti AND, OR,
EX-OR dan CP.
Seperti pada operasi aritmatika operasi 8 bit berlaku bahwa pada
awalnya sebuah operasi harus berada pada akku dan hasil operasi
kembali berada pada akkumulator CPU, dengan demikian penulisan
mnemonik dapat disingkat sebagai berikut :

Mnemonik :

AND r

OR r

XOR r

CP r

r = data 8 bit

Operasi :

A = A AND r

A = A OR r

A = A XOR r

A – r

Isi yang baru dari akku terdiri dari isi akku yang lama dihubungkan
secara AND/OR/EX-OR dengan isi dari r.
Pada perintah compare sesuai operasi aritmatik pengurangan,
dimana hasil tidak kembali berada pada akku.

Format :

Format penulisan bahasa mesinnya ditentukan berdasarkan :

a.
Pengalamatan register ( r ) : A, B, C, D, E, F, H, L
Register
1 0 1 1 1 r r r
1 0 1 1 0 r r r
1 0 1 0 1 r r r
1 0 1 0 0 r r r
AND r
XOR r rOR rCP r

A = 111 B = 000 C = 001 D = 010
E = 011 H = 100 L = 101

b. Pengalamatan langsung dengan konstanta
AND n

1
1
1
1
1
1
1
1
1 0 0 1
Konstanta n
1 0 1 1
Konstanta n
1 1 0 1
Konstanta n
1 1 1 1
Konstanta n
1
1
1
1
0
0
0
0

XOR n

OR n

CP n

c. Pengalamatan tidak langsung dengan register CPU 16 bit
(melalui pasangan register (HL) )
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0

AND (HL)

XOR (HL)

OR (HL)

CP (HL)

d.
Pengalamatan langsung dengan pengalamatan terindex
AND
1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 1 0 0 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 1 0 1 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 0 1 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0
Konstanta offset e

AND

(IX+e)

1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 0 0 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 0 1 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 1 1 0
Konstanta offset e
1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0
Konstanta offset e
(IY+e)

XOR

XOR

(IX+e)

(IY+e)

OR

OR

(IX+e )

(IY+e)

CP

CP

(IX+e )

(IY+e)

FLAG :

Untuk operasi AND, OR dan EX-OR, semua bit flag terpengaruhi C
= 0, H = 1, N = 0
Untuk operasi CP seperti pada operasi pengurangan SUB.

PENGGUNAAN PERINTAH BINER

¤
Perintah AND digunakan untuk menghapus bit yang diinginkan dari
sebuah data 8 bit.
Contoh :

LD B, C1H B = 1 1 0 0 0 0 0 1 C1H
IN A, (20H) A = X X X X X X X X = 0 atau 1
AND B Ù =

A = X X 0 0 0 0 0 X Hasil

Bit 5 ………1 direset 0, yang lainnya tetap tidak berubah

¤
Perintah OR digunakan untuk mengeset bit yang dinginkan dari
sebuah data 8 bit
Contoh :

IN A, (20H ) A = X X X X X X X X X = 0 atau 1
OR 3CH konstanta = 0 0 1 1 1 1 0 0 CH
A = X X 1 1 1 1 X X Hasil

¤
Perintah EX-OR digunakan untuk membalik bit yang diinginkan dari
sebuah data 8 bit.
Dengan perintah ini juga dapat dipakai untuk menyamakan 2 byte,
bit-bit yang tidak sama pada akku akan ditunjukkan sebagai 1
Contoh :

IN A, (20H ) A = 1 0 0 0 1 1 1 1 8FH
XOR 3CH konstanta = 1 1 0 0 0 0 1 1 C3H
” =
A = 0 1 0 0 1 1 0 0 Hasil

Perintah Putar dan Geser

Dengan perintah ini register 8 bit dan lokasi memori dapat digunakan
sebagai sebuah register geser.Operasinya sendiri tentu dilaksanakan
dalam ALU dari CPU pada register-register geser, isi masing-masing bit
dapat digeser ketetangga Flip-flop kiri atau kanannya.

A. Perintah Putar
1. Putar ke kiri atau kanan dalam Register atau memori
Mnemonik Mnemonik
Þ R L r Þ R R r
r = Register CPU 8 bit atau isi memori
8 bit
Operasi : Operasi :

Isi bit 7 dipindahkan ke flag Isi Flag Carry dipindahkan ke bit
carry dan isi bit Flag Carry 7 dan isi bit 0 ke Flag Carry dan
dipindahkan ke bit 0 dan bit bit yang lain digeser 1 kekanan.

yang lain digeser 1 ke kiri.

Flag : Flag :
2. Putar ke kiri / kanan dalam register atau memori dan menuju flag
carry.
Mnemonik : Mnemonik :
Þ RLC rbit atau isi
r = Registememori.
r CPU 8
Þ RRC r
Operasi : Operasi :

Informasi :
Bit akan bergeser 1 kekiri atau kekanan , tetapi isi flag carry tidak
dalam lingkaran perputaran. Bit 7 berpindah ke bit 0 pada RLC, dan

bit 0 berpindah ke bit 7 pada RRC.
Bit yang lain bergeser satu ke kiri
Bit yang lain bergeser satu ke kanan
à RLC.
à RRC.
Flag : Flag :

3. Putar secara
digit ke kiri / kanan
Mnemonik :Mnemonik :
RLD (HL) RRD (HL)
Operasi : Operasi :

Ini adalah perintah untuk memutar 12 digit , dan 4 digit untuk
pelaksanaan perintah.
Posisi perputaran selalu dibagi menjadi separuh dari akkumulator
dan sebuah isi memori pengalamatannya melalui ( HL ).
Separuh bagian kiri dari Akku tidak berubah isinya.

Flag :
Flag :

B. Perintah Geser
1. Geser ke kiri secara aritmetik dalam register atau memori
Mnemonik :
SLA r
r = Register 8 bit atau isi memori
Operasi :

Informasi bit masing-masing digeser 1 ( satu ) ke kiri, isi bit 7
digeser ke flag carry, pada bit 0 diberikan 0 pada setiap
pelaksanaan perintah ini. Bila isi dari register / memori adalah
bilangan biner, maka masing-masing bit digeser 1 kekiri.
Perintah ini digunakan untuk operasi pengalian.

Flag :

2. Geser kekanan secara aritmetik dalam register / memori :
Mnemonik :
SRA r ; r = Register 8 bit atau isi memori
Operasi :

Informasi bit masing-masing , digeser 1 ke kanan , isi bit 0 digeser
ke flag carry , bit 7 selain digeser 1 kekanan , isi bit 7 juga tidak
berubah . Perintah ini digunakan untuk operasi pembagian untuk
bilangan negatif atau pun bilangan positif.

3. Geser ke kanan secara logika dalam register / memori.
Mnemonik :
SRL r
r = Register 8 bit atau isi memori.

Operasi :

Setiap bit digeser 1 ( satu ) kekanan, isi bit 0 digeser ke flag carry

pada bit 7 diberikan 0 pada setiap pelaksanaan perintah ini.
Flag

Format :

adr
adr + 1

Operasi ppp

RLC = 000
RRC = 001
RL = 010
RR = 011
SLA = 100
SRA = 101
SRL = 111

1 1 0 0 1 0 1 1
0 0 p p p r r r

Kode Register rrr

B = 000
C = 001
D = 010
E = 011
H = 100
L = 101
(HL) = 110
A = 111

Perintah Percabangan

Perintah percabangan ini memungkinkan :
-Pengulangan sebuah bagian program tunggal ( penundaan )
-Pemilihan program bagian yang berbeda ( keputusan )
-Pengelompokan tugas-tugas yang besar dalam beberapa

program-program bagian yang kecil

Pengelompokan perintah percabangan :
-Perintah – perintah loncat ( JUMP )
-Pemanggilan program bagian ( CALL ),
-Loncatan kembali dari program bagian ke program pemanggil (

RETURN ),

-Perintah start ulang ( RST ).
Pada pelaksanaan sebuah perintah-perintah percabangan, alamat loncat
yang mengikuti code operasinya, akan diisi pada Program Counter ( PC ).
Pengolah kontrol kemudian akan menjalankan program yang berada
mulai dari alamat tersebut.
Alamat tujuan loncat yang lebih besar ( loncat ke depan ) atau lebih kecil
(loncat ke belakang) adalah alamat lokasi memori yang ada pada
perintah percabangan.

Perintah percabangan bersyarat dan tidak bersyarat

Pada sebuah loncatan tidak bersyarat, pelaksanaan program pada setiap
saat dimulai pada alamat tujuan loncat yang telah ditentukan pada
perintah percabangan.
Pada sebuah loncatan bersyarat, pelaksanaan program pada alamat
tujuan loncat yang telah ditentukan tdilaksanakan bila syarat loncat
terpenuhi, bila syarat loncat tidak terpenuhi maka pelaksanaan program
dimulai pada perintah berikutnya dibawah perintah percabangan.

Pada perintah percabangan bersyarat, syarat loncat yang dapat dipakai
hanya kondisi masing-masing bit pada register flag.

Penggunaan perintah percabangan bersyarat

Dalam penggunaan perintah percabangan bersyarat ini, ada 2 hal yang
harus jelas yaitu :
-Bagaimana syarat loncat dapat diberikan pada loncatan bersyarat (

syarat loncat )
-Kemungkinan apa yang ada, untuk memberikan alamat tujuan loncat (
pengalamatan ).

-

Syarat
loncat
Tanpa
Syarat
Flag zero Flag Carry Flag P/V Flag S
Langsung JP adr JP Z, adr
JP NZ, adr
JP C, adr
JPNC, adr
JP PE,
adr
JP PO,
adr
JP M, adr
JP P, adr
Relatif JR e JR Z, e
JR NZ, e
JR C, e
JR NC, e

tidak
langsung
(melalui
register)
JP (HL)
JP (IX)
JP (IY)
—-

1. Perintah loncat dengan pengalamatan langsung
Mnemonik :
JP adr JP cc, adr
adr = alamat tujuan loncat

cc = syarat loncat ( kode kondisi flag )

Operasi
PC CPU diisi oleh alamat tujuan
yaitu konstanta 16 bit yang
mengikuti Opcode. CPU akan
menjalankan perintah yang ada
pada alamat yang ditunjuk oleh
PC.

Format :

Bila syarat loncat yang ditunjukkan
oleh ccc terpenuhi, maka PC akan
diisi oleh alamat tujuan yaitu
konstanta 16 bit yang mengikuti Opcode,
CPU akan menjalankan
perintah yang berada pada alamat
yang sesuai dengan PC. Bila syarat
tidak terpenuhi maka PC = PC + 1,
sehingga CPU akan menjalankan
perintah yang berada pada alamat
sesuai dengan PC.

adr

Op-

Op

code

code

adr + 1
adr + 2

C 3
alamat
tujuan
LSB
alamat
tujuan
MSB

1 1 c c c 0 1 0
alamat tujuan LSB
alamat tujuan MSB

Sebagai syarat loncat hanya dapat dipakai kondisi flag tertentu, seperti
ditunjukkan oleh tabel dibawah ini.

Flag ccc Mnemonik Arti
Zero
000 JP NZ, adr loncat ke alamat tujuan bila hasil <> 0 (
Z=0 )
001 JP Z, adr loncat ke alamat tujuan bila hasil = 0 ( Z
=1 )
Carry
010 JP NC, adr loncat ke alamat tujuan bila carry = 0 (
C=0 )
011 JP C, adr loncat ke alamat tujuan bila carry = 1 (
C=1
P/V
100 JP PO, adr loncat ke alamat tujuan bila parity ganjil
( P/V=0 )
101 JP PE, adr loncat ke alamat tujuan bila parity
genap ( P/V=1 )
Sign
110 JP P, adr loncat ke alamat tujuan bila hasil positip
( S=0 )
111 JP M, adr loncat ke alamat tujuan bila hasil
negatip ( S=1 )

Setiap perintah loncat selalu hanya dapat menguji sebuah kondisi flag
tertentu yang dihasilkan melalui perintah sebelumnya. Flag Half Carry (H)
dan Flag Subtract ( N ) tidak dapat dipakai sebagai syarat loncat.

Flag : tidak terpengaruh

2. Perintah loncat dengan pengalamatan relatif
Jenis pengalamatan ini, pada Z-80 hanya dipakai untuk perintah loncat.

Mnemonik
JR e JR cc, e

cc = syarat loncat hanya untuk flag carry dan zero
e = offset, jarak loncat

Format :

adr

1 8
Konstanta e
Op-code

0 0 1 c c 0 0 0
Konstanta e

Op-code

adr + 1

Pengertian masing-masing bit pada konstanta e, jarak adalah sebagai
berikut :

7654321 0

V X X X X X X X

V = 0 : loncat ke depan 0 0 0 0 0 0 0 0
0 sampai + 127 desimal
0 1 1 1 1 1 1 1
V = 1 : loncat ke belakang 1 1 1 1 1 1 1 1
-1 sampai -128 desimal
1 0 0 0 0 0 0 0
Operasi

PC CPU diisi oleh alamat tujuan
yaitu hasil dari PC saat itu
ditambah/dikurangi konstanta e.
CPU akan menjalankan perintah
pada alamat yang ditunjukkan oleh
PC.

Bila syarat loncat yang
ditunjukkan oleh cc terpenuhi,
maka PC akan diisi oleh hasil
penjumlahan/pengurangan PC
saat itu dengan konstanta e, bila
tidak terpenuhi PC = PC + 1.

Sub Routine ( Program Bagian )

A. Program Bagian (Sub Routine)
Dalam program yang mempergunakan sebuah kelompok program yang
sering dipakai, maka kelompok program ini dapat ditulis sekali saja,
dan dapat dipanggil dimana saja dalam program utama bila kelompok
program ini diinginkan.

Kelompok program ini disebut Program Bagian atau Sub Routine

Pemanggilan program bagian dengan mempergunakan perintah CALL ( .
. . . ) atau RST ( Restart ), selalu menyimpan alamat perintah
berikutnya pada Stack, alamat yang disimpan ini menjadi tujuan saat
kembali setelah pelaksanaan program bagian.

Perintah terakhir sebuah program bagian adalah selalu sebuah perintah
return/kembali ( RET ), yang fungsinya mengisi penghitung program /
program counter ( PC ), dengan alamat tujuan kembali yang disimpan
di stack. Sehingga pelaksanaan perintah berikutnya pada program
utama setelah kembali dari program bagian adalah perintah yang
alamatnya tersimpan pada .Stack

A.1.Proses Pemanggilan Sebuah Program Bagian

Proses berjalan sebagai berikut :
-Pada setiap pemanggilan program bagian dengan CALL,
pertama-tama. menyimpan alamat tujuan lompat pada Stack.

-Kemudian terjadi sebuah lompatan untuk menjalankan perintah
pada alamat pertama dari program bagian ( PC = Alamat awal
program bagian ).

-Masing – masing perintah pada program bagian dijalankan secara
berurutan.

-Perintah RET menggunakan alamat loncat balik (dalam Stack),
sebagai alamat tujuan loncat balik ke program utama.( PC =
alamat loncat balik ).

-CPU akan melanjutkan pelaksanaan perintah berikutnya pada
program utama mulai dari alamat loncat balik ini.

Urutan program bagian adalah bebas dan juga harus tidak saling
mengikat dengan program bagian yang lain.
Perintah awal dari program bagian tidak ditentukan secara khusus, hanya
perintah akhir dari program bagian harus selalu perintah RETURN ( RET
).

Peletakan program didalam penyimpan program dan data ( memori )
lebih banyak seperti pada gambar berikut ini :

Program Utama
HALT

Program Bagian 1
RET

R
O
M

Program Bagian
RET

Data yang tidak
berubah ( Konstanta
)

Data yang dapat
berubah ( Variabel )

R
A
M

Daerah Stack

A.2. Penyimpan Alamat Loncat Balik pada STACK
Alamat loncat pada dasarnya diletakkan pada RAM. Penyimpanan di
RAM adalah lebih cepat, walaupun demikian kapasitas
penyimpannya terbatas.

Untuk penanganan daerah stack, penunjukkan ini dipergunakan fasilitas
perintah PUSH dan POP serta register penunjuk STACK (SP).

Pada setiap pemanggilan program bagian , pertama-tama isi Stack
Pointer (SP) dikurangi satu (SP – 1) kemudian (SP – 1) diisi dengan
MSB ( bit tertinggi ) dari alamat loncat balik, kemudian isi (SP – 2)
diisi dengan LSB ( bit terendah ) dari alamat loncat balik.

Pada setiap loncat balik dari sebuah program bagian, bagian pertama
LSB dari PC akan diisi oleh isi SP ( alamat penyimpan stack saat itu
) dan bagian MSB dari PC diisi oleh isi (SP + 1) dan kemudian (SP

+ 2) menunjukkan alamat awal dari pemakaian stack berikutnya.
Pemanggilan program bagian dengan mempergunakan penunjuk stack
(SP), memiliki 2 keuntungan, yaitu :
-Pada pemanggilan program bagian yang tidak rumit,
dibutuhkan 2 lokasi memori sebagai penyimpan sementara
dari alamat loncat balik.
-Program bagian dapat dibuat bercabang secara bebas, yang
berarti di dalam sebuah program bagian dapat dibuat program
bagian yang lain. Pada setiap pemanggilan program bagian,
(SP) akan berubah dan alamat stack yang terakhir akan naik 2
ke atas.

Oleh sebab itu program harus memperhatikan hal itu, yaitu tidak
boleh ada tumpang -tindih pada program bagian yang lain,
dan tidak melupakan perintah kembali (RET) pada akhir dari
masing – masing program bagian.

A.3. Perintah Pemanggilan Program Bagian
A.3.1. Perintah Pemanggilan dengan Pengalamatan langsung
Mnemonik :

CALL adr CALL cc, adr

adr = Konstanta 16 bit alamat tujuan loncat ( alamat pertama dari

program bagian )
cc = Syarat loncat/kondisi flag.

Operasi :
pemanggilan program bagian pemanggilan program bagian
selalu dilaksanakan. hanya dijalankan bila syarat

CC terpenuhi.

Operasi yang akan dilaksanakan :
-alamat loncat balik akan disimpan sementara pada stack.
-(SP) diturunkan dua.
-alamat pertama dari program bagian akan disimpan pada PC.

Format :

adr

C D
alamat LSB dari prog.
bagian
alamat MSB dari
prog. bagian

Contoh :
SP : 1FF3H

.
Program Utama :
0900 CDH CALL 0A10H
0901 10H -
0902 0AH -
0903 FFH HALT

Þ Program Bagian :
0A10 3EH LD A, FFH
0A11 FFH -
0A12 C6H ADD A, 01H
0A13 01H -
0A14 C9H RET

1 1 C C C 1 0 0
alamat LSB dari
program bagian
alamat MSB dari
program bagian

CCC :
000 Þ NZ
001 Þ Z
010 Þ NC
011 Þ C
100 Þ PO
101 Þ PE
110 Þ P
111 Þ M

memanggil program bagian yang ada
pada alamat 0A10H

menutup program utama

mengisi AKKU dengan data FFH

menambah isi AKKU dengan
konstanta 01H
menutup program bagian

.
Setelah pelaksanaan program, penunjuk stack (SP) = 1FF3H
1FF1 03H

alamat stack yang akhir
1FF2

09H
1FF3

XXH

A.3.2. Perintah Pemanggilan dengan Perintah Restart/start ulang
Mnemonik :
RST a
RST : Restart/start ulang pada alamat yang telah ditentukan.

a : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 atau 00, 08, 10, 18, 20, 28, 30, 38.
Operasi :

Perintah restart adalah pemanggilan program bagian tak bersyarat,

yang selalu dilakukan seperti perintah CALL.

Operasi – operasi berikut ini akan dilaksanakan :

= Alamat loncat balik akan disimpan sementara pada stack.

= Stack pointer ( SP ) diturunkan 2.

= Alamat pertama dari program bagian akan disimpan pada PC.

Format :

adr 1 1 a a a 1 1 1
aaa : kependekan dari alamat awal program bagian.
Mnemonik Perintah Op Code
aaa Alamat Awal Program
Bagian
RST 0 atau RST 00
RST 1 atau RST 08
RST 2 atau RST 10
RST 3 atau RST 18
RST 4 atau RST 20
RST 5 atau RST 28
RST 6 atau RST 30
RST 7 atau RST 38
C7
CF
D7
DF
E7
EF
F7
FF
000
001
010
011
100
101
110
111
0000H
0008H
0010H
0018H
0020H
0028H
0030H
0038H

Perintah RST kebanyakan dipergunakan pada proses pelaksanaan
program Interrupt, tetapi dapat juga dipakai pada program normal, yaitu
memanfaatkan keuntungan dari formatnya yang rendah, karena
kebutuhan penyimpan sementara (RAM) yang sedikit dan kecepatan
pelaksanaannya yang cepat bila dibandingkan dengan perintah CALL.
Flag : Flag terpengaruh

A.4. Perintah Loncat Balik dari Program Bagian
A.4.1. Perintah Loncat Balik dari Program Bagian Normal
Mnemonik :

RET RET CC

RET = Return, loncat dari program CC = Syarat loncat balik
kondisi flag
bagian

Operasi :
loncat balik tanpa syarat loncat balik akan
dilaksanakan
bila CC terpenuhi.

Setelah pelaksanaan perintah ini, mekanisme pengontrolan akan
melaksanakan kegiatan berikut ini :

-PC diisi oleh isi dari 2 alamat teratas dari stack.

-SP (Stack Pointer) dinaikkan 2.

-Proses program berikutnya mulai dari alamat yang ada dalam

PC.
adr
adr + 1
alamat stack
perintah RET
sebelum pelaksanaan

adr + 2

alamat stack setelah pelaksanaan perintah
RET

Flag :
Flag terpengaruh

A.4.2. Perintah Loncat Balik dari Program Bagian Normal
Perintah ini dipakai untuk loncat balik dari program bagian ( yang
pemanggilannya melalui pelaksanaan perintah Interupt ).
Disebut juga sebagai Interupt service routine.
Mnemonik :

RET I RET N

kembali dari maskable Interupt kembali dari non
maskable interupt

Operasi :
Berjalan dengan logika yang sama seperti perintah RET, khusus
untuk keluarga Z 80 yang memiliki blok input -output ( I/0 ). Kode

Operasi ini dapat diidentifikasikan (bila kode operasi ini muncul
pada BUS data), maka dengan itu CPU dapat menentukan tingkat
prioritas pelaksanaan perintah diatas.

Pemberian Parameter pada Program Bagian

Nilai masukan, alamat, hasil dan sebagainya, yang dipakai selama
pelaksanaan program bagian disebut sebagai PARAMETER.
Pemograman harus mempertimbangkan dengan baik, dimana nilai
parameter ini disimpan sementara. Program bagian harus ditulis
seumum mungkin dan tidak dipakai hanya untuk satu nilai parameter
saja.

Juga hasil yang dihasailkan oleh program bagian harus juga diletakkan
sedemikian rupa sehingga program utama dapat memberikan nilai
yang lain, dengan kata lain, sebuah program bagian selama
pelaksanaannya, harus dapat mengalamatkan parameter – parameter
yang digunakan.

A.5.1. Pemberian Parameter dalam Register CPU
Parameter yang diperlukan dalam program bagian (yang harus ada
sebelum pemanggilan program bagian) di simpan di Register CPU. Ini
adalah metode yang sederhana dan cepat, namun hanya dapat
digunakan bila terdapat hanya sedikit parameter yang digunakan dan
di dalam program utama register tidak dipakai untuk tujuan lain.
Contoh :
Disini sebuah parameter dalam AKKU diberikan ke program bagian .

Þ Program Utama :
0800 IN A, (20H) membaca sebuah byte dari port
…. ….. beralamat 20H
081F CALL 0A00H ….
HALT memanggil program bagian
penutup program utama

Þ Program Bagian :
0A00 BIT 2,A program bagian untuk mengelola
…. …. data pada AKKU
0A5F RET penutup program bagian

A.5.2. Pemberian Parameter dalam Penyimpan Data (RAM)
Pada metode ini, penyimpan data tertentu telah disediakan untuk
parameter. Program utama memberikan data yang telah disimpan
pada lokasi penyimpan data yang telah ditentukan, yang mana
program bagian dapat mengambil data dari sana.
Contoh :
Alamat 0900H adalah parameter alamat awal blok data yang akan
dikeluarkan ke port A yang alamatnya 20H. Alamat 30H adalah
alamat awal blok data.

0000
0002
…..
00FF

0700
0703
0704
0705
0708
070A
070B
070E

…..
CALL 0700H

Program Utama
…..
HALT

LD HL, (0900H)
LD A, (HL)
AND A
JP Z, 070EH

Program Bagian
OUT (20H), A
INC HL
JP 0703H
RET

0900
0901

301C
301D
301E
301F

1C
30

Penunjukkan alamat awal blok

data
12
57

Blok data
3A
00

562

Sistem Mikrokomputer

Sistem Mikrokomputer

6.1 Aritmetika Komputer

6.1.1 Sistim Bilangan
Sistem bilangan desimal adalah sistem bilangan yang palng sering
digunakan dan yang paling kita pahami. Sistem ini berbasiskan angka 10.
10 adalah dasar sistim bilangan desimal yang menggambarkan angka 0
sampai 9, yang jumlah keseluruhan symbol ada 10 buah.
Misalkan suatu angka sistem desimal adalah :

2305,51 = 2 . 103 + 3.102 + 0. 101 + 5. 10-1 + 1 . 10-2

Pada komputer digital, angka harus dapat di representasikan dengan
berbagai macam nilai dari kuantitas fisik. Seperti tegangan, arus, medan
magnet, dan lain sebagainya. Misalkan kita mengalokasikan angka 1
sebagai 1 Volt, 2 sebagai 2 Volt, dan seterusnya. Sehingga 0 sampai
dengan 9 volt bisa direpresentasikan oleh angka 0 sampai dengan 9
pada sistem desimal. Penerapan sistim bilangan pada komputer secara
teknik memungkinkan tetapi sangat rumit dan mahal. Cara yang paling
sederhana adalah dengan menerapkam sistim bilangan duaan yang
terdiri dari dua keadaan kunatitas phisik dan dinyatakan dalam dua buah
angka misalnya 0 dan 1 dengan ketentuan sebagai berikut :

0 ® yang berarti tidak ada arus, tidak ada tegangan , berlogika rendah
1 ® yang berarti ada tegangan, ada arus , berlogika tinggi

Semua komputer digital modern menggunakan prinsip ini tanpa
perkecualian. Sistim bilangan duaan tersebut hanya menggunakan dua
simbol 0 dan 1, dan kita sebut sebagai sistim bilangan biner. Sisitim
bilangan biner tetap menerapkan sistim yang sama seperti pada sistim
bilangan desimal.
Suatu bilangan biner dapat dipahami sebagai berikut :

1011,01 = 1 . 23 + 0 . 22 + 1 . 21 + 1 . 20 + 0 . 2-1 + 1 . 2-2

Pada prinsipnya, perhitungan biner dan desimal tidak berbeda satu sama
lain. Ketika menghitung, jumlah angka akan bertambah satu angka ke
depan apabila terjadi carry. Pada sistim biner terjadi penambahan angka
apabila perhitungan melebihi angka 1 dan pada sistim desimal akan
terjadi apabila perhitungan melebihi angka 9.

Tabel 6.1 Konversi Biner Ke Desimal
Urutan angka biner

Urutan angka desimal

0

0
1

1
1 0

2
1 1

3
1 0 0

4
1 0 1

5
1 1 0

6
1 1 1

7
1 0 0 0

8
1 0 0 1

9
1 0 1 0

10
. . .

. . .

Ketika sistim bilangan yang berbeda digunakan pada waktu yang
bersamaan, untuk membedakannya pada umumnya adalah dengan
menuliskan sistim bilangan dasar sebagai indeks seperti berikut ini

100110 mewakili bilangan desimal 1 . 103 + 0 . 102 + 0 . 101 + 1 . 100

10012 mewakili bilangan desimal 1 . 23 + 0 . 22 + 0 . 21 + 1 . 20

Suatu angka dalam sistim bilangan biner membutuhkan sekitar tiga kali
jumlah digit untuk nilai angka yang sama dibandingkan dengan sistim
bilangan desimal seprti dicontohkan berikut ini :

204910 = 1000000000012

Bilangan biner kadang menjadi mudah dimengerti dengan cepat karena
berapa nilainya karena panjang atau banyaknya digit. Untuk penerapan
bilangan biner pada komputer digunakan metode pengelompokan 3 atau
4 digit untuk mempermudah dan mempercepat mengetahui nilaiya. Sistim
pengelompokan tersebut dipergunakan pada sistim bilangan oktal dan
heksadesimal.
Bilangan oktal adalah suatu sistim bilangan delapanan yang memiliki
simbol angka 0 sampai 7 seperti berikut ini

Tabel 6.2 Konversi Biner Ke Oktal

Urutan angka biner

0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
. . .

Urutan angka oktal

0
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
. . .

Mengkonversi bilangan biner ke bilangan oktal sangat mudah dilakukan
dengan cara mengelompokkan bilangan biner per tiga digit kemudian
setiap kelompok tiga digit dikenversi sendiri-sendiri seperti contoh berikut

Biner 101 110 011 111 101 010

Oktal5 63752

Jadi 1011100111111010102 = 5637528

Bilangan heksadesimal adalah suatu sistim bilangan enambelasan yang
memiliki simbol angka 0 sampai 9 dan kemudian huruf A sampai F seperti
berikut ini

Tabel 6.3 Konversi Biner Ke Heksadesimal

Urutan angka biner

0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 A
1 0 1 1 B
1 1 0 0 C
1 1 0 1 D
1 1 1 0 E
1 1 1 1 F

Urutan angka heksadesimal

Mengkonversi bilangan biner ke bilangan heksadesimal sangat mudah
dilakukan dengan cara mengelompokkan bilangan biner per empat digit
kemudian setiap kelompok empat digit dikenversi sendiri-sendiri seperti
contoh berikut :

Biner 1101 1111 0011 0101

HeksaDF 3 5

Jadi 11011111001101012 = DF3516

Dalam praktek pemrograman dan dalam buku-buku mikroprosesor,
keempat sistim bilangan tersebut sangat sering dipergunakan. Sistim
bilangan mana yang paling baik dipergunakan tergantung pada
permasalahan yang dihadapi. Kita harus paham untuk menentukan sistim
bilangan yang mana lebih lebih mudah dan lebih tepat untuk
menyelesaikan suatu permasalahan.

6.1.2 Konversi Antar Sistim Bilangan
Ketika banyak sistim bilangan dipergunakan bersama-sama, perlu
dilakukan konversi dari satu sistim bilangan ke sistim bilangan lainnya.
Hal tersebut telah ditunjukkan di atas untuk konversi dari biner ke oktal
dan dari biner ke heksadesimal. Terdapat banyak cara dan metode untuk
mengkonversi sistim bilangan. Pada prakteknya yang paling penting

adalah mengkonversi dari sistim bilaingan desimal ke sistim bilangan
lainnya dan sebaliknya. Pada pembahasan berikut ini akan dijelaskan
secara detail macam macam metode konversi.

6.1.2.1 Metoda Pembagian
Metoda ini paling tepat dipergunakan untuk mengkonversi bilangan
desimal ke sistimbilangan lainnya. Metode pembagian ini akan
diilustrasikan dengan contoh mengkonversi bilangan desimal ke bilangan
biner.

Contoh 45710 = ……..2

cara mengkonversi adalah dengan membagi 2 bilangan tersebut sampai
diperoleh sampai habis seperti berikut ini :

hasil Sisa

457 ¸ 2=228 1
228 ¸ 2=114 0
114 ¸ 2=57 0
57 ¸ 2=28 1
28 ¸ 2=14 0
14 ¸ 2= 70
7 ¸ 2= 31
3 ¸ 2= 11
1 ¸ 2= 01

Jadi hasil konversi 45710 = 1110010012

6.1.2.2 Metoda Perkalian
Metoda perkalian dipergunakan untuk mengkonversi bilangan desimal
pecahan dengan nilai kurang dari satu misalnya 0,xxx ke sistim bilangan
lainnya.

Contoh 0,562510 = ………2

Hasil Angka bulat Angka pecahan

0.5625 . 2 = 1.1250 (MSB) 1 0.1250
0.1250 . 2 = 0.2500 0 0.2500
0.2500 . 2 = 0.5000 0 0.5000
0.5000 . 2 = 1.0000 (LSB) 1 0.0000
Jadi 0,562510 = 0,10012

6.1.2.3 Konversi Bilangan Rasional
Untuk mengkonversi bilangan rasional yang terdiri dua bagian yaitu
bagian bilangan bulat (angka didepan koma) dan bilangan pecahan
(angka di belakang koma) maka proses konversi dilakukan dengan dua
metoda yang berbeda. Bagaian bilangan bulat dikonversi menggunakan
metoda pembagian dan bagianm pecahan dikonversi dengan metoda
perkalian.

Contoh 21,37510 = ………2

Konversi pertama untuk bagian bilangan bulat angka di depan koma (21)

hasil Sisa

21 ¸ 2=10 1
10 ¸ 2=5 0
5 ¸ 2=2 1
2 ¸ 2=1 0
1 ¸ 2=0 1

Konversi kedua untuk bagian bilangan pecahanangka di belakang koma

(0.375)
Hasil Angka bulat Angka pecahan
0.375 .
2 = 0.750 0 0.750
0.750 .
2 = 1.500 1 0.500
0.500 . 2 = 1.000 1 0.000
Jadi 21,37510 = 10101,0112
6.1.2.4 Konversi Ke Sistim Bilangan Desimal
Contoh bilangan 110012 = ………10

Penyelesaian :

110012
= 1 . 24 + 1 . 23 + 0 . 22 + 0 . 21 + 1 . 20
= 1 . 16 + 1 . 8 + 0 . 4 + 0 . 2 + 1 . 1
= 2510

6.1.3 Aritmetika Biner
Di dalam semua sistem bilangan juga diterapkan aturan yang sama
dalam perhitungan.

Dalam bagian ini akan dijelaskan 4 operasi aritmatika dasar dalam sistem
biner

6.1.3.1 Penjumlahan
Misalkan 1001012 + 0101112 = ………2
100101

+0 101 11
Carry 001110
Hasil 111100
Jadi 1001012 + 0101112 = 1111002 carry 0

Carry = 0 diambil dari nilai carry yang paling kiri, bit yang terbesar (MSB)

Dalam penjumlahan biner carry untuk satu digit selanjutnya didapatkan
bila terdapat penjumlahan dalam satu kolom yang bernilai lebih dari 2.

6.1.3.2 Pengurangan
Misalkan 100102 – 011012 = ………2

Bobot 24 23 22 21 20
1 0 0 1 0
-0 1 1 0 1

Borrow 11010
Hasil 00101

Pada digit 20 angka 0 dikurang 1, artinya 0 . 20 – 1 . 20 ini hanya mungkin
bila dipinjami oleh digit 21, sehingga angka 1 pada digit 21 akan bergeser
ke kanan menjadi 1 . 21– 1. 20 = 2 – 1 = 1.
Angka 1 yang muncul ini akan keluar sebagai hasil pada kolom 20.
Sedangkan peminjaman dari digit 21 ditunjukkan pada baris borrow. Pada
kolom ini operasi yang terjadi adalah 1 -0 -1 = 0 . Proses ini diulangi
pada digit 22. Pada digit 23 angka 0 akan mengurangi angka 1 dan
meminjam pada digit 24, sehingga pada digit 24 muncul nilai 1 pada baris
borrow.

Jadi 100102 – 011012 = 001012 borrow 1

Borrow =
1 diambil dari nilai borrow yang paling kiri, bit yang terbesar
(MSB)

Pengurangan pada angka di atas sesuai dengan pengurangan angka
desimal :

1810 – 1310 = 510

6.1.3.3 Perkalian
Aturan perkalian bilangan biner juga memiliki aturan yang sama dengan
perkalian bilangan desimal.

Contoh 10012 × 11012 = …………2

100
1 × 1101

100
1

100
1

000
0

100
1

111
0101

Hasil perkalian di atas sesuai dengan hasil perkalian pada bilangan
desimal :

910 X 1310 = 11710

Karena angka yanag dikalikan hanya bernilai 1 atau 0 maka dalam
perkalian biner operasi yang dilakukan hanya penjumlahan dan
pergeseran digit.

6.1.3.4 Pembagian
Aturan pembagian pada bilangan biner sama halnya dengan pembagian
pada bilangan desimal.
Operasi pembagian dalam bilangan biner adalah pengurangan dan
pergeseran.

Contoh 11101012 ¸ 10012 = …………2

1110101 ¸ 1 001 =1 101

-1001
01011
-1001

00100
-0000

1001
-1001
0000

6.1.4 Operasi Logika Antara Dua Bilangan Biner A dan B
Dalam teknologi komputer, operasi logika dilakukan bit per bit sesuai
dengan lokasi digitnya.

Contoh operasi AND
110110102 AND 101001102 = 100000102

A 11011010
B 10100110

A AND B 10000010
Contoh operasi OR
110110102 OR 101001102 = .11111110.2

A 11011010
B 10100110

A OR B 11111110
Contoh operasi EXOR
110110102 XOR 101001102 = 011111002

A 11011010
B 10100110

A XOR B 01111100

Contoh operasi NOT

NOT 110110102 = 001001012

A 11011010
A 00100101

6.1.5 Aritmetika Integer
Sampai saat ini kita masih berkonsentrasi pada bilangan positip saja dan
juga tidak menentukan batas digit yang dapat diproses dan ditampilkan
sebagai hasil suatu operasi.
Suatu mikroprosesor 8 bit dapat mengolah data biner mulai 000000002
sampai 111111112 atau dalam bilangan desimal mulai 010 sampai 25510
dan tidak diijinkan suatu operasi melebihi batas angka tersebut.
Suatu mikroprosesor 4 bit dapat mengolah data biner mulai 00002 sampai
11112 atau dalam bilangan desimal mulai 010 sampai 1510. Batas angka
yang dapat diproses apabila direpresentasikan dalam grafik skala arah
ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Gambar 6.1 Grafik skala arah sistim bilangan positip 4 bit

Gambar 6.2 Grafik lingkaran angka sistim bilangan integer positip 4
bit

Operasi suatu komputer 4 bit selain dengan grafik skala arah dapat juga
direpresentasikan dalam grafik lingkaran angka seperti tampak pada
Gambar 4.2.

Penjumlahan dua bilangan hasilnya benar apabila hasil operasi
penjumlahan masih dalam batas 00002 sampai 11112, tetapi apabila
penjumlahan hasilnya melebihi batas tersebut maka angka yang tampil
sebagai hasil akrhir operasi menjadi salah. Perhatikan contoh di bawah
ini

11112 + 00102 = 100012

Dengan menggunakan grafik lingkaran angka, hasil penjumlahan tersebut
adalah 00012 saja karena sistim mikroposesor adalah 4 bit, sedangkan
digit 1 yang tidak muncul pada hasil akan masuk sebagai carry. Proses
penjumlahan yang melebihi batas angka dalam lingkaran kita sebut
overflow.
Terjadinya carry pada digit ke 5 tidak hilang tetapi disimpan dalam suatu
flip-flop yang disebut Carry Flip-flop atau biasanya disebut Carry flag.
Carry flag dapat dilihat setelah operasi aritmetika dilakukan oleh suatu
program.
Kondisi di atas hanya untuk contoh mikroprosesor 4 bit. Untuk
mikroprosesor dengan bit yang lebih tinggi dalam instruksi aritmetika
suatu overflow adalah mengindikasikan adanya carry pada most
significant binary digit (MSB) dan disimpan dalam suatu flag register.

6.1.6 Aritmetika Komplemen Dua
Bilangan posistip dan negatip ditunjukan dalam grafik skala bilangan
sebagai berikut

Gambar 6.03 Grafik Skala Bilangan Positif Negatif

Komplemen satu secara umum diartikan membuat suatu angka menjadi
bilangan terbesar dengan jumlah digit yang sama, misalnya komplemen
dari angka 00012 adalah 11102.
Komplemen satu dalam sistim bilangan biner dapat diartikan opeasi
membalik (inverting) angka biner.
Dalam sistim mikroprosesor bilangan negatif direpresentasikan sebagai
komplemen dua.

Rumus komplemen dua adalah
A + 1 = – A

Pada dasarnya penjumlahan A dengan komplemen duanya akan
menghasilkan 0.
A +( A + 1 ) = 0

(A+ 1 ) = – A
Contoh operasi komplemen dua :
A 01011010
A 1 0 1 0 0 1 0 1 ( komplemen satu)
+1 1

-A = A +1 1 0 1 0 0 1 1 0 ( komplemen dua)
Contoh operasi A – A =
A 0 1 0 1 1 0 1 0
-A 1 0 1 0 0 1 1 0

A +(-A) 100000000

Jadi sekarang dalam aritmatika biner kita bisa mebmbuat pengurangan
desimal
910 – 310 = 610 atau juga yang dituliskan dengan 910 + ( – 310 ) = 610

Contoh operasi 910 + ( – 310 ) untuk sistim bilangan biner 4 bit

910 1001
+(- 310) 1 1 0 1 (komplemen dua dari 00112 atau 310
910+(-310) 1 0 1 1 0 Hasil = 610 carry 1

Contoh operasi 610 + ( – 910 ) =

610 0110
+(- 910) 0 1 1 1 (komplemen dua dari 10012 atau 910)
610+(-910) 0 1 1 0 1 Hasil = 1310 carry 0

Hasil = 1310 kelihatannya salah karena hasil yang benar seharusnya
adalah –310.
Jangan tergesa-gesa mengambil kesimpulan salah, karena angka 13
dalam sistim mikroprosesor 4 bit, angka 1310 atau 11012 adalah
komplemen dua dari angka 310 atau 00112.

A 0 0 1 1
A 1 1 0 0 (komplemen satu dari 00112 atau 310)
+1 1
-A 1 1 0 1 (komplemen dua dari 00112 atau 310)

Dengan demikian hasil operasi = 1310 carry 0 adalah benar.

Dari dua contoh di atas, kita dapat melihat bahwa suatu bilangan itu
positip atau negatip dapat diketahui dari bit yang paling tinggi. Apabila bit
yang paling tinggi (MSB) berlogika 0 maka bilangan tersebut adalah
bilangan positip dan apabila bit yang paling tinggi (MSB) berlogika 1
maka bilangan tersebut adalah bilangan negatip.

A – A

0001 1111
0010 1110
0011 1101
0100 1100
0101 1011
0110 1010
0111 1001

Kolom sebelah kiri merupakan bilangan positif dari 0001 sampai dengan
0111, sedangkan kolom sebelah kanan merupakan kolom negatif dari –
0001 sampai dengan – 0111.

Gambar 6.4 Representasi Komplemen Dua

Gambar 6.5
Representasi komplemen dua untuk sistim bilangan 4
bit

Representasi dalam bentuk lingkaran memperlihatkan bahwa bilangan
positip terletak pada sisi kanan dan bilangan negatip terletak pada bagian
sisi kiri lingkaran. Tampak bahwa most significant bit menentukan tanda
bilangan positip atau negatip. Angka negatip terbesar adalah 10002 untuk
sistim bilangan 4 bit dan 100000002 untuk sistim bilangan 8 bit .
Format komplemen dua untuk sistim bilangan 8 bit adalah sama seprti
sistim bilangan 4 bit, rumus dasar komplemen dua adalah –A = A + 1 dan
berlaku untuk berapapun lebar bit data.
Contoh kasus komplemen dua untuk sistim 8 bit

A 1 0 0 0 0 0 0 0
A 0 1 1 1 1 1 1 1
+1 1

-A 10
000000

Hasil komplemen dua dari bilang tersebut adalah sama, tentunya hal ini
adalah tidak benar maka kita harus menghindari komplemen dua dari
suatu bilangan negatip.

6.1.7 Pengkodean Biner Dari Bilangan Desimal
Tabel 6.4 Konversi Desimal Ke Kode BCD
Desimal Kode BCD
0 0000
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001

Penerapan komputer sebagai instrumen pengukuran bekerja dengan
sistim bilangan desimal. Kita mengenal kode BCD (binary code desimal)
yang memiliki sombol angka 0 sampai 9 yang mengkodekan bilangan
biner 4 bit. Kode bilangan BCD ini disebut pula kode 8421 yang terdiri
dari sepuluh kombinasi , sedangkan Sisa 6 kombinasi bit dari 1010
sampai 1111 tidak dipergunakan.
Contoh kode BCD untuk angka 19378 adalah 0001 1001 0011 0111 1000

6.2 Mode Operasi Komputer
Mode operasi suatu komputer pada dasarnya dapat diketahui dengan
melihat kemampuannya dalam memproses data yang diinstruksikan oleh
suatu program. Artinya dengan program yang berbeda suatu komputer
dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah yang berbeda.
Beberapa tahun yang lalu komputer hanya dipergunakan untuk instalasi
yang sangat terbatas, sekarang dengan teknologi semikonduktor
komputer dapat dibuat menjadi lebih kecil dan lebih murah sehingga
penggunaannya menjadi sangat luas tak terbatas. Kompter kecil ini
disaebut komputer mini.

Langkah berikutnya dalam pengembangan teknologi pembuatan
komputer adalah penggunaan komponen LSI (Large Scale Integration)
yang diterapkan pada CPU (Central Processing Unit) suatu
mikrokonmputer yang didalamnya terdapat ribuan komponen
semikonduktor hanya dalam satu chip CPU. CPU suatu mikrokomputer
disebut mikroprocesor. Salah satu jenis mikroprosesor yang
dipergunakan dalam eksperimen ini adalah Intel 8080 didalamnya
terdapat lebih dari 4500 transistor MOS dalam sattu chip yang berukuran
23 mm2. Dengan adanya lebih dari 4500 transistor memungkinkan untuk
mengimplementasikan suatu kontrol dan aritmetic logic unit yang lengkap

untuk mikrokomputer. Dalam aritmetic logic unit, operasi aritmetika dan
logika dapat dilakukan karena adanya control unit yang mengontrol
prosesor internal dalam komputer. Agar mikroprosesor dapat bekerja
disuatu mikrokomputer maka diperlukan perangkat tambahan seprti
memory program, memory data, input output port, tambahan rangkaian
digital dal lain sebagainya tergantung dari aplikasi individual. Pada
prakteknya tidak ada suatu masalah yang dapat diselesaikan oleh satu
mikroprosesor saja, perangkat tambahan pasti dibutuhkan. Tetapi bahwa
mikroprosesor pasti selalu diperlukan.
Dalam pembahasan berikut ini akan dijelaskan prinsip kerja mode operasi
suatu mikrokomputer secara langkah demi langkah.

6.2 Adder
Adder adalah rangkaan digital yang memiliki fungsi sebagai penjumlah
biner.

A + B Penjumlah Carry
0 + 0 0 0
0 + 1 1 0
1 + 0 1 0
1 + 1 0 1

Rangkaian digital yang dapat melakukan operasi aritmetika yang hasil
keluarnnya seperti tabel di atas disebut Half adder.

Tabel kebenaran

Masukan Keluaran
A B S U
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1

Gambar 6.6 Half adder.

Dari tabel kebenaran dapat diperoleh persamaan fungsi logika untuk
keluaran penjumlah S dan carry U sebagai beikut :

Penjumlah
S = (A Ù B)Ú (A Ù B)= A Ú B (EXCLUSIVE-OR)
Output Carry U = (A Ù B) (AND)

Dari persamaan di atas dapat ditemukan gambar rangkaian digital seperti
diperlihatkan pada berikut :

Gambar 6.7 Rangkaian digital half adder

Jika jumlah bit lebih banyak kombinasi (disebut word), penggunaan half
adder tidak dapat dilakukan karena tidak ada masukan carry. Untuk itu
kita harus menambahkan masukan carry pada half adder. Rangkaian
penjumlah yang dengan tambahan masuak carry ini disebut full adder.

Tabel kebenaran

Masukan Keluaran
A B C S U
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1

Diagram blok

Gambar 6.08 Full Adder
Persamaan fungsi logika untuk keluaran jumlah full adder adalah
Penjumlah S = (A Ù B Ù C)Ú (A Ù B Ù C)Ú(A ÙB Ù C)Ú (A ÙB Ù C)

= (A”B)”A
Output Carry U = (A Ù B Ù C)Ú (A Ù B Ù C)Ú(A ÙB Ù C)Ú (A ÙB Ù C)

= (A Ù B)Ú (B Ù C)Ú (A Ù C)

Gambar 6.09 Rangkaian digital full adder

Jika dua n-bit word dijumlahkan diperlukan beberapa full adder yang
saling disambungkan, sebagai contoh sederhana penjumlahan 3 bit word
diperlihatkan di bawah ini

22 21 20
A 1 0 1
B 1 1 1
U 1 1 1
S 1 0 0

Pada prakteknya penjumlahan 3 bit word memerlukan tiga buah full adder
yang disambungkan secara berurutan dan masukan carry C0 diset = 0
seperti tampak pada berikut :

Gambar 6.10 Penjumlah biner 3-bit

Apabila masukan C0 kita set = 1 maka hasil penjumlahan akan
bertambah 1. Dalam praktek penambahan satu ini sangat penting untuk
bererapa aplikasi. Masukan carry C0 digunakan untuk masukan
increment (INC) dan suatu rangkaian penjumlah digital yang dilengkapi
dengan sebuah masukan incremen disebut ripple-carry adder.

Gambar 6.11 Diagram Blok Ripple-Carry Adder

Gambar 6.12 Rangkaian Digital Ripple-Carry adder

6.2.2 Adder/Subtracter
Rangkaian penjumlah Gambar 3.6. dapat dikembangkan dengan
menambahkan gerbang AND dan EXOR pada masukannya sehingga
beberapa fungsi rangkaian berkembang tidak hanya sebagai penjumlah
melainkan berfungsi pula sebagai rangkaian pengurang, sehingga
rangkaian ini disebut adder/substractor.

Rangkaian adder/subtractor di atas memiliki 5 masukan kontrol S4
samapi S0 yang dipergunakan untuk memilih operasi. Tabel 3.1.
memperlihatkan variasi masukan kontrol S4 sampai S0 dan fungsi
keluaran.

Gambar 6.13 Rangkaian adder/subtractor 4-bit

Table 6.4 Tabel Fungsi Adder/Subtracter

S4 S3 S2 S1 S0 Fungsi Keluaran
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 -1
0 0 0 1 1 0
0 0 1 0 0 -1
0 0 1 0 1 0
0 0 1 1 0 -2
0 0 1 1 1 -1
0 1 0 0 0 B
0 1 0 0 1 B + 1
0 1 0 1 0 – B – 1 = B
0 1 0 1 1 – B
0 1 1 0 0 B – 1
0 1 1 0 1 B
0 1 1 1 0 – B – 2 = B – 1
0 1 1 1 1 – B – 1 = B
1 0 0 0 0 A
1 0 0 0 1 A + 1
1 0 0 1 0 A – 1
1 0 0 1 1 A
1 0 1 0 0 – A – 1 = A
1 0 1 0 1 – A
1 0 1 1 0 – A – 2
1 0 1 1 1 – A – 1 = A
1 1 0 0 0 A + B
1 1 0 0 1 A + B + 1
1 1 0 1 0 A – B – 1
1 1 0 1 1 A – B
1 1 1 0 0 B – A – 1
1 1 1 0 1 B – A
1 1 1 1 0 – A – B –2
1 1 1 1 1 – A – B – 1

Dari tabel di atas terdapat 32 kemungkinan fungsi yang dapat
dioperasikan. Kita ambil salah satu contoh dari kemungkinan yang

diperlihtakan pada tabel diatas misalnya fungsi kontrol S4 sampai dengan
S0 = 1 1 0 0 0 menghasilkan fungsi A + B.

Jika S3 dan S4 diset pada 0 maka masukan A dan B akan mati karena
setiap gerbang AND tersambung pada setiap masukan A dan B
sedangkan amsukan gerbang lainnya tersambung ke saklar masukan
kontrol S3 untuk masukan A dan S2 untuk masukan B, sehingga ketika
S3 = 0 maka apapun masukan A akan diset = o dana ketika S2 = 0 maka
masukan B akan diset = 0. Dengan demikian fungsi kontrol S3 dan S2
adalah untuk meloloskan data masukan ke tahap berikutnya untuk
diproses atau tidak oleng blok penjumlah.

Setelah keluar dari gerbang AND sebagai pelolos data, setiap keluaran
AND tersambung pada gerbang XOR yang mana setiap gerbang XOR
tersebut salah satu masukan lainnya tersambung pada saklar masukan
kontrol S2 dan S1. S2 dipergunakan untukmengontrol masukan A dan S1
dipergunakan untuk mengontrol masukan B.

Jika S2 = 0 maka keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 0 = A dan jika
S2 = 1 maka keluaran gerbang EXOR adalah A XOR 1 = A. dengan
demikian ketika S2 = 1 masukan A akan dibalik (komplemen satu).

Hal yang sama berlaku juga untuk masukan S1 yang mengontrol
masukan B untuk fungsi komplemen satu.

Saklar S0 merupakan masukan carry untuk rangkaian penjumlah yang
berfungsi sebagai masukan incremen (INC). S0 sangat diperlukan pada
operasi pengurangan untuk mendapatkan komplemen dua.

Untuk fungsi kontrol S4 sampai dengan S0 = 0 0 0 1 0 , S1 =1 dan
masukan kontrol yang lainnya adalah 0, ini berarti semua gerbang
keluaran pada keempat gerbang XOR bagian atas adalah 0. Sementara 4
gerbang XOR bagian bawah menghasilkan 1 dan pada bagian adder,
penjumlahan akan dlakukan seperti yang dibawah ini :

A 0 0 0 0

B + 1 1 1 1

Keluaran 1 1 1 1

Hasil tersebut berarti sama dengan –1 pada aritmatika komplemen dua.
Ketika fungsi kontrol S4 sampai dengan S0 diset = 11011, fungsi
keluaran adalah pengurangan A – B.

Penjelasan per scalar kontrol sebagai beikut :

S4 = 1 Data masukan A diloloskan
S3 = 1 Data masukan B diloloskan
S2 = 0 Data masukan A tidak dibalik (tidak di komplemen satu)
S1 = 1 Data masukan B dibalik (komplemen satu)
S0 = 1 Incremen 1 (+1)

Sehingga fungsi keluaran adalah

A + B + 1 = A – B

6.2.3 Arithmetic Logic Unit (ALU)
Agar mikroprosesor tidak hanya dapat melakukan operasi aritmatika
tetapi juga dapat juga melakukan operasi fungsi logia, maka kita harus
mengembangkan rangkaian adder/subtractor dengan menambahkan
gerbang logika EXOR, OR dan AND serta sebuah multipekser.
Dengan adanya tambahan tiga gerbang logika tersebut sekarang operasi
logika XOR, OR dan AND dapat dilakukan misalnya

A AND B
A OR B
A XOR B

Masukan kontrol S6 dan S5 adalah kontrol multiplekser yang
dipergunakan untuk memilih operasi aritemetika atau logika. Jika S6 = 0
dan S5 = 0 operasi adalah fungsi aritmetika. Pada saat S6 dan S5 pada
kondisi yang lain maka operasi adalah fungsi logika dan selama fungsi
logika maka kontrol S4 sampai dengan S0 tidak berpengaruh karena
kontrol S4 sampai dengan S0 adalah kontrol untuk operasi aritmetika.
Pada prinsipnya dengan kontrol sebanyak 7 bit (S6 sampai dengan S0)
sehaarusnya terdapat 27 = 128 variasi fungsi tetapi tidak semua variasi
tersebut diperlukan.

Gambar 6.14 Rangkaian ALU

Perhatikan tabel fungsi adder/subtracter terdapat 32 fungsi dan terjadi
pengulangan fungsi yang sama dan sebagian besar tidak begitu penting.
Untuk itu kita harus membatasi fungsi yang penting saja dengan cara
menggunakan ROM.

Didalam ROM disimpan data-data kontrol untuk S6 sampai S0 pada
alamat alamat tertentu. Pada rancangan ALU ini kita batasi fungsi yang
disediakan adalah 13 fungsi dan dikodekan dalam 4 masukan kontrol
saja yaitu U3 sampai U0.

Sesungguhnya dalam ROM U3 smapai U0 ini adalah jalur alamat
sedangkan kode operasi adalah data pada suatu lokasi memory. Contoh
untuk instruksi aritmetika A + B kode instruksi dalam table fungsi ALU
adalah U3 = 0, U2 = 1, U1 = 1 dan U0 = 0, kalau kita cermati maka kode
tersebut adalah alamat pada ROM 01012 sedangkan untuk operasi A + B,

masukan kontrol untuk C6 sampai C0 adalah 0011000 (S6=S5=0 dan S4
sampai dengan S0 lihat table fungsi adder/subtracter operasi A+B).
Dengan demikian kita dapat mengetahuii bahwa isi ROM pada alamat
01012 adalah 00110002.

Sekarang kita mengenal kode instruksi yang yang disimpan pada ROM
dan tidak penting lagi untuk mengetahu kontro yang harus diberikan ke
rangkaian yang sebenarnya.

Gambar 6.15. ROM untuk mengkonversi kode instruksi ke masukan
kontrol
Table 6.5 Tabel fungsi ALU

U3 U2 U1 U0 Fungsi keluaran
0 0 0 0 A
0 0 0 1 1
0 0 1 0 A
0 0 1 1 B
0 1 0 0 0
0 1 0 1 A + 1
0 1 1 0 A – 1
0 1 1 1 A + B
1 0 0 0 A – B
1 0 0 1 A AND B
1 0 1 0 A OR B
1 0 1 1 A XOR B
1 1 0 0 – 1
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1

Dengan jumlah saluran kontrol 4 bit terdapat 16 kemungkinan fungsi yang
termasuk 3 fungsi untuk pengembangan sistem nantinya.
Rangkaian ALU yang dilengkapi dengan konversi kode untuk masukan
kontrol ditunjukkan dalam Gambar 6.11. berikut ini.

Gambar 6.16 ALU Dengan Konversi Kode

6.2.4. Accumulator (ACCU)
Accumulator (yang disingkat menjadi accu) adalah tingkatan selanjutnya
dari ALU. Berikut adalah gambar accumulator dengan carry flag.
Terpisah dari fungsi yang telah ditunjukkan pada gambar3.11 rangkaian
ini terdiri atas register dan carry flag sebagai komponen tambahan yang
penting. Register menyediakan memory penyangga untuk hasil yang
dikeluarkan nanti. Untuk mencapai tujuan ini salah satu masukan pada
ALU disambungkan ke keluaran register yang juga merupakan keluaran
hasil operasi (feedback). Informasi yang ada di masukan B sekarang
dikombinasikan dengan keluaran yang dihasilkan register. Hasil yang
dikeluarkan oleh ALU di simpan pada register oleh pulsa clock.
Pada tahap ini data yang ada pada register sebelumnya akan hilang.
Untuk menghindari kemungkinan munculnya carry yang hanya sesaat
saja maka keluaran carry ini disimpan pada suatu flag. Clock pada flag ini

berdasarkan bit tambahan S8 dalam ROM (fungsi gerbang AND pada
Gambar 3.12 ). Hal ini hanya perlu bila carry ini dikeluarkan oleh fungsi
ALU. Fungsi yang akan diproses oleh accumulator ini ditampilkan pada
tabel 3.3. Untuk kombinasi U3 sampai dengan U0 = 0101 fungsi operasi
keluaran adalah A+1. Karena adanya umpan balik untuk masukan A,
maka besarnya A bergantung pada isi yang ada di register saat itu.
Dengan instruksi A + 1 ini, isi accumulator ini akan bertambah 1 tiap satu
clock.
Dengan kombinasi kontrol seperti ini accumulator disini akan berfungsi
sebagai counter.
Jika counter dikehendaki sebagai counter down, maka isntruksi yang
harus diberikan adalah dengan mengataur kombinasi U3 sampai dengan
U0 = 0110 dan fungsi A -1 akan dilakukan.

Gambar 6.17 Accumulator dengan carry flag
Tabel 6.6 Tabel fungsi accumulator

U3 U2 U1 U0 Singkatan Fungsi Carry Flag
0 0 0 0 NOP No operation ya
0 0 0 1 SP1 Set accu = 1 ya
0 0 1 0 CMA Complement accu tidak
0 0 1 1 LDA Load B into accu tidak
0 1 0 0 CLA Clear accu tidak

0 1 0 1 INC Increment accu ya
0 1 1 0 DEC Decrement accu ya
0 1 1 1 ADD Add B into accu ya
1 0 0 0 SUB Substract B from accu ya
1 0 0 1 AND Accu AND B into accu ya
1 0 1 0 IOR Accu OR B into accu ya
1 0 1 1 XOR Accu XOR B into accu ya
1 1 0 0 SM1 Set accu = -1 ya
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1

Pada kolom carry flag dapat dilihat kapan carry flag ini keluar pada saat
di clock. Pada banyak mikroprosesor flag ini juga di clock untuk operasi
logika. Selama tidak ada carry yang dihasilkan oleh ALU, flag ini akan di-
clear.

Jika suatu fungsi sangat rumit akan diproses oleh accumulator, maka
fungsi ini haraus dibagi menjadi operasi-operasi yang lebih sederhana.
Untuk operasi ini diperlukan beberapa siklus.

Sebagai contoh masalah perkalian untuk menghitung 3 · B yang mana B
adalah data masukan dari saklar. Selama tidak ada fungsi perkalian
maka akan diperlukan berepa fungsi yang dasar yang sederhana.

Oleh karena itu kita harus membuat langkah (program) yang harus
dilakukan untuk memecahkan masalah perkalian tersebut seperti
ditunjukkan beikut ini :

Urutan Instruksi Keterangan
langkah
1 LDA Isi accumulator dengan data dari masukan B
2 ADD Tambahkan isi accumulator dengan data dari
masukan B
3 ADD Tambahkan isi accumulator dengan data dari
masukan B

Dalam prakteknya implementasi program di atas adalah sebagai berikut :

1.
Siapkan data masukan B
2.
Siapkan data kontrol LDA dengan mengatur U3 = 0, U2 = 0, U1 = 1
dan U0 = 1
3.
Beri pulsa clock
4.
Siapkan data kontrol ADD dengan mengatur U3 = 0, U2 = 1, U1 = 1
dan U0 = 1
5.
Beri pulsa clock
6.
Siapkan data kontrol ADD dengan mengatur U3 = 0, U2 = 1, U1 = 1
dan U0 = 1
7.
Beri pulsa clock
Instruksi pertama LDA menyebabkan data masukan B masuk ke
akumulator dengan pulsa clock. Instruksi kedua ADD setelah pulsa clock
diberikan akan menghasilkan isi accu sebelumnya ditambah masukan B.

Sekarang B sudah ditambahkan pada isi Accu. B + B akan terbentuk.
Dengan fungsi kontrol yang sama, pemberian pulsa clock selanjutnya
dibutuhkan untuk menambah B sekali lagi untuk hasil B+B. Sehingga
Accumulator akan menghasilkan nilai 3 × B

Dengan memilih kombinasi instruksi kontrol yang tepat, maka ekspresi
yang sulit akan dapat dihitung.

6.2.5. Accumulator Dengan Memory Data
Agar supaya accumulator dapat diterapkan pada komputer, diperlukan
kemampuan untuk menyimpan hasil operasi kemudian mengambil
kembali untuk pemrosesan data selanjutnya. Kemampuan menyimpan
data dan mengambil simpanan data sebelumnya dapat dilakukan oleh
sebuah komponen tambahan yaitimemory data atau disebut RAM
(Radom Acces Memory) yaitu suatu jenis memory yang dapat ditulisi
maupun dibaca.
Input B dan output RAM dikontrol oleh multiplekser. Accumulator memiliki
keluaran tidak hanya untuk keperluan diluar sistim tetapi juga memiliki
keluaran yang digunakan sebagai masukan dari RAM. Dengan demikian
memungkinkan untuk mengeluarkan isi akumulator ke memory data atau
memasukkan data dari memory melalui multiplekser menuju ke
accumulator.
Untuk itu perlu penambahan unit kontrol 2 bit yaitu S9 dan S10 untuk
melaksanakan instruksi baca tulis memory data. Selanjutnya kode
instruksi pada ROM juga berubah dengan tambahan fungsi seperti yang
ditunjukkan oleh tabel 3.4.

Keluaran ROM tambahan S10 disediakan sebagai switching multiplekser.
Pada kondisi normal multiplekser menghubungkan data memory dengan
masukan accumulator.

Dengan kombinasi bit kontrol U3 sampai dengan U0 = 1101, multiplekser
membuat masukan B terhubung secara langsung ke accumulator,
dimana data akan disimpan sementara oleh register.
Pada saat kombinasi bit kontrol U3 sampai dengan U0 = 0011,
multiplekser membuat masukan accumulator terhubung dengan data
memory melalui multiplekser.
Bit tambahan S9 pada keluaran ROM digunakan menyiapkan pulsa clock
untuk data memory pada saat instruksi menyimpan data ke memory
dengan kombinasi bit kontrol U3 ampai dengan U0 = 1110. Untuk fungsi
kontrol ini, isi akumuluator akan ditulis ke data memory.

Gambar 6.18 Accumulator dengan memory data
Tabel 6.7 Tabel fungsi accumulator dengan memory data

U3 U2 U1 U0 a3 a2 a1 a0 Singkatan Fungsi Carry Flag
0 0 0 0 x x x x NOP No operation ya
0 0 0 1 x x x x SP! Set accu = 1 ya
0 0 1 0 x x x x CMA Complement accu tidak
0 0 1 1 a a a a LDA Load contents
address a a a a into
accu
tidak

471

0 1 0 0 x x x x CLA Clear accu tidak
0 1 0 1 x x x x INC Increment accu ya
0 1 1 0 x x x x DEC Decrement accu ya
0 1 1 1 a a a a ADD Add contents address
a a a a into accu
ya
1 0 0 0 a a a a SUB Substract contents
address a a a a from
accu
ya
1 0 0 1 a a a a AND Accu AND contents
address a a a a
ya
1 0 1 0 a a a a IOR Accu OR contents
address a a a a
ya
1 0 1 1 a a a a XOR Accu XOR contents
address a a a a
ya
1 1 0 0 x x x x SM! Set accu = -1 ya
1 1 0 1 x x x x INP Load B inputs into
accu
tidak
1 1 1 0 a a a a STA Store accu into
address a a a a
tidak
1 1 1 1 x x x x

Keterangan :a a a a = alamat memory data
x x x x = tidak dipedulikan

6.2.6 Komputer Sederhana
Gambar 6.19 Aplikasi program counter dan program memory

Langkah berikutnya untuk membangun sebuah komputer lengkap adalah
dengan menempatkan pola urutan kontrol ke dalam sebuah memory
program yang akhirnya memungkinkan operasi secara otomatis dapat
dilakukan.

Urutan kontrol word atau instruksi (program) yang akan diproses
disimpan pada memory program. Urutan program atau instruksi di sini
sangat penting. Instruksi yang tersimpan dalam memory harus disimpan
secara berurutan sesuai dengan kenaikan alamat yang cesara otomatis
akan dilakukan oleh program counter.

Pada intinya bahwa setiap program yang akan dijalankan oleh suatu
komputer maka program tersebut harus diisikan ke dalam memory. Ada
dua kemungkinan memasukkan program ke dalam memori.
Kemungkinan pertama jika program tersebut bersifat tetap dan tidak ada
perubahan lagi maka program sejenis ini sebaiknnya disimpan pada
ROM (Read Only Memory).

Kemungkinan kedua apabila tersebut bersifat sementara atau masih
memungkinkan adanya perubahan perubahan maka sebaiknya program
tersebut disimpan pada RAM (Random Acces Memory). Untuk keperluan
ini diperlukan perangkat tambahan untuk mengisikan program ke dalam
memory.

Meskipun beberapa mikroprosesor memisahkan memory tempat
menyimpan data dengan memory tempat menyimpan program instruksi,
tetapi pada dasrnya suatu memory dapat menyimpan keduanya dalam
satu jenis memory bersama. Alternatif lain dalam penerapannya adalah
banyak dilakukan dengan menggabungkan ROM dan RAM.

Penggunaan memory bersama (untuk program dan data sekaligus)
memiliki keuntungan sebagaia berikut :

Lebih fleksibel, tergantung dari masalahnya, besarnya memory yang
diperlukan untuk data atau untuk program dapat disesuaikan oleh si
pemakai apakah program membutuhkan memori lebih banyak atau
sebaliknya data memerlukan memory yang lebih besar dari pada
program.
Lebih sedikit sambungan, tidak perlu menyediakan sambungan banyak
jenis memory.

Langkah-langkah program dapat juga diproses sebagai data.

Sedangkan kekurangan dari single memory ini adalah dibutuhkannya
rangkaian yang lebih dalam mikroprosesor yang memungkinkan

mengambil dan menyimpan data dari program counter atau dari saluran
alamat dari suatu instruksi yang semuanya itu harus memlaui suatu
multiplekser yang terkontrol. Implementasi yang mungkin dari sistim
komputer tersebut ditujukkan pada Gambar 3.15.

Karena program dalam komputer dapat berjalan secara otomatis, maka
diperlukan instruksi HALT untuk menghentikan eksekusi pada saat akhir
program. Tanpa instruksi ini maka program akan berjalan tanpa henti.
Pola kontrol instruksi HALT adalah dengan mengatur masukan kontrol U3
sampai U0 = 1111.

Control unit dan clock generator diperlukan untuk mengatur langkahlangkah
pengoperasian komputer yang bekerja untuk menghasilkan
urutan langkah – langkah yang harus dikerjakan oleh tiap – tiap blok
bagian komputer.

Program counter memberikan alamat awal program yang akan dijalankan
dan sekaligus menaikan satu alamat berikutnya setelah satu instrukasi
dijalankan. Isi program counter dikirim ke alamat memory. Instruksi yang
ada dimemory dijalankan dan disangga oleh register instruksi.

Instruksi umumnya terdiri dari kode operasi (opcode) dan alamat, kontrol
unit akan mengerti apakah suatu instruksi memerlukan mengakses
alamat memory atau tidak selanjutnya sinyal kontrol akan didistribusi ke
blok-blok yang berkepentingan.

Gambar 6.20 Komputer sederhana dengan common data dan program
memory

6.2.7 Komputer Lengkap
Setiap mikroprosesor selalu dilengkapi dengan instruksi yang
dipergunakan untuk mengontrol aliran program. Instruksi penting dalam
komputer adalah instruksi loncat (JUMP). Instruksi JUMP adalah
memberikan nilai terntu ke program counter. Pada kondisi normal
program counter akan menghitung naik satu demi satu, tetapi dengan
adanya masukan nilai tertentu ke dalam program counter dapat
melakukan perhitungan tidak lagi naik satu demi satu tetapi dapat
langsung loncat ke angka tertentu baik pada arah naik maupun mundur.
Dengan demikian memungkinkan suatu program diulang-ulang. Instruksi
JUMP ini banyak macamnya, lompat dengan syarat atau loncat tanpa
syarat ke alamat tertentu pada RAM.

Loncat dengan syarat biasanya syaratnya adalah flag hasil operasi
sebelumnya. Beberapa flag dalam sistim mikroprosesor adalah :

Carry flag atau C flag
Flag ini mengindikasikan terjadinya overflow hasil operasi melebihi batas
bilangan aritmetika integer

Arithmetic arry flag atau V flag
Flag ini mengindikasikan terjadinya overflow hasil operasi melebihi batas
bilangan dalam artimetika komplemen dua

Zero flag atau Z flag
Flag ini mengindikasikan hasil operasi sama dengan nol

Negative flag atau N flag
Flag ini mengindikasikan hasil operasi sama dengan negatip

Parity flag atau P flag
Flag ini mengindikasikan hasil operasi merupakan bilangan ganjil atau
genap.

Pengukuran, Pengendali, dan Pengaturan

PENGUKURAN, PENGENDALI (KONTROL) DAN PENGATURAN

5.1. Definisi

Pengukuran berasal dari kata kerja mengukur dalam bahasa Inggris
disebut “measuring” yang dalam bahasa Jerman dinamakan “messen”.
Mengukur dalam ilmu teknik berarti mempersiapan, mentransfer dan
menerangkan suatu informasi awal yang belum dimengerti oleh peralatan
tertentu (dalam hal ini adalah sinyal) menjadi sinyal yang dapat diterima
dan dimengerti oleh peralatan tersebut. Dengan mengukur akan
diperoleh sinyal awal bisa berupa sinyal dengan besaran bukan listrik
(misalnya : temperatur “oC; oF”, tekanan “bar; psi” dan bisa berupa sinyal
dengan besaran listrik (misalnya : tegangan “Volt”, arus “Ampere”,
resistan/tahanan “Ohm”, dan lain-lainnya).

Untuk keperluan pengendalian, pengaturan dan supervisi dari suatu
peralatan teknik biasanya diperlukan alat pendeteksi berupa alat ukur
sinyal listrik, dimana pada awalnya sinyal ini biasanya mempunyai
besaran fisika yang bisa diukur sesuai dengan harga besarannya.
Besaran sinyal fisika ini kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh
sensor/detektor melalui pengukuran.

Sensor digunakan sebagai alat pendeteksi/pengukur sinyal bukan listrik
menjadi sinyal listrik yang dalam istilah teknik pengaturan sebagai suatu
blok pemberi sinyal harga terukur (measuring value signal) atau dalam
bahasa Jerman biasa disebut “messwertgeber”. Blok ini antara lain terdiri
dari piranti absorbsi “absorber device”, piranti sensor “sensing device”,
dan elemen khusus yang diperlukan. Jadi pemberi sinyal harga terukur
adalah suatu blok piranti sensor dengan keluaran sinyal listrik yang sudah
terkalibrasi.

Pengendali (kontrol) juga memerlukan sensor, hanya saja sensor pada
pengendali (kontrol) ini biasanya digunakan hanya sebagai masukan
(input) saja, yang dalam bahasa teknik kontrol sebagai referensi atau
besaran sinyal komando (command signal value) dan biasanya
digunakan pada kontrol 2(dua) titik.
Yang jelas pada pengendali (kontrol) tidak menggunakan umpan balik
(feedback) yang dalam bahasa Inggris disebut “Open Loop Control” atau
dalam bahasa Jerman dinamakan “Steurung”.

Pengaturan adalah mutlak harus menggunakan sensor untuk
mendeteksi/mengukur keluaran yang akan dikembalikan sebagai umpan
balik (feed back) untuk dibandingkan dengan masukan selaku referensi
atau titik penyetelan (setting point). Pengaturan dalam istilah bahasa
Inggris disebut “Closed Loop Control” atau bahasa Jerman dinamakan
“Regelung”.

Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 5.1 Proses yang dikontrol
(Process to be controlled); gambar 5.2 Sistem kontrol loop terbuka (Open
loop control system); gambar 5.3 Sistem control loop tertutup (Closed
loop control system).

Gambar 5.1 Proses yang dikontrol

Gambar 5.2 Sistem control loop terbuka (Open loop control system)

Gambar 5.3 Sistem control loop tertutup (Closed loop control system)

5.2 Sensor
Sebelum memahami dan menerapkan penggunaan sensor secara rinci
maka perlu mempelajari sifat-sifat dan klasifikasi dari sensor secara
umum.

Sensor adalah komponen listrik atau elektronik, dimana sifat atau
karakter kelistrikannya diperoleh atau diambil melalui besaran listrik
(contoh : arus listrik, tegangan listrik atau juga bisa diperoleh dari
besaran bukan listrik, contoh : gaya, tekanan yang mempunyai besaran
bersifat mekanis, atau suhu bersifat besaran thermis, dan bisa juga
besaran bersifat kimia, bahkan mungkin bersifat besaran optis).

361

Sensor dibedakan sesuai dengan aktifitas sensor yang didasarkan atas
konversi sinyal yang dilakukan dari besaran sinyal bukan listrik (non
electric signal value) ke besaran sinyal listrik (electric signal value) yaitu :
sensor aktif (active sensor) dan sensor pasif (passive sensor). Berikut
gambar 5.4 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi sesuai fungsinya.

Gambar 5.4 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi

5.2.1 Sensor Aktif (active sensor)
Suatu sensor yang dapat mengubah langsung dari energi yang
mempunyai besaran bukan listrik (seperti : energi mekanis, energi
thermis, energi cahaya atau energi kimia) menjadi energi besaran listrik.
Sensor ini biasanya dikemas dalam satu kemasan yang terdiri dari
elemen sensor sebagai detektor, dan piranti pengubah sebagai
transducer dari energi dengan besaran bukan listrik menjadi energi
besaran listrik.

Sensor-sensor ini banyak macam dan tipe yang dijual di pasaran
komponen elektronik (sebagai contoh : thermocouple, foto cell atau yang
sering ada di pasaran LDR “Light Dependent Resistor”, foto diode, piezo
electric, foto transistor, elemen solar cell , tacho generator, dan lainlainnya).
Prinsip kerja dari jenis sensor aktif adalah menghasilkan
perubahan resistansi/tahanan listrik, perubahan tegangan atau juga arus
listrik langsung bila diberikan suatu respon penghalang atau respon
penambah pada sensor tersebut (contoh sinar/cahaya yang menuju
sensor dihalangi atau ditambah cahayanya, panas pada sensor dikurangi
atau ditambah dan lain-lainnya).

5.2.1.1 Sensor dengan Perubahan Resistansi
Sensor-sensor yang tergolong pada perubahan resistansi pada
prinsipnya dapat mengubah besaran yang bersifat fisika menjadi besaran

yang bersifat resistansi/tahanan listrik.Tahanan listrik ini biasanya dalam
bentuk sensor berupa komponen listrik atau elektronik yang akan
berubah-ubah nilai tahanan listriknya bila diberikan energi secara fisika,
misalkan diberi energi mekanis dapat berubah nilai tahanan listriknya,
contoh: potensiometer, diberikan energi cahaya dapat berubah nilai tahan
listriknya, contoh: foto cell atau biasa digunakan LDR : “light dependent
resistor”, diberikan energi panas atau dingin, contoh thermocouple, NTC
“negative temperature coefficient”, PTC “positive temperature coefficient”
dan lain-lainnya).

Berikut diberikan beberapa contoh gambar dari sensor dengan prinsip
perubahan resistansi, temperatur, optik dan lain-lainnya.

Gambar 5.5. Sensor
potensiometer

Gambar 5.6. Sensor variable capasitor

Gambar 5.7. Sensor optical
encoder

Gambar 5.8. Sensor strain gauge

5.2.1.1.1 Resistor Tergantung Cahaya (LDR “Light Dependent
Resistor”)
Suatu sensor yang akan berubah nilai resistan/tahanan listriknya jika
pada permukaan dari LDR tersebut diberikan sinar yang lebih atau
sebaliknya yaitu pada permukaan LDR dikurangi/dihalangi atas sinar
yang menuju ke LDR tersebut. LDR tergolong sensor aktif dan sering
disebut sebagai foto cell.

Secara prinsip dasar susunan atom semikonduktor tampak pada gambar

5.5 berikut ini.
PRO TON ELEKTRON
Gambar 5.9 Susunan atom pada semikonduktor

Dalam suatu sel photoconductive (foto cell) terdapat lapisan semi
konduktor yang peka cahaya di antara dua kontak. Biasanya untuk
maksud ini digunakan cadmium-sulfid , timbal dan seng. Jika suatu
proton menumbuk sebuah elektron yang terdapat pada lintasan terluar
dari sebuah atom dalam kisi-kisi kristal semi konduktor , maka elektro
tersebut akan terlempar dari orbitnya disebabkan oleh energi proton dan
akan bergerak bebas. Proses ini terjadi pada setiap tempat dalam kristal
semi konduktor . Kenaikan jumlah elektron bebas terjadi diantara masingmasing
atom, sehingga menaikkan konduktivitas ( daya hantar ). Ion
positif dihasilkan pada setiap tempat , di mana elektron-elektron telah
melepaskan diri dari atom.

Jika suatu sel photoconductive dilindungi dari cahaya, maka elektronelektron
bebas tadi akan ditarik ion-ion positif dan kembali pada posisi
semula dalam atom.

Tahanan sel photoconductive akan turun ( berkurang ) jika dia disinari
(kondisi terang) , sebaliknya tahanannya akan naik jika dia dilindungi dari
cahaya (kondisi gelap).

Dari penjelasan prilaku LDR di atas maka Karakteristik LDR dapat
digambarkan dalam

bentuk kurva resistansi/tahanan terhadap fungsi intensitas cahaya :

Ohm

1M

500

100

0
Intensitas cahaya

Gambar 5.10. Karakteristik LDR

Pada grafik di atas menunjukkan bahwa apabila intensitas cahaya makin
kuat maka tahanan LDR makin kecil . Apabila dalam keadaan gelap LDR
mempunyai tahanan yang sangat besar , dapat mencapai beberapa
Mega Ohm . Tetapi bila seberkas cahaya jatuh padanya maka
tahanannya akan menurun sebanding dengan intensitas cahaya tersebut.
Makin kuat intensitas cahaya yang datang berarti makin besar tenaga
yang diberikan maka berarti pula makin kecil tahanan LDR.

Sel-sel photoconductive dijumpai dalam beberapa bentuk yang
mempunyai karakteristk berbeda-beda. Tahanan gelapnya berubah-ubah
antara 10 sampai 1000 M ohm . Dengan intensitas penerangan yang
tinggi dapat dicapai tahanan sekitar 100 Ohm .

Sel-sel photoconductive dapat bereaksi terhadap perubahan cahaya
cepat hanya sampai sekitar 1/10.000 detik ( 10 Khz ) .

Gambar 5.11 Simbol LDR (standar IEC)

Contoh beberapa penerapan penggunaan sensor LDR adalah sebagai
saklar (gambar 5.8) dan sebagai potensiometer, Suatu keuntungan yang
diperoleh bila memanfaatkan LDR sebagai saklar adalah tanpa
menimbulkan bunga api ( loncatan busur api ) .

S
+

L2
L2= 6Vdc/100mA
L1

LDR

220V

_

Gambar 5.12. LDR sebagai saklar

Bila saklar S terbuka , maka lampu L1 tidak menyala, LDR tidak
mendapat cahaya gelap, berarti tahanan LDR menjadi besar . Hal ini
mengakibatkan L2 tidak menyala , walaupun menyala tapi sangat suram .
Selanjutnya apabila saklar S ditekan ( ON ) , maka lampu L1 menyala
dan menerangi LDR . Akibatnya tahanan LDR menurun atau menjadi
sangat kecil . Hal ini mengakibatkan pula lampu L2 menyala , karena
seolah-olah saklar yang sedang ON .

Contoh lain adalah seperti ditunjukkan gambar 5.9 dimana LDR
menyerupai sebuah potensiometer.

220V P
L
U
U2
LDR
U1
R
Gambar 5.13. LDR berfungsi sebagai potensiometer

Perhatikan gambar di atas, terang dan gelapnya lampu L dapat diatur
oleh potensiometer P. Perubahan intensitas cahaya akan mengakibatkan
perubahan tahanan LDR. Selanjutnya akan mengakibatkan pula
perubahan tegangan yang didrop oleh R ( U1 ). Hal seperti di atas , LDR
menyerupai sebuah potensiometer .

5.2.1.2 Resistor Tergantung Cahaya (LDR “Light Dependent
Resistor”)
5.2.2 SENSOR THERMOCOUPLE
5.2.2.1 Sensor Suhu
Terdapat berbagai model dan jenis sensor suhu yang ada di
pasaran, diantaranya PTC, NTC, PT100, LM35, thermocouple dan
lain-lain. Berikut ini karakteristik beberapa jenis sensor suhu.

Gambar 5.14 Karakteristik beberapa jenis sensor suhu

Pada gambar diatas IC sensor dan thermocouple memiliki
linearitas paling baik, namun karena dalam tugas ini suhu
yang diukur lebih dari 100oC, maka thermocouple yang
paling sesuai karena mampu hingga mencapai suhu
1200oC. Sedangkan IC sensor linear mampu hingga 135 oC.
Output sensor suhu thermocouple berupa tegangan dalam
satuan mili Volt. Berikut ini beberapa perilaku jenis
thermocouple.

Gambar 5.15 Perilaku beberapa jenis thermocouple
Tabel 5.1 Karakteristik jenis thermoCouple.

Sensor Temperatur PT100

Tipe ini termasuk jenis yang paling tua, yang konstruksinya
terdiri dari satu tabung gelas yang mempunyai pipa kapiler kecil
berisi vacuum dan cairan ini biasa berupa air raksa. Perubahan
panas menyebabkan perubahan ekspansi dari cairan atau dikenal
dengan temperature to volumatic change kemudian volumetric
change to level secara simultan. Perubahan level ini menyatakan
perubahan panas atau temperatur. Ketelitian jenis ini tergantung
dari rancangan atau ketelitian tabung, juga penyekalannya.

Cara lain dari jenis ini adalah mengunakan gas tabung yang
diisi gas yang dihubungkan dengan pipa kapiler yang dilindungi
oleh spiral menuju ke spiral bourdon yang dipakai untuk
menggerakkan pivot, selanjutnya menggerakkan pointer. Berikut

adalah gambar dari sensor PT00.
Gambar 5.16 Sensor PT100
Tabel 5.2 Spesifikasi jenis sensor PT100

Thermocouple
type
Overall
range 0C
0.1 0C
resolution
0.0250C
resolution
B 20 to 1820 150 to 1820 600 to 1820
E -270 to 910 -270 to 910 -260 to 910
J -210 to 1200 -210 to 1200 -210 to 1200
K -270 to 1370 -270 to 1370 -250 to 1370
N -270 to 1300 -260 to 1300 -230 to 1300
R -50 to 1760 -50 to 1760 20 to 1760
S -50 to 1760 -50 to 1760 20 to 1760
T -270 to 400 -270 to 400 -250 to 400

Tabel 5.3 Data Sheet

Temperature Resistence Voltage
Sensor PT100*,PT1000 N/A N/A
Range -200 to 800 0C
0 to 375 ?*
0 to 10 k?
0 to 115
mV
0 to 2.5 V*
Linierity 10 ppm 10 ppm 10 ppm
Accuracy @ 25 0C 0.010C * 20 ppm* 0.2%*
Temperature
coeficien 3 ppm/ 0C 3 ppm/ 0C
100
ppm/ 0C
RMS Noise (using
filter) 0.01 0C 10 ppm 10 ppm
Resolution 0.001 0C 1 µ? 0.156µV
Conversion time
per channel 720 mS** 720 mS** 180 mS
Number of input 4
Connectors 4-pin miniDIN
Input impedance >>1 M?
Overvoltage
protection
100V±
Output RS232, D9 female
Environmetal 20 to 30 0C for stated accuracy, 0 to 70 0C
overall, 20 to 90% RH

ADC (Analog Digital Converter)

ADC adalah suatu rangkaian yang mengkonversikan
sinyal analog menjadi sinyal digital. Ada beberapa jenis
rangkaian ADC antara lain Servo ADC, Successive
Approximation dan Parallel Converter.

Ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengubah
sinyal analog menjadi sinyal digital yang nilainya proposional.
Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan adalah
jenis successive approximation convertion atau pendekatan
bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan
tidak tergantung pada nilai masukan analognya atau sinyal
yang akan diubah.

IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari
rangkaian yang akan dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat
dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan
spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan

secara cepat suatu masukan tegangan. Hal-hal yang juga
perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah
tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari
rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal
ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya. Berikut
ini adalah diagram kopneksi dari IC ADC 0804 :

Gambar 5.17 Diagram koneksi dari IC ADC 0804

ADC 0804 adalah CMOS 8 bit Successive Approximation
ADC. Pada modul ADC ini Vref untuk ADC 0804 adalah
sebesar 2.5 Volt dan tegangan catu (Vcc) sebesar 5 Volt. ADC
0804 mempunyai karakteristik sebagai berikut :

a. Resolusi sebesar 8 bit
b. Conversion time sebesar 100 ms
c. Total unadjusted error : 1 LSB
d. Mempunyai clock generator sendiri (640 Khz)
Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah
semua bit-bit diset kemudian diuji, dan bilamana perlu sesuai
dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan rangkaian yang
paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan
keluaran D/A merupakan nilai analog yang ekivalen dengan
nilai register SAR.

Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali
mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi
turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang ekivalen

ke dalam register buffer. Dengan demikian, keluaran digital
akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus kon
konversi yang baru.

IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog, Vin (+)
dan Vin (-), sehingga dapat menerima masukan diferensial.
Masukan analog sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara
tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin
masukan yaitu Vin= Vin (+) – Vin (-). Kalau masukan analog
berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus dihubungkan
dengan Vin (+), sedangkan Vin (-) digroundkan. Untuk operasi
normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai
tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog
mulai dari 0 Volt sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini
adalah SAC 8-bit, resolusinya akan sama dengan

(n menyatakan jumlah bit keluaran biner IC analog to digital
converter)

IC ADC 0804 memiliki generator clock intenal yang harus
diaktifkan dengan menghubungkan sebuah resistor eksternal

(R) antara pin CLK OUT dan CLK IN serta sebuah kapasitor
eksternal (C) antara CLK IN dan ground digital. Frekuensi
clock yang diperoleh di pin CLK OUT sama dengan :
Untuk sinyal clock ini dapat juga digunakan sinyal

eksternal yang dihubungkan ke pin CLK IN. ADC 0804

memilik 8 keluaran digital sehingga dapat langsung

dihubungkan dengan saluran data mikrokomputer. Masukan

(chip select, aktif rendah) digunakan untuk mengaktifkan ADC

0804. Jika berlogika tinggi, ADC 0804 tidak aktif (disable) dan

semua keluaranberada dalam keadaan impedansi tinggi.

Masukan (write atau start convertion) digunakan untuk
memulai proses konversi. Untuk itu harus diberi pulsa logika 0.
Sedangkan keluaran (interrupt atauend of convertion)
menyatakan akhir konversi. Pada saat dimulai konversi, akan
berubah ke logika 1. Di akhir konversi akan kembali ke logika

0.

5.3 PERANCANGAN KONTROLER
A. PENDAHULUAN
Dalam perancangan Kontroler perlu meninjau hubungan antara
output-input kontroler artinya termasuk derajat (orde)
berapakah persamaan diferensialnya. Demikian juga dalam
memilih plant diharapkan dapat menyesuaikan dengan
kontroler yang dirancang.

Sebagai contoh untuk Kontroler dengan persamaan diferensial orde
nol maka Kontroler yang dirancang adalah tipe P (Proportional), orde
satu Kontroler tipe PI (Proportional + Integral) dan untuk Kontroler
dengan persamaan diferensial orde dua menggunakan Kontroler tipe
PID (Proportional + Integral + Differential). Kontroler secara teori
berguna untuk mengendalikan plant mulai orde satu, orde dua atau
lebih.

Plant adalah adalah seperangkat peralatan terdiri dari beberapa
bagian mesin yang bekerja bersama-sama untuk melakukan operasi
tertentu.

B. TIPE KONTROLER
U (s)

= Kp

E(s)

1. Kontroler Tipe-P (Proportional Controller)
Kontroler tipe-P adalah menyatakan hubungan antara sinyal error
dan sinyal kontrol. Sehingga secara matematik dapat diberikan
persamaan :

U(t) = Kp.e(t)

Atau dalam bentuk fungsi alih (Transfer Function :”TF”) :

Dimana E(s) : Error signal; U(s) : Controller signal; Kp : Gain Over
of Proportional.

Sehingga secara diagram blok dapat dinyatakan :

+
KpR(s)
-
U(s) +
KpR(s)
-
U(s)
Gambar 5.18 Diagram Blok Kontroler Tipe-P

2. Kontroler Tipe-I (Integral Controller)
Kontroler tipe-I (Integral Controller) adalah suatu kontroler yang level
output kontrol U(t) diubah pada rate yang proporsional.
Karena :

du(t)

= Ki.e(t) ;dan

U (t) = Ki e(t)dt

dt ò

de ò 1

= s; dan edt = dan e(t) = 1(s)

dt s

Secara fungsi alih dapat dinyatakan dengan formulasi :

U (s) Ki

=

E(s) s

Secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :

Ki
s
+
-
R(s) U(s)E(s)
Gambar 5.19 Diagram Blok Kontroler Tipe-I

3. Kontroler Tipe-PI (Proportional + Integral Controller)
Kontroler ini menyatakan hubungan antara sinyal error dan sinyal
kontrol, sehingga secara matematik dapat diberikan persamaan :
Dalam bentuk fungsi alih dapat diformulasikan :

1

U (t) = Kp[e(t) +ò e(t)dt]

ti

Secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :

U (s)1 Kp(ti.s + 1)

= Kp(1+
) =

E(s) ti.s ti.s

+
-
R(s) U(s)E(s)
Kp( i.s+1)
i s
Gambar 5.20 Diagram Blok Kontroler Tipe-PI

Dimana ti :
merupakan konstanta waktu untuk kontroler integral dan
Kp factor penguatan proporsional.

4. Kontroler Tipe-PD (Proportional + Differential Controller)
Merupakan kontroler yang menyatakan hubungan sinyal eeror dan
sinyal kontrol, sehingga secara matematik dapat diformulasikan :

d

U (t) = Kp.e(t) + t De(t)

dt

Dalam bentuk fungsi alih dapat dinyatakan :

U (s)

= Kp(t D .s +1)

E(s)

Sehingga secara diagram blok dapat digambarkan sebagai berikut :

+
-
R(s) U(s)E(s)
Kp( D.s+1)
+
-
R(s) U(s)E(s)
Kp( D.s+1)
Gambar 5.21 Diagram Blok Kontroler Tipe-PD

Dimana tD :merupakan konstanta waktu Diferensial.

5. Kontroler Tipe-PD (Proportional + Integral + Differential Controller)
Kontroler tipe PID pada dasarnya dibedakan menjadi : 2(dua) macam
yaitu :

Þ Kontroler PID standart (Standart PID Controller)
Þ Kontroler PID termodifikasi (Modified PID Controller)
5.1. Kontroler PID Standart
Hubungan antara sinyal error dan sinyal kontrol dapat dinyatakan :
1 d

U (t) = Kp[e(t) +ò e(t)dt + tDe(t)]

t dt

i

Dalam bentuk fungsi alih dapat diformulasikan :

U (s)1 Kp(ti.t D.s2 + ti.s +1)
= Kp(1++ t Ds) =

E(s) ti.s ti.s

5.2. Kontroler PID Termodifikasi (Modified PID Controller)
Hubungan sinyal error dan sinyal kontrol dalam bentuk fungsi alih
adalah :

U (s)1 t s

= Kp(1++ D )

E(s) t . nt s +1

is D

Atau dinyatakan dalam bentuk persamaan lain :

U (s) Kp[(n +1)t .t .s2 + (t + nt )s +1]

iD iD

=

E(s) t i .s(nt Ds + 1)

Secara diagram blok sistem dapat digambar sebagai berikut :

E(s) Kp[(n +1)ti.t D .s2 + (ti + nt D )s +1] U(s)
t i .s(ntDs +1)

Gambar 5.22 Blok Diagram Transfer Function PID

C. APLIKASI RANGKAIAN KONTROLER PID DENGAN OP-AMP
Rangkaian Kontroler PID dengan menggunakan komponen
analog OP-AMP dapat dibuat secara sederhanan yang
dilengkapi dengan analisis fungsi alih secara matematik.

Rangkaian Kontroler PID ini berarti terdiri dari 3(tiga) buah
rangkaian dasar OP_AMP yaitu masing-masing : Kontroler P,
Kontroler I dan Kontroler D.

377

Rp

P
I
D
Rp
Ci
Rdi Cd
Rd
Proportional
Integral
Differential
ep(t)
ei(t)
ed(t)
R
R
R
ei(t)
RF

u

P
Gambar 5.23 Rangkaian Kontroler PID dengan menggunakan OPAMP

1. Analisis Kontroler PID terbuat dari OP-AMP
Dari gambar OP-AMP. Halaman 6 tersebut dapat ditentukan
persamaan :

RF

U (t) =-[ep(t) + ei(t) + ed(t)] =-Kp[ep(t) + ei(t) + ed(t)]

R

Karena :

R

Ep (t) =-pe(t) =-e(t)

Rp

ei (t) =-1
òe(t) =-
1
òe(t)dt

RiCi t i

dd

e (t) =-RC e(t) =-t e(t)

ddd D

dt dt

Maka persamaan di atas menjadi :

1 d

U (t) =-Kp [-e(t) -ò e(t)dt -t De(t)]
t i dt

11

U (s) = Kp [E(s) + E(s)+ tD sE(s)] = Kp [1 ++ t Ds]E(s)
tis tis

Sehingga persamaan Fungsi alih dari Kontroler PID tersebut
adalah :

1

K [1++ t s]E(s)2U (s) p t sD 1 Kp[tt s + t s +1]

i iDi

== Kp [1++ t Ds] =
E(s) E(s) tis tis

D. METODA PERANCANGAN KONTROLER PID
Seperti diketahui umumnya sistem plant di industri menggunakan
Kontroler sistem orde tinggi. Namun biasanya orde tinggi ini direduksi
menjadi orde satu atau orde dua. Untuk keperluan ini biasanya
Kontroler PID banyak diimplementasikan di industri.

Beberapa metoda perancangan Kontroler PID yaitu :

1. Pendekatan waktu
a.
Berdasarkan analitik dengan spesifikasi Respon orde I dan
orde II.
b.
Metoda Ziegler – Nichols.
c.
Metoda Root Locus
2. Pendekatan Respon waktu :
a.
Metoda analitik melalui Diagram Bode.
b. Metoda teknik Kompensator Lead/Lag
Diagram Bode.
melalui
3. Perancangan Adaptip.
Pada prinsipnya perancangan Kontroler PID adalah

menentukan nilai dari parameter : Kp; Ki atau ti dan KD atau tD ,
sehingga respon sistem hasil desain sesuai dengan spesifikasi
dan performansi yang diinginkan.

Tahapan pekerjaan perancangan Kontroler PID secara analitik
antara lain :

(1). Menentukan model matematik plant (model reduksi dalam
bentuk Orde satu atau Orde dua bila plant memiliki system
Orde tinggi).

(2). Menentukan spesififikasi performansi :

-Settling time dan % error steady state untuk system Orde
satu;
-Settling time dan % over-shoot serta % error steady state

untuk pendekatan respon system Orde dua.

(3). Merancang Kontroler PID (tahapan akhir) yang meliputi :
-Pemilihan tipe kontroler (termasuk model plant dan tipe
kontroler);

-Menghitung nilai parameter.

* CATATAN :
Þ Bila model plant Orde 0, maka dipilih Kontroler P, namun Kontroler
P ini jarang digunakan karena terlalu sederhana dan hanya
memenuhi salah satu dari kualitas.
Þ Bila model plant Orde I, maka dipilih Kontroler PI dan bila model
plant Orde II dipilih Kontroler PID.
Þ Bila Kontroler PD juga jarang digunakan karena memerlukan
Tuning parameter yang presisi, memiliki respon yang sangat cepat
dan cenderung tidak stabil.
E. CONTOH PERANCANGAN KONTROLER
1. Kontroler PI untuk Plant Orde I
Plant Orde I dikontrol oleh Kontroler PI, dengan input R(s) dan
output C(s) dengan membentuk sinyal umpan balik ke input R(s).

Maka system Kontroler PI dan Plant orde I tersebut dapat
digambar secara diagram blok sebagai berikut :

R(s) +

-
E(s) U(s) C(s) Kp( is+1)
is
K
s+1
Gambar 5.24 Diagram Blok Kontroler PI Plant Orde 1
Fungsi alih dari gambar diagram blok tersebut adalah :

Kp (tis +1) K

C(s) = E(s) .()

t is ts +1

Karena :

381

Kp (tis + 1)

U(s) = E(s)

tis

Dan

E(s)[KK(t s + 1)]

R(s) = E(s) + C(s) = E(s) + pi

t is(ts + 1)

Berarti :

K

U (s).

C(s) ts +1

=

R(s) R(s)

Maka Fungsi alih Kontroler PI dengan Plant tersebut adalah :

K (t s +1) KK (t s +1)

piK pi

E(s). . E(s)[ ]

C(s) t is ts +1 tis(ts +1)

==

R(s) E(s)[KK (t s +1)] KK (t s +1)

pi pi

E(s) + E(s)[1+ ]

t is(ts +1) tis(ts +1)

KK p (tis + 1) t is(ts +1) KK p (t is +1)
= . =

t s(ts +1) t is(ts +1) + KK p (t is + 1) t is(ts + 1) + KK p (t is +1)

i

Dari persamaan ini dapat disimpulkan bahwa CLTF = C(s)/R(s)
mempunyai variasi yaitu :
-Bila ti = t , hasil desain system adalah Orde I

-Bila ti ¹t , hasil desain system adalah Orde II.
-Desain Orde dari system tergantung pada pemilihan harga
ti (Integral Time Constan).

a). Untuk ti = t , maka CLTF menjadi sebagai berikut :

C(s) KpK (tis +1) KpK

=
=

R(s) tis(ts +1) + KpK(tis +1) ti

(
s) +1
KpK
Atau dalam persamaan umum biasa dinyatakan :

C(s)1

=

R(s)(t * s +1)

t

* i
Dimana t = merupakan spesifikasi desaian dengan

(Kp.K)

ti

gain Kp.K = *

(t .K )
b). Untuk ti ¹t , maka CLTF menjadi sebagai berikut :

C(s) KpK(t is +1)
KpK (tis +1)

=
=

R(s) tits2 + tis + KpKt is + KpK t its 2
+ (1 + KpK )tis + K pK

C(s)(tis +1)

=

R(s) tt (1+ KK)t

i 2 pi

s + s +1
KpK Kp.K

Atau dalam persamaan umum dapat dinyatakan :

C(s)(t s + 1)

= i

R(s)1 22z

2 s + s +1

v n vn

1tt 2z (1+ K pK )ti

Dimana = i dan =

v 2 KK v KK

np np

2. Kesimpulan Orde I
a.
Hasil desaian system Orde I adalah paling disukai dalam
praktek, karena tidak memiliki “Over-shoot”, Zero Off-set (%
Ess=0%) dengan “time constan” yang baru t * .
Jadi plant Orde I dengan Kontroler PI, bila dipilih ti= t ,
system hasil desain adalah sistem Orde I dengan time
constan t* dan Zero Off-set.

b. Hasil desain system Orde II dengan delay dan Zero Off-set.
Parameter sistem hasi desain antara lain : frekuensi natural
(wn); koefisien redaman (x) dan factor delay (ti)
Jadi plant Orde I dengan Kontroler PI bila ti ¹t , sistem hasil
desain adalah Orde II, Zero Off-set dengan parameter
system wn , x, dan ti.

5.4 Kontroler Logika Fuzzy (Fuzzy Logic Controller)
Kontroler Logika Fuzzy (KLF) adalah suatu kontrol yang
menggunakan metodologi digital dalam melakukan proses
pengontrolan sistem. Proses pengontrolan dilakukan dengan strategi
dan simulasi sistem fisik yang alami artinya hasil proses kontrol
mendekati kondisi riil yang sesungguhnya [7].

Logika Fuzzy (fuzzy logic) adalah suatu logika yang
menerapkan derajat kebenaran secara samar (fuzzy), artinya logika
fuzzy (fuzzy logic) mempunyai derajat kebenaran berbentuk linguistik
yang menyertakan predikat kekaburan (fuzziness) sesuai
proporsinya. Sebagai contoh derajat kebenaran suhu dinyatakan
dalam sangat dingin, dingin, sedang, panas, sangat panas dan
seterusnya. Bila dinyatakan dalam bilangan logika bolean fuzzy
maka derajat kebenarannya diantara interval 0 sampai dengan 1.
Artinya derajat kebenaran bisa dirancang dari “0”@: suhu sangat
dingin, “0.3”@: suhu dingin , “0.5”@: suhu sedang , “0.7”@ suhu panas
sampai “1.0”@ suhu sangat panas.

Berbeda dengan logika konvensional, derajat kebenarannya
dinyatakan secara pasti (crispy) yaitu salah satu dari 2(dua) pilihan.
Definisi kebenarannya hanya berharga “0” atau “1” saja, tidak dapat
dinyatakan antara suhu sangat dingin, dingin, sedang sampai panas.
Dengan menggunakan sistem logika konvensional, dipastikan
mengalami kesulitan jika diinginkan pembagian suhu mendekati
kondisi sebenarnya.

5.4.1. Konsep Dasar Logika Fuzzy (Basic Concepts of Fuzzy Logic)
Konsep teori logika fuzzy pertama kali dikenalkan oleh Lotfi A.
Zadeh (1965) melalui teori himpunan fuzzy (fuzzy set). Konsep ini
didasari oleh kebutuhan untuk memperoleh metoda dalam
memngembangkan analisis dan mempresentasikan dari masalah riil
di lapangan yang serba tidak selalu tepat dan pasti.

Teori fuzzy ini pernah ditentang ilmuwan matematik Prof.
W.Kahan kolega Prof. Lotfi A. Zadeh dengan pernyataan : “ What we
need is more logical thinking, not less. The danger of fuzzy theory is
that it will encourage the sort of imprecise thinking that has brought
us so much trouble”.(“Apa yang kita inginkan adalah lebih pada
pemikiran yang logis, tidak kurang. Bahaya dari teori fuzzy adalah
akan menimbulkan semacam pemikiran yang tidak presisi dan akan
memberikan kepada kita banyak kesulitan”)[15].

Pengembangan teori fuzzy ini banyak didukung para ahli
seperti Prof. Ebrahim Mamdani (1974) dengan “Succeeded to apply

fuzzy logic for control in practice”, kemudian diteruskan oleh
Rutherford, dan Pedricz. Pada dekade (1965-1975) Ebrahim
Mamdani, dari Queen Mary College London meneliti : “Aplikasi fuzzy
meliputi proses pada tangki pencampur”, M. Sugeno dari Tokyo
Institute of Technology dan Yamanakawa dari Kyusu Institute of
Technology meneliti tentang :”Komputer Fuzzy”. Dari penelitian inilah
teori fuzzy kemudian dapat diterima oleh masyarakat ilmiah sebagai
terobosan dibidang kontrol cerdas [15].

Secara teori ada 4(empat) dasar konsep logika fuzzy yaitu :
himpunan fuzzy, variabel linguistik, distribusi kemungkinan dan
aturan fuzzy JIKA-MAKA [5].

5.4.2. Teori Himpunan Fuzzy (Fuzzy Set Theory)
Himpunan fuzzy A dalam semesta pembicaraan X (universe
of discourse) adalah kelas atau kumpulan kejadian pasangan elemen
x (x anggota dari X) dengan derajat keanggotaan (grade of
membership) elemen tersebut yaitu fungsi keanggotaan mA(x) dengan
nilai riil, interval (0 ¸ 1) pada tiap x dalam X. Derajat kebenaran logika
fuzzy didasarkan mA, dimana mA(x)=1, berarti x sebagai anggota
penuh himpunan A, tetapi bila mA(x)=0, berarti x bukan anggota
himpunan A [2, 5, 7, 15, 22].

ì1 ® bila danhanya bila x Î A
mA(x) =í

î0 ® bila dan hanya bila x Ï A
(3.1)
Bila pendukung sekumpulan X dalam himpunan fuzzy A maka dapat
dinyatakan:

A = {(x, mA (x))/ x Î X}

(3.2)
Untuk X diskrit dengan n elemen pendukung (n =1, 2, 3, …, n)
dari A, maka :

A = m1(x)/ x1 + m2(x)/ x2) + ….. + mn (x)/ xn )}

(3.3)
A =å
n
mA(xi)/ xi [x:diskrit]

i =1

(3.4)
A = ò mA(x) / x [x : kontinyu]

x

(3.5)

Bila elemen pendukung himpunan fuzzy A, mA(x) = 0.5

merupakan titik silang (cross-over), dan bila pendukung tunggal

dengan mA(x) = 1.0 berarti fuzzy tunggal (singleton fuzzy).

Tanda +, å, ò pada rumus di atas merupakan operator gabungan

x

(union).

5.4.3. Fungsi Keanggotaan Fuzzy (Fuzzy Membership Function)
Pada dasarnya untuk menyatakan fungsi keanggotaan

tergantung pada pendifinisian fungsi keanggotaan fuzzy dan bentuk

permasalahan yang dibahas.

Berdasarkan hasil pengamatan studi literatur ada 2(dua)

metode pendefinisian yaitu pendefinisian secara bentuk fungsi untuk

himpunan dengan pendukung kontinyu dan bentuk numerik yang

diterapkan untuk himpunan dengan pendukung diskrit [7].

5.4.3.1. Pendefinisian Bentuk Fungsi
Pendefinisian secara bentuk fungsi adalah suatu

penyelesaian permasalahan untuk himpunan fuzzy dengan

pendukung/penyokong kontinyu.

Tipe fungsi keanggotaan fuzzy berdasarkan pendifinisian bentuk
fungsi adalah fungsi segitiga , trapesium , pi (p), S, Bell-shaped,
Gaussian dan lain-lain. [2, 5, 7, 15, 22].

a. Fungsi Keanggotaan Triangular (T-function)
Fungsi keanggotaan berbentuk segitiga atau Triangular

function (T-function) adalah paling banyak digunakan dalam proses

fuzzifikasi, terutama dalam penerapan teori fuzzy pada sistem

pengaturan maupun pada pengenalan pola.

Penggunaan fungsi keanggotaan dengan distribusi segitiga

ini sangat beralasan karena disamping lebih sederhana bentuk

formulasinya, lebih mudah pula dalam analisis perhitungan untuk

menentukan algoritmanya, sehingga tidak banyak menyita waktu

dalam melakukan proses perhitungannya [22].

Fungsi keanggotaan distribusi bentuk segitiga (triangular)
seperti Gambar 3.1.

T(x;a, b,c)=mx(x)

x
1
0.5
0
a b c
Gambar 5.25 Fungsi Keanggotaan bentuk Segitiga (Triangular) [5,
7, 22]

Persamaan secara matematik fungsi keanggotaan bentuk segitiga

(triangular) adalah :
(x-a)ï ì 0
x £ a
x a b cT ),,( ; = xx( ) =m
(c-b)
(c-x)
(b-a)
ï ï
.
ïî
ïï í
0
b
a
x
£ £
x
x
³ c
£ £
c
b
(3.6)

b. Fungsi Keanggotaan jenis Trapezoidal(Tr-function)
Fungsi keanggotaan bentuk trapesium (Tr-function) seperti
Gambar 3.2 :

Tr(x;a,b,c,d)= mx(x)

Gambar 5.26 Fungsi Keanggotaan bentuk Trapesium [5, 7, 22]

xa b
1
0
0.5
c d

Persamaan secara matematik fungsi keanggotaan bentuk trapesium
(trapezoid) adalah:

ì 0

x £ a

ï (x-a)
ï a £ x £ b
b -a

Tr (x; a,b, c, d)= í 1 b £ x £ c

(d -x)

c £ x £ d

ï (d -c)
ï x ³ d
0

(3.7)
c. Fungsi Keanggotaan jenis pi (p)
Fungsi keanggotaan bentuk p-function disebut juga sebagai
fungsi keanggotaan jenis Lonceng yaitu fungsi keanggotaan yang
terdiri dari 2(dua) parameter seperti Gambar 3.3 :

p ( x;x 1,p,x2 ) = mx (x)

p x
1.0
0.5
p-b/ 2 p+b/ 2
b
x1 x2
0
Gambar 5.27 Fungsi Keanggotaan bentuk p [5, 7, 15, 22]

Persamaan matematik fungsi keanggotaan bentuk pi (p) adalah [5, 7,
15, 22]:

ì ( x -p + b)2 b
ï 22 p -b £ x £ p b
2

ï( x -p + b)2 bb
p (x; b, p)= mx(x) = í1-22 p -£ x £ p +

b 22

ï 2

ï ( x -p -b) b
2 p +£ x £ p + b

ï 22

b

(3.8)

5.4.3.2. Pendefinisian Bentuk Numerik
Pendefinisian secara numerik hanya untuk fungsi
keanggotaan dengan pendukung diskrit, yaitu mengambil nilai bentuk
fungsi untuk tiap pendukung x yang berhingga jumlahnya [2, 5, 15,
22].

Sebagai contoh:

X={0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; mA={0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 0.8, 0.6,
0.4, 0.2, 0.0 }

Sehingga himpunan fuzzy yang didefinisikan untuk himpunan elemen
x secara diskrit adalah seperti persamaan ini dan bila digambar
secara grafik seperti Gambar 3.4.

A ={0.0/0, 0.2/1, 0.4/2, 0.6/3, 0.8/4, 1.0/5, 0.8/6, 0.6/7, 0.4/8, 0.2/9,
0.0/10}

A={0.0/0+0.2/1+0.4/2+0.6/3+0.8/4+1.0/5+0.8/6+0.6/7+0.4/8+0.2/9+0.0
/10}

uA(x)

1.0

08

0.6

0.4
0.2
1

0 2345 678910

X

Gambar 5.28 Definisi Himpunan Fuzzy A secara Diagramatik [2, 5, 7, 15,
22]

5.4.4. Variabel Linguistik
Sistem pengaturan dengan pendekatan logika fuzzy
merupakan sistem pengaturan yang yang menirukan cara kerja
manusia dalam melakukan proses pengambilan keputusan, kaidah
atur melalui ungkapan-ungkapan kualitatip terhadap informasi yang
diteranya, misalnya menyatakan kecepatan motor : sangat cepat,
cepat, sedang, rendah dan berhenti. Semua kata-kata dalam bentuk
kualitatip dengan variabel linguistik ini selanjutnya ditabelkan dan
diformulasikan dalam bentuk aturan dasar (rule base) sesuai dengan
pengalaman operator atau manusia ketika mengatur proses secara
manual [22].

Variabel linguistik sebagai ganti dari variabel numerik yang
biasa digunakan dalam pendekatan kuantitatip yang menyatakan

fungsi dari himpunan bagian semesta pembicaraan (universe of
discourse) dari himpunan fuzzy. Variabel linguistik ini misalkan
dinyatakan dalam (u,T(u),X), dimana u adalah nama variabel dan
T(u) merupakan pernyataan himpunan u yaitu nilai linguistik
himpunan fuzzy atas semesta X.

Misalkan variabel level kecepatan putaran motor dapat
dinyatakan dengan istilah : T(kecepatan) = {lambat, sedang, cepat}.
Variabel ini didefinisikan untuk semua X = [0, 200, 300], dengan kata
lain lambat disekitar 100 rpm, sedang disekitar 200 rpm dan cepat
sekitar 300 rpm. Maka fungsi segitiga mendefinisikan secara
fungsional kedua himpunan ini dipilih sedemikian rupa sehingga
penafsiran secara grafis dari pendefinisian terjadi di titik silang
(cross-over) masing-masing terletak di titik x = 150 rpm., 250 rpm
dan seterusnya dengan pendukung nilai keanggotaan m(x) = 0.5
untuk himpunan rendah, sedang dan cepat seperti Gambar 3.5.

u(x)

1.0
0.5
0 100 150 200
sedang lambat
x (rpm)
cepat
300 250
Gambar 5.29. Penafsiran Grafis Variabel Linguistik

Penafsiran grafis gambar di atas memberikan nilai-nilai
keangotaan untuk yang besar bila titik tersebut berada di titik 100
rpm.,200 rpm. dan 300 rpm., masing-masing mempunyai derajat
kebenaran (1.0) berarti sebagai anggota himpunan penuh dari masingmasing
himpunan lambat, sedang, dan cepat, biasanya disebut fuzzy
singleton.

Untuk titik 0 £ x £ 100 rpm., 100 rpm.£ x £ 200 rpm., 200 rpm.£ x
£ 300 rpm. mempunyai nilai keanggotaan kurang dari 1.0 untuk himpunan
lambat, sedang dan cepat. Ini berarti pada x £ 100 rpm mempunyai
kebenaran yang kuat untuk menjadi anggota himpunan lambat,
sebaliknya karena nilai keanggotaan yang kecil misalkan pada daerah
100 rpm.£ x £ 200 rpm terletak pada himpunan. Titik 150 rpm.
mempunyai nilai kebenaran yang sama (0.5) untuk menjadi anggota
himpunan lambat maupun sedang, dan titik 210 rpm. lebih dominan

menjadi anggota himpunan sedang dari pada menjadi anggota himpunan
yang lain, namun untuk 250 rpm merupakan angota himpunan dari kedua
kebenaran level kecepatan yaitu anggota himpunan sedang dan cepat
dengan derajat kebenaran yang sama (0.5), yang disebut cross-over
yang sama.

Dari penafsiran Gambar 3.5 dapat dituliskan X =
{0,50,100,150,200,250,300}, maka secara definisi matematik
himpunan fuzzy yaitu :

A º lambat = 0.0/0 + 0.5/50 + 1.0/100 + 0.5/150 + 0.0/200

Bº sedang = 00./100 + 0.5/150 + 1.0/200 + 0.5/250 + 0.0/300

Cº cepat = 00./200 + 0.5/250 + 1.0/300 + 0.5/..+ 0.0/ dan
seterusnya.

3.1.5. Operasi Himpunan Fuzzy
Jika A dan B merupakan himpunan fuzzy dalam semesta
pembicaraan X (universe of discourse) dengan fungsi keanggotaan
mA(x) dan mB(x), maka operasi dasar dari himpunan fuzzy dapat
diuraikan sebagai berikut [2, 5, 7, 12, 15, 22, 25]:

1). Himpunan yang sama (Equality)

mA(x) = mB(x), untuk x Î X

(3.9)
2). Gabungan (Union)

m( A ÈB)(x) = max{mA(x), mB(x)}, x Î X

(3.10)
3). Irisan (Intersection)

m (x) = min {m (x), m (x)}, x Î X

( A ÇB) AB

(3.11)
4). Komplemen (Complement)

m _ (x) = 1 -mA(x), x Î X

A

(3.12)
Bila himpunan A_
merupakan komplemen dari A, maka untuk aturan
yang lain berlaku:

m _ (x) = min {mA(x)m _ (x)} £ 0.5

( AÇ A) A

(3.13)

m _ (x) = max {m A(x),m _ (x)} ³ 0.5

( A È A) A

(3.14)
5). Normalisasi (Normalization)
m (x) = m (x) / max( m (x)),x Î X

Normal( A) AA

(3.15)
6). Konsentrasi (Concentration)
2

m (x) = (m (x)), x Î X

CON( A) A

(3.16)
7). Dilasi (Dilation)
mDL (A)(x) = (m A(x))0.5 , x Î X

(3.17)
8). Produk Aljabar (Algebraic Product)
m (x) = m ( x).m (x) , x Î X

( A.B) AB
(3.18)
9). Gabungan Terikat (Bounded Sum)
m (x) = min{1,m (x) + m (x)}, x Î X

( A Å B) AB

(3.19)
Gabungan Terikat atau Hasil Penjumlahan Terikat sering disebut
Bounded Sum
10). Produk Terikat (Bounded Product)

m (x) = max{0,m (x) -m (x)}, x Î X

( AQB) AB

(3.20)
Atau = max{0,m A (x) + mB(x)-1}, x Î X
Produk Terikat atau Hasil Kali Terikat dalam bahasa lain disebut
Bounded Product atau juga sering disebut Bounded Difference.

11).Jumlah Probabilistik (Sum of Probability)

m (x) = m ( x) + m (x) -m (x).m (x) , x Î X

^ A BAB
( A + B)

(3.21)
12). Intensifikasi (Intensification)

ì 2(mA (x)0 £ mA(x) £ 0.5
mINT(A)(x) = .
î1-2(1 -mA (x)2 0.5 £ mA(x) £ 1
(3.22)
13). Produk Drastis (Drastic Product)
m (x) m ( x) = 1

ì AB

mINT(A)(x) = ímB (x) mA ( x) = 1

0 m (x), m ( x) < 1

î AB

(3.23)
14). Produk Cartesian (Cartesian Product)
Jika A1, A2, …, An adalah himpunan fuzzy dalam produk X1, X2, ….,Xn
dengan fungsi keanggotaan, maka didefinisikan sebagai:

m (x , x ,…, x) = min{ m ( x ), m (x ),….., m (x )}

A1xA2 x… xAn 12 nA11 A22 An n

(3.24)
15). Relasi Fuzzy (Fuzzy Relation)
Bila n relasi fuzzy adalah himpunan fuzzy dalam X1 x X2, x … x Xn dan
fungsi keanggotaannya didefinisikan sebagai:

m = {(( x , x ,…, x)m (x , x ,…, x )) /( x , x ,…, x ) Î xxx x…xx }

X …..Xn 12 nR 12 n 12 n 12 n

1

(3.25)
16). Komposisi Sup-Star (Sup-Star Composition)

Jika R dan S merupakan relasi fuzzy dalam X x Y dan Y x X, maka
komposisi R dan S adalah relasi fuzzy yang dinyatakan dengan R o S
dan didefinisikan sebagai:

R o S = {[(x,z),sup (mR ( x, y)* ms (y, z))], x Î X , y Î Y, z Î Z}

(3.26)
Notasi * : operator bentuk segitiga, minimum, produk aljabar, produk
terbatas.

5.4.6. Metode Perancangan KLF
Metoda perancangan kontrol klasik seperti Nyquist, Bode,
Root Locus dan Nichols umumnya didasarkan atas acuan asumsi
bahwa proses yang dikontrol adalah linier dan stasioner [6, 8, 22].
Namun kenyataannya proses yang dikontrol yang ada sampai saat
ini merupakan sistem yang komplek, non-linier dan mudah
dipengaruhi faktor-faktor gangguan di sekelilingnya.

Oleh karena itu perancangan sistem kontrol otomatik untuk
keperluan proses tersebut digunakan metoda yang memadai, dalam
hal ini digunakan teori logika fuzzy sebagai basis kontrol pada
perancangan kontroler.

Secara umum Kontroler Logika Fuzzy (KLF) mempunyai
kemampuan[15]:

1.
Beroperasi tanpa campur tangan manusia secara langsung, memiliki
efektifitas yang sama dengan manusia.
2.
Mampu memecahkan masalah pada sistem yang komplek, non-linier,
tidak stasioner.
3.
Memenuhi spesifikasi operasional dan kriteria kinerja.
4.
Strukturnya sederhana, kuat dan beroperasi real time.
Perancangan Kontroler Logika Fuzzy (KLF) atau “Fuzzy Logic
Controller (FLC)” adalah gabungan dari pendefinisian himpunan
fuzzy dengan logika fuzzy, yang mana untuk memperoleh kontroler
yang menyerupai cara kerja operator.

Menurut penelitian Harris, Moore, dan Brown (1993)

mengungkapkan metodologi perancangan Kontroler Logika Fuzzy

(KLF) secara umum, artinya tidak mempunyai prosedur yang baku.

3.1.6.1. Struktur Dasar KLF
Kontroler Logika Fuzzy (KLF) pada dasarnya mempunyai
struktur dasar yang sederhana seperti Gambar 3.6 berikut ini.

Namun dalam pengembangannya sebagai kontrol closed loop, maka
banyak mengalami pengembangan dalam penyempurnaan
rangkaiannya. Sehingga struktur KLF bila digabung dengan plant
yang akan dikontol digambarkan seperti Gambar 3.7.

Setiap blok diagram struktur KLF berdasarkan fungsinya
adalah sebagai berikut:

1.
Fuzzifikasi (fuzzifier) berfungsi untuk mentransformasikan variabel
masukan berupa sinyal masukan (input) yang bersifat bukan fuzzy
(variabel numerik) untuk dikonversi atau diubah menjadi variabel
fuzzy (variabel linguistik) dengan menggunakan operator fuzzifikzsi
(fuzzifier).
2.
Basis Pengetahuan (Knowledge Base) terdiri dari basis data (data
base) dan aturan dasar (rule base) yang mendefinisikan himpunan
fuzzy atas daerah-daerah masukan dan keluaran yang disusun
dalam perangkat aturan kontrol.
3.
Inferensi (Inference) merupakan inti dari KLF karena di sini tempat
logika pengambilan keputusan atau sering disebut juga
“reasoning”, dimana harus mempunyai kemampuan seperti
layaknya manusia dalam mengambil keputusan. Aksi dari

395

beberapa hasil pengambilan keputusan fuzzy (aksi atur)
disimpulkan menggunakan relasi fuzzy (implikasi fuzzy) dan
mekanisme inferensi fuzzy.

4.
Defuzzifikasi (defuzzier) berfungsi untuk mentransformasikan
kesimpulan tentang aksi dari pengambilan keputusan (aksi atur)
yang bersifat fuzzy menjadi sinyal sebenarnya yang bersifat pasti
(crispy) dengan menggunakan operator defuzzier.
5.
Kuantisasi merupakan proses pengubahan sinyal masukan
menjadi error (e) dan delta error (de) untuk diproses selanjutnya
pada tingkat fuzzifikasi.
6.
Plant adalah suatu sistem yang dikontrol berupa seperangkat
peralatan yang bekerja bersama-sama untuk operasi KLF.
Inferensi Fuzzy

Basis
Data
Basis
Aturan
Fuzzifikasi Defuzzifikasi
Pengambilan
Keputusan Fuzzy
(Fuzzy Reasoning)
fuzzy sets fuzzy sets
INPUT x OUTPUT y
Gambar 5.30 Struktur Dasar Kontroler Logika Fuzzy [5, 7, 12]

5.4.6.2. Fuzzifikasi (Fuzzifier)
Untuk membahas fuzzifikasi sistem pengaturan plant dengan
input tegangan error(e) dan delta error(de) dari kontroler logika fuzzy,
berikut digambarkan diagram blok (Gambar 3.8) dan step response
dari plant yang dikontrol (Gambar 3.9), sehingga proses fuzzifikasi
mudah dipahami.

KLF

+

Input

error
d-error
Sensor
(Elemen Ukur)
Plant
Output
-
Basis
Pengetahuan
Gambar 5.31 Struktur Kontroler Logika Fuzzy dengan Plant [2, 5,
7, 12, 15]

KLF Plant
e
de
+
-
r
(referensi)
u y
(keluaran)
input output
Gambar 5.32 Diagram Blok System Kontrol Logika Fuzzy dengan

Besaran input dari plant melalui umpan balik (feedback) lewat
sensor bersifat pasti (crisp) dan kuantitatif, bisa juga berupa variabel
numerik lalu dilakukan fuzzifikasi menjadi variabel linguistik fuzzy.
Fuzzifikasi adalah pemetaan input kesemesta himpunan fuzzy dan
secara simbolis pemetaan ini dinyatakan sebagai:

x = fuzzifier (xo)

(3.27)
Dimana xo : masukan crisp, x: himpunan fuzzy dan fuzzifier adalah
operator fuzzifikasi.

Y

c

set point Yss

Time (t)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 a
b d
e
f
g
h
i
j
k
l
e + –+ + –+ + –
de –+ + –+ + –+

Gambar 5.33 Tanggapan(step response) Sistem Loop Tertutup [5,
7, 22]

Jika variabel masukan yang diinginkan adalah 2(dua) variabel
error (e) dan delta error (de), maka dilakukan kuantisasi lalu diubah
dahulu kedalam variabel fuzzy. Melalui fungsi keanggotaan
(membership function) yang telah disusun nilai error (e) dan delta
error (de) nilai kuantisasi akan didapatkan derajat keanggotaan bagi
masing-masing error (e) dan delta error (de) tersebut.

Dari Gambar 3.9 adalah step response dari keluaran dengan
masukan unit step delengkapi dengan uraian cara mem-fuzzifikasi,
sehingga dapat dibuat bentuk penurunan pembagian ruang input
misalkan dengan 3(tiga) ruang input dengan nilai linguistik Positip(P),
Negatip(N) dan Nol(NL).

Nilai kualitatip ditentukan pada setiap titik yang bertanda huruf (al)
seperti contoh hasil analisis protipe aturan kontrol dengan 3(tiga)
nilai linguitik pada Tabel 5.1.

Tabel 5.4. Protipe Aturan Kontrol Logika Fuzzy dengan 3(tiga) Nilai
Linguistik [7]

Aturan
No.
Error (e) d-Error
(de)
Output
(u)
Titik
Referensi
Fungsi
1 P NL P a,e,i pemendekan
rise time
2 NL N N b,f,j overshoot
tereduksi

3 N NL N c,g,k overshoot
tereduksi
4 NL P P d,h,l oscillasi
tereduksi
5 NL NL NL set
point
sistem teredam

Peninjauan secara kualitatif setiap daerah yang bertanda angka
pada grafik Gambar 5.33 secara step respon menunjukkan daerah 1
mempunyai pengaruh pada pemendekan waktu naik (shorten rise
time), dan daerah 2 berhubungan dengan pengurangan lewatan
(reduce overshoot), sehingga secara heuristik penalaran ini
memberikan penambahan atau penyempurnaan aturan kontrol
seperti pada Tabel 5.2.

Tabel 5.5 Penyempurnaan Aturan Kontrol Logika Fuzzy dengan
3(tiga) Nilai Linguistik [7]

Aturan
No.
Error
(e)
d-Error
(de)
Output
(u)
Titik
Referensi
Fungsi
6 P N P Range:
ab, ef
pemndeka
n rise time
7 N N N Range:bc,
fg, jk
overshoot
tereduksi
8 N P N Range:
cd, gh
overshoot
tereduksi
9 P P P Range:
de,hi
oscillasi
tereduksi
10 P N N
L
Range: ij sistem
teredam
11 N P N
L
Range: kl sistem
teredam

Beberapa teori aturan dasar kontrol dalam bentuk tabel fungsi
keanggotaan dengan matrik 7×7 fungsi keanggotaan diantaranya
oleh M. Braae dan D.A. Rutherford, 1979 : “Theoritical and Linguistic
Aspects of the Fuzzy Logic Controller”.

Kemudian MacVicar-Whelan telah meneliti penyempurnaan
aturan kontrol fuzzy ini dengan menemukan pola umum hubungan
antara error (e), delta error (de) dan output kontrol (u) atau delta
output(du). Pendefinisian aturan dasar (rule base) pola ini berlaku
bagi KLF dengan input error(e) dan delta error(de) seperti Tabel 5.3.

Tabel 5.6 Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan [22]

NBe NMe
NSe ZEe PSe PMe PBe
NBd NBc NBc NBc NBc NMc NSc ZEc
NMd NBc NBc NBc NMc NSc ZEc PSc
NSd NBc NBc NMc NSc ZEc PSc PM
c
ZEd NBc NMc NSc ZEc PSc PMc PBc
PSd NMc NSc ZEc PSc PMc PBc PBc
PMd NSc ZEc PSc PMc PBc PBc PBc
PBd ZEc PSc PMc PBc PBc PBc PBc

5.4.6.3. Penentuan Basis Data (Data Base)
Himpunan-himpunan fuzzy dari sinyal masukan dan sinyal
keluaran supaya dapat digunakan oleh variabel linguistik dalam basis
aturan maka didefinisikan lebih dahulu. Dalam perancangan basis
data, ada hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu:

a). Kuantisasi dan normalisasi

b). Pembagian ruang masukan dan keluaran

c). Penentuan fungsi keanggotan

a. Kuantisasi dan Normalisasi
Kuantisasi adalah mendiskritkan semesta pembicaran yang
kontinu kedalam sejumlah segmen-segmen tertentu sebagai level
kuantisasi. Di sini sebagai contoh proses pengambilan masukan
yang berupa variabel numerik dari masukan error (e) dan delta error
(de) Cara kuantisasi ini diperlukan bila pendefinisian fungsi
keanggotaannya dinyatakan dalam bentuk numerik, dan biasanya

dengan cara membentuk tabulasi sebagai tabel pandang (look-up
table).

Sebaiknya jumlah level kuantisasi tergantung permasalahan
yang dikontrol dan sebaiknya dibuat sebanyak mungkin selama
memori komputer yang digunakan untuk penghitungan mampu
menyimpannya.

Level kuantisasi dapat ditentukan dengan menggunakan
penghitungan berikut[7]:

X max -X min

L Level () =

RES

(3.28)
RES merupakan resolusi kontrol yang digunakan (control resolution),
[Xmin, Xmax] merupakan range semesta pengukuran (universe of
measurement) [7].

Pemilihan jumlah level kuantisasi mempengaruhi kepekaan
dari KLF terhadap masukan dan kehalusan (smooth) aksi pengaturan
pada keluaran. Semakin banyak level kuantisasi dengan interval
yang kecil yang diterapkan pada daerah masukan dan keluaran
maka semakin sensitif dan terjadi deviasi yang kecil pada KLF
tersebut, sehingga semakin smooth aksi kontrolnya [7].

Sedangkan normalisasi digunakan bila semesta pembicaraan
dari himpunan tersebut terbatas dalam jangkauan tertentu, misalkan
-1.0 sampai dengan +1.0. Normalisasi merupakan pemetaan
semesta pembicaraan masukan ke semesta pembicaraan baru yang
terbatas. Skala pemetaan bisa seragam (uniform) atau bisa tidak
seragam (non-uniform) tergantung kebutuhan perancangannya.
Normalisasi ini diperlukan bila fungsi keanggotaan didefinisikan
secara fungsional.

b. Pembagian Ruang Masukan dan Keluaran (Input and Output)
Pendefinisian himpunan fuzzy atas daerah masukan (input)
dan keluaran (output) berarti membagi smesta pembicaraan atas
nilai variabel linguistik himpunan fuzzy. Derajat nilai kebenarannya
dinyatakan dengan linguistik seperti NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB
dan sebagainya [5, 7, 12, 22].

Penentuan jumlah himpunan fuzzy dan aturan kontrol yang
disusun sangat ditentukan oleh banyak sedikitnya pembagian ruang
masukan dan keluarandalam bentuk variabel lingustik, yang dalam
hal ini akan berakibat langsung pada kehalusan (smooth) dari
pengaturan fuzzy tersebut.

c. Penentuan Fungsi Keanggotaan

Pendefinisian secara numerik dari tingkat keanggotaan

pendukung/penyokong dalam himpunan fuzzy dinyatakan dalam

bentuk tabulasi seperti Tabel 3.1 dan fungsi keanggotaan yang

sering digunakan adalah fungsi segitiga (triangular), trapesium

(trapezoid) dan fungsi pi (p) seperti Gambar 3.1, 3.2, dan 3.3

halaman sebelumnya.

Pembagian ruang dibuat 7(tujuh) nilai linguistik himpunan

fuzzy seperti Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan Tabel 3.3 yaitu:

NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB.

Distribusi parameter dipilih seragam (uniform) atau bisa tidak
seragam (non uniform) biasanya diletakkan pada bagian awal dan
akhir dari fungsi keanggotaan dan ditentukan sedemikian rupa
sehingga titik silang (cross-over) tepat ditengah-tengah dua rataan
diantara himpunan yang bersebelahan seperti dicontohkan pada
Gambar 3.10.

5.4.6.4. Basis Aturan (Rule Base)
Aturan dasar sistem fuzzy adalah sekelompok aturan fuzzy
dalam hubungan antara keadaan sinyal masukan dan sinyal
keluaran. Ini didasarkan atas istilah linguistik dari pengetahuan pakar
yang merupakan dasar dari pengambilan keputusan atau inferensi
untuk mendapatkan aksi keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi
masukan yaitu error (e) dan delta error (de) dengan dasar aturan
(rule) yang ditetapkan.

Dari proses inferensi ini menghasilkan sinyal keluaran yang masih
dalam bentuk bilangan fuzzy, yaitu dengan derajat keanggotaan dari
sinyal kontrol.

Untuk perancangan kontrol fuzzy ada beberapa hal dalam
menentukan aturan kontrol yang penting diantaranya:

1). Pemilihan variabel masukan dan keluaran

2). Penurunan aturan kontrol fuzzy

a. Pemilihan Variabel Masukan dan Keluaran
Variabel masukan dan keluaran yang dipilih memberikan
pengaruh kuat pada karakteristik kontroler. Pemilihan variabel ini
memerlukan pemahaman prilaku atau sifat-sifat dari plant dan prilaku
pengaturannya. Pada KLF acuan aturan kontrolnya sama dengan
kontrol konvensional yaitu error (e) dan perubahan atau delta error
(de) dari plant. Sehingga error (e) dan delta error (de) digunakan
sebagai variabel masukan dan keluarannya berupa sinyal atur.

(x)
NB NS NK Z PS PB PK
0 x 1 x2 x3 x4 x
-x1 -x2 -x3 -x4
a). Fungsi segitiga

(x)
NB NS NK Z PS PB PK
0 x 1 x2 x3 x4 x
-x1 -x2 -x3 -x4
b). Fungsi Trapesium

(x)
NB NS NK Z PS PB PK
0 x 1 x2 x3 x4 -x 1 -x2 -x3 -x4
c). Fungsi Eksponensial

Gambar 5.34 Fungsi-fungsi Keanggotaan Uniform

b. Penurunan Aturan Kontrol Fuzzy
Untuk menurunkan aturan kontrol dari KLF dengan cara
mengumpulkan aturan-aturan kontrol fuzzy yang dibentuk dari
analisis prilaku obyek atur yang didapat dari koreksi simpangan
keluaran plant terhadap kondisi yang diinginkan. Hasil yang diperoleh
akan berupa prototipe aturan kontrol seperti Gambar 3.9 dan Tabel

3.1.

Ada beberapa model untuk menyempurnakan aturan kontrol
yang berupa prototipe yaitu metoda Pemetaan skala (Scale
Mappings) dengan model Mamdani (1977), model Takagi-Sugeno-
Kang (TSK) (1985) dan model Kosko (1996) (yang biasa disebut :
Standard Additive Model :”SAM”) [5]. Prinsipnya adalah untuk
menentukan sinyal atur sehingga sistem loop tertutup berakhir sesuai
yang diinginkan.

5.4.6.5. Logika Pengambilan Keputusan
Sebagai inti dari pengaturan fuzzy terletak pada bagian logika
pengambilan keputusan yang didasarkan pemikiran dan keputusan
yang dilakukan manusia.

Ada 2(dua) tipe pengambilan keputusan logika fuzzy (fuzzy
logic reasoning) yaitu generalized modus ponens(GMP) dan
generalized modus tollens(GMT) [2].

GMP merupakan keputusan langsung (direct reasoning) dan GMT
adalah keputusan tidak langsung (indirect reasoning).

Dalam logika pengambilan keputusan yang penting adalah
fungsi implikasi fuzzy, penafsiran kata hubung, operator komposional
dan mekanisme inferensi.

a. Aturan Kontrol Fuzzy
Pada dasarnya seorang operator mesin dalam bekerja telah
menggunakan aturan kotrol yang berupa hubungan antara input dan
output menggunakan aturan JIKA-MAKA (IF-THEN) dalam
mengambil keputusan. Aturan kontrol pada logika fuzzy
menggunakan variabel linguistik dari himpunan fuzzy yang
didasarkan atas pengetahuan dan pengalaman dari obyek yang
diatur. Sehingga prilaku sistem pengaturan fuzzy didasari oleh
pernyataan linguistik berbasis pengetahuan yang meniru kerja
operator.

Pernyataan JIKA-MAKA (IF-THEN) digunakan untuk
menentukan relasi fuzzy antara input dan output kontrol yang
biasanya disebut implikasi fuzzy [2]. Dalam penerapannya misalkan
IF (input i) THEN (output j),berati misalkan IF i = 1,2, …,n , THEN
j=1,2,…,n. Dimana i adalah antecedent yaitu input yang telah
difuzzifikzsi, sedangkan j adalah cosequent yaitu sebagai aksi kontrol
(output).

Sebagai contoh misalkan himpunan fuzzy dinotasikan dengan
A, A’,B, B’ dan variabel linguistik dinotasikan dengan x, y, maka GMP
dan GMT dinyatakan [2, 5]:

Gneralized Modus Ponens (GMP):
Pernyataan 1 (aturan) : IF x is A THEN y is B
Pernyataan 2 (fakta) : y is A’

Penyelesaian : y is B’

(3.29)
Penyelesaian relasi fuzzy juga diekpresikan secara implikasi fuzzy
seperti berikut:

R = A ® B (relasi fuzzy)

(3.30)
B’ = A’ ° R = A’ ° (A®B)
Dengan R adalah relasi fuzzy dari implikasi fuzzy “ if A then B’
”, tanda ° adalah operator komposisi, dan A’ adalah himpunan fuzzy

yang mempunyai bentuk fungsi keanggotaan : A, sangat A lebih atau
kurang A, tidak A dan sebagainya.
Gneralized Modus Tollens (GML):

Pernyataan 1 (aturan) : IFx is A THEN y is B
Pernyataan 2 (fakta) : y is B’’

Penyelesaian : y is A’

(3.31)
Dengan cara yang sama akan didapatkan:
R = A ® B (relasi fuzzy)

(3.32)
A’ = B’ ° R = B’ ° (A®B)

b. Fungsi Implikasi Fuzzy
Penggunaan fungsi implikasi fuzzy dengan aturan kontrol
(sebab akibat) dapat ditulis secara formulasi sebagai berikut:

D

m= m )(x, y, z) =

Ri ( Ai; dan Bi; ® Ci [m ( x) dan m ( y)]® (z) (3.33)

Ai BimCi

Ai dan Bi adalah himpunan fuzzy Ai x Bi dalam X x Y, sedangkan Ri

D

= (Ai dan Bi)® Ci adalah implikasi fuzzy dalam X x Y x Z, dan notasi
® adalah implikasi fuzzy.

Fungsi implikasi fuzzy yang digunakan adalah salah satunya
hasil penelitian Mamdani. Fungsi implikasi ini disebut aturan operasimini
(mini-operation rule) yang dinotasikan dengan Rc.

Rc = A x B = m (x) Ù m (y) / (x,y)

A B
XxY
(3.34)

Karena pada penelitian ini nanti termasuk kategori digunakannya
sistem MISO (Multi Input Single Output), maka akan diperoleh
persamaan :

Rc = (A x B) x C = m (x, y) Ù m (z) / (x,y, z)

AxB C
XxYxZ

(3.35)
Untuk bentuk A x B adalah merupakan produk Cartesian input dalam
X x Y.

c. Penafsiran Kata Hubung
Setiap aturan kontrol fuzzy biasanya dinyatakan dengan
suatu relasi, karena itu prilaku sistem fuzzy ditentukan oleh relasirelasi
fuzzy tersebut. Sedangkan kata hubung DAN (AND) digunakan
pada produk Cartesian yang dikarenakan oleh derajat nilai
keanggotaan yang berbeda.

Penggunaan operator komposisi sangat menentukan hasil
kesimpulan, karena setiap operator komposisi akan diperlukan
sesuai dengan kegunaannya. Secara umum ditunjukkan sebagai
komposisi sup-star dengan star (*) sebagai operator dalam aplikasi
tertentu. Operator sup-min dan sup-product adalah operator yang
sering digunakan pada teknik pengaturan [2].

Tabel 5.7 Beberapa Aturan Implikasi Fuzzy [2]

Aturan
Implikasi
Formulasi Implikasi Implikasi Fuzzy
(u,v)
Rc: min
operation
a® b = a Ù b = mA(u) Ù mB(v)
Rp: product
operation
a® b = a . b = mA(u) . mB(v)
Rbp: bounded
product
a® b = 0 Ú (a+b-1) = 0 Ú [mA(u) + mB(v)1]

Rdp: drastic
product
a® b=
1,
1
1
0,
,
,
< == ïîïíì
a b
a
b
b
a =
1
1
1
0
( ),
( ),
< == ïïíì
A
B
B
A
v
u
m m m m
Ra: arithmetic
rule [Zadeh]
Rm: max-min
a® b=(1Ù(1-a+b)
a® b=(aÙb)Ú(1-a)
=1Ù(1-mA(u) + mB(v))
=((mA(u)ÙmB(v))Ú (1Rs:
standard
sequence
a® b=
a b
ba
ñ£ìíî
,
,
0
1
=
( )( )
( )( )
,
,
0
1
vu
vu
BA
BA
mm mm ñ£ìíî
Rb: Boolean a® b=(1-a)Úb =(1-mA(u))Ú mB(v)
Rg: Gödelian
logic
a® b=
a b
ba
bñ£ìíî
,
1, =
( )( )
(( )
( ) ,
1,
vu
vv
v BA
BA
B mm mm mñ£ìíî
RD: Goguen’s
fuzzy
implication
a® b=
a b
ba
abñ£ìíî
,
,
/
1
(
( )
( ) ,( ) /
1,
u
v
uv A
A
AB m m mm ìíî =

d. Operator Komposisi
Fungsi implikasi sistem SISO (Single Input Single Output) diberikan
persamaan dalam bentuk komposisi :

B’ = A’ o R

(3.36)
Pada penelitian ini digunakan sistem MISO (Multi Input Single
Output), maka persamaan menjadi:

C’ = (A’, B’) o R

(3.37)
Berbagai operator komposisi juga dirumuskan oleh peneliti
sebelumnya untuk digunakan pada fungsi implikasi fuzzy diantaranya
Operasi :

1. Sup-min (Max-min operation) [Zadeh, 1973]
2 Sup-product (Max product operation) [Kaufmann,1975]
3. Sup-bounded-product (Max. bounded product (max-¤) operation)
[Mizumoto, 1981]

4.Sup-drastic-product (Max drastic product (max-Ù) operation)
[Mizumoto,1981].

e. Mekanisme Penalaran/Inferensi
Sebagaimana diketahui bahwa sistem pengaturan fuzzy terdiri
dari seperangkat aturan kontrol dan untuk mengkombinasikan aturan
digunakan kata hubung JUGA.

Pada penelitian ini aturan kontrol fuzzy yang digunakan termasuk
secara MISO (Multi Input Single Output), dengan x dan y adalah
input dan z adalah output dalam semesta pembicaraan X, Y dan Z,
maka mekanisme inferensi dinyatakan sebagai :

Input : x is A’ AND y is B’

R1 : IF x is A1 AND y is B1, THEN z is C1

R2 : IF x is A2 AND y is B2, THEN z is C2

….. ….…… ……

….. …. ….. ……

Rn : IF x is An AND y is Bn, THEN z is Cn

Penyelesaian : z is C’

(3.38)
Dari keseluruhan aturan kontrol tersebut harus dapat
menghasilkan kesimpulan yang dinyatakan dengan yang diperoleh
dari mekanisme inferensi dengan komposisional sup-star yang
didasarkan dari fungsi implikasi fuzzy dan kata hubung “DAN”(AND)
dan “JUGA”(ALSO). Ada beberapa persamaan matematik penting
yang berhubungan dengan mekanisme inferensi fuzzy diantaranya :

nn

” ”

(A , B ) o U Ri = U ( A , B ) o R

i =1i=1

(3.39)
dengan Ri adalah relasi aturan kontrol ke-i.

Persamaan (3.40) output dari semua perangkat aturan kontrol
merupakan gabungan semua output aturan kontrol. Sedangkan
untuk fungsi implikasi operasi-mini Mamdani :

(A’, B’) o (A dan B ® C = [A'o(A ® C ) ] Ç [B'o(B ® C ) ]

i ii ii ii

(3.40)

jika m = m Ù m .

AixBi Ai Bi

( A’, B’) o (A dan B ® C = [A'o(A ® C )] . [B'o(B ® C ) ]

i ii ii ii

(3.41)
jika m = m .

AixBi Ai . mBi

Bilamana input fuzzy berupa input tunggal A’=x0 dan B’=y0 akan
diperoleh persamaan :

R : a Ù m (z), a = m (x ) Ù m (x ),
Ai 0 Bi 0

cici i

(3.42)
**

R : a Ù m (z), a = m (x ) Ù m (x ),
Ai 0 Bi 0

cici i

(3.43)
Dari persamaan (3.40), (3.41), (3.42), dan (3.43) menguraikan fungsi
implikasi operasi

m A m B

m C

1
0
Am
1
0
Bm
1
0
1
0
Cm
1
0
x
1
0
y
A
A
B
B
C
C
m

z C
1

0
z

xy

z

mi
mini Mamdani (Rc) dengan menggunakan kedua jenis produk
Cartesian.

Gambar 5.35 Penafsiran Grafis Persamaan (3.40; 3.41) dengan a^
dan Rc [2, 5, 7]

409

m A1 m B

1

AA BB

11
’’

00
xy

m A2 m B

2

1 A A1BB

00

m C1

C

1

0

m C

z

1

m C 2

C

1

0

z

0

xy

z
min

Gambar 5.36 Penafsiran Grafis Persamaan (3.42) dan (3.43) [2, 5, 7]

Sehingga persamaan itu disederhanakan menjadi :

n

R ‘:m ‘ = Ua Ù m

cc i=1 i ci

(3.44)
a1 merupakan besarnya kontribusi aturan ke-i untuk aksi kontrol
fuzzy, dan faktor pembobot tersebut ditentukan oleh dua pilihan yaitu
dengan operasi minimum (a1^) dan produk aljabar (a1*) dalam
produk Cartesian.Bila dilihat kembali persamaan (3.40) dan (3.41)
mensyaratkan bahwa iput aturan kontrol berupa himpunan fuzzy,
yaitu diperoleh aturan kontrol fuzzy secara grafis dengan asumsi

R1 : IF x is A1 AND y is B1 THEN z is C1

R2 : IF x is A2 AND y is B2 THEN z is C2

Bila asumsi di atas diberikan input himpunan fuzzy A’ dan B’,
maka penafsiran grafis dari kedua aturan kontrol fuzzy itu dengan
mekanisme inferensi operasi minimum adalah seperti Gambar 3.11
untuk persamaan (3.40), (3.41) dan Gambar 3.12 untuk persamaan
(3.42), (3.43).

Penafsiran grafis Gambar 3.11 dan 3.12 mempunyai pengertian
bahwa input kontrol logika fuzzy (KLF) diperlakukan sebagai fuzzy
tunggal, sehingga permasalahan dalam mekanisme inferensi menjadi
sederhana.

Dari aturan kontrol R1 dan R2 dengan menerapkan fungsi implikasi
operasi minimum Mamdani (Rc) persamaan (3.42), (3.43) produk
Cartesian operasi minimum diperoleh faktor pembobot :

a = m 1(x ) Ù mBi (y0)

1 A 0

(3.45)
a = m 2( x ) Ù mB (y0 )

2 A 02

(3.46)
Sehingga fungsi keanggotaan sinyal atur yang dihasilkan mempunyai
persamaan :

n

m ‘(z) = Ua Ù m (z)

ci=1 i ci

(3.47)
Ci merupakan himpunan fuzzy sinyal atur.

5.4.6.6. Defuzzifikasi
Defuzzifikasi pada dasarnya merupakan pemetaan ruang aksi
kontrol fuzzy menjadi ruang aksi kontrol non-fuzzy (crispy ). Prinsip
dari strategi defuzzifikasi bertujuan untuk menghasilkan sinyal atur
yang nyata yang dapat merepresentasikan distribusi dari aksi atur
masing-masing aturan kontrol.

Bentuk persamaan umum proses defuzzifikasi seperti berikut :

z0 = defuzzier (z)

(3.48)
Beberapa metode defuzzifikasi yang dapat digunakan secara
umum yaitu metode titik pusat (the Center of Area =”COA”), metode
titik tengah maksimum (the Mean of Maximum =”MOM”), dan metode
kriteria max (the Criterion Max) [2, 5, 7, 12, 22].

a. Metode Titik Pusat (COA)
Metode titik pusat (the Center of Area =”COA”) adalah metode
defuzzifikasi yang sering digunakan yaitu dengan menentukan output
aksi kontrol dari pusat berat (the Center of Gravity =”COG”).

Formulasi umum dari metode ini dalam menentukan nilai output
aksi kontrol (zo) kasus diskrit sebagai berikut [2, 5,7, 12, 22]:

ån m (zj) zj
j =1 c
z =

n

o(COA)
åj=1 m (zj )
c

(3.49)

n adalah jumlah level kuantisasi dari output, zj adalah besarnya
output pada level kuantisasi ke-j, dan mc(zj) nilai fungsi keanggotaan
dari output himpunan fuzzy.

Dan jika kasus semesta pembicaraan (universe of discourse) adalah
kontinyu, maka formulasi kontinyu dapat dinyatakan [2, 5]:

m ( z)z dz

ò c
z

z =

o(COA)

òm c ( z) dz
z

(3.50)
b. Metode Titik Tengah Maksimum (MOM)
Metode titik tengah maksimum (the Mean of Maximum=”MOM”)
adalah metode defuzzifikasi untuk menghitung harga titik tengah
output dari semua aksi kontrol yang mempunyai fungsi keanggotan
fuzzy maksimum [2, 5, 7, 12].

Formulasi umum kasus diskrit, nilai output aksi kontrol (zo) dari
metode ini dapat diekpresikan sebagai berikut [2, 5, 7, 12, 22]:

z =å m zj

o(MOM)
j =1 m

(3.51)
zj adalah nilai pendukung output dengan fungsi keanggotaan bernilai
maksimum ke-j atau mc(zj) dan m adalah banyaknya nilai pendukung.

Dari kedua metode strategi defuzzifikasi ini saling mempunyai
keunggulan. Untuk metode COA berdasarkan penelitian Braae and
Rutherford (1978) mempunyai hasil yang sangat bagus terutama
performansi keadaan tunak (steady state) lebih bagus karena ratarata
kesalahan kuadratnya kecil (lower mean square error).
Selanjutnya penelitian Lee, (1990) metode defuzzifikasi MOM
performansi tanggapan peralihan (transient respons) hasilnya lebih
baik [2].

c. Metode Kriteria Max (MAX)
Metode defuzzisifikasi MAX menghasilkan titik dimana distribusi
yang mungkin pada aksi kontrol bernilai maksimum. Metode ini
biasanya jarang digunakan karena ketelitiannya tidak begitu baik.

Dengan berdasarkan pada keunggulan masing-masing metode
defuzzifikasi ini, maka dengan MOM performansi KLF cocok untuk

sistem relay multilevel (multilevel relay system), sedangkan strategi
COA cocok untuk kontroler konvensional PI dan sebagainya.

1
0
Z
mc
MAX COA MOM

Gambar 5.37 Interpretasi Grafik Strategi Defuzzifikasi [2, 5, 7]

5.5. Kontroler PID (Proportional + Integral + Derivative
Controller)
Kontroler PID (Proportional + Integral + Derivative Controller)
merupakan kontroler feed-forward yang berfungsi mengolah sinyal
error menjadi sinyal kontrol. Hubungan sinyal kontrol terhadap sinyal
error bisa proporsional, integral, diferensial atau gabungan
diantaranya [22].

Sinyal output U(t) kontroler tipe-PID diberikan persamaan
dalam model matematik domain waktu adalah :

1 ò d

U(t) = Kp [e(t)+ e(t)dt + t De(t)]

t dt

i

(3.52)
Dengan menggunakan Laplace didapatkan persamaan sinyal
kontrol U(s):

1

U (s) = Kp [E(s) + E(s) + t DsE(s)]

t s

i

(3.53)
Untuk t kontinyu (continuous) diberikan persamaan sinyal kontrol
U(t) :

413

U(t) = Kp e(t)+ Ki òe(t)dt + KD
de(t)]

dt

(3.54)
Untuk t diskrit (discrete) diberikan persamaan sinyal kontrol U(k) :

n KD

U (k ) = Kp e(k) + KTåe(i) + de(k)i si =1 Ts

(3.55)
Kp

Kp : merupakan gain proporsional, () = KI : gain kontrol integral,

t

i

KptD =KD : gain kontrol diferensial; ti , tD : konstanta waktu
masing-masing integral , diferensial, Ts: periode sampling, n : jumlah
sample.

Besarnya perubahan sinyal error (delta error) diberikan pendekatan
de(t):

D
de(t) = e(k ) -e(k-1)

(3.56)
Dari persamaan (3.53) dapat dibuat persamaan fungsi alih dari
kontroler PID :

Kp [tt Ds2 + t s + 1]

U(s) 1

= Kp [1 ++ t s] = ii

E(s) t sD t s

ii

(3.58)
E(s
Kp [tt s 2 + tis + 1]

iD

U(s)
t

is

Gambar 5.38 Diagram Blok Fungsi Alih Kontroler PID
standar [8, 22]

5.6 Aktuator
Aktuator berfungsi mengatur aliran energi kepada system yang
dikontrol. Alat ini disebut sebagai elemen pengontrol akhir ( final control
element). Yang termasuk actuator misalnya motor listrik, pompa,
pnematik, silinder hidraulik. Elemen kluaran ini harus mempunyai
kemampuan untuk menggerekan beban ke suatu nilai yang diinginkan.

5.6.1 Motor DC Magnet Permanen
Motor direct current ( DC) adalah peralatan elektromekanik dasar
yang berfungsi untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik
yang dirancang dan diperkenalkan oleh

Michael Faraday. Rangkaian ekivalen dari sebuah motor DC magnet
permanent dapat ditunjukan seperti dalam Gambar 5.1 berikut ini .

Gambar 5.39 : Rangkaian ekivalen motor DC magnet permanent

Notasi: Va= Tegangan armature, Ia=Arus motor, R=resistensi armatur,
L=Induktansi lilitan armatur,Vb=Tegangan induksi balik, r=Torsi motor,
?=Kecepatan putar motor, ?=Sudut putaran poros motor.

Persamaan tegangan Va adalah,

dIaVa = L + RIa + Kbw

dt

(5.1)
Dengan Kb adalah konstanta yang diukur dari tegangan yang dihasilkan
oleh motor ketika berputar setiap satuan keceptan (Volt.det/rad).
Magnitud dan polaritas Kb adalah fungsi dari kecepatan angular, ? dan
arah putar poros motor. Persamaan (5.1) dikenal sebagai persamaan DC
motor secara umum. Dalam domain waktu ditulis :

dI a (t)

Va (t)= L +RI a (t) + Vb (t) , dengan Vb = Kbq&(t)

dt

(5.2)
Sesuai dengan hokum Kirchoff, V= I.R atau I= V/R, dan dengan
menggunakan transformasi Laplace, persamaan arus motor dalam dapat
ditulis,

V (s) -sK q(s)
I = ab

aR + sL

(5.3)
dengan mensubstitusikan persamaan (5.3) ke dalam persamaan umum
torsi output motor, r(t)=KmIa(t), dengan Km adalah konstanta proporsional
torsi motor, dalam transformasi Laplace didapat,
éVa (s) -sKbq(s)ù

r (s) = KmIa (s) = Km

êú

ë R + sL û

(5.4)
dengan memperhatikan pesamaan tosi output motor ditinjau dari
pembebanan,

&& &

r(t) = J q (t) + f q(t) ,

eff eff

(5.5)
Jeff=Jm + JL, dimana Jm adalah momen inersia poros (rotor) motor, JL
adalah momen inersia beban pada poros motor, dan feff=fm + fL adalah
koefisien friksi viscous pada poros motor, fL adalah koefisien friksi viscous
pada beban di poros motor, maka transfer function tegangan armatur Va
terhadap pergerakan sudut motor ? dapat ditulis ,

q (s) Km

=

2

V (s) s[s JeffL + (Lfeff + RJ eff + KmKb )]

a

(5.6)
Persamaan (5.6) dapat ditulis dengan singkat,

q (s) KK

==

V (s) s[sRJ + Rfm
+ KK ] s(Ts +1)

a eff eff mb m

(5.7)

Km

dengan K = , konstanta penguatan motor (gain), dan

Rf + KK

eff mb

RJeff

Tm = , konstanta waktu motor.

Rf + K

eff m

N2

Jika motor menggunakan gearbox dengan rasio, n = maka

N1
persamaan (5.7) dapat ditulis,

qL (s) nKm

=

(5.8)
V (s) s[sRJ + Rf + K Kb ]

a eff eff m

dengan ?L adalah sudut poros output gearbox.

Dalam aplikasi jarang dijumpai atau diperoleh data-data
spesifikasi/ parameter motor secara lengkap. Produsen motor biasanya
hanya memberikan informasi dalam bentuk grafik antara torsi dengan
arus motor, torsi dengan tegangan, torsi dengan kecepatan (rpm).
Sehingga hampir tidak mungkin melakukan pemodelan motor secara
ideal dalam disain sistem kontrol otomasi industri. Akibatnya pada
kebanyakan proses disain banyak dilakukan asumsi-asumsi.

Jika motor DC dianggap linier, yaitu torsi berbanding lurus dengan
arus (motor ideal), maka model matematik dapat disederhanakan dengan
memperhatikan konstanta proporsional motor (Km) saja. Dengan asumsi
bahwa motor DC adalah dari jenis torsi motor dan inputnya
dipertimbangkan sebagai arus maka transfer function open loop dapat
digambarkan seperti Gambar 5.40 berikut.

Gambar 5.40: Transfer function open loop Torsi Motor DC

5.6.2 Motor DC Stepper
Prinsip kerja motor DC stepper sama dengan motor DC magnet
permanent, yaitu pembangkitan medan magnet untuk memperoleh gaya
tarik ataupun gaya lawan dengan menggunakan catu tegangan DC pada
lilitan / kumparannya. Motor DC magnet permanent menggunakan gaya
lawan untuk menolak atau mendorong fisik kutub magnet yang
dihasilkan, sedangkan pada motor DC stepper menggunakan gaya tarik
untuk menarik fisik kutub magnet yang berlawanan sedekat mungkin ke
posisi kutub magnet yang dihasilkan oleh kumparan. Gerakan motor DC
stepper terkendali, karena begitu kutub yang berlawanan tadi sudah tarik
menarik dalam posisi yang paling dekat, gerakan akan terhenti dan di
rem.

Lihat Gambar 5.41 dan 5.42 , jika kumparan mendapat tegangan
dengan analogi mendapat logika “1”, maka akan dibangkitkan kutub
magnet yang berlawanandengan kutub magnet tetap pada rotor.
Sehingga posisi kutub magnet rotor akan ditarik mendekati lilitan yang
menghasilkan kutub magnet berlawanan tadi. Jika langkah berikutnya,
lilitan yang bersebelahan diberi tegangan, sedang catu tegangan pada
lilitan sebelumnya dilepas, maka kutub magnet tetap pada rotor itu akan
berpindah posisi menuju kutub magnet lilitan yang dihasilkan. Berarti
telah terjadi gerakan 1 step. Jika langkah ini diulang terus-menerus,
dengan memberikan tegangan secara bergantian ke lilitan-lilitan yang
bersebelahan, maka rotor akan berputar.

Logika perputaran rotor tersebut dapat dianalogikan secara
langsung dengan data 0 atau 1 yang diberikan secara serentak terhadap
semua lilitan stator motor. Hal ini sangat memudahkan bagi system
designer dalam hal merancang putaran-putaran motor DC stepper secara
bebas dengan mengatur bit-bit pada data yang dikirimkan ke rangkaian
interface motor DC stepper tersebut.

Gambar 5.41:Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan full step

Gambar 5.42: Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan half step

Untuk motor DC stepper 4 fasa pada prinsipnya ada dua macam
cara kerja , yaitu full step dan half step. Lihat table 5.1. Penjabaran
formasi logika dalam table ini adalah untuk mewakili putaran penuh 360o
relatif terhadap fasa dari motor.
Motor DC stepper yang ada di pasaran sebagian besar melipatgandakan
jumlah kutub magnet kumparannya dengan memperbanyak kumparan
stator sejenis melingkar berurutan dalam konfigurasi penuh 360o riil
terhadap poros rotor (dengan jumlah fasa tetap). Kondisi ini dilakukan
untuk memperoleh efek riil putaran satu step yang lebih presisi, misalnya
3,6 o / step atau 1,8 o / step.

Untuk memperoleh efek cengkeraman yang lebih kuat, modus
data yang diberikan pada mode full wave dapat dimanipulasi dengan
memberikan double active bits pada setiap formasi (lihat table 5.2).
Dengan cara ini torsi yang dihasilkan akan lebih besar. Namun demikian,
penggunaan arus akan berlipat dua karena dalam satu saat yang
bersamaan dua lilitanmendapatkan arus kemudi. Dalam aplikasinya,
sumber daya yang tersedia perlu diperhatikan.

Tabel 5.8: Formasi tegangan / logika pada motor DC step

Step ke Full Step Half Step
1 1 0 0 0 1 0 0 0
2 0 1 0 0 1 1 0 0
3 0 0 1 0 0 1 0 0
4 0 0 0 1 0 0 1 0
5 Berulang ke step 1 0 0 1 0
6 0 0 1 1
7 0 0 0 1
8 1 0 1
Berulang ke step 1

Tabel 5.9: Formasi double active bit untuk mode putaran full step

Step ke Full Step
(double active bits)
1 1 1 0 0
2 0 1 1 0
3 0 0 1 1
4 1 0 0 1

Pada full step, suatu titik pada sebuah kutub magnet di rotor akan
kembali mendapat tarikan medan magnet stator pada lilitan yang sama
setelah step ke 4. berikutnya dapat diberikan lagi mulai dari step ke 1.
Untuk half step, setiap kutub magnet pada rotor akan kembali
mendapatkan tarikan dari medan magnet lilitan yang sama setelah step
ke 8. Berikutnya kembali mulai dari
step 1.

Dengan melihat bahwa pergerakan motor DC stepper adalah
berdasarkan perubahan logika pada input lilitan-lilitannya maka menjadi
mudah bagi programmer untuk mengubah-ubah arah gerakan dan
kedudukan rotor pada posisi yang akurat. Hal ini salah satu keuntungan
dari penggunaan motor DC stepper. Agar dapat membuat gerakan yang
lebih presisi, biasanya jumlah batang magnet di rotor diperbanyak dan
lilitan dibuat berpasang-pasangan sesuai dengan posisi kutub magnet
rotor. Cara lain adalah dengan menggunakan system gear pada poros
rotor tanpa mengubah karakteristik motor DC steppernya.

5.6.3 Motor DC brushless
Motor Dc brushless menggunakan pembangkitan medan magnet
stator untuk mengontrol geraknya, sedang medan magnet tetap berada di
rotor. Prinsip kerja motor Dc brushless mirip seperti motor AC asinkron.
Putaran diperoleh dari perbedaan kutub medan magnet yang dihasilkan
oleh fasa tegangan yang berbeda. Gambar 5.8 memperlihatkan diagram
skema dan prinsip kerja motor DC brushless.

Gambar 5.43: Diagram skema Motor DC brushless

Gambar 5.44:Motor DC brushless menggerakan baling-baling
pesawat

Sebuah motor DC brushless menggerakkan pesawat terbang
dengan sebuah mikro remote control, diperlihatkan pada Gambar 5.7,
motor DC brushless dihubungkan dengan sebuah mikroprosessor. Rotor
berisikan magnet yang melingkar mengelilingi lilitan pada stator.

Pada motor DC brushless, electromagnet tidak bergerak,
melainkan, magnet permanent yang berputar dan armature tetap diam.
Kondisi ini menimbulkan problem, bagaimana mentransfer arus ke
armatur yang bergerak. Untuk melaksanakan fungsi ini, system brush /
commutator dilengkapi oleh sebuah kontrol elektronik cerdas.

Gambar 5.45 Kutub pada stator motor DC brushless 2 fasa

Gambar 5.45 memperlihatkan kutub-kutub pada stator dari motor
DC brushless 2 fasa, rotornya telah dilepas. Konstruksi macam ini banyak
dijumpai sebagai fan / kipas pendingin personal komputer.

Sebuah contoh motor DC brushless yang menggunakan
rangkaian switching transistor untuk secara berurutan mengaktifkan
pembangkitan medan magnet dililitan, diperlihatkan pada Gambar 5.7 di
bawah ini.

Gambar 5.46:Rangkaian switching dalam sebuah motor DC
brushless

Keterangan:


Rangkaian pewaktu: terdiri dari rangkaian logika sekuensial yang
berfungsi memberikan sinyal aktif secara berurutan dengan

konfigurasi tertentu kepada input rangkaian switching (basis
transistor).


Rangkaian switching:terdiri dari 6 buah rangkaian transistor bipolar
atau komponen solid-state switching yang lain

Konstruksi motor: terdiri dari 3 buah lilitan di stator dalam konfigurasi
U, V dan W (membentuk sudut 120o satu sama lain.

Sensor dan piringan pengaktif: jika rotor berputar, piringan akan
menutupi cahaya yang menuju ke photo transistor tertentu. Prinsip ini
digunakan untuk memberikan umpan balik ke rangkaian pewaktu agar
mengaktifkan transistor-transistor tertentu dalam urutan dan arah
putar yang dikehendaki.
5.6.4 Motor DC Servo
Motor DC servo pada dasarnya adalah motor DC magnet
permanen dengan kualifikasi khusus yang sesuai dengan aplikasi
servoing di dalam teknik kontrol. Secara umum dapat didefenisikan
bahwa motor DC servo harus memiliki kemampuan yang baik dalam
mengatasi perubahan yang sangat cepat dalam hal posisi, kecepatan dan
akselerasi. Beberapa tipe motor DC servo yang dijual bersama dengan
paket rangkaian drivernya telah memiliki rangkaian control kecepatan
yang menyatu di dalamnya. Putaran motor tidak lagi berdasarkan
tegangan supply ke motor, namun berdasarkan tegangan input khusus
yang berfungsi sebagai referensi kecepatan output. Dalam blok diagram
dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 5.47 Blok diagram kontrol kecepatan motor DC servo

Gambar 5.47 jika digambar dalam rangkaian, dapat dinyatakan sebagai
berikut,

423

Gambar 5.48 Kontrol kecepatan motor DC servo

Dalam Gambar 5.9 nampak bahwa kecepatan putar motor tidak
diatur dari tegangan supply DC, namun melalui tegangan referensi yang
diartikan sebagai . Dalam beberapa tipe produk, nilai tegangan sebagai
ini mempunyai karakteristik yang linier terhadap .

5.6.5 Motor linier
Motor linier adalah adalah motor DC yang rotornya bergerak
secara translasi. Dengan demikian tidak ada bagian yang berputar pada
motor linier ini. Motor linier dirancang khusus untuk keperluan
permesinan atau manufacturing yang memiliki kepresisian sangat tinggi.
Misalnya mesin CNC ( Computer Numerical Control), EDM (Electric
Discharge Machine), dan sebagainya. Dengan menggunakan motor linier
tidak diperlukan lagi sistem gear dan perangkat transmisi daya lainnya.

Gambar 5.49 Motor linear buatan inteldrive

5.6.6 Pnematik
Istilah “pnema” berasal dari istilah yunani kuno, yang berarti
nafas atau tiupan. Pnematik adalah ilmu yang mempelajari gerakan atau
perpindahan udara dan gejala atau penomena udara.
Ciri-ciri perangkat system pnematik:


Sistem pengempaan, udara dihisap dari atmosphere dan kemudian
dikompresi.
· Udara hasil kempaan, suhunya harus didinginkan

Ekspansi udara diperbolehkan, dan melakukan kerja ketika
diperlukan.
· Udara hasil ekspansi kemudian dibuang lagi ke atmosphere.
5.6.6.1 Simbol-simbol
Biasanya pada suatu komponen pnematik selalu tertera symbol
daripada komponen tersebut. Pada setiap alat pnematik selalu terdapat
simbol disebelah kanan bawah daripada gambar bagian.

Tabel 5.10 Simbol-simbol pnematik

425

5.6.6.2 Rangkaian Waktu Tunda
Waktu tunda dalam rangkaian pnematik yaitu sela waktu antara operasi
katup dan gerakan piston. Waktu tunda dapat dilakukan dengan cara
menghubungkan seri katup kontrol aliran tidak langsung dengan sebuah
reservoir, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5.50.

Gambar 5.50 Rangkaian Waktu Tunda

Rangkaian waktu tunda akan bekerja :


Jika tombol tekan di katup 3/2 way ditekan, aliran udara dibatasi oleh
katup kontrol aliran tidak langsung dan perlahan-lahan masuk ke
dalam reservoir.

Tekanan terbentuk di dalam reservoir secara perlahan, menyebabkan
waktu tunda.

Ketika tekanan cukup tinggi, katup 5/2 way bekerja terjadi pelepasan
udara dan menyebabkan piston memukul ke luar.
Ketika tombol ditekan pada katup kedua 3/2 way (yang sebelah kanan),
akan menggerakan katup 5/2, terjadi pembuangan udara dan
menyebabkan piston memukul ke dalam.

5.6.6.3 Rangkaian Logika
Rangkaian logika pnematik adalah rangkaian yang sangat kompleks,
karena dikontrol lebih dari sebuah katup, dalam hubungan seri (rangkaian
AND) atau dalam hubungan parallel (rangkaian OR ).

5.6.6.3.1 Rangkaian AND
Sebuah rangkaian AND terdiri dari dua katup yang dihubungkan seri.
Pada Gambar 5.51 memperlihatkan dua buah katup 3/2 way (A dan B)
akan tertekan ketika piston silinder penggerak tunggal memukul ke luar.
Katu B akan kehilangan tekanan ketika katup A terbuka. Katup B
mengontrol tekanan silinder penggerak tunggal.

Gambar 5.51 Rangkaian AND-dua buah katup dihubungkan seri

5.6.6.4 Rangkaian OR
Sebuah rangkaian OR terdiri dari dua buah katup yang dihubungkan
parallel. Pada Gambar 5.52 memperlihatkan dua buah katup 3/2 way (A
dan B) mempunyai sebuah sumber tekanan, jika salah satu tertekan,
udara akan mengalir ke dalam silinder penggerak tunggal, dan
menyebabkan piston memukul keluar. Katup bola mengatur udara ke
silinder dan mencegah aliran udara keluar langsung ke pembuangan,
katup menjadi tidak aktif.

Gambar 5.52 Rangkaian OR-dua buah katup dihubungkan parallel

5.6.6.5 Kalkulasi
Gaya yang keluar dari silinder dapat dihitung dengan formula:

Gaya (F) = tekanan (p) x luas (A)

Gaya (F) satuannya Newtons (N)

tekanan (p) satuannya Newtons/mm² (N/mm² ).

luas (A) satuannya mm²

contoh, sebuah piston mempunyai radius 20mm, dan tekanan di dalam
silinder 4 bar maka :
tekanan 4 bar = 4/10 = 0,4 N/mm²
luas permukaan piston adalah :

3.14 x 20 x 20 = 1256mm²
Sehingga gaya (F) yang keluar dari silinder =0.4 x 1256 = 502.4N
5.6.6.6 Kontroler Pnematik
Pada Gambar 5.53 memperlihatkan pnematik diimplementasikan
sebagai kontroler jenis proporsional. Dari setiap perubahan sekecil
apapun pada Gambar 5.53, dapat dibuatkan diagram blok kontrolernya
seperti diperlihatkan pada Gambar 5.54.

Gambar 5.53 Kontroler proporsional pnematik

Gambar 5.54 Diagram blok kontroler

5.6.7 Dasar-dasar Hidrolika
Hidrolika adalah ilmu pemindahan gaya dan / atau gerak melalui
media cairan. Didalam perangkat hidrolika, tenaga dipindahkan oleh
dorongan cairan. Pada Gambar 5.55 diperlihatkan perangkat hidrolika
sederhana. Untuk mengoperasikan system tenaga-cairan, operator
seharusnya memiliki pengetahuan dasar daripada zat cair.

Gambar 5.55 Perangkat hidrolik sederhana

5.6.7.1 Sistem Dasar Hidrolika
5.6.7.1.1 Hidrolika Jack
Pada Gambar 5.56 , sebuah reservoir dan sebuah system katup
ditambahkan pada tuas hidrolika Pascal untuk mendesak silibder kecil
atau pompa secara terus-menerus and mengangkat piston besar atau
actuator pada setiap desakan. Diagram A memperlihatkan sebuah
desakan masuk. Katup cek saluran keluar tertutup dibawah tekanan
beban, dan katup cek saluran masuk terbuka, segingga cairan dari
reservoir mengisi ruang pompa. Diagram B memperlihatkan pompa
mendesak turun. Katup cek saluran masuk tertutup oleh tekanan dan
katup saluran keluar terbuka. Banyak cairan dipompa dibawah piston
besar hingga mengangkat piston tersebut. Pada beban yang rendah,
katup ketiga (needle valve) terbuka, maka terjadi area terbuka di bawah
piston besar hingga reservoir. Kemudian beban menekan piston turun
dan mendesak cairan masuk ke dalam reservoir.

Gambar 5.56 Hidrolika Jack

5.6.7.1.2 Sistem Motor Bolak-balik
Pada Gambar 5.57 memperlihatkan operasi pompa pengendalitenaga
sebuah motor berputar bolak-balik arah. Sebuah katup bolak-balik
mengarahkan cairan ke salah satu sisi daripada motor dan kembali ke
reservoir. Sebuah katup relief (pembebas) melindungi sistem perlawanan
kelebihan tekanan dan dapat mem-bypass pompa keluar menuju
reservoir, jika tekanan naik terlalu tinggi.

Gambar 5.57 Sistem Motor Bolak-balik

5.6.7.1.3 Hubungan Seri
Gambar 5.58 memperlihatkan sebuah hubungan seri sistem bukaterpusat
dengan. Oli dari sebuah pompa melewati tiga buah katup control
yang dihubungkan seri. Selesai dari katup pertama masuk ke katup
kedua, dan begitu seterusnya. Dalam keadaan netral, oli meninggalkan
katup-katup dan kembali ke reservoir, seperti yang ditunjukan anak
panah. Ketika katup kontrol dioperasikan, kedatangan oli dialihkan ke
silinder. Kembalinya oli dari silinder diarahkan melalui jalan balik dan
begitu pula pada katup berikutnya.

Gambar 5.58 Hubungan seri sistem buka-terpusat

5.6.7.1.4 Hubungan Seri / Paralel
Gambar 5.59 memperlihatkan variasi pada hubungan seri. Oli dari
pompa melewati katup kontrol dalam hubungan seri, sebagaimana dalam
hubungan parallel. Katup kadang-kadang disusun untuk memenuhi
lintasan tambahan. Dalam kondisi netral, cairan langsung melewati katupkatup
dalam hubungan seri,seperti yang ditunjukan anak panah. Ketika
tak satupun katup beroperasi, pembalik tertutup dan oli yang tersedia
menuju semua katup melalui hubungan parallel.

Gambar 5.59 Hubungan Seri / Paralel

Ketika dua katup atau lebih dioperasikan dengan serentak, silinder yang
membutuhkan tekanan paling kecil akan beroperasi pertama, kemudian
silinder dengan paling sedikit berikutnya, dan seterusnya. Kemampuan
untuk beroperasi dua katup atau lebih secara terus-menerus adalah
keuntungan daripada hubungan seri.

5.6.7.2 Sistem Elektro Hidrolika
Pada sistem ini kontrol yang dipakai adalah minyak tekan dan

dikontrol oleh elektrik (elektro hidrolika ). Gambar 5.60 memperlihatkan

salah satu contoh rangkaian elektro hidrolika.

Gambar 5.60 Rangkaian elektro hidrolika

5.6.7.3 Simbol – simbol Hidrolika
Sebagaimana system elektrik, pnematik yang memiliki simbolsimbol
komponen, demikian pula sistem hidrolika memiliki simbol-simbol
komponen untuk operasional di industri yang telah distandarisasikan.

Tabel 5.11 Simbol – simbol Katup Hidrolika

SIMBOL NAMA KATUP
2/n Way Valve, N/C
3/n Way Valve, N/C
4/n Way Valve, N/O
5/n Way Valve, N/C

4/2 Way Valve, N/O
4/2 Way Valve, N/O
4/3 Way Valve with bypass position, N/C bersirkulasi
4/3 Way Valve with bypass position, N/C bersirkulasi
4/3 Way Valve with floating position, N/C
4/3 Way Valve with floating position, N/C
4/3 Way Valve with shutoff position, N/C
4/3 Way Valve with shutoff position, N/C

Tabel 5.12 Simbol – simbol Pengaktifan Manual

Jenis Pengaktifan
Manual
Keterangan
Operasi handle
Operasi handle dengan pegas kembali
Tombol
Tombol dengan pegas kembali
Operasi tuas
Operasi tuas dengan pegas kembali

Pedal kaki
Pedal kaki dengan pegas kembali

Tabel 5.13: Simbol – simbol Pengaktifan Elektrik

Jenis Pengaktifan
Elektrik
Keterangan
Operasi degan solenoid
Operasi dengan tekanan hidrolik
Operasi degan tekanan hidrolik dan solenoid

Tabel 5.14: Simbol – simbol Aktuator Hidrolika

SIMBOL NAMA KOMPONEN
Silinder kerja ganda dengan batang piston
ganda dan memakai bantalan minyak ganda,
dapat diatur pada kedua sisi.
Silinder kerja ganda dengan bantalan minyak
ganda, dapat diatur pada kedua sisi.
Silinder kerja ganda.
Motor hidrolik.
Silinder kerja tunggal.

5.6.7.4 Kontroler Hidrolika
Servomotor hidrolika pada dasarnya adalah actuator dan penguat
daya hidrolika yan dikontrol katup pandu (pilot). Katup pandu adalah
katup berimbang, yaitu semua tekanan yang bekerja terhadapnya adalah
berimbang. Keluaran daya yang besar dapat dikontrol oleh katup pandu,
yang dapat diposisikan dengan daya yang kecil.

Perhatikan Gambar 5.61 jika masukan X menggerakkan katup
pandu ke kanan, maka port I terbuka, dan oli tekanan tinggi akan
memasuki sebelah sisi kanan torak daya. Karena port II dihubungkan
dengan port pembuangan, maka oli di sebelah kiri torak daya
dikembalikan ke pembuangan. Oli mengalir ke silinder daya pada
tekanan tinggi, oli mengalir ke luar dari silinder daya ke dalam
pembuangan pada tekanan rendah. Hasil dari perbedaan tekanan
tersebut pada kedua sisi, akan menyebabkan torak daya bergerak ke kiri.

Ar dy = q dt

(7-1)

A : luas permukaan torak
r : massa jenis oli
Di asumsikan laju arus oli q sebanding dengan perpindahan katup pandu
x, maka

q = K1x

(7-2)

K1: adalah konstanta

Dari persamaan (7-1) dan (7-2) diperoleh :

Dalam tranformasi Laplace ditulis:

ArY(s)= K1X(s)

atau

dengan K= K1/(Ar) , sehingga aksi servomotor pada Gambar 7.7 adalah
sebagai kontroler integrator.

Gambar 5.61 Servomotor hidrolika berfungsi sebagai kontroler integrator

Diatas telah dibahas bahwa servomotor pada Gambar 5.61 dapat
berfungsi sebagai kontroler integrator. Selain itu servomotor dapat
dimodifikasi menjadi kontroler proporsional dengan menggunakan
hubungan umpan balik, perhatikan Gambar 5.62, dan diagram bloknya
diperlihatkan pada Gambar 5.63.

Gambar 5.62 Servomotor hidrolika berfungsi sebagai kontroler
proporsional

Gambar 5.63 Diagram blok servomotor hidrolika sebagai kontroler
proporsional

Dasar Elektronika Daya

Dasar Elektronika Daya

4.1. Sejarah ELektronika daya

Bermula diperkenalkan penyearah busr mercuri 1900, metal tank,
grid-cotrolled vacum tube, ignitron, phanotron dan thyratron semua ini
untuk kontrol daya hingga tahun 1950. Tahun 1948 ditemukan transistor
silikon , kemudian tahun 1956 ditemukan transistor pnpn triggering yang
disebut dengan thyristor atau silicon controlled rectifier. Tahun 1958
dikembangkan thyristor komercial oleh general electric company.
Sehingga sampai sekarang pengembangannya baik komponennya
maupun aplikasinya sangat pesat.

4.2. Pengertian dan Prinsip kerja
Disiplin ilmu yang mempelajari penggunaan teknologi elektronika
dalam konversi energi (daya) elektrik.
Mengapa energi (daya) elektrik perlu dikonversikan?


Hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien atau tidak
bisa bekerja pada sumber energi (daya) elektrik yang tersedia.

Banyak pembangkit energi (daya) elektrik nonkonvensional
mempunyai bentuk yang tidak kompatibel dengan sumber energi
(daya) elektrik lainnya.
Selama produksi, jaringan dan distribusi energi listrik yang digunakan
secara umum baik tegangan satu phase dan tiga phase dapat konstan
dan frekwensinya bisa stabil (50Hz atau 60Hz) dan tidak perlu adanya
konversi bentuk tegangan, maka peralatan yang membutuhkan arus
listrik tidak perlu membutuhkan tambahan system untuk penstabilan atau
perubahan.
Penggunaan arus listrik pada peralatan industri banyak sekali yang harus
dikendalikan, misalkan kecepatan putaran motor dapat diatur atau yang
lainnya, maka perlu ada beberapa variable yang harus diatur (Tegangan
atau Frekwensi) dan perubahan bentuk tegangan (konversi). Hal ini
berlaku untuk tegangan satu atau tiga phase dan tegangan searah DC.

Gambar 4.1 Hubungan antara elektronika daya
terhadap daya, elektronik dan kontrol

Tugas dari elektronika daya adalah merubah bentuk sumber energi listrik
yang ada ke bentuk energi listrik yang diinginkan yang disesuaikan
dengan beban yang dipergunakan.

Penyearah

AC
Chopper

DC
AC Chopper
Chopper

Inverter

Gambar 4.2 Perubahan bentuk sumber energi listrik

Perbedaan dan perubahan energi listrik antara system tiga, satu phase
arus bolak balik dan arus searah telah diatur dan diformulasikan pada
DIN 41750.

a. Konverter AC ke DC (1 ? 2) Penyearah terkontrol
b. Konverter DC ke DC (2 ? 3). DC Chopper

c. Konverter DC ke AC (3 ? 4). Inverter
d. Konverter AC ke AC (4 ? 1). Kontroller tegangan AC (AC Chopper)
e. Konverter AC ke AC (4? 1). Kontroller tegangan AC (AC Chopper)
Gambar 4.3 Contoh aplikasi untuk elektronika daya

a) Teknik Penggerak


Pemberian sumber tegangan pada mesin motor tiga phase yang
variabelnya adalah tegangan dan frekwensi sehingga torsi dan
kecepatannya dapat diatur. (Contohnya motor listrik di kereta listrik,
motor pengatur posisi).

Pemberian sumber tegangan pada motor DC dengan variabel
tegangan pada ankernya dan lilitan. (Contohnya Motor pada kereta
listrik).
b) Sumber Tegangan


Catu daya ( Contoh pada Personal Komputer)
c) Kebutuhan Rumah


Pengatur terang redupnya lampu penerangan (Contoh dimmer
ruang lampu dekorasi)
d) Kendaraan berat


Pengapian elektronik

Pembangkit pulsa untuk pengerak servo


Penggerak stater generator

Konverter dari 12 Volt ke 24 Volt DC

Pengerak power string pada kemudi

Transmisi automatik
Sekarang setiap peralatan listrik modern dan mesin modern yang
menggunakan sumber listrik baik AC maupun DC selalu memerlukan
elektronika daya untuk pengoperasiannya.

Dasar membangun peralatan elektronika daya

Peralatan yang ada elektronika dayanya dapat digambarkan secara
umum ada tiga blok penting yaitu pada gambar dibawah

Bagian
Informasi
Bagian
Pengendali
Bagian
Daya
Besaran
Pengendali
Aliran
Energi

Gambar 4.4 Blok diagram dasar elektronika daya

1. Bagian Daya
Pada bagian daya berintefrensi langsung dengan aliran daya pada
sumber elektrik. Bagian ini terbuat dari sebuah rangkaian spesial yang
dapat sebagai penyearah, penyimpanan energi (C, L), Pengaman dan
filter).

2. Bagian Pengendali
Bagian pengendali melakukan pengendali signal yang akan diumpankan
pada bagian daya. Selah satu contohnya isi dari blok ini adalah signal
penguat depan, pembalik potensial dan pemantau kesalahan.

3. Bagian Informasi
Sering sekali bagian Daya dan bagian Pengendali dilengkapi dengan
bagian informasi, sehingga menjadi sebuah sistem pengendali dan
pengaturan (open loop control dan close loop control) salah satu contoh
pengaturan kecepatan motor listrik. Nilai besaran hasil koreksi eror
langsung diumpankan ke bagian pengendali.

4.3. Komponen Elektronika Daya
Dari kerugian daya pada dasarnya diperbolehkan terjadi sebagian kecil
terjadi pada semikonduktor pada saat posisi menahan arus listrik (off),
komponen daya ini pada saat posisi mengalirkan arus listrik (on)
langsung dengan aliran energi yang besar. Prinsip dasarnya seperti
saklar mekanik. Pada dasarnya komponen hanya boleh secara ideal
mengalirkan arus (U=0) dan pada saat menahan arus ideal (I=0).
Setiap kondisi kerja mengalirkan atau menahan dengan tegangan dan
arus yang tinggi, maka timbul gangguan panas pada komponen, yang
besarnya kerugian energi adalah (P= U * I ?0).
Saklar elektronik yang dilakukan oleh komponen elektronika daya secara
nyata terdiri dari tiga tipe yaitu:

4.3.1. Satu Katup yang tidak dapat dikendalikan (Dioda)
Dioda

Fungsi (Ideal)

- „ Membuka“ : iAK >0, uAK =0
- „ Menutup“ : iAK =0, uAK <0
Simbol

Gambar 4.5 Simbol Dioda
Data batas (Contoh)
URRM = 5000V, IN = 4000A fmax=50 Hz
URRM = 2000V, IN = 200A fmax=50 Hz

4.3.2. Pensaklaran Elektronik melalui sebuah Katup
Tipe komponen ini dapat disaklarkan hanya sambung dengan
mengendalikan elektroda katupnya (gate). Dia akan tetap menghantarkan
arus dari Anoda ke Katoda, jika arus pada katupnya diturunkan sampai
nol, maka aliran arus berhenti. Komponen tersebut adalah :

Gambar 4.6 Simbol pensaklaran sebuah katup

Thyristor

Fungsi secara ideal:

-„Terhubung“ arus akan mengalir dari anoda ke katoda melalui
pengendalian arus iG>0 pada kondisi uAK>0.

-„ Tertahan“ sumber arus tetap mengalir dari anoda ke katoda jika iG=0
dan selama iA>0.

-„ Terputus“ tidak ada arus yang mengalir dari anoda ke katoda, hal ini
akan terjadi, jika diset iG=0 dan iA=0. Sehingga arus dari anoda ke
katoda terputus iA=0.

Terputus arus yang mengalir dari anoda ke katoda melalui pengendalian
arus iG<0 iA>0 adalah tidak mungkin terjadi.

Gambar 4.7 Simbol Thyristor

Sifat-sifat (ideal):

-Pada saat menghantar : uAK = 0 ; iA>0
-Pada saat menutup : iA=0

Data batas (Contoh)

UDRM = 8200V, IN = 2400A fmax=50 Hz

UDRM = 2500V, IN = 2000A fmax=1,2 kHz

Triac

Thyristor atau SCR TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC,
hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate).
Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main
terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka
TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang
hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).
Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki, dua
diantaranya terminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal Gate

(G) : Gambar dibawah memperlihatkan struktur dalam pada TRIAC :
Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya
TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC
digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai
kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis
TRIAC, Low-Current dan Medium-Current.
Data batas (Contoh)

UDRM = 800V, IN = 8A fmax=50 Hz

UDRM = 1000V, IN = 40A fmax=50 Hz

Gambar 4.8 Simbol Triac

4.3.3. Pensaklaran Elektronik hubung dan putus melalui sebuah
katup.
Tipe komponen ini adalah pengendalian elektrodenya dapat
menghantarkan dan menyetop arus yang mengalir.

Sebagai bukti: kedua pengendalian ini dapat dilihat dari bentuk
simbolnya.

Gambar 4.9 Simbol pensaklaran dua katup
Komponen komponen tersebut yaitu:

Power MOSFET (n- Kanal)

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
uGS>0 ?iD>0, uDS=0

-Pada saat menutup:
uGS<0 ?iD=0

Gambar 4.10 Simbol Power Mosfet (n-Kanal)

Data batas (Contoh):
uDS max = 1000V, iDN =30A , fmax =100kHz
uDS max = 200V, iDN =100A , fmax =50kHz

IGBT

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
uGE>0 ?iC>0, uCE=0

-Pada saat menutup:
uGE<0 ?iC=0

Data batas (Contoh):
UCE max = 1700V, iCN =440A , fmax =20kHz

Gambar 4.11 Simbol IGBT

Transistor Daya Bipolar (BJT)

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
iB>0 ?iC>0, uCE=0

-Pada saat menutup:
iB=0 ?iC=0

Data batas (Contoh):
UCE max = 1400V, iCN =1000A , fmax =5kHz
UCE max = 1000V, iCN =100A , fmax =50kHz

Gambar 4.12 Simbol Transistor Daya Bipolar (BJT)

GTO- Thyristor

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
IG>0 ?iA>0, uAK=0

-Pada saat menutup:
IG=0 ?iA=0

Data batas (Contoh):
UAK max = 4500V, iN =4000A , fmax =1..2kHz
UAK max = 6500V, iN =1500A , fmax =1..2kHz

Komponen ini jika dibandingkan dengan IGBT dan MOSFET untuk
dayanya jelas lebih tinggi hanya frekwensi kerjanya sedikit lebih rendah.
Komponen ini dipergunakan pada rangkaian kereta api listrik dan
penggerak mesin motor yang besar.

4.3.4. Perbandingan kinerja dari MOSFET, IGBT dan BJT.
Transistor IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) adalah piranti
semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah transistor bipolar
(BJT) dan sebuah transistor efek medan (MOSFET) Input dari IGBT
adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari
MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus
drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena
besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal input IGBT hanya
akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain
sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukuo besar untuk membuat
BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen
tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah
sakelar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di
pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang
dikendalikannya. Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya
(power electronics) dewasa ini adalah sakelar zat padat (solid-state
switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti
transistor bipolar (BJT), transistor efek medan (MOSFET), maupun
Thyristor. Sebuah sakelar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan
mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1). Pada saat keadaan tidak menghantar (OFF), sakelar mempunyai
tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata
lain, nilai arus bocor struktur sakelar sangat kecil

2). Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (ON), sakelar
mempunyai tahanan menghantar (R_on) yang sekecil mungkin. Ini akan
membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga
sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power
dissipation) yang terjadi, dan

3). Kecepatan pensakelaran (switching speed) yang tinggi.

Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis
peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan
semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor
yang sangat kecil. Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET,
karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada
keadaan menghantar (ON) dapat dibuat sekecil mungkin dengan
membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).

Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching,
MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja
berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada
MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas
pada saat proses pensakelaran, yang cenderung memperlamnat proses
pensakelaran tersebut. Sejak tahun 1980-an telah muncul jenis divais
baru sebagai komponen sakelar untuk aplikasi elektronika daya yang
disebut sebagai Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Sesuai dengan
yang tercermin dari namanya, divais baru ini merupakan divais yang
menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor
tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai
sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis
transistor tersebut. Terminal gate dari IGBT, sebagai terminal kendali
juga mempunyai struktur bahan penyekat (insulator) sebagaimana pada
MOSFET. Dengan demikian, terminal masukan IGBT mempunyai nilai
impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian
pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan
menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali (controller) dan
penggerak (driver) dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensakelaran
IGBT juga lebih tinggi dibandingkan divais BJT, meskipun lebih rendah
dari divais MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT
mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitter)
BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai tahanan
menghantar (R_on) dari IGBT sangat kecil, menyerupai R_on pada BJT.
Dengan demikian bilai tegangan jatuh serta lesapan dayanya pada saat
keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan
sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan amper,
tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk
aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).

4.3.5. Bentuk Komponen
Sekarang semikonduktor dengan daya yang tinggi mempunyai bentuk
yang standart. Bagi komponen yang daya tinggi sekali selalu mempunyai
pendingin Untuk mentransfer disipasi panasnya sehingga tidak banyak
kerugian daya.Contoh bentuknya dapat dilihat pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Bentuk komponen elektronika daya

Ada yang telah dibuat beberapa komponen yang berbentuk modul yang
sudah tersambung satu sama lainnya, ada yang dua komponen ada yang
lebih, sebagai contohnya:

Gambar 4.14 Bentuk komponen elektronika daya berbentuk modul

Untuk komponen yang sebagai pemicu untuk mengendalikan
elektrodenya atau gatenya telah tersedia, yang kadang ada yang
sekaligus dua kanal untuk mentrigernya. Contoh bentuknya dapat dilihat
pada gambar 4.15.

Gambar 4.15 Komponen pemicu elektroda atau gate

4.4. Contoh rangkaian elektronika daya
4.4.1. Konverter AC ke AC dengan Pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.16 Blok diagram converter AC ke AC

Sumber arus balak balik yang sebagai sumber yaitu tegangan dan
frekwensinya harus konstan dan yang terpakai pada tegangan beban
dapat dirubah antara 0 = URL = US. Tingginya tegangan pada beban dapat
diatur dengan tegangan kedali.

Contoh Pemakaian:
Dimmer, yaitu pengaturan terang gelapnya lamp
Mengendalikan kecepatan motor universal yang daya kecil.

Pengendalian
Arus bolak balik
Alat
kendali
Gambar 4.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC
Catatan:
Pada daya yang kecil dapat diganti pada dua Thyristor diganti dengan
Triac.

Tegangan sumber uS dapat dihantarkan pada kedua katup 1 dan katup 2.
Untuk katup 1 mengalirkan arus positip dan katup 2 mengalirkan arus
negative ke beban iRL.
Harga tegangan efektif pada beban dapat dirubah melalui pengaturan
tegangan pada katup 1 dan katup 2 dengan cara setiap setengah
gelombang ada penundaan.
Hasil penundaan waktu yang dapat dikatakan sudut gelombangnya yang
terpotong, maka sering juga disebut penundaan sudut a (0 =a = p),
pengendalian ini disebut pengendalian phase, kerena simetris antara
gelombang positif dan negatifnya (a1 = a2).
Untuk tegangan keluaran pada beban akan maksimal uRL= uS jika diatur
sudut a1= a2 = 0.

Gambar 4.18 Penundaan waktu pada tegangan uS danuRL

Dua thyristor atau Triac harus ditriger setelah zero crossing agar
tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja Triac ketika
ada arus gate.

4.4.2. Penyearah dengan pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.19 Blok diagram converter AC ke DC (Penyearah)
Berdasarkan semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan
keluarannya, penyearah satu atau tiga-fasa dapat diklasifikasikan
menjadi :

• Penyerah tak terkendali.
• Penyearah terkendali.

Umumnya semikonduktor penyearah terkendali menggunakan bahan
semikonduktor berupa thyristor, atau menggunakan thyristor dan dioda
secara bersamaan.
Berdasarkan bahan semikonduktar yang digunakan dan sistem
kendalinnya penyearah satu atau tiga-fasa terkendali umumnya dapat
dibedakan menjadi :

• Half wave Rectifiers
• Full wave Rectifiers-Full Controller
• Full wave Rectifiers-Semi Controller
Hal-hal yang menjadi masalah dalam teknik penyerahan antara lain
adalah trafo penyearahan, gangguan-gangguan tegangan lebih atau arus
lebih yang membahayakan dioda / thyristor, keperluan daya buta untuk
beban penyearahan, harmonisa yang timbul akibat gelombang non sinus
serta sirkit elektronik pengatur penyalaan

Kebutuhan arus searah dapat dibangun dengan sumber arus tiga phase
yang nantinya akan dihasilkan tegangan Ud searah yang lebih baik juga
arusnya Id.
Besarnya tegangan searah tergantung dari besarnya tegangan
pengendali uST untuk mendapatkan besaran antara 0 = Ud = Udmax..
Pengendalian ini dilakukan pada katup dari thyristor.

Contoh Pemakaian:

Dalam aplikasinya, sirkit-sirkit penyearahan biasanya dilengkapi dengan
sirkit. pengatur tambahan seperti pengatur tegangan pembatas arus danlain-
lain sesuai dengan jenis pemakaiannya. Bidang gerak teknik
penyearahan meliputi sistem-sistem pengatur putaran mesin DC pada
mesin cetak kertas, tekstil, mesin las DC, pengisi baterai,sampai pada
pengatur tegangan konstan generator sinkron (AVR).

Pemberian sumber tegangan pada Motor DC dengan jala jala 3 phase
dan thyristor.

Gambar 4.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali (M3C)

Akibat dari penyulutan pada katup 1, 2 dan 3 dapat dihasilkan tegangan
searah dari tegangan antar phase dengan netral uS1, uS2 dan uS3 dari
sumber arus listrik 3 phase.
Keinginan dari harga aritmatik tegangan keluaran Ud mudah sekali untuk
tercapai dengan pengendalian penundaan sudut.
Tegangan keluaran pada penyearah memungkinkan mendapatkan
tegangan yang maksimal jika sudut penyulutan a = 0.

Gambar 4.21 Penyulutan sudut 0o

Penundaan penyulutan pada Thyristor (a > 0) mengakibatkan
menurunkan tegangan searah pada keluaraannya.

Gambar 4.22 Penyulutan sudut 30o

Pada penyulutan dengan sudut a =90o besar tegangan searah yang
dihasilkan adalah nol (Ud= 0 V).

Gambar 4.23 Penyulutan sudut 90o

Energi yang dikirim pada tegangan keluaran dapat berubah kutupnya, jika
besarnya sudut penyulutan melebihi 90o ( Ud<0 dan Id>0)

Gambar 4.24 Penyulutan sudut 120o

Hasil besar tegangan pada outputnya akan minus terhadap titik nol, jika
penyulutan sudutnya melebihi >90o.

Sering dalam aplikasi sumber arus mengunakan system perubahan
polaritas, suatu contoh pada mesin motor DC yang putarannya dibuat
suatu saat kekanan atau kekiri. Maka rangkaian dasarnya adalah
sebagai berikut:

Gambar 4.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali (M6C)

Ada sebuah bentuk lagi yang menghasilkan tegangan outputnya ganda,
yang berarti tidak hanya pulsa positifnya saja yang disearahkan tetapi
juga yang pulsa negatif, sehingga hasil tegangan outputnya lebih besar
dan tegangan ripplenya lebih kecil. Bentuk ini sering disebut penyearah
terkontrol jembatan tiga phase

Gambar 4.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali (B6C)

4.4.3. Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter)
Tipe peralihan dari tegangan DC ke DC atau dikenal juga dengan
sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan
keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada
beban.

Gambar 4.27 Blok diagram konverter DC ke DC (DC Chopper)
Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber
daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada
dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah
dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi
keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang
digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain
adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor,
MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari
DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang
dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan
dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

Prinsip dasar Pengubah DC-DC Tipe Peralihan

Untuk lebih memahami keuntungan dari tipe peralihan, kita lihat kembali
prinsip pengubahan daya DC-DC seperti terlihat pada contoh gambar
dibawah:

Gambar 4.28 Rangkaian Konverter DC ke DC (DC Chopper)
Pada gambar rangkaian ada sebuah katup V yang mengalirkan dan
menyumbat arus yang mengalir, sehingga mempengaruhi besar
tegangan pada beban.

1. Katup V menutup, kondisinya arus mengalir :

uv = Uo
Diode DF menutup tidak ada arus yang lewat karena katoda lebih positif
dari pada anoda, tetapi arus iv mengalir naik ke beban dengan konstanta

L

waktu T = . Sehingga arus maksimum yang terjadi secara exponensial

R
U0

adalah: ivmak=

R

Gambar 4.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup

2. Katup V membuka, kondisi arus tertahan
Setelah katup dibuka, arus mengalir iv dari pembuangan dari induktor,
sehingga ada komutasi arus dari anoda ke katoda (Dioda DF)
uv= 0

Gambar 4.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka
Arus pada beban iv dihasilkan secara exponensial adalah nol.
Dalam satu periode terjadi tutup bukanya sebuah katup seperti saklar,
pada beban terjadi potensial tegangan Uv dan memungkin arus yang
mengalir iv pada beban. Dari terjadi perubahan tutup dan buka ada
perbedaan arus terhadap waktu ? iv. Sehingga divisualisasikan dengan
bentuk gelombang kotak (pulsa), dengan notasi frekwensi fp atau dirubah
dengan fungsi waktu Tp. Sedangkan untuk periode positif adalah Tg dan
periode pulsa negatif To. Sehingga tegangan output persamaannya dapat
dituliskan sebagai berikut:

TT

U =g ·U = g ·U atau

v oo

T + TT

go p

U Tg Tg

v

==

UT + TT

o go p
Salah satu contoh gambar dibawah adalah bentuk gelombang pada
tegangan dan arus pada beban terhadap waktu dengan Tg=0,75 Tp

Gambar 4.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban
Untuk signal kendali ada beberapa cara memodulasi signalnya yaitu:


Pulse wave modulation (PWM)
Tp konstan, Tg variable

1

Sangat lebar jarak pulsa, contoh : = f = 16kHz

T PWM
p


Pengendali Pulsa
Tg atau To konstan, Tp variable (jarang digunakan)

Dua titik Pengaturan
?i konstan, Tp variable, system ini sering dipakai pada pengaturan

4.4.4. Pengubah daya DC ke AC satu fase (Konverter DC to AC)
Dengan beban tahanan murni atau induktif sebuah konverter harus
menghasilkan tegangan output dan frekwensi yang konstan

Gambar 4.32 Blok diagram konverter DC ke AC

Salah satu aplikasinya adalah pada elektro lokomotip yang modern atau
pengendalian Mesin Motor.

Gambar 4.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan model
jembatan

Dari rangkaian diatas ada empat thyristor mempunyai masing-masing
satu katup V1, V2, V3 dan V4. Setiap katup dapat dikendalikan buka
tutupnya. Sehingga didapatkan tiga macam besarnya tegangan keluaran

antara lain:
1. V1 dan V2 menghantar, V3 dan V4 menutup
vu oU=
Arus pada beban iv naik ekponensial dengan konstanta waktu T =
R
L
dan hasilnya adalah
R
Uo

Gambar 4.34 Katup V1 dan V2 menghantar dan V3 dan V4 menutup

2. V3 dan V4 menghantar, V1 dan V2 menutup
uv =-Uo

Arus pada beban naik eksponensial tetapi dengan polaritas negatif

Uo

adalah

R

Gambar 4.35 Katup V3 dan V4 menghantar dan V1 dan V2 menutup

3. V1 dan V3 menghantar, V2 dan V4 menutup
uv= 0

Arus pada beban mempunyai nilai nol.

Gambar 4.36 Katup V1 dan V3 menghantar dan V2 dan V4 menutup

4. V2 dan V4 menghantar dan V1 dan V3 menutup
uv= 0

Identis dengan pada nomer 3

Jika langkah 1, 2, 3 dan 4 bergantian dan dengan kendali pulsa pada
katupnya, maka akan terjadi pada beban sebuah tegangan dan

L

mempunyai kontanta waktu T = . Dibawah ini salah satu contoh hasil

R

tegangan keluran uv dengan kendali PWM.

Gambar 4.37 Bentuk tegangan keluaran

Pada system konverter DC ke AC yang menghasilkan tegangan tiga
phase, prinsipnya sama dengan satu phase langkah prosesnya, tetapi
terdiri tiga kolompok kombinasi katup pada thyristor. Bisa dilihat pada
gambar dibawah ini.

Gambar 4.38 Rangkaian DC ke AC tiga phase

4.4.5. Pengubah daya AC ke AC (Konverter AC ke AC)
Pada sistim pengubah ini merupakan gabungan dari pengubah daya dari
AC ke DC (penyearah) dan Pengubah daya dari DC ke AC. Sehingga
dapat digambarkan seperti dibawah ini:

Gambar 4.39 Blok diagram konverter AC ke AC

Dasar Teknik Digital

Dasar Teknik Digital

3.1
Aljabar boolean
Rangkaian digital memliki dua tingkatan diskrit. Salah satu contoh
termudahnya adalah saklar dengan dua macam kemungkinan yaitu buka
dan tutup. Aljabar Boolean adalah rumusan matematika untuk
menjelaskan hubungan logika antara fungsi pensaklaran digital. Aljabar
boolean meiliki dasar dua macam nilai logika. Hanya bilangan biner yang
terdiri dari angka 0 dan 1 maupun pernyataan rendah dan tinggi.

3.2
Operasi logika dasar AND, OR dan NOT
Suatu fungsi logika atau operasi logika yang dimaksud dalam aljabar
Boolean adalah suatu kombinasi variable biner seperti misalnya pada
masukan dan keluaran dari suatu rangkaian digital yang dapat
ditunjukkan bahwa di dalam aljabar Boolean semua hubungan logika
antara variable variable biner dapat dijelaskan oleh tiga operasi logika
dasar yaitu :
-Operasi NOT (negation)
-Operasi AND (conjuction)
-Operasi OR (disconjuction

Operasi operasi tersebut dijelaskan dalam tiga bentuk yaitu :

1.
Tabel fungsi (tablel kebenaran) yang menunjukkan keadaan
semua variabel masukan dan keluaran untuk setiap kemungkinan.
2.
Simbol rangkaian untuk menjelaskan rangkaian digital.
3.
Persamaan fungsi.
3.2.1
Operasi logika NOT
Fungsi NOT adalah membalik sebuah variable biner, misalnya jika
masukannya adalah 0 maka keluarannya adalah 1. Gambar 3.1.
memperlihatkan 3 macam bentuk penggambaran fungsi operasi NOT.

Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x y
1 0
0 1

y = x

1
y

x

ab
c

Gambar 3.1 Operasi NOT

3.2.2 Operasi logika AND
Operasi AND menghubungkan paling sedikit dua masukan variable dan
dapat lebih variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu
variabel keluaran y. Variabel keluaran akan berlogika 1 hanya jika semua
masukannya x0, x1 sampai xn dalam keadaan 1.
Gambar 3.2. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika AND.

Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x1 x0 y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

&
y = x0 Ù x1

x0

y

x

1

c

a

b

Gambar 3.2 Operasi AND

3.2.3 Operasi logika OR
Operasi OR juga menghubungkan paling sedikit dua masukan variable
dan dapat lebih variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu
variabel keluaran y.
Variabel keluaran akan berlogika 0 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 0.
Gambar 3.3. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika OR.

Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x1 x0 y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

>_ 1
y = x0 Ú x1

x0

y

x

1

c

a

b
Gambar 3.3 Operasi OR

3.3 Operasi logika kombinasi NAND, NOR dan Exclusive OR
3.3.1. Operasi logika NAND
Operasi NAND merupakan kombinasi dua buah operasi logika dasar
AND dan NOT. Masukan paling sedikit dua variable, dan dapat lebih
variabel masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu variabel keluaran

y.
Variabel keluaran akan berlogika 0 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 1.
Gambar 3.4. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika NAND.
Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x1 x0 y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

x0

&
y = Ù

y xx

01

x

1

c

a

b

Gambar 3.4 Operasi NAND

3.3.2. Operasi logika NOR
Operasi NOR merupakan kombinasi dua buah operasi logika dasar OR
dan NOT. Masukan paling sedikit dua variable, dan dapat lebih variabel
masukannnya mulai x0, x1 sampai xn dan satu variabel keluaran y.
Variabel keluaran akan berlogika 1 hanya jika semua masukannya x0, x1
sampai xn dalam keadaan 0.
Gambar 3.5. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika NOR.

Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x1 x0 y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

x0

1>_
y = Ú

y xx

01

x

1

c

a

b
Gambar 3.5. Operasi NOR

3.3.3. Operasi logika Exclusive OR
Operasi Excclusive OR biasanya disebut dengan EXOR menghubungkan
dua masukan variable x0 dan x1 serta memiliki satu variabel keluaran y.

Gambar 3.6. Menggambarkan 3 macam penggambaran fungsi operasi
logika Excclusive OR x0 dan x1

Tabel kebenaran Simbol rangkaian Persamaan fungsi

x1 x0 y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

=1
y = x0 ” x1

x0

y

x

1

c
a

b
Gambar 3.6. Operasi EXOR

Tabel kebenaran memprlihatkan bahwa ketika x0 dan x1 = 0 atau ketika
ketika x0 dan x1 = 1, keluaran y akan berlogika 0. Variabel keluaran akan
berlogika 1 hanya jika kondisi logika kedua masukannya x0 dan x1
berbeda.
Pada prakteknya, sebuah operasi EXOR dapat dibangun dari operasi
logika AND, OR dan NOT seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.7.

x
x
0
1
1
1
&
&
1 y>_
Gambar 3.7. Operasi EXOR yang dibangun dari operasi logika dasar.

Pada Gambar 3.8. suatu operasi EXOR dapat dihubungkan bertingkat
(kaskade) sehingga secara keseluruhan operasi EXOR tersebut menjadi
memiliki tiga variable masukan x0 , x1 dan x2 serta sebuah variable
keluaran y.
Perilaku EXOR dengan tiga masukan tersebut ditunjukkan oleh table
kebenaran di bawah ini.

Tabel kebenaran EXOR dihungkan secara kaskade

x0
x

1
x2

x2 x1 x0 y
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

=1 y=1
a

b
Gambar 3.8. EXOR dengan tiga masukan

3.4. Multiplekser
Multiplekser adalah suatu rangkaian logika yang memiliki banyak
masukan dan satu keluaran. Fungsinya adalah seprti saklar pilih yang
dapat dikontrol. Keluaran bergantung dari sinyal kontrol Si, dan hanya
satu dari masukan Xi
yang tersambung ke keluaran. Dimana sinyal
masukan yang terdiri dari lebih dari satu jalur diproses sehingga
didapatkan satu keluaran.
Jika multiplexer memiliki 4 masukan x0, x1, x2 dan x3 maka sinyal kontrol
yang diperlukan sebanyak dua masukan s0 dan s1 sehingga secara
keseluruhan semua masukan multiplexer berjumlah 6 masukan.

Tabel kebenaran Diagram blok

Kontrol masukan Keluaran
S1 S0 y
0 0 x0
0 1 x1
1 0 x2
1 1 x3

Data masukan

x0

Keluaran

x1

y

x2
x3

s1 s0
Kontrol masukan

a

b
Gambar 3.9. Multiplexer dengan empat masukan

3.5. Dekoder
Dekoder adalah suatu rangkaian logika yang memiliki sedikit masukan
dan banyak keluaran.

Tabel kebenaran Diagram blok

x2 x1 x0 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1

y0
y1
x0

Dekoder
y2
y3

x

1
y4

x2
y5
y 6
y7

a

b
Gambar 1.10. Dekoder tiga masukan delapan keluaran

Dekoder pada Gambar 3.10. memiliki tiga masukan x0, x1 dan x2 dan
delapan keluaran ( y0 – y7 ). Bergantung dari kombinasi masukan.
Keluaran akan berganti ke 0 maupun 1.
Kombinasi masukan dan keluaran yang dikeluarkan bergantung dari jenis
atau tipe dekoder yang digunakan.
Dari tabel Gambar 1.10.a, kita ambil contoh pada keluaran y6 menjadi 1
ketika input x0 = 0, x1= 1, dan x2 = 1.
Pada prakteknya, dekoder yang paling banyak dipergunakan adalah yang
keluarannya dibalik.
Rumus umum dekoder adalah memiliki n maukan dan 2 pangkat n
keluaran.

3.6. Flip-flop
3.6.1. RS Flip-flop
Flip-flop adalah suatu rangkaian bistabil dengan triger yang dapat
menghasilkan kondisi logika 0 dan 1 pada keluarannya. Keadaan dapat
dipengaruhi oleh satu atau kedua masukannya. Tidak seperti fungsi
gerbang logika dasar dan kombinasi, keluaran suatu flip-flop sering
tergantung pada keadaan sebelumnya. Kondisi tersebut dapat pula
menyebabkan keluaran tidak berubah atau dengan kata lain terjadi
kondisi memory. Oleh sebab itu flip-flop dipergunakan sebagai elemen
memory.

Rangkaian flip-flop yang paling sederhana adalah RS Flip-flop yang
memiliki dua masukan yaitu R = Reset dan S = Set serta dua keluaran Q

dan Q.
Tabel kebenaran Simbol

S R Q Q
0 0 Tidak berubah
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Tidak tentu

S

Q
Q

R

a

b
Gambar 3.11. RS Flip-flop

Sesuai dengan namanya, keluaran flip flop Q = 1 dan Q = 0 pada saat S
= 1 dan R = 0,dan reset ketika S = 0 dan R = 1 akan menghasilkan
keluaran Q = 0 dan Q = 1. Kondisi tersebut adalah kondisi satbbil dari RS
flip-flop.
Ketika kedua masukan R dan S berlogika 0, keluaran flip-flop tidak
berubah tetap seperti pada kondisi sebelumnya. Tetapi ketika kedua
masukan R dan S berlogika 1 maka keluaran flip-flop tidak dapat
diramalkan karena kondisinya tidak tentu tergantung pada toleransi
komponen dan tunda waktu temporal dan lain sebagainya dan kondisi
tersebut dapat diabaikan.
Pada prakteknya sebuah RS Flip-flop dapat dibangun dari rangkaian dua
buah gerbang AND yang saling dihubungkan silang seperti ditunjukan
pada Gambar 3.12.

Tabel kebenaran Rangkaian RS Flip flop

S R Q Q
0 0 Tidak tentu
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Tidak berubah

a

&S Q
R
& Q
b
Gambar 3.12. Rangkaian RS Flip-flop dengan gerbang NAND

Berbeda dengan flip flop dengan Gambar 3.11, keluaran dari flip-flop
adalah kebalikan dari flip-flop tersebut. Hal ini dapat dilihat dari adanya
garis di atas variabel inputnya.
Lebih lanjut tipe yang sangat penting dari flip-flop adalah master slave
flip-flop atau disebut juga dua memory yang pada dasarnya dibangun dari
dua flip-flop yang terhubung secara seri. Jalur kontrol dapat diatur dari

sebuah clock melalui penambahan sebuah gerbang NAND. Gambar
rangkaian dasrnya ditunjukkan dalam Gambar 3.13.

&
S
Q
R
& Q
&
&
&
&
&
&
&Clock
Master
Flip flop
Kontrol
Clock I
Kontrol
Clock II
Slave
Flip flop
Gambar 3.13. Master-Slave Flip-flop menggunakan NAND

Pertama kita lihat pada master flip-flop. Jika masukan clock adalah 0
kedua keluaran dari kontrol clock I adalah 1. Ini artinya bahwa suatu
perubahan keadaan pada masukan S dan R tidak berpengaruh pada
master flip-flop. Flip flop tersebut mempertahankan keadaan. Di sisi lain
jika masukan clock adalah 1 maka keadaan dari S dan R menentukan
keadaan master flip-flop.
Slave flip flop memperlihatkan perilaku yang sama. Kadang kontrol clock
adalah dibalik oleh sebuah inverter. Ini artinya bahwa clock 1 dari master
flip flop menjadi 0 pada slve flip flop.
Operasi flip-flop ini dijelaskan lebih mudah dari sekuensial temporal dari
pulsa clock seperti ditunjukan oleh Gambar 3.14.

V clock

t
1
0
tt tt

12 34

Gambar 3.14. Sekuensial temporal untuk master slave flip flop

t1 :
Ketika pulsa clock muncul dari 0 ke 1 terjadi toleransi daerah 0 ke
arah 1 keluaran clock terbalik ke 0. Misalnya keluaran slave flip flop
akan off dan mempertahankan kondisi.

t2 :
Ketika pulsa clock muncul dari 0 ke 1 mencapai batas terendah dari
toleransi daerah 1 masukan dari master flip flop adalah dapat
diatur, misalnya master flip flop dipengaruhi oleh masukan R dan S.

t3 :
Ketika pulsa clock turun dari 1 ke 0 terjadi toleransi daerah 1 ke
arah 0 masukan master flip flop kembali ditahan. Mmisalnya master
flip flop menghasilkan keadaan baru.

T4 :
Ketika pulsa clock turun dari 1 ke 0 mencapai batas tertinggi dari
toleransi daerah 0 masukan dari master flip flop adalah dapat
diatur, misalnya master flip flop dipengaruhi oleh masukan R dan S.

Hasilnya bahwa pengaruh masukan R dan S terjadi pada interval t1
sampai t2 data dikirim ke flip flop dan pada saat t4 baru data dikirim ke
keluaran. Selama masukan clock 0 data tersimpan di dalam flip flop.

3.6.2. JK Flip-flop
Pengembangan master slave flip flop pada prakteknya yang terpenting
adalah Master slave JK flip flop yang dibangun dengan menyambungkan
keluaran ke masukan gerbang seperti diperlihatkan Gambar 41.15.

&
J
Q
K
& Q
&
&
&
&
&
&
&Clock
Gambar 3.15. Rangkaian JK Flip flop menggunakan NAND

Tabel Kebenaran Simbol

tn tn+1
K J Q Q
0 0 Q Q
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 Q Q

J

Q
Clock
K

Q

a

b
Gambar 3.16. Tabel kebenaran dan symbol JK Flip flop

Keadaan masukan J = 1 dan K = 0 menghasilkan keluaran Q = 1 dan Q
= 0 setalh pulsa clock. Untuk J = K = 1 keluaran akan selalu berubah
setiap kali pulsa clock diberikan.

Clock

t0
1
Q

t0
1
Q

t0
1
Gambar 3.17. Diagram pulsa JK flip flop ketika masukan J = K = 1

3.6.3. D Flip-flop
Suatu flip-flop yang mirip JK Master lve flip-flop untuk J = K = 1 adalah
dikenal dengan nama D flip-flop. Versi yang paling banyak dipergunakan
dalam praktek diperlihatkan pada Gambar 3.18.

&
D
&
&
&
&
&
&
Clock
Gambar 3.18. Rangkaian D Flip flop menggunakan NAND
Q

Q

Tabel Kebenaran Simbol

tn tn+1
D Q Q
0 0 1
1 1 0

Q

Clock

Q

aK

b
Gambar 3.19. Tabel kebenaran dan symbol D Flip flop

Kelebihan D flip-flop dibandingkan dengan JK flip-flop bahwa data
masukan dikirim ke keluaran selama pulsa clock berubah dari o ke 1. Jika
clock = 1 dan data masukan di D berubah, perubahan tersebut tidak lama
berpengaruh terhadap keadaan keluaran. Suatu perubahan di D selama
clock = 1 mengakibatkan pengaruh ke keluaran hanya pada perubahan 0
ke 1 berikutnya. Karena perlambatan internal memungkinkan dengan flip

flop ini mengenal sebuah umpan balik misalnya dari Q ke D tanpa
menghasilkan oscilasi. Karena kelebihan tersebut sering D flip flop ini
disebut sebagai Delay flip-flop.

3.7. Memory
Elemen memory sangat menentukan dalam sistem mikrokomputer.
Memory ini diperlukan untuk menyimpan program yang ada pada
komputer dan data. Berbagai macam tipe memory dibedakan menurut
ukuran , mode operasi, teknologi dan lain sebagainya dapat diperoleh

dipasaran. Memori dalam sistem mikrokomputer dapat juga dikatakan
sebagai elemen penyimpanan matriks dua dimensi yang dibentuk dari flip

– flop. Gambar 1.20. memperlihatkan suatu rangkaian dasar memory 8 X
4 bit. Setaiap titik simpul mewakili satu lokasi memory, satu bit (bit adalah
singkatan dari binary digit atau angka dengan dua nilai 0 atau 1).
Data Keluaran

AlamatDekoder Alamat
Lokasi memory
Data masukan

Gambar 3.20. Struktur dasar suatu memory

Jika data akan dituliskan ataupun dibaca dari suatu kombinasi antara 000
dan 111 yang juga disebut sebagai alamat yang yang dilalui oleh jalur
alamat. Dekoder alamat digunakan untuk memilih satu diantara 8 jalur di
dalam matriks dan isi dari jalur tersebut sehingga data words 4 bits dapat
ditulis ataupun dibaca melalui data masukan ataupun data keluaran.

Penambahan jalur kontrol yang tidak ditunjukkan dalam Gambar 3.20.
sangat diperlukan untuk mengontrol baca, tulis dan lain sebagainya.
Komponen memory konvensional di pasaran pada umumnya memiliki
data work dengan ukuran 1, 2, 4 atau 8 bits yang mampu menyimpan
data 1, 2, 4 atau 8 bit.
Jumlah jalur pada matrik biasanya 2 pangkat n, yang mana n adalah jalur
alamat dari 2n yang dapat dipilih. Suatu komponen memory seharusnya
memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Kapasitas 1kilobit = 1 k = 210 bits = 1024 bits = 1024 elemen memory
Organisasi 256 x 4, contoh 256 = 28 jalur dari setiap 4 bits

Secara garis besar, memory dibagi menjadi 2 macam tipe :

1.
Memory baca/tulis
Memory ini memilki fungsi untuk menulis data yang nantinya akan
di baca kembali. Jenis memori seperti ini disebut juga dengan RAM
(Random Access Memory ).
2.
Memory hanya baca ( Read Only Memory )
Atau yang disingkat ROM. Data dapat diisikan ke dalam memory
ketika proses pembuatan dan kemudian data dapat dibaca oleh
pengguna.
Memory dapat dibedakan berdasarkan teknologinya seperti misalnya
bipolar, MOS (Metal Oxide Semiconductor) atau sepertihalnya RAM,
perlu tidaknya merefresh simpanan data secara periodic baik dengan
operasi dinamik maupun statis.
Pada jenis memory dinamik, elemen penyimpan pada prinsipnya adalah
ssuatu kapasitor yang diisi dan direfresh secara periodic .
Pada jenis memory statis, elemen penyimpan data pada prinsipnya
adalah suatu flip-flop yang tidak memerlukan refreshing.
Ada dua jenis ROM, yaitu :

-PROM ( Programmable Read Only Memory ) yang hanya dapat
diprogram satu kali oleh pengguna.

-RePROM ( Re Programmable Read Only Memory )
Jenis RePROM ini dapat diprogram dan bila tidak diperlukan akan
dapat dihapus diprogram lagi oleh para pengguna.

3.8. Register geser
Pada dasarnya merupakan koneksi seri dari Flip flop yang menggunakan
clock untuk memindah data yang ada pada Flip flop sebelumnya dan
dipindah ke data yang ada pada Flip flop selanjutnya.

Q1Q2 Q3Q4

FF1 FF2 FF3 FF4Masukan
Clock
Gambar 3.21. Diagram blok register geser

Mode Operasinya adalah sebagai berikut :

Dengan mengaumsikan sebelumnya bahwa Clock pertama, semua
keluaran dari Q1 sampai dengan Q4 adalah 0 dan masukan input adalah

1. Setelah itu Data ini akan ditampilkan pada output Q1 pada Clock
pertama ( tn+1). Sebelum ke Clock ke 2, Input kembali menjadi 0. Dan
pada saat clock kedua ( tn +2 ) keluaran Q1 menjadi 0 dan Q2 menjadi 1.
Setelah Clock t n+3 Q1 = 0, Q2 = 0 dan Q3 menjadi 1. Setelah clock ke (
tn+4) , Q4 menjadi kondisi 1.
Kemungkinan diatas dapat diilustrasikan pada tabel kebenaran berikut :
Tabel kebenaran register geser

Clock tn tn+1 tn+2 t n+3 tn+4 tn+5
Masukan 1 0 0 0 0 0
Q1 0 1 0 0 0 0
Q2 0 0 1 0 0 0
Q3 0 0 0 1 0 0
Q4 0 0 0 0 1 0

Pada tabel di atas dijelaskan ketika memasuki clock ke 5 semua keluaran
kembali menjadi NOL.
Berikut ini adalah register geser dengan menggunakan JK Flip-flop :
Q 1 Q 2 Q 3 Q 4

J
K
Q
Q
Clock
1
Masukan J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
Gambar 3.22. Register geser 4 bit menggunakan JK Flip-flop

Selama Shift regsiter tersebut hanya memasang 4 buah Flip-flop, maka
informasi yang akan didapat hanya sebanyak 4 buah, oleh karena itulah
dinamakan sebagai 4-bit Shift register atau register geser 4 bit.

Dengan Shift Register ini ada 2 kemungkinan dasar untuk membaca
kembali informasi yang ada, yaitu :

1.
Setelah clock ke 4 informasi telah masuk secara simultan yang
ditampilkan pada keluaran Q1 sampai dengan Q4. Informasi ini

dibaca secara serial ( satu setelah yang lainnya ) dan dapat juga
dibaca secara parallel.

2.
Jika hanya Q4 saja yang digunakan sebagai output keluran, data
yang telah dimasukkan secara serial juga bisa dibaca secara serial.
Shift register ini dapat digunakan sebagai penyimpanan sementara dan
atau delay dari deretan informasi. Hal yang perlu diperhatikan setelah ini
adalah aplikasi dari konversi serial / parallel maupun parallel / serial.

Dalam Operasi Parallel / serial data a sampai d dimasukkan bersamaan
ke register dengan clock yang telah ditentukan. Keluaran serial akan
muncul satu persatu pada indikator keluaran. Bagaimnapun juga jika data
dimasukkan secara serial pada input dan sinkron dengan clocknya, maka
setelah melengkapi barisan input, keluaran akan dapat dilihat secara
parallel pada keluaran Q1 sampai dengan Q4 ( Operasi Serial / Parallel ).

Register geser diterapkan dengan fungsi yang berbeda-beda pada sistem
komputer. Dimana macam-macam tipe yang digunakan adalah sebagai
berikut :

329

· Pergeseran data
· Masukan data serial dengan serial data keluaran
· Masukan data serial dengan keluaran data parallel
· Masukan data parallel dengan keluaran data seri
· Masukan data parallel dengan keluaran data parallel
Mode Operasi Parallel In / Parallel out dapat digunakan sebgai latihan
untuk menngunakan register geser dengan mentransfer data pada
masukan parallel ke data keluaran menggunakan pulsa yang telah
ditentukan. Kemudian data ini akan tersimpan sementara sampai ada
data yang dimasukkan. Kemudian Data pada register ini akan dihapus
melalui input reset ( operasi memori penyangga ).

Keluaran paralel

Q 1 Q 2 Q 3 Q4

Reset

Masukan
serial

Clock

Set

J
K
Q
Q1
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
& & & &
a b c d
Masukan paralel
c c c c
p p p p
Gambar 3.23. Register geser untuk parallel/serial atau serial/parallel

Akhirnya, register geser yang digunakan pada sistem mikroprosesor
sebagai memori penyangga.

Gambar 3.24. Register dengan multiplekser pada masukan D flip-flop

Prinsip dari operasi rangkaian ini ialah, dengan memakai input kontrol S0,
S1, ke 4 multiplekser akan dapat dinyalakan salah satu dari ke 4
masukannya. Kemudian data yang telah dipilih pada input akan muncul
pada keluaran. Contohnya , jika masukan paralel E3 sampai E0 dipilih
maka data masukan akan dihadirkan secara parallel pada masukan D
dari flip-flop. Dengan tepi clock positif selanjutnya, data dimasukkan ke
flip-flop dan akan ditampilkan pada keluaran Q3 sampai dengan Q0. Data
ini akan tersimpan hingga adanya pulsa clock yang membawa data baru
pada E3 s/d E0 ke dalam register.

Dengan kombinasi kontrol S0, S1 yang lain. Input sebelah kanan pada
multiplekser dapat dihubungkan ke Output. Data yang akan dimasukkan
pada sebelah kiri rangkaian dapat dimasukkan secara serial ke dalam
register. Prosesnya adalah sebagai berikut :

Jika kombinasi serial 1010 ada pada masukan sebelah kiri, maka pada
saat clock pertama nilai 1 akan muncul pada keluran Q0 dan pada
masukan yang telah dipilih pada multiplekser selanjutnya. Pada saat
clock kedua, keluaran akan menjadi Q0 = 0 dan Q1 =1, sedangkan pada
clock ketiga Q0 = 1, Q1 = 0, dan pada Clock ke 4 Q0 = 0, Q1 = 1 , Q2 = 0
dan Q3 = 1.

Kombinasi masukan serial ini telah dibacakan ke register yang ada di
sebelah kiri. Data serial yang ada pada masukan sebelah kanan akan di
bawa secara analog. Masukan x3 sampai x0 tidak dimasukkan pada
contoh ini. Sering untuk menghapus semua flip flop secara bersama
sama adalah dengan cara mengeset semua masukan x3 sampai x0 ke
logika 0. Jika masukan x semuanya dipilih melalui S0, S1 setelah pulsa
clock berikutnya akan mengeset semua keluarn x3 sampai x0 ke logika 0.

3.9. Counter
Counter adalah rangkaian digital yang didalamnya terdapat hubungan
yang telah ditetapkan batasnya terhadap jumlah pulsa dan keadaan
keluarannya. Komponen utama sebuah counter adalah flip-flop.

Mode operasi counter akan dijelaskan dengan bantuan pulsa diagram
seperti tampak pada Gambar 3.26.
Sebelum clock pertama, keluaran Q1 sampai dengan Q4 adalah 0. Angka
0 disetarakan dengan kombinasi biner 0000. Setelah clock pertama
bentuk bitnya menjadi 0001 yang diinterprestasikan sebagai angka 1.

0 23

221 22
Q1 Q 2 Q 3 Q4

J
K
Q
Q
Clock
1
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
J
K
Q
Q
Gambar 3.25. Rangkaian counter 4 bit

1

Clock

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150 0
t

1

Q1

0

t

1

Q2

0

t

1

Q3

0

t

1

Q4

0

t

Gambar 3.26. Diagram pulsa counter 4 bit

Setelah clock kedua, 0010 akan muncul yang sesuai dengan angka 2,
dan seterusnya. Seluruhnya terdapat 16 macam kombinasi yang sesuai
dengan angka 0 sampai dengan 15. Setelah clock ke 16 seluruh keluaran
akan kembali ke kondisi awal yaitu 0000. Untuk clock selanjutnya, proses
diatas akan diulangi kembali.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa n-bit counter dapat diasumsikan
sebagai 2n kombinasi keluaran yang berbeda-beda. Sejak angka 0 harus
dialokasikan ke salah satu kombinasi ini, counter akan mampu
menghitung hingga 2n–1 sebelum hitungan diulang kembali. Bila suatu
counter terdiri atas 8 flip flop yang disusun seri, maka akan ada 28 = 256
kombinasi biner yang berbeda yang berarti angka antara 0 sampai
dengan 255.
Dengan mengubah sambungan memungkinkan untuk mereduksi
kapasitas hitungan misalnya sebuah counter 4 bit yang memiliki 16
variasi keluaran dapat dibuat menjadi hanya 10 variasi keluaran. Counter
akan menghitung o sampai 9 secara berulang ulang dan counter jenis ini
disebut counter BCD.
Sering pula counter tidak hanya untuk menghitung naik dari 0000 ke 0001
dan seterusnya melainkan dapat pula dipergunakan sebagai penghitung
turun dengan nilai awal adalah 1111 kemudian 1110 dan seterusnya
sampai 0000 kemudian kembali ke 1111, counter yang seperti ini disebut
counter down. Suatu counter akan berfungsi sebagai counter up atau

counter down dapat dipilih dengan sebuah kontrol untuk menentukan
arah hitungan.

Beberapa counter dapat dibuat dari berbagai macam variasi. Kriteria
penting suatu counter antara lain adalah :

-Arah hitungan ( niak atau turun)
-Kontrol clock (serentak atau tak serentak)
-Kapasitas hitungan
-Kode hitunan
-Kecepatan menghitung
-Kemampuan counter untuk diprogram, yang artinya hitungan mulai

berapa dapat diatur.

Komponen Elektronika

KOMPONEN ELEKTRONIKA

2.1. PENGETAHUAN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
2.1.1. BESARAN DAN SATUAN
2.1.1.1. SISTIM SATUAN
SISTEM SATUAN INTERNASIONAL
SATUAN DASAR SATUAN TAMBAHAN SATUAN TURUNAN
-Panjang
-Massa
-Waktu
-Arus listrik
-Suhu
-Kuat cahaya
-Jumlah unsur
-Sudut bidang Datar
m
kg
s
A
K
cd
mol
rad
-Sudut ruang
-Luas
-Isi
-Kecepatan
-Percepatan
Sr
m2
m3
m
s
m
s2
-Luas
-Isi
-Kecepatan
-Percepatan
m2
m3
m
s
m
s2
2.1.1.2. SATUAN – SATUAN
:
-amper
-volt
-ohm
-siemens
-watt
-joule
-Coulomb
-farad
-weber
-tesla
-henry
-hertz
2.1.1.3. AWALAN SATUAN :

exa 10 18 penta 1015 dezi 10 -1 centi 10 -2
tera 10 12 giga 10 9 milli 10 – 3 mikro 10 – 6
mega 10 6 kilo 10 3 nano 10 – 9 piko 10 – 12
hekto 10 2 deka 10 1 femto 10 -15 atto 10 – 18

2.1.1.4. DAFTAR AWALAN SATUAN
Tabel 2.1 Awalan Satuan
KELIPATAN AWALAN LAMBANGmega
kilo
M
k
= 1 _
milli
_
m
mikro m
nano
piko
n
p

1 kA = 1 kilo ampere = 1000 A = 10 3 A
1 mA = 1 milli ampere = 1000
1 A = 10 -3 A
1 mA = 1 mikro ampere = 1000000
1 A = 10 -6 A
1 MV = 1 megavolt = 1000000 V = 10 6 V
1 kV = 1 kilovolt = 1000 V = 10 3 V
1 mV = 1 millivolt = 1000
1 V = 10 -3 V
1 mV = 1 mikrovolt = 1000000
1 V = 10 -3 V
1 MW = 1 mega ohm = 1 000 000 W = 10 6 W
1 k W = 1 kilo ohm = 1000 W = 10 3 W
1 mW = 1milli ohm = 1000
1 W = 10 -3 W
Contoh :

Besaran Tanda Satuan Pernyataan
Kuat Arus Listrik I ampere A
Tegangan Listrik U volt V
Daya ( tenaga ) P watt W
Tahanan Listrik R ohm W

2.1.1.5. SATUAN DASAR :
Tabel 2.2 Satuan Dasar
Besaran
Dasar
Tanda Satuan Pernyataan
Panjang l meter m
Massa m kilogram kg
Waktu t detik s
Arus Listrik I ampere A
Suhu T kelvin K
Kuat cahaya Iv candela cd
Jumlah unsur N mol mol

2.1.1.6. SATUAN TAMBAHAN
Tabel 2.3 Satuan Tambahan
Besaran Tanda Satuan Pernyataan
Sudut Bidang datar a , b , c, radian rad
Sudut Ruang w , W steradian Sr

2.1.1.7. SATUAN TURUNAN
Tabel 2.4 Satuan Turunan
Besaran
Turunan
Tanda Satuan Pernyataan
Luas A meter persegi m2
Isi ( Volume ) V meter kubik m3
Kecepatan v meter perdetik ms -1 atau
s
m
Percepatan a
meter perdetik
kwadrat
ms -2 atau
s2
m

2.1.1.8. SATUAN-SATUAN DALAM TEKNIK LISTRIK
Tabel 2.5 Satuan dan Besaran Listrik
Satuan / Besaran Satuan Dasar Turunan
amper ( A ) Satuan dari
kuat arus listrik ( I ) .
1 A = 1
3
2
V.s
kg.m
volt ( V ) Satuan dari tegangan listrik ( U )
V =
A
w
1 V = 1
.As
kg.m
3
2
ohm ( W ) Satuan dari tahanan listrik ( R )
W =
A
V 1 W = 1 23
2
s .A
kg. m
siemen ( S ) Satuan dari daya hantar ( G )
S =
W
1 =
V
A
1 S = 1
2
23.
mkg
As
watt ( W ) Satuan dari daya listrik ( P )
W = V x A =
J
s
1 W = 1 3
2
s
kg m
joule ( J ) Satuan dari usaha listrik ( W )
1 J = 1 Nm = 1 Ws = 1 VAs
1 J = 1 2
2
s
kg m
Coulomb ( C ) Satuan kapasitasi
listrik ( C )
C = As
1 C = 1 As

Satuan / Besaran
farad ( F ) Satuan dari kapasitasi listrik ( C
)
F =
V
C =
V
As
weber ( WB ) Satuan dari fluks
magnet ( Q ), Wb = vs
Tesla ( T ) Satuan dari kerapatan fluks
magnet ( B )
T = 2m
Vs = 2m
Wb
ampere per meter ( A/m ) Satuan kuat
medan magnit ( H )
m
A
henry ( H ) Satuan dari induktansi ( L )
H = = Ws=
A
Wb
A
Vs
hertz ( Hz ) Satuan dari frekuensi ( f ) Hz
Satuan
Turunan
1 F =
1 Wb =
1 T = 1
m
A
1 H = 1
1 Hz =
Dasar
1 2
24
kg m
As
1
As
kg m
2
2
As
kg
2
22
2
As
mkg
1
1
s

Contoh soal :

1. Rumus U = I . R ( A x W )
Jawab : U = I . R ( A . W )

2

kg.m

U = A .

32

s .A
2

kg.m

U =

3

s .A
2. Rumus P = I 2 . R ( A2 . W )
Pindahkan kedalam satuan dasar .
Jawab : P = I 2 . R

22

A2kg.m kg m

P = . = 3

32

s

s .A

2.1.2. STRUKTUR BAHAN
2.1.2.1. ATOM DAN MUATAN LISTRIK Q
Bagian suatu atom

Lintasan 2
Lintasan 1
Elektron
Inti (Ptoton dan netron
dK
dA
Gambar 2.1 Bagian Suatu Atom
Tabel 2.6 Proton dan elektron adalah muatan listrik

Keterangan f dalam mm Massa dalam g Jenis muatan listrik
Atom lengkap d A 10-12
Inti atom d K 10-12
Proton 10-12 1,7 . 10-24 Positif
Neutron 10-12 1,7 . 10-24 Netral
Elektron 10-12 9,1 . 10-28 Negatif

2.1.2.2. MUATAN ELEKTRON
Atom terdiri dari dua bagian yaitu bagian dalam berupa inti bermuatan
positif dan pada bagian luar adalah elektron yang bermuatan negatif, dan
mengitari inti. Sedangkan inti terdiri dari proton dan neutron. Satu atom
ada yang mempunyai jumlah proton sama dengan elektron, maka pada
bagian luar bekerja listrik yang netral.

Muatan elektron yang sama jenis saling tolak menolak, muatan yang
berlawanan saling tarik menarik.

Gambar 2.2 Tarik – Menarik Antar Muatan Elektron

Satuan dari muatan listrik : 1 coulomb ( IC ) atau
1 amper sekon ( 1 As ) C = 1 As 1 As Ù 6,24 . 1018 elektron.

2.1.2.3. PENGHANTAR ARUS DALAM LOGAM
Atom-atom di dalam logam tersusun menurut suatu ikatan geometris
yang sempurna ( kisi logam )

Kisi logam Kejadian elektron bebas di dalam logam

Gambar 2.3 Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam

Elektron bebas dan muatan positif suatu penghantar
Muatan ( ion ) positif yang tidak bergerak

Gambar 2.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu Penghantar

Pada penghantar yang baik, perak atau tembaga, jumlah elektron bebas
sama dengan jumlah atom.

Contoh :

Kawat tembaga : panjang = 1 m, luas penampang = 1 mm2 berisi
kira-kira 85 . 1021 atom. mempunyai elektron bebas. Benda lain
seperti kayu, porselen dsb, memiliki elektron bebas sedikit.Bahan ini
bukan penghantar listrik, melainkan penyekat listrik.
Logam mempunyai elektron-elektron bebas, mereka di dalam penghantar
bergerak bebas.
Elektron bebas ini berlaku sebagai penghantar listrik.

2.1.2.4. PENGHANTAR ARUS DALAM ZAT CAIR
Pada zat cair tiap-tiap atom atau molekul dapat bergerak bebas

Percobaan :

Garam
Gambar 2.5 Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair

Ketentuan :

Air destilasi ( air suling ) adalah bukan penghantar, Dia tidak
mengalirkan arus.
Dengan menambahkan garam dapur, air destilasi menjadi penghantar
dan mengalirkan arus.

2.1.2.5. PERISTIWA ATOM:
Molekul garam akan terurai dari air “Elektron -bersama” suatu molekul
Na j tinggal pada atom j ;Oleh karena itu terjadi :1 Atom NA dengan
kekurangan 1 elektron ( Ion Na positif ) 1 Atom CL dengan kelebihan 1
elektron ( ion C negatif )
Sifat kelistrikan atom yang tidak sama dinamakan ION ( berpindah )Dia
didalam zat cair bertindak sebagai penghantar listrik.

Garam dapur : Natrium + Chlor Natriumchlorida

Na

C1

Ikatan kimia melalui kerjasama elektron ( elektron valensi )

é+11ùé17ù+Naêë10úû-
C1êë
18úû-
Gambar 2.7 Ikatan kimia elektron ( elektron valensi ) NaCl

Penghantaran arus dalam zat cair dinamakan elektrolit

êëé
11
11êëé
17
17
Gambar 2.6 NaCI ( molekul garam dapur )
ù

+

úû

-

ù

+

úû

-

Tabel 2.7 Perbedaan Cairan Elektrolit dan Non-Elektrolit

Elektrolit Bukan Elektrolit
-Larutan asam
-larutan alkali ( Basa )
-larutan garam
Contoh : -Asam belerang
-Natron basa
-Air sumur
-air murni( destilasi )
-Hidrokarbon
-alkohol
Contoh –Minyak isolasi
–Aseton
Elektrolit adalah bahan, dalam Bukan elektrolit adalah bahan,
bentuk larutan penghantarkan arus larutan encernya tidak
listrik, tetapi dalam bentuk padat menghantarkan arus listrik.
bukan penghantar (ini berbeda Bukan elektrolit didalam air
dengan logam, yang mana juga atau media yang lain sebagai
sebagai penghantar padat ) molekul tersendiri, bermuatan
Elektrolit didalam air ter belah netral.
menjadi ion positif dan negatif (
diisolasi )

2.1.2.6. PEMBENTUKAN ION DALAM LARUTAN ENCER
Pada asam ion hidrogen positif ion sisa asam negatif

Contoh : HCI H+ + CI H2SO4
2H+ + SO4

Pada basa : ion sisa basa positifI ion hidroksida negatif
Contoh : NaOH Na+ + OH -
Ca ( OH ) 2 Ca++ + 2OH -

Pada garam : ion sisa basa positif ion sisa basa negatif
Contoh : Na j Na + +Cl -So4
Cu So4 Cu ++ +

2.1.2.7. PENGHANTAR ARUS DALAM GAS
Gas pada suhu normal dan kuat medan listrik kecil adalah bukan
penghantar, oleh karena gas bermuatan netral.

Untuk mendapatkan sifat hantar listrik, atom gas harus dionisir
bersamaan dengan itu ( terutama )terbentuk ion positif. Ionisasi gas
dinamakan plasma.

2.1.2.8. IONISASI
Ionisasi memerlukan TENAGA dalam bentuk

Ion Cahaya Gelombang
Pendek
Elektron
Panas
Cahaya
Gelombang pendek,
(contoh : Sinar kosmik
yang terang, radioaktif)
Medan listrik
Tenaga tumbuk

Pada gas sebagai penghantar listrik adalah ion dan elektron.
Peristiwa terjadinya penghantaran arus dalam gas dinyatakan sebagai
pelepasan gas.

2.1.2.9. PELEPASAN GAS
Macam-macam pelepasan gas :

Pelepasan korona

( Terjadi pada medan
listrik tinggi )

Pelepasan tidak dengan
sendirinya
( Gas hanya akan

enghantarkan, selama
diberi tenaga )

Pelepasan dengan
sendirinya
(Gastetap menghambat

tanpa penam bahan
tenaga lebih lanjut dari
luar )

Pelepasan busur

( Busur cahaya )

Contoh :
Saat terjadi petir timbul pelepasan
muatan diikuti pancaran sinar pada benda
logam yang runcing ( Penangkap petir )
Contoh :
Tanda kebakaran otomatis,

Contoh :
Lampu pelepasan gas

Contoh : Tungku busur, las busur, lampu
busur.

2.1.3. SUMBER LISTRIK
2.1.3.1. TEGANGAN LISTRIK
Penyebab gerakan pada elektron bebas dan ion Untuk menimbulkan
tenaga listrik, muatan positif dan negatif pada semua bahan dipisahkan
satu sama lain. Muatan yang terpisah ini berusaha menyeimbangkan
diri.Kecenderungan untuk seimbang antara muatan yang berbeda
dinamakan tegangan listrik.

Gambar 2.8 Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai

Tegangan listrik yang berhubungan dengan tekanan elekton bebas
merupakan penyebab bergeraknya elektron tersebut.

Tegangan listrik itu terjadi :

a.Antara bagian yang kelebihan dan kekurangan elektron.
b.Antara bagian yang kelebihan elektron banyak dan sedikit.
c.Antara bagian yang kekurangan elektron banyak dan sedikit.

Tabel 2.8 Pembangkitan tegangan

Keterangan Gambar (percobaan ) Contoh
Induksi -Generator dalam kerja
tenaga
-Mesin penerangan mobil
-Dinamo sepeda
Pembangkitan tegangan
secara kimia
Baterai ( elemen galvanis,
akumulator ).
Korosi elektronika
Pembangkitan
titik
sambungan dua
logam yang
berbeda
Elemen panas
( Thermo elemen )

Sinar yang
mengenai
foto elemen
Foto cell
Sinar filem
Pengaruh
( Muatan elektro
statis )
Pemisahan atau
gesekan
bahan isolasi
Muatan statik pada bahan
plastik
Tekanan pada
kristal
Mengukur tekanan,
Piringan hitam kristal
Mikrofon kristal
Otot dan saraf Gerakan otot karena
tegangan listrik,
pembang kitan
tegangan listrik.
Elektro kardiogram
Pemanggil ikan ( getaran
)
mengenai
foto elemen
Foto cell
Sinar filem
Pengaruh
( Muatan elektro
statis )
Pemisahan atau
gesekan
bahan isolasi
Muatan statik pada bahan
plastik
Tekanan pada
kristal
Mengukur tekanan,
Piringan hitam kristal
Mikrofon kristal
Otot dan saraf Gerakan otot karena
tegangan listrik,
pembang kitan
tegangan listrik.
Elektro kardiogram
Pemanggil ikan ( getaran
)
2.1.3.2. ARUS LISTRIK
Listrik sebagai energi dapat dibangkitkan dari energi yang lain .
Energi mekanik, energi kimia dan energi panas dapat membangkitkan
energi listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidak
semua bahan dapat mengalirkan listrik . Bahan yang memiliki elektronelektron
bebas didalamnya, seperti logam, dapat mengalirkan listrik tetapi
kayu yang tidak memiliki elektron-elektron bebas tidak dapat mengalirkan
.Karena listrik merupakan bentuk energi yang amat luas penggunaannya,
maka perlu sekali dipahami sifat-sifatnya .
Penghantar yang menghubungkan kutub-kutub sebuah sumber listrik
terletak didalam medan listrik . Karena medan listrik inilah elektronelektron
bebas di dalam penghantar bergerak dan terjadilah aliran listrik .
Aliran listrik yang berasal dari elemen mempunyai arah yang tetap,
yaitu dari kutub berpotensial tinggi ke kutub berpotensial rendah, sedang
yang berasal dari dinamo arahnya dapat tetap atau tidak . Aliran listrik
yang arahnya tetap disebut aliran listrik searah ( DC = direct current )
dan yang tetap sering disebut aliran listrik bolak-balik ( AC = alternatif
current ).

Ada dua macam jenis arus

a. Arus searah
b. Arus bolak-balik
Yang dimaksud dengan arus searah bilamana elektron yang bergerak
maju secara teratur. Arus bolak balik ini suatu masa elektron yang
bergerak maju secara tidak teratur dimana saling terjadi penggantian
arah aliran maju atau mundur, selama elektron bergerak maju tegangan
akan nauik X Volt dan akan berada dalam posisi positif, dalam keadaan

diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan apabila elektron bergerak
mundur tegangan akan turun dan akan berada dalam posisi negatif lihat
gambar grafik tegangan.

Biasanya penggunaan arus searah untuk peralatan elektronika .
Contohnya : Radio , TV , Komputer , mesin hitung dsb.
Lain halnya dengan arus bolak balik terutama digunakan dirumah rumah,
pabrik pabrik, untuk menjalankan alat -alat rumah tangga dan lain
sebagainya.

10v
5 v
0 v
2 . B . 6 v
Gerakkan air secara teratur

Gambar 2.9 Grafik tegangan

2.1.3.3. KESEIMBANGAN MUATAN LISTRIK
Keseimbangan muatan listrik dinamakan Arus Listrik
( misalnya di dalam logam : Aliran Elektron )

A)
S
AS(
t
QI == Satuan : 1 Ampere
( 1A ) :
s
AsA
1
1
=

Perbandingan aliran elektron dengan bola peluru :
SB = Lintasan sebuah bola

Gambar 2.10 Lintasan Sebuah Bola

SR SR

V Impuls = =besar V Bola = = kecil

tt

Impuls benturan elketron bebas » 300.000 km/s

Kecepatan sesungguhnya elektron bebas » 0,4 mm/s
Rapat Arus S
S = I[
A
]
A mm2

Contoh :
A Kawat = 1,5 mm2

0,3A A

SK = = 0,2

1,5mm2 mm2

Hampir tidak menimbulkan pemanasan pada penghantar

0,3A A

Sf = 2 =500 20,0006mm mm

Muatan yang tertentu pada kawat tembaga yang diisolasi menurut PUIL

Tabel 2.9 Muat Arus, Luas Penampang dan Kerapatan Arus

I
( A)
A
(mm2 )
S
( A / mm2 )
I
( A )
A
( mm2 )
S
( A / mm2 )
6
10
15
20
25
401
1,5
2,5
4
6
106
6,67
6
5
4,17
460
80
100
125
150
20016
25
35
50
70
953,75
3,2
2,86
2,5
2,14
2,11

Kerapatan arus yang diijinkan pada penghantar disesuaikan menurut
bahan penghantar dan menurut kemungkinann pendinginannya.

2.1.4. PEMBANGKIT TEGANGAN
2.1.4.1. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN INDUKSI
Apabila lilitan kawat digerakan didalam medan magnit ( medan
magnit ialah ruang yang berada di antara kutub utara dan kutub selatan
magnit ), atau batang magnit digerakan di dalam lilitan kawat, maka
timbul tegangan listrik induksi atau imbas; berikut dibawah ini.

Gambar 2.11 Pembangkit Tegangan dengan Induksi

Magnit batang digerakkan bolak-balik di dalam kumparan (lilitan kawat).
Di dalam kumparan itu diinduksikan tegangan ( ggl ) bolak-balik. Cara ini
digunakan di dalam generator untuk membangkitkan tegangan
(membangkitkan ggl).

2.1.4.2. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA KIMIA
Dua logam yang berlainan, misalnya tembaga dan seng,
kita rendam di dalam suatu larutan asam belerang di dalam air. Kedua
logam itu yang satu bersifat positif dan yang lain bersifat negatif, jadi
antara keduanya terdapat beda potensial. Dapat disebut juga, bahwa di
dalam alat ini, yang disebut sel volta, terdapat ggl. Lihat gambar

Gambar 2.12 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia

Batang tembaga dan batang seng direndam di dalam larutan asam
belerang. Antara kedua logam itu terjadi beda tegangan listrik.

2.1.4.3. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA PANAS
Apabila kedua ujung dua potong kawat logam yang berlainan
misalnya tembaga dan besi, kita ikatkan satu sama lain dan kita panasi,
maka terjadi penekanan elektron ke bagian kawat tembaga yang dingin.
Jadi di ikatan yang panas itu terjadi penarikan elektron dari besi ke
tembaga. Sehingga terjadi beda tegangan antara ujung besi dan ujung
tembaga yang bebas.

Gambar 2.13 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas

2.1.4.4. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA CAHAYA
Beberapa bahan, seperti sodium ( na ), selenium( Se ), potassium
( K ), apabila kena cahaya akan melepaskan sedikit elektron. Sifat ini
dimanfaatkan orang untuk membuat sel-foto( photo cell) sebagai
pembangkit tegangan listrik .Pembangkit tenaga listrik yang dipakai
disatelit Telstar, menggunakan cara ini. sel itu disebut sel matahari (solar
cell), karena menerima cahaya matahari dan mengubahnya menjadi
tenaga listrik.

2.1.4.5. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN PIEZO ELEKTRIK
Beberapa kristal dapat membangkitkan arus listrik jika diberi
tekanan mekanis. Atomnya tersusun begitu rupa hingga bila mendapat
tekanan pada permukaannya, terjadi pergerakkan elektron yang arahnya
lebih mudah ke satu arah daripada arah yang lain. Hal ini menyebabkan
terjadinya muatan positif pada satu permukaan dan muatan negatif pada
permukaan lain (lihat gambar di bawah.).

Gejala listrik piezo.
Ditekan

kristal ditekan enimbulkan

gerakan elektron, menjadi-

Elektrod

kan satu elektroda positif
dan yang lain negatif, yang
Kristal Piezo

dapat membangkitkan arus

Elektroda

Gambar 2.13 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas

2.1.5. RANGKAIAN LISTRIK
2.1.5.1. TENAGA LISTRIK

Listrik adalah suatu bentuk tenaga, seperti tenaga panas, cahaya,
mekanik dan kimia.

Pembangkit : misalnya generator ( tenaga mekanik )
baterai ( tenaga kimia )
solar sel ( tenaga cahaya )


Pemakai : misalnya Kompor ( panas )
Lampu ( cahaya ) Motor
( tenaga mekanik )

Keuntungan : Baik dalam hal transportasi tidak ada yang
terbuang dapat diubah kedalam
bentuk tenaga yang lain.

Kerugian: Tidak ekonomis dalam penyimpanannya Tidak terlihat
gerakannya. Pembangkitannya berakibat tidak menyenangkan bagi
lingkungan
2.1.5.2. LISTRIK DALAM RANGKAIAN TERTUTUP
Gambar 2.15 Rangkaian Listrik Tertutup
Arus listrik mengalir hanya dalam rangkaian tertutup
Penghantar, semi penghantar dan bukan penghantarPercobaan 1 :

Garam
Gambar 2.16 Rangkaian Listrik Melalui Semi Penghantar
Penghantar : elektrolit, Logam, arang

Gambar 2.17 Rangkaian Listrik Melalui Penghantar

Semi penghantar: germanium, silizium, selenium
Bukan penghantar: porselen, gelas, udara ( bahan solasi )

Daya hantar jenis bahan isolasi, semi penghantar dan logam dimana
daya hantar jenis :

g ( baca gamma )

g = 1 dengan satuan m

r

W mm2

Tabel 2.10
Simbol Normalisasi Internasional IEC (International
Elektrotechnical Comission)

Keterangan Gambar Simbol
Penghantar
Persilangan
hantaran
Percabangan
hantaran
Baterai
Lampu pijar
Saklar

2.1.5.3. USAHA ARUS LISTRIK
Tabel 2.10 Percobaan Usaha Arus Listrik
Penunjukan G a m b a r Peristiwa C on to h
Perubahan
menjadi
panas
( Heat effect)
Terus
menerus
Pemanas,sekring,ko
mpor, solder tungku
pelebur, pelepa
-san bimetal bencana
kebakaran
Perubahan
menjadi
magnet
Terus
menerus
Magnet listrik
Motor listrik
Instrumen ukur
Perubahan
menjadi
cahaya
Lampu tabung gas
Lampu pijar
Arus
dalam
gas
melalui
panas
Lampu gas, neon
( TL)
Lampu uap sodium,
Lampu mercury
Lampu pijar
Perubahan
menjadi
proses kimia
Arus di
dalam
Zat Cair
Elektrolisa untuk
memperoleh
bahan logam dan
bahan logam dan
bahan kimia
Galvanisir
Akibat pada
manusia dan
binatang
Penghantar peng
Aman terputus
Arus
melewati
benda
hidup
Kecelakaan listrik,
Pengobatan listrik,
Pagar listrik
Orang mengenal listrik hanya dari Akibat yang timbul

2.1.6. ELEKTROLISA
2.1.6.1. PERISTIWA KIMIA LISTRIK
Arus searah mengalir melalaui suatu elektrolit, maka kita dapat
mengamati perubahan bahan yang terjadi pada elektroda elektroda.
Sedangkan elektrolit diuraikan secara kimia ( elekrolisa ).Pada elektrolisa
ion-ion positip ( kation ) ditarik oleh elektroda negatip ( katoda ), ion-ion
negatip( anion ) berjalan menuju elektroda positip ( anoda ).

Penggunaan elektrolisa di atas yaitu pada proses :
-Galvanisasi ( melapisi suatu logam lain yang berbentuk elektrolit )
Contoh : Melapisi dengan tembaga, melapisi dengan nickel.

-Menghasilkan logam yang lebih bersih.

Contoh : Tembaga elektrolit / tembaga katoda, seng elektrolit,
aluminium elektrolit ( electrolysis in the dry way ).
-Oksidasi anoda aluminium ( Pembentukan lapisan oksida pada
aluminium dengan bantuan arus listrik di dalam suatu elektrolit )
-Penguraian air ( Menghasilkan oksigen dan hidrogen )

2.1.6.2. PELAPISAN BAHAN
Penentuan Jumlah Bahan Yang Terpisah(Lapisan Endapan )
Jumlah bahan logam yang terpisah dan menempel pada elektroda
negatip besar.sebanding dengan arus dan waktu.

m = I . t . c ( Hukum Faraday I )
m = Jumlah bahan yang terpisah dalam = mg . g
I = arus dalam = mA . A
T = Waktu dalam = det ( jam )
C = Ekivalen kimia listrik dalam = mg / A det, g / A jam

Tabel 2.11 Ekivalen Kimia listrik.

c Logam Perak Seng Tembaga Nikel Krom
c ( mg / A det ) 1,118 0,399 0,329 0,304 0,18
c ( g / A jam ) 4,02 1,22 1,185 1,094 0,648

Contoh :

I

Katoda

Anod

Pada pembuatan tembaga elektrolit, arus yang biasanya mengalir dalam
sel elektrolitis ditentukan sebesar 8 kA.
Berapa banyak tembaga yang disisihkan selama 24 jam ?.

Penyelesaian :
m = I . t . c
m = 8000A. 24 jam. 1,185 g / A jam
m = 227500 g = 227,5 kg

2.1.6.3. USAHA LISTRIK DALAM PROSES ELEKTROLISA
Sebuah setrika listrik dihubungkan dengan sumber tegangan listrik.
Elemen pemanas akan membara karena dialiri arus listrik (muatan listrik)
dari sumber tegangan menuju ke elemen pemanas. Untuk memindahkan
muatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar :

w = U . Q
w = usaha listrik ………………………. Wdt (joule)
U = tegangan listrik ……………………. Volt (V)
Q = jumlah muatan listrik ……………. Coulomb (C)

Q = I . t

w = U . I . T

I = kuat arus listrik ………………….. Amper (A)
t = waktu …………………… Detik (dt)
P = U . I

w = P . t

P = daya listrik ……….. Watt (w)
U = I . R

R =
hambatan listrik ….. Ohm (W) Sehingga :

I2

w = I . R . I . T w = . R . T
Satuan usaha listrik yang lain :
1 kWh = 1000 Wh = 1000 . 3600 Wdt = 3,6 . 106 j
Konversi usaha listrik terhadap usaha panas dan usaha mekanik :
1 Wdt = 1 joule = 0,24 kal = 0,102 kgm
1 Wh = 3600 j = 864 kal = 267,2 kgm
1 kWh = 3,6 . 106 j = 864 . 103 kal = 367200 kgm

Untuk menghitung biaya energi yang harus dibayar yaitu mengalikan
usaha listrik terpakai dengan tarip listrik.

B = w . T

B = biaya
W = usaha listrik …………. kWh
T = tarip …………………. Rp …. / kWh
Contoh :
Sebuah motor listrik mengambil daya 500 watt, digunakan untuk

memindahkan benda seberat 100 kg selama 20 jam. Jika tarip listrik Rp.

150,- / kWh.
Hitung : a. Usaha listrik terpakai

b.
Usaha mekanis
c. Biaya yang harus dibayar
Jawab :
a.
w = p . t = 500 . 20 = 10000 Wh
w = 10 kWh
b.
1 kWh = 367200 kgm
w= 10 kWh = 10 . 367200 = 3672 . 103 kgm
w = 3677 . 103 kgm
c.
B = w . t = 10 . Rp. 150,B
= Rp.150,

2.1.6.4. DAYA MEKANIK DALAM PROSES ELEKTROLISA
Untuk memindahkan suatu benda dari tempat satu ke tempat lainnya
memerlukan suatu usaha mekanik. Besarnya usaha mekanik tergantung
pada berat/massa benda dan jarak pemindahan.

W = m . s

W = usaha mekanik ……………….. kgm.

M = massa ………………. kg.

S = jarak …………….. m.

Usaha mekanik tiap satuan waktu disebut daya mekanik. Artinya
semakin besar dayanya, untuk usaha yang sama, dapat dilakukan lebih
cepat.

w
P =

t
p = daya mekanik …………………. kgm/detik.
W = usaha mekanik ………………… kgm.
T = waktu ………………… detik.
Satuan usaha mekanik yang lain :
1 tenaga kuda = 1 Horse power = 1 Hp = 75 kgm/det.
Pada pembuatan tembaga elektrolit, arus yang biasanya mengalir dalam
sel elektrolitis ditentukan sebesar 8 kA.

Berapa banyaknya tembaga yang disisihkan selama 24 jam ?.

Penyelesaian : m = I . t . c

m = 8000A. 24 jam. 1,185 g / A jam

m = 227500 g = 227,5 kg

2.1.6.5. KONVERSI DAYA MEKANIK
Yang dimaksudkan adalah konversi daya mekanik menjadi daya lain
yang sering digunakan dalam teknik kelistrikan.
1 Hp = 746 W.

75 kgm/det = 746 W.

75 kgm = 746 W det.

75

75 kgm = 746 joule.1 joule = kgm = 0,102 kgm.

746

1 joule = 0,24 kalori.

0,24 kalori = 0,102 kgm.

0,24

1 kgm = kalori = 2,3 kalori.

0 102

,

Jadi 1 kgm = 9,81 joule = 2,34 kalori.
dan
1 kgm/det = 9,81/det = 2,34 kal/det.
Contoh :
Pada plat nama motor tertulis 0,5 Hp. Motor tersebut digunakan untuk
memindahkan benda seberat 100 kg sejauh 15 meter. Hitung waktu yang
diperlukan !
Jawab :

W m.s

W = m . s p = =

tt

m . s 100.15
t= = = 40

p 0,5 Hp

t = 40 detik.

Elektrolisa

Berpindahnya ion-ion positip ( kation ) ke katoda serta
berpindahnya ion-ion negatip ( anion ) ke anoda.

Gambar 2.18 Proses perjalanan arus yang melalui Cu SO4 (Cupri Sulfat)

Melalui penambahan keasaman, alkali atau garam maka air akan menjadi
penghantar listrik dan menguraikan larutan.

Cairan penghantar listrik disebut elektrolit. Kandungan pokok dari
elektrolit adalah ion – ion.

2.1.6.6. PROSES PENYEPUHAN LOGAM
Dengan elektrolisa, menggunakan suatu logam :

1. Tembaga
2. Nikel
3. Krom
4. Perak
5. Emas
Dan larutan logam itu sebagai elektrolitnya, yaitu kita dapat melapisi
logam dengan logam itu.
Misalnya :

1. Cincin, gelang disepuh dengan emas atau perak.
2. Bingkai sepeda disepuh dengan krom.
3. Piala disepuh dengan perak dan benda-benda logam lain yang
disepuh.
2.1.6.7. TUJUAN PENYEPUHAN
Agar logam tidak mudah berkarat dan menambah keindahan.
Untuk lebih jelasnya lihat gambar 2.19, menyepuh dengan tembaga.

Gambar 2.19 Penyepuhan Tembaga

Galvano Plastik
Benda yang bukan logam dapat dilapisi dengan cara elektrolisa.

Contoh :

Pembuatan matres ( matrijs ) untuk percetakan piringan hitam dari benda
itu dibuat cetakan gips. Lalau diberi grafit supaya dapat menghantarkan
arus. Dengan cara elektrolisa benda cetakan itu disepuh dengan
tembaga setelah benda cetakan disepuh baru dibuat matres yang
sesungguhnya.

2.1.6.8. CARA MENDAPATKAN LOGAM MURNI
Dalam Elektrolisa dengan larutan trusi ( sulfat tembaga), untuk
mendapatkan tembag elektrolisa yang murni sebagai anodanya adalah
tembaga kasar ( yang akan dimurnikan ) dan sebagai katoda nya adalah
sepotong tembaga murni tipis.

Dengan mengalirnya arus ion-ion tembaga menuju ke katoda, maka
kotoran-kotoran yang tidak dapat hancur akan mengendap didasar.
Dengan cara endapan kita dapat menghasilkan logam-logam mulia.

I
Anoda Katoda
Gambar 2.20 Prinsip Kerja Elemen Galvanis

Ketentuan : Kita celupkan dua logam yang berbeda didalam suatu
elektrolit maka antara kedua logam terdapat tegangan listrik..

Proses :

a) Suatu logam larut/terurai elektrolit. Proses ini tergantung pada tingkat
kekuatan elektrolitnya, artinya ion-ion logam positif menuju ke dalam
larutan, akhirnya tinggalah logam yang bermuatan negatif.

Gambar 2.21 Penguraian Elektrolit

b) Pada elektrolit-elektrolit lemah, maka logam terlapisi dengan ion-ion
logam bermuatan positif yang berasal dari elektrolit.

Gambar 2.22 Penyepuhan Logam dengan Ion-ion Elektrolit

2.1.6.9. DAYA LARUTAN
Tabel 2.12 Daya Larutan
Pelarut Logam
Air. K, Na, Ca
Air keras encer Mg, Al, Mn, Be, Zn, Cr, Fe, Cd
( Hydrochlorid acid ) dingin.
Air keras encer Co, Ni, Pb, Sn
( Hydrochlorid acid ) panas.
Asam sendawa ( Nitric acid ) atau Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag
asam sulfat dengan konsentrasi
panas.
Air raja ( Nitrohydrochlorid acid ) ( Pt, Au
3 bagian idrochlorida + 1 bagian
asam nitrat ).

2.1.6.10. URUTAN TEGANGAN KIMIA LISTRIK
Gambar 2.23 Urutan Tegangan Kimia Listrik berdasar Bahan Elektroda
Tinggi rendahnya tegangan suatu elemen galvanis tergantung pada

bahan elektroda-elektrodanya.

Polaritas-polaritas elektroda ditentukan oleh urutan tegangan.
Elektrolit : Misalnya H2 SO4

Tabel 2.13 Urutan tegangan diukur berlawanan dengan Elektroda

Hidrogen normal pada 250 C.

Tegangan Simbol
M + 1, 50 V Emas Au
U + 0, 86 V Platina Pt
L + 0, 80 V Perak Ag
I + 0, 79 V Air raksa Hg
A + 0, 74 V Karbon C
+ 0, 34 V Tembaga Cu
+ 0, 28 V Bismut Bi
+ 0, 14 V Antimon Sb
0 ( Hidrogen ) H
* 0, 13 V Timbel Pb
*
V
0, 14 Timah Sn
*
V
0, 23 Nikel Ni
*
V
0, 29 Kobalt Co
*
V
0, 40 Kadmium Cd
T *
V
0, 44 Besi Fe
A *
V
0, 56 Chrom Cr
K *
V
0, 76 Seng Zn
*
V
0, 10 Mangan Mn

M * 1, 67 Aluminium Al
V
U * 2, 40 Magnesium Mg
V
L * 2, 71 Natrium Na
V
I * 2, 92 Kalium K
V
A * 2, 96 Litium Li
V

2.1.6.11. POLARISASI ELEKTROLISA
Gambar 2.24
Polarisasi Elektrolisa Elemen Galvanis pada Cairan
Elektrolit

Dengan mengalirnya arus listrik pada elemen galvanis maka pada anoda
akan terlampiri dengan Hidrogen, dia menghambat pembangkitan
tegangan dan membentuk suatu isolasi.

Kejadian seperti ini dinamakan polarisasi.

Untuk mencegah menempelnya hidrogen maka pada anode, maka
dibutuhkan suatu bahan cairan kimia yang dapat mengikat, bahan itu
dinamakan “depolarisator”.

Tabel 2.14
Bahan Percobaan Polarisasi Elektrolisa

Elemen Uo Kutub
+
Kutub -Elektrolit Depolarisa
tor
arang +Zn 1,5 V arang Zn bubur
salmiak
Batu coklat
( Mn O2 )
oksida air raksa 1,3 V Hg O Zn K O H Hg O
alkali dan Mn O2 1,5 V Mn Zn K O H Mn O2

Tabel 2.15 Sistim kimia listrik elemen primer

Elektroda
Positif
Mangan
dioksida
Mangan
dioksida
Mercur
dioksida
Perakoksi
da
Perak
cromat
Elektroda
Negatif
Seng Seng
( bulat )
Seng
( bubuk )
Seng
( bubuk)
Lithium
Elektrolit Asam lemah
(Larutan
chlorida)
alkali
( Kaium
hidroksida )
alkalis alkalis organis
Tegangan
tiap sel
1,5 V 1,5 V 1,35 V 1,55 V 3 V
Rapat
energi
0,1 Wh / cm3 0,3 Wh
cm3
0,5 Wh /
cm3
0,4Wh/
cm3
4 Wh /
cm3

2.1.7. ELEMEN GALVANIS
2.1.7.1. PASANGAN GALVANIS
Dua buah logam yang berbeda berada dalam elektrolit maka akan
terbentuk sebuah sumber tegangan, hal demikian ini disebut elemen
galvanis.

Gambar 2.25 Elemen Galvanis

Bila kedua logam ( Cu dan Zn ) dihubungkan dengan voltmeter maka
terjadi perbedaan tegangan sebesar -1,1 V. Flektron akan mengalir dari
Seng ( Zn ) melalui rangkaian luar.Dengan mengalirnya elektron dari
anoda, seng akan teroksidir seng akan terkorosi. Elektron yang mengalir
ke katoda melebihi elektron yang dilepaskan. Elektron ini akan bereaksi
dengan ion tembaga yang terdapat dalam elektrolit. Korosi hanya
terdapat dalam satu elektroda pasangan galvanis yaitu anoda.

Elemen galvanis disebut juga elemen primer.

BENTUK DASAR DARI ELEMEN PRIMER KERING

Gambar 2.26 Elemen Primer Kering
Bila memasang jangan langsung ! Bila rusak jangan dibuang berbahaya.

Tabel 2.16 Potensial elektroda ( 250C ; larutan mol )

Reaksi setengah-sel Potensial Potensial elektroda yg

anoda ( arah ) panah elektroda yg didigunakan oleh ahli

terbalik untuk reaksi gunakan ahlikima -fisika dan ahli

setengah-sel katoda elektrokimia termodinamika

dan ahli korosi

volt.

Au Au3+ + 3 e-+ 1.50 -1.50
2H20 O2 + 4H++4e-+ 1.23 Katoda -1.23
Pt Pt4+ + 4 e-+ 1.20 -1.20
Ag Ag+ + e -+ 0.80 -0.80
Fe2+ Fe3+ + e -+ 0.77 -0.77
4(0H) O2+2H2O+4e-+ 0.40 -0.40
Cu Cu2+2e-+ 0.34 -0.34
H2 2H+ + 2 e-0.000 Referensi 0.000
Pb Pb2 + 2 e -0.13 + 0.13
Sn Sn2 + 2 e–0.14 + 0.14
Ni Ni2 + 2 e–0.25 + 0.25
Fe Fe2 + 2 e–0.44 + 0.44
Cr Cr2 + 2 e–0.74 + 0.74
Zn Zn2+ + 2 e–0.76 + 0.76
Al A13+ + 3 e–1.66 + 1.66
Mg Mg2+ + 2 e–2.36 + 2.36
Na Na+ + e –2.71 -+ 2.71
K K+ + e –2.92 + 2.92
Li Li+ + e –2.96 + 2.96

2.1.7.2. SISTIM ELEKTROKIMIA
Tabel 2.17 sistem elektrokimia dari elemen primer
Elektroda
positif
Mangaan
dioxid
Mangaa
ndioxid
Ai raksa Perak
oxid
Perak
chrom
Seng Seng Seng Seng Lithium
Elektro ( Larutan
clorid)
Alkali Alkali Alkali Organis
Tegangan
antar sel
1,5 V 1,35 V 1,55 V 1,55 V 3 V
Rapat
energi
0,1 Wh
/Cm3
0,5 Wh
/Cm3
0,5 Wh/
Cm3
0,4 Wh
/ Cm3
4 Wh /
Cm3

2.1.7.3. PERBANDINGAN SIFAT
Tabel 2.18 Perbandingan sifat antara bermacam-macam Akkumulator.
Akumulatortimbel
Akumullator
besi
Akumulator
Perak – Seng
Elektrolit asam belerang
encer
Larutan Alkali
Tegangan stabil ( V ) 2,0 1,4 1,85
Tegangan pada
akhir pesian
( V ) 2,75 1,8 2,0
Tegangan pd akhir
pengosongan.
( V ) 1,8 1,0 1,3
h Ah, h Wh % 90 75 70 50 95 85
Energi per satuan
berat
Wh / Kg 22 22 100
Energi persa
tuan volume
Wh / dm3 54 55 200
Penambahan dg Air Suling Air Suling Cairan alkali = 1,4
Pemakaian
air suling
Sedikit Banyak Sedikit
Tahanan dalam MW /
Ah
80 200 Sedikit

45

Gambar 2.27
Arus Elektron Akkumulator pada Proses Pengisian-
Pengosongan dan Pemakaian

2.1.7.4. PENGISIAN DAN PENGOSONGAN LISTRIK
Tabel 2.18 Proses Pengisian dan Pengosongan
Jenis Aku
mulator
Elektroda
negatif
Elektroda
Asam
Positif
Proses
Elektroda
negatif
Caira
n
( air )
Elektroda
Positif
Timah
Hitam
Pb + 2H2SO4 +
PbO2
Pengo
songan
PbSO4 + 2H2O +
PbSO4
Elektroda
positif
Elektroda
air negatif
Elektroda
positif
Elektroda
negatif
Nikel Besi 2Ni O( OH ) + Fe +
2H2 O
Pengi
sian
2Ni ( OH ) 2 + Fe ( OH ) 2
Nikel
Cadmium
2Ni O ( OH ) + Cd +
2 H2O
2 Ni ( OH ) 2 + Cd ( OH ) 2

2.1.7.5. DAYA GUNA AKKUMULATOR
Tabel 2.19 Daya guna akumulator
QL = IL × tL QL = Kapasitas Pengisian h AH = daya gunaE EE

Q = I × t

QE = Kapasitas Pengosongan ampere jam
h WH = daya guna

I × t

Ah = EE IL = Arus Pengisian watt jam

IL × tL

IE = Arus Pengosongan

U × I × t

E EE

Wh = tL = Waktu Pengisian

U × I × t

LEL

tE = Waktu Pengosongan

2.1.7.6. KOROSI
Korosi Kimia Listrik Melalui Pembentukan Elemen

Saling bersentuhannya dua logam yang BERBEDA dan padanya terdapat
suatu elektrolit, dengan demikian maka terbentuklah suatu elemen
galvanis yang terhubung singkat. ( elemen korosi ).

Kemudian didalam elemen mengalir suatu arus. Arus ini dapat menyebab
kan korosi.

-Pada pijakan tempat keluarnya arus terjadi korosi.

-Tempat masuknya arus bebas korosi :

Gambar 2.28 Korosi Kimia Listrik

Terjadinya korosi makin lebih besar bilamana :

-Kedudukan kedua logam didalam urutan tegangan terletak semakin

juah satu sama lain.

-Elektrolitnya semakin kuat/efektif.

-Udara didalam elektrolit terpisah dengan lebih baik.

Usaha mengatasi terjadinya korosi kimia listrik :

-Memutuskan arus korosi.

Contoh :

-Mengisolasi antara kedua loga,.

-Menggunakan logam yang sama.

-Perlindungan korosi secara listrik ( menggunakan arus pelindung ).

-Pemilihan logam yang lebih tepat dengan perebdaan tegangan yang
lebih kecil.

Gambar 2.29 Perambatan korosi antar plat/ logam

2.1.8. TAHANAN LISTRIK ( R )
2.1.8.1. TAHANAN DAN NILAI HANTAR
-Tahanan R
Tahanan suatu kawat penghantar listrik adalah penghambat bagi
elektron-elektron pada saat pemindahannya.Tahanan ini bergantung
pada beban ( susunan atom, elektron bebas ), panjang, luas penampang
dan temperatur dari suatu kawat penghantar listrik.
Satuan 1 ohm ( 1 W ) omega

-Nilai hantar G

Suatu kawat penghantar dengan tahanan kecil, maka kawat tersebut
akan menghantar arus listrik dengan baik kawat tersebut memiliki nilai
hantar yang besar.

11

Nilai hantar = G =

TahananR

TAHANAN TAHANAN
Akan bertambah besar Akan bertambah kecil
Makin panjang suatu Makin berkurangnya panjang
penghantar dan makin kecil suatu penghantar dan makin
luas penampang-nya, maka besar luas penampangnya
material tersebut akan semakin maka material tersebut semakin
buruk sebagai penghantar baik sebagai penghantar

Tahanan suatu penghantar tergantung kepada tahanan jenis suatu
material, panjang dan luas penampang.

rl

R =

A

2.1.8.2. TAHAN JENIS r
Tahanan jenis adalah tahanan suatu penghantar pada panjang
penghantar 1 m dan luas penampang 1 mm2 dan pada keadaan
temperatur 200.

2

1 W . mm

Satuan =

m

Perhatikan nilai r pada tabel :
r dapat bervariasi di dalam hal berikut :
Dalam jenis pengerjaan ( Giling, tarik, tuang )
Dalam keadaan murni, Dalam keadaan panas, sebelum dan sesudah
pemakaian.

Hantar jenis ( c )

11

Hantar jenis = c =

Tahanan r

S . m m
Satuan : =

mm2 W mm2

Menghitung tahanan dan nilai hantar

1
R =
c . A
c . A
G =
1
Tahanan Listrik suatu penghantar
Hubungan tahanan dengan : Panjang, luas penampang dan material
dengan keadaan : temperatur konstan mis : 200 C.

Gambar 2.30 Rangkaian Listrik
Jenis tahanan
Tahanan tertentu : Tahanan dengan lapisan karbon.
Tahanan dengan lapisan metaloxid.
Tahanan dengan lapisan metal.

Tahanan kawat.

2.1.8.3. KODE WARNA TAHANAN
Simbol warna pada permukaan tahanan

Warna Gelang
1
Gelang
2
Gelang
3
Gelang
4
Polos —± 20
Perak –10-2 %
Emas –10-1 ± 10
Hitam -0 100 %
Coklat 1 1 101 ± 5
Merah 2 2 102 %
Oranye 3 3 103 -
Kuning 4 4 104 ± 1 %
Hijau
Biru
5
6
5
6
105
106
± 2 %
-
Ungu 7 7 107
-Abuabu
Putih
8
9
8
9
108
109 ± 0,5
%

Keterangan :
Gelang 1 = 1 angka nilai tahanan
Gelang 2 = 2 angka nilai tahananGelang 1 = 1 angka nilai tahanan
Gelang 2 = 2 angka nilai tahanan

Contoh

Gelang 3 = 3 Bilangan pengali dikalikan dengan
angka bilangan dari gelang 1 dan 2
Gelang 4 = Toleransi tahanan dalam %

Contoh:
Suatu tahanan dengan lapisan karbon dengan warna dari kiri ke kanan :
Kuning -Ungu -Coklat -Emas.
Berapakah Tahanan dan Toleransinya ?
Jawab : Kuning, Ungu, Coklat, Emas.

4 7 . 10 + 5 %
R = 470 W + 5

2.1.8.4. TAHANAN STANDARD IEC
Tabel berikut adalah harga-harga standar IEC.
Nilai tahanan yang ada dalam pasaran ( yang diproduksi pabrik) adalah :

kelipatan 10 dari angka yang ditunjukkan dalam tabel.
Namun harga terkecil dimulai dari nilai satuan ( 1,0 )
Sebagai contoh : E6, hanya tahanannya dimulai dari :

1,0 ; 1,5 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 ; 6,8 W

Nilai tahanan berikutnya adalah perkalian nilai tahanan dasar diatas dengan 10n, dengan n sama dengan bilangan 0
sampai dengan 8.
Berikut adalah cara mengetahui urutan tahanan bila kita tidak mengingatnya.
Nilai tahanan kelompok E 12
inilah yang banyak terdapat di pasaran bebas dan harus dihafal.

Tabel 2.20 Resistor Standard IEC E6,E12 dan E 24

E6 1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8
E12 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2
E24 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1

Urutan berlaku O,kO dan MO

Contoh : Carilah urutan tahanan pada kelompok E 12.

Caranya
:
1. nilai awal adalah
2. nilai berikut adalah
1 W
12 10 1 21= ,
1,0 W
1,2 W
3. 1,2 x 1,2 = 1,44 1,5 W
4. 1,2 x 1,5 = 1,8 1,8 W
5. 1,2 x 1,8 = 2,16 2,2 W
6. 1,2 x 2,2 = 2,64 2,7 W
7. 1,2 x 2,7 = 3,24 3,3 W
8. 1,2 x 3,3 = 3,96 3,9 W
9. 1,2 x 3,9 = 4,68 4,7 W
10. 1,2 x 4,7 = 5,64
5,6 W
11. 1,2 x 5,6 = 6,72
6,8 W
12. 1,2 x 6,8 = 8,16
8,2 W

2.1.8.5. JENIS TAHANAN
MACAM-MACAM TAHANAN, BENTUK DAN BAHANNYA

Sebagaimana kita ketahui bahwa setiap benda mempunyai nilai
hambat terhadap aliran listrik, yang besarnya tergantung pada jenis,
penampang dan kondisi temperatur.

Dengan demikian tahanan besar nilai hambat listrik tergantung dari jenis
bahannya.
Jenis tahanan yang mempunyai komposisi bahan dasar yang berbeda.

1. Tahanan karbon arang
Gambar 2.31 Thanan Karbon Arang

Tahanan ini banyak dijumpai dipasaran, umumnya mempunyai nilai
kepekaan yang relative rendah , mempunyai toleransi dan batasan daya
(rating daya) kecil.
Tahanan ini digunakan pada pesawat yang kurang memerlukan ketelitian
yang canggih.

Tahanan jembatan kawat metal film

Sebagai contoh, adalah tahanan hantaran kawat dengan dasar

Gambar 2.32 Tahana Gulungan Kawat

Tahanan gulungan kawat

Gambar 2.33 Tahanan Kawat Metal Film

2.1.8.6. TAHANAN FUNGSI SUHU DAN FUNGSI CAHAYA
Contohnya : LDR ( cahaya ), termistor ( suhu )

* LDR dibuat dari cadmium sulfida, yaitu bahan
semi konduktor yang
nilai tahanannya berubah-ubah menurut intensitas cahaya yang jatuh
padanya.
* R. LDR sekitar 10 W M di tempat gelap dan menjadi 150 W ditempat
yang terang.
* Termistor atau tahanan termal adalah alat semi konduktor
yang
berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur
yang tinggi biasanya negatif.
* Termistor
ini dibuat dari campuran oksida-oksida logam yang
diendapkan, seperti : mangaan , nikel, kobalt, tembaga, besi, dan
uraium.
* Tahanan sebuah termistor pada temperatur ruang dapat berkurang
sebanyak 6 persen untuk kenaikan temparatur 10 C.
*

Gambar 2.34 Elemen dasar LDR

-Substrat keramik ( bahan yang dikerjakan melalui peragian / enzim ).
-Lapisan bahan foto konduktif.
-Elektroda metalik.

Gambar 2.35 Thermistor

Koefisiensi temperatur ( a )

Segala sesuatu akan mengalami perubahan bentuk, nilai dan
kemampuannya jika ada peruabahan temperatur terjadi pada suatu
zat/benda yang dipergunakan untuk teknologi rekayasa, demikian pula
terhadap nilai tahanan listriknya.
Koefisien temperatur pada perubahan tahanan diberikan dam W ( ohm ),
jika temperatur suatu tahanan pada 10 C berubah 1 W ( satu ohm ).

1W 11

Satuan : ==

W0C 0CK

Contoh :

Jika lilitan motor pada suhu kamar 270 C mempunyai nilai tahanan 18
, maka jika di gunakan motor akan panas, misal temperaturnya menjadi
750 C, maka nilai tahananya akan tidak lagi sebesar.

Perubahan nilai tahanan bisa naik dan bisa juga turun, tergantung dari
jenis bahan tahanan.

Pengaruh temperatur pada tahanan penghantar listrik

Tabel 2.21 Keadaan berbagai macam golongan bahan :

Macam Penghantar
Penghantar dingin
Seperti halnya dengan Cu, Al, Fe
dsb ( Metale )
Semi Konduktor ( PTC ) terdiri dari
Fe dan Keramik
( Mis : Bariumtitanat )
Penghantar, gulungan
Untuk penggerak-mengatur
mengarahkan
Penghantar tidak tergantung pada Untuk alat-alat ukur yang
“temperatur” sangat teliti
Tahanan dari bahan, tetap konstant
seperti halnya
Nikel, Manhan ( Campuran Cu-Ni-
Mn ).
Penghantar panas Untuk penggerak, dan pengatur
Semi Konduktor ( NTC ) seperti mengarahkan
metaloxid, arang. Dioda.
Bahan isolasi ( perhatian pada Transistor untuk tujuan
temperatur yang pengisolasian
tinggi akan dapat menjadi
penghantar elektrolit.

2.1.8.7. PERUBAHAN TAHANAN
Tabel 2.22 Perhitungan dalam menentukan perubahan Tahanan
Penghantar dingin Penghantar tidak
tergantung tempat
Penghantar panas
R20 DR
RV
RV = R 20 + DR
DR = R 20 . DV . a a harus selalu positif
( Tahanan – PTC )
R20
RV
RV » R 20
DR = R 20 .
DV . a = 0
a harus selalu kecil
R20
RV DR
RV = R20 -DR
-DR = R20 . DR . a a harus selalu
negatif
( Tahanan NTC )

Berlaku untuk umum Keterangan :

R 20 = Tahanan mula pada 200C

RV = R20 + DR

R V = Tahanan akhir

D R = R20 . DV
D R = Perubahan tahanan
D V = Perubahan temperatur
a = Koeffisien temperatur

Diperoleh :

( Tergantung pada faktor
RV = R20 + R20 . DV bahan )

RV = R . ( 1 + DV . a )

Perhatian :

Besaran perubahan tahanan metal sebanding dengan perhitungan.
Pada bahan semi konduktor hal ini tidak akan terjadi. Perubahan tahanan
adalah merupakan diagram garis.

2.1.8.8. FAKTOR PERUBAHAN TAHANAN
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tahanan

Besar kecilnya tahanan listrik suatu bahan tergantung pada besar
kecilnya hantaran jenis bahan
tersebut. Semakin tinggi hantaran jenisnya, maka semakin tinggi daya
hantarnya, atau semakin
kecil nilai tahanan bahan tersebut.
Hal ini dapat dilihat dalam rumusan :

1

R = (W )

.A
1

hantar jenis dengan satuan

W . m
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tahanan adalah :

a). Jarak antar atom.
b). Pengaruh suhu.
c). Pengaruh larutan padat dalam bahan.
d). Pengaruh pita energi ( energi band ).
Setiap bahan selalu mempunyai nilai tahanan.

2.1.8.9. TOLERANSI TAHANAN
Nilai toleransi, daya, dan tegangan

a). Nilai toleransi
Nilai toleransi tahanan adalah : 0, 5 %, 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, dan
20 %.
Untuk keperluan yang sangat khusus, ada tahanan yang
toleransinya 0,001 %.
b). Nilai daya
Nilai daya yang ada pada tahanan-tahanan berkisar 1/20 Watt
sampai 50 Watt.
Namun nilai umum yang biasa dipakai adalah 0,50 -0,1 -0,25 0,5
-1 -2 -3 -6 -10 -20.
c). Nilai tegangan
Nilai tegangan maksimum suatu tahanan didapatkan dengan rumus :
U max = P.R

RESISTIVITY DARI BAHAN KONDUKTOR YANG UMUM DIPAKAI

Tabel 2.23 Resistivity Konduktor

CONDUKTOR MATERIAL RESISTIVITY
( Ohm meter pada 200 C )
Silver 1,64 x 10-8
Copper ( annealed ) 1,72 x 10-8
ALuminium 2,83 x 10-8
Tungsten 5,5 x 108
Nickel 7,8 x 108
Iron ( pure ) 12,0 x 10-8
Constantan 49 x 108
Nichrome 110 x 10-8

2

mm

Kalau daftar diatas dikonversikan ke satuan W

m

2-62

mm 10 . mm -6

maka W = W =W10 m

mm

KOEFISIEN TEMPERATUR
Tabel 2.24 Koefisien Temperatur

CONDUKTOR MATERIAL a 200
SilverCopper ( annealed )
ALuminium
Tungsten
Nickel
Iron ( pure )
Nichrome II
Constantan
Carbon
0, 0038
0, 00393
0, 0039
0, 0045
0, 006
0, 0055
0, 00016
0, 000008
0, 0005

Tabel koefisien temperature a (1/K)
Tembaga 3,9 . 10-3 Nikelin 0,15
10-3
.
Aluminium 3,8 . 10-3 Manganin 0,02
10-3
.
Ketentuan dalam suhu 20oC

2.1.9. PEMBAGI ARUS DAN TEGANGAN
2.1.9.1. HUKUM OHM
Bila diantara dua tiitk kita hubungkan dengan sepotong penghantar
maka arus listrik mengalir lewat penghantar itu. Arus ini akan
mendapatkan didalam penghantar yang disebut tahanan ( R ) dan diukur
dalam satuan ohm.
Hal ini menimbulkan pemikiran mengenai hubungan antara tegangan ;
arus dan tahanan. Telah ditentukan bahwa antara kedua tiitk diatas 1
volt dan tahanan penghantar 1 ohm, maka kuat arus yang mengalir 1
ampere. Jadi tegangan 1 volt itu ialah tinggi tegangan yang dapat
mengalirkan arus 1 ampere melalui

tahanan 1 ohm. Hukum ohm memperlihatkan hubungan antara tegangan
arus dan tahanan listrik.
Pada setiap rangkaian listrik hukum ohm selalu berlaku.

Bunyi hukum ohm

Pada setiap rangkaian listrik, tegangan adalah perkalian dari kuat arus
dengan tahanan.

dapat ditulis dengan rumus sbb :

U = I . R UU

atau I = atau R =

RI

Dimana : I adalah arus dengan satuan Ampere ( A )
U adalah tegangan dengan satuan Volt ( V )
R adalah tahanan dengan satuan Ohm ( W )

Jadi besarnya arus :

a. Arus berbanding lurus dengan tegangan.
b. Arus berbanding terbalik dengan tahanan.
Percobaan 1

Keadaan arus, dengan berubahnya tegangan pada tahanan tetap.

Kesimpulan :
Perubahan keadaan arus sebanding
dengan perubahan keadaan tegangan

Kesimpulan :
Perubahan keadaan arus sebanding
dengan perubahan keadaan tegangan

I

1
2
3
4
5
6
2 4 6 8 10 12
Besaran
arus
mA
Bes ar tegangan
V
U

Gambar 2.36 Grafik Linear Tegangan terhadap Arus

Percobaan 2

Keadaan arus, dengan berubahnya tahanan pada tegangan yang tetap.

Kesimpulan :

Perubahan keadaan arus berbanding terbalik dengan perubahan keadaan
tahanan.

Gambar 2.37 Grafik Non-Linear Tegangan terhadap Arus

Kalau kita perhatikan hasil percobaan 1 dan 2

1. I = Sebanding dengan U.2. I = Berbanding terbalik dengan R
I

= sebanding dengan = sebanding dengan G

R

U

Maka diperoleh I = Hukum ohm

R

I V

Dari hukum ohm ditentukan : 1 A =

1 W

Contoh :

Sebuah relai dengan tahanan 40 KW, dihubungkan tegangan 48 V,
Tentukan besar arus yang mengalir pada relai !.

U 48 V

Jawab : I = == 0,0012 A = 1,2 mA

R 40000 W

Sebuah coil dengan tegangan 110 V dialiri dengan arus 25 mA.

Hitunglah tahanan coil tersebut !.

U U 110 V

Jawab : I = ® R == = 4400W

R I,

0 025 A

= 4,4 KW,

2.1.9.2. HUKUM KIRCHOFF
Hukum Kirchhoff I ( Mengenai arus )
Jumlah arus dalam suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian
adalah sama dengan nol, arus yang masuk dalam titik percabangan
sama dengan arus yang meninggalkannya. Jadi jumlah listrik yang
masuk, harus sama dengan jumlah listrik yang keluar.

1. Contoh Percabangan pada titik A
I2
I3

I1 I4

Gambar 2.38 Hk Khirchoff I
I1 = I2 + I3 + I4 atau I1 -I2 -I3 -I4 = 0
Jadi rumus hukum Kirchhoff I :

åI = 0
Dengan perkataan hukum Kirchhoff berbunyi :
Jumlah aljabar semua arus dalam titik percabangan itu sama
dengan nol.

2. Contoh :
1. Perhatikan gambar dibawah, arus masuk ke tiitk percabangan A
lewat dua kawat I1 dan I2.
Dari titik A arus mengalir ke 3 lampu yaitu : I3 ; I4 ; dan I5. Maka bila I1
= 3 A ; I2 = 4 A ;
Menurut hukum Kirchhoff I : åI = 0

Jadi : I1 + I2 -I3 -I4 -I5 = 0

3 + 4 -2 -3 -I5 = 0

[ Arus yang masuk ke titk A kita sebut positif dan yang
meninggalkannya kita sebut negatif 0]

Perhitungan di atas dapat dilakukan sebagai berikut :
[ Arus yang masuk = arus yang keluar ]
I1 + I2 -I4 -I5
3 + 4 = 2 + 3 + I5
7 = I5 + 5
I5 = 7 -5 = 2A, meninggalkan titik ercabangan

Dari rangkaian listrik di bawah ini berlaku hukum Kirchhoff I.

Apakah beberapa alat/pemakai bersama-sama dihubungkan pada satu
tegangan, maka tegangan alat-alat itu semua sama, hubungan semacam
ini di sebut “ Hubungan Jajar” Semua alat listrik pada umumnya
dihubungkan jajar pada tegangan yang tersedia.

Gambar 2.39 Hubungan Jajar Alat Listrik

Sesuai dengan hukum Kirchhoff I, dalam titik percabangan A, jumlah

angka aljabar arus sama dengan nol.
I total -I1 -I2 -I3 = 0
I total = I1 + I2 + I3

I

I31

R3

It I2
I1
R2
R1
Us

Menurut hukum ohm : Arus dalam masing-masing cabang :

U UU

I1 = ; I2 = ; I3 =

RRR3

12

U UU

Jadi : IJ = ++

R1 RR

23

Harga ketiga tahanan R1 ; R2 ; dan R3 dapat kita ganti dengan satu
tahanan pengganti : “Rp”, yang dapat memenuhi persamaan terakhir di
atas.

U

Jadi : IJ =

RP

Dengan masukan ini ke dalam persamaan terakhir di atas, kita hasilkan :
UU UU

= ++
RPR1 R2
R3
Kalau kedua ruas persamaan ini kita bagi dengan U1 akan didapatkan :
11 11

= ++

RPR1 RR

23
atau dapat ditulis :

11

= S

RPR

Dengan kata-kata :

Dalam satuan rangkaian jajar nilai kebalikan tahanan pengganti sama
dengan jumlah nilai kebalikan tahanan-tahanan yang dihubungkan jajar.
Karena = G, yang disebut daya antar maka rumus diatas hal 1-4
sebagai berikut :

Gp = G1 + G2 + G3 atau

Gp = åG atau dengan perkataan :

Daya antar pengganti dalam rangkaian jajar itu sama dengan jumlah
daya antar masing masing cabang.

Contoh :

Bila harga tahanan dalam cabang-cabang dalam gambar diatas
adalah :
R1 = 4 ohm ; R2 = 1,5 ohm ; R3 = 2,4 ohm maka :

1 111

=+ +

RP 4 1,52,4

1 385

=++

RP 121212

116 R12

=

P = = 0,75 ohm

RP12 1 16

Dari uraian diatas dapat kita simpulkan :

Dalam rangkaian jajar tegangan tiap-tiap alat listrik yang dihubungkan
sama.

Arus jumlah sama dengan jumlah arus cabang.

Nilai tahanan jumlah (tahanan pengganti) lebih kecil daripada harga
tahanan cabang yang terkecil.

2.1.9.3. HUKUM KIRCHOF II
Hukum Kirchhoff II ( Mengenai tegangan )

Arus yang digunakan dalam rangkaian atau jalan-jalan, tersusun dari
beberapa unsur yang mempunyai ggl yang tidak sama, begitu pula
tahanan dalamnya.

Dalam jala-jala yang rumit ( complex ) kita tak dapat begitu saja
menggunakan peraturan hubungan deret dan hubungan jajar, untuk
menyelesaikan persoalan-persoalan. Untuk keperluan ini kita pakai :
HUKUM KIRCHHOFF II

Dalam rangkaian tertutup :Jumlah aljabar dari sumber tegangan dan
kerugian tegangan pada suatu rangkaian tertutup sama dengan nol atau

åU = 0”
åU = 0
U -IR1 -IR2 = 0
U = 0
U = tegangan sumber
IR1 dan IR2 = kerugian
tegangan

Pedoman untuk menentukan persamaan-persamaan dari suatu
rangkaian tertutup menurut Hukum Kirchhoff’s II adalah :

* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial rendah ke potensial
tinggi ( -ke + ) diberi nilai atau tanda positif ( + ).
* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial
tinggi ke rendah ( +
ke -) diberi tanda negatif ( -)

* Arah arus dapat dimisalkan sembarang, dan apabila didapat hasil
bertanda negatif berarti arah arus salah.
Contoh 1

Tentukan persamaan dari rangkaian di bawah ini :

Jawab : åU = O

Pada bagian abca : U1 -I1 R1 -I2 R2 + U2 -I1 R4 = 0

Pada bagian debcd : -U3 + I3 R3 -I2 R2 + U2 = 0

Catatan :

Dari sumber debcd kita anggap arah arus pada U3 dari ( + ) ke ( -)
sehingga diberi tanda negatif. Sehingga diberi tanda negatif. Kemudian I3
R3 diberi tanda ( + ) karena seharusnya arah arus menuju e sesuai
dengan sumber ( U3 ). Kemudian pada titik b berlaku hukum Kirchhoff’s II
yaitu : I1 -I2 -I3 = 0

2.1.9.4. ANALISA PERCABANGAN ARUS
Metode arus cabang

Pada bagian abca :
84 -12I1 -6 ( I1 + I2 ) = 0
3I1 + I2 = 14 …………………………………. ( 1 )
Pada bagian cdbc :
21 -3I2 -6I2 = 0
2I1 + 3I2 = 7 ……………………………………. ( 2 )
Dari persamaan (1) dan (2) didapat : I1 = 5 A dan
Tanda (-) pada arus I2 menyatakan arah I2 terbalik. Dengan demikian

arah arus I2 yang betul adalah seperti gambar berikut :
I2 = -1 A

Besar arus yang
mengalir pada :
R1 (12ohm ) adalah 5 A
R2 ( 16 ohm ) adalah I1 -I2 = 4 A dan
R3 (3 ohm ) adalah I A

2.1.9.5. ANALISA ARUS LOOP
Metode Arus Loop

Pada Loop baca :

84 -12I1 -6I1 + 6I2 = 0

18I1 + 6I2 = -84 atau 3I1 -I2 = 14 …………… (1)

Pada Loop cdbc :

21 + 3I2 + 6I1 -6I1 = 0

2I1 -3I2 = 14 ……………………………………………. (2)

Dari persamaan (1) dan (2) didapat I2 = IA dan I1 = 5A
Jadi arus yang mengalir pada tahanan

R ( 12 ohm ) adalah 5Aù

1

ú

R ( 6 ohm ) adalah 4A arah arus sudah benar

2 oe
R3 ( 3 ohm ) adalah 1Aûoe

2.1.9.6. HUBUNGAN SERI
Apabila tiga buah tahanan kita hubungkan berturut-turut seperti
didalam gambar percobaan 1 dan 2, lalu kita hubungkan dengan
tegangan baterai, maka arus mengalir dari baterai melalui tiga tahanan
itu. Tiga buah tahanan yang dihubungkan seperti tersebut disebut :
DIHUBUNGKAN DERET.
Kuat arus diseluruh bagian rangkaian deret itu sama besarnya, tidak
hanya tiga tahanan saja yang dapat dihubungkan deret, tetapi rangkaian
deret dapat terdiri dari dua, tiga, dan empat tahanan atau lebih.
Kalau kita ukur tegangan pada tahanan pertama ialah : U1 ; tegangan
kedua ialah : U2 ; dan tegangan ketiga ialah : U3, maka ternyata bahwa
jumlah ketiga tegangan itu sama dengan tegangan baterai. Jadi dalam
rangkaian deret TEGANGAN JUMLAH

Gambar 2.40 Rangkaian Seri

Kesimpulan :
Pada tahanan yang terbesar terletak tegangan yang terbesar .
Masing-masing tahanan memiliki besaran tegangan sendiri.
Pemakaian :
Tahanan depan untuk pemakaian tegangan yang kecil, tahanan depan
untuk alat ukur.

2.1.9.7. PEMBAGIAN TEGANGAN
Pembagian tegangan didalam rangkaian listrik

Gambar 2.41 Sumber Tegangan Dalam Keadaan Kosong

E : Gaya gerak listrik
( GGL ) adalah tegangan untuk menghantarkan
elektron, atau biasa dikenal tegangan tidak kerja Uo satuan Volt.
U : Tegangan
klem atau tegangan setelah melewati tahanan dalam dari
sumber tegangan satuan Volt.
R1: Tahanan dalam dari sumber tegangan dalam satuan ohm.
Persamaan arus : I = 0
Persamaan tegangan : U = E atau Uo

SUMBER TEGANGAN DALAM KEADAAN BERBEBAN

I . Rd
Uo

I
I

Gambar 2.42 Rangkaian Sumber Tegangan Berbeban

Arus listrik mengalir dari tiitk positip ke titik negatip.
Andaikata dua titik itu netral, jadi tidak ada tegangan antara kedua tiitk
itu, maka tak akan ada arus yang mengalir lewat kabel yang
nenghubungkan kedua tiitk itu, karena tidak ada perpindahan elektron,
jadi :

Arus listrik mengalir hanya bila ada tegangan dan hanya dalam
rangkaian tertutup.
Besarnya tegangan jepit ( klem ) menurut hukun ohm, sama dengan kuat
arus dikalikan dengan tahanan, maka disebut tahanan luar.
Jadi dapat ditulis :

U
= I . Ra

Demikian pula didalam baterai juga terdapat tahanan.
Tahanan didalam baterai disebut tahanan dalam sumber arus, karena
terdapat didalamnya, maka :

DU = I . Rd

dimana : DU = kerugian tegangan di dalam sumber arus.

Rd
= tahanan dalam sumber arus.

I = arus yang dikeluarkan.
Jadi besarnya ggl :

Uo
= I ( Ra + Rd )
= I Ra + I . Rd
= U + I . Rd
= U + DU

dari persamaan diatas dapat ditulis :

Uo

I =

Rd + R

a

Sumber tegangan dalam keadaan hubung singkat
Gambar 2.43 Rangkaian Sumber Tegangan Keadaan Hubung Singkat

Jika suatu baterai hubung singkat maka : U = 0
Karena tidak ada tahanan luar atau tahanan luar relatif kecil sekali
(diabaikan) maka didapat rumus :

Uo

I
=

R

R

Kesimpulan :

-
Semakin besar arus, maka tegangan klem semakin kecil.

-Semakin kecil tahanan dalam, maka semakin berkurang tegangan
klem yang tergantung dari arus beban.

2.1.9.8. RUGI TEGANGAN DALAM PENGHANTAR
Yang dimaksud kerugian tegangan dalam penghantar ialah tegangan
yang hilang, atau tegangan yang tak dapat dimanfaatkan :

Gambar 2.44 Rugi Tegangan Dalam Penghantar
Dalam rangkaian arus :

U

I =

Rp

RP = RA-B + RBC + RCD
dari titik A ke B terjadi turun tegangan
UAB = I . RAB
= I . Tahanan penghantar masuk
dari titik C -D = terjadi turun tegangan
UCD = I . RCD

= I Tahanan penghantar keluar
DU = U -UBC atau
DU = UAB + UCD

Panjang dan penampang kedua penghantar itu sama, jadi tahanannya
sama. Tahanan penghantar

r l

R =

q

Tahanan dua kontrol :

2 r l

2 R =

q

74

Turun tegangan dinyatakan dalam % dari tegangan yang diberikan
D U = å % . U
S

= × U

100

2.1.9.9. PEMBEBANAN SUMBER
Sumber tegangan dalam keadaan berbeban yang dapat diatur

Grafik 2.45 Grafik Pembebanan Sumber

Kesimpulan :

Semakin besar tahanan beban yang diukur maka besarnya tegangan
klem akan semakin kecil. ( lihat grafik ).

Contoh Soal :

*
Sebuah sumber tegangan memberikan 1,5 V dihubungkan pada tahanan
2,5 W sedangkan tahanan dalam baterai 0,5 W.
Hitunglah :

a. Arus yang mengalir.
b. Tegangan klem ( tegangan pada tahanan luar ).

Jawab :

Diketahui : Uo = 1,5 V
Ri = 0,5 W
Ra = 2,5 W I = ?
u = ?

Jawab :

U 1,5 V

a). I = =

Rd + R 05 , +2 5 ,

a
1,5

= = 0,5 A

3

b). = Uo -I . Rd
= 1,5 V -( 0,5 . 0,5 )
= 1,5 V -0,25
= 1,25 V

2.1.9.10. HUBUNGAN JAJAR.
Beberapa pemakai alat listrik bersama-sama dihubungkan pada
satu tegangan. Hubungan semacam ini disebut : HUBUNGAN JAJAR.

Semua alat listrik pada umumnya dihubungkan jajar pada
tegangan yang tersedia.
Contoh perhatikan percobaan dibawah :

Gambar 2.46 Rangkaian Pararel
Perhitungan tahanan total ( tahanan pengganti )

UU

R ==

I I+I +I

12 3

U1

= R = 11 11

UUU 111 = ++

++ ++

R R2R R R RRR 1R2R3

131 3

2

G = G1 + G2 + G3

Contoh 1

Dua buah tahanan masing -masing R1 = 10 , R2 = 40,
dihubungkan secara paralel dengan 200 V, Tentukan tahanan total dan
arus yang mengalir pada masing-masing tahanan serta perbandingan
I1 : I2 dan R2 : R1

Jawab :

111

R =

==
1
+
11
+
1 0,1+ 0,025

R1 R2 1040

U 200 V

I = = = 25 A
R8 W

U 200 V

I1 = = = 20 A
R1 8 W

U 200 V

I1 = = = 5 A
R2 40 W

Kontrol : I = I1 + I2 = 25 A

I120 A R140 W

= = 4 = = 4

I2 5 A R210 W

Kesimpulan :

Tahanan total adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dari
tahanan cabang. Keadaaan arus pada tiap cabang berbanding terbalik
dengan tahanan cabang.

Pemakaian :

Hubungan paralel ( shunt ) untuk mengukur arus dan untuk pemakaian
stop kontak yang lebih banyak dalam suatu rangkaian.

Contoh 2

Diketahui : Dua buah tahanan R1 = 20 , R2 = 30, dihubungkan
secara paralel.

Ditanyakan : Tahanan total

a). Jawaban secara perhitungan

1 1 1 R2+R1 R1. R2

=+= ® R =

R R . R2 +

1 R2 R1R1R2
20 W . 30 W 20 W . 30 W

R = = = 12 W

20 W + 30 W 50 W

b). Jawaban secara grafik

Terapan hubungan campuran pada Perluasan batas ukur

Dengan adanya tahanan seri ( tahanan depan ) , batas ukur dapat
diperluas .

2.1.10. PENGUKURAN RANGKAIAN
Pengukuran Tahanan tak langsung ( Pengukuran arus & tegangan ) .
Kesalahan rangkaian dalam mengukur arus

.
Gambar 2.47 Kesalahan Pengukuran Arus

UX = U I X = I -I V
Rumus

UU

RX = RX = U

I -IV I -RV

Kesalahan ukur diabaikan
Pada tahanan yang kecil .

Keterangan :

U = Tegangan teratur
I = Arus terukur
IV = Arus volt meter
RV = Tahanan volt meter

Gambar 2.48 Kesalahan Pengukuran Tegangan

UX = U x UA I X = I
U -UA U -RA x I

RX ==

II

Tahanan yang besar

Keterangan :

U = Tegangan teratur
I = Arus terukur
UA = Tegangan Amperemeter
RA = Tahanan Amperemeter .

Pengukuran Tahanan Langsung dengan :
-Pengukur tahanan ( ohm meter )
-Pengukur isolasi ( contoh induktor )
-Jembatan pengukur tahanan

2.1.10.1. HUBUNGAN JEMBATAN
Gambar 2.49 Rangkaian Jembatan
Syarat tahanan untuk jembatan tak berarus ( I 5 = 0 )

Syarat untuk jembatan tak berarus :
I 5 = 0 U5 = 0

U1 = U3 U2 = U4
I 1 = 12 13 = 14

U1 = I1 x R1 = I3 x R3
U2 = I1 x R2 = I3 x R4

I1R3R4 R1R3 R3R4 R1R3

== =

I3R1R2 R2 R4

2.1.10.2. HUBUNGAN CAMPURAN
Pada rangkaian tahanan-tahanan yang di sambung seri, besar tahanan
total adalah jumlah nilai tahanan yang disambung seri tersebut.

misal
A B

R1 R2 R3
Pada rangkaian tahanan-tahanan yang di sambung paralel
misal : A

R1 R2 R3
B

Maka:

R A-B = R1 + R2 + R3

I 111

maka : R A-B = =++

R RRR

AB 123

Untuk rangkaian-rangkaian seri-paralel (campuran), tahanan-tahanan
paralel harus dilihat
sebagai sebuah kelompok tunggal yang seri dengan tahanan-tahanan
lainnya.
Berikut ini adalah cara penyelesaian rangkaian campuran

Rangkaian campuran 1 ( seri-paralel ).

paralel murni

R1 R3

R4 R6
R2 R5
R x R 1

RI = 12 RII =

R +R 111

12 ++

RRR

34 5

A B

R1 R2 R3

R A-B = RI + RII + R6

2.1.10.3. Hubungan jembatan arus searah
Jembatan adalah rangkaian yang terdiri atas empat komponen yang
dirangkaikan seperti gambar dibawah ini.
Komponen-komponennya boleh jadi berupa tahanan atau juga pirantipiranti
lain..

Gambar 2.50 Rangkaian Jembatan Arus Searah

Deretan R1 dan R2 juga deretan R3 dan R4 disebut lengan atau cabang
jembatan semacam ini dinamai jembatan Wheatstone.
Dalam jembatan dapat ditetapkan tiitk C dan D jika dihubungkan, maka
tidak ada arus mengalir .
Hal ini dapat terjadi kalau tegangan antara C-B adalah sama dengan
yang di antara D-B, dan ini dapat diperoleh R1 : R2 = R3 : R4
Kalau persyaratan-persyaratan diatas dipenuhi, maka dikatakan bahwa
jembatan bersetimbang.
Rangkaian jembatan wheatstone banyak dipakai dalan piranti ukur
cermat dan juga dalam industri.

2.1.10.4. JEMBATAN BERSETIMBANG
Gambar dibawah adalah cara untuk mengukur tahanan yang belum
diketahui :

Gambar 2.51 Pengukuran Jembatan Setimbang

Prinsip Kerja :


Potensiometer P adalah untuk mengatur supaya alat ukurnya
menunjukkan 0. jembatanpun bersetimbang.

Mengukur hanya tahanannya ( diantara titik-tiitk P-Q ) dengan alat
ukur Ohm meter.

Dengan menerapkan rumus : R1 : R2 = R3 : R4
Guna mengukur tahanan yang tak diketahui, RX, maka RX ini ditaruh
sebagai pengganti R3 . R2 Pun dipilih yang seharga R4. Dengan
demikian,kalaujembatan bersetimbang berlaku
RX = P.

Cara lain dapat dilakukan seperti pada gambar :

I1 . R1 = I2 . R2 ……………………… I I3 . R3 = I4 . RX ……………………… II
II × RI × R

1
1 32

== atau

II I × RI ×R

22 4X

RR

13

=

RR

2X
R × R

23

R =

X

R

1

2.1.10.5. PEMBAGI TEGANGAN BERBEBAN
a. Hubungan seri
R1
U1
R2 U2
UR

11

=

UR

22
R2.U1 U1.R2 R1

U1 = untuk mencari U2 = U = U. untuk mencari

1

R2 R1R1+R2

2.1.10.6. HUBUNGAN CAMPURAN BERBEBAN
R1
U1
R2 U2 Rb
UR

11

=

UR
R1.U2 Rp

2p

U1 = Rp
untuk mencari U2 = U.Rp +R1
R1 Rp

U1 = U.R1 + Rp
untuk mencari U2 = U.R1+ Rp
.R

R2b 111

Catatan Rp = atau =+

R2+R Rp R2R

bb

Tahanan di dalam baterai, disebut tahanan dalam baterai

Misalkan : Jumlah unsur yang dideret = d ggl tiap unsur = e

Tahanan dalam tiap unsur = rd Tahanan luar = RI
Maka : arus baterai ( I bat ) dapat dihitung.
Sesuai dengan rumus sumber arus :

E E bat

I = Maka untuk baterai ini : I =

rd + RI rd bat + RI

+ + +
Rb

Gambar 2.52 Rangkaian Seri Baterai Berbeban

E bat = d x e
Rd = d x rd , sehingga rumus untuk hubungan deret :

d ´ e

I = Ampere

d ´ rd + RI

d = Jumlah unsur dalam hubungan deret.
e = ggl tiap unsur dalam volt.
rd = Tahanan dalam tiap unsur, dalam ohm.
RI = Tahanan luar, dalam ohm.

2.1.10.7. HUBUNGAN DENGAN POTENSIOMETER
Gambar 2.53 Grafik Hubungan Dengan Potensiometer

U1 = tegangan sepanjang kumparan
I1 = panjang kumparan

2.1.10.8. PARAREL SUMBER BERBEBAN
Rangkaian Paralel
I1 I2 I3 I4 It

+

+

+

+

Rb

-

-

-

-

Gambar 2.54 Rangkaian Pararel Baterai Berbeban

Ggl baterai = ggl unsur = e , karena hubungan jajar.

Tahanan dalam baterai : Rd = rd/j

j = jumlah unsur yang dihubungkan jajar.

rd = Tahanan dalam tiap unsur, sehingga arus baterai

e

I =

(1/ j ´ rd ) + RI

2.1.10.9. RANGKAIAN SUMBER CAMPURAN
Rangkaian Campuran ( seri – Jajar )

Gambar 2.55a Rangkaian Seri-Pararel Baterai Berbeban A

( – )
( + )
- )
Gambar 2.55b Rangkaian Seri-Pararel Baterai Berbeban B

Untuk mendapatkan arus maupun tegangan yang cukup, maka
penyambungan sumber arus ( unsur ) dibuat campuran atau dikenal
dengan sambungan deret-jajar, seperti dalam gambar

Rumus yang dipakai untuk hubungan ini, tidak meninggalkan rumusrumus
dasar deret dan jajar.

Jumlah unsur yang dihubungkan deret = d
Jumlah deretan ( rangkaian deret ) yang dijajarkan = j
Jumlah unsur seluruhnya = d X j = n
Ggl baterai = d X ggl unsur.

d

Tahanan dalam baterai = tahanan dalam unsur.

j

Sehingga arus baterai :

d ´ ed ´ ed ´ e

I = ==

(d / j ´ rd ) + RI (d /1´ rd) + RI (d ´ rd) + RI

Jika d = 1 , maka rumus ini menjadi rumus untuk baterai dengan
hubungan jajar,
seperti dibawah ini :

d ´ ed ´ e

I ==

(d / j ´ rd ) + RI (1/ j ´ rd )rd

2.1.10.10. DAYA LISTRIK
Jika sebuah lampu pijar dihubungkan pada sumber tegangan,
lampu tersebut akan menyala karena dialiri arus listrik.Untuk
memindahkan arus listrik / muatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar :

w = U . Q
w = usaha listrik ……..joule = watt detik
U = tegangan listrik ……………..volt ( v )
Q = jumlah muatan listrik …coulomb ( C )

Q = I . t

w = U . I . t
Daya listrik adalah usaha listrik tiap satuan waktu :

w

w = U . I . t

U . I = P =
t

P = U . I
P = daya listrik …….. watt
P = U . I

U = I . R

I2

P = I . R . I = . R

P = I2 . R
R = tahanan / hambatan listrik …. ohm ( W )

U

P = U . II =

R
U U2

= U . =

RR

P =
U
R
2
Dari persamaan :

I2

P = . R
Jika R adalah konstan, maka grafik P = ¦ (I)
dapat digambarkan sebagai berikut :

Contoh : R = 1000

I P
( ma ) ( w )
100 100
200 200
300 300
400 400
500 500
600 600
700 700
800 800
900 900
1000 1000

Satuan daya listrik yang lain :

10-3

1 mili watt = 1 mw = w
1 kilo watt = 1 kw = 103 w
1 mega watt = 1 Mw = 106 w
1 daya kuda = 1 Hp = 746 w
Konversi daya listrik terhadap daya panas dan daya mekanik :

1 watt = 0,102 kgm/det = 0,00136 Hp = 0,24 kal/det
Contoh :

Sebuah setrika listrik dayanya 330 w, dihubungkan pada tegangan 220 V.
Hitung : a. arus yang mengalir.

b. Hambatan setrika dalam keadaan bekerja.
(anggap harganya konstan)
Jawab :

P 330

a) P = U . II = = = 1,5 A

U 220

Jadi : I = 1,5 A

U 220

b) R = = = 146,67 W

I 1,5

U2 U2 2202 48400

atau P = R = ==

R R 330 330

R = 146,67 W

2.1.10.11. DAYA GUNA (EFISIENSI)
Daya guna disebut juga efisiensi adalah perbandingan antara daya
keluaran ( out put ) dengan daya masukan ( input ). Daya keluaran selalu
lebih kecil dari daya masukan, karena selalu timbul kerugian-kerugian.
Contoh kerugian-kerugian pada motor listrik :
Jadi jelas terlihat bahwa daya masukan ( input ) selalu lebih besar dari
daya keluaran ( out put ).
Daya guna atau efisiensi dinyatakan dalam persamaan :

P output P2 P2

h = atau h =

P inputP1

Jika dinyatakan dalam persentase :

P2

h = x 100 %

P1

h= efisiensi = daya guna ……… %
P2 = daya keluaran
P1 = daya masukan

Catatan :

-Dalam menghitung daya guna/efisiensi, Satuan daya keluaran harus
dalam satuan yang sama.
Jawab :

P1 = 100 watt
P1 = 1 HP = 746 watt

P2 746

h= x 100 % = x 100 %

P11000

h=74,6 %

2.1.11. PANAS LISTRIK
2.1.11.1. TEMPERATUR
Kandungan panas suatu bahan atau benda tergantung pada :

(a). temperatur

(b). berat bahan, dan

(c). jenis bahan

Jadi temperatur dan panas tidaklah sama. Tidak ada kandungan panas
yang dapat diukur dengan sebuah termometer. Temperatur menunjukkan
tingkat panas, yakni suatu ukuran pada sebuah skala yang telah disetujui
dengan kemampuan panas untuk beralih dari
satu zat ke yang lain, atau dari satu bagian bahan ke bagian lain dalam
bahan yang sama.
Dengan demikian dapat disimpulkan :

2.1.11.2. PENGUKURAN TEMPERATUR
Pengukuran derajat panas atau temperatur atau suhu dari suatu zat
diukur dengan suatu alat yang disebut termometer. Alat ukur ini
mempunyai berbagai macam skala, tergantung dari pembuatnya.
Adapun macam-macam skala dalam pengukuran temperatur ini yaitu :

Celcius.

Fahrenheit.

Reamur.

Kelvin.

Celcius:Termometer yang dibuat oleh Celcius Mempunyai batas skala
pengukuran 00-100 dimana batas ini adalah 00 untuk temperatur air saat
membeku dengan tekanan udara ( P ) = 1 atm, skala 1000 untuk air
mendi -dih dengan P = 1 atm.

Fahrenheit :Termometer yang dibuat oleh fahrenheit mempunyai nilai
skala 320 untuk air membeku dan 00 untuk air asin (air laut membeku,
sedang untuk air mendidih 2120C.

Reamur : Termometer yang dibuat oleh reamur mempunyai nilai skala 00
untuk air membeku dan 800 untulk air mendidih.

Kelvin :Termometer yang dibuat oleh Kelvin mempunyai nilai skala 273
untuk air membeku, sedangkan untuk mendidih 3330.

2.1.11.3. SKALA TERMOMETER
Dari penjelasan tentang skala yang di pakai oleh masing Termometer
dapat kita bandingkan :

100

2120

800

00

00

320

C RF

air laut membeku

0

Gambar 2.56 Skala Thermometer

t0 C = ( 9/5 x t ) + 320 F = 4/5 x t0 R

t0 R = ( 9/4 x t ) + 320 F = 5/4 x t0 C

t0 F = ( t -32 ) x 5/90 C = ( t -32 ) x 4/90R

Pada termometer kelvin nilai perbandingannya sama dengan celcius,
sehingga pengukuran untuk kelvin dan celcius nilai derajat panasnya
adalah sama, berartu untuk kelivin besarnya nilai pengukuran sama
dengan ( t0C + ) 0 K atau sebaliknya untuk celcius ( t0 K-3 ) 0 C.

2.1.11.4. KWALITAS DAN KAPASITAS PANAS
Setiap benda untuk bisa menaikan suhunya lebih tinggi dari suhu
semula, maka benda itu memerlukan tenaga, tenaga ini berasal dari gaya
luar yangh mengenai suhunya. Kalau gaya itu berasal dari benda itu
sendiri biasanya merupakan reaksi inti atom atau maka dapatlah
disimpulkan bahwa :

Kapasitas panas ( C ) adalah tenaga yang harus ditambahkan (
berupa panas ) untuk menaikkan temperatur benda sebanyak satu
derajat celcius.

· Menentukan nilai kapasitas panas
Berdasarklan rumus pada :

……….
Q = m . C . Dt

maka besarnya nilai kapasitas adalah :

Q = jumlah panas ……….. Joule
m = massa benda ……….. Kilogram ( Kg )
C = kapasitas panas………. Joule/derajat celcius ( j / 0C )
Dt = perubahan suhu……….. 0C atau 0K
C = kapasitas panas jenis.. Joule/kilogram derajat celcius ( j

/ Kg 0C )

· Pengertian kuantitas panas :
Seperti yang telah dijelaskan tentang kapasitas panas.

Maka kuantitas panas ( jumlah panas ) merupakan besar panas yang
diperlukan / dipakai secara total, ini berarti berhubungan dengan waktu.
Untuk menentukan besarnya kuantitas panas digunakan rumus

Q = m . C . Dt ……… joule

· Pengertian panas jenis
Pada pengertian panas jenis bisa disebut sebagai kalor
jenis dan dalam pengertian rumus 2 dinamakan kapasitas panas jenis
dengan satuan joule/kilogram derajat celcius ( j / Kg0C ).

Maka dapat disimpulkan bahwa : Panas jenis adalah bilangan yang
menunjukkan berapa kalori panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu
tiap satuan massa zat tersebut satu derajat celcius.

Q

C= j/Kg …………….. 3

m ×Dt

C = kapasitas panas jenis ( kalor jenis, panas jenis )

Q = kuantitas panas

m = massa

Dt = perubahan suhu

Tabel2.25 Kapasitas panas jenis beberapa zat

B a h a n
C
J
Kg × 0 C
é ëê ù ûú C
kWh
Kg × 0 C
é ëê ù ûú
Aluminiu
m
912 0,256 . 103
Tembag
a
385 0,107 . 103
Baja 460 0,128 . 103
PVC 880 0,243 . 103
Air 4187 1,16 . 10-3

2.1.11.5. KONVERSI BESARAN DAN SATUAN USAHA
Besaran uaha Q stuannya adalah kalori ( cal ) atau kilo kalori ( Kcal )
Besaran usaha W satuannya adalah Joule, ( J ), erg, Watt detik ( Ws )
dan kilo Watt jam ( kWh )
Satuan = Joule = Newton meter = kilogram meter / detik2 . meter

erg = dyne sentimeter = gram . centimeter/detik2 . cm
Joule = kg m2 / dt2
Erg = gr cm2 / dt2
jadi : 1 kg m2 / dt2 = 1000 gr . ( 100 )2 cm2/dt2
= 1000 gr . 1000 cm2/dt2
= 107 gr . cm2/dt2
Kesimpulan :1 Joule = 107 erg
1 erg = 10-7 joule
1 kalori = 4,19 Joule
1 W = 1 Joule/detik ( J/s )
1 Ws = 1 J
1 kWh = 1000 x 3600 J
= 3,6 x 106 J
= 3,6 Mega Joule
= 3,6 MJ

Dari perhitungan diatas maka didapatkan suatu tabel konversi besaran satuan dari usaha seperti berikut:

Tabel 2.26 KONVERSI USAHA LISTRIK

Satuan SI J ( Joule ) Nm ( Newton meter )
Satuan SI ( umum ) Ws ( Watt sekon ) kWh ( kilo Watt jam )
Satuan lainnya kcal ( kilo kalori ) = cal . 103
1 Ws = 1 J = 1 Nm = 107 erg
1 Ws = 278 .10-9 kWh = 1 Nm = 1 J = 0,102 kpm = 0,239 cal
1 kWh = 3,6 . 106 Ws = 3,6 . 106 Nm = 3,6 . 106 J = 367 . 103 kpm = 860 kcal
1 Nm = 1 Ws = 278 . 10-9 kWh = 1 J = 0,102 kpm = 0,239 cal
1 J = 1 Ws = 278 . 10-9 kWh = 1 Nm = 0,102 kpm = 0,239 cal
1 kpm = 9,81 Ws = 2,72 . 10-6 kWh = 9,81 Nm = 9,81 J = 2, 34 cal
1 kcal = 4,19 . 103 Ws = 1,16 . 10-3 kWh = 4,19 . 103Nm = 4,18 . 103J = 427 kpm

2.1.11.6. KONVERSI BESARAN DAN SATUAN DAYA
Dibawah ini adalah tabel konversi daya ke satuan lain.

Tabel 2.27 Konversi Daya

Satuan SI J ( Joule ) Nm ( Newton meter )

Satuan SI ( umum ) W ( Watt ) kW ( kilo Watt )

Satuan lainnya kcal/s ( kilo kalori/sek ) = cal / s . 103
kcal/h ( kilo kalori/jam ) = cal / h . 103
kcpl/s ( kilo pond meter/sek )
PS = HP ( Daya kuda )
1 W = 1 J/s = 1 Nm/s

1 W = 10-9 kW = 0,102 kpm/s = 1,36 . 10-3 PS = 860 cal/h = 0,239 cal/s
1 kW = 103 W = 102 kpm//s = 1,36 PS = 860 . 103cal/h = 239 cal/s
1 kpm/s = 9,81 W = 9,81 . 10-3 kW = 13,3 . 10-3 PS = 8,43 . 103cal/h = 2,34 cal/s
1 PS = 736 W = 0,736 kW = 75 kpm/s = 632 . 103cal/h = 1,76 cal/sl
1 kcal/h = 1,16 W = 1,16 . 10-3 kW = 119 .10-3 kpm/s = 1,58 . 10-3 PS = 277,8 . 103
cal/s
1 cal/s = 4,19W = 4,19 . 10-3 kW = 0,427 kpm/s = 5,69 . 10-3 PS = 3,6 kcal/h

Daya adalah besarnya usaha yang dilakukan tiap satuan waktu

Nm

Daya : = atau daya = Joule/sekon

S

Kg m / dt 2 ×m

= = Watt sekon/sekon

Sekon
Kg m × m

= = Watt

Sekon 3

= kg m2 / dt3

Jadi :

Besaran daya adalah P

Satuan daya adalah Watt atau kilo Watt. Seperti juga usaha daya
juga dapat di konversikan menjadi satuan-satuan lain, terutama yang ada
hubungannya dengan panas ( kalori atau cal ).

Contoh
Dalam konversi satuan usaha listrik pada tabel terdapat lajur :
1 kpm = 9,81 Ws = 2,72 . 10-6 kWh = 9,81 Nm = 9,81 J = 2,34 cal
Coba jelaskan bagaimana di peroleh data tersebut !

Jawab :

1 kpm adalah 1 kilo pond meter

1

1 Nm = 0,102 kpm berarti 1kpm = = 9,81 Nm

0 102

,

a). 1 kpm = 9,81 Nm 1 NM = 1 J = 1 Ws

b). 1 kpm = 9,81 J
1 Nm = 278 . 10-9 kWh
9,81 Nm = 9,81 x 278 . 10-9 kWh

= 2,72 . 10-9 kWh
= 2,72 . 10-9 kWh

c). 1 kpm = 2,72 . 10 kWh
1 Nm = 0,239 cal
9,81 Nm = 9,81 . 0,239 cal

= 2,34 cal

d).1 kpm = 2,34 cal
Jadi terbukti bahwa :
1 kpm = 9,81 Ws = 2,72 . 10-6 kWh
= 9,81 Nm = 9,81 J = 2,34 cal

2.1.11.7. DAYA GUNA Efisiensi
· Panas Sumber dari Sumber Listrik
Segala sesuatu yang diberikan dari suatu sumber tidak semua
dapat di manfaatkan
atau dui gunakan dalam pemakaiannya. Karena pada transfer (
pemberian ) yang dilakukan melalui
Media / alat / penghantar tertentu yang juga mengambil bagian dari
Sumber.

Demikian yang juga mengambil panas, dimana Sumber yang
berupa tempat asal mula energi terjadi tidak dapat memberikan panas /
energinya tanpa mengalami kerugian – kerugian. Sumber listrik
sebagai energi yang belum diubah menjadi panas untuk memanaskan
sesuatu juga mengalami kerugian. Kerugian ini disebabkan oleh
beberapa hal, diantaranya adalah rugi pada alat pemanas itu sendiri dan
rugi dari media transfernya, yaitu udara ( radiasi ) ataumungkin bantalan
atau komponen alat.

Besarnya panas dari sumber listrik adalah perubahan usaha listrik
menjadi panas seusai dengan rumus :

W1 = 0,24 . U . I . t …………. kalori

dimana : W = Usaha listrik …………… kalori

I = Arus listrik yang mengalir …….. amper

R = Tahanan ……………… Ohm

t = Waktu ……………….. detik

0,24 adalah perubahan dari Joule ke kalori

atau =
W1 = U . I . t ……. Joule

· Panas Bergema ( Out put )
Panas yang betul-betul termanfaatkan oleh yang memerlukan dinamakan
panas yang berguna. Biasanya panas ini sudah tidak lagi sebesar yang
diberikan oleh sumber karena adanya rugi -rugi sebagaimana yang
dijelaskan didepan.

Besarnya panas yang termanfaatkan ( berguna ) ini ditentukan
oleh rumus:

Q = m . c . Dt …… kalori

W2 sebanding dengan

Dimana = Q = jumlah / kuantitas panas …….. kalori

M = Massa benda yang dipanaskan .. kg

Dt = Perubahan temperatur ( suhu ) … 0C

atau
Q = m . c . Dt ………… Joule

Untuk menentukan satuan yang dipakai harus seragam, misal :


Jika Q dan W yang dipakai kalori, maka kapasitas panas jenis
yang dipakai adalah dengan satuan kalori / kg0C.

Jika Q dan W yang dipakai joule, maka kapasitas panas jenis
yang dipakai adalah dengan satuan joule / kg0C.
· Efisiensi Panas
Efisiensi panas adalah Perbandingan antara pasang yang
termanfaatkan ( pergunakan ) dengan panas sumber.

Besarnya efisiensi panas, ditentukan oleh rumus :

Q

h =´100%

W1

PANAS ( w ) YANG( Q )
SUMBER

BERGUNA

RUGI PANAS AKIBAT RUGI PANAS AKIBAT

RADIASI RAMBATAN KE BENDA LAIN

2.1.11.8. PERPINDAHAN PANAS
Panas dapat dikatakan mengalir dari sebuah benda panas ke benda
dingin. Sebuah zat yang dipanasi mengeluarkan panas ke zat lain melalui

( a ) hantaran ( konduksi ), ( b ) konverksi, ( c ) radiasi. Berbagai
jenis pemanas listrik bekerja menurut salah satu atau lebih dari prinsip
tersebut.
A. HANTARAN ( KONDUKSI ). Dalam hantaran, panas dipindahkan
melalui suatu zat dari satu titik ke titik lainnya. Misalnya, di dalam sebuah
batang yang dipanasi, energi panas dipancarkan dari molekul melalui
kontak langsung, walaupun tidak ada ada gerakan molekul – molekul itu
sendiri. Atom -atom dalam setiap bahan berada pada getaran yang
konstan. Getaran ini diperbesar oleh setiap kenaikan temperatur.

Kebanyakan zat nampaknya mengikuti pola ini. Tembaga adalah
penghantar panas dan listrik yang baik ; sedang kertas adalah isolator
panas dan isolator listrik yang baik.

B. KONVERSI.
Pemakaian arus konversi mungkin adalah cara yang paling pokok untuk
memancarkan energi panas untuk mendapatkan keduanya, pamanasan
ruang dan air. Udara sendiri bukanlah suatu penghantar yang baik tetapi
lapisan udara yang bersentuhan dengan sebuah elemen yang dipanasi
diberi energi panas dan karenanya memuai. Sehubungan dengan
pemuaian ini, massa jenis udara berkurang sehingga akan menjadi lebih
ringan dan naik. Lapisan udara yang segar mengisi tempatnya dan pada
gilirannya naik. Dengan cara ini sirkulasi kontinu dari udara yang
dipanasi dapat diperoleh, dan prinsip ini dilukiskan pada Gambar 2.57
Udara dingin ditarik ke dalam alat konversi listrik pada permukaan tanah,
dihangati oleh panas dan dibuang keluar melalui sebuah lapisan logam
bagian atas. Dengan bekerja pada panas hitam, umur elemen nikelchrome
bertambah dibandingkan dengan radiator-radiator di mana
mereka menjalankan panas merah. Pemanasan konverksi yang
mungkin dibantu oleh kipas angin memberi kemungkinan untuk
mengontrol termostatik ; tetapi bila dipasang termostat sebaiknya
ditempatkan agar memberi tanggapan terhadap temperatur aliran udara
masuk.

Gambar 2.57 Prinsip alat konveksi listrik

Pemanas berbentuk tabung juga bekerja sebagai konvektor. Pemanas
tersebut adalah lempengan baja terselubung dari penampang berbentuk
lingkaran ( diamater 50 mm ) atau oval yang mengandung sebuah
elemen dan panjangnya dari 0,61 mm sampai 5,2 m.( Gambar (a)).
Kurungan mempertahankan suatu jarak-antara ke dinding sebesar 33
mm. Hubung-hubungan bagian-dalam antara pemanas-pemanas dapat
diperoleh dan untuk melengkapi pembebanan yang kompak, pemanas

pemanas tersebut sering dipasang di dalam deretan bertingkat.
Fleksibilitas yang ditawarkan oleh rangkumam ukurannya membuat
pemanas sangat efektif untuk pemeriksaan aliran udara. Aliran udara
dingin yang turun dari udara dari jendela loteng dan jendela-jendela, bisa
dipanasi dengan memasang pemanas-pemanas berbentuk tabung yang
sesuai di bawah saluran gas.

Sebagai pendekatan yang lebih modern, unit-unit dapat dimodifikasi
atau dimasukkan di dalam pemanas-pemanas pembalut yakni yang
disempurnakan dengan warna-warna menarik yang akan bergabung
dengan dekorasi rumah model sekarang atau kantor. Salah satu bentuk
diperhatikan pada Gambar 2.58 (a) dan 2.58 (b).

Gambar 2.58a. Dimensi Pemanas berbentuk tabung

Gambar 2.58b Pemanas-pemanas berbentuk tabung tercakup didalam
pemanas-pemanas bermantel.

C. RADIASI.
Matahari memanasi bumi melalui radiasi yang merambat pada
kecepatan cahaya. Dalam radiator listrik ( Gambar 3 ), sinar-sinar panas
dari sebuah elemen pada panas merah yang terang lewat dengan cepat
melalui udara tanpa memanasi atmosfer tetapi menaikkan temperatur zat
padat dalam daerahnya. Berarti tembok, mebel dan badan manusia
menyerap panas dan menjadi lebih panas. Sebagaimana dapat dilihat
melalui bagan, sinar-sinar panas merambat dalam garis lurus dan
dipantulkan oleh permukaan-permukaan mengkilap dengan cara yang
sama seperti cahaya ; tetapi diserap oleh permukaan-permukaan hitam.
Pemanas-pemanas radiator pemantul tidak cocok untuk mengontrol
panas statik ( termostatik ).

Juga adalah menarik untuk memperhatikan bahwa bagian panas lewat
melalui pemantul karena hantaran yang pada gilirannya memanasi
lapisan-lapisan udara sekeliling untuk menghasilkan sejumlah konveksi
panas tertentu.

Untuk mencegah oksidasi, elemen-elemen digulungkan dengan kawat
nikel-chrome ( 80 % nikel dan 20 % chrome ) dengan koefisien
temperatur yang kecil. Paduan ini memiliki keuntungan tambahan yakni
tahanan yang tinggi setiap satuan panjang sehingga diperoleh suatu
sumber panas yang padat.

Gambar 2.59 Pemantul radiator parabolik.

Pemanas-pemanas sinar infra merah dapat dirancang agar
memancarkan gelombang-gelombang elektromagnet yang panjang
dalam daerah 3 mikron untuk menghasilkan kenyamanan tubuh. Elemen
pemanas ditutupi di dalam sebuah tabung silika bersekering. Bahan ini
adalah penghantar jelek tetapi sangat tembus pada cahaya radiasi infra
merah. Selanjutnya tabung bekerja sebagai sebuah pelindung arus
udara yang tidak teratur yang menabrak elemen-elemen tersebut dan

memperpendek umur elemen. Bahan tabung pembias juga memberikan
tingkat keamanan dalam hal mencegah tersentuhnya kawat yang
dipanasi.

Suatu variasi dapur api listrik yang hampir tak habis-habisnya, bekerja
berdasarkan satu atau lebih dari prinsip-prinsip dasar pemindahan panas.
Catatan dapat dibuat bagi pemanas-pemanas unit industri yang
mempunyai daya sampai beberapa kW. Digulung bersama sebuah
elemen kawat bergulung yang ditempatkan di depan sebuah kipas, dapat
dipasang pada suatu ketinggian sekitar 2-3 m dan meniupkan udara
panas di sekeliling suatu daerah lebar. Dalam cara ini suatu tingkat
ventilasi yang dipaksakan juga tersedia.

Radiator berisi minyak adalah sebuah pemanas lain dengan kedua
keluaran yang bersifat radiasi dan bersifat konveksi. Pada mulanya
dirancang dalam bentuk radiator pemanasan sentral tipe kolom, sekarang
ini pemanas tersebut sering dilesung dan memiliki selubung saluran kecil
baja tekan yang rapi. Unit ini sebagian diisi dengan suatu minyak tingkat
tinggi yang dipanasi dengan sebuah pemanas tipe celup. Minyak memuai
dan secara merata memanasi sleubung. Di sana terdapat sebuah
pengontrol termostatik yang terpasang bersama sebuah pemutus beban
lebih untuk ukuran-ukuran yang lebih besar, dan pemanas dapat
dipasang tembok atau berdiri bebas.

Pemanas panel juga dihasilkan dalam berbagai jenis. Elemen-elemen
yang datar ditanam di dalam berbagai bahan. Dalam satu jenis, sebuah
elemen karbon disisipkan di antara panel-panel bahan batu tulis.
Kebanyakan panas dikeluarkan sebagai radiasi temperatur rendah. Telah
ditemukan bahwa proporsi yang besar dari pancaran panas ( radiasi )
dikeluarkan ketika panel-panel tersebut dipasang pada langit-langit.

2.2. KOMPONEN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
2.2.1. KONDENSATOR
Kondensator atau disebut juga kapasitor adalah alat / perangkat untuk
menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu.
Sebuah kapasitor/kondensator sederhana tersusun dari dua buah
lempeng logam paralel yang disekat satu sama lain oleh bahan isolator
yang disebut dielektrikum.
Jenis kondensator diberi nama sesuai dengan dielektrikumnya, misal :
kertas, mika, keramik dan
sebagainya.

A
+
A
+
B

-

Gambar 2.59 Kondensator

Plat Logam

Jika lempeng kondensator/kapasitor dihubungkan pada sumber tegangan
DC, terjadi perpindahan elektron dari kutub ( -) lempeng B dan ke kutub
( + ) lempeng A.

Hal ini berlangsung sampai beda potensial antara lempeng A dan
lempeng B dengan GGL sumber
tegangan DC. Jika hal ini terjadi artinya kondensator sudah bermuatan
penuh.

2.2.1.1. Kuat medan listrik
Kondesator pada dasarnya adalah :

Dua keping plat penghantar ( logam ) yang tersekat satu dengan yang
lain . Dua keping tersebut bila dihubungkan dengan tegangan, di
dalamnya akan menghasilkan atau mengakibatkan PENYIMPANAN
MUATAN .

l

Gambar 2.61 Prinsip Kerja Kapasitor

Diantara dua keping plat yang bermuatan listrik itu
mempunyai KONDISI PENGISIAN YANG BERBEDA, ini mengakibatkan
terjadinya suatu medan listrik.

Medan listrik ini menghasilkan TENAGA ( DAYA ) dan bukan
merupakan PENGHANTAR .

Sebabnya adalah dia hanya TEGANGAN yang bermuatan listrik. Setiap
tegangan yang bermuatan
listrik menghasilkan sebuah MEDAN LISTRIK.
Besarnya medan listrik di sebut KUAT MEDAN LISTRIK ( E ).

E =
U
I
(
Volt
Meter
)
V

E = Kuat medan listrik ( )

M

U = Tegangan pada kondesator ( V )

l = jarak antara plat ( m )

2.2.1.2. DIELEKTRIKUM
Dielektrik medium atau disingkat saja “ dielektrik “ , adalah
medium penyekat yang terdapat antara kedua bidang kapasitor .

Konstanta dielektrik ( K ) sesuatu medium ialah
perbandingkan kapasitas apabila bidang-bidangnya di sekat dengan
medium itu dan apabila bidang -bidangnya di sekat oleh ruang hampa
udara.

C Medium

K =

C Hampa Udara

Untuk kapasitor bidang paralel yang di sekat oleh sesuatu
medium, kapasitasnya dapat di nyatakan dengan rumus.

KA

C =

4 p kd

Jika kedua bidang kapasitor itu tidak di sekat oleh ruang
hampa udara , melainkan oleh zat penyekat lain ,maka kapasitasnya
bertambah besar dengan suatu faktor Kyang bergantung kepada sifat
kelistrikkan medium penyekat itu yang di sebut konstanta dielektrik.

Konstanta dielektrik untuk :

Hampa udara . . . . . . . . … . . . . . . . .1

Udara kering 1 atom . . . . . . . . . . . . 1,0006

Air . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .80

Karbon tetrakhlosida . . . . . . . . . . . . 2,24

Bensena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,28

Minyak kastor . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,67

Methyl alkohol . . . . . .. . .. . . . . . . . 33 , 1
Gelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 – 7
Ambar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,65
Lilin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,25
Mika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,5 – 7

Kekuatan dielektrik menunjukkan gradient potensial (
Voltage / satuan tebal ) yang dapat menyebabkan pelepasan muatan
yang dapat menghancurkan zat penyekatnya.
Faktor ini adalah suatu ukuran kualitas zat penyekat .Kapasitor-kapasitor
itu mempunyai ukuran tertentu supaya dapat dipakai dengan aman pada
Voltage yang sudah di tentukan dan jangan di pakai untuk potensialpontensial
yang lebih tinggi. Harga rata-rata kekuatan dielektrik
untuk berbagai-bagai zat isolator yang umumnya dipakai dalam KV / cm.

Udara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..30
Minyak transformator . . . . . . . . . .. … .75
Tarpentim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Minyak parafin . . . . . . . . . . . . . .. . . .160
Kerosin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 160
Parafin padat . . . . . . . . . . . . . . . . . .250 – 450
Kertas berparafin . . . . . . . . . . . . . . ..300 -500
Mika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300 – 700
Ebonit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….. 300 – 1000
Gelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 – 1600

2.2.1.3. PERMITIFITAS LISTRIK
Misalkan ruang antara plat logam sejajar, kita isi dengan bahan
dielektrik , kemudian
satu palt kiat hubungkan dengan kutub positif, sedang plat yang lain
dengan kutub negatif
suatu baterai seperti pada gambar di bawah ini .

Gambar 2.62 Permitifitas Listrik Gambar 2.62 Permitifitas Listrik
Ini juga terjadi di dalam logam , tetapi logam muatan induksi ini akan
menghasilkan muatan listrik, sehingga kuat medan di dalam logam
menjadi nol.

Dalam dielektrik, muatan induksi yang timbul pada permukaan dielektrik
tak seberapa banyaknya , sehingga medan listrik induksi yang
ditimbulkannya tidak terlalu besar.

Akibatnya medan listrik di dalam dielektrik menjadi lebih lemah daripada
di luar dielektrik, atau bila tak ada di elektrik. Dipandang dari segi medan
listrik dalam logam, dapat kita katakan logam bersifat dielektrik
sempurna. Timbulnya muatan induksi dapat di terangkan sebagai berikut.
Misalkan kita mempunyai sekumpullan molekul yang muatan positif dan
negatif, pada tiap molekulnya terpusat pada tempat yang sama .Molekul
seperti ini di katakan bersifat tak polos.

Bila di taruh dalam medan listrik gaya Coulamb akan meregangkan pusat
muatan positif dan negatif sepeti pada gambar di bawah ini .

E
(a) (b)
Gambar 2.63a Molekul tak polar , Pusat muatan positif dan negatif ada di
tempat yang sama

Gambar 2.63b Molekul mendapat momen dipol listrik dalam medan listrik.

Akibatnya molekul mendapat momen dipol listrik, yaitu momen dipol
terinduksi. Dalam molekul tertentu, pusat distribusi muatan positif dan
muatan negatif pada tiap molekul terpisah .
Molekul seperti ini mempunyai momen dipol listrik permanen, dan
dikatakan bersifat polar .
Dalam bahan bermolekul polar, arah momen dipol adalah acak. Bila
bahan ini di taruh dalam
medan listrik setiap molekul akan mendapat momen gaya karena medan
Coulomb, sehingga dipol molekul akan terarah. Akibatnya , bila suatu
bahan dielektrik di taruh dalam medan listrik akan terjadilah seperti
gambar di bawah ini. Bila rapat muatan induksi kita nyatakan sebagai Ói ,

kuat medan induksinya ( Lihat gambar 2.64 ).
Gambar 2.64 Bahan dielektrik dalam medan listrik

s

E = i

SO

Medan induksi ini di hasilkan oleh muatan induksi yang berlaku sebagai
sistem pelat sejajar. Perhatikan bahwa arah medan induksi melawan
medan. Ini di sebabkan oleh muatan pelat yaitu

s

E = i

SO

Medan dalam dielektrik adalah super posisi kedua medan listrik

ssi

E = Eo + E1= ( -)

So So

Persamaan di atas menyatakan lebih lemahnya medan dalam
dielektrik daripada medan listrik diluar . Rapat muatan induksi s i
bergantung pada kuat medan listrik dalam dielektrik, yaitu E .
Bila kuat medan listrik tak terlalu besar, maka rapat muatan induksi si
sebanding dengan kuat
medan listrik dalam dielektrik. Kita tuliskan :

si = Xe E
Tetapan Xe disebut suseptibilitas listrik .

Dari persamaan 2 – 16 kita dapatkan

ssi s Xe

E = -=-E

So So So So
ss

atau E = =

æ Xe ö KeSo

Soç1+÷

èSo ø

Xe

Tetapan Ke = 1 + disebut tetapan dielektrik.

So

Orang sering menggunakan besaran S = Ke So yang disebut
permitivitas listrik.
Dengan menggunakan permitivitas listrik, persamaan ( 2-18 ) menjadi E =
s/e

Nyatalah medan dalam dielektrik sama seperti medan tanpa dielektrik,
hanya permitivitas vakum es diganti dengan permitivitas dielektrik e.

Contoh
Jarak pelat dalam suatu kapasitor pelat sejajar adalah 2 mm. Luas pelat
200cm2. Pelat kapasitor diberi beda potensial 100 volt ( kapasitor sudah
terlepas dari sumber tegangan ). Kemudian ruang antara kedua pelat diisi
dengan dielektrik . Tetapan dielektrik 50.
Hitunglah :

(a) Kuat medan sebelum diberi dielektrik,
(b) Kuat medan setelah diberi dielektrik,
(c) Beda potensial pelat setelah diberi dielektrik,
(d) Muata induksi yang terkumpul pada permukaan dielektrik.
Jawab:

(a) Kuat medan sebelum diberi dielektrik adalah
Vo 100 (V) 4 -1

E= == 5×10 V m

d 0,002(m)

(b) Kuat medan setelah diberi dielektrik ialah
ss Eo

E = ==

e Keeo Ke

Disini s adalah rapat muatan pada pelat kapasitor, dan Ke tetapan
dielektrik, yaitu Ke = 50.

5 x 104

-13 -1

Jadi E = V m = 10 V m

50

(c) Beda potensial setelah dielektrik dipasang ialah
V = E d = ( 103 V m-1 ) ( 0,002m ) =2 V
(d) Muatan induksi yang timbul pada permukaan dielektrik
qi = si A.
qi = adalah rapat muatan induksi . Kuat medan induksi

si i

33 3 -1

Ei= = Eo -E = (50 x 10 -10 ) = 49 x 10 V m

eo

Rapat muatan induksi
si = eo Ei = eo ( 49 x 103 ) C m-2 , sehingga

si = eo A = eo ( 49 x 103 ) ( 200 x 10-4 m2 )

= eo ( 9,8 x 102 ) C.
Kita juga dapat menghitung si = Xe e.

2.2.1.4. PENGARUH ELEKTROSTATIK
· Pengaruh Dilelektrikum Polarisasi
Pada dua plat penghantar yang terdapat isolator
dielektrikum antara kedua plat tersebut terdapat atom – atom yang terikat
pada ikatan molekulnya dengan bentuk orbitnya yang melingkar dengan
posisi simetris , setelah dua keping plat logam diberi potensial ( muatan
listrik positif dan negatif ) akan terjadi perubahan bentuk orbit dan terjadi
perpindahan posisi muatan listrik , dimana yang semula muatan negatif (
Netron ) melingkar simetris menjadi bentuk oval ( bulat telor ) disamping
itu atom tersebut dipengaruhi oleh medan potensial kedua plat , sehingga
terjadi gaya tarik menarik antara muatan yang berbeda . Dengan
demikian yang terdapat pada kedua plat bisa bertahan dengan waktu
tertentu meskipun yang diberikan pada plat telah tiada .

Perpindahan posisi muatan elektron pada isolator dalam medan
elektrostatika seperti tersebut diatas
dinamakan Dielektrikum Polarisasi

Lihat gambar

Gambar 2.65 Perpindahan posisi muatan elektron pada isolator

· Pengaruh Elektrostatika Pada Polarisasi
Dua buah plat logam jika diletakkan sejajar , maka diantara
kedua plat tersebut terdapat medan elektrostatis, jika pada medan
elektrostatis itu diletakkan dielektrikum akan timbul perpindahan posisi
muatan yang akan menahan potensial kedua plat setelah aliran listrik
tidak diberikan.

Jadi pengaruh elektrostatika pada polarisasi adalah untuk
menimbulkan perpindahan posisi muatan listrik sebagai penahan
potensial pada sisi yang berbeda muatannya.

Gambar 2.66 Pengaruh Elektrostatika pada polarisasi

113

Bentuk dasar Kapasitansi Tegangan Faktor rugi Pada 1 KHz Keuntungan dan Kerugian
Kertas Folio -C 100 pF -50 mF 0,16 -20 kV 0,001 -0,01
Metal kertas -C 0,01 pF -50 mF 0,16 -20 kV 0,001 -0,01
Polystyrol -C 1 pF -0,5 mF 30 -500 V 0,0001 -0,0005
Polyester -C 1 pF -100 mF 30 -1000 V 0,001 -0,01
Poly Karbonat -C 1 pF -50 mF 30 -1000 V 0,001 -0,003
Atu -Elko 0,5 F -0,15 mF 3 -500 V 0,05 -0,5 pada 50 Hz
Tantal -Elko 0,15 F -580 mF 3 -450 V 0,05 -0,5 dibawah 50 Hz
Keramik C -kecil 1 pF -0,1 mF 30 -700 V 0,01 -0,025
Keramik C -Daya 1 -10.000 pF 2 -20 kV 0,0005 -0,5
Kapasitor geser 2,5-5000 mF 0,4 -16 kV -Untuk frekuensi tinggi
Kapasitansi kecil
Basah 0,9 -2200 mF 6 -630 V 0,1 -0,4
Kering 1 n F -680 mF 3 -125 V 0,01 -0,1
Mika -C 1 pF -0,25 mF Sampai 10 kV 0,001 pada 1 MHz Bisa pada temperatur tinggi
pada teknik frekuensi tinggi
Lapisan Keramik 5 pF -2 mF Sampai 25 kV 0,0005 pada 1 MHz
Tantalium Gips
Elko
Catatan : Untuk kapasitor yang berpolaritas, tidak dapat digunakan pada tegangan bolak-balik

2.2.1.5. KAPASITAS KONDENSATOR / KAPASITOR
Kapasitor kondensator yaitu besarnya muatan listrik yang dapat
disimpan tiap satuan beda potensial antara bidang-bidangnya.

Dinyatakan dalam persamaan :

Q

C =

U

C = kapasitas kapasitor ……………….. farad ( F ).

Q=muatan listrik ……………………….. coulamb ( C )

U=beda potensial ………………….. volt ( V )

Untuk kondensator plat sejajar, kapasitasnya tergantung pada luas
dan jarak antara plat serta jenis / macam zat yang berada diantara dua
plat tersebut. Dinyatakan dalam persamaan :

C = kapasitas kapasitor …….. farad ( F ).
A = luas plat …………………….. m2
L = jarak antar plat …………… m
S = konstanta dielektrik mutlak
Satuan kapasitas kondensator kebanyakan dinyatakan dalam mikro

farad = mF = 10-6 F

S = So . Sr
So = Konstanta dielektrik hampa udara

= 8,85 . 10-12

Sr = konstanta dielektrik relatif ( bahan tertentu )

Jadi jelas terlihat bahwa :

Konstanta dielektrik mutlak adalah konstanta dielektrik relatif.

Kontanta dielektrik relatif yaitu konstanta dielektrik tiap jenis bahan

tertentu.

Tabel 2.28 Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan

No Jenis
bahan
Konstanta dielektrik ( Sr )
1 Mika 2,5 -7
2 Gelas 4 -7
3 Air 80
4 Gambar 2,65
5 Lilin 2,25
6 Udara 1

2.2.1.6. ENERGI TERSIMPAN PADA KONDENSATOR
Untuk memberi muatan pada kondensator, harus dilakukan usaha dan
kondensator yang bermuatan merupakan tempat energi tersimpan.
Misalkan muatan positif dalam jumlah kecil berulang – ulang terambil dari
salah satu platnya, hingga timbul lintasan sembarang dan berpindah ke
plat yang satu lagi.
Pada tahap tertentu, ketika besar muatan netto pada salah satu plat
sama dengan q, beda potensial n antara kedua plat ialah q / c. Besarnya
usaha dw untuk memindahkan muatan dg berikutnya ialah :

µA
Gambar 2.66 Energi tersimpan pada Kondensator

q . dq
dw = u . dq =

C

Jumlah total usaha :

q . dq I
w = òdw =ò C
=
C òq . dq

I1 Q2

= . . Q 2 =

C22C

116

Q

karena : u =

C

1Q

w = . Q = u

Q = u . C

2C

. Q
1 2

w = u . Q = u . u . C = u. C

2

w = 1 . u2 . C
\ 2
w = usaha listrik ………………. joule ( j )
u = beda potensial ………………. volt ( n )
C = kapasitas kapasitor ……………. farad ( F )
Contoh soal :

Sebuah kondensator 4,7 mF dihubungkan pada tegangan 100 V.
Hitunglah :

a. muatan kondensator
b. energi kondensator
Jawab :
a Q = u . c = 100 . 4,7 . 10-6
Q = 470 . 10-6 C
b w = u . Q

1

= . 100 . 470 . 10-6

2

w = 2350 . 10-6 Ws
w = 2350 . 10-6 Joule

2.2.1.7. SIFAT HUBUNGAN KONDENSATOR
G
µA
C1
C2
Gambar 2.67
Pemindahan muatan kondensator (Pengisian dan
pengosongan)

Ketentuan-ketentuan pemindahan muatan

Pengisian : Pada pengisian suara, arus mengalir dengan waktu yang
pendek, Hubungan arus diblokir kondensator.
Penyimpanan : Kondensator dapat menyimpan muatan listrik.
Pengosongan : Pada pengosongan muatan, arus mengalir dalam waktu
yang pendek dengan arah berlawanan dari semula yaitu
(pada waktu pengisian muatan)
Keterangan :

Pada saat tidak ada pengisian kondensator bekerja sebagaimana sebuah
rangkaian tertutup ( hubung singkat : short ).
Pada saat ada pengisian kondensator bekerja sebagaimana sebuah
rangkaian terbuka ( open ).
Tidak ada arus yang mengalir melalui dielektrikum.

2.2.1.8. RANGKAIAN PARAREL :
C1 C2

Gambar 2.68 Rangkaian Pararel Kondesator

Pada rangkaian paralel ( jajar ) dari kondensator ) dihasilkan suatu
plat-plat yang Luas permukaanya lebih besar akibatnya C menjadi lebih
besar.

Q = Q1 + Q2

U . C = U.C1 + U.C2
= U ( C1 + C2 )
C = C1 + C2

2.2.1.9. RANGKAIAN SERI ( Deret )
Gambar 2.69 Rangkaian Seri Kapasitor

Pada rangkaian seri ( deret ) dari suatu kondensator plat-plat menjadi
lebih lebar jaraknya.
akibatnya C menjadi lebih kecil
Dalam hal ini semua kondensator

sama besar yaitu : C1 = C2

Q = Q1 = Q2

U.C = U1.C1 = U2.C2
Maksudnya : Pada kondensator tsb dengan kapasitas yang paling kecil
terletak pembagian.tegangan yang lebih besar daripada kondensator
dengan kapasitas yang lebih besar.

-Perhatikan ketetapan tegangan
U = U1 + U2 + U3

éù

QQQ 11

=+ =ê+ú

CC C ê CC ú

12 ë 12 û

111 1

=+ ® C =

CCC 11

12 +

CC

12

Kapasitas campuran adalah lebih kecil dari pada kapasitas satu
persatu yang paling kecil.

Q = 0,455 C.

2.2.2. KEMAGNETAN
Magnet sudah dikenal sejak 600 SM dengan pengenal suatu zat
yang dapat menarik magnet, dan zat tersebut akhirnya dikenal sebagai
magnet, yang berbentuk sebagai zat padat. Para ahli membagi dua
bagian terhadap benda yang berhubungan dengan magnet, yaitu benda
magnet dan non magnet, kemudian benda magnet ini juga dibagi menjadi
dua yaitu :

1)Magnet yang bersifat alami disebut magnet alam.
2)Magnet yang dapat dibuat disebut magnet buatan.

2.2.2.1. KEKUATAN MAGNET
Kekuatan magnet alam didalam penggunaan teknologi
dirasa masih kurang kuat jika dibanding dengan magnet buatan,
sehingga jarang ditemui penggunaan magnet alam dalam
penggunaan teknologi.

Menurut teori, molekul-molekul substansi magnetik
dipandang sebagai magnet-magnet kecil yang masing-masing memiliki
sebuah kutub utara dan selatan.Jika substansi tersebut tidak memiliki
magnetisme luar, hal ini disebabkan molekul-molekul tersebut mengarah
tidak teratur sehingga tidak terdapat medan luar yang efektif.
Untuk bisa memperjelas tentang teori molekul substansi magnetik kita
bicarakan teori kemagnetan Weber dan Amper.

2.2.2.2. TEORI WEBER.
Menurut Weber, benda terdiri dari molekul-molekul yang bersifat
magnet. Molekul-molekul ini sering disebut magnekul. Benda magnet
mempunyai susunan magnekul yang teratur dan benda non magnetik
mempunyai susunan magnet yang tak teratur. (Lihat gambar 2.70)

Gambar 2.70 : Kemagnetan menurut Weber

2.2.2.3. TEORI AMPERE.
Menurut Ampere, dari atom-atom yang dapat dianggap sebagai inti
yang di kelilingi arus elementer. Atom-atom ini bersifat sebagai magnet.
Benda magnet mempunyai susunan atom teratur terletak pada bidangbidang
sejajar dan arusnya searah. Sedang benda non magnet
mempunyai susunan atom tak teratur. (Lihat gambar 2.71)

Gambar 2.72 Kemagnetan menurut Ampere

Walaupun kedua teori tersebut membicarakan tentang molekul substansi,
namun tidak menjelaskan bagaimana medan-medan magnet tersebut
timbul untuk pertama kalinya.
Untuk pengertian seperti ini kita harus meninjau atom dengan elektronelektron
yang berputar.
Disamping gerakan menurut orbitnya, masing-masing elektron
mempunyai gerak memuntir atau berputar disekitar disekitar sumbunya,
pada garis-garis sebuah puncak gerak putar.
Gerak rotasi elektron dapat disamakan dengan arus yang mengelilingi
sebuah lintasan beserta polaritas magnet. Polaritas ini ditentukan oleh
arah spin ( putaran ) dengan mengikuti aturan pencabut gabus.

Dari uraian-uraian tentang teori kemagnetan tersebut diatas dapat
diaktakan bahwa antara medan listrik dan medan magnet mengandung
suatu bagian yang tak terpisahkan dari semua zat.

2.2.2.4. SIFAT MEDAN MAGNET
Daerah disekitar magnet yang masih dapat dipengaruhi oleh
magnet tersebut medan magnet. Karena medan magnet tidak tidak
dapat dilihat, maka medan magnet ini bisa dinyatakan “garis-garis gaya“
atau “garis-garis flux magnet”.

Meskipun garis-garis gaya tidak memiliki keberadaan yang
nyata, tapi garis-garis gaya tersebut merupakan konsepsi yang sangat
bermanfaat sebagaimana kekuatan atau kerapatan “ ( density ). Suatu
medan yang dinyatakan oleh jumlah garis tiap satuan luas.

Dapat disimpulkan secara umum bahwa :
“Arah suatu medan magnet pada sembarang tempat ( titik ) ditunjukkan
oleh kutub utara dari sebuah
jarum kompas bila ditempatkan pada posisi titik ( tempat ) tersebut”.

Sifat-sifat medan magnet :

1. Garis-garis gaya tidak berpotongan.
2. Garis-garis gaya bekerja seakan-akan mereka dalam keadaan
tarikan.
3. Garis-garis flux paralel yang berada dalam arah yang sama
cenderung untuk tolak menolak.
2.2.2.5. RANGKAIAN MAGNET
Rangkaian-rangkaian magnet praktis memerlukan perhitungan
jumlah amper gulungan guna menghasilkan flux tertentu. Lintasanlintasan
magnet adalah seri, maka amper gulungan total dapat dihitung.
Jadi dengan demikian antara rangkaian magnet dengan rangkaian listrik
terdapat suatu kesamaan. Adapun kesamaan tersebut adalah :

Listrik

GGL mengalirkan suatu arus melalui tahanan

GayaGerakListrik

Arus=

Tahanan

E

I =

R

Magnet
Gaya gerak magnet ( GGM ) menghasilkan

suatu flux yang melawan reluktansi magnet .

GayaGerakMagnet

Flux =

Reluk tan si

F

f =

S

-Reluktansi dapat didefinisikan sebagai sifat sebuah rangkaian
magnet yang melawan
lintasan suatu flux magnit yang melaluinya .
-Sementara pada rangkaian listrik dikenal dengan suatu rumusan
r ´ l

R =

A

Tabel 2.29 Perbandingan antara rangkaian listrik dengan rangkaian magnet

No. Rangkaian Magnet Rangkaian Listrik
1.
2.
flux
mmf
reluk si
=
tan
flux
emf
resis si
=
tan
3. mmf = amper lilit emf = volt
4. Flux dalam weber Arus I = dalam ampere
5. Kerapatan flux ( wb/m2 ) Kerapatan arus ( A/m2 )
6. Reluktansi Resistansi
R
A A
= =r a
l 1
7.
Permeabilitas
luk si
=
1
Re tan
Konduktivitas
luk si
=
1
Re tan
8.
H
F
=
l
At/m
l = Panjang rangkaian
U
V
d
= volt/m
d = Jarak antara dua elektroda .

2.2.2.6. BESARAN MAGNET
2.1. Potensial magnit .q
Gambar 2.72 Percobaan Potensial Magnet

Gaya F N
Arus I
Jumlah Kimparan N
I x N

Akibat dari arus dan jumlah kumparan yang terletak didalam kumparan
yaitu terbangkitnya arus medan.
magnit yang biasa kita kenal potensial magnit q ( Theta ) .

q = I x N satuan : 1A
Potensial magnit itu disebabkan oleh efek kemagnitan juga
dinamakan tegangan magnit Um .

2.2. Kuat medan magnit (H)
Perbandingan antara potensial magnit dengan panjang lintasan
medan magnit dan hal ini dinamakan kuat medan magnit H .
H
IxN
= = q
l l
satuan A/1M
Kumparan dengan potensial magnit sama ( arus kumparan sama
jumlah kumparan sama )

Kumparan panjang :
( garis – garis gaya panjang )

Gambar 2.73a Penampang Kumparan Panjang

Kumparan pendek :
( garis – garis gaya pendek )

Gambar 2.73b Penampang kumparan pendek

Medan magnit pada distribusi Medan magnit pada ruang
ruang yang besar konsentrasi yang kecil

Þ medan lemah Þ medan kuat
Þ H kecil Þ H. besar
Kumparan tanpa Logam Kumparan dengan Logam

Panjang dari lintasan magnit adalah :

Tidak tepat tertentu tepat tertentu

Gambar 2.74a Kumparan Gambar 2.74b Kumparan dengan Tanpa
logam Gambar logam

2.2.2.7. FLUKSI MAGNET F
Jumlah seluruh garis – garis gaya suatu magnet

( contoh suatu kumparan yang dialiri arus ) hal yang demikian dinamakan
:

Fluksi magnetik F ( Phi )
Satuan : 1 weber ( 1 Wb ) = 1 vVolt detik ( 1 Vs )
Satuan Vs banyak dipilih , karena fluksi magnit itu dibutuhkan untuk

pembangkitan tegangan ( melalui induksi ) , maka untuk “fluksi
magnetik “ juga dipergunakan nama “ Fluks induksi “ .
Untuk tujuan perhitungan akan digunakan satuan Vs .
Kerapatan fluksi magnetik B .

Kerapatan dari garis – garis gaya itu merupakan aksi ( contoh aksi gaya )
dari suatu medan magnit . Kerapatan garis -garis magnit biasa kita
namakan sebagai

Kerapatan fluksi magnetik B

Gambar 2.74. Kerapatan flux magnet pada suatu magnet .

fVs Wb

B = satuan : 12 = 2 = 1Tesla(1T)

A mm

Kerapatan fluksi magnetik dan kuat medan magnit
Adanya medan magnit ini maka dapatlah kerapatan garis -garis gaya
itu dialirkan melalui suatu bahan yang mempunyai kemampuan hantar
magnetik .

Oleh karena itu muncul hubungan seperti berikut

B = m x H
B = Kerapatan fluksi magnetik dalam Vs / m2
H = Kuat medan magnit dalam A/m
m = Hantar jenis magnetik dalam Ws / m

m = mo x m r

( permeabilitas absolut )

mo = Konstanta medan magnit
( hantar jenis magnetik pada ruang hampa )

m o » 1,257 x 10-6 Ws / m

m r = Hantar jenis magnetik relatif .

Dalam perhitungan menunjukkan , kelipatan berapa
kali bahan ferro magnetik

mampu mengalirkan garis -garis gaya
dibandingkan dengan udara atau hampa .

m r untuk udara = 1

CONTOH :

Kumparan tanpa logam
B = m x H = m o x m r x H
m r = 1

B = m o x H

Diketahui : H = 1.400 A/m
Ditanya : B
Penyelesaian :
B = m o x H = 1,257 x 10-6 Ws / m x 1.400 A/m
= 0,00176 Vs/m2
Kumparan dengan logam

B = m x H = m o x m r x H
m o = Konstan
m r = Berubah untuk setiap jenis bahan dan

besar kuat medan magnet

Gambar 2.75 Grafik Perbandingan Kemagnitan
Oleh karena itu kita menentukan dengan percobaan B merupakan fungsi

langsung H ,selanjutnya nilainya dapat dilihat dengan kurva kemagnitan
itu
Diketahui : H = 1.400 A/m ; Bahan : Lembar plat untuk

industri listrik ( pelipatan
dingin )
Ditanya : B
Penyelesaian :

Dari kurve kemagnitan B = 1,92 Vs/ m2
Persamaan satuan Magnetik dalam sistem yang berbeda
Potensial magnit

1 A =1AW = 1,257 Gb. q AW = Ampere lilit
1 Gb = 0,8 A Gb = Gilbert
Kuat medan magnit ( H )

1AA

= 0,001 = 0,01257 Oe = orsted

m Cm

1AA GbAA

= 100 =1,257Oe 1Oe = 1´= 80 = 0,8

Cm m CmCmm

Fluksi Magnetik : (f )
1 Vs = 1 Wb = 10 8 Mx Vs = Volt detik
1 Mx = 1 garis gaya = 10 -8 Vs Wb = Weber

Mx = Maxwell
Kerapatan fluksi magnetikB

1Vs
2 =1T = 10000Gs
m

1T= 10.000 Gs.

1garisg gaya Mx Vs

1Gs ==1 = 1´10 -4

22 2

CmCm m

T = Tesla,

Gs = Gaus

Konstanta medan magnet m o

WsH

-6

1m0 =1,257 ´ 10 atau

mP

Ws = ohm ohm detik H = Henry.

Gs Gs ´ Cm

1m0 == 1,257

Oe A

Gambar 2.76 Kurva Kemagnitan

Kurva histerisis ( Kemagnetan lawan )

Br = induksi remanensi
Hc = Kuat medan magnet kursitif
( Kuat medan itu penting ,
pada
penghilangan kemagnetan
sisa )

Bahan magnet kuat Bahan magnet lunak

Hanya satu kali saja
pemagnetan
Membalik kemagnetan dengan

maka akan terbentuk

mengalir kan arus bolak -balik ,

remanensi ini tidak hilang

oleh karena itu Hc

walau dialiri medan lain , maka
Hc harus besar .

harus kecil .

Pada pembalikkan kemagnetan maka terjadilah kerugaian histerisis Ph
( Þ Pemanasan didalam benda kerja ) . Luas
permukaan kurva histerisis merupakan satuan untuk hilang usaha Wh .

Vs AWs Ws 1 W

Wh = ´= ;(Ph) = (Wh ¸ ( f ) = ´=

2 33

m mM 3 m sm

Pengosongan kemagnetan .

Kita dapat melakukannya denga cara memasukkan batang magnet
kedalam kumparan yang

dialiri arus bolak – balik dan menarik keluar secara perlahan – lahan .

Bahan Magnet

Dari sifat-sifat logam terhadap kemagnetannya dapat
dikatakan bahwa tidak semua logam dapat dijadikan benda magnet.

Adapun bahan -bahan logam berdasarkan sifat kemagnetannya dibagi
menjadi 3 golongan yaitu :
1).Ferro magnetik :ialah jenis logam yang sangat mudah dibuat menjadi

benda magnet dan sangat mudah dipengaruhi magnet.

Contoh : besi, baja, dan nikel.

2). Para magnetik : Ialah jenis logam yang tidak dapat dibuat menjadi
benda magnet tetapi masih dapat dipengaruhi magnet.
Contoh : platina dan mangan

3). Dia magnetik : Ialah jenis logam yang tidak dapat dibuat magnet
dan juga tidak dapat dipengaruhi oleh magnet.

Contoh : tembaga, aluminium dan fosfor.

Pembuatan magnet berdasarkan bahannya

Dari sifat-sifat bahan magnet maka kita dapat membuat benda magnet,
contohnya besi. Besi merupakan benda ferro magnetik dimana besi
mempunyai empat spin elektron dalam satu arah pada masing-masing
atomnya ( ingat teori kemagnetan ).

Kelebihan elektron inilah menjadikan tidak seimbang dan akan
menghasilkan medan luar.
Karena gerakan yang sangat tinggi, gerak orbital tiga dimensi sering
disebut sebagai kulit ( shell ), yang pada gilirannya bisa membentuk kulitkulit
tambahan ( sub-shell ).
Didalam satu kulit yang lengkap spin-spin adalah seimbang, tetapi
didalam kulit yang mengandung tiga lintasan ( orbit ), terdapat
ketidakseimbangan yang membangkitkan magnetisme luar.
Selain dari pada besi bahan magnet yang lainnya yang memiliki
kelebihan spin adalah :

a). Cobalt dengan kelebihan tiga spin.

b). Nikel dengan kelebihan dua spin.
Dari adanya kelebihan spin inilah pembuatan bahan magnet yang
menghasilkan magnet permanen dan kuat arus medan magnetnya
dengan cara mencampurkan logam-logam ferro magnetik tersebut
menjadi satu paduan bahan magnet dengan karakteristik lebih baik.
Misal : besi di campur dengan nikel.

besi di campur dengan cobalt.
besi dicampur dengan tembaga atau wolfram.

Gambar 2.77 Bagian dari atom besi

Elektro Magnet
Medan Magnit pada penghantar yang dilalui arus .

Gambar 2.78 Medan Magnit

Medan magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik adalah
berbentuk lingkaran -lingkaran yang memusat

Gambar 2.79 Arah arus dan medan listrik

Aturan : Jika arah dalam kawat itu masuk atau meninggalkan kita maka
arah garis-garis gaya searah putaran jarum jam dan jika arah arus keluar
atau menuju kita maka arah garis-garis gaya berlawanan arah jarum jam .

Jika arah arus dalam
kedua
penghantar sama maka
keduanya
akan saling tarik menarik .
Jika arah arus dalam kedua
penghantar berbeda maka
keduanya
akan saling tolak menolak .

3. Medan magnet pada kumparan yang dilalui arus
Satu kumparan

Beberapa kumparan
( saling menetralisir ) ( saling menetralisir )
Kuat atau lemahnya medan magnit itu dapat dikarenakan jumlah
susunan kumparan .
Garis -garis gaya didalam kumparan itu paralel dan mempunyai
kerapatan yang sama . Arah dari medan magnit itu tergantung dari arah
arus .

Gaya Elektro Magnetik
Gaya tarik pada Elektro Magnetik

Gaya tarik pada elektro magnetik dapat dihitung dengan rumus :

F = 4 x 105 x A x B2 ( N ) B
=
f
4 x 10 x A
(VS)
m5 2
Gambar 2.80 Elektro Magnetik

= Arus listrik A fe = Celah udara
U = Listrik DC ( batere ) F e = Bahan ferro magnetik
j = Flux magnet
PEMAKAIAN :Pengakat dengan magnet , Elektro magnet , Kopling
Pengereman , pengekliman plat , sakelar ( hubung singkat , relay )

Aksi gaya diantara penghantar yang dialiri arus ( kumparan ) dan medan
magnit .

Gaya perpotongan : ( N )

F = B x I x Z

Pemakaian :Motor arus searah , kumparan putar untuk kerja
pengukuran .

Aksi gaya diantara beberapa penghantar yang dialiri arus .

Gaya perpotongan ; F = I I-2 10 7
1 2. .
a
l
( N )
l = Panjang
penghantar aktif
a = Jarak penghantar
.

Pemakaian : Menghitung gaya diantara kumpulan rel, gaya antar lilitan
kumparan, pemadaman bunga api elektro magnetik .

Arus Dalam Medan Magnit :
Penghantar berarus listrik ( Prinsip motor )

Suatu penghantar yang dilalui arus dan memotong diantara medan
kutub maka pada penghantar akan bekerja gaya yang merupakan
resultante gaya pada penghantar dan medan kutub .

Gambar 2.81 Arah Arus dalam Medan Listrik

Penentuan arah gerak

Kententuan : Kumparan itu berputar demikian jauh , hingga
medannya mempunyai arah yang sama sebagaimana
kutub – kutub magnit .

-Suatu gerak putar yang terus – menerus itu dapat kita capai yaitu
dengan cara mengalirkan arus pada kumparan melalui komutator .

Pembangkitan tegangan melalui induksi :

tidak ada induksi

Gambar 2.82 Pembangkitan Tegangan Induksi

Dengan adanya tegangan induksi , mengakibatkan terbentuknya arus
pada penghantar yang terletak pada medan magnit . Medan magnit Ini
membentuk resultante dengan kutub medan .

medan di dalam penghantar terarah sedemikian rupa
sehingga secara bersamaan medan itu terkonsentrasi didepan
penghantar . dan selanjutnya penghantar di rem .

Pemakaian : Generator arus searah dan bolak – balik , motor – motor
.

Gambar 2.83 Reaksi pada kumparan Kenaikan arus

Gambar 2.84 Reaksi pada kumparan penurunan arus

Pemakaian : arus searah : batere pengapian ( Ignition coil )
arus bolak balik : transformator , motor induksi ,
pemanas induksi .

Contoh : Prinsip transformator

Kumparan Kumparan
masukan keluaran

N1 U 1 I 2

»»

N 2 U 2 I1

( Kumparan ( Kumparan
Primer ) sekunder ).

Hukum Lenz

Arah tegangan induksi yang ditimbulkan arus terus -menerus ,
berlawanan dengan induksi medan magnet yang menyebabkannya .

Pembangkitan tegangan melalui induksi .
Induksi karena gerakan ( Prinsip generator )

Gerakan kawat penghantar , sedemikian rupa sehingga memotong
garis-garis gaya .medan ( yaitu perubahan jumlah garis – garis gaya
aliran magnetik di dalam kawat penghantar ), maka pada kawat
penghantar akan terjadi pergeseran atau perpindahan muatan .di dalam
kawat penghantar terjadi tegangan induksi .

Contoh : Penghantar angker dari generator arus searah, memotong
suatu medan kutub dengan Kece patan 40 m /s . Hitunglah tegangan
induksi pada 148 penghantar, jika panjang penghantar dalam medan 200
mm dan induksi celah udara sebesar 0,8 Tesla .

Jawab : Uo = 0,8 Vs/m2 x 40 m/s x 0,2 m x 148

= 947 Volt

= 950

Dengan adanya tegangan induksi, mengakibatkan terbentuknya arus
pada penghantar yang terletak pada medan magnit . Medan magnit ini
membentuk resultante dengan kutub medan medan didalam penghantar
terarah sedemikian rupa sehingga secara bersamaan medan itu
terkonsentrasi di depan penghantar . dan selanjutnya penghantar
direm .

Pemakaian : Generator arus searah dan bolak balik, motor-motor .

Induksi tetap ( Prinsip Transformator )

Setiap perubahan arus, mengakibatkan perubahan jumlah garis-garis
gaya medan pada kedua kumparan ( perubahan flux magnet ) .

Pada kumparan terjadi perpindahan muatan di dalam kumparan :

yaitu terjadi induksi tegangan.

DF = perubahan aliran

D t = Waktu perubahan aliaran

N = Jumlah lilitan

DF Vs

Uo =-N (V) = V

Dts

Arus Pusar

Gambar 2.85 Logam bergerak di dalam medan magnet
(Prinsipgenerator)

Logam ( benda penghantar ) yang digerakkan memotong medan
magnet maka di dalam benda logam tadi akan terjadi arus pusar
Arus pusar ini mengerem gerakkan benda logam tadi

.
Reduksi usaha pengereman : memakai bahan penghantar yang lebih
jelek memutuskan lintasan arus dengan celah .

Pemakaian : Pengereman arus pusar, pada instrumen penghitung dan
pengukur, pengukuran daya motor, dsb .

Gambar 2.86 Logam di dalam medan magnet bolak balik (Prinsip trafo)

Sebuah lilitan pada logam yang dilalui arus bolak-balik maka pada logam
terjadi arus pusar.

Arus pusar ini memanasi logam, dan merupakan rugi-rugi yang dikenal
sebagai rugi-rugi arus pusar .

Reduksi rugi-rugi arus pusar : memakai bahan penghantar yang lebih
jelek, membuat inti magnet berlapis -lapis dan mengisolasi satu dengan
yang lain .

Pemakain : Memperkuat induksi, tungku tanpa inti .

Induksi sendiri

Gambar 2.87 Putus dan hubung rangkaian arus dengan dan tanpa
induksi sendiri
Ketentuan :

Setelah saklar dihubungkan maka lampu yang dihubungkan seperti seri
dengan kumparan, menyala lambat .

Kesimpulan : Pada setiap perubahan medan maka di dalam kumparan
akan terjadi tegangan induksi sendiri .

-Setelah saklar dimasukkan maka terbangkitlah Uo, oleh karena itu
susunan

medan mengakibatkan kenaikan arus terlambat

-Setelah saklar dibuka maka terbentuklah Uo, oleh karena itu susunan
medan mengakibatkan penurunan arus terlambat .

Catatan : Induksi sendiri tertunda setiap perubahan arus !

Induksi L

Kumparan dengan beberapa lilitan dan inti logam yang tertutup
mempunyai usaha induksi sendiri yang kuat ( kumparan impedansi ) .
Ketergantungan susunan kumparan ini dikenal sebagai induktansi L.
Induktansi kumparan itu mempunyai sifat tumbuh kwadratis. Dia lebih
banyak tergantung pada sifat-sifat fisik inti logam dan dari ukuran
kumparan .
Satuan untuk L : 1 henry ( 1 H ) .

Suatu kumparan mempunyai induksi 1 H pada perubahan arus homogen
1 A/S dengan tegangan 1 V

1V 1Vs

1H = == 1W

1A / sA

Untuk tujuan perhitungan digunakan satuan W s .

2.2.3. DIODA
2.2.3.1. Dasar Pembentukan Dioda
Material P Material N

+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
_ _ _ _ _
_ _ _ _ _
_ _ _ _ _
Gambar Dioda

Sebelum Difusi

Anoda Katoda
Material P Material N

+ + + + _
+ + + + _
+ + + + _
+ _ _ _ _
+ _ _ _ _
+ _ _ _ _
Lapisan Pengos ongan
Gambar Dioda
Sebelum Difusi

Anoda Katoda
Gambar 2.88 Dioda

2.2.3.2. DIODA ZENNER
Semua dioda prinsip kerjanya adalah sebagai peyearah, tetapi karena
proses pembuatan, bahan dan penerapannya yang berbeda beda, maka
nama-namanya juga berbeda.
Secara garis besar komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi
konduktor adalah ringkas (kecil-kecil atau sangat kecil). Maka hampirhampir
kita tidak bisa membedakan satu sama lainnya. Hal ini sangat
penting untuk mengetahui kode-kode atau tanda-tanda komponen
tersebut.

A. Bahan dasar
Bahan dasar pembutan komponen dioda zener adalah silikon yang
mempunyai sifat lebih tahan panas, oleh karena itu sering digunakan
untuk komponen-komponen elektronika yang berdaya tinggi. Elektronelektron
yang terletak pada orbit paling luar (lintasan valensi) sangat kuat
terikat dengan intinya (proton) sehingga sama sekali tidak mungkin
elektron-elektron tersebut melepaskan diri dari intinya.

B. Pembentukan junction pn
Pembentukan dioda bisa dilaksanakan dengan cara point kontak dan
junction. Namun dalam pembahasan ini fokus pembahasan materi
diarahkan pada cara junction.
Pengertian junction (pertemuan) adalah daerah dimana tipe p dan tipe n
bertemu, dan dioda junction adalah nama lain untuk kristal pn (kata dioda
adalah pendekan dari dua elektroda dimana di berarti dua). Untuk lebih
jelasnya lihat gambar dibawah ini.

p

n

+ + + + _ _ _ _
+ + + + _ _ _ _
+ + + + _ _ _ _

Gambar 2.89 Dioda Junction

Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi.
Agar tidak membingungkan, pembawa minoritas tidak ditunjukkan, tetapi
camkanlah bahwa ada beberapa elektron pita konduksi pada sisi p dan
sedikit hole pada sisi n.

Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi kesegala arah, beberapa
berdifusi melalui junction. Jika elektron masuk daerah p, ia akan
merupakan pembawa minoritas, dengan banyaknya hole disekitarnya,
pembawa minoritas ini mempunyai umur hidup yang singkat, segera
setelah memasuki daerah p, elektron akan jatuh kedalam hole. Jika ini
terjadi, hole lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron valensi.

Setiap kali elektron berdifusi melalui junction ia menciptakan sepasang
ion, untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini :

Lapisan Pengosongan

p n
+ + + _ + _ _ _
+ + + _ + _ _ _
+ + + _ + _ _ _

Gambar 2.90 Perpindahan elektron pada dioda

Tanda positip berlingkaran menandakan ion positip dan taanda negatip
berlingkaran menandakan ion negatip. Ion tetap dalam struktur kristal
karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita
konduksi ataupun hole. Tiap pasang ion positip dan negatip disebut
dipole, penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole
telah dikeluarkan dari sirkulasi.
Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari
muatan-muatan yang bergerak, kita sebut daerah yang kosong muatan
ini dengan lapisan pengosongan (depletion layer).

C.Potensial Barier

Tiap dipole mempunyai medan listrik, anak panah menunjukkan arah
gaya pada muatan positip. Oleh sebab itu jika elektron memasuki lapisan
pengosongan, medan mencoba mendorong elektron kembali kedalam
daerah n. Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap
elektron sampai akhirnya medan menghentikan difusi elektron yang
melewati junction.
Untuk pendekatan kedua kita perlu memasukkan pembawa minoritas.
Ingat sisi p mempunyai beberapa elektron pita konduksi yang dihasilkan
secara thermal. Mereka yang didalam pengosongan didorong oleh
medan kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan
dan membiarkan beberapa pembawa mayoritas berdifusi dari kanan
kakiri untuk mengembalikan medan pada kekuatannya semula.
Inilah gambaran terakhir dari kesamaan pada junction :

Lapisan Pengosongan

_
_
_
+
+
+
Gambar 2.91 Kesetimbangan pada Junction dioda

1.
Beberapa pembawa minoritas bergeser melewati junction, mereka
akan mengurangi medan yang menerimanya.
2.
Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan
mengembalikan medan pada harga semula.
Adanya medan diantara ion adalah ekuivalen dengan perbedaan
potensial yang disebut potensial barier, potensial barier kira-kira sama
dengan 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon.

AK

A K
Gambar 2.92a Simbol Zener Gambar 2.92b Contoh Konstruksi

A K
+_
Gambar 2.92c Cara pemberian tegangan

2.2.3.3. SIFAT DASAR ZENNER
Dioda zener berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener
dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik (reverse
bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut “break down diode”
Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap
anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan
dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari 2V sampai 200V.

a)
Dioda zener dalam kondisi forward bias.

Dalam kondisi forward bias dioda zener akan dibias sebagai berikut:
kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau anoda
diberi tegangan lebih positif terhadap katoda.

Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya
dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier yaitu
0,7V.
Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali.

DI

Sedangkan konduktansi ( ) besar sekali, karena tegangan maju akan
DUmenyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan) sehingga

perlawanannya menjadi kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron.
Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.

depletion layer

NP
_
_
_
+
+
+
G
A K
ada aliran
elektron
_
+

Gambar 2.93 Dioda zener dalam kondisi forward bias

b) Dioda zener dalam kondisi Reverse bias.

Dalam kondisi reverse bias dioda zener kaki katoda selalu diberi
tegangan yang lebih positif terhadap anoda.

Jika tegangan yang dikenakan mencapai nilai breakdown, pembawa
minoritas lapisan pengosongan dipercepat sehingga mencapai kecepatan
yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari orbit terluar.
Elektron yang baru dibebaskan kemudian dapat menambah kecepatan
cukup tinggi untuk membebaskan elektron valensi yang lain. Dengan cara
ini kita memperoleh longsoran elektron bebas. Longsoran terjadi untuk
tegangan reverse yang lebih besar dari 6V atau lebih.

Efek zener berbeda-beda bila dioda di-doping banyak, lapisan
pengosongan amat sempit. Oleh karena itu medan listrik pada lapisan
pengosongan amat kuat. Jika kuat medan mencapai kira-kira 300.000 V
persentimeter, medan cukup kuat untuk menarik elektron keluar dari orbit
valensi. Penciptaan elektron bebas dengan cara ini disebut breakdown
zener.
Efek zener dominan pada tegangan breakdown kurang dari 4 V, efek
longsoran dominan pada tegangan breakdown yang lebih besar dari 6 V,
dan kedua efek tersebut ada antara 4 dan 6 V. Pada mulanya orang
mengira bahwa efek zener merupakan satu-satunya mekanisme
breakdown dalam dioda. Oleh karenanya, nama “dioda zener” sangat
luas digunakan sebelum efek longsoran ditemukan. Semua dioda yang
dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown oleh karenanya tetap
disebut dioda zener.

arus bocor

G
+_
A K
NP
_
_
_
+
+
+
Gambar 2.94 Dioda zener dalam kondisi reverse bias

Didaerah reverse mulai aktif, bila tegangan dioda (negatif) sama dengan
tegangan zener dioda,atau dapat

DI

dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse ( ) konduktansi besar

DU

DIsekali dan sebelum aktif ( ) konduktansi kecil sekali.

DU

2.2.3.4. KARAKTERISTIK ZENNER
Karakteristik Dioda zener.Jika digambarkan kurva karakteristik
dioda zener dalam kondisi forward bias dan reverse bias adalah sebagai
berikut.

I fo rw ard ( m A )
forw ar d ( v ) R evers e ( V )
d ae ra h te ga n ga n
li ni er
te mb u s
titik te g an ga n
I re ve rse
Gambar 2.95 Grafik Karakteristik Dioda Zener

Harga Batas

Harga batas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah suatu
keterangan tentang data-data komponen dioda zener yang harus di
penuhi dan tidak boleh dilampaui batas maximumnya dan tidak boleh
berkurang jauh dari batas minimumnya.
Adapaun harga batas tersebut memuat antara lain keterangan tentang
tegangan break down ( Uz ) arus maximumnya dioda zener ( Iz )
tahanan dalam dioda zener ( Rd ). Semua harga komponen yang
terpasang pada dasarnya akan mempunyai 2 kondisi yaitu :

1. Kondisi normal , sesuai dengan ketentuannya
2. Kondisi tidak normal , tidak sesuai dengan ketentuannya.
a. Mungkin kurang dari ketentuannya
b. Mungkin melebihi ketentuannya
Untuk alasan itu semua, maka kita perlu sekali memperhatikan data-data
yang ada untuk setiap jenis komponen agar komponen yang digunakan
sesuai dengan yang diharapkan yaitu bisa bekerja baik dan tahan lama .
Kondisi yang demikian dinamakan kondisi yang normal namun kondisi
yang tidak normal adalah suatu kondisi yang perlu mendapatkan
perhatian.
Oleh karena itu kita perlu mempelajari harga batas dioda zener , agar kita
dapat mengoperasikan komponen sesuai dengan data yang dimiliki .
Sebab kondisi yang tidak normal terutama kondisi dimana komponen
diberi tegangan melebihi batas maximumnya , maka komponen tersebut
dapat rusak maka hal ini perlu sekali di antisipasi sehingga tidak akan
terjadi kerusakan komponen akibat kesalahan pemberian bias. Maka di
sarankan setiap pemakai komponen sebelum merangkai harap melihat
data karakteristiknya seperti yang terlampir pada lembar informasi.
Zenerdioden Leistung 500 mW max
0,4 W Non-repetitive
PHILIPS peak reverse power
Typ BZK 79 dissipation 30 W max

Toleranz ± 5% Junction temperature 200 0C max

Technische Daten Thermal resistance from
Gehäuse DO-35
junction to tie-point 0,30 K / mW

Tabel 2.29 Data karakteristik dioda zener PHILIPS

Art.No Typ
Uz (v) rdiff SZ
at = 5 (W) = 5 (mV /=
Iztest mA at mA 0C) 5 max
min max Iztest max at Iztest mA

typ min typ

603278 BZX79-C2V4 2,2 2,670 100 -3,5 -0603279 BZX79-C2V7 2,5 2,975 100-3,5 1,6 0603277 BZX79-C3V0 2,8 3,280 95-3,5 -0603243 BZX79-C3V3 3,1 3,585 95-3,5 2,0 0603244 BZX79-C3V6 3,4 3,885 90-3,5 -0603245 BZX79-C3V9 3,7 4,185 90-3,5 2,1 0603247 BZX79-C4V3 4,0 4,680 90-3,5 -0
603247 BZX79-C4V7 4,4 5,050 80-3,5 2,4
603248 BZX79-C5V1 4,8 5,440 60-2,7 -0,2
603249 BZX79-C5V6 5,2 6,0 15 40 -2,0 2,4

603250 BZX79-C6V2 5,8 6,6 6 10-0,4 -1,2
603251 BZX79-C6V8 6,4 7,2 6 15-1,2 2,5
603252 BZX79-C7V5 7,0 7,9 6 15-2,5 -2,5
603253 BZX79-C8V2 7,7 8,7 6 15-3,2 2,5
603254 BZX79-C9V1 8,5 9,6 6 15-3,8 -3,7
603255 BZX79-C10 9,4 10,6 8 20-4,5 1,4
603256 BZX79-C11 10,4 11,6 10 20-5,4-4,5
603257 BZX79-C12 11,4 12,7 10 25 6,00,8
603258 BZX79-C13 12,4 14,1 10 30 7,0-5,3
603259 BZX79-C15 13,8 15,6 10 30 9,21,2
603260 BZX79-C16 15,3 17,1 10 40 10,4-6,2
603261 BZX79-C18 16,8 19,1 10 45 12,42,3
603264 BZX79-C24 22,8 25,6 25 70 18,4-7,0
603266 BZX79-C30 28,0 32,0 30 80 24,43,0
603267 BZX79-C3331,031,035 80 27,4 -8,0
4,0
-9,0
4,6 10,
-0
5,5 11,
-0
6,4 13,
-0
7,4 14,
0
8,4 16,
0
9,4 22,
11, 0
4 29,
12, 4
4 33,
14, 4
4
20,
4
26,
6
29,
7

Catatan

Uz = Tegangan Break down Zener rdiff = Tahanan beda fasa arus

test zener 5 A Sz = Daya hantar thermal
Diodes Zener
1 W
MOTOROLA
Type 1 N 47…A
* Pour applications indrustrielles
Donnees tecniques
Boîtier DO-41
RthTj maxGamme de temperature
150 K/W
200 0 C
…+ 50 0 C
Tabel 2.30 Data karakteristik dioda zener MOTOROLA
Art. No Typ
Uzt Izt Rzt Ir max Ur Iz m
nom mA max mA V mA
W
601100 1N4728A 3,376 10100 1276
601102 1N4730A 3,964 9 50 1234
601103 1N4731A 4,358 9 10 1217
601104 1N4732A 4,753 8 10 1193
601105 1N4733A 5,149 7 10 1178
601106 1N4734A 5,645 5 10 2162
601107 1N4735A 6,241 2 10 3146
601108 1N4736A 6,837 3,5 10 4133
601109 1N4737A 7,534 4 10 5121
601110 1N4738A 8,231 4,510 6110
601111 1N4739A 9,1 28 5 10 7100601112 1N4740A 10 25 7 10 7,6 91601113 1N4741A 11 23 8 5 8,4 83601114 1N4742A 12 21 9 5 8,9 76601115 1N4743A 13 19 10 5 9,9 69601116 1N4744A 15 17 14 511,4 61601117 1N4745A 16 15,5 16 512,2 57601118 1N4746A 18 14 20 513,7 50601119 1N4747A 20 12,5 22 515,2 45601120 1N4748A 22 11,5 23 516,7 41601121 1N4749A 24 10,5 25 518,2 38601122 1N4750A 27 9,5 35 520,6 34601123 1N4751A 30 8,5 40 522,8 30601124 1N4752A 33 7,5 45 525,1 27601125 1N4753A 36 7 50 527,4 25601126 1N4754A 39 6,5 60 529,7 23601129 1N4757A51 5 95 538,8 18

Catatan

Uzt = tegangan Break down Zener Izt = Arus Zener

Rzt =Tahanan Zener Irmax = Arus Reverse Maximum

Vr = Tegangan Reverse Izm = Arus Zener Maximum

Tegangan Breakdown dan Rating Daya

Gambar 2.96 menunjukkan kurva tegangan dioda zener . Abaikan arus
yang mengalir hingga kita mencapai tegangan breakdown Uz
. Pada
dioda zener , breakdown mempunyai lekukan yang sangat tajam, diikuti
dengan kenaikan arus yang hampir vertikal.Perhatikanlah bahwa
tegangan kira-kira konstan sama dengan UZ pada arus test IZT tertentu di
atas lekukan (lihat Gambar 1 ) .

Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dan
arusnya , yaitu : PZ = UZ IZ

Misalkan, jika UZ = 12 dan IZ = 10 mA,

PZ = 1,2 ´ 0,01 = 0,12 W

Selama PZ kurang daripada rating daya PZ(max), dioda zener tidak akan
rusak. Dioda zener yang ada di pasaran mempunyai rating daya dari 1/4
W sampai lebih dari 50 W .

Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus maksimum dioda
zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating dayanya . Arus
maksimum diberi tanda IZM (lihat Gambar 1 . Hubungan antara IZM dan
rating daya adalah :

PZ (max)IZM =

VZ

Uz
U
Iz
Iz
T
M
Gambar 2.96 Kurva Tegangan Dioda Zener

· Impendansi Zener
Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan
tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini
menandakan bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil.
Kita dapat menghitung impedansi dengan cara :

D u u

ZZ =

Di

Sebagai contoh, jika kurva menunjukkan perubahan 80 mV dan 20
mA, impedansi zener adalah :

0,08

ZZ = = 4 W

0,02

Lembar data menspesifikasikan impedansi zener pada arus tes
yang sama di gunakan untuk UZ . Impedansi zener pada arus tes ini
diberi tanda ZZT. Misalnya, 1N3020 mempunyai UZ 10 V dan

ZZT = 7W untuk IZT = 25 mA .

· Koefisien Suhu
· +

Koefisien suhu TC adalah perubahan (dalam persen ) tegangan zener
per derajad Celcius.
Jika UZ = 10 V pada 250 C dan TC = 0,1%, maka

UZ = 10 V (250C)
UZ = 10,01 (260C)
UZ = 10,02 V (270C)
UZ = 10,03 V (280C) dan seterusnya .

Dalam rumus, perubahan tegangan zener adalah :

D UZ= TC ´DT ´ UZ
Diketahui TC = 0,004% dan U= 15V pada 250C, perubahan tegangan
zener dari 250C sampai 1000C adalah

D UZ = 0,004 (10-2) (100-25) 15 = 0,045 V

Oleh sebab itu, pada 1000C, UZ = 15,045 V

· Pendekatan Zener
Untuk semua analisa pendahuluan, kita dapat melakukan pendekatan
daerah breakdown sebagai garis vertikal. Ini berarti tegangannya konstan
walaupun arus berubah. Gambar 2

menunjukkan pendekatan ideal suatu dioda zener. Pada pendekatan
pertama, dioda zener yang bekerja dalam daerah ekuivalen dengan
batere UZ volt.

IZ IZ
+
_
_
+
IZ IZ
UZ
ZZ +
_ UZUZ
IZ IZ
+
_
_
+
IZ IZ
UZ
ZZ +
_ UZUZ
(a) (b)
Gambar 2.97 Pendekatan zener dengan baterai

Untuk memperbaiki analisa, kita memperhitungkan kemiringan dari
daerah breakdown. Daerah breakdown tidak benar-benar vertikal, tetapi
ada impedansi zener yang kecil. Gambar 2 menunjukkan pendekatan
kedua dari dioda zener. Karena impedansi zener, tegangan zener total UZ
adalah :

LUZ= UZ+ IZ ZZ

CONTOH 1
Dioda zener pada Gambar 2.98 mempunyai UZ = 10 V dan ZZT = 7 W.
Tentukan harga UOUT dengan pendekatan ideal. Juga hitung minimum
dan maksimum arus zener.

(a)
(b)
+
_ +
_
20 -40V
820W
IZ
10V
7W
(c)
Gambar 2.98 Dioda zener dengan pendekatan ideal

· PENYELESAIAN
Tegangan yang dikenakan (20 sampai 40 V) selalu lebih besar dari
tegangan breakdown dioda zener. Oleh sebab itu, kita dapat
membayangkan dioda zener seperti batere dalam Gambar 3b. Tegangan
outputnya adalah : UOUt = UZ = 10 V

Tak peduli berapa harga tegangan sumber antara 20dan 40 V, tegangan
output selalu pada 10 V. Jika tegangan sumber 20 V, tegangan pada
resistor pembatas-seri adalah 10 V , jika tegangan sumber 40 V,
tegangan pada resistor pembatas-seri adalah 30 V. Oleh sebab itu, setiap
perubahan tegangan sumber, muncul pada resistor pembatas-seri.
Tegangan output secara ideal konstan .

Arus zener minimum IZ(min) terjadi pada tegangan sumber minimum.
Dengan hukum Ohm .

UIN(min) -UZ 20 -10
IZ(min) = = = 12,2 mAR 820

Arus zener maksimum terjadi jika tegangan sumber maksimum :

IZ(max) =
R
UIN( max) -UZ =
40 -10
820
= 36,6 mA
CONTOH 2

Gunakan pendekatan kedua untuk menghitung tegangan output
minimum dan maksimum pada Gambar 3a

PENYELESAIAN

Contoh 2 memberikan ZZT = 7 W. Walaupun hal ini hanya benar pada

arus tertentu, ZZT merupakan pendekatan yang baik untuk ZZ di mana

saja dalam breakdown .

Kita dapatkan IZ(min) = 12,2 mA dan IZ(Mak) = 36,6 mA. Jika arus ini

mengalir melalui dioda zener pada Gambar 3c, tegangan minimum

dan maksimumnya adalah :

UOUT MIN )@ Z + I( ) ZZ

( U ZMIN

= 10 + 0,0122(7) = 10,09 V
dan

UOUT @ UZ + IZ(max) ZZ

= 10 + 0,0366(7) = 10,26 V

Yang penting dari contoh ini adalah untuk menggambarkan regulasi
tegangan (menjaga tegangan otput konstan). Di sini kita mempunyai
sumber yang berubah dari 20 sampai 40 V, perubahan 100%. Tegangan
output berubah dari 10,09 sampai 10,26 V, perubahan 1,7%. Dioda zener
telah mengurangi perubahan input 100% menjadi perubahan output
hanya 1,7%. Regulasi tegangan merupakan penggunaan utama dari
dioda zener.

CONTOH PENERAPAN DIODA ZENER

Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan
sebagai penstabil ataupun pembagi tegangan . Salah satu contoh adalah
ditunjukkan gambar 2.99 .

Tegangan
dari filter
+
_
16V
l
14V
l
12V
5V
l
4V
l
3V
RS
IZ
ZD10V RL 10V
IRL
Gambar 2.99 Penstabil tegangan pada output penyearah

+12V
_
12V
10W
PERLENGKAPAN MOBIL
Gambar 2.100 Penstabil tegangan pada sumberdaya
perlengkapan mobil

Dioda Zener yang melindungi pemancar ( transceiver ) di dalam
kendaraan mobil , terhadap loncatan-loncatan tegangan.

Adapun cara kerja rangkaian di atas adalah sebagai berikut :

1.
Bila dioda Zener yang kita pilih memiliki tegangan tembus sebesar 10
Volt , lihat gambar di atas, berarti tegangan output yang diperlukan
adalah sebesar 10 V satabil .
2.
RS gunanya untuk membatasi tegangan yang masuk dalam rangkaian
dan RL untuk beban atau output yang kita ambil tegangannya .
3.
Seandainya tegangan input ( tegangan dari filter ) itu naik , misalkan
16 Volt maka tegangan yang didrop oleh RL juga akan naik misalkan
sebesar 12 Volt . Maka dioda zener akan menghantar . Arus akan

terbagi dua , yaitu lewat RL dan ZD . Sedangkan dioda zener
mempertahankan tegangan sebesar 10 Volt dan karena dioda ini di
pasang paralel dengan RL maka dengan sendirinya tegangan output
akan tetap sebesar 10 Volt .

4.
Selanjutnya apabila tegangan input turun maka tegangan yang di drop
oleh RS akan kurang dari 4 Volt dan tegangan yang di drop oleh RL
pun akan kurang dari 10 Volt . Hal ini mengakibatkan dioda zener
menyumbat dan arus hanya mengalir lewat RL saja . Dengan
sendirinya tegangan output akan turun ( tegangan input turun menjadi
12 Volt.
5.
Kesimpulannya adalah bahwa tegangan output tidak akan melebihi
dari 10 Volt tetapi dioda zener tidak menjamin tegangan tetap sebesar
10 Volt bila tegangan input dari filter itu turun .
Contoh lain pemakaian dioda zener adalah seperti gambar 2.101 . Dengan
cara tersebut kita akan mendapatkan beberapa macam tegangan yang
diinginkan .

+

100V
Output dari

48,8V

penyearah/
filter

R
30V 30V
42V
12V
6,8V

_

Gambar 2.101 Pembagi tegangan dengan dioda zener

Beberapa dioda zener dipasang berderet dan setiap dioda memiliki
tegangan tersendiri ( tegangan zener ) . Dengan jalan seperti di atas
maka kita akan mendapatkan tegangan-tegangan 30 V , 42 V dan 48,8

V .
Rumus untuk menyelesaikan rangkaian Stabilitas tegangan dengan
Dioda Zener adalah sebagai berikut :

IS

+

RS

IBB

UI

IZ

ZD UZ

RBB

_

Gambar 2.102 Stabilitas tegangan dengan Dioda Zener

U-U


Arus pada RS : IS = i Z
R
S

· IZ = IS- IBB
· Tegangan-beban : URB = UZ
UZ

· Arus-beban : IB =
B RBB

2.2.4. DIODA VARACTOR
Dalam bagian ini kita akan menjelaskan pengaruh yang terjadi
didalam dioda yang mengandung elemen kapasitansi .
Nilai kapasitansi ini bergantung pada besar polaritas tegangan yang di
terapkan pada dioda dan type sambungan yang dibuat selama proses
produksi .
Dalam praktek nilai kapasitansi tidak linier namun secara pendekatan (
untuk mempermudah pemahaman ) dapat dianggap sebagai elemen
yang linier .

2.2.4.1. BIAS BALIK, KAPASITANSI PERSAMBUNGAN
Tujuan Dioda PN diberi bias balik seperti di tunjukkan pada gambar 1 .
Bila dioda bekerja dalam cara ini lubang-lubang didalam daerah P dan
elektron-elektron dalam daerah N bergerak menjauhi persambungan .
Karena itu membentuk daerah penipisan , dimana penumpukan
pembawa-pembawa telah di hilangkan .
Panjang efektif L dari daerah depletion ( penipisan ) menjadi lebih besar
dengan bertambahnya tegangan balik UR , karena medan listrik
bertambah sebanding dengan UR.
Karena elektron dan lubang menjauhi sambungan , daerah penipisan
yang terbentuk akan bermuatan negatif pada bahan type P sementara

daerah penipisan yang terbentuk didalam bahan type N menjadi
bermuatan positif.
Karena itu persambungan dengan bias balik akan bertingkah seperti
kapasitor yang kapasitansinya secara teori berubah berbanding terbalik
dengan tegangan UNP dari N ke P
Dalam praktek kapasitansi CR berbanding terbalik dengan pangkat 1/2
atau 1/3 dari UNP , tergantung apakah elemen mempunyai sambungan
paduan atau sambungan yang di tumbuhkan . Dalam kecepatan tinggi (
frekuensi tinggi ) kapasitansi dioda ini ebih kecil, biasanya urang dari
5 PF .
Pada arus yang besar dioda ini dapat sebesar 500 PF

Gambar 2.103 Kapasitansi dioda bias balik

Gambar 2.104 Karakteristik kapasitansi terhadap tegangan balik

Varicap atau dioda varactor dibuat khusus untuk beropersi dalam mode
bias balik . Dapat dibuat untuk kapasitansi sampai dengan beratus-ratus
pico Farrad jika diinginkan. Pemanfaatan dioda seperti ini adalah pada

rangkaian Frekuensi Modulasi ( FM ) , dimana dioda yang dibias balik
diletakkan secara paralel denga suatu induktor.
Frekuensi resonansi dan rangkaian bertala dapat di rubah dengan cara
merubah UR. Maka jika UR adalah suatu sinyal suara, frekuensi
resonansi akan sebanding dengan amplitudo sinyal suara , yakni
frekuensi akan termodulasi . Banyak sistem FM dibuat dengan prinsip ini.
Persamaan yang berhubungan dengan kapasitansi lintas persambungan
dioda yang di bias balik oleh tegangan UR adalah :

C

CR » CC + O

( 1 + 2 UR ) n

Dimana : CC = Kapasitansi dioda

CO = Kapasitansi dioda bila UR = 0

n = Antara 1/3 s/d 1/2

Gambar kapasitansi dioda sebagai fungsi dari UR ditunjukkan pada
gambar 1(b) . Sifat ketidak linieran dari CR biasanya diabaikan dan suatu
nilai konstanta digunakan dalam perhitungan .

2.2.4.2. BIAS MAJU , KAPASITANSI PENYIMPANAN
Bila dioda dibias maju lebar daerah penipisan L berkurang dan
kapasitansi persambungan bertambah . Namun dalam keadaan bias
maju terjadi pengaruh kapasitansi yang lebih besar .

Yang di modelkan sebagai suatu elemen penyimpan atau difusi atau
kapasitansi . Kita misalkan bahwa waktu rata-rata yang diperlukan oleh
sebuah elektron untuk berpindah adalah + detik . (+ adalah waktu ratarata
dari elektron yang mengalir pada pita konduksi maupun pada pita
valensi) .
maka arus rata-rata yang mengalir adalah

ID =
2
= IO . E VD/VT Jika kita mendefinisikan kapasitansi penyimpanan

t

dQ I . tCS sebagai Cs = kita temukan dengan mudah bahan : Cs = D

d VDVT
Maka kapasitansi secara langsung sebanding dengan arus dioda maju
dan dapat menjadi sangat besar . Misalnya jika t = 1 ns dan ID = 1 mA ,
maka Cs = 40 PF . Kapasitansi ini yang membatasi kecepatan switching (
pensaklaran ) pada rangkaian-rangkaian logic penggunaan komponen
persambungan.

2.2.5. DIODA SCHOTTKY
Dioda Schottky menggunakan logam EMAS, PERAK ATAU PLATINA
pada SALAH SATU SISI ( N ) dan silikon yang di-dop ( N+ ) pada sisi lain.
Sehingga dioda semacam ini adalah PIRANTI UNIPOLAR karena
elektron merupakan PEMBAWA MAYORITAS. pada kedua sisi junction.

Gambar 2.105 Dioda Schottky

Dioda Schottky dibuat dengan cara menggabungkan suatu logam seperti

emas , perak atau platina dengan silikon jenis n.
Alat ini mempunyai penyimpanan muatan yang sangat kecil dan banyak
dijumpai dalam penerapan sebagai saklar kecepatan tinggi.

Suatu jenis logam itu berlaku sebagai acceptor bagi elektron bila
digabungkan ke silikon type n. Selanjutnya elektron berdifusi dari silikon
ke logam tadi. Pada kontak penyearah , arus yang sangat kecil mengalir
hingga tegangan UN melampaui tegangan minimum tertentu . Uj adalah
tegangan yang diperlukan untuk mencapai kurva tegangan datar seperti
gambar 2.106

Gambar 2.106 Elektron berdifusi dari silikon ke logam

Difusi ini mengakibatkan terjadi penipisan elektron dekat sambungan

pada bahan n dan cenderung bermuatan posistif.
Bila daerah ini menjadi cukup lebar tegangan positif ini menghalangi
difusi lebih lanjut. Degan kata lain bila tegangan positif cukup besar
dikenakan dari luar , seperti Gambar 2.107.

Gambar 2.107 Tegangan positif menghalangi difusi lebih lanjut

Elektron pada daerah n melihat tegangan posistif pada sisi metal dan
elektron mengalir. Pembaca harus mengerti tujuan dibuatnya kontak
penyearah , seperti yang dijelaskan diatas dan kontak ohmic , yang
dibuat untuk menghubungkan daerah atau ke rangkaian luar.

, ( dalam suatu dioda PN silokon tegangan Uj sekitar 0,65 V).
Penambahan nilai kecil tegangan UN diatas Uj mengakibatkan
perubahan arus yang besar. Bila tegangan yang diterapkan pada dioda
dibalik sehingga bahan N dibuat posistif terhadap platina ( atau bahan P )
, tegangan pada sisi N dari sambungan bertambah ( Gambar 1 (c) ).

Gambar 2.108 Tegangan yang diterapkan pada dioda dibalik.

Bila dioda Schottky dioperasikan dalam mode maju , arus elektron
bergerak dari silikon type N
Karena elektron bergerak melalui logam berimpendansi rendah waktu
rekombinasi t sangat kecil , bernilai sekitar 10 ps.
Ini beberapa kali lebih kecil dari yang didapati pada dioda silikon PN.
Simbol rangkaian untuk dioda Schottky adalah Gambar (d)

Gambar 2.109 Dioda Schottky dioperasikan dalam mode maju.

Dioda mempunyai karakteristik Ui seperti dioda PN biasa kecuali bahwa
tegangan dadal maju dari dioda adalah Uf » 0,3 Volt.
Dioda Schottky ® Dioda yang tidak mempunyai LAPISAN
PENGOSONGAN atau PENYIMPANAN MUATAN ® ia dapat
dioperasikan NYALA DAN MATI lebih CEPAT dari pada dioda bipolar ®
banyak digunakan sebagai RANGKAIAN SAKLAR . ( SWITCHING )
Dioda ini juga dapat digunakan untuk MENYEARAHKAN FREKUENSI

DIATAS 300 MHz Dioda Schottky : biasanya mempunyai BATASAN

TEGANGAN YANG RENDAH DAN WAKTU UNTUK OPERASI YANG

CEPAT.

2.2.6. DIODA TUNNEL
Dioda Tunnel adalah dioda khusus yang di bentuk dari semikonduktor
yang dapat membentuk daerah transisi menjadi sangat sempit .
Dioda Tunnel masih dalam kondisi normal apabila di gunakan pada
gelombang micro , penguat , oscilator dan pembalik frekwensi .
Dioda Tunnel mempunyai karakteristik perlawanan negatif , yaitu pada
pemberian tegangan muka maju, apabila tegangan muka maju ditambah
secara perlahan-lahan, arus maju turut bertambah pula , lihat gambar 1 .
Setelah sampai di titik penambahan tegangan muka maju tidak
menyebabkan arus di titik L , baru kemudian arus maju naik lagi .

I
TUNNEL
BIASA
U
L
P
0
DIODE
DIODE
TUNNEL
BIASA
U
L
P
0
DIODE
DIODE
Gambar 2.110 Karakteristik I = f ( U ) Dioda Tunnel

Karakteristik perlawanan negatif ini terjadi bila tegangan muka majunya
antara 200 sampai 300 mili volt .
Dioda Tunnel ini dapat digunakan pada rangkaian osilator dengan
karakteristik perlawanan negatifnya dapat mengembalikan tenaga yang
hilang pada saat digunakan untuk berosilasi .

PEMAKAIAN DIODA TUNNEL

Salah satu pemakaian Dioda Tunnel adalah sebagai peralatan
pensaklaran pada kecepatan yang sanga tinggi , dikarenakan proses
penerowongan , yang pada dasarnya terjadi pada kecepatan cahaya .
Waktu respon dibatasi hanya kapasitansi dioda yang mana ada pada
tingkat 1 sampai 10 pf, memungkinkan pensaklaran terjadi ( dari suatu
titik awal kesuatu titik dekat puncak ) dengan waktu naik serendah 22 p
second .( waktu naik adalah waktu yang diperlukan untuk berubah dari
level 10% ke 90% )
Dioda Tunnel juga di gunakan sebagai alat penyimpan memori logik .
Rangakaian equivalent untuk sinyal kecil Dioda Tunnel ditunjukkan pada
gambar 3.

Gambar 2.111 Rangkaian equivalent sinyal kecil Dioda Tunnel

Rs biasanyan 1 sampai dengan 5 ohm , Ls dari 0,1 sampai 4 nH, dan C
dari 0,35 sampai 100pf .
Induktansi dan kapasitansi yang sangat rendah memungkinkan Dioda
Tunnel di gunakan di dalam osilator microwave pada frekwensi didalam
tingkat 10 GHz .
Resistansi negatif dari Dioda Tunnel memungkinkan Dioda Tunnel di
gunakan didalam osilator relaksasi.

2.2.7. TRANSISTOR
Transistor Difusi
Prinsip Pembuatan :
Bahan dasar (tipe P atau N) yang
didoping (dikotori) untuk memb angkitkan
Difusi pada layer yang di
harapkan

MESA Planar
“Teknik untuk Ge” “Teknik untuk Si”

Transistor Epitaksial
Prinsip P embuatan :
Bahan dasar dengan tahanan ohm rendah
(tipe P dan N) yang ditipiskan, layer dengan
tahanan tinggi melalui sus unan yang ditonjolkan,
kemudian pembentukan layer melalui
Difusi

MESA Planar

Gambar 2.112 Prinsip pembuatan Transistor

2.2.7.1. PROSES PEMBUATAN
Contoh Langkah proses pembuatan

Transistor – epitaksial – planar .

1. Pada kristal N -Si dengan tahanan ohm rendah ( dengan doping
tinggi ) ; selanjutnya di gunakan pada lapisan tipis layer N -epitaksial
dengan tahanan ohm tinggi . Dengan demikian layer pengaman di tengah
oksidasi ( Si 0 )
2. Di buatkan sebuah jendela ( jendela basis ) dalam layer Si 0 , dikotori
dengan B ( Valensi 3 ® tipe P pada layer penghantar basis) , kemudian
di tumbuhi / ditutupi layernya dengan Si 0 .
3. Jendela emiter ditentukan dahulu dalam layer Si 0 lalu didopping (
dikotori ) dengan phosphor ® tipe N -menjadi layer penghantar
emiter , lalu ditimbuni lagi dengan layer Si 0 .
4. Menentukan jendela untuk tempat kedudukan kontak , lalu kontak
metal di tempatkan ® akhirnya kutub kolektor .

Penempatan akhir :

– Perencanaan kotak

Pemasukan , mengupas dengan plastik buatan . ( Pembuatan
miniatur )
Sifat – sifat

Transistor – epitaksial -Penguatan tinggi

-kapasitas kecil
- frekuensi cut-off tinggi
-Tegangan beban ( UCE ) rendah
-batasan modulasi ( Pencampuran yang saling mempengaruhi ) besar

-arus beban kecil pada waktu hubung
pendek
Gambar 2.113 Langkah proses pembuatan Transistor

2.2.7.2. PENGARUH TEMPERATUR
Suatu semi konduktor pada kondisi temperatur yang besar
menghantar sendiri Ketentuan dasar :
Temperatur bertambah, arus menjadi lebih besar . Temperatur

berkurang, arus menjadi lebih kecil
Ketentuan itu berlaku bila suatu semi konduktor memperoleh panas dari
dalam semi konduktor itu sendiri dan menerima panas dari luar. Hasil dari
uraian di atas, kurva karakteristiknya .
Temperatur itu mempunyai pengaruh pada arus kolektor IC ( berturut-turut
IE ), langsung berpengaruh pula pada


Arus bocor kolektor ICEO, ( Arus Kolektor-Emitor pada keadaan Basis
terbuka )

Penguatan arus searah ( berturut-turut A )
Hal diatas adalah ICE pada + AV ® lebih besar
Hal diatas adalah ICE pada _ AV ® lebih kecil
Akibatnya ® penghalauaan / pengendalioan temperatur harus di
usahakan .

2.2.7.3. KURVA KARAKTERISTIK
IB (mA)

1

0,5

UBE(V)

Karakteristik Masukan

( Input Characteristic )

IB
UBE
0,4 0,8

ICEO
+
ICEO
+
10 20

IC (mA)

100

X

50

UCE(V)

Karakteristik Keluaran

( Output Characteristic )

Gambar 2.114 Kurva karakteristik transistor

Pengaruh Temeperatur terhadap UBE

Atas dasar pengalaman harganya di tentukan ( berlaku ) :DUBE/0C » 2
m V/0C
Setiap temperatur10C tegangan Basis-Emitor sekitar 2 m V
Contoh : Berapa besar perubahan tegangan keluaran ( tegangan Output
)UCE, jika V = 100C, V = 50, merupakan penguatan tegangan

D UCE = V . D UBE . D V = 50.2.10 ( m V )
Penyelasaian :

D UCE = 1,000 m V = 1 V
Pengaruh temperatur ini diatasi dengan mereduksinya secara rangkaian
teknik (seperti Kopling pelawan)

Sifat Frekuensi

® Bersifat dinamis ( berubah-ubah )
Sifat pada frekuensi tinggi

– Penguatan arus berkurang Amplitudo keluaran

Tahanan keluaran ( tahanan output ) atau impedansi
berkurang keluaran berkurang

Mempengaruhi jalannya waktu ( periode ) pengisian muatan
Pergeseran phasa pada masukan dan keluaran
– Mengakibatkan perubahan pembuangan muatan kapasitas C
Pengertian : Suatu frekuensi, yang besarnya tertentu mempunyai harga
penurunan pada frekuensi yang lebih rendah disebut : Frekuensi batas FG

2

Frekuensi batas : frekuensi dengan :

» 0707 mempunyai penurunan2

sebesar 3 dB ( turun 3
deci – Bell )

Gambar 2.115(a) Gambaran secara grafik :

Gambar 2.116(b) Jalannya amplitudo :

Frekuensi batas bisa di pertinggi oleh bangunan konstruksi
yaitu ® Lapisan basis yang tipis , lapisan kolektor yang kecil
® Transistor frekuensi tinggi

Harga karakteristik kerja :

Merupakan sifat-sifat yang dimiliki oleh transistor, misalnya penguat arus
(yang di tentukan oleh IC) frekuensi batas dsb .
Harga batas kerja :

Harga batasan-batasan maksimum ( Seperti : IC max, UCE max, PVmax )

yang bila berlangsung melampaui waktu yang di tentukan , akan terjadi
kerusakan / kehancuran elemen

Temperatur maksimum dari lapisan penghalang dan rugi daya

Temperatur lapisan kolektor hendaknya tidak dilampaui.
VJ max » 2000 C

Lapisan penghalang menjadi panas terutama karena adanya pemanasan
sendiri , maksudnya karena adanya rugi daya PV.

Harga batas karakteristik kerja :

Merupakan sifat-sifat yang dimiliki oleh transistor, misalnya penguat
arus (yang di tentukan oleh IC) frekuensi batas dsb .
Harga batas kerja :

Harga batasan-batasan maksimum ( Seperti : IC max, UCE max, PVmax )
yang bila berlangsung melampaui waktu yang di tentukan , akan terjadi
kerusakan / kehancuran elemen.

Temperatur maksimum dari lapisan penghalang dan rugi daya

Temperatur lapisan kolektor hendaknya tidak dilampaui.
VJ max » 2000 C

Lapisan penghalang menjadi panas terutama karena adanya pemanasan
sendiri , maksudnya karena adanya rugi daya PV

PV UCE . IC PV atau PO (disipasi ).
Saling bergantung PV ® VJ ® VJ : V adalah sebanding PV ! VJ max tidak
di lampaui untuk membuat keadaan aman , caranya dengan
mengeliminasi panas ® Pendingin antara, alat pendingin ® reduksi
rugi daya .

Disini masih dapat terjadi rugi hantaran maksimum yang diijinkan dari
keterkaitan dan ketergantungan dengan panas . Karena ®
Pernyataan / Penentuan rugi daya maksimal yang dijinkan , PV max, juga
tergantung pada temperatur luar .

Dua kasus rugi daya ( masing-masing terlihat dari lembar data )

PV max yang berkaiatan dengan temperatur sekitar .

fi
pada transistor-transistor kecil


PV max yang berkaitan dengan pemanasan
`® transistor-transistor besar ( harus ada alat pendingin ! )
2.2.7.4. PENENTUAN RUGI :
Rugi daya yang berkaitan dengan temperatur sekitar :
Temperatur sekitar ® VU’ atau , Tamb tamb
( ambient = daerah sekitar )
Petunjuk rugi daya maksimum untuk V = 250 C
( Temperatur pemakaian )

Analisa grafis : PV dan ketergantungannya dengan VU

100
200
300
400
25 50 100 150 200
(mW ) Pv
V ( C) °
harga batas pada 25 C
V( besar r ugi daya yang di mungk inkan P max )
Rugi day a yang masi h diijink an VPPv
Vu
B at as kerj a Vmax J
( I = 0 ) C
Rugi da ya P = 0V
Gambar 2.117 PV dan ketergantungannya dengan VU

Rugi daya yang diijinkan dikurangi dengan pertambahan
temperatur adalah linier.

D VU

Yaitu : = Konstan ® tahanan termis Rthju

D PV

D VU Vj max -VU

Rthju ==
D PV PV -0

Juga :

Vjmax -VU

=

PV

Vj max -VU D V

Dengan demikian : PV= =
Rthju Rthju

hubungan ohm tentang aliran panas

PV = UCE . IC PV atau PO (disipasi ).
Saling bergantung PV ® VJ ® VJ : V adalah sebanding PV ! VJ max tidak
di lampaui untuk membuat keadaan aman , caranya dengan
mengeliminasi panas ® Pendingin antara, alat pendingin ®
reduksi rugi daya .

Disini masih dapat terjadi rugi hantaran maksimum yang diijinkan dari
keterkaitan dan ketergantungan dengan panas . Karena ®
Pernyataan / Penentuan rugi daya maksimal yang dijinkan , PV max, juga
tergantung pada temperatur luar .

Dua kasus rugi daya ( masing-masing terlihat dari lembar data )

– PV max yang berkaiatan dengan temperatur sekitar .
® pada transistor-transistor kecil
– PV max yang berkaitan dengan pemanasan
` ® transistor-transistor besar ( harus ada alat pendingin ! )

Penentuan rugi daya yang diijinkan :

Rugi daya yang berkaitan dengan temperatur sekitar :
Temperatur sekitar ® VU’ atau , Tamb tamb
( ambient = daerah sekitar )
Petunjuk rugi daya maksimum untuk V = 250 C
( Temperatur pemakaian )

Contoh : Diketahui temperatur sekitar VU = 250 C , temperatur lapisan
penghalang maksimal
Vj max = 2000 C, tahanan termis Rthju = 0,440C/mW

Berapa besar rugi daya yang diijinkan :

D V 200 -25

Jawab : PV== (mW) » 400 mWData lain

R 044

,

thju

yang menentukan besar tahanan termis Rthju ® daya hantar termis

1`

Rthju

1 é mWù

ê 0 Þ Pengurangan rugi daya tiap 0c

ú

R ëc û

thju

I

Dengan begitu : PV= .D V

R

thju

Contoh : Hitunglah rugi daya yang diijinkan pada suatu temperatur
daerah sekitar
VU = 600C dari transistor type 2 N2904

Jawab : Daya hantar = 3,34 mW/0C

PV max = 600 mW Vj max = 2000C

é 0 ø
PV = D V = 3,43(200-60) êoe

1 mW. C

0

Rthju ê C ú

ëû

= 3,43.140

PV = 480 mW
Pemakaian rugi daya pada temperatur kotak / bodi :
Temperatur bodi VG atauTC’ tC ( Case = kotak )
Data rugi daya maksimum pada : VG = 250C, 450C (PV pada VC = 250C
adalah data yang semu) Alat pendingin harus pada panas VU = 250C (

kalau dapat dipertahankan ini merupakan kondisi kerja yang sangat baik )

.
Rthjg
Rthgk Vj maks
Rthku
Gambar 2.118 Pendingin

Tahanan termis bersama :

Rth = Rthjg + R thgk = Rthku

Rthjg = Data dalam lembar data transistor

Rthgk = Tahanan antara / Penyekat ® kotak alat
pendingin 0,1 -0,3 0C/W ; Pada isolasi listrik ( Plat mika ) sebesar >
10C/W

Rthku = Tahanan profil pendingin ® profil -daerah
sekitar ; data dari perusahaan .

Pv Pvmax
(Watt)

1 20

1 00
80
60
40
20

VG
0
(oC )

Gambar 2.119 Grafik : PV fungsi VG

Sifat listrik yang di maksud adalah kurva karakteristik transistor berupa
suatu grafik yang memperlihatkan kaitan satu sama lain dari parameter parameter
tertentu .
Dari kurva karakteristik , kita dapat mengetahui sifat-sifat transistor

KURVA KARAKTERISTIK INPUT IB = f ( UBE )

v GP ( V ) untuk tr ansistor 2N 30 55
25 50 100 150 200

P RB
A
V
IB
UBE UCE
RC
+ UCC
0V
P RB
A
V
IB
UBE UCE
RC
+ UCC
0V
Gambar 2.120(a) Rangkaian transistor dengan 1 Potensiometer

Pada gambar 2.120(a) , besarnya IB dapat di kontrol dengan UBE . Untuk
mengubah-ubah UBE di gunakan potensio meter P . Resistor RB berfungsi
sebagai pembatas arus IB .

Gambar dibawah ini ( Gambar 2.120(b) ) memperlihatkan kurva
karakteristik input IB = f ( UBE )

IB( A)

UCE =2V

50

40

6V

30

8V

20

10

U

BE (V)

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Gambar 2.120(b) kurva karakteristik input IB = f ( UBE )

Diatas tegangan 0,7 V kenaikan UBE yang kecil , menyebabkan kenaikan
yang relatif besar pada IB . Tetapi dibawah 0,6 V , kenaikan yang sama
dari UBE menyebabkan kenaikan sangat kecil pada IB . Pada beberapa
harga UCE tertentu, kurva mengalami sedikit penggeseran .

P1
RB
A
IB
+ UCC
0V
A
V
IC RC
P 2
P1
RB
A
IB
+ UCC
0V
A
V
IC RC
P 2
Gambar 2.121(a) Rangkaian transistor dengan 2 Potensiometer

Lihat gambar 2.121(a). Pada harga IB tertentu IC ditentukan oleh UCE .
Besarnya UCE dapat diubah-ubah dengan potensiometer P2

Gambar 2.121(b) , memperlihatkan kaitan antara arus output IC dan
tegangan output UCE pada IB = Konstan

1
2
3
4
5
6
C ( mA ) IIB = 6 0 m A
50 m A
40 mA
20 A
10 A
0 A
30m A
m m m
0 3 6 915 18

UCE ( V )

Gambar 2.121(b) Hubungan arus output IC dengan tegangan output UCE
pada IB = Konstan

Pada UCE 0,1 V -0,3 V arus IC mencapai harga optimum . Dalam hal ini
katakan transistor bekerja pada kondisi saturasi .

Pada IB = 0 , IC = ICEO = 0 dan UCE = UCE . Dalam hal ini transistor
bekerja pada kondisi cut off ( tidak menghantar )

KURVA BESARAN MASUKAN DAN KELUARAN

Kaitan antara arus basis IB dan arus kolektor IC pada UCE = konstan di
sebut Forward Transfer Characteristic . IB dapat di kontrol dengan UBE
demikian pula IC . Dengan mengatur P1, UBE , IB dan IC dapat diubah-ubah
. ( lihat gambar 2.122(a) )

Sedangkan gambar 2.122(b) memperlihatkan hubungan IB dan IC . Setiap
perubahan pada IB menyebabkan perubahan pada IC makin besar IB ,
makin besar pula IC .

Perbandingan
IC di sebut faktor penguatan arus rangkaian commonI

B

Emitor , di simbolkan dengan h FE .

I

Jadi : C = h FE

I

B

P RB
A
IB
UBE UCE
RC
+ UCC
0V
IC
A
Gambar 2.122(a) Forward Transfer Characteristic

7
6
5
4
3
2
1

0 10 20 30 40 50 60 70

C ( mA ) I
IB( mA)

Gambar 2.122(b) Hubungan IB dan IC

Hasil penguatan sinyal besar
( Pengendalian sinyal besar )
Penguat transistor dalam rangkaian emitor bersama :
masukan : Arus bolak-balik
keluaran : Tegangan bolak-balik

UQ
E
0
Rv
UR
IBV
R
ic
ijE
ijA
UCE
UA
t
t
Gambar 2.123(a) Pengendalian Sinyal Besar
UQ
E
0
Rv
UR
IBV
R
ic
ijE
ijA
UCE
UA
t
t
Gambar 2.123(a) Pengendalian Sinyal Besar
Terjadilah untuk tegangan sinyal D UR = -D UCE
Pertengahan Rv terdapat arus tetap Þ titik kerja

Uce = 15V Ic

IB

karakte ristik dasar
un tuk p engen dalian
lua r
UA
Titik ker ja
Ga ris ke rja
[ V ]
[ mA ]
25 0
20
A
200 A
150
m
A
100 A
50
m
A
5 10 50 1 50 2 50
U
Sinyal keluaran cacat
Uce =1,5V
15
m m m
UA
IBV
t

Gambar 2.123(b) Gambar Posisi Titik Kerja – Operasi Penguat

2.2.7.5. HUBUNGAN DAS AR TRANSISTOR
Dari ketiga hubungan transistor , terdapat satu pola hubungan dimana
rangkaian input setara atau sama dengan rangkaian out put Rangkaian
input ® penguatan besar Rangkaian out put ® hasil
penguatan besar

· Hubungan Basis
Hubungan Pemakaian bersama : basis

Besaran input : IE , UEB
Besaran out put : IC , UCB
D I C

Perbandingan pembawa p =
D I E
simbol yang lain :
arus ( mengenai titik kerja ) hfb ,
h2Ib , fb

Perbandingan pembawa arus
simbol yang lain :
searah ( besarnya relatif konstan )
I C

A =

hFB , HFB , FB

I E

Dengan hubungan basis , besarnya tegangan iperluas , tetapi tanpa
penguatan arus .


Hubungan Emiter
Hubungan pemakaian bersama : Emiter
® Pemakaian yang utama dalam beberapa rangkaian yang berbeda ,
Pemakaian secara universal.

R

+
_
+
_
IB
UBE IE UCE
Gambar 2.124 Hubungan Pemakaian Emiter Bersama

Besaran input : IB , UBE
Besaran out put : IC , UCE

Penguatan arus : dari basis (input) ke kolektor (output)

D I C

Perbandingan pembawa arus : ( Penguatan arus )
D I B

adalah: IE = IB + IC ; IB = IE-IC ® D IB = D IE -D IC

D I C

ataupun : D IE =

p

D I

11

C

D I= -D -I = D I(

B CC

pp
1-p

Juga : = D IC(

p
D I p

C

= PenguatanArus
B

D I 1-p

D I C

b = Simbol yang lain :
penguatan arus D I B

hFE , H 21e ,p FE

I C

B = Simbol yang lain :
Penguatan arus searah I B

hFE , HFE , p FE

Dengan hubungan emiter dimaksudkan untuk memperkuat
tegangan dan arus !

D UCE = V D UBE

(mA)
1
0,75
0,5
0,25
IB
UCE = 10V
D
C
B
A
UBE
0,2 0,4 0,6 0,8 (V)
Gambar 2.125 Dioda dalam keadaan arah maju ( forward)

(mA)
100
75
50
25
IC
D
C
B
A
IC IB
5 10 15 20 (V)
UCE
IB = 0,25 mA
IB = 0,5 mA
IB = 0,75 mA
IB = 1 mA
IB = Parameter
(mA)
100
75
50
25
IC
D
C
B
A
IC IB
5 10 15 20 (V)
UCE
IB = 0,25 mA
IB = 0,5 mA
IB = 0,75 mA
IB = 1 mA
IB = Parameter
Gambar 2.126 Dioda dalam keadaan arah balik ( reverse )
Tahanan out put : CE

IC

D U

CE

UCE

=

rBE

D I

C

IC

(mA)

100
75
50
25
A
B
C
D
IC
IB
IB
0,25 0,5 0,75 1 (mA)
Gambar 2.127 Grafik pengaturan arus ( grafik pembawa arus )

(mA) IC
100
75
50
25
A
B
C
D
UBE
(V) 0,2 0,4 0,6 0,8
(mA) IC
100
75
50
25
A
B
C
D
UBE
(V) 0,2 0,4 0,6 0,8
Gambar 2.128 Grafik pengaturan tegangan ( grafik pembawa hybrid )


Hubungan Kolektor ( cc ) atau emiter penghasil
Hubungan pemakain bersama : kolektor
® berlawanan fungsinya ( sifat – sifatnya ) dengan hubungan basis .
_
+
IB
-UBC
IC
-UEC
IE
-(U-UBC)
-U
_
+
Gambar 2.129 Hubungan pemakaian kolektor bersama

Besaran input : IB , UBE
Besaran ouput : IE , UEC

Pembawa arus : dari basis ( input ) ke emiter ( out put )
Rangkaian input 2 pengaturan dari 1 memberikan dan mempunyai fungsi
hubungan yang sama ® ( hal ini ) berkaintan dengan kesamaan
polaritas dari rangkaian input dan out put sebagaimana pada hubungan
basis dan emiter .

+
_
IB
UB
IC
IE
R UE
+
_
+
_
IB
UB
IC
IE
R UE
+
_
Gambar 2.130 Hubungan basis dan Emiter

Perubahan pada UE – sama dan diikuti ® perubahan pada UA

Pendekatan harga : Emiter mengikuti basis ® Emiter
penghasil
harganya kembali : IE = IB + IC
dan juga : D IE = D IB + D I C

D I E

Perbandingan arus pembawa :
D I B

( Penguatan arus )

D I ED I B +D I C D I E

Maka : == 1 +
D I B DI B D I B

dengan demikian penguatan arus :

Hubungan kolektor atau emiter penghasil menyediakan
kemungkinan besar terjadinya penguatan arus tetapi tanpa
penguatan tegangan ( pelemahan )

Tabel 2.31 Pendisain bersama ( harga yang benar )

Hubungan
Emiter
Hubungan
Basis
Emiter Penghasil
Penguatan Arus Tinggi ( 100 ) Rendah ( 1 ) Tinggi ( 100 )
Penguatan
Tegangan
Tinggi ( 250 ) Tinggi ( 200 ) Rendah ( 0,95 )
Tahanan Input Cukup ( 600 ) Rendah ( 50 ) Tinggi ( 50 K )
Tahanan Out put Tinggi ( 50 K ) Tinggi ( 1 M ) Rendah ( 100 )

2.2.8. TRANSISTOR EFEK MEDAN ( FET )
Keluarga Transistor (Semi Konduktor) :
TRANSIST OR
BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR
NPN
PNP
FET
JF ET
MOSFET
SALURAN N
SALURAN P
D MOSFET
E MOSFET
SALURAN N
SALURAN P
SALURAN N
SALURAN P
.
Gambar (1-a) ini menunjukkan struktur suatu FET saluran N. FET ini
terdiri dari batang semi konduktor type N yang pada kedua sisinya
diapit bahan semi konduktor type P.
.
FET memiliki 3 elektroda, yakni; Source (S), Gate (G), dan Drain (D).
Antara (G) dan (S) dipasang tegangan UGG yang merupakan reverse
bias bagi gate (G)

.
Karena dioda antara (G) dan (S) mengalami reverse bias, maka
timbulah Depletion Layer pada junction (lihat gambar 1-b)
.
Supaya terjadi aliran antara (S) dan (D) , maka antara kedua
elektroda ini dipasang sumber tegangan (UDD).
.
Besar kecilnya arus yang mengalir tergantung lebarnya Depletion
Layer tadi.
.
Jika UGG besar, Depletion Layer akan menjadi sedemikian lebarnya
sehingga hampir menutup saluran antara (D) dan (S).
Karena pada Depletion Layer tidak ada pembawa muatan, berarti bahwa
jumlah.

pembawa muatan pada saluran menjadi kecil.

.
Jika UGG kecil, Depletion Layer cukup tipis dan saluran antara (S) dan
(D) cukup lebar, dengan demikian arus yang mengalir cukup besar.
Jadi tegangan gate menentukan besarnya arus yang mengalir antara (D S).
Karena G dalam kondisi reverse bias, arus (G) dianggap sama
dengan nol
_
+
UGG
G
P P
N
D
S
+
_ UD D
G
D
S
N
Gambar 2.131 Struktur J FET

Gambar 2.132 Menunjukkan simbol dari J FET bila ujungpanah dari gate
menuju garis vertikal yang melambangkan saluran, J FET dengan saluran
N (Gb. 132-a) sebaliknya bila ujung panah meninggalkan saluran maka J
FET tersebut adalah J FET dengan saluran P.

Gambar 2.132 Simbol dari J FET

Rangkaian Dasar membuat Karakteristik JFET.

G
D
S
G
D
S
UGG
_
+
V UGS
UDS V
A
_
+
UDD
Gambar 2.133 Rangkaian Dasar membuat Karakteristik JFET
Menganalisa Sifat Kurva JFET.Kanal N.

ID
VDS
GS = 0
GS = -1
GS = -2
GS = -3
GS = -4
Up
V
V
V
V
V
4

15 30

Gambar 2.134 Kurva JFET.Kanal N.

Pada gambar 2.134, menunjukkan bahwa makin negatipUGS, makin kecil
arus ID

- Pada kondisi normal JFET selalu bekerja pada bagian karakteristik yang
hampir mendatar, atau dengan kata lain JFET dioperasikan dengan
tegangan drain yang lebih besar dari UK ( tegangan Knee ) tetapi lebih
kecil dari tegangan breakdownnya.
- Lihat gambar 1-b, maka Uds harus dibuat lebih besar dari 4 Volt tetapi
lebih kecil dari 30 V. Dan demikian pula UGS harus diantara ( 0 s/d 4V )
-Tegangan Knee untuk lengkung karakteristik yang paling atas disebut
pinch off voltage (Up),jadi bila pada lembar data tertulis Up=4 Volt,
JFET tersebut harus dioperasikan dengan tegangan UDS yang lebih
besar dari 4 Volt.
- Dari gambar kurva 1-b, dapat kita lihat bahwa pada tegangan UGS= -4
V arus drain hampir = 0. Nilai UGS yang menyebabkan ID = 0 ini disebut
Gate Source Cut Off Voltage (UGS = Off).
- Up dan UGS (off) memiliki hubungan penting yaitu nilai mutlak Up = nilai
mutlak UGS (off) hanya tandanya yang berbeda; Up = 4 V
UGSoff = -4 V

Hal ini berlaku untuk semua JFET dan harus diingat bahwa pada
lembaran data JFET hanya akan disebutkan nilai (UGS off) saja.

- Lengkung karakteristik yang paling atas dibuat dengan tegangan gate =
0, keadaan ini disebut juga Sharted Gate Contition, karena sama
dengan keadaan dimana gate dihubung singkat dengan source.
Arus drain sepanjang bagian yang hampir mendatar dianggap sama,
walau tegangan drain diubah-ubah dan pada lembar data arus ini
disebut Idss.

- Pada gambar kurva tampak bahwa jarak antara garis-garis mendatar itu
tidak sama meskipun selisih UGS untuk tiap-tiap garis tetap 1 Volt. Hal
ini dikenal sebagai Square low behavior dan ini merupakan salah satu
keunggulan FET dari Transistor BJT.
Harga Batas

Harga batas yang di maksud dalm permasalahan ini adalah
suatu keterangan tentang data-data komponen Fet dan Mosfet
yang harus di penuhi dan tidak boleh dilampaui batas
maksimumnya , dan tidak jauh berkurang dari baras minimumnya .

Adapun harga batas tersebut antara lain memuat tentang :
VDS mak , ID mak , Tj mak , PTOT mak , VGS (off) / VGTH , IDSS / ID on ,
GFS , RDS , CISS , CRSS .

Keterangan tentang harga batas dan bagaimana cara
menggunakannya pelajarilah keterangan dan penjelasan tentang
Tabel di bawah ini :

Dengan mengetahui data harga batas tersebut, kita dapat
menggantikan fet dengan Type yang lain , asal data harga batas
dan typenya sama .

Judul kolom

VDS MAX = Rating tegangan drain source
ID MAX = Batas maksimum arus drain
TJ MAX = Batas maksimum suhu pertemuan
PTOT MAX = Batas maksimum disipasi daya komponen
VGS(off)/ VGTH = Tegangan pinch-off ( VGS(off)) atau

tegangan ambang (VGTH)
IDSS/IDON = Arus jenuh drain
GFS = Traskonduktansi pada arus drain jenuh
RD = Resistansi drain-source pada arus drain

jenuh
CISS = Kapasitas masukan pada gate
CRSS = Kapasitas umpanbalik pada drain

SATUAN

A = Apere
C = Derajad Celcius
mA = Miliampere
mn = Minimum
mS = MiliSiemen (mili-mho atau mA/V)
mWC = Miliwatt, kemasan pada 250 C
mWF = Miliwatt, udara bebas 250 C
mWH = Miliwatt, dengan heatsink, suhu lingkungan 250 C
mx = Maksimum
P = Pikofarad (mengacu pada CDSS dan Crss )
S = Siemen (mho atau Amp/Volt)
tp = Typical
mA = Mikroampere
mS = MikroSiemen (mmho atau mA/V)
V = Volt
WC = Watt, kemasan pada 250 C
WF = Watt, udara bebas 250 C
WH = Watt, dengan heatsink, suhu lingkungan 250 C

kalau satuan muncul ditengah-tengah nilai, hal ini menunjukkan posisi
koma desimal; misalnya 3P5 = 3,5P = 3,5 pikofarad, RO 15 = 15 mohm =
0,015 ohm

Kode kolom ‘Package & Pinout’

Penjelasan lebih lanjut mengenai sistem dan gambar yang berhubungan
diberikan dalam penandaan kelompok susunan kaki

Tiga huruf yang terdapat pada kolom ini digunakan untuk menjelaskan
penggunaan dalam terapan. Kode dibedakan untuk terapan pada sistem

industri, konsumer dan terapan khusus.

1. Terapan industri (huruf pertama A, R, S, U atau V)
(Huruf pertama) (Huruf kedua) (Huruf ketiga)
A = Audio H = Arus tinggi A = Amplifier
I = Industri L = Arus rendah B = Bidirectional
R = RF M = Arus menengah C = Chooper
S = SHF E = Tegangan
ekstra tinggi
U = UHF G = Pemakaian
Umum
V = VHF H =Tegangan tinggi
L = Bocoran rendah
N = Noise rendah
S = Sakelar
V = Resistansi
Variabel

2. Terapan konsumer (huruf pertama Fatau T)
FRH = Radio AM/FM, pemakaian umum, penguatan
menengah
FRM = Radio AM/FM, pemakaian umum, penguatan

menengah
FVG = FM dan VHF (TV), pemakaian umum
TIA = TV , penguat IF
TIG = TV , penguat IF ,penguatan terkontrol
TLH = TV , output horizontal (line), tegangan tinggi
TLM = TV , output horizontal (line), tegangan medium
TLE = TV , output horizontal (line), tegangan ekstra tinggi
TUG = TV , penguat UHF , penguatan terkontrol
TUM = TV , pencampur UHF
TUO = TV , osilator UHF
TVE = TV , output horizontal (line), tegangan ekstra tinggi
TVH = TV , output horizontal (line), tegangan, tinggi
TVM = TV , output horizontal (line), tegangan medium

3. Terapan khusus
DUA = Pasangan amplifier dual atau diferensial
MPP = Pasangan jodoh (matched)
PHT = Komponen foto
QUA = Komponen quad (X4)
SPC = Khusus

Kolom kode ‘Manufactures”

Kode tiga yang menunjukkan pabrik pembuat. Arti kode secara lengkap di
berikan pada Lampiran D. (‘OBS’ menunjukkan jenis absolut), atau pabrik
yang memberikan data untuk pengisian tabel dalam buku ini

Untuk memahami dari informasi yang terdapat didalam tabel ,
dibawah ini di berikan penjelasan secara rinci

TYPE NO.
NOMO R T YPE
SECAR A
ALFAB ETIS
CONS
TRUC
TION
D = DE PLETION
E =ENHANCE MENT
J = JUNCTION.GAT E
M = MOSF ET
N = KA NAL.N
P = KA NAL P
X = DE PLN/ENHANCT
UNT UK INFORMAS I SUSUNAN
KAK I DAN STYLE K EMAS AN
MENGACU PA DA LAMPIR AN B
PACKA GE
PINOUT M AX
TEGA NGAN DRAIN.SO URCE
MAKS IMUM YANG DIIZINKAN
MAX MA X MAX
OF
VGS(T H)
V GS(OF F) TJV DS IP
PT OT
ARUS DRAIN KONTINU MAK SIM UM YA NG
DIIZINKAN
SUHU PERTE MUAN MAKS IMUM YANG DIIZINKAN
O C’F ‘ = UDA RA B EB AS P ADA 25
O
C ; ” C” =CASE PADA 25
‘ H’ = UDAR A TERBUKA PA DA 25
O
C DE NG AN HE A TS INK
TER HUBUNG KE PIRANTI
VGS (OFF ) = TEGA NGAN PINCH.O FF( TYPE DE PLETION) ATAU
VGS(T H) = T EGANGAN AM BANG (TY PE ENHANCEM ENT) , DINYATA KAN
DA LA M VOLT ( V) DENGAN ” mx” = MAX ; “mn” ; = MIN ; ” tp” = TIP IKA L,
DAN ” /” = RA NGE
IDSS
OF
I D( ON)
ARUS DRAIN “O N” DENGAN GA TE TE RHUBUNG KE S OURCE
(DELPE TION) AT AU KE D RA IN ( ENHA NCEME NT)
Grs RDS( ON)
MAX
C
MAX
is s CRSS
MAX
USE MNF SUBT ANS I
PIRANTI P ENGG ANTI
YANG MUNG KIN,ATAU
CA TAT AN
PA BRIK P EMBUAT , ATA U P ABRIK
YA NG ME MBERIKAN DAT A UNT UK
BUKU INI, LIHAT DAFT AR PA BRIK
PA DA LA MPIRA N D
KODE YA NG ME NUNJUKKAN APLIK ASI
YANG DI SARANKAN LIHAT P ENJELAS AN
DI BALIK HALAM AN INI
K APAS ITA S INPUT GATE MA KSIMUM ( UMUMNYA S
EKITAR 0,5_0,66 M AKS) DI NYA TAKA N DALAM
P IKO FARAD (P) ATA U NA NO-fAR AD ( N)
KA PAS ITA S UMPA N BALIK DRA IN GA TE MA KSIMUM,
( UMUMNY ASEK ITA R 0,5_0,66 MAK S) -DINYAT AKA N
DALAM P IKO FARAD (P) ATA U NANO-FA RA D ( N)
RE SIS TANS I “O N” DRAIN-SOURCE M AKSIMUM , DINYAT AKA N
DA LA M OHM (R )
TRANSK ONDUKT ANS I P ADA ARUS B IAS M AKS IMUM , DINYAT AKA N
DA LA M SIE MENS (S)

LAMPIRAN B
DIAGRAM SKETSA KEMASAN DAN
IDENTIFIKASI KAKI

Penggambaran sketsa kemasan telah dikelompokkan, jika mungkin
menggunakan standar “TO atau “SOT” dengan setiap kaki atau terminl
diberi nomor. Mungkin terdapat sedikit perbedaan uluran antara satu
pabrik dengan pabrik lainnya yang menggunakan kemasan standar ,
namun demikian tidak menyimpang jauh dari ukuran yang diberikan .
Setelah melewati beberapa waktu, style kemasan berkembang untuk
memenuhi permintaan teknologi baru dan produksi baru. Telah
ditambahkan pula akhiran kepada style kemasan untuk menunjukkan
varian, dan bahkan style telah berganti nama, misalnya TO3 menjadi
TO204 dan TO92 menjadi TO226. Format kaki juga berubah, kalau dulu
biasanya mencari komponenen dalam kemasan TO92 yang susunan
kakinya dirancang dalam style TO 18. Style ini sekarang tidak lagi
mengikuti susunan kaki sebaris yang kai-kakinya dibentuk dalam format
TO 18. Hal ini memungkinkan adanya perbedaan antara fisik dan ilustrasi
yang terdapat pada lampiran ini.

Rincian koneksi dijelaskan dengan menggunakan cara unik yang

memungkinkan pemakai untuk membandingkan susunan kaki berbagai

koponen untuk memilih, kompatibilitas. Komponen FET dasar atau

Mempunyai tiga koneksi, karenanya hanya mempunyai enam kombinasi

susunan kaki yang mungkin. Tabel yang terdapat dihalaman sebelah

menjelaskan arti huruf kapital yang mengacu pada variasi enam susunan

kaki dasar. Setiap penggambaran sketsa menunjukkan kaki 1 dan kaki

kaki berikutnya. Huruf tanda menunjukkan kaki 1 fungsi kaki 1 , 2, dan 3.

Huruf tanda menyimpan urutan yang sama terlepas dari style kemasan.

beberapa style kemasan tiga kaki dan rincian koneksinya digambarkan

secara penuh di bawah ini.

Untuk komponen dengan empat terminal, nomor kombinasi
ditingkatkan dengan sangat sejak kaki-kaki piranti sekarang mempunyai
penandaan alternatif (Gate 1, Gate 2, Substrate, Case) sebagai
tambahan kepada Source, Drain , dan Gate yang telah dijelaskan di
muka. Untuk menjaga nomor varian sedapat mungkin bisa diatur , hanya
tujuh varian yang mempunyai pena Gate 1 dan Gate 2 yang digunakan
dalam buku ini, dan beberapa varian yang tidak bisa dimuat
menggunakan cara yanag dijelaskan di bawah . Susunan kaki komponen
lain dengan empat atau lebih terminal telah dijelaskan menggunakan
satu dari enam huruf penandaan (A sampai F) ditambah huruf kecil
untuk menunjukkan fungsi pena tambahan (substrate, drain, gate, dan k
untuk case). Huruf pertama pada penandaan banyak huruf dimulai dari
kaki 1 tanpa menghiraukan apakah huruf itu kapital atau tidak. System
juga memungkinkan untuk menjelaskan piranti berisi sejumlah transistor.
Beberapa contoh digambarkan dihalaman sebelah.

Ada beberapa style kemasan atau kombinasi penomoran dengan

susunan kaki tidak bisa dijelaskan menggunakan cara sederhana diatas.

Dalam kasus ini penggambaran kemasan telah dijelaskan dengan

penandaan kaki.
Untuk sebuah nomor piranti, pabrik boleh jadi tidak menjelaskan secara
penuh susunan kakinya, dan juga sebuah style kemasan yang
mempunyai empat terminal boleh jadi hanya bisa dijelaskan dengan
penandaan tiga terminal yang telah dijelaskan. Sangat sering, pengujian
komponen untuk penggantian memiliki susunan kaki yang salah.

Penandaan kelompok susunan kaki

TO72

1 2 3
Dd TO220

1 O Fk
1=drain 1=drain 1=source

1=gate
2=source 2=gate 2=gate

2=drai n

F

D
3source

4

3=gate1 3case 3=drain
4=gate2 4source 4=case

d

k 4=dari n

3
2
1

Gambar 2.135 Penandaan kelompok susunan kaki

Misalnya dengan piranti TO220, tab (pin 4) secara normal terhubung ke
pin 2, tetapi ternyata tab terhubung ke pin 3, begitu pula untuk piranti
TO237.

barangkali tab tidak terhubung ke terminal sebab tab secara normal
mengambang. Penyimpangan lain bisa terjadi ketika pabrik menyatakan
bahwa substrate atau case piranti dihubungkan ke sebuah pin yyang
sudah dinyatakan sebagai surce, drain, atau gate, sementara pabrik lain
tidak manyatakan hubungan semacam itu. Pemecahan terhadap
kejanggalan semacam itu di luar lingkup buku.

2.2.8.1. PARAMETER JFET
Arus Transkonduktansi menghubungkan arus output dengan tegangan
input . Untuk JFET adalah grafik terhadap VGS untuk transistor bipolar
kurva transkonduktansi adalah grafik dari IC terhadap VBE .

Misalnya dengan membaca harga-harga dari ID dan VGS . Dalam gambar
1 kita di tunjukkan dalam Gambar Transkonduktansi seperti di tunjukkan
dalam Gambar 2a Umumnya kurvaTranskonduktansi dari suatu JFET
akan terlihat seperti Gambar 2b.

ID
1 0mA
5, 62 mA
2, 5mA
0,6 25mA
0 4 1 5 30
UDS
UGS=0
UG S=-1
UG S=-2
UG S=-3
Gambar 2.136. Set Tipikal dari Kurva Cepat

ID

UDS=15V
0,625mA
2,5mA
5,62mA
10mA
-4 -3 -2 -1

ID

IDSS
Jangkauan
Bias normal

UGS
UDS=15V
1
ID
IDSS
1
9
16
1
4
1
16
UGS(off)
UGS
3/4 2/4 1/4
UGS(off)

æçè

Gambar 2.137. Kurva Transkonduktansi

Sebagai contoh misalkan suatu JFET mempunyai IDSS sebesar 4 mA
dan UGS(off) sebesar – 2 V . Dengan substitusi ke dalam persamaan ( 1 )
.di bawah

0,004 1 +

2

UGS

ö÷
l

ID

=

( 1 )
2

Dengan persamaan ini kita dapat menghitung arus cerat untuk setiap
tegangan gerbang dalam daerah aktif . Banyak lembar data tidak
memberikan kurva cerat atau kurva transkonduktansi .Tetapi anda
memperoleh harga dari IDSS dan UGS(off) . Dengan substitusi harga-harga
tersebut ke dalam persamaan 1
anda dapat menghitung arus cerat untuk setiap tegangan gerbang .
Hukum kuadrat (square Law) adalah nama lain dari parabolik . Inilah
sebabnya mengapa JFET sering di sebut piranti hukum kuadrat (square
Law device ) . Karena alasan yang akan di bahas kemudian , sifat hukum
kuadrat memberikan keuntungan lain bagi JFETdi atas transistor bipolar
dalam rangkaian yang di sebut penyampur (mixer) .

Kurva Transkonduktansi yang Dinormalisasi

Kita dapat mengatur kembali persamaan ( 1 ) untuk mendapatkan

ID é UGS ù2

= 1 -( 2 )

êú

IDSS ëUGS(off) û

Dengan substitusi 0, 1/4 , 1/2 , 3/4 , dan 1untuk UGS/UGS(off) , kita dapat
menghitung harga-harga ID / IDSS yang bersangkutan yaitu 1 , 9/16 , 1/4 , 1/16
dan 0 . Gambar 2c meringkas hasil-hasil tersebut ; hal ini berlaku untuk
semua JFET .
Berikut ini adalah penggunaan praktis dari kurva dalam Gambar 2c .
Untuk membias JFET dekat titik tengah dari jangkauan arusnya yang
berguna kita perlu menimbulkan ID yang besarnya mendekati setengah
IDSS . Rasio arus 9/16 dekat dengan titik tengah dalam arus cerat ; karena
itu kita dapat menset Bias ttitik tengah dengan UGS yang mendekati .

UGS(off)

UGS @( bias titik tengah ) ( 3 )

4

Diberikan sebuah MPF 102 dengan UGS (off) = -8 V , kita harus
menggunakan UGS = -2 V untuk mendapatkan arus cerat yang mendekati
setengah arus cerat maksimum yang diperbolehkan .

Transkonduktansi
Besaran gm disebut transkonduktansi, didefinisikan sebagai

D ID

gm = untuk konstan ( 4 )

D UGS

Ini mengatakan transkonduktansi sama dengan perubahan arus cerat
dibagi dengan perubahan tegangan gerbang yang bersangkutan . Jika
perubahan tegangan gerbang sebesar 0,1 V menghasilkan perubahan

arus cerat sebesar 0,2 mA .
gm =
0,2 mA
0,1 V
=( ) 2 10-3 S = 2000 Sm
Catatan : S adalah simbol untuk satuan “siemens,” mula-mula
dinyatakan sebagai “mho” .

Gambar 3 memberi arti dari gm berkenaan dengan kurva
transkonduktansi . Untuk menghitung gm pada suatu titik operasi, kita
pilih dua titik yang berdekatan seperti A dan B pada tiap sisi dari titik Q
Rasio perubahan ID terhadap perubahan dalam UGS memberikan harga
gm antara kedua titik tersebut . Jika kita pilih pasangan titik yang lain pada
bagian kurva yang lebih atas yaitu C dan D kita dapatkan perubahan ID
yang lebih besar untuk suatu perubahan dalam UGS ; karena itu gm pada
bagian kurva yang lebih atas mempunyai harga yang lebih besar . Pada
lembar data untuk JFET biasanya anda di beri harga gm pada UGS = 0
yaitu harga gm antara titik-titik seperti C dan D dalam Gambar 3 . Kita
akan menyatakan harga gm ini sebagai gmo untuk menunjukkan harga
tersebut di ukur pada UGS = 0 .

Dengan menurunkan kemiringan (slope) dari kurva transkonduktansi
pada titik-titik lain, kita dapat membuktikan setiap gm sama dengan

é UGS ù
gm= gm0 1

êú

ëUGS(off)û

( 5 )
Persamaan ini memberikan gm pada setiap titik operasi dalam hubungan
dengan gmo pada lembar data .
Kadang-kadang , gm dinyatakan sebagai gm (transkonduktansi forward)
atau yfs (transmitansi forward) Jika kita tidak dapat mendapatkan gm pada
lembar data, cari gfs atau yfs . Sebagai contoh, lembar data dari suatu
2N5951 memberikan gfs = 6,5 mjS pada UGS = 0; ini ekivalen dengan gmo =
6,5 mS = 6500 mS.
Sebagai contoh lain, lembar data 2N 5457 mendaftar yfs = 3000 mS untuk
UGS = 0, ekivalen dengan gmo = 3000 mS .

ID

UGS
Tinggi
Rendah
gm
gm
A
B
C
D
Gambar 2.138. Arti Grafik dari Transkonduktansi

Harga UGS(off) Yang Teliti

Dengan kalkulus, kita dapat menurunkan rumus yang berguna berikut :

2IDSS
UGS(off) =-( 6 )
gmo

Ini berguna karena di samping IDSS dan gmo mudah di ukur dengan
ketelitian yang tinggi UGS(off) sukar di ukur ; Persamaan ( 6 ) memberikan
jalan untuk menghitung UGS(OFF) dengan ketelitian yang tinggi. .

Resistansi Cerat AC

Resistansi rds adalah resistansi ac dari cerat ke sumber didefinisikan
sebagai

DUDS
rds = untuk UGS konstan ( 7 )
DID

Diatas tegangan pinchoff, perubahan ID kecil untuk suatu perubahan
dalam UDS karena kurvanya hampir rata ;karena itu rds mempunyai harga
yang besar ; secara tipikal antara 10 kW sampai 1 MW . Sebagai contoh,
jika suatu perubahan dalam tegangan cerat sebesar 2 V menghasilkan
perubahan dalam arus cerat sebesar 0,02 mA ,

2V
rds = = 100 KW
0,02 mA

Lembar data biasanya tidak mendaftar harga rds . Tetapi, mereka
memberikan spesifikasi timbalbalik, baik gos (konduktansi output) atau yos
(admitansi output) . Resistansi cerat dihubungkan dengan harga lembar
data sebagai berikut :

1

rds = ( 7a )
gos

dan
1

rds = untuk frekuensi rendah ( 7b )
ys

o

Misalnya lembar data dari sebuah 2N 5951 memberikan gos = 75 mS .
Dengan Persamaan ( 7a ),

11
rds = = = 13,3 KW
gos 75(10 -6 )

Di samping itu lembar data 2N 5457 menunjukkan yos = 50 mS. Dengan
Persamaan ( 7b ),

11

rds= = = 20 KW
yos 50(10 -6 )

Bab yang akan datang membahas pengaruh rds pada tingkat penguatan
dari suatu JFET .

Resitansi Cerat-Sumber Dalam Keadaan On

Dalam daerah aktif , Jfet bekerja sebagai sebuah sumber arus . Tetapi
dalam daerah jenuh (tegangan cerat lebih kecil dari Up) dia bekerja
sebagai sebuah resistor . Mengapa ? Karena dalam daerah jenuh , suatu
perubahan dalam tegangan cerat menghasilkan perubahan yang
sebanding dalam arus cerat . Ini merupakan alasan daerah jenuh dari
JFET yang beroperasi dalam daerah ohmik didefinisikan sebagai

D UDS
rds(on) =( 8 )
D ID

2.2.8.2. ANALISA RANGKAIAN FET
Bab ini membahas operasi DC dan AC dari FET . Setelah menurunkan
rumus-rumus untuk bias dan cerat kita bahas penggunaan dari bufer ,
penguat AGC dan chopper .

BIAS SENDIRI

Gambar 3-a menunjukkan bias sendiri , cara yang paling umum di
gunakan untuk membias JFET . Arus cer4at mengalir melalui Rp dan RS
, menghasilkan tegangan cerat sumber

UDS = UDD-ID( RD + R S ) ( 9 )

Tegangan melintasi resistansi sumber adalah

US = IDRS

Karena arus gerbang kecil sehingga dapat di abaikan , terminal gerbang
mempunyai tegangan pertanahan DC , sehingga
UG @ 0

Karena itu perbedaan potensial antara gerbang dan sumber adalah

UGS= UG-US= 0 -IDRS
atau ( 10 )

UGS = -IDRS

Ini menyatakan penurunan melalui RS menghasilkan tegangan bias UGS .
Tidak ada sumber tegangan luar yang harus menggerakkan gerbang, dan
inilah sebabnya rangkaian tersebut dikenal sebagai rangkaian bias
sendiri .

Bias sendiri menstabilkan titik operasi stationer (guiescent) terhadap
perubahan dalam parameter JFET (besaran seperti IDSS,gmo dan
sebagainya). Idenya adalah sebagai berikut :

RD
RS RG VS
+
_
ID 0V
0,5 IDSS
UG S(of f) UG S(of f)
4
Q
IDSS
ID
0
UGS
RD
RS RG VS
+
_
ID 0V
0,5 IDSS
UG S(of f) UG S(of f)
4
Q
IDSS
ID
0
UGS
Gambar 2.139. Bias sendiri. (a) Rangkaian. (b) Titik Q tipikal

Misal kita mensubstitusi sebuah JFET dengan yang mempunyai harga
gmo dua kali harga gmo JFET tersebut. Maka, arus cerat dalam Gambar
4-a akan mencoba menjadi duakali . Tetapi karena arus cerat ini mengalir
melalui RS, tegangan gerbang -sumber UGS menjadi lebih negatif dan
mengurangi arus cerat yang tadinya bertambah .

Dalam Gambar 4-b tegangan gerbang sama dengan seperempat
UGS(off) menghasilkan arus cerat sebesar setengah IDSS (pendekatan).
Dengan mensubstitusikan besaran tersebut ke dalam Persamaan 10 dan
mencari harga RS kita dapatkan

-UGS(off)

RS = ( 11 )
2IDSS

Dengan Persamaan ( 6 ), kita dapat menyederhanakan persamaan
tersebut menjadi persamaan yang berguna :

RS @
1 ( bias titik tengah ) ( 12 )
gmo

Jika harga gmo dari suatu JFET diketahui, ambil harga kebalikannya,
maka kita dapatkan resistansi sumber yang menset arus cerat sama
dengan setengah IDSS . Karena gmo selalu diberikan dengan teliti dalam
lembar data, Persamaan ( 12 ) memberikan cara yang cepat untuk
menset bias sendiri pada titik tengah dari arus cerat .

GRAFIK BIAS SENDIRI

Dengan persamaan-persamaan ( 2 ),( 6 ) dan ( 10 ), kita dapat
menurunkan hubungan antara arus cerat, transkonduktansi dan resistor
bias sumber. Gambar 5 meringkas hubungan ini . Grafik ini berlaku untuk
semua JFET . Grafik tersebut akan membantu kita menentukan titik Q
dari rangkaian terbias sendiri . Contoh-contoh berikut menunjukkan
caranya .

CONTOH 4
Sebuah rangkaian terbias sendiri menggunakan JFET dengan IDSS = 10
mA, RS = 100 W, dan
gmo = 3000 mS . Berapa besarnya arus cerat ?

ID

IDSS

1,0

0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4

0,3
0,2
0,1

0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1 2 3 45 710

gm 0 RS

Gambar 2.140 rangkaian terbias sendiri menggunakan JFET dengan
IDSS = 10 mA, RS = 100 W

Contohnya , jika suatu perubahan dalam tegangan cerat sebesar 100 mV
menghasilkan suatu perubahan sebesar 0,7 mA dalam daerah ohmik

100 mV
rds(on) = = 142 W
0,7 mA

Contoh
Sebuah JFET mempunyai IDSS = 10 mA dan gmo = 4000 mS . Hitung
UGS(off), juga hitung untuk gm pada titik tengah bias .

PENYELESAIAN
Dengan Persamaan ( 6 )

2IDSS 2 ´ 0,01UGS(off) = = = -5 V
gmo 0,004

Sekarang gunakan persamaan ( 5 ) untuk mendapatakan

é UGS ùæ 1,25.
gm= gmo ê1 -ú = 0,004 ç1 -.
ëUGS(off) ûè5l

= 3000 mS

2.2.8.3. KONFIGURASI-KONFIGURASI RANGKAIAN JFET
A. Rangkaian JFET seperti yang dikemukakan dalam gambar 1
disebut rangkaian Tunggal Sumber (Common Source).
Dalam konfigurasi ini sinyal masukan (Ui) dimasukkan antara Gate dan
Source, sedangkan beban dipasang antara Drain dan Source. Jadi
skema prinsipnya seperti gambar 2. Dalam rangkaian ini perlawanan
masukan adalah takterhingga dan sinyal keluaran berselisih phasa 180o
terhadap sinyal masukan ( terjadi putaran phasa 180o )

Konfigurasi ini adalah yang paling banyak diterapkan ; dapat
ditandingkan dengan rangkaian tunggal emitor.

+12 V
RD
15 K
R1
2,2M
Rd
E
C1
RG
22M
R2
1,2M
RS
33K
C2
C3
Ui
Gambar 2.141 Menaikkan Perlawanan Masukan dengan menambahkan
RC

Ui
Uo
E
Rd G
S S
D
RBb
Gambar 2.142. Rangkaian Tunggal Sumber (Common Source)

B. Rangkaian Tunggal Pintu (Common Gate Configuration)
Rangkaian tunggal pintu (Common Gate Configuration) seperti terlihat
pada gambar 3. Dalam konfigurasi ini pengemudian dilakukan pada
sumber (Source), dan sinyal keluaran disadap dari Drain. Tidak terjadi
perbedaan phasa (putaran phasa). Perlawanan masukan rendah, sebab
sumber sinyal mengeluarkan arus kedalam sirkuit masukan. Dapat

ditandingkan dengan rangkaian Tunggal Basis. Rangkaian ini jarang
diterapkan.

Ui Uo E
Rd
G
S
D
RBb
G
Gambar 2.143. Rangkaian Tunggal Pintu (Common Gate)

C. Rangkaian Tunggal Cerat (Common Drain Configuration)
Rangkaian Tunggal Cerat (Common Drain Configuration) seperti terlihat
pada gambar 4. Dalam rangkaian ini pengemudian dilakukan pada pintu
(Gate), sedangkan keluaran disadap dari sumber(Source). Tegangan
sinyal keluaran adalah kecil dari tegangan sinyal masukan. Tidak terjadi
perbedaan phasa (putaran phasa) antara sinyal masukan dengan
keluaran, karena itu rangkaian juga disebut Pengikut Sumber (Source
Follower).Perlawanan keluarannya rendah. Dapat ditandingkan dengan
Pengikut Emitor.

D

Rd

G

S

Uo

RBb

Ui

E

D

D

Gambar 2.144. Rangkaian Tunggal Cerat (Common Drain)

2.2.8.4. FET SEBAGAI PENGUAT
Penguat SINYAL ANALOG

Karena level daya yang relatif kecil dan sangat tingginya tahanan
masukan maka FET itu sendiri mempunyai sifat khusus untuk TINGKAT
MASUKAN (PENGUAT DEPAN) atau PENGUAT AKHIR

PENGUAT ARUS SEARAH, PENGUAT DIFFERENSIAL

UA
RD RD
T1 T2
A1 A2
UE2 UE1
+UQ
-UQ
Gambar 2.145 Penguat Differensial

RD

Yaitu : UA = VDM (UE1 – U); VDM » S
Z
T1 dan T2 PASANGAN SELEKSI (TRANSISTOR YANG IDENTIK)
Potensial source terletak pada UGS DIATAS TEGANGAN PULSA
SEARAH.
(UE1 = UEZ)

2.2.8.5. FET SEBAGAI SAKLAR DAN MULTIVIBRATOR
DS

G
Gambar 2.146 FET sebagai saklar

Sifat-sifat fisis statik sesuai dengan saklar mekanik dalam pendekatan
barang (lebih baik sebagai transistor bipolar)

Saklar on FET menghantarkan, TAHANAN KECIL antara drain
dan source yang tergantung pada UGS.
Saklar off FET menutup, TAHANAN LEBIH BESAR antara drain

dan source yang tergantung pada UGS (UGS £ Up)
Karakteristik saklar (penghubung) : FET – Kanal – n

ID

Karakteristik Hantar

Karakteristik Lawan
Kwadran I :
Polaritas Normal

Kwadran III :
Polaritas Inversi

I
III
UE UA
+UA
T
-UQ
US
Gambar 2.147 Saklar analog dengan J – FET

MULTIVIBRATOR ASTABIL DENGAN PENUTUPAN MOSFET

RD RDR1 R1
C C
+UQ
0
Gambar 2.148 Multivibrator astabil dengan penutupan Mosfet

MACAM-MACAM MOSFET

Untuk mempelajari sifat -sifat dasar Mosfet kita harus mengenal macammacam
Mosfet yang di bedakan menjadi 2 jenis yaitu :

1. Type Depletion Mosfet ( D Mosfet ).
2. Type Enhancement Mosfet ( E Mosfet ).
Kedua jenis Mosfet tersebut dibedakan berdasarkan cara pemberian
lapisan Substratenya . Pada Depletion Mosfet lapisan Substrate di
pasang dalam kanal tidak menyentuh oksida logam ( Si 02 ) sehingga ada
sisa kanal yang sempit .
Pada jenis kedua Enhancement Mosfet , lapisan Substrate di pasang
pada kanal langsung menembus lapisan oksida logam ( Si 02 ) sehingga
kanal tertutup sedang antara Drain dan Source terpisah oleh Substrate .
Bahan yang digunakan sebagai kanal dan Substrate sama-sama
Semikonduktor tapi type berlawanan .

2.2.8.6. BIAS MOSFET
Untuk mengoperasikan hidup (on) dan mati (off) dari sebuah Mosfet di
perlukan Bias Tegangan pada Gate dan Source ( UGS ) dan tegangan
catu antara Drain dan Source ( UDD )

Bias UGS di bedakan menjadi 2 macam

1. Bias peningkatan ( Enhancement ) Mosfet Þ UGS + ( Positif )
2. Bias pengosongan ( Depletion ) Mosfet Þ UGS -( negatif )

Perhatikan gambar berikut , menjelaskan cara memberi bias pada
Mosfet

Gambar 2.149 Memberi bias pada Mosfet

2.2.8.7. D-MOSFET
Gambar 2.150 D Mosfet dengan Depletion Mode

D Mosfet Type N

Gambar 2.151 D Mosfet dengan Enhancement Mode

CARA KERJA D MOSFET

D Mosfet dapat dioperasikan dengan memberi Bias pada gatenya yaitu :

1. Bias Depletion ( UGS Negatif )
2. Bias Enhancement Mode ( UGS Positif )
1. D Mosfet dengan Depletion Mode
Tegangan Catu Drain dan Source ( UDS akan menyebabkan arus
mengalir dari Drain ke Source ( ID ) melalui kanal yang sempit tersebut .

Tegangan UGG yang mencatu Gate dan Source ( UGS ) akan mengontrol
lebar sempitnya kanal . Bila kanal lebar jumlah elektron yang melewati
kanal dari Source ke Drain semakin banyak dan arus listrik ID besar . Dan
sebaliknya bila kanal makin sempit jumlah elektron yang melewati akan
sedikit dan arus listrik ID semakin kecil .Jadi besar kecilnya arus Drain (ID)
akan di kendalikan oleh tegangan Gate dan Source ( UGS ) . Jika
tegangan UGS makin negatif ( mencapai UGS off ) maka arus ID semakin
kecil » 0 .Bila tegangan UGS » 0 ( Gate Source hubung singkat ) arus
Drain ID makin besar . Tegangan UGS yang menyebabkan ID» 0 di sebut
tegangan UGS cut off atau ( UGS off ) Untuk D Mosfet negatif .

2. D Mosfet dengan Enhancement Mode
Seperti penjelasan di atas , hanya Gate di beri tegangan positif ( + UGS )
. Bila Gate makin positif terhadap Source maka daya hantar kanal Mosfet
akan semakin besar . Hal ini menyebabkan arus Drain yang menuju
Source ( ID ) mencapai maksimum . Karena D Mosfet mempunyai arus
saat UGS » 0 maka juga di sebut Mosfet “Normal ON “ . IDSS saat UGS » 0
bukan arus Drain maksimum .

TAHANAN ISOLASI

Kita ketahu tahanan input ( Zi ) Mosfet adalah tahanan antara Gate dan
Source . Jadi Zi sangat tinggi dalam Gega ohm ( G W ), Karena antara
gate ( G ) dan Source ( S ) di sekat oleh oksida logam Si 02 , yang bersifat
isolator.

Gambar 2.152 Kurva Transkonduktansi ID – UGS
D Mosfet Chanal N

Gambar 2.153 Kurva Karakteristik Output
D Mosfet Chanal N

2.2.8.8. E MOSFET
Mosfet jenis Enhancement ( E Mosfet ) atau Mosfet peningkatan hanya
bekerja pada bias Enhancement Mode atau UGS + ( Positif )

Gambar 2.154 E Mosfet dengan Enhancement Mode

CARA KERJA

Bila UGS » 0 tegangan UDD akan memaksa elektron dari Source ke Drain
atau arus listrik dari Drain ke Source . Tapi karena lapisan Substrate
menutup kanal dan bermuatan positif , maka akan menahan / menyekat
arus tersebut dan menyebabkan tidak ada arus mengalir sehingga arus
Drain ID» 0 .
Bila Gate di beri tegangan positif ( UGS + ) maka pada sambungan antara
Subtsrate dan oksida logam ( Si 02 ) timbul muatan elektron ( negatif )
dan membentuk kanal N ( Umpamakan sebuah Kondensator ) .
Melebarnya kanal akan menyebabkan banyak arus listrik mengalir dari
Source ke Drain dan terjadilah arus listrik mengalir dari Drain ke Source (
ID ) . Tegangan UGS makin positif arus Drain ( ID ) semakin besar .

Tegangan UGS minimal yang dapat menimbulkan kanal sempit dan
memulai arus ID mengalir atau E Mosfet ON di sebut tegangan ambang (
thereshold voltage ) UT

4. DESAH MOSFET (NOISE)
Mosfet selain mempunyai tahanan masukan tinggi juga mempunyai
Noise / Desah sangat rendah bila di banding Transistor. Karena struktur
bahannya untuk kanal ( saluran ) terbuat dari satu jenis bahan
semikonduktor N atau P saja tanpa sambungan sebagai jalannya arus
Drain (ID) menuju Source.

Gambar 2.155 Struktur Bahan dan Simbol D Mosfet Chanal N

Gambar 2.156(a) Karakteristik Output D Mosfet Cahanal N

Gambar 2.156(b) Kurva Karakteristik Trnsfer ( Transkonduktansi ) D
mosfet Cahanal N
SIFAT MOSFET

Untuk memudahkan cara memahami sifat-sifat kelistrikan tentang mosfet
baik nanti dioperasikan dalam kondisi statis maupun dinamis , perlu kita
tinjau kembali pemahaman prinsip kerja Mosfet dengan mempelajari
macam-macam karakteristik Mosfet , dan uraian dasar penguat Mosfet
dari parameter-parameter yang dimiliki Mosfet.

IDSS
-4 -3 -2 -1 0
ID=IDS S 1-UGS
UP
2(
Pe ng osongan/Dep letion
Peningkatan/Enhancement

UGS(V)

Gambar 2.157(a) Kurva Transkonduktansi

D

G

S

Gambar 2.157(b) Simbol

0 5 10 15
ID
IDSS
UDS(V)
UGS = -3V
UGS = -1V
UGS = 0V
UGS = 1V
0 5 10 15
ID
IDSS
UDS(V)
UGS = -3V
UGS = -1V
UGS = 0V
UGS = 1V
Gambar 2.157(c) Karakteristik Kurva Output

Gambar 2.157(d) Kurva Transkonduktansi

D

G

S

Gambar 2.157(e) Simbol

IDSS
UGS(V)
UP 0
ID=IDSS 1-
UGS
UP
2(
ID

0 5 10 15
ID
IDSS
UDS(V)
UGS = 2V
UGS = 1V
UGS = 0V
UGS = -1V
0 5 10 15
ID
IDSS
UDS(V)
UGS = 2V
UGS = 1V
UGS = 0V
UGS = -1V
Gambar 2.157(f) Kurva Karakteristik Output

UGS(V)
0
ID(mA)
4 5 10
1,5
3
4,5
ID = K(UGS -UT)
Gambar 2.157(g) Kurva Transkonduktansi

D

G

S

Gambar 2.157(h) Simbol

0 5 10 15
ID
UDS(V)
UGS = 3V
UGS = 4V
UGS = 5V
UGS = 6V
0 5 10 15
ID
UDS(V)
UGS = 3V
UGS = 4V
UGS = 5V
UGS = 6V
Gambar 2.157(i) Kurva Karakteristik Output

UGS(V)
0
ID(mA)
-UT –
ID = K(UGS -UT)
Gambar 2.157(j) Kurva Transkonduktansi

D
G

S

Gambar 2.157(k) Simbol

ID
UGS = -3V
UGS = -4V
UGS = -5V
UGS = -6V
ID
UGS = -3V
UGS = -4V
UGS = -5V
UGS = -6V
0 5 10 15 UDS(V)

Gambar 2.157(l) Kurva Karakteristik Output
Keterangan :
Up= Tegangan pinch off , yaitu tegangan UGS yang menyebabkan arus

drain ID = 0 atau Mosfet off Þ ( Up = UGS off )

UT = Tegangan Threshold ( tegangan ambang ) pada E Mosfet , yaitu
tegangan UGS yang menyebabkan arus drain = 0 atau E Mosfet off
K = Bilangan konstanta yang besarnya tergantung dari jenis Mosfet

khusus

Pada E Mosfet . IDSS tidak berlaku untuk mencari ID karena saat UGS = O
ID = O
Nilai K rumus diatas bisa diambil pendekatan 0,3 mA / V
IDSS = Arus Drain saat UGS = O

Dasar penguat Mosfet

Istilah baru dalam parameter penguat Mosfet yang diberlakukan untuk
sinyal AC

1. gm ( Transkonduktansi )
d io
gm =Uds = konstan

d Ugs

id

id

=

Uds = 0 Uds =

Ugs

Ugs

konstan

mA mA
gm = Þ Siemen Þ dalam tabel menjadi = mSmn

VV

2.
rd ( tahanan Drain )
d Uds
rd =

Ugs = konstan

d id

Uds

= Ugs = 0 Uds Ugs =
id idkonstan

3. m ( faktor penguatan )
d Uds

m =Id = konstan
d Ugs

Uds

Uds

=

Id = o Id = konstan

Ugs Ugs

m = ……….. tanpa satuan

Notasi arus tegangan yang diikuti indek huruf kecil pada rumus-rumus
diatas artinya adalah :

1. id : Arus drain untuk sinyal AC kecil
2. Ugs : tegangan sinyal AC kecil pada G dan S
3. Uds : tegangan sinyal AC kecil yang di bangkitkan pada D dan S
Model Penguat Mosfet

Model penguat untuk mosfet bisa dibuat dalam bermacam-macam
bentuk seperti halnya pada transistor bipolar, demikian juga sistem
pemberian bias biasanya dapat dilakukan dengan 3 cara :

1. Fixed Bias ( Bias Tetap )
2. Self Bias ( Bias Sendiri )
3. Devider Bias ( Bias Pembagi tegangan )
+UDD
+UDD

RD
RG
r d
RD
R G
rd
Self Bias Fixed Bias

+UDD
RD
R 1
rd
R 2
+UDD
RD
R 1
rd
R 2
Devider Bias

+UDD

RD
US
Uo
Id
US
G D
S
gm.UGS
Rd rd
Id
Uo
+
_
Analisa rangkaian
Gambar 2.158 Bias Pembagi tegangan
-Syarat analisa AC

1. Semua kondensator dianggap hubung singkat
2. catu daya dianggap hubung singkat
Penguatan Tegangan
Uo

Uo = id . Rd’

Au = Þ
Us Rd’ = Rd//rd

gm . Ugs . Rd’ id = gm . UGS

Au =
Us Us = UGS

Au = gm . Rd’

+UDD
GD

+

US
rd

_
gm.UGS
RS
Uo
US
RS

Uo

Gambar 2.159 Pengutan Tegangan

Penguatan tegangan

Us = UGS

Uo

Au = Þ

is = gm . Ugs

Us + Uo

Uo = is . RS

gm . U . RS

GS

Au =

gm . U . RS + U

GS GS

gm . U . RS

GS

Au =

gm . U RS + U

GS GS

Au = 1

+UDD

UGS
UGG
Uo
S D
G
_
+
RD
UG S
S D
G
gm.UGS
RD Uo
+
_
Common Gate Pengganti AC
Gambar 2.160 Pengautan tegangan
Penguatan tegangan
Uo

Au =
UGS
=
gm . RD . U GS
UGS
Au = gm . RD

TITIK KERJA

Ttitik kerja penguat dengan mosfet bisa diset atau diatur seperti halnya
transistor . Yaitu dengan cara mengatur bias tegangan UGS. Perlu
diketahui bahwa mosfet juga memiliki sifat-sifat kelistrikan yang sama
yang dialami transistor bipolar , yaitu sifat jenuh dan cut off ( Secara
Otomatis )

Mosfet jenuh : bila ID maksimum dan UDS » nol

Mosfet Cut off : bila UDS maksimum dan ID » nol.

Kedua sifat tersebut dalam mosfet dikendalikan oleh tegangan UGS.
Posisi titik jenuh dan cut off akan menentukan kemiringan dari garis
beban DC.

Titik kerja penguat ( titik Q ) akan berayun di sepanjang garis beban DC
tersebut . Bila posisi titik kerja penguat ( titik Q ) ditengah garis beban DC
disebut penguat kelas A.

Bila titik kerja ( titik Q ) mendekati titik cut off disebut kelas B. Bila titik

kerja Q dititik cut off disebut kelas C.
Untuk penguat kelas B dan kelas C pengendalian hidup matinya sistem
dikendalikan oleh sinyal AC yang tegangannya relatif besar pada
masukan Gatenya.

Jadi pada saat Gate tidak ada sinyal AC , maka mosfet off. Dan pada
saat Gate mendapat sinyal AC yang level tegangannya besar , maka
mosfet ON. kedua sistem penguat kelas B dan C biasanya untuk penguat
daya. Penguat kelas A , baik digunakan untuk penguat sinyal kecil yang
mempunyai kesetiaan tinggi.

Perlu diketahui kehandalan Mosfet di banding Transistor Bipolar adalah ,
transfer sinyal input ke out put melalui proses efek medan , dan bukan
hubungan langsung seperti transistor. Arus Gate sangat kecil ( » o ).
karena ada oksida logam SO2 sebagai isolator antara Gate dan Source /
Drain. Jadi karena arus masukan sangat kecil maka noisenya rendah.

Kelemahannya Mosfet adalah faktor kesulitan tinggi. Karena efek medan
sangat luas tidak dibatasi oleh tegangan Gate dalam batas kritis ,
sehingga mosfet satu dengan lainnya yang typenya sama , mungkin
hasilnya tidak sama.

+UDD 20V

RD
Uo
Ui
2V UG
RG
G
S
D
UGS
+
_
Gambar 2.161 D Mosfet Dengan Fixed Bias

0
2
4
6
8
5 10 15 20
ID
UDS
UGS = 0
UGS = 1
UGS = 2
UGS = 3
UGS = 4
0
2
4
6
8
5 10 15 20
ID
UDS
UGS = 0
UGS = 1
UGS = 2
UGS = 3
UGS = 4
Gambar 2.162 Titik Kerja Q Penguat

Cara menentukan Titik Kerja

-Tegangan UDD memberi tegangan UDS dan arus ID
-Tegangan UG memberi tegangan pada UGS
-Berdasarkan hukum Kirchof

UDD = ID . RD + UDS
-Mencari harga ID mak Þ UDS dianggap » 0 ( Mosfet Jenuh )

DD

ID mak = U Þ ID mak = 8 mA
RD
-Mencari UDS mak Þ ID dianggap » 0 ( Mosfet cut off )

UDS mak » UDD Þ Uds mak = 20 V

-Antara ID mak dan UDS mak » UDD , di tarik garis lurus. garis ini
sebagai garis beban DC

-Tahanan masukan Mosfet ( Ri ) sangat tinggi , maka arus Gate Ig = 0.
Drop tegangan pada RG URG = 0. Jadi UGS = UG -URG = UG = 2V. Titik
pada garis beban terletak pada UGS = 2 V = UGS Q

-UGSQ dan IDQ = bisa ditarik garis lurus pada sumber UDS dan ID
terhadap titik Q

Bisa juga di hitung dengan persamaan

UDSQ = UDD -IDQ . RD

IDQ = IDSS ( 1 – UGS/Up ) 2

IDSS dan Up untuk setiap Mosfet bisa di lihat dalam tabel data

MOSFET KONSTRUKSI KHUSUS

Disebut Mosfet konstruksi khusus karena Mosfet jenis ini susunan
bahannya dibuat dalam bentuk khusus , tidak seperti Mosfet biasanya
Adapun yang termasuk dalam Mosfet Konstruksi khusus adalah :

1. Mosfet Gerbang Ganda ( Dual Gate Mosfet )
2. V Mosfet
3. SIP Mosfet
Mosfet Gerbang Ganda ( Dual Gate Mosfet )

Mosfet gerbang ganda adalah mempunyai bentuk khusus yaitu
mempunyai dua jalur aliran arus . Setiap kanal saluran arus dapat melalui
sebuah gate dan tidak tergantung satu sama lain .
Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah susunan dan simbol Mosfet
gerbang ganda ( 2 gerbang ) dari type chanal N. Empat sambungan pada
Mosfet bentuk khusus juga disebut Tetrode Mosfet.

Gambar 2.163 Susunan bahan

Gambar 2.164 Simbol Mosfet 2 Gerbang

Saluran arus G1 melalui kanal 1 , G2 melalui kanal 2, dengan arus drain (
ID ) tidak tergantung dari dua macam tegangan gate UGS1 dan UGS2.
Pada gambar 2 diperlihatkan karakteristik Mosfet dua gerbang Arus Drain
( ID ) fungsi dari UGS1 dan UGS2.

Gambar 2.165 Grafik Karakteristik ID Fungsi UGS1 dan UGS2

Kelanjutan karakteristik yang penting diperlihatkan pada kondisi forward
SG1 , Y12 untuk gate 1 fungsi tegangan pengendali pada gate 2 ( UGS2 )
Gambar 2.166 Karakteristik Forward

Diatas diperlihatkan bahwa mosfet dua gate dirangkai sebagai
penguat dan faktor penguatan terbatas.

Pada gate G1 didapatkan suatu contoh penguat akhir, sinyal diberikan
pada G2 dimana didapat pengaturan tegangan G2. Melalui karakteristik
Mosfet dapat dilakukan pengatur penguatan.

Mosfet dua gerbang dapat juga digunakan sebagai Mixer pada
penerima FM dan televisi , dimana pada kedua gate tegangan sinyal
diberikan dengan bermacam-macam frekuensi. Dengan demikian melalui
pengendalian ganda “ MIXING “ dapat dicampurkan dua buah frekuensi
dengan batasan yang ditentukan. Didalamnya terdapat tambahan
rangkaian dua buah Zener diode yang dirangkai anti paralel pada setiap
gatenya . Dalam hal ini gangguan statis dapat diperbaiki.

Karena melalui zener diode pada elektrode Souce dan Substrate
dapat dipengaruhi. Gambar dibawah memperlihatkan rangkaian
pengganti Mosfet gerbang ganda ( Dual gate ) type BF 961.

Gambar 2.167 Rangkaian Pengganti Mosfet Dua Gerbang Type BF
961

V Mosfet

Dengan field efek transistor ( FET ) kita hanya dapat penguatan
dengan daya kecil . Panjang kanal relatif kira-kira ± 5 mm dengan tahanan
1KW – 10 KW.
Dengan pengembangan teknik di mungkinkan pada FET ditempatkan
sebuah lapisan Horizontal juga pada bagian struktur vertikal. Dengan
demikian diberikan transformasi arus dan tegangan yang tinggi yang
disesuaikan dengan besar penguatan daya . gambar 5 dibawah
menunjukkan sebuah V Mosfet kanal N dan simbolnya.

Gambar 2.168 Susunan Bahan V Mosfet Enhancemen Kanal N

Gambar 2.169 Simbol E Mosfet

Disebut V Mosfet karena struktur bahan membentuk huruf V melalui
bentuk V ( 1,5 mm ) dapat di transformasi tahanan 1-5 W pada sebuah
plat semikonduktor V Mosfet di pasang lebih banyak elemen
berbentuk V Mosfet secara paralel, sehingga didapatkan pengukuran
arus yang tinggi, dan penguatan daya pada V mosfet yang lebih
tinggi.

V Mosfet dapat mentransformasikan arus sampai 10 Amper dan
tegangan Drain Source ( UDS ) sampai 100 Volt.
Meskipun demikian terdapat saklar waktu didalam daerah nano detik (
ns ) . Pada gambar diperlihatkan karakteristik sebuah Mosfet dan
output. Karakteristik tersebut memiliki kemiripan seperti Mosfet Kanal
N

Pada V Mosfet Arus Drain ( ID ) semakin besar

Gambar 2.170 Kurva Transkonduktansi V Mosfet

Gambar 2.171 Karakteristik Output V Mosfet

V Mosfet dapat dipergunakan sebagai penguat atau sebagai saklar
pada daerah dengan daya kecil.

Tahanan masukan RGS terdapat pada lapisan isolasi sebesar 1012W.
Dengan demikian sangat dimungkinkan V Mosfet menghasilkan
penguatan tegangan yang besar.

SIP Mosfet

Nama SIP Mosfet singkatan dari Siemen Power Mosfet. Disini juga
dikenal Mosfet dengan daya tinggi. Pada gambar dibawah ini
diperlihatkan sebuah simbol dan susunan lapisan sebuah.SIP Mosfet.

Gambar 2.172 Struktur Bahan SIP Mosfet

Susunan lapisan SIP Mosfet dibuat dalam lapisan horizontal . pada ohm
yang rendah kristal N+ didapakan sebuah lapisan N. Pada permukaan
atas lapisan N+ disusun Source didalam lapisan P.

Sebuah isolasi Quarz ( Kristal ) dibangun elektrode gate diantara
permukaan atas Source.

Dengan demikian terdapat sebuah lapisan SIP Mosfet dari banyak
elemen MOS yang dirangkaiakan secara paralel sehingga kerugian daya
yang tinggi dapat ditiadakan.

Pada SIP Mosfet terdapat lapisan FET , untuk mengendalikan
karakteristik outputnya . Contoh untuk BUZ 23.

Gambar 2.173 Karakteristik Transkonduktansi BUZ 23

Gambar 2.174 Karakteristik Outputnya BUZ 23

SIP Mosfet mempunyai masukan yang tinggi , tetapi penstransformasian
tahanan didalam pengendalian yang besar hanya bervariasi dari mili ohm
sampai ohm. ( waktu hubung ) didalam pengaturan yang besar dalam
beberapa nano detik ( ns ) dan tidak ada dua buah penstransferan seperti
transistor bipolar , karena transformasi tahanan kanal mempunyai harga
temperatur positif.

SIP Mosfet dipergunakan sebagai saklar Daya yang cepat dan
mempunyai keuntungan pengendalian daya tidak seperti pada transistor .
Disini diperlihatkan ketergantungan temperatur terhadap rugi daya untuk
SIP Mosfet.

Jika Mosfet temperatur naik , daya ohm turun sehingga Mosfet tidak mati
dan bila temperatur sudah normal daya bisa naik lagi.

Gambar 2.175 Kurva daya Fungsi temperatur SIP Mosfet BUZ

2.2.9. UNI JUNCTION TRANSISTOR
Unijunction Transistor (UJT) merupakan sebuah Komponen
semikonduktor yang terdiri atas hubungan PN. Type P dihubungkan
dengan emiter sedangkan Type N membentuk Base B1 dan B2.
Komponen ini dikenal dengan nama “Dioda dua Basis”. Bahan dasar
terbuat dari silikon. Gambar a menunjukkan susunan dasar UJT.

Kira-kira ditengah batang silikon (material Type N) terdapatlah meterial P
ini akan bekerja sebagai emiter E, jadi terdapatlah junction PN pada
batangan tersebut.

B2

B2
RB2

D

E

E

RB1

P

N

B1

B1
B2

E

B1

Gambar 2.176 Simbol UJT

2.2.9.1. SIFAT DASAR UJT
Transistor ini dapat dipandang sebagai suatu pembagi tegangan yang
terdiri dari dua buah tahanan yang berderet yaitu RB1 dan RB2 (lihat
Gambar.). Adapun pertemuan PN bekerja sebagai Dioda. (lihat pelajaran
yang lalu). Dioda akan menghantar / Konduksi bila diberi tegangan bias
maju (Forward Bias), sebaliknya Dioda tidak akan menghantar bila diberi
tegangan bias mundur (Reverse Bias).

Prinsip Kerja UJT

Prinsip kerja UJT tak ubahnya sebagai saklar Input dari jenis Transistor,
ini diambil dari Emitor yang mempunyai tahanan dan tahanan ini dengan
cepat menurun nilaianya jika tegangan Input naik sampai level tertentu.

E=1V
+
_
RE
UEB1
A K
ICD
+_
RB1
B1
B2
RB2
U1
IB2
UB1,B2 = 9V
E=1V
+
_
RE
UEB1
A K
ICD
+_
RB1
B1
B2
RB2
U1
IB2
UB1,B2 = 9V
Gambar 2.177 Rangkaian ekuivalen UJT

Cara Kerja UJT

1.
Perhatikan Gambar, antara terminal-terminal B1-B2 kita beri
tegangan UB1 B2 = 9 Volt. Maka terjadilah pembagian tegangan
antara RB1 dan RB2, Dioda tidak bekerja.
2.
Mula-mula tegangan catu pada Emiter sama dengan nol, maka
Dioda Emiter berada dalam keadaan Reverse bias. Bila tegangan
ini diperbesar maka UE akan ikut bertambah besar,tetapi Emiter
tetap tidak akan menghantar sebelum UE>U1 + UK. UK = Knee
Voltage dari Dioda tersebut.
3.
Setelah UE>U1+ UK, maka Dioda dalam keadaan Forward bias dan
dia mulai menghantar. Oleh karena daerah P mendapat doping
yang berat sedangkan daerah N didoping ringan, maka pada saat
forward bias banyak hole dari daerah P ini yang tidak dapat
berkombinasi dengan elektron bebas dari daerah N.
4.
Hole-hole tersebut akan merupakan suatu pembawa muatan positip
pada daerah basis 1 (B1). hal ini menyebabkan tahanan RB1 pada
daerah basis turun hingga mencapai suatu harga yang kecil sekali,
sehingga dapat dikatakan antara Emiter dan basis 1 (B1) terjadi
hubung singkat
5.
Dari sini jelas bahwa dioda Emitor pada UJT berfungsi sebagai
saklar dan saklar ini akan tetap tinggal tertutup selama arus Emitor
masih lebih besar dari suatu harga tertentu yang disebut “Valley
Curent”.

Sifat Listrik Pada UJT

Kurva sifat listrik UJT

1.
Perhatikan gambar 1, kalau IE naik, maka tegangan antara
emitor -B1 turun.
2.
Di titik puncak Up dan titik lembah (Valley point) Uv, lengkung
karakteristik mempunyai kelandaian (slope) = 0. Artinya dititiktitik
itu lengkung tidak naik,juga tidak turun.
3.
Dalam daerah dikiri Up, tidak mengalir arus emitor IE, sebab
antara emitor dan basis 1 ada tegangan muka terbalik (reverse
bias).
Daerah dikiri Up itu dinamai Up sumbat.

I
U
I
U
U U
I
(mA) I
U
50 CO
P
P
E
EB1 B2 = 9V (Jenuh)
v
titik
puncak
(volt)
V
E
titik lembah
Gambar 2.178 Kurva sifat listrik UJT

4.
Dalam daerah dikanan Up ada arus emitor,sebab antara emitor
dan basis 1 ada tegangan muka maju (forward bias).
5.
Diantara titik-titik Up dan Uv maka kenaikan arus IE
menyebabkan turunnya tegangan UE. Ini berarti bahwa dalam
daerah ini terdapat perlawanan negatif (tahanan negatif).
6.
Setelah melampaui titik lembah Uv, maka kenaikan IE dibarengi
dengan kenaikan UE. Daerah ini dinamai daerah
jenuh.(saturation region)
7.
Ternyata bahwa Up ditentukan oleh :
a. Tegangan antara B1 – B2 (= UB1 B2) dan
b. Tegangan muka maju (forward bias) diantara emitor dan basis
B1 atau tegangan pada dioda.

Adapun UD berbanding terbalik dengan suhu. Kalau suhu naik UD turun.
(UD = Tegangan muka maju antara E – B1 )

Tegangan bentuk gigi gergaji dapat diperoleh, kalau suatu kondensator
secara bergantian mengisi dan membuang muatan (lihat Gbr. 1a).

Mula-mula sakelar S kita taruh pada posisi 1. maka kondensator C
dimuati tegangan dari batery melalui R. Secara berangsur tegangan pada
C naik. Kecepatan kenaikan tegangan ini ditetapkan pada saat tegangan
mencapai harga P, sakelar kita pindahkan ke posisi 2,maka C dihubung
singkat,dan seketika membuang muatan. Tegangan Uc pun jatuh ke nol.

Jika sakelar S secara bergantian dipindahkan dari 1 ke 2 dalam irama
tertentu,maka pada kondensator terjangkit tegangan bentuk gigi gergaji.
Tinggi tegangan (amplitudo) ditentukan oleh besarnya R.

Gambar 2.179 Pengisian kondensator

Gambar 2.180 Asas penjangkitan tegangan gigi gergaji pada
kondensator

2.2.9.2. PRINSIP KERJA UJT SEBAGAI OSCILATOR
Mula-mula pada C tidak ada muatan (Uc = 0).
Tegangan ini adalah tegangan UE yang diberikan kepada emitor. Maka
antara emitor E dan basis B1 ada perlawanan yang tinggi, sebab
dikatakan ada potensial positip. Potensial pada katoda ini ditentukan oleh
perbandingan antara P2-RB-RA (yang ada didalam transistor) dan R.

Tegangan di C (Uc) naik dengan kecepatan yang ditentukan oleh
konstanta waktu P1 dengan C. Maka tegangan pada E menjadi positip.
Jika tegangan Uc mencapai harga UpUJT (UE = Uc ³ Up) maka UJT akan
menghantar, dan turunlah perlawanan antara Emitor E dan Basis
1.Penurunan perlawanan (tahanan) RE-B1 menghubung singkat C
(kondensator membuang muatan).

Bila tegangan C (Uc = UE) turun hingga mencapai ± 2V, maka UJT
menyumbat lagi (sakelar S terbuka), pada kondisi ini C pun akan kembali
mengisi muatan.

Demikian kejadian ini terjadi berulang-ulang.

B2
B1
C
R
P1
+

P2

UC

UR

_

Gambar 2.181 Rangkaian UJT sebagai osilator

UC
UR
0
0 t
t
UC
UR
0
0 t
t
Gambar 2.182 Denyut tegangan selama C membuang muatan

Bentuk tegangan pada kondensator dan
Arus buang muatan(pengosongan)kondensator membangkitkan
tegangan denyut pada R.

Perubahan tahanan pada basis 2 diatur dengan potensiometer P2. P2
mengatur amplitudo gigi gergaji, sebab dengan P2 kita menetapkan
tingginya amplitudo Up, makin besar P2, makin tinggi pula tegangan
katoda, sehingga diperlukan tegangan UE yang lebih tinggi untuk
menjadikan dioda menghantar.

R berguna untuk mengatasi arus pengosongan dari C supaya dioda tidak
rusak. Besarnya frekuensi ditentukan oleh konstanta waktu P1 -C dan
juga oleh karakteristik UJT. Makin besar P1,makin rendah pula
frekuensinya. Selama C membuang muatan, maka arus yang lewat R
akan menimbulkan tegangan bentuk denyut (pulsa).

2.2.10. DIODA AC
DIACS adalah salah satu jenis dari bidirectional thyristor . Rangkaian
ekuivalen DIACS adalah merupakan dua buah dioda empat lapis yang
disusun berlawanan arah dan dapat dianggap sebagai susunan dua buah
latch.
DIACS singkatan dari Diode Alternating Current Switch. Namun
secara umum DIACS hanya disebut dengan DIAC, komponen ini paling
sering digunakan untuk menyulut TRIAC.

P
N
N
P
N
N
P
P
D1
D2
P
N
N
P
N
N
P
P
D1
D2
Gambar 2.183 Konstruksi Pembentukan DIAC

DIACS yang tersusun dari 2 buah dioda empat lapis dengan bahan
silicon memungkinkan bekerja pada tegangan tinggi dan arus yang
sebatas kemampuannya . Namun DIACS perlu mendapat perhatian
khusus karena setelah mencapai tegangan UBRF tertentu, kemudian
tegangan dengan sendirinya turun tapi arus IF tiba-tiba naik secara tajam.
Untuk itu rangkaian DIACS memerlukan R seri sebagai pembatas arus.
Dan karena konstruksinya yang kalau kita lihat dari simbol terdiri dari 2
dioda yang tersambung secara anti paralel, maka DIACS dapat
dipergunakan pada rangkaian AC.

P
PN
N
N
Gambar 2.184 DIACS yang tersusun dari 2 buah dioda empat lapis

Semua alat-alat yang dikeluarkan pabrik pasti mempunyai harga
batas . Begitu pula DIACS , komponen ini mempunyai beberapa harga
batas. Harga batas ini di keluarkan oleh pabrik pembuat komponen
melalui pengukuran yang teliti di laboratorium dengan suhu udara tertentu
, sehingga dalam tabel yang dikeluarkan pabrik selalu mencamtumkan
suhu saat pengukuran.

Data harga batas ini sangatlah penting bagi pemakai dalam
merencanakan sebuah rangkaian elektronika yang handal . Untuk

mencari harga batas tersebut , anda dapat mencarinya dalam tabel /
kurva di bawah ini

UF
IF
IF=10 mA
I(BR)F
I(BR)R UF U(BR)F
UF
IR=10mA
UR
UR
U(BR)R UR
IR
I
IV III
II
IDF
IDR
UF
IF
IF=10 mA
I(BR)F
I(BR)R UF U(BR)F
UF
IR=10mA
UR
UR
U(BR)R UR
IR
I
IV III
II
IDF
IDR
Gambar 2.185 Kurva Karakteristik DIACS
Dari kurva diats dapat kita lihat :

U ( BR )F artinya tegangan patah simetris arah maju
U ( BR )R artinya tegangan patah simetris arah mundur
I ( BR )F artinya arus patah arah maju
I ( BR )R artinya arus patah arah mundur

Berikut ini adalah tabel DIACS A 9903

min 25,4 min 25,4 6,6
2 ,2
O 0,5
Ptot 150 mW
Imax 1 A
JS -50oC sampai 150oC
UBR 32 ± 4V
IBRF, IBRR 0,4 mA typ
1,0 mA max

DU 8 V typ

6 V min
aUBR 0,1 % / oC

Dari tabel diatas dapat mengambil besaran angka untuk :

1. Ptot
2. Imax
3. UBR
4. IBRF , IBRR
Aplikasi DIACS
Rangkaian Penyulut dengan DIACS (sebagai komponen utama)
R1 10K
R2 500K
DIACS
C 100 nF
BR100
RL 20 W
U
22 0V/50Hz
Gambar 2.186 Rangkaian Penyulut dengan DIACS

Skema Rangkaian Fase Kontrol yang sesuai untuk Dimmer Lamp;
Kontrol Panas dan Kontrol Kecepatan Motor. (DIACS sebagai komponen
pendukung).

L1

S-1

12 0V AC
60 Hz
Beba n 100 mH
C 1
100 nF
200V
R 1 1K / 0,5 W
100 K
R3
7K5 / 0,5W
C2
100 nF
200V C2
100nF
100V
40583
40485
Gambar 2.187 Skema Rangkaian Fase Kontrol

2.2.11. OPERASIONAL AMPLIFIER
2.2.11.1. PENGENALAN OP-AMP
2.2.11.1.1. PENGERTIAN UMUM
Penguat operasi (“operational amplifier”) atau sering disingkat dengan
OP-AMP merupakan komponen-komponen linier yang terdiri atas
beberapa komponen diskrit yang terintegrasi dalam bentuk “chip” (IC:
Integrated Circuits). OP-AMP biasanya mempunyai dua buah input, yaitu
input pembalik (inverting input) dan input bukan pembalik (non-inverting
input), serta satu buah output.

Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar simbol OP-AMP berikut ini:

(Ui 2)
Inverting Input
(Ui 1)
Non Inverting Input
Uo
Output
Gambar 2.188 Simbol OP-AMP

Input OP-AMP bisa berupa tegangan searah maupun tegangan bolakbalik.
Sedangkan output OP-AMP tergantung input yang diberikan. Jika
input OP-AMP diberi tegangan searah dengan input “non-inverting” (+)
lebih besar daripada input inverting (-), maka output OP-AMP akan positif
(+). Sebaliknya, jika input “noninverting” (+) lebih kecil daripada input
“inverting” (-), maka output OP-AMP akan negatif (-).

Jika input OP-AMP diberi tegangan bolak-balik dengan input
“noninverting” (+), maka output OP-AMP akan sefase dengan inputnya
tersebut. Sebaliknya jika input “inverting” (-) diberi sinyal/tegangan bolakbalik
sinus, maka output OP-AMP akan berbalik fase terhadap inputnya.
Dalam kondisi terbuka (open) besarnya tegangan output (Uo) adalah:

Uo = AoL (Ui1 – Ui2) (1.1)

Keterangan: Uo = Tegangan output

AoL = Penguatan “ open loop “

Ui1 = Tegangan input Non Inverting

Ui2 =Tegangan input Inverting

2.2.11.1.1.1. Parameter OP-AMP
Pada keadaan ideal OP-AMP mempunyai sifat- sifat yang penting, yaitu:

1. Open loop voltage gain (AoL).
Penguatan tegangan pada keadaan terbuka (open loop voltage gain)
untuk frekuensi rendah adalah sangat besar sekitar 100.000 atau
sekitar 100 dB.
2. Input impedance (Zin)
Impedansi input pada kedua terminal input kondisi “open loop” tinggi
sekali, sekitar 1 M.
untuk OP-AMP yang dibuat dari FET, impedansi
inputnya sekitar 10 6 MO lebih.
3. Output impedance (Zo)
Impedansi output pada kondisi “open loop” rendah sekali, sekitar
100O lebih kecil.
4. Input bias current (Ib)
Kebanyakan OP-AMP pada bagian inputnya menggunakan transistor
bipolar, maka arus bias pada inputnya kecil. Level amplitudonya tidak
lebih dari mikroampere.
5. Supply voltage range (Us)
Tegangan sumber untuk OP-AMP mempunyai range minimum dan
maksimum, yaitu untuk OP-AMP yang banyak beredar di lapangan/di
pasaran sekitar ± 3 V sampai ± 15 V.
6. Input voltage range (Ui max)
Range tegangan input maksimum sekitar 1 volt atau 2 volt atau lebih di
bawah tegangan sumber Us.
7. Output voltage range (Uo max)
Tegangan output maksimum mempunyai range antara 1 volt atau 2 volt
lebih di bawahnya tegangan sumber (supply voltage) Us. Tegangan
output ini biasanya tergantung tegangan saturasi OP-AMP.
8. Differential input offset voltage (Uio)
Pada kondisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal
inputnya di-ground-kan. Namun kenyataannya semua peranti OP-AMP
tidak ada yang sempurna, dan biasanya terjadi ketidakseimbangan
pada kedua terminal inputnya sekitar beberapa milivolt. Tetapi jika
input ini dibiarkan untuk dikuatkan dengan OP-AMP dengan model
“closed loop”, maka tegangan output bisa melebihi saturasinya. Karena
itu, biasanya setiap OP-AMP pada bagian luar dilengkapi dengan
rangkaian offset tegangan nol (zero offset voltage).
9. Common mode rejection ratio (CMRR)
Secara ideal OP-AMP menghasilkan output yang proporsional
dengan/terhadap beda kedua terminal input, dan menghasilkan output
sama dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut
“Common mode”. Secara praktik sinyal “Common mode” tidak
diberikan pada inputnya dan dikeluarkan pada outputnya.

Sinyal CMRR (Common Mode Rejection Ratio) selalu diekspresikan
dengan rasio dari penguatan sinyal beda OP-AMP dengan harga
sebesar 90 dB.

10. Transition frequency (fT)
Secara umum OP-AMP pada frekuensi rendah mempunyai penguatan
tegangan sekitar 100 dB. Kebanyakan OP-AMP mempunyai frekuensi
transisi fT setiap 1 MHz dan penguatan pada harga sebesar 90 dB.
Gambar 2.189 Frekuensi Respon OP-AMP

11. Slew rate (s)
Untuk penormalan batas lebar band (bandwidth limitations) yang juga
biasa disebut “slew rate limiting”, yaitu suatu efek untuk membatasi rate
maksimum dari perubahan tegangan output peranti OP-AMP. Normalnya
“slew rate” volt per mikrodetik (V/µS), dan range-nya sebesar 1 V/µS
sampai 10 V/µS pada OP-AMP yang sudah populer. Efek lain dari “slew
rate” adalah membuat “bandwidth” lebih besar untuk sinyal output yang
rendah daripada sinyal output yang besar.
2.2.11.1.1.2. Karakteristik OP-AMP
Dari parameter-parameter penting yang dipunyai OP-AMP,
karakteristiknya tidak jauh berbeda dengan parameternya.
Besarnya level magnitude dari tegangan beda pada input yang absolut
kecil akan mempengaruhi perubahan level tegangan output. Jelasnya,

jika referensi tegangan yang digunakan = 1 volt, hanya diperlukan hanya
sekitar 200 µV untuk membuat output dari saturasi level negatif ke level
positif. Perubahan ini disebabkan oleh sebuah pergeseran dari hanya
0,02 % pada sinyal 1 volt input. Rangkaian ini yang menyebabkan
fungsinya menjadi fungsi komparator tegangan yang presisi atau detektor
seimbang (balance detector).

-+
EE
Gambar 2.190 Karakteristik Transfer Rangkaian Komparator Tegangan
Beda

2.2.11.1.2. SEJARAH PERKEMBANGAN OP-AMP
Pengembangan rangkaian terpadu IC luar telah ada sejak tahun 1960,
pertama telah dikembangkan pada “chip” silikon tunggal. Rangkaian
terpadu itu merupakan susunan antara transistor, diode sebagai penguat
beda, dan pasangan Darlington.

Kemudian tahun 1963 industri semikonduktor Fairchild memperkenalkan
IC OP-AMP pertama kali µ A 702, yang mana merupakan pengembangan
IC OP-AMP yang lain sebelumnya, di mana tegangan sumber (catu daya)
dibuat tidak sama, yaitu +Ucc = +12 V dan -UEE = -6 V, dan resistor
inputnya rendah sekali yaitu (40 KO) dan gain tegangan (3600 V/V). IC
tipe µ A702 ini tidak direspon oleh industri-industri lain karena tidak
universal.

Tahun 1965 Fairchild memperkenalkan IC MA709 merupakan kelanjutan
sebagai tandingan dari µA702. Dengan banyak kekhususan tipe µ A709
mempunyai tegangan sumber yang simetris, yaitu +UCC = 15 V dan –
UEE = -15 V,resistan input yang lebih tinggi (400 K? ) dan gain tegangan

yan lebih tinggi pula (45.000 V/v). IC µ A709 merupakan IC linier pertama
yang cukup baik saat itu dan tidak dilupakan dalam sejarah dan
merupakan generasi OP-AMP yang pertama kali. Generasi yang
pertama OP-AMP dari Motorola yaitu MC1537.

Beberapa hal kekurangan OP-AMP generasi pertama, yaitu:
Tidak adanya proteksi hubung singkat. Karena OP-AMP sangat rawan
terhadap hubung singkat ke ground, maka seharusnya proteksi ini
penting.

Suatu kemungkinan problem “latch up”. Tegangan output dapat di-“latch
up” sampai pada beberapa harga yang karena kesalahan dari perubahan
inputnya.

Memerlukan jaringan frekuensi eksternal sebagai kompensasi (dua
kapasitor dan resistor) untuk operasi yang stabil.
Selanjutnya tahun 1968 teknologi OP-AMP dikembangkan oleh Fairchild
dengan IC µ A741 yang telah dilengkapi proteksi hubung singkat, stabil,
resistor input yang lebih tinggi (2 M.
), gain tegangan yang ekstrim

(200.000 V/V) dan kemampuan offset null (zerro offset). OP-AMP 741
termasuk generasi kedua dan IC yang lain juga termasuk OP-AMP
generasi kedua, yaitu LM101, LM307, µ A748, dan MC1558 merupakan
OP-AMP yang berfungsi secara umum sebagaimana LM307.
Untuk tipe-tipe OP-AMP yang khusus seperti mengalami peningkatan dari
segi kegunaan atau fungsinya seperti: LM318 (dengan kecepatan tinggi
sekitar 15 MHz). Lebar band kecil dengan “slew rate” 50 V/µ S. IC µ A 771
merupakan OP-AMP dengan input bias arus yang rendah, yaitu 200 pA
dan “slew rate” yang tinggi 13 V/µS. Lalu µ A714 yaitu IC OP-AMP yang
presisi dengan noise rendah (1,3 µA/10C), offset tegangan yang rendah
(75 µ V), offset arus yang rendah (2,8 nA).

Tipe IC OP-AMP lain, yaitu µ A791 merupakan OP-AMP sebagai penguat
daya (power amplifier) dengan kemampuan arus output 1A. Dan IC OP-
AMP µ A776 adalah OP-AMP yang multiguna bisa diprogram. Generasigenerasi
yang akhir inilah yang banyak dijumpai dalam pameranpameran
untuk pemakaian-pemakaian khusus.

IC linier dalam pengembangannya tidak cukup hanya di situ saja bahkan
sudah dibuat blok-blok sesuai keperluan seperti untuk keperluan
konsumen (audio, radio, dan TV), termasuk keperluan industri seperti
(timer, regulator, dan lain-lainnya). Bahkan belakangan ini dikembangkan
OP-AMP dengan teknologi BI-FET dan “laser trimming”. Karena dengan
teknologi BI-FET lebar band bisa ditekan dan “slew rate” cepat, bersama
ini pula bias arus rendah dan offset input arus rendah. Contoh tipe OPAMP
BI–FET LF351, dan LF353 dengan input bias (200 pA) dan offset

arus (100 pA), bandwidth gain unity yang besar (4 MHz), dan “slew rate”
yang cepat (13 V/MS) dan ditambah lagi pin kaki-kakinya sama dengan
IC µ A741 (yang ganda) dan IC MC1458).

Industri Motorola melanjutkan pengembangan OP-AMP dengan teknologi
“trimming dan BI-FET” (disingkat TRIMFET) untuk memperoleh
kepresisian karakteristik input dengan harga yang rendah. Contoh
MC34001/MC34002/MC34004 masing-masing adalah OP-AMP tunggal,
ganda, dan berjumlah empat (guard).

2.2.11.1.3. JENIS OP-AMP DAN BENTUK KEMASANNYA
IC (Integrated Circuit) dibedakan ke dalam “Digital” dan “Analog”. IC
Analog biasanya termasuk bagian IC linier. IC ini merupakan rangkaian
integrasi kumpulan dari beberapa komponen aktif diskrit seperti
transistor, diode, atau FET dan lain-lainnya serta komponen pasif seperti
resistor, kapasitor, dan lain-lainnya.

IC linier biasanya digunakan sebagai penguat, filter, pengali frekuensi
(frequency multiplier) serta modulator yang biasanya memerlukan
komponen dari luar agar sempurna seperti kapasitor, resistor, dan lain-
lainnya. Mayoritas IC linier adalah OP-AMP, yang biasanya digunakan
sebagai penguat, filter aktif, integrator, dan diferensiator serta untuk
aplikasi-aplikasi lainnya.

Sedangkan OP-AMP yang untuk keperluan rangkaian khusus seperti
aplikasi komparator, regulator tegangan suplai, dan fungsi-fungsi khusus
yang lainnya termasuk penguat daya besar.
Beberapa fungsi IC linier yang umum dan khusus akan diberikan lengkap
beserta contohnya, termasuk kode produksi sampai ke bentuk model
kemasannya.

2.2.11.1.3.1. Jenis IC Linier Berdasarkan Fungsi dan Fabrikasi
IC linier atau analog yang fungsi umumnya digunakan pada rangkaian-
rangkaian integrator, diferensiator, penguat penjumlah (summing
amplifier) atau yang lainnya. Contoh IC yang umum adalah LM/µA741
atau tipe 351.
Di sisi lain untuk IC linier yang khusus (spesial) biasanya hanya
digunakan pada aplikasi-aplikasi khusus. Contoh untuk tipe LM380 hanya
bisa digunakan pada aplikasi penguat audio (audio amplifier).
Tipe seri IC linier mempunyai pengertian yang berbeda sesuai dengan
fabrikasi atau pabrik pembuat IC tersebut. Di Amerika saja sekitar 30
industri memproduksi IC sebanyak 1 juta lebih setiap tahunnya. Masing

masing industri mempunyai kode-kode tertentu dan tanda-tanda khusus
untuk penomorannya.
Berikut ini diberikan tipe dan inisial serta penomoran dan kode produksi
IC linier yang beredar di pasar elektronika selama ini:

Nama Industri: Inisial/kode/tipe
- Fairchild
- National Semiconductor
- Motorola
- R C A
- Texas Instruments
- Sprague
- Intersil
- Siliconix, Inc.
- Signetics
- Burr-brown
µ A; µ AF
LM; LH; LF; TBA
MC; MFC
CA; RD
SN
ULN; ULS; ULX
ICL; IH
L
N/S; NE/SE; SU
BB

Selain industri pembuat IC linier tersebut masih banyak lagi seperti
Mitsubishi, Hitachi, Matsushita, Sony, Sharp, Sanyo, dan lain-lainnya.
Untuk mengenal pengertian kode dan inisial ini diberi contoh satu IC linier
yang umum diproduksi oleh beberapa industri:

LM741 : IC OP-AMP 741 diproduksi National Semiconductor
MC17141 : IC OP-AMP 741 diproduksi Motorola
CA3741 : IC OP-AMP 741 diproduksi R C A
SN52741 : IC OP-AMP 741 diproduksi Texas Instruments
N5741 : IC OP-AMP 741 diproduksi Signetics

Dari tipe di atas dapat dijelaskan bahwa angka tiga digit terakhir masingmasing
industri IC menyatakan tipe Op-AMP, yaitu 741, dan semua
industri membuat dengan spesifikasi yang sama yaitu internasional.
Untuk mendapatkan informasi yang banyak dan khusus biasanya
pembuat IC selalu menyertakan pembuatan buku data (data book)
sebagai referensi atau petunjuk.

Beberapa IC linier mempunyai kemampuan dan kelompok yang berbedabeda,
seperti kelas A, C, E, S, dan SC. Sebagai contoh, IC 741, 741A,
741C, 741E, 741S, dan 741SC semuanya adalah OP-AMP. Namun
biasanya dibedakan menurut suhu operasi. Contoh, untuk OP-AMP
keperluan militer mempunyai suhu sekitar –55oC s.d. 125oC, sedangkan
OP-AMP komersial mempunyai kisaran suhu 0oC s.d. 75oC dan kisaran
suhu OP-AMP industri –40oC s.d. +85oC.

Di sisi lain untuk 741A dan 741E merupakan improvisasi dari tipe 741 dan
741C, yang masing-masing mempunyai spesifikasi yang lebih. IC 741C
dan 741E merupakan IC yang identik dengan 741 dan 741A dengan

kisaran suhu 0oC s.d. 75oC, namun jangkauan suhu 741C dan 741E
sekitar –55oC s.d. 125oC. Sedangkan IC 741S dan 741SC adalah OPAMP
tipe militer dan komersial yang masing-masing dengan pengubah
rate tegangan output per unit waktu lebih tinggi (higher slew rate)
dibandingkan tipe 741 dan 741C.

2.2.11.1.3.2. Bentuk Kemasan
Ada tiga macam bentuk kemasan IC linier, yaitu:

1. Bentuk kemasan datar (flat pack)
2. Bentuk kemasan logam/transistor (metal or transistor pack)
3. Bentuk kemasan sisi gari ganda (dual-in-line pack)
( DIP)
(Dua l-in Line Package)
Gambar 2.191 Bentuk kemasan IC linier

2.2.11.1.4. IDENTIFIKASI PIN DAN PERANTI
Secara umum tipe IC linier dikelompokkan dalam tipe kemasan (package
type), tipe peranti (device type) dan tipe range temperaturnya.
Dari tipe peranti (device type) dibedakan berdasarkan inisial industri
pembuat dan fungsi dari peranti tersebut. Contoh IC µ A741, LM 741, dan
MC1741 masing-masing telah menunjukkan fungsi IC linier yang sama,
yaitu OP-AMP, tetapi dari pabrik pembuat yang berbeda yaitu masingmasing
dibuat oleh industri Fairchild, National Semiconductor, dan
Motorola.

2.2.11.1.4.1. Identifikasi Pin
Identifikasi pin (kaki) IC linier adalah cara menentukan pin (kaki) IC linier
secara berurutan baik untuk tipe kemasan datar (flat pack), kemasan
logam (metal pack), dan kemasan dual-in-line pack (DIP).

(a) DIP (b) Metal Pack (c) Flat pack
14 1 3 12 1 1 10 9 8
In deks
-
2 3 4 5 6 7
+
Gambar 2.192 Cara menentukan nomor kaki (pin) IC linier

Cara menentukan kaki (pin) IC ini selalu dimulai dari tanda indeks, lalu
diteruskan berurutan berlawanan arah jarum jam.

2.2.11.1.4.2. Identifikasi Peranti
Identifikasi peranti (device identification) adalah menentukan tipe peranti,
yaitu termasuk menentukan IC OP-AMP atau bukan, dari pabrik pembuat
mana, tipe kemasan yang mana, dan bahkan sampai menggunakan
kisaran suhu berapa. Ini semua cukup dibaca dari data IC yang ada di
badan IC, biasanya tertulis di bagian depan IC.

Contoh:
IC berikut ini dapat diartikan sebagai berikut:
µ A 741 T C

Agar lebih jelas berikut diberikan IC linier produksi lain lengkap dengan
pengertian inisial dan kemasan serta kisaran suhunya.

C 34001 P 0o to 70oC

Produksi Fairchild Range temperature komersial (0o C s..d.70oC)
Tipe IC OP-AMP Tipe kemasan DIP
Produksi Motorola OP-AMP Tipe kemasan Range
temperature

DIP (Plastik) Komersial

LM 101A F

Produksi National (NSC) Semiconductor kemasan flat

2.2.11.1.5. CARA PEMBUATAN SUMBER TEGANGAN
Umumnya, IC linier memerlukan sumber tegangan positif dan negatif
karena IC linier kebanyakan menggunakan satu atau lebih penguat beda
(differential amplifier). Namun di sisi lain ada juga IC linier yang
menggunakan sumber tegangan positif saja. IC tersebut di antaranya OPAMP
LM 702 dan LM 324 dan masih ada juga yang lainnya terutama OPAMP
yang mempunyai aplikasi khusus. Dan biasanya setiap seri IC
mempunyai buku data sebagai manual dan referensi petunjuk pin
maupun data-data lain.
Sumber tegangan positif dan negatif yang sering digunakan pada OPAMP
adalah (+12 V dan -12 V); (+15 V dan -15 V), dan lain-lainnya.
Sumber tegangan ini biasa diberi simbol (+UCC dan –UEE ) atau (U+ dan
U-). Untuk lebih jelasnya berikut diuraikan beberapa cara pemberian dan
pembuatan sumber tegangan positif dan negatif pada OP-AMP.

2.2.11.1.5.1. Pembagi Tegangan (Voltage Devider)
Pembagi tegangan yang biasa digunakan untuk pemberian tegangan
positif dan negatif cukup menggunakan dua buah resistor sama besar,
lalu distabilkan dengan kapasitor. Hal ini dilakukan karena sumber
tegangan yang dimiliki hanya satu, yaitu positif saja.
Berikut gambar rangkaian cara pembagian tegangan:

I I1
+ UCC
I2
+ R1
-
Us+
-
+
-C1
G N D
R2
+
-C2
- UEE
Gambar 2.193 Sistem Pembagi Tegangan

Besarnya R1 = R2, dan supaya arus suplai I tidak mengalir ke resistor
semua, maka (R1 + R2) harus ˜ 10 kO . Sehingga besarnya +UCC dan UEE
bisa dihitung sebagai berikut:

U S
US
UCC

U EE
2

2

dan

2.2.11.1.5.2. Sambungan Seri Dua Buah Sumber Tegangan
Dua buah sumber tegangan, yaitu +Us dan +Us dapat disambungkan seri
untuk dijadikan sumber tegangan positif dan negatif.
Gambar berikut menunjukkan cara penyambungan sumber tegangan seri
menggunakan dua buah sumber tegangan.

1
Gambar 2.194 Sistem Sambungan seri dari dua sumber tegangan

Syarat sumber tegangan bisa disambungkan seri adalah kedua sumber
tegangan ini harus simetris atau sama besar.

2.2.11.1.5.3. Sistem Sambungan Seri Dua Buah Zener
Dengan memakai dua buah diode zener secara seri, maka sumber
tegangan tunggal dapat dibuat menjadi positif dan negatif. Namun dalam
pemasangan diode zener harus diberikan tahanan depan.
Gambar berikut menunjukkan rangkaian sistem sambungan diode zener
seri untuk memperoleh sumber tegangan positif dan negatif.

IS RS

Z
+ UCC
D1
+
-Us +
-ZD2
Uz 1
Uz2
+
C -1
+
-C2
GN D
-UEE
Gambar 2.194 Sistem Sambungan Seri Dari Dua Buah Zener
Besarnya +UCC = Uz1 dan -UEE = -Uz2 atau sama dengan +UCC = +Us

- Is Rs dan untuk tegangan negatif -UEE = -Us + Is. Rs
2.2.11.1.5.4. Sistem Dua Buah Diode dan Potensiometer
Cara pembuatan sumber tegangan dengan sistem ini jarang digunakan,
karena sangat kesulitan untuk penyetelan potensiometer.
Gambar berikut adalah rangkaian sistem dua buah diode dan potensioner

R
D1
UD 1
+
-
+ P
-Us +
-
+
-
D2
.
+ UCC
G ND
- UEE
Gambar 2.195 Sistem Dua Buah Diode dan Potensioner
Besarnya:

US UD1

UCC

2

, kondisi Rp di tengah (center)
U S UD2

UEE

2

, kondisi Rp di tengah (center)

2.2.11.1.6. RANGKAIAN EKUIVALEN
Secara prinsip rangkaian ekuivalen OP-AMP merupakan rangkaian
penguat diferensial yang menggunakan beberapa transistor dengan
sistem kopel langsung (direct coupling). Untuk satu buah OP-AMP paling
sedikit terdiri atas delapan buah transistor yang terangkai secara
diferensial sistem kopel langsung. Sebuah OP-AMP terdiri dari beberapa
blok rangkaian, yaitu:

1.
Bagian input terdiri dari “Dual input balanced output differensial
amplifier” dan “Dual input inbalanced output differensial amplifier.”
2.
Bagian penguat arus yaitu Emitter follower.
3. Bagian penguat daya.
Gambar berikut menunjukkan rangkaian ekuivalen OP-AMP yang terdiri
dari beberapa blok rangkaian.
N.i Input
+
Inv . In put
_
Blok Input
Blok Penguat
Bagian
Tengah
Blok
Penggeser
Level
Blok
Output
Output
Dual In put Balanc e Dual Input Unbalanc Emitt er Compl ementary
O utput Diff erentia l ed Out put Diff er ent ial Fo llowe r Sy metry Push-Pul l
A mplifie r A mp lifier Us ing Const ant Ampli fie r
C urrent Sou rce

Gambar 2.195 Blok Diagram Ekuivalen OP-AMP

Bagian input (input stage) terdapat input ganda (dual input), dengan
output seimbang (balanced output). Pada bagian ini secara umum
menguatkan tegangan dan menentukan tahanan input OP-AMP. Dan
pada bagian penguat tengah merupakan bagian penguat beda yang
mendorong bagian output bagian output yang pertama. Amplifier pada
bagian ini biasanya dengan input ganda dan dengan output tunggal tidak
seimbangan. Hal ini dikarenakan menggunakan kopel langsung, yaitu
pada output penguat bagian tengah ini adalah tegangan DC.
Pada bagian penggeser level secara umum adalah rangkaian translator
(shifting) untuk menggeser level DC pada output dari bagian penguat
tengah menuju ke 0 volt. Sedangkan bagian akhir selalu menggunakan
rangkaian penguat komplemen “Push Pull” (Push Pull Complementary).
Outputnya yaitu tegangan dan kemampuan arusnya menjadi naik.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada rangkaian ekuivalen beserta
beberapa analisis pendekatan secara perhitungan teori.

Inp ut
Ui1

Ui2

- UEE
U
Ucc = 12 V
R1
No n Inv ert ing
+
Ic1
6 K7
Uc1
R2
Uc2
6 K7
R4 3K8
T5
T4
T6
UB E6
R9
E 7
IE7
UBE7
4 0 0
I1
I nve rt ing Inp ut
T1
T2
UE 1
UE4 UBE 5
R5 9K1
UE 6 T7 Ic8
T8
-
GND
T3
R3 3K 3
IE3
IB 3
IE4
UB3
R6 5K 5
IE6
R7 15 K R8
UBE8
UE8
IE8
2 K
GND
Dua l Input
ba lanced -out put
dife rent ial amp .
Du al in put
umba lanced -outp ut
d ifer entia l a mp.
Emitter
follower
Out put
sta ge
Gambar 2.196 Rangkaian Ekuivalen OP-AMP

Besarnya tegangan beda (Diferensial Voltage) UD:
UD= Ui1 – Ui2 ? UBET1 – UBET2? 0

(1.1)
UC1 = UCC – IC1 ? .R1
(1.2)
UEA = UC1-UBE5
(1.3)
Karena IB3 = 0 (kecil sekali)
Maka:
U E4 U EE

U E4 UE IE4

I E4

R5 R6

R5 R6

(1.4)
UE3 = UB3 – UBE3
(1.5)
UE3
U EE

U E3 U EEIE3

3 – UEE

I E3 R 3

R3

R3

Karena IE3 = 2? IC1 dan IC1 = IC2

Maka :
2 I C1
R6
R5
U CC
R6
U BE
R3
R6
R5
R1
R6
I C1
R3
0,7
R3
(1.7)

UE4 = UC1 – UBE5

(1.8)

U E4

U EE
I E4

R5

R6
(1.9)
UCE5 = UCC –( R4 )?IC5
(1.10)
UE6 = UC5 – UBE6
(1.11)
U E6

U EE
I E6 R7 (1.12)
UE7 = UC8 = UE6 + UBE7 (1.13)

U CC U E7

I 1 R9 (1.14)
Karena
IC7 = IB8 dan IC7 = IE7
I1 = IC8 + IB8 (1.15)
UE8 = U0= – UEE + (R8) IE8 (1.16)

LATIHAN 1

1.
Apakah Op-Amp itu? Gambarkan simbolnya!
2.
Sebutkan parameter-parameter penting OP-AMP!
3.
Berdasarkan karakteristik OP-AMP, sebutkan ciri-ciri ideal OP-
AMP berikut ini (pada kondisi “open loop”):
a. Sifat impedansi input OP-AMP (Zi)
b. Sifat impedansi output OP-AMP (Zo)
c. Sifat penguatan tegangan (AOL)
4.
Menurut sejarah pembuatan OP-AMP, IC linier OP-AMP µ A702
merupakan pembuatan IC linier tahun 1963, berapakah sumber
tegangan untuk IC linier µ A702 ini? Dan produksi industri
manakah IC tersebut?
5.
Sebutkan dari industri mana serta terangkan arti seri nomor IC
linier di bawah ini:
a. MC 1741 P -55o to 125oC
b. µ A324 TC
c. LM 741 AF
6.
Sebutkan cara pembuatan dan pemberian sumber tegangan pada
OP-AMP yang memerlukan sumber tegangan positif dan negatif!
Gambarkan pula rangkaiannya!
7.
OP-AMP jika dibuat rangkaian ekuivalennya terdiri dari blok apa
sajakah di dalamnya?
8.
Apakah beda power supply untuk IC digital dan IC analog/linier
secara umum?
9.
Sebutkan macam-macam kemasan IC linier!
10. Sebutkan kelompok IC linier berdasarkan suhu dan fungsinya!
2.2.11.2. PENGUAT BEDA DAN KASKADE
(DIFFERENTIAL AND CASCADE AMPLIFIER)

Sub bab ini akan membahas OP-AMP dengan analisisnya. Analisis yang
digunakan adalah dengan parameter-r, termasuk perhitunganperhitungan
secara numerik pada penguat beda (differential amplifier)
dan pada penguat kaskade (cascade amplifier).
Karena penguat beda adalah dasar dari penguat operasi (OP-AMP),
maka analisis untuk penguat beda merupakan bahasan utama pada bab
ini. Dengan analisis penguat beda tidak hanya mempelajari operasi OPAMP,
tetapi juga sekaligus membuat analisis karakteristik OP-AMP lebih
mudah dimengerti.
Pengembangan analisis ini termasuk juga mengontrol parameter-
parameter OP-AMP seperti penguatan tegangan dan resisten input–
output dari OP-AMP yang telah dibuat industri.

2.2.11.2.1. PENGUAT BEDA (DIFFERENTIAL AMPLIFIER)
Penguat beda (differential amplifier) sering disebut juga penguat
diferensial, biasanya dibuat dengan sistem transistor yang dirangkai
secara rangkaian “emitter–biased“.

+U CC +U CC
R

R

C2

C1

CC

12

B

B

1

2
QQ

12

EE

12

RE

RE

1

2

-U EE -UEE

Gambar 2.197 Dua Rangkaian “Emiter–biased“ yang identik 0

Transistor Q1 mempunyai karakteristik yang sama dengan transistor Q2,
RE1 = RE2; RC1 = RC2 dan level, amplitudo +UCC sama dengan level
amplitudo -UEE. Sumber tegangan +UCC dan -UEE ini semua terukur
terhadap ground (1).
Untuk memperoleh rangkaian tunggal seperti Gambar 2.198 berikut,
maka harus menyambung kedua rangkaian itu (Gambar 2.197) seperti
berikut:

+ Ucc
Uo
-+
Sumber sinyal
Sumber sinyal +
-UEE
+

Gambar 2.198 Penguat diferensial input ganda, output seimbang (Dual-
Input, balanced–output differential amplifier)

Menyambung +UCC (tegangan sumber) dari kedua rangkaian (Gambar
2.197) menjadi (Gambar 2.198). Hal ini dilakukan jika polaritas dan
amplitudonya sama besar, termasuk sama juga pada –UEE.
Menyambung E1 transistor Q1 ke E2 pada Q2, ini berarti menyambung
paralel RE1 dan RE2 (RE = RE1//RE2).
Memberikan sinyal input Ui1 pada B1 dari transistor Q1 dan Ui2 pada B2
dari Q2.
Memberi nama output Uo, yaitu antara C1 dan C2 atau sering disebut
tegangan output diferensial.
Karena RC1 = RC2, maka tahanan kolektor ini cukup diberi nama RC, dan
RE = RE1 // RE2. Jika RE1 = RE2, maka RE = ½RE1 = ½RE2.

2.2.11.2.1.1. Konfigurasi Rangkaian Penguat Diferensial
Ada empat macam konfigurasi rangkaian penguat diferensial, yaitu:
penguat diferensial, input-ganda, output seimbang (dual–input, balanced
output differential amplifier)
penguat diferensial, input ganda, output tak seimbang (dual–output,
inbalanced output differential amplifier)
penguat diferensial, input-tunggal, output seimbang (single–input,
balanced output differential amplifier)
penguat diferensial, input-tunggal, output tak seimbang (single–input,
unbalanced output differential amplifier)

Konfigurasi rangkaian pada penguat diferensial didefinisikan sebagai
jumlah sinyal yang digunakan dan tegangan output yang diukur. Jika
digunakan dua buah sinyal input, maka konfigurasinya dikatakan “dual
input” atau input ganda, atau yang lainnya, yaitu konfigurasi “single input”
atau input tunggal. Pada sisi lain, jika tegangan output diukur di antara
dua kolektor, hal ini sebagai output seimbang (balanced output), ini
dikarenakan kedua kolektor mempunyai tegangan DC yang sama
terhadap ground.

Namun sebaliknya, jika output diukur pada satu kolektor terhadap ground
saja, konfigurasi ini disebut output tak seimbang (unbalanced output).
Sebelum membahas beberapa analisis rangkaian, perlu dibahas lebih
dahulu tentang beberapa hal penting bagian dan uraian detail secara
umum.

2.2.11.2.1.2. Pemakaian Penguat Diferensial
Dua buah tipe semikonduktor yang hampir sama, yaitu BJT (Bipolar
Junction Transistor) dan FET (Field Effect Transistor) diperlukan untuk
aplikasi pembuatan penguat diferensial. Semua komponen ini dalam dua
rangkaian “emitter-biased”, yang kedua komponennya harus memiliki

karakteristik yang sesuai. Termasuk sumber tegangan (power supply)
+UCC dan -UEE harus mempunyai level amplitudo yang sama besar.
Untuk desain penguat yang multitingkatnya, dengan mendapatkan
penguatan tegangan yang besar, maka dapat digunakan sebuah
rangkaian searah yang langsung antara semua tingkat dari penguat
diferensial tersebut.

Pengertian rangkaian searah langsung adalah dengan menghilangkan
frekuensi mati (cut off frequency) yang lebih rendah yang biasa
menggunakan kopel kapasitor, maka kopel kapasitor ini harus
dihilangkan, sehingga menjadi kopel langsung. Oleh karena itu, penguat
diferensial mempunyai kemampuan menguatkan sinyal DC yang baik,
sama seperti menguatkan sinyal AC. Dalam sistem instrumentasi,
penguat diferensial juga baik dan banyak digunakan sebagai pembanding
dua buah sinyal input.

2.2.11.2.2. PENGUAT DIFERENSIAL INPUT GANDA, OUTPUT
SEIMBANG (DUAL INPUT, BALANCED OUTPUT
DIFFERENTIAL AMPLIFIER)
Rangkaian penguat diferensial input ganda ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Dua buah sinyal input (dual input), Ui1 dan Ui2 diberikan ke Basis B1 dan
B2 dari transistor Q1 dan Q2. Output Uo diukur di antara dua kolektor, C1
dan C2, yaitu merupakan tegangan DC. Karena sama-sama tegangan DC
pada kolektor terhadap ground, maka output disebut output seimbang
(balanced output).

2.2.11.2.2.1. Analisis DC
Untuk menentukan besarnya titik kerja (operating point) penguat
diferensial (ICQ dan VCEQ) Gambar 2.2, diperlukan rangkaian ekuivalen
secara rinci. Rangkaian ekuivalen DC dapat diperoleh secara sederhana
dengan mereduksi sinyal input Ui1 dan Ui2 sama dengan nol. Gambar 2.3
berikut ini menunjukkan rangkaian ekuivalen Gambar 2.2.

+ Ucc
+
-
+
+ +
+
-UEE
+ Ucc
+
-
+
+ +
+
-UEE
Gambar 2.199 Rangkaian Ekuivalen DC dari Penguat Diferensial (dual
input, balanced output)

Resistor internal dari sinyal input adalah Rin, sebab Rin1 = Rin2. Karena
kedua bagian menggunakan “emitter biased”, maka penguat diferensial
ini adalah simetris (matched in all respects). Untuk menentukan titik kerja
diperlukan arus kolektor ICQ dan tegangan kolektor Emitor UCEQ untuk
satu bagian rangkaian. Sebaiknya harga rangkaian ICQ dan UCEQ dari
transistor Q1 yang ditentukan karena dengan ICQ dan UCEQ pada Q1,
kemudian dapat untuk menentukan juga Q2.

Menggunakan hukum tegangan Kirchoff, loop basis-emitor pada
transistor Q1 adalah:

Rin? IB- UBE- RE (2IE) + UEE = 0 (2.1)
Karena:

I B
I C
dan IC ? IE , maka I B
I E
dc DC

Maka arus emitor pada Q1 ditentukan langsung dari persamaan 2.1.

2 IE . RE = – Rin . IB – UBE + UEE
2 IE . RE + Rin . IB =+ UEE– UBE
IE

2 I E RE Rin

UEE UBE

dc

Rin

IE 2 RE UEE UBE

dc

UEE UBE

IE
Rin (2.2)

2 RE
dc

Secara umum Rin / ? dc << 2 RE, maka:

UEE UBE

IE (2.3)

2 RE
UBE = 0,6 V untuk transistor silikon dan 0,3 V untuk transistor germanium.
Dari persamaan (2.3) RE diset untuk arus emitor pada transistor Q1 dan
Q2 yang diberikan ke sumber -UEE. Dengan perkataan lain dengan
memilih harga RE, maka diperoleh arus emitor dengan -UEE yang telah
diketahui. Arus emitor ini tidak tergantung pada resistor kolektor RC pada
transistor Q1 dan Q2.
Selanjutnya untuk menentukan tegangan kolektor-emitor, UCE, adalah
dengan pendekatan bahwa tegangan pada emitor transistor Q1 mendekati
sama -UBE. Jika diasumsikan drop tegangan Rin sangat kecil dan arus
emitor berdasarkan pengalaman IE ? IC, maka dapat diperoleh tegangan
kolektor UC sebagai berikut:

UC = UCC– RC . IC

Sehingga tegangan kolektor-emitor UCE adalah:

UCE = UC- UE UE ? -UBE
= UCC – RC. IC )-(-UBE)
= UCC + UBE -RC. IC

Dengan persamaan (2.2) dan (2.4) dapat ditentukan ICQ dan UCEQ
masing-masing, sebab titik kerja IE = ICQ dan UCE = UCEQ.
Analisis DC pada persamaan (2.2) dan (2.4) adalah aplikatif untuk
keempat konfigurasi penguat diferensional sepanjang sistem bias dari
keempat konfigurasi itu sama.

2.2.11.2.2.2. Analisis AC
Pada analisis AC penguat tegangan (voltage gain) dari penguat
diferensial diekspresikan dengan Ad dan resistan input Ri seperti pada
Gambar 2.200 dengan cara:
Set tegangan DC +UCC dan –UEE pada kondisi nol.
Subtitusikan model ekuivalen –T untuk sinyal kecil dari transsistor.
Gambar berikut ini ditunjukkan tentang rangkaian ekuivalen dari input
ganda, output seimbang, dan penguat diferensial.

-
+
-+
ib1
+
-
+
-
+ -
+ +
--
-+
-
+
+
-
Uo
-
+I II
-
+
-+
ib1
+
-
+
-
+ -
+ +
--
-+
-
+
+
-
Uo
-
+I II
Gambar 2.201 Rangkaian ekuivalen AC untuk diferensial amplifier (input
ganda, output seimbang)

Tega ngan
waktu
Gambar 2.202 Bentuk gelombang output diferensial amplifier

Penguatan Tegangan (Voltage Gain)

Sebelum menerangkan secara detail penguatan tegangan pada penguat
diferensial Ad, ada beberapa hal penting yang perlu diketahui dari
gambar rangkaian ekuivalen (2.4), yaitu:
IE1 = IE2, karena itu RE1 = RE2. Di mana RE adalah resistan emitor dari
transistor Q1 dan Q2

Tegangan pada masing-masing resistor Collector phasa pada output
berbalik 180o terhadap inputnya Ui1 dan Ui2. Karena penguatnya
merupakan penguat dengan konfigurasi emitor bersama yang
menggunakan dua buah rangkaian emitor bersama yang identik.
Polaritas tegangan output Uo ditentukan oleh tegangan pada kolektor C2
diasumsikan lebih positif daripada tegangan pada kolektor C1. Ini berarti
tegangan pada kolektor C1 lebih negatif terhadap ground.

Dengan persamaan hukum Kirchoff pada loop I dan loop II dari Gambar

2.4 adalah:
Ui1 – Rin1 ib1 – re ie1- RE(ie1 + ie2) = 0 (2.5)
Ui2 – Rin2 ib2 – re ie2 – RE( ie1 + ie2 ) = 0 (2.6)
Karena ib1 = ie1 / ? ac dan ib2 = ie2 / ? ac, jika ie1? ic1 dan ie2 ? ic2, maka:
Secara umum Rin1/? ac dan Rin2/? ac sangat kecil, karena itu supaya
penyederhanaan lebih mudah dihilangkan, sehingga:
(re+ RE) ie1 + (RE) ie2 = Ui1 (2.7)
(RE) ie1 + (re + RE) ie2 = Ui2 (2.8)
Dari persamaan (2.7) dan (2.8) dapat diselesaikan secara simultan untuk
ie1 dan ie2 dengan persamaan hukum Cramer.
(re +RE )×Ui1 -(RE ×Ui2 )

ie1 = 2 (2.9a)
(r +R )-R

eE 2

E

Dan dengan hal yang sama didapat:

(r +R )×U -(R ×U )

e E i2 Ei1

ie1 = 2 (2.9b)
(re +RE )-R 2

E

Tegangan output adalah:

UO = UC2– UC1
= - RC ? iC2– (- RC? iC1)
= iC1 – RC? iC2

UO = RC (iC1 – iC2), untuk iC ? ie (2.10)
Dengan hubungan arus ic1 – ic2 disubtitusikan ke persamaan (2.10)

é(re +RE )×Ui1 -RE ×Ui2 (re +RE )×U i1 -RE ×U i1
ù
UO = RC ê 2 -2 ú ê(re +RE )-R 2 (re +RE )-R 2 ú

ë EE û

é(r +R ) ( × U -U )+R ×(U -U )ù

eE i1i2 Ei1i2

U =R êúOC ê(r +R )2 -R ú

eE 2

ë E û

é(r+2R ) ( × U -U )ù

e E i1i2

U =R êú

O Cr -2rR +R -R

ê 2 eE 22 ú

ë e EE û

é(re +2RE )×(Ui1 -Ui2 )ù

U =R

OC êú

ë re (re +2RE )û

RC

UO = ×(Ui1 -Ui2 ) (2.11)

r

e

Karena itu penguat diferensial merupakan penguat beda antara dua
sinyal input. Di mana pada Gambar 2.202 Uid = Ui1 – Ui2 sebagai

tegangan input beda, sehingga persamaan penguatan tegangan dari
input ganda, output seimbang adalah:

Uo Rc

A= = (2.12)

d Uid re
Jadi, penguatan tegangan pada penguat diferensial tidak tergantung RE
(lihat persamaan 2.12). Di sisi lain pada persamaan ini identik dengan
persamaan penguatan tegangan dari penguat konfigurasi Emitor
bersama.

Resistan Input Beda

Resistor input beda didefinisikan sebagai resistan ekuivalen yang diukur
pada terminal inputnya sendiri dengan terminal ground yang lain. Ini
berarti bahwa resistan input Ri1 merupakan resistan dari sumber sinyal
input Ui1 dan Ui2 yang diset nol (0). Dengan cara yang sama sumber
sinyal input Ui2 untuk menentukan resistan input Ri2 (lihat rangkaian
ekuivalen Gambar 2.4) dan Ui1 diset nol (0).
Karena Ri1 dan Ri2 sangat kecil dan hampir merupakan penderevatifan
input Ri1 dan Ri2. Sehingga persamaan menjadi:

Ui1

Ui1
Ri1
ib1 Ui2

ie1

0

ac

Ui2

0

ac Ui1
Ri1

r

0

e

RE Ui1 RE
2 R
r

RE
e

E2

2 RE
ac REre
Ri1

(2.13)
re

RE
Secara umum RE » re, di mana implementasi dari (re + 2 RE) = 2 RE dan (re

+ RE) = RE, sehingga persamaan (2.13) menjadi:
r
ac e 2 RE 2
Ri1 ac

re (2.14)
RE

Dengan cara yang sama didapatkan pula:

r
ac e 2 RE

2

Ri2 ac

re (2.15)
RE

Resistan Output

Resistan output didefinisikan sebagai resistan ekuivalen yang diukur
pada masing-masing terminal output terhadap ground. Oleh karena itu,
resistor output Ro1 diukur antara kolektor C1 dan ground yang berarti
sama dengan resistor kolektor Rc (lihat Gambar 2.201). Dengan cara

yang sama resistor output yang kedua Ro2 diukur pada kolektor C2
terhadap ground yang berarti sama dengan resistor kolektor Rc.
Jadi, besarnya resistor output adalah:
Ro1 = Ro2 = Rc (2.16)
Pengertian arus dari penguat diferensial tidak didefinisikan. Oleh karena
itu, persamaan penguatan arus tidak akan didapatkan dari keempat
konfigurasi penguat diferensial yang ada. Selanjutnya seperti penguat
dengan emitor bersama, penguatan diferensial memperkuat sinyal yang
kecil. Oleh karena itu, secara umum digunakan sebagai penguat
tegangan dan tidak sebagai penguat arus atau penguat daya.

2.2.11.2.2.3. Input Inverting dan Noninverting
Input-input ini biasa diartikan sebagai input pembalik (inverting input) dan
input bukan pembalik (non-inverting input). Pada Gambar 2.203
rangkaian penguat diferensial tegangan input Ui1 disebut “non-inverting
input” sebab tegangan positif Ui1 sendiri akan menghasilkan tegangan
output positif. Ini dapat dilihat pada persamaan (2.11). Dengan hal yang
sama, bila tegangan positif Ui2 sendiri akan menghasilkan tegangan
output negatif, karena itu Ui2 disebut input “inverting”. Konsekuensinya,
basis B1 sebagai Ui1 input bukan pembalik (noninverting input terminal)
dan basis B2 sebagai Ui2 input pembalik (inverting input terminal).

2.2.11.2.2.4. Common Mode Rejection Ratio
Suatu karakteristik penguat diferensial input ganda, output seimbang
yang penting adalah kemampuan menekan gangguan (noise) yang tidak
diinginkan. Jika pasangan transistor yang sesuai digunakan dalam
penguat diferensial, sinyal-sinyal yang tidak diinginkan seperti noise atau
hum dengan frekuensi 60 Hz, maka kedua input basis dan karena itu
output yang bersih (tanpa noise) secara teori harus nol. Secara praktik
dengan efektif dari sinyal “Common Mode Rejection Ratio” (CMRR)
tergantung pada derajat kesesuaian antara bentuk dua emitor bersama
dari penguat diferensial. Dengan perkataan lain secara persamaan
tertutup adalah arus-arus di dalam input transistor Q1 dan Q2, lebih baik
dari CMRR (lihat Gambar 2.204). Jika diaplikasikan pada tegangan yang
sama pada kedua terminal input dari penguat diferensial, maka dikatakan
operasi dalam CMRR.
Kemampuan penguat diferensial untuk me-reject sinyal “Common Mode”
yang diekspresikan dengan Common Mode Rejection Ratio (CMRR). Hal
ini merupakan perbandingan penguatan diferensial Ad dengan penguatan
“Common mode Acm”.

Ad

CMRR = (2.17)

ACM

Penguatan tegangan mode bersama (common mode voltage gain) Acm
dapat ditentukan seperti di atas dan seperti Gambar 2.204 Dengan diberi
nama tegangan yang telah diketahui Ucm pada kedua terminal input dari
penguat diferensial seperti ditunjukkan pada Gambar 2.204 dan tegangan
output sisa Uocm. Kemudian dengan menggunakan persamaan (2.19)
dapat dihitung Acm sebagai berikut:

Uocm

ACM = (2.18)
U cm

+ Ucc
-UEE
+
-
Gambar 2.203 Penguat diferensial pada konfigurasi common mode

Secara ideal, Acm harus nol (0), bahwa Uocm = 0 V. Dengan perkataan
lain, CMRR yang dipunyai oleh penguat diferensial secara ideal adalah
tak terhingga. Oleh karena itu, dalam praktik keuntungan dari penguat
diferensial mempunyai CMRR yang lebih tinggi, dan penguat ini lebih
bagus kemampuannya untuk me-reject sinyal-sinyal mode bersama.
Untuk penambahan CMRR OP-AMP akan dibahas khusus pada bab
selanjutnya.

2.2.11.2.3. PENGUAT INPUT GANDA, OUTPUT TAK SEIMBANG
(DUAL-INPUT, UNBALANCED-OUTPUT DIFFERENTIAL
AMPLIFIER)
Pada konfigurasi ini digunakan dua buah sinyal input di mana output
diukur pada hanya satu dari kedua kolektor terhadap ground.
Output diferensikan sebagai output tak seimbang (unbalanced output)
sebab kolektor sebagai tegangan output diukur pada beberapa titik
potensial terhadap ground. Dengan perkataan lain, beberapa tegangan
DC pada terminal output tanpa beberapa sinyal input. Output diukur pada
terminal kolektor transistor Q2 terhadap ground (lihat Gambar 2.18).

2.2.11.2.3.1. Analisis DC
Prosedur analisis DC untuk penguat diferensial input ganda, output tak
seimbang adalah identik dengan analisis pada input ganda, output
seimbang sebab kedua konfigurasi menggunakan bias yang sama. Oleh
karena itu, arus emiter dan tegangan Emitor-kolektor untuk input ganda,
output tak seimbang ditentukan dengan persamaan (2.2) dan (2.4)
masing-masing adalah: (lihat Gambar 2.18)

I E I CQ
U EE
2RE
UBE
Rin
dc

UCE = UCEQ = UCC + UBE– RC ICQ

Pada gambar berikut (2.204) menunjukkan rangkaian penguat diferensial
input–ganda, output tak seimbang.

.

+ Ucc
+
-UEE
+
--
Uo
Gambar 2.204 Penguat diferensial input ganda, output tak seimbang
2.2.11.2.3.2. Analisis AC
Gambar 2.19 menunjukkan rangkaian ekuivalen model T dari penguat
diferensial input ganda, output tak seimbang dengan sinyal kecil yang
disubtitusikan dari transistor.

-
+
ib1
+
-
+
-
+ -
+ +
--
-
+
+
-
-
+I II
E1,E2
Uo
ib1
+
-
+
-
+ -
+ +
--
-
+
+
-
-
+I II
E1,E2
Uo
Gambar 2.205 Rangkaian ekuivalen AC dari penguat diferensial input
ganda, output tak seimbang

Penguatan Tegangan

Dengan hukum Kirchoft dari Loop I dan Loop II.
Ui1– Rin1 ib1–re ie1– RE (ie1 + ie2) = 0
Ui2 – Rin2 ib2 – re ie2 – RE (ie1 + ie2) = 0
Persamaan ini sama dengan persamaan (2.5) dan (2.6), sedangkan
ekspresi ie, dan ie2 sama dengan persamaan (2.9a) dan (2.9b).

r

RE
e

Ui1
RE Ui2ie1
2 R 2
r

RE
e

E

r

RE
RE
e

Ui2
Ui1ie1
2 R 2
r

RE
e

E

Tegangan

waktu
T
Gambar 2.206 Bentuk gelombang input dan output dari penguat
diferensial input ganda, output tak seimbang

Tegangan output (Uo):

Uo = Uc2 = - Rc. Ic2 = - Rc ie2, bila ie? ic

Distribusikan ke persamaan ie2

r

RE
e

Ui2 RE Ui1UO RC
2 R
r

RE
e

E2

RE Ui1

re RE
Ui2
UO RC

r

r

2 RE
e

e

Secara umum RE » re, karena itu (re + RE) ? RE dan (re + 2 RE) ? 2 RE,
karena itu,

RE

RE Ui1

Ui2
UO RC

2r

RE

e

RE

Ui1 Ui2

UO RC

2r

e RE

RC

UO

Ui1 Ui2

(2.19)
2re

Uo RC

Ad 2r (2.20a)Uid e

Jadi, penguatan tegangan dari input ganda, output tak seimbang adalah
setengahnya dari penguatan tegangan pada input ganda, output
seimbang karena untuk input ganda, output tak seimbang:

Uo RC

Ad 2r (2.20b)Uid e

Sedangkan untuk peguatan tegangan pada input ganda, output
seimbang.

Uo RCAd (2.20c)

r

Uid e

Untuk penguat diferensial tipe ini (input ganda, output tak seimbang)
tegangan DC pada terminal output merupakan tegangan “error” dari
sinyal output yang yang tak diinginkan. Oleh karena itu, tegangan ini
tereduksi sampai sama dengan nol (0). Konfigurasi ini secara umum
direduksi oleh rangkaian translator level (level translator circuit).

Resistan Input Diferensial

Antara rangkaian Gambar 2.13 dan Gambar 2.18 yang berbeda adalah
titik pengukuran output, sehingga untuk resistan input Ri1 dan Ri2 adalah
sama cara menentukannya. Ri1 = Ri2 = 2 ? ac re

Resistan output

Resistan output Ro diukur pada Collector C2 terhadap ground ini adalah
sama dengan Rc (Resistan Collector) Ro = Rc

2.2.11.2.4. PENGUAT DIFERENSIAL INPUT TUNGGAL, OUTPUT
SEIMBANG (SINGLE INPUT, BALANCED-OUTPUT
DIFFERENTIAL AMPLIFIER)
Penguat diferensial input tunggal, output seimbang ditunjukkan pada
rangkaian gambar berikut.

+ Ucc
-U EE
+
-
Ui
+-
Gambar 2.07 Penguat diferensial input tunggal, output seimbang

Dari rangkaian ini input tunggal dihubungkan pada Basis Q1 dan output
Uo diukur di antara kedua kolektor Q1 dan Q2, yang mana pada potensial
DC yang sama. Oleh karena itu, outputnya dikatakan output seimbang
(balanced output).

2.2.11.2.4.1. Analisis DC
Analisis DC untuk prosedur dan persamaan bias dari rangkaian ini identik
dengan 2 konfigurasi yang terdahulu, sebab rangkaian ekuivalen DC
untuk semua konfigurasi adalah sama. Oleh karena itu, persamaan bias:

I E I CQ
U EE
2RE
UBE
Rin
dc

UCE=UCEQ=UCE+UBE-RC.ICQ

2.2.11.2.4.2. Analisis AC
Rangkaian ekuivalen untuk penguat diferensial dengan input tunggal,
output seimbang menggunakan model ekuivalen T dapat dilihat pada
gambar berikut ini.

-
+ +
-
+
-
+ --+
-
+
I II
Gambar 2.208 Rangkaian ekuivalen penguat diferensial input tunggal,
output seimbang
Tegangan
waktu
Ui
Gambar 2.209 Bentuk gelombang input dan output
Penguatan Tegangan

Sebelum mengekspresikan penguatan tegangan diferensial Ad berikut
diuraikan beberapa catatan penting dari Gambar 2.209.
Pada saat kondisi sinyal input setengah periode positif (atau jika U1
tegangannya positif). Tegangan Basis-Emitor dari transistor Q1 adalah
positif dan transistor Q2 adalah negatif (lihat rangkaian Gambar 2.208). Ini
berarti bahwa arus kolektor dari transistor Q1 naik dan dalam transistor

Q2 turun dari harga titik kerjanya ICQ. Perubahan dalam arus kolektor ini
membuat bentuk tegangan seperti Gambar 2.209, yang mana kedua
sumber ic1 dan ic2 ditunjuk dengan arah yang sama. Kemudian pada saat
yang sinyal input negatif pada setengah periode berikutnya (atau jika U1
tegangannya negatif), maka akan berkebalikan sinyal yang dihasilkannya
yaitu arus kolektor Q1 turun dan transistor Q2 naik.

Polaritas tegangan pada masing-masing resistor kolektor sesuai dengan
arah arus ic1 dan ic2. Itu berarti tegangan yang ada pada resistor kolektor
transistor Q2 adalah positif dan tegangan yang ada pada resistor kolektor
Q1 adalah negatif semuanya terhadap ground (Gambar 2.208).
Tanda polaritas tegangan output Uo sesuai dengan besarnya tegangan
output, yaitu sama dengan tegangan pada kolektor C2 dikurangi (minus)
tegangan pada kolektor C1.
Dengan hukum Kirchof persamaan tegangan dari Loop I dan Loop II dari
Gambar 2.208 adalah:
Ui - Rin ib1– re ie1 – RE iE = 0 (2.21)
Ui - Rin ib1– re ie1– re ie2 = 0 (2.22)
Disubtitusi ke persamaan arus:
iE = (ie1– ie2); di mana ib1? ie1 / ? ac dan ib2? ic2 / ? ac
Maka didapatkan:

Rin
Ui

r

0

RE

ie1 e
ie1

ie1 ie2
ac
Rin
Ui

r

r

0

ie1 eie1 eie2
ac
Secara umum Rin/? ac adalah sangat kecil dan biasanya dihilangkan,
sehingga persamaan menjadi:
(re + RE) ie1 – (RE) ie2 = Ui (2.23)
(re) ie1 + (re) ie2 = Ui (2.24)
Dari persamaan (2.23) dan (2.24) dapat diselesaikan secara simultan
untuk ie1 dan ie2 menggunakan hukum Cramer :

r

RE Uiie1
e

(2.25)
2 RE
Dengan cara yang sama:
re

re

RE
Uiie2

(2.26)
2 RE
Tegangan output:
re

re

Uo
= Uc2– Uc1
= Rc.ic2 – (- Rc. ic1)
= Rc (ic2 + ic1)

Uo
= Rc (ic2 + ic1), untuk ie ? ic (2.27)

Disubtitusikan ke arus ie1 dan ie2 dalam persamaan (2.27) didapatkan:

R ×U (r +R )U (r+ 2R )U

Ei eEi eEi

U= + =R

Or (r+ 2R ) r (r+ 2R ) Cr (r+ 2RE )

eeEeeE ee

RC

UO

Ui (2.28)
r

e

Karena itu:

UO RC
Ad (2.29)
Ui re

Jadi, penguatan tegangan dari input tunggal, output seimbang adalah
sama dengan input ganda, output seimbang.

Resistansi Input Diferensial (Ri)

Resistansi input Ri diambil dari sinyal sumber sebagai input ditentukan
sebagai berikut:

UiUi Ui ac
Ri

ib1 ie1 ie1

ac

Disubtitusikan ke ie1 dari persamaan (2.25) didapatkan:

c Ui
re RE Ui
r e re 2 RE
ac re r e 2 RE
re RE
Ri = 2 ? ac. re untuk RE » re (2.30)

Resistansi Output (Ro)

Ro diukur pada masing-masing terminal terhadap ground. Karena itu
resistan output Ro1 diukur pada kolektor C1 dan resistan output Ro2 diukur
pada kolektor C2, sehingga didapatkan persamaan:
Ro1 = Ro2 = Rc

2.2.11.2.5. PENGUAT DIFERENSIAL INPUT TUNGGAL, OUTPUT TAK
SEIMBANG
Beberapa catatan pada penguat diferensial tipe ini, yaitu:
Penguat ini identik dengan penguat emitor bersama, yang tidak hanya
memerlukan banyak komponen, tetapi juga pengantar tegangannya lebih
kecil dari bentuk yang pertama.
Tegangan output DC diperoleh tanpa beberapa sinyal input (hanya satu
input saja)
Konfigurasi ini diperoleh untuk sinyal input melalui Basis dari salah satu
transistor dan diukur pada salah satu kolektor (Q2).

+ Ucc
-UEE
+
-
Uo
+
-
+
+
-
+ Ucc
-UEE
+
-
Uo
+
-
+
+
-
Gambar 2.210 Penguat Diferensial Input Tunggal, Output Tak Seimbang

2.2.11.2.5.1. Analisis DC
Rangkaian ekuivalen dari konfigurasi ini identik dengan konfigurasi input
ganda, output seimbang
Besarnya ICQ dan UCEQ sama dengan persamaan pada konfigurasi input
ganda, output seimbang yaitu:

I E I CQ
U EE
2RE
UBE
Rin
dc

UCE = UCEQ = UCC + UBE– Rc ? ICQ

2.2.11.2.5.2. Analisis AC
Rangkaian ekuivalen dari input tunggal, output tak seimbang dapat dilihat
pada gambar berikut.

-
+
+
-
+
-
+ --+
-
+
II
I
+
-
Uo
Gambar 2.211 Rangkaian ekuivalen penguat diferensial input tunggal,
output tak seimbang

Tegangan
waktu
Tegangan
waktu
Gambar 2.212 Bentuk Gelombang input dan output

Penguatan Tegangan

Besarnya tegangan output (Uo) adalah:

Uo = Uc2 = Rc.ic2 = Rc.ic2, jika ic ? ie

Disubtitusikan ke persamaan ie2, maka

RE

Ui
UO RC

r

r

2 RE
e

e

RE Ui
UO RC

untuk RE >> re

r

2 RE
e

RC UiUO (2.31)

2 RE
Besarnya Penguatan beda (Penguatan diferensial):

UO RC
Ad (2.32)

Ui 2re

Resistansi Input Diferensial (Ri)

Resistansi input Ri pada konfigurasi ini identik dengan salah satu
sebelumnya.

Ri = 2 ? acre, untuk RE » re

Resistansi Output (Ro)

Resistanssi output Ro pada konfigurasi ini diukur pada kolektor C2
terhadap ground, sehingga Rc = Ro.
Untuk lebih jelas, berikut ini ditabelkan dari hasil uraian di atas yaitu
beberapa konfigurasi dari penguat diferensial.

Tabel 2.1 Rangkaian Konfigurasi Rangkaian Penguat Diferensial

No Konfigurasi Rangkaian Penguatan Tegangan Resistansi
Input
Resistansi
Output
1. Dual input, balanced output (Input
ganda, output seimbang)
Tabel2-1
+ Ucc
Uo
-+
+
-UEE
+

Ri1 = 2 bacre
Ri2 = 2 bacre
Ro1 = Rc
Ro2 = Rc
2. Dual input, unbalanced output
(Input ganda, output tak seimbang)
+ Uc c
+
-UE E
+

Uo
Ri1 = 2 bacre
Ri2 = 2 bacre
Ro = Rc
3. Single input, balanced output
(Input tunggal, output seimbang)
+ Uc c
U o
-+
-U EE
+
-
Ri1 = 2 bacre Ro1 = Rc
Ro2 = Rc
4. Single input, unbalanced output
(Input tunggal, output tak
seimbang)
+Uc c
-UEE
+
-
Uo
R o
Ri1 = 2 bacre Ro = Rc
re
Rc
=Ad
re2Rc
=Ad
re
Rc
=Ad
re2Rc
=Ad

2.2.11.2.6. PENGUAT DIFERENSIAL DENGAN RESISTOR SWAMPING
Dengan penerapan beberapa transistor RE’ pada masing-masing Emitor
dari transistor Q1
dan Q2
akan mempengaruhi penguatan tegangan
penguat diferensial sehingga bervariasi penguatan tegangannya, karena
hal ini akan mereduksi re.

+ Ucc
Uo
-+
+
-UEE
+

‘ ‘
E 1 E2
Gambar 2.213 Penguat diferensial input ganda output seimbang dengan
resistor emiter RE’

Dengan menggunakan RE1 kelinieran penguat diferensial dapat dinaikkan.
Secara umum RE’ cukup besar untuk memberikan efek “swamp”
(menghempas) atau mereduksi re untuk itu pemberian RE’ disebut
sebagai “swamping resistor” (resistor penghempas).
Arus Emitor pada masing-masing transistor dapat ditentukan dengan
hukum Kirchoff tegangan, yaitu Loop Basis-Emitor pada Q1 dengan Ui1 =
Ui2 = 0 V.
Rin IB – UBE – RE’.IE – RE (2 IE) + UEE = 0
Untuk IB ? IE / ? dc dan disederhanakan, maka akan didapatkan:

I E
UEE
2 RE
U BE
RE ‘
Rin (2.33)
dc

Sehingga besarnya tegangan UCE

UCE = UCC + UBE– Rc. Ic

Jika resistor eksternal RE’ ditambahkan pada masing-masing kaki Emitor,
maka penguatan tegangan dan resistan input yang baru dapat dipeoleh
dari beberapa konfigurasi tersebut yaitu dengan penempatan (re + RE’),
sehingga diperoleh:

Uo RcAdUr’ (2.34)
e eRE

Dan resistansi input yang baru adalah
Ri1 = Ri2 = 2 ?ac (re + RE1) (2.35)
Sedangkan resistansi output dengan dan tanpa RE’ adalah:

Ro1 = Ro2 = Rc

2.2.11.2.7. BIAS ARUS KONSTAN
Dalam penguat diferensial telah dibicarakan jauh tentang RE dan UEE
yang digunakan sebagai penyetelan arus Emitor DC. Di sini juga dapat
digunakan untuk penyetelan arus emitor DC pada rangkaian arus bias
konstan jika dinginkan. Karena pada kenyataannya rangkaian bias arus
konstan lebih baik sebab dengan rangkaian ini diperoleh kestabilan arus
dan kestabilan titik kerja dari penguat diferensial.

+ Ucc
Uo
-+
++

+
-
-UEE
+
-
-
+
Gambar 2.213 Penguat diferensial input ganda, output seimbang
menggunakan bias arus konstan

Dengan menggunakan resistor RE pada rangkaian arus bias transistor
konstan (Q3). Arus DC pada kolektor Q3 ditentukan oleh R1, R2, dan RE
seperti persamaan berikut:

R2 U EE
UB3

R1

R2
R2 U EE
UE3 UB3 UBE 3

UBE 3

R1

R2
Karena itu:

UE3

U EE
I E3

I C3
RE

R2 UEE
UEE

U BE 3

R1

R2
I C3
RE

Karena dua dari bagian penguat diferensialnya simetris, masing-masing
mempunyai ½ dari IC3, maka:

R1
R2
R2.UEE

U BE
IE1 IE2
IC3 UEE

(2.36)
22 REArus kolektor IC3 dari transistor Q3 adalah tetap dan tidak bervariasi
karena tidak ada sinyal yang diinjeksikan ke masing-masing Emitor atau
Basis dari Q3. Sehingga transistor Q3 merupakan sumber arus Emitor
yang konstan dari Q1 dan Q2 sebagai penguat diferensial.
Kembali kita lihat persamaan RE » re pada penguat diferensial dengan
bias Emitor. Di samping pemberian suplai atau catu daya dengan arus
Emitor yang konstan, diperoleh juga dari rangkaian ini tahanan sumber
yang sangat tinggi untuk rangkaian ekuivalen AC sedangkan untuk
sumber arus DC secara ideal adalah rangkaian terbuka (open circuit).
Penguatan tegangan (voltage gain) : (Ad) sama dengan persamaan:
UR

Ado c
r

Uid e

-UEE
+
-
+
+
-
+
-
+ -
Gambar 2.214 Bias Arus Konstan dengan Kompensasi
Diode untuk variasi UBE

Untuk perbaikan dan stabilitas efek panas dari arus transistor yang
konstan (Q3) adalah R1 digantikan dengan diode D1 dan D2, yaitu untuk
membantu penghentian arus Emiter IE3 konstan yang sekaligus
mengubah suhu. Karena jika I2 telah mengalir (lihat Gambar 2.214) ke
titik Basis dari Q3 dan IB3 dan jika suhu Q3 naik tiba-tiba, maka tegangan
Basis Emitor UBE3 turun. Yang mana untuk bahan silikon UBE turun hingga
2 mV/oC. Di sini mereduksi UBE3 yang tegantung pada tegangan drop
pada RE dan arus Emitor IE3. Pada saat tegangan UBE3 tereduksi,
tegangan drop pada D1 dan D2 juga ikut turun, yang akan
mengkontribusikan pada ID, sehingga besarnya ID ikut naik. Ini
menyebabkan IB3 turun, yaitu untuk mengatasi kenaikan IE3.
Gambar 2.215 berikut menunjukkan rangkaian transistor dalam bentuk
terintegrasi tipe CA 3086.

-UEE
8 9 10 11 12 13 14
7 6 5 4 3 2 1
CA 3086
Gambar 2.215 Diagram Fungsi IC tipe CA 3086

Dari Gambar 2.215 di atas bahwa arus Emitor IE3 ditentukan sebagai
berikut:

UB3 = – UEE + 2 UD
UE3 = UB3– UBE3 = – UEE + 2 UD – UBE3

I E3
UE3
RE
U EE 2UD
2 RE
U EE UEE UBE3
I E3
UE3
RE
U EE 2UD
2 RE
U EE UEE UBE3
I E3
2UD
2 RE
UBE 3 UD
RE
, untuk UD=UBE3=0,6V.2.37)

Karena dengan adanya RE, maka arus Emitor IE3 tergantung pada drop
tegangan pada diode D1 dan D2. Sedangkan fungsi drop tegangan pada
diode untuk difungsikan arus Id-nya saja, yaitu sesuai karakteristik kurva
diode, di mana ID merupakan bagian dari I2 yang ditentukan oleh harga
R2. Ini berarti bahwa perubahan harga IE3 dengan memvariasi salah satu
dari R2 atau RE.

Gambar 2.215 berikut merupakan modifikasi Gambar 2.213.

-UEE
+
-
+
+
-
-
+
Gambar 2.215 Rangkaian bias arus konstan dengan menggunakan diode

Zener
Untuk mendesain rangkaian bias arus konstan dari rangkaian digunakan
berapa step, yaitu:
Pilihlah harga IE3 yang diinginkan
Asumsikan bahwa UD = 0,7 V, tentukan harga RE menggunakan
persamaan (2.37)
Asumsikan I2 = IE3 dan UD1 = UD2 = 0,7 V, tentukan harga R2 dengan
persamaan

1,4V

U EE

R2
I E3

Namun sering kali diode D1 dan D2 digantikan dengan diode Zener
seperti Gambar 2.228. Karena diode Zener mempunyai kelebihan yaitu
lebar range dari tegangan konduksi, dan kesesuaian koefisiensi suhu
terhadap tegangan dari transistor. Maka persamaan dapat dibuat:

UB3 = – UEE + UZ

Dan besarnya tegangan pada Emitor adalah (UE3):

UE3 = – UEE + UZ – UBE3

Sedangkan arus Emitor (IE3)

UE3

U EE
I E3

RE

UZ

U BE 3

(2.39)
I E3

RE

Seharusnya R2 dipilih dengan ketentuan I2 ? 1,2 IZ, di mana IZ minimum
diperoleh dari diode zener saat konduksi pada daerah arah reverse
(balik), itu berarti terjadi pengeblokan tegangan zener UZ. Biasanya besar
IZ terdapat pada buku data diode zener.
Besarnya R2 ditentukan sebagai berikut:

UEE UZ

R2 (2.40)

I 2

Di mana I2 ? I.2IZ, penggunaan diode zener di sini untuk menjaga
tegangan basis agar konstan dan mengubah arus emitor dari rangkaian
bias arus konstan.

2.2.11.2.8. RANGKAIAN ARUS BAYANGAN (CURRENT MIRROR)
Suatu rangkaian di mana arus output tenaganya sama dengan arus input
dikatakan sebagai rangkaian arus bayangan (current mirror circuit).
Karena itu rangkaian arus bayangan arus output adalah sebuah
bayangan dari arus input. Berikut digambarkan secara diagram blok
(Gambar 2.216) dan rangkaian arus bayangan (Gambar 2.217).

CURRENT ISink
MIRROR

ISource

Gambar 2.216 Diagram Blok Arus Bayangan

-UEE
+
-
+
-
+
-
4EE34 4
= ~
Gambar 2.217 Rangkaian Arus Bayangan
I2 diset tertentu, arus IC3 secara otomatis mendekati I2. Arus bayangan
adalah hal yang khusus dari bias arus konstan dan karena itu digunakan
untuk mengeset arus emitor yang konstan dalam bagian penguat
diferensial.
Ketika transistor Q3 dan Q4 identik, tegangan Basis-Emitor harus juga
sama dan arus basis dan arus kolektor harus juga mendekati sama.
UBE3 = UBE4
IC3 = IC4
IB3 = IB4
Pada Node UB3 dilakukan penjumlahan

I2 = IC4 + I = IC4 + 2 IB4 = IC3 + 2 IB3

IC3

2

I 2 I C3

dc

I C3
I 2 I C3 1

(2.41)
dc

Secara umum ? dc cukup besar. Karena itu 2/? dc dihilangkan atau
ditiadakan karena harganya kecil sekali. Dari data ? dc dari CA3086 =100.
Maka besarnya arus kolektor dari Q3 sama besar dengan arus I2.

I2 ? IC3

I2 diperoleh dengan menerapkan hukum Kirchoff tegangan, yaitu:

-R2. I2– UBE3 + UEE = 0

UEE UBE

I 2 (2.42)

R2

Dengan persamaan di atas ini berarti R2 dapat dipilih sesuai dengan
pengesetan arus kolektor dalam rangkaian arus bayangan yang
diinginkan, yang penting kedua transistor ini seharusnya identik.

Contoh 2.5:
Penguat diferensial memberikan spesifikasi sebagai berikut:
Gambar rangkaian seperti Gambar 2.21, RD = 3,9 k? , RG = 1 M? RE =
1,5 k?, R2 = 82 ?, Rin1 = Rin = 50 ?; Ucc = + 10 V, dan – UEE = – 10 V. Di
mana Q1 dan Q2 adalah JFET yang berpasangan dengan gm = 8000 MS,
sedangkan Q3 adalah BJT dengan UBE = 0,6 V dan ? ac = ? dc = 100,
sedangkan diode zener D1 adalah IN 3826 dengan UZ = 5,1 V dan IZ = 49
mA. Tentukan:
Arus emitor pada transistor Q3
Penguatan tegangan pada penguat diferensial
Resistan input dari penguat diferensial

+ Uc c
U o
-+
+
-U EE
+

-
3
3
3
G G
D D
Gambar 2.218 Penguat diferensial JFET dengan diode zener
sebagai bia arus konstan

Penyelesaian:

UZ

U BE 3
5,1 0,6

3mA

I E3

RE 1500
Ad = gm . RD = (8000 MS) . (3,9 k? ) = 31,2
Ri1 = Ri2 = 1 M? . (Resistan input masing-masing sama dengan RG)
Contoh 2.6:
Desainlah penguat diferensial input ganda, output seimbang dengan bias
arus konstan (menggunakan diode) dengan data seperti berikut:
Penguatan tegangan beda Ad = 40 ? 10
Suplai arus oleh bias konstan = 4 mA
Suplai tegangan Us = ? 10 V

Penyelesaian:

Step desain berdasarkan outline adalah:
Menentukan arus Emitor IE3 = 4 mA (lihat Gambar 2.219) dan lihat bagian
dari subbab 7.
Asumsikan bahwa diode D1 dan D2 identik dan UD1 = UD2 = 0,7 V
Maka didapatkan persamaan:

UD

RE
I E3

Substitusikan ke persamaan tersebut:
0,7V

RE 175

(gunakan 150 ? )
4mA
Harga R2 dapat dihitung:
U EE 1,4 10V 1,4V

R2 2,15k

(gunakan 2 k? )

4 mA

I E3

Selanjutnya tentukan harga resistor kolektor Rc.

25mV
IE1=IE2=2mA dan r 12,5

e 2 mA

+ Ucc
Uo
-+
500 W 500 W
Non
Inverting Input Invert ing Input
10 V
-UEE
150 W
10 V

Gambar 2.219 Penguat diferensial

Untuk memperoleh penguatan 40 diperlukan resistor collector :
Rc = (Ad) . re
= (40)(12,5) = 500 O (gunakan 560 O )

2.2.11.2.9. PENGUAT DIFERENSIAL CASCADE
Konfigurasi penguat diferensial telah dianalisis pada bab dan subbab
terdahulu, karena itu kini selanjutnya bagaimana penguat diferensial ini
dibuat cascade dalam hubungan seri. Gambar 2.220 berikut
menunjukkan dua tingkat penguat diferensial. Rangkaian pertama
merupakan penguat diferensial “Dual input, balanced output”. Dan
rangkaian kedua merupakan penguat diferensial yang berfungsi sebagai
penggerak (pendorong) dari output rangkaian penguat diferensial yang
pertama. Output diambil pada bagian akhir dengan sistem output tunggal
(single ended atau “inbalanced”) dari penguat diferensial yang kedua.
Kedua tingkat penguat ini menggunakan teknik bias emitor (kombinasi
dari RE dan UEE) untuk mengeset arus emitor dari pasangan diferensial.

R k2 RC 2 2 k 2
7,8 3 V
RC3 1 k2
Q3
Q4
RC 4
Uo1
Q 1 Q2
-0 ,7 15
RE1 4k7
100 W
IE3 IE4
RE
R E
7 ,12 V
IE 4 2Ui d
Non
Inverti ng Input
Inverti ng Input
-UEE
-10 V
R E 2 = 15 k
IE3
9,32 V
Uo
U CC+ 10 V
Gambar 2.220 Penguat Diferensial Cascade

Dari kebanyakan rangkaian kesesuaian transistor termasuk juga harga
resistor adalah hal yang penting dalam tingkatan penguat diferensial.

Contoh 2.8:
Penguat Diferensial Cascade (Gambar 2.25), tentukan:
Arus kolektor (IC) dan tegangan kolektor–emitor (UCE) untuk masingmasing
transistor
Penguatan tegangan
Resistor input
Resistor output
Jika diasumsikan transistor array menggunakan CA 3086 dengan hFE =
100, hfe = 100, dan UBE = 0,715 V.

Penyelesaian:

IE

Pada transistor Q1 dan Q2 diasumsikan IE ? IC ; dc = .

IB

Maka:

10 0,715 V Rin
UEE UBE

; <<

IE

2 4700 0
dc

Rin
2 RE1

dc

= 0,988mA

Karena simetris Ic1 = Ic2 = IE1 = 0,988 mA
UC1 = Ucc – Rc1 Ic1 = 10 V – (2,2 k? )(0,988 mA) = 7,83 V
UC1 = UC2 = 7,83 V

Pada saat UE pada Q1 dan Q2 = -0,715 V

UCE1 = UCE2 = UC1 – UE1 = 7,83 + 0,715 = 8,545 V

Arus kolektor (IC) pada Q3 dan Q4 dengan hukum kirchoft tegangan dari
loop Basis–Emitor transistor Q3.
UCC– RC2 . IC2– UBE3 – RE IE3 – RE2 (2 IE3) + UEE = 0
10-(2,2 k? )(0,988 mA)-0,715V-(100) (IE3)-(30 k? )-(IE3) 10V =0
10 V – 2,17 V – 0,715 V + 10 V – (30,1 k? ) > IE 3 = 0

17,12 V

IE3 = = 0,569 mA = IE4

30,1kO
Karena itu tegangan kolektor pada Q3 dan Q4 adalah:

UC3
= UC4 = UCC – RC4 . IC4
= UCC – RC3 . IC3
= 10 V – (1,2 k? ) (0,569 mA)
= 9,32 V (lihat Gambar 2.25 UE3 = 7,12 V)

Karenanya, UCE3 = UCE4 = UC3 – UE3 = (9,32-7,12) V = 2,2 V
Akibatnya pada Q1 dan Q2, serta Q3 dan Q4
ICQ1,2= 0,988 mAICQ3,4 = 0,569 mA
UCEQ1,2 = 8,545 VUCQ3,4 = 2,2 V
Terminal output (UC4) adalah 9,32 V dan tidak nol volt.
Maka resistor emitor AC re dari masing-masing tingkat dan kemudian
penguatan tegangan adalah

25mV 25mV

25,3

r e1

r e2
0,988mA

I E1

25mV 25mV

43,95

r e3

re4
0,569mA

I E3

Pada tingkat I, penguat diferensial “dual input, balanced output”, karena
itu penguatan tegangannya (penguatan beda).

RC1

Uo1 Ri2Ad1 Uid re1
Di mana: Ri2 = 2 ? ac (re3 + RE)
= (200)(143,94) = 28,79 k?

2,2k k

28, 79k

80,78

Ad1

25,3
Pada tingkat II (penguatan beda)

Uo1 RC4 1,2k

4,17

Ad1

U

287,88

o 2 RE
r e4
Penguatan tegangan total: (Ad)
Ad = (Ad1) (Ad2) = (80,78)(4,17) = 336,85

Resistor input:
Ri1 = 2 ? ac (re1) = (200) (25,3) = 5,06 k?
Resistor output
Ro2 = Rc4 = 1,2 k?

2.2.11.2.10. REDEKSI PENERJEMAH LEVEL (LEVEL TRANSLATOR)
Dari hasil Contoh 2.8 penguat diferensial cascade dapat dibuat suatu
“Level Translator”.
Karena kopel langsung (direct coupling), level DC pada kenaikan emitor
dari tingkat satu sampai ke tingkat yang lainnya.
Kenaikan level DC ini dijaga untuk digeser titik kerjanya sampai ke tingkat
yang dianggap sempurna dan oleh karena itu akan membatasi swing
tegangan output dan mengubah sinyal output.

Contoh dari soal dengan Gambar 2.25 di mana tegangan emitor dari Q1
dan Q2 dari tingkat pertama sebesar –0,715 V, sedangkan tegangan
Emitor dari Q3 dan Q4 sebesar 7,12 V. Berikut ini digambarkan rangkaian
“level translator“ (Gambar 2.26)

Jika menggunakan satu tingkat, maka tegangan emitor dari Q3 dan Q4
akan sebesar –0,715 V. Karena itu akan menaikkan tegangan emitor
pada tingkat kedua dan akan mengubah titik kerja dari tingkat penguat
diferensial.

Tegangan output pada tingkat kedua Gambar 5.38 semuanya terhadap
ground. Level DC ini tidak diinginkan karena hal ini dijaga untuk
membatasi swing tegangan output puncak ke puncak (peak to peak)
tanpa adanya distorsi dan juga termasuk menjaga adanya kesalahankesalahan
sinyal output DC.

Pada Gambar 2.25 bagian tingkat akhir adalah termasuk penggeser level
output DC dari tingkat kedua sampai berkisar 0 V terhadap ground.
Tingkat ini sering disebut “Level Translator” atau “shifter”. Karena itu
penguat diferensial kaskade adalah untuk menggeser level output DC ke

bawah sampai 0 volt, sehingga bagian tingkat akhir harus dibuat
rangkaian translator.

(a) (b)
(c)
Gambar 2.221
Rangkaian “Level traslator”: (a) “Emitter follower” dengan
Pembagi tegangan, (b) “Emitter follower” dengan bias
arus konstan, (c) “Emitter follower” dengan “current
mirror”

2.2.11.2.10.1. CONFIGURASI BASIS BERSAMA–EMITOR BERSAMA
(CE–CB CONFIGURATION)
Seperti diketahui bahwa konfigurasi penguat untuk sinyal kecil ada tiga,
masing-masing yaitu: Emitor Bersama (Common Emitter), Basis bersama
(Common base), kolektor bersama (Common Collector) atau biasa
disebut dengan “Emitter flower”.

Untuk rangkaian penguat diferensial dikembangkan dari satu tingkat
penguat dengan satu “Common” menjadi hubungan rangkaian dua
tingkat atau lebih dan dengan sistem dua “common”. Sehingga
sambungan “common” merupakan gabungan dari keduanya.
Secara sambungan kombinasi dari sistem konfigurasi rangkaian penguat
diferensial ada beberapa, yaitu:

Sambungan kolektor bersama-kolektor bersama (CC-CC connection)
Sambungan kolektor bersama-emitor bersama (CC-CE connection)
Sambungan kolektor bersama-basis bersama (CC-CB connection)
Sambungan emitor bersama-emitor bersama (CE-CE connection)
Sambungan emitor bersama-basis bersama (CE-CB connection)

Untuk pasangan Darlington dapat digunakan sebagai konfigurasi CC

CC. Ini terdiri dari dua transistor di mana kedua kolektor transistor
disambung bersama-sama dan basis dari transistor kedua disambungkan
dengan emitor yang pertama. Ini secara prinsip untuk mempertinggi
faktor penguatan arus ? .
Keuntungan lain CC-CC adalah untuk memperoleh tegangan output yang
sama dengan tegangan output yang sama dengan tegangan input, dan
memperoleh penguatan arus yang tinggi.

Konfigurasi CC-CE, menggunakan pasangan Darlington pada transistor
tunggal dalam konfigurasi CE.

Pada konfigurasi ini penguatan arus dan resistansi input telah diperbaiki
terutama factor ? yang lebih pada penguatan konfigurasi CE.
Analisis DC
Pada penguat kaskade seperti tampak pada Gambar 2.28 berikut R1, R2,
dan R3 adalah bentuk rangkaian Q1 dan Q2.

+ Ucc
Uo

-UEE

-

Q2
CB
Q1
CE
RE
UE1
CS1
UBE1
R3
R2
R1
CS2
Ci
+
Gambar 2.222 Penguat Kaskade

Cs1 dan Cs2 merupakan saluran sinyal AC terhadap ground dari emitor
Q1dan basis Q2
dan Ci adalah kapasitor kopel, pada rangkaian ini
diasumsikan bahwa transistor Q1 identik dengan Q2 dan pada kondisi DC
kapasitor-kapasitor ini diasumsikan terbuka (open circuit).
Karena transistor Q1 dan Q2 identik dan kopel langsung antara tingkat CECB,
maka:
IE1 = IE2 atau IC1 = IC2 dan IB1 = IB2
Ini berarti bahwa dalam menentukan arus emitor hanya dari Q1 saja
dengan menggunakan pembagi tegangan:

R1 UCC
UR1

(2.43)
R1

R2
R3
UE1 = UR1 – UBE1
U E1
Sehingga I E1

RE

Disubtitusikan akan didapat:

R1

UCC
U BE1

R1

R2
R3
I E1
RE

Karena itu dari sini bisa ditentukan semua arus dan tegangan pada ketiga
terminal dari transistor Q1 dan Q2 jika diinginkan.
Analisis AC
Dengan rangkaian ekuivalen T untuk sinyal kecil pada penguat kaskade
seperti Gambar 2.223 berikut ini.

Rin = 0
iin ib 1 B1
iRB ie 1
RB
re 1
+
-
E 1
ic 1
C 1 E2
ie2
-
+
re2
ic2
C2
R C
io
Uo
+
-
B2
Gambar 2.223 Rangkaian Ekuivalen T untuk sinyal kecil dari Penguat
Kaskade

Di sini rangkaian ekuivalen disajikan dalam realisis frekuensi rendah, dan
diasumsikan bahwa kapasitor merupakan elemen hubung singkat (short
circuit).

Maka besarnya penguatan tegangan, arus dan resistansi input dapat
ditentukan sebagai berikut:
Penguatan Tegangan (Voltage Gain)
Ui = (re1 ) (ie1) jika RB » re1
Uo1 = -(re2) ( ie1)

Catatan dari Gambar 2.29 bahwa RB = R1 // R2 ; re1 ? re2 untuk IE1 ? IE2
dan Uo2 adalah tegangan output dari tingkat penguat CE serta ? dc1 = ? dc2
dan ? ac1 = ? ac2.

Dengan ditentukan bahwa ie2 = ie1 dan ic1 ? ie1, maka ie2 ? ic2, maka
penguatan tegangan Au1 dari tingkat CE adalah:

Uo1 re2ii2
Aui 1 jika re1=re2
Ui re1ie1

Tegangan output
Uo = -(Rc) (io )
io = ic2 = ie2 dan

U o1
ie2
re2

Disubtitusikan ke ie2 akan didapatkan:

Uo1
Uo Rc
r e2

Maka penguatan tegangan dari tingkat CB:

Uo

Rc

(2.44)
Uo1

re2

Penguatan tegangan total dari konfigurasi CE-CB adalah:

U

o Uo1Uo RC
A

u (2.45)Ui Ui Uo1 re2

Dengan catatan re1 = re2
Penguatan Arus (Current Gain)
Penguatan arus Ai dari konfigurasi CE-CB adalah:

i

o ib1
ie1

ie2

ic2

io

Ai

ii ii

ib1

ie2

ie2

ic2

Karena ie1 = ic1 =ie2 = ic2 = io

ib1

ie1
Maka: Ai

ii

ib1

Menggunakan pembagi arus pada rangkaian input didapatkan:

RB ii
I b1

RB

ac r e1
di mana RB = R1 // R2
Akibatnya: ie1 = ? ac . ib1
Sehingga persamaan penguatan arus menjadi:

RB ac
Ai

(2.46)
RB

ac r e1

Resistansi Input (Ri)

Ui = re1 . ie1 = ? ac . re1 . ib1, jika ie1 = ? ac . ib1

Disubstitusikan:

RB ii
I b1

RB

ac r e1

RB ii
Ui ac

re1

RB

ac re1

Karena perbandingan Ui / ii adalah sama dengan resistansi input, maka:

Ui ac

RB r e1
Ri

(2.47)
ii RB

ac re1

2.2.11.3. INTERPRETASI DATA DAN KARAKTERISTIK OP-AMP
2.2.11.3.1.1. PENGANTAR
Sebelum menggunakan OP-AMP, secara prinsip harus mengerti lebih
dahulu tentang arti yang ada dalam data manual (data sheet) dari IC OPAMP
tersebut dan lebih baik lagi jika mengenali dan mengerti
karakteristiknya.
Secara umum “data sheet“ memberikan informasi tentang rating
maksimum mutlak, aplikasi, karakteristik kelistrikan, batasan performasi
(unjuk kerja), diagram pin, rangkaian ekuivalen dari peranti (device), dan
lain-lainnya.
Pada bab ini banyak dibahas bagaimana membaca data OP-AMP,
mendefinisikan parameter kelistrikan dan mengevaluasi signifikasi dari
OP-AMP serta mencari bagaimana mengekuivalenkan atau mencari
persamaan-persamaan dengan yang lain. Dengan mengerti karakteristik
dan mengerti data dan interpretasi dari OP-AMP, maka dapat memilih
OP-AMP yang akan digunakan pada macam-macam aplikasi.

2.2.11.3.2. OP-AMP KONDISI IDEAL
Op-Amp secara ideal memiliki karakteristik kelistrikan sebagai berikut:

1.
Penguatan tegangan
(voltage gain) Au tak terhingga (? )
2.
Resistansi input Ri sangat
besar (? )
3.
Resistansi output Ro
sangat kecil (0)
4.
Tegangan output nol jika
tegangan input nol
5.
Bandwidth (lebar band)
sangat besar (? )
6.
CMRR sangat besar (? )
dengan tegangan noise “common mode” (0)
7.
Slew rate sangat besar
(? ), oleh karena itu tegangan perubahan tegangan input.
Secara praktik OP-AMP dapat dibuat dengan beberapa pendekatan
karakteristik ini, yaitu dengan menggunakan umpan balik negatif
(negative feedback).

2.2.11.4. RANGKAIAN APLIKASI OP-AMP
2.2.11.4.1. PENDAHULUAN
OP-AMP dalam praktiknya dirangkai dengan konfigurasi yang bermacammacam
dan dalam kondisi “closed loop” mempunyai penguatan yang
sangat tinggi (very high) dan hanya untuk sinyal yang lebih kecil (dalam
orde mikrovolt atau lebih kecil lagi) dengan frekuensi yang sangat rendah
dikuatkan secara akurat tanpa distorsi. Untuk sinyal-sinyal yang sekecil
ini sangat mudah terkena noise dan tak mungkin didapatkan pada suatu
laboratorium.

Di sisi lain penguatan tegangannya selain besar, juga tidak konstan.
Penguatan tegangannya bervariasi dengan perubahan suhu dan sumber
daya (sumber tegangan). Variasi penguatan tegangan ini relatif besar
untuk kondisi “open loop”, sehingga untuk penggunaan atau aplikasi
rangkaian linier tak mungkin. Hal ini disebabkan kebanyakan aplikasi
linier outputnya proporsional terhadap inputnya dari tipe OP-AMP yang
sama.

Dengan alasan di atas maka OP-AMP kondisi “open loop” secara umum
tidak digunakan dalam aplikasi linier. Untuk mengatasi hal di atas, maka
dilakukan dengan memodifikasi rangkaian dasar OP-AMP, yaitu dengan
tujuan mengontrol penguatannya. Modifikasi rangkaian dasar ini adalah
dengan menerapkan penggunaan umpan balik (“feedback”), yaitu sinyal
pada output diumpanbalikkan ke input secara langsung melalui jaringan
atau peralatan lain.
Klasifikasi umpan balik (“feedback”) ada dua macam, yaitu:

· Umpan balik negatif/degeneratif (negative feedback)
· Umpan balik positif/regeneratif (positive feedback)
Umpan balik negatif (negative feedback) sering disebut “degenerative”
karena mereduksi amplitudo tegangan output yang sekaligus akan
mereduksi penguatan tegangan dan biasanya berbalik fase terhadap
inputnya. Namun untuk umpan balik positif (positive feedback) sering
disebut “regenerative”, karena pada outputnya akan selalu besar
amplitudonya, dan outputnya sefase terhadap inputnya, maka sangat
sesuai digunakan sebagai rangkaian osilator.

2.2.11.4.2. RANGKAIAN DASAR
Pada dasarnya OP-AMP mempunyai penguatan tegangan dan impedansi
input yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah (lebih kecil
dari 100? ) dan tergantung pada beban.

a. Simbol OP-AMP
Uid Au Uid R
Ui2
Ui1
i
Ro
RLUo
ii
+
-
+
-
b. Rangkaian ekuivalen OP-AMP
Gambar 2.224 Rangkaian Dasar OP-AMP
Penguatan tegangan untuk loop terbuka (open loop) adalah:
UOAUOL Uid

AUOL = penguatan tegangan “open loop”
Uid = tegangan input beda kedua terminal (Ui1 – Ui2)
Karena penguat pada OP-AMP dianggap linier, maka tegangan
saturasinya dengan persamaan pendekatan:
? Uosat = – (Ucc– 2) < uo < Ucc – 2 (2.48)
Misalkan: OP-AMP dengan Uosat = 10 V dengan penguatan tegangan
kondisi “open loop” = -105 dan Ri = 100 k? .
Maka besarnya Uid adalah:

10

Uoast
0,1mV
Uid
AOL 105

Dan besarnya arus input saat itu adalah:

Uid

0,1
10 3
1nA
Ri 100
II

103

2.2.11.4.2.1. Input Pembalik (Inverting Input)
OP-AMP dengan metode input pembalik (inverting input) seperti Gambar
4.2 ini mempunyai input pada terminal inverting (-) dan terminal
noninverting dihubungkan ke ground (sebagai “common”) dan terminal
output diukur terhadap ground.
+
-
Uo
+
-
Uid
iid R1
Rf
OP-AMP
ii
Ui
+
--
+
if
Gambar 2.225 Rangkaian OP-AMP “inverting input”
Dari Gambar 2.225 dapat digambar rangkaian ekuivalennya.

+
-
Uo
+
-
Uid
iid R1
Rf
OP-AMP
i i
Ui
+
--
+
if
a. Rangkaian ekuivalen OP-AMP dengan penguatan konstan
R1 R
f
Ui
R=i Au Uid
R
o
Uid
Uo
+
-
¥
b. Rangkaian ekuivalen OP-AMP untuk sinyal AC
Gambar 2.226 Rangkaian ekuivalen OP-AMP “Inverting Input”

Polaritas tegangan output Uo dari rangkaian ini adalah kebalikan
terhadap inputnya, atau jika inputnya AC, maka outputnya berbalik 180o
terhadap inputnya.
Sehingga metode “Node” tegangan diperoleh dari Gambar 2.226a
adalah:

Uid Ui Uid Uo Uid
iid

(4.3)
Ri R1

RF

UiUUU

o oo
Uo 1 AU0L AUOL

iid

RF

AUOL Ri R1

Dari persamaan di atas, jika AUOL = ? , maka didapatkan:

Uo 1 Ui 0 Uo 0
.

iid

Ri R1
RF

UiU Uo
R1

R1

RF

U

Ui o

R1 RF

U

o RF
Ui R1
Uo
Karena penguatan tegangan OP-AMP AU , maka penguatan

Ui

tegangan (Au) untuk penguat “inverting input”:

Uo RF

AU (4.4)

Ui R1

2.2.11.4.2.2. Input Bukan Pembalik (Noninverting Input)
Rangkaian OP-AMP dengan input bukan pembalik (noninverting input)
dengan sistem pengali penguatan yang konstan. Untuk menentukan
penguatan tegangan dari rangkaian OP-AMP ini terlebih dahulu
direpresentasikan dalam bentuk rangkaian ekuivalen (lihat Gambar
2.227).

+
-
Uo Op Amp
Ui
RfR1
Rangkaian OP-AMP “Noninverting Input”

Uo
Ui RfR1
Uid = 0
b) Rangkaian ekuivalen “Noninverting Input”
Gambar 2.227 Rangkaian OP-AMP dengan “Noninverting Input”

Dari rangkaian ekuivalen didapatkan:
Untuk: Uid = 0.
R1

UI R1 RF
.UO
UO
U I
R1
R1
RF 1
RF
R1
UO

Karena penguatan tegangan AU ,maka

UI

UO RF

A1

u (4.5)

UI R1

Atau dengan cara lain dapat ditentukan secara langsung dengan
membuat arus input OP-AMP mendekati 0.

+
-
Uo
Ui
Rf
R1Ui
Uid
i f
i1
i
+
-
Uo
Ui
Rf
R1Ui
Uid
i f
i1
i
Gambar 2.228 Rangkaian inverting input dengan metode arus input

mendekati nol
Jika Ui positif, Uo didapat positif pula dan akibatnya i juga positif.
Tegangan U1 = I . R1, dan arus yang menuju terminal input noninverting
adalah mendekati nol. Sehingga arus yang lewat R1 dan RF harus identik,
maka didapatkan persamaan:

U O
RF
U1 U1
R1
,KarenaAU
U0
Ui
UO U1 RF

Maka

U1 R1

iF = i UO U1 RF

U 1 U1 R1

UO RF

1

U 1 R1

UO

RF

1

U 1

R1

Karena arus input ke terminal “noninverting input” dianggap mendekati
nol, maka Uid ? 0, sehingga didapatkan Ui = U1.

UO UO

RF
AU

1

(2.49)
U1 UI

R1

2.2.11.4.2.3. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Salah satu penggunaan rangkaian OP-AMP adalah pada penguat
penjumlah (summing amplifier). Rangkaian penguat ini penguatan
tegangan ditentukan oleh resistor (tahanan) pada masing-masing input
dan tahanan umpan baliknya.
Gambar berikut (Gambar 2.229) menunjukkan rangkaian penguat
penjumlah. Rangkaian ini dianalisis dalam bentuk operasi fungsi linier.

R1U1
U

2
U

3 Uo

+
-
Uid Op Amp
R
R
2
3
a) Rangkaian “Summing Amplifier”

+
-
Uo
U
R1
Uid = 0
R
R
2
3
U U1 2 3
Rf
--
++
b) Rangkaian Ekuivalen “Virtual Ground” dari “Summing Amplifier”

Gambar 2.229 Rangkaian “Summing Amplifier” dan Ekuivalen “Virtual

ground”
Besarnya tegangan output (Uo) tergantung pada tahanan depan (R1, R2,
dan R3) pada masing-masing tegangan input (U1, U2, dan U3) serta
tergantung pada tahanan umpan balik (RF).
Sehingga besarnya Uo adalah:

RF

RF

RF
UO

.U3

.U 1

. U2

(2.50)
R1

R2

RR3

U1 U2 U3

UO

RF
R1

R2

R3

2.2.11.4.2.4. Rangkaian Pengurang (Substractor Circuit)
Rangkaian pengurang yang menggunakan OP-AMP pada dasarnya
saling mengurangkan dari dua buah inputnya. Gambar 2.230
menunjukkan rangkaian OP-AMP sebagai pengurang (“subtractor”), atau
kadang-kadang disebut juga penguat beda (differential amplifier).

+
-
Uo
R
R
OP-AMP
if 2
1
R4
R3 U
U1
2
i1
i2
Ui
Ui
1
2 +
-
Uo
R
R
OP-AMP
if 2
1
R4
R3 U
U1
2
i1
i2
Ui
Ui
1
2
Gambar 2.230 Rangkaian “Subtractor”

Jika arus yang masuk ke OP-AMP dianggap ideal, ii ? 0, maka dengan
persamaan “loop” (Ideal OP-AMP).

Ui1 U0
UI Ui1 iF . R2 Ui1 R2

R1

R2
Dengan menggunakan pembagi tegangan pada “node” “noninverting”:

R4
U2

.Ui2

R4

R3
Karena OP-AMP dianggap ideal, maka Uid ? 0, sehingga U1 = U2 Maka
besarnya tegangan output (Uo).

R2

R4
UO

Ui2 Ui1
Ui2 Ui1
R1

R3

Jika R2 = R4 = RF dan R1 = R3 = R, maka tegangan output (Uo):

RF

(4.7)
UO

Ui2 Ui1
R
Atau dengan cara lain yaitu metode superposisi, maka tegangan output
(Uo).

R4 R1

R2 R2
UO .

.Ui2 .Ui1

R3

R4 R1 R1
Jika persamaan ini dibuat seperti ketentuan pemisahan di atas, yaitu R2 =
R4 = RF dan R1 = R3= R, maka persamaan menjadi:

UO
RF
R RF
.
R
R
RF .Ui2
RF
R
.Ui1
RF
R
.U I1
RF
R
.U I1
RF
R
Ui2 Ui1

Jadi, besarnya tegangan output (Uo) pada rangkaian substractor sama
saja dengan metode apa pun. Untuk pemakaian lebih lanjut bisa juga
menggunakan dua buah OP-AMP.

Rf

+
-
U
R 1
OpA mp
R
R
2
3
1
+
-
Uo Op A mp
U2
Rf
+
-
Gambar 2.231 Rangkaian “Subtractor“ dengan 2 OP-AMP
Besarnya tegangan output (Uo) adalah:
RF

RF

RF
UO

.

. U1
. U2
R1
R2

R3

RF RFRF

.U 2
.

U1

R2
R3 R1
R

RF F2
U 2

U 1
R2
R3

R1
U2 RF U1
UO RF

(4.8)
R2 R1 R3

2.2.11.4.2.5. Penyangga Tegangan (Voltage Buffer)
Rangkaian penyangga tegangan (voltage buffer) adalah suatu pemisahan
sinyal input terhadap beban dengan menggunakan suatu tingkat unit
penguat tegangan yang tidak membalik polaritas dan atau fasenya. Di
samping itu, biasanya menggunakan OP-AMP yang mempunyai
impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat
rendah. Gambar 2.232 berikut rangkaian “unity gain amplifier” (“buffer”).

+
-
Uo
Ui
+
-
Uo
Ui
Gambar 2.232 Rangkaian OP-AMP sebagai “buffer”Besarnya
tegangan output (Uo)

UO Ui (4.9)
Jadi, besarnya penguatan tegangannya adalah 1 dan oleh karena itu
biasanya disebut “unity follower amplifier”.

2.2.11.4.2.6. Rangkaian Integrator (Integrator Circuit)
Rangkaian integrator yang menggunakan OP-AMP hampir sama dengan
rangkaian-rangkaian “closed loop” lain yang menggunakan umpan balik
resistor. Bedanya di sini umpan baliknya menggunakan kapasitor (C).
Lebih jelasnya lihat rangkaian integrator (Gambar 4.10) berikut ini beserta
persamaan analisisnya.

iC

+
-
Uid Op A mp
R
i
f
i
Uo

Gambar 2.233 Rangkaian Integrator dengan OP-AMP

Dari gambar rangkaian di atas dapat dibuat rangkaian ekuivalen berdasar
“virtual ground” sebagai berikut:

Uo Uid = 0
R Xc
Uo Uid = 0
R Xc
11
Jika Uid ? 0danxc =

j . w.k 2. f .c
11
Atau dengan notasi Laplace xc =

jwc s.c
Ini berarti jw = s (notasi Laplace), sehingga besarnya penguatan dapat
dicari secara berurutan sebagai berikut:

UO

Ui UO 1

i Cs.C.U

s.UOC o

R xcs

UO

Maka besarnya penguatan tegangan

Ui
UO 1

(2.51)
Ui s.CR
Sehingga besarnya tegangan output (Uo) dengan fungsi terhadap domain
waktu (time domain).
1

1

1

i dt

ii dt
Ui dt

UO

C

C

RC

1

1

Ui dt
Ui t dt
UO

RC

RC

(2.52)
2.2.11.4.2.7. Rangkaian Diferensiator (Differentiator Circuit)
Rangkaian diferensiator yang menggunakan OP-AMP, hampir sama
dengan rangkaian integrator, hanya saja umpan baliknya dan tahanan
depan ditukar. Gambar 2.234 berikut ini menunjukkan rangkaian
diferensiator.

R if

Ui (t)

ii

+
-
Uo (t)
iid
OP-AMP
Gambar 2.234 Rangkaian Diferensiator

dUiii C

dt

Arus yang melewati kapasitor C juga sekaligus melalui R (iin = 0)

Maka:
UO iF . R ii .R RC
dU i
dt
JadiUO t R.C
dUi t
dt
(2.53)

2.2.11.4.3. SISTEM PENGONTROL SUMBER
Penguat operasi (OP-AMP) dapat digunakan untuk bermacam-macam
pengontrolan sumber. Dengan sebuah tegangan input dapat digunakan
untuk mengontrol tegangan atau arus output. Atau sebaliknya dengan
sebuah arus input dapat untuk pengontrolan ini biasanya digunakan pada
variasi-variasi hubungan pada rangkaian instrumentasi.

2.2.11.4.3.1. Tegangan Mengontrol Tegangan Sumber
Pada rangkaian ini tegangan output tergantung pada tegangan input
(dengan faktor skala pembalik). Rangkaiannya dengan menggunakan
OP-AMP seperti Gambar 2.235 berikut ini.

U1 R1

+
-
Rf
OP-AMP
Uo

U1 Rc

+
-
Rf
OP-AMP
R1
Uo

Gambar 2.235 Rangkaian Tegangan Mengontrol Tegangan Sumber

Gambar berikut menyatakan rangkaian ekuivalen ideal dari tegangan
mengontrol tegangan sumber secara ideal.

+
-
U1
kU1
+
-
Gambar 2.236 Rangkaian Ekuivalen Ideal

Gambar 2.235 dan 2.236 pada dasarnya hampir sama, hanya saja pada
inputnya berbeda, yaitu antara “inverting input” dan “noninverting input”.
Dalam Gambar 2.237a untuk menentukan tegangan output (Uo) sebagai
hasil pengontrolan:

RFUO .U1 k .U1 (2.54)

R1

Besarnya faktor pengontrolan:

UO RF

k
Ui R1

Sedangkan pada Gambar 2.237b untuk menentukan tegangan output
(Uo) adalah:

RF
UO

1

.U 1 k .U1 (2.55)
R1

RF

k

1

Dengan faktor pengontrolan

R1

2.2.11.4.3.2. Tegangan Mengontrol Arus Sumber
Suatu pengontrolan arus oleh tegangan input, kontrol ini memanfaatkan

arus pada rangkaian yang melalui R1 dan RF. Gambar 2.237a berikut
akan menjelaskan secara aliran arus.
Rf

I

0

R

U1 1

I1
Uo

+
-
OP-AMP
Gambar 2.237a Rangkaian Tegangan Mengontrol Arus Sumber

Rangkaian ekuivalen ideal dari tegangan mengontrol arus sumber dapat
dilihat pada Gambar 2.237b berikut ini:

+
-
U1
Io
kU1
Gambar 2.237b Rangkaian Ekuivalen Ideal

Besarnya arus hasil pengontrolan oleh tegangan input adalah identik arus
yang melalui RF, yaitu:

U1

IO k .U1

R1

2.2.11.4.3.3. Arus Mengontrol Tegangan Sumber
Suatu pengontrolan tegangan oleh arus input, kontrol ini memanfaatkan
arus input yang melalui RF.
Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 2.238a dan 2.238b berikut ini.
Rf

I

0

R

U1 1
I1

+
-
OP-AMP
Uo

Gambar 238a Rangkaian Arus Mengontrol Tegangan Sumber

+
-
0kI1
I1
U
Gambar 2.238 b Rangkaian Ekuivalen Ideal
Besarnya tegangan output (Uo) adalah:

UO I 1. RF k .I 1
(2.56)
2.2.11.4.3.4. Arus Mengontrol Arus Sumber

Rangkaian ini harus output tergantung arus input, sebagai pengontrolan
terdapat arus yang melalui R1 dan RF seperti tampak pada Gambar
2.238a dan 2.238b berikut ini:

R2 Rf

I2

I

1

I1

+
-
OP-AMP
I0
R1
Uo

Gambar 2.239a Rangkaian Arus Mengontrol Arus Sumber
I1 I0

kI1

Gambar 2.239b Rangkaian Ekuivalen Ideal

Besarnya arus output sebagai pengontrolan dari arus input adalah:

I 1

R1
R1
IO I 1

1

I 2 I 1
I 1 k. I 1 (2.59)
R2

R2

2.2.11.4.4. FILTER AKTIF (ACTIVE FILTER)
Aplikasi OP-AMP yang populer adalah sebagai penyaring aktif (active
filter). Rangkaian filter aktif terdiri dari komponen pasif resistor-kapasitor.
Disebut “active filter” karena adanya penambahan komponen aktif berupa
penguat, yaitu OP-AMP, untuk memperoleh penguatan tegangan dan
pengisolasian sinyal atau penggerak sinyal (buffer).
Sebuah filter memperoleh output yang konstan dari kondisi dc sampai
dengan frekuensi “cut off” (fOH) dan tidak akan melalukan sinyal pada
frekuensi itu yang biasa disebut filter pelalu frekuensi rendah (low pass
filter). Sebaliknya, suatu filter yang akan melakukan sinyal sampai
frekuensi “cut off” (fOL) dan tidak akan melakukan sinyal pada frekuensi di
bawah itu disebut filter pelalu frekuensi tinggi (high pass filter). Dan bila
filter itu bekerja melakukan sinyal di antara kedua batasan frekuensi “cut
off” antara “low pass” dan “high pass filter” disebut “band pass filter”.
Untuk memudahkan penyebutan, filter-filter itu biasanya disingkat dalam
beberapa huruf saja, seperti:

-High Pass Filter (HPF)

-Low Pass Filter (LPF)

-Band Pass Filter (BPF)

Gambar berikut memperlihatkan peta daerah respon (tanggapan) dari
filter ideal seperti penjelasan di atas.

Low Pass
Filter
Band Pass
Filter
High Pass
Filter
f(Hz)

Gambar 2.240 Daerah Respon Filter Ideal

2.2.11.4.4.1. Filter Pelalu Frekuensi Rendah (Low Pass Filter)
Filter pelalu frekuensi rendah menggunakan komponen resistor dan
kapasitor tunggal dengan sistem orde satu.
Gambar berikut 2.241a menunjukkan rangkaian “low pass filter” dan
Gambar 2.241b merupakan karakteristik respon ideal “low pass filter“.

Rf2R

Uo

+
-
OP-AMPR1

U

C1

1

Gambar 2.241a Rangkaian “Low Pass Filter”

Besarnya penguatan tegangan pada output kondisi frekuensi “cut off”
adalah konstan.

RF

AU 1

(2.60)
R2

Uo
Ui
-20 db / decade
f (Hz)
Uo
Ui
-20 db / decade
f (Hz)
foH

Gambar 2.242 Karakteristik respon ideal “Low Pass filter”

Dengan turun -20 dB pada frekuensi “cut off” per dekade, maka dapat
ditentukan frekuansi “cut off” (fOH).
1

f OH

(2.61)
2 1.C1
Berdasarkan teori rangkaian LPF (low pass filter) pada prinsipnya hanya
menggunakan resistor dan kapasitor dirangkai dengan sistem rangkaian
integrator seperti gambar berikut ini.

+
-
Uo
Ui
Op A mp
R
C
Gambar 2.243 Prinsip rangkaian LPF dengan sistem integrator
Jika Ui = Um sin wt, dan simetris serta linier, maka:
11

XC

2

.c .c
Bila R dan C konstan dengan frekuensi bervariasi, maka dapat ditentukan
besarnya tegangan output Uo.

Xc
Untuk f «, maka Xc », sehingga: UO .Ui ? »

R

Xc
Untuk f », maka Xc «, sehingga: UO .Ui

R

Atau secara matematika dapat diuraikan sebagai berikut:
f ? 0 HZ ? Uo ˜ Ui (bila tanpa penguat tegangan)

f > fOH HZ ? Uo ˜ 0
Dengan kata lain sinyal input dengan frekuensi rendah sinyal input
diteruskan atau dilakukan ke output, yang besarnya hampir sama besar
dengan inputnya bila tanpa penguat. Sedangkan pada frekuensi tinggi
sinyal input diredam hampir mendekati nol.

2.2.11.4.4.2. Filter Pelalu Frekuensi Tinggi (High Pass Filter)
Besarnya frekuensi “cut off” tergantung pada besarnya kapasitor dan
resistor yang digunakan pada rangkaian filter.
Gambar 2.244 rangkaian filter aktif pelalu frekuensi tinggi (high pass filter:

HPF).

+
-
Uo
R Rf
OP-AMP
2
R1
C1
Gambar 2.244 Rangkaian Filter Aktif Pelalu Frekuensi Tinggi
Besarnya frekuensi “cut off” dari penguat tersebut adalah:
1

f OL

(2.62)
21C1
Berdasarkan teori, rangkaian filter pelalu frekuensi tinggi (HPF) dapat
digunakan rangkaian diferensiator seperti gambar berikut ini:
R

U1 C

+
-
OP-AMP
Uo

Gambar 2.245 Prinsip rangkaian HPF dengan sistem diferensiator

Uo
Ui
-20 db /
decade
f (Hz)
Uo
Ui
-20 db /
decade
f (Hz)
11
Jika Ui = Um sin wt dan XC

2 fc .c
R
Maka: UO Ui

XC .
Besarnya tegangan output secara matematika ditentukan (Uo) dalam dua
kondisi ekstrim, yaitu:

· Untuk f », maka Uo ? Ui (bila tanpa penguat tegangan)
· Untuk f «, maka Uo ? 0
fol

Gambar 2.246 Karakteristik respon ideal “High Pass Filter”

2.2.11.4.4.3. Filter Pelalu Frekuensi Antara (Band Pass Filter)
Dalam rangkaian aktif, “Band Pass Filter” biasanya menggunakan dua
tingkat penguat, yaitu penguat tingkat pertama sebagai filter pelalu
frekuensi tinggi (HPF) dan filter tingkat kedua sebagai filter pelalu
frekuensi rendah (LPF). Dengan mengombinasikan kedua filter ini akan
dioperasikan sebagai respon “bandpass” sesuai dengan keinginan.

RF

+
-
U
R1
Op Amp
R2
1
+
-
Op Amp
RRG F
RG
C1
C2
(HPF) (LDF)
Gambar 2.247 Rangkaian Band Pass Filter
Uo

Uo
Ui
-20 db /
decade
f (Hz)
fol foH 0
Uo
Ui
-20 db /
decade
f (Hz)
fol foH 0
Gambar 2.248 Karakteristik respon ideal “Band Pass Filter”

Besarnya frekuensi batas dari respon BPF adalah:
1

UntukHPF

f ol

2

1.C1
1
untukLPF

f OH

2

2.C2
2.2.11.4.5. RANGKAIAN INSTRUMENTASI
Aplikasi OP-AMP lainnya yang populer adalah sebagai penunjang dalam
pembuatan alat-alat ukur atau instrumentasi seperti voltmeter AC atau
voltmeter DC.
Peralatan lain dalam instrumentasi yang menggunakan OP-AMP adalah
“display driver”, instrumentasi amplifier, dan sebagainya.

2.2.11.4.5.1. Voltmeter DC
OP-AMP pada peralatan voltmeter DC ini digunakan sebagai penguat
dasar yang mempunyai karakteristik impedansi input yang tinggi dan
faktor skalanya tergantung pada harga resistor dan akurasinya.

Rf

+
-
Uo
R
OP-AMP
U1 1
M
100 k
100 k
Io
R s 10W0 -1 mA
Gambar 2.249 OP-AMP sebagai Multimeter dc

Dari Gambar 4.249 di atas dapat dianalisis secara fungsi transfer,
sehingga diperoleh persamaan seperti berikut:

IO

RF

1

100k 11mA

.

100k 10

10mV
UO

R1

RS

Dari sini artinya setiap pengukuran Ui = 10 mV akan menghasilkan arus
yang mengalir melalui meter M sebesar 1 mA, sehingga jika tegangan
input Ui = 5 mV akan menghasilkan arus 0,5 mA atau penyimpangan
jarum adalah setengah dari skala penuh. Hal ini dapat diubah tingkat
kepekaannya yaitu dengan mengubah RF atau R1 dari rangkaian yang
ada pada OP-AMP.

2.2.11.4.5.2. Voltmeter AC
Pada dasarnya rangkaian Voltmeter AC sama dengan Voltmeter DC,
hanya saja perlu pembuatan sinyal AC yang masuk pada miliampere
meternya. Untuk rangkaian Voltmeter AC dapat dibangun seperti
Volmeter DC, hanya dilengkapi diode dan kapasitor pada outputnya.

+
-R
Rf
OP-AMP
U1
1
100 k
100 k
R s W
M
10
C C
C
2
3D1 D2
Gambar 2.250 OP-AMP sebagai Multimeter AC

Dalam hal ini sensitivitas multimeter AC ditentukan dengan menggunakan
fungsi transfer arus output dan tegangan input.

IO

RF

1

100k 11mA

.

100k 10

10mV
UO

R1

RS

2.2.11.4.5.3. Display Driver
“Display driver” yang dimaksudkan adalah sebagai penggerak penampil
(display). Contohnya lampu atau LED (Light Emiting Diode).

Adapun cara memasang display dapat ditentukan dengan cara
mengetahui input yang diberikan pada OP-AMP termasuk pemasangan
driver-nya.

Input
+
-
Uo
358
+ Ucc (5V)
RB
30 mA I = 600 mA
100 k
UBE
Q (B > 20)1
Gambar 2.251 OP-AMP sebagai “driver” Lampu

Input
+
-
Uo
358
+ Ucc (+ 5V)
RB
20 mA
180 k
I =
ULED = 1,5V
Gambar 2.252 OP-AMP sebagai “driver” LED

Menentukan komponen RB dan RD pada masing-masing Gambar 4.26
dan 4.27 adalah:

UO UBE

RB Icon
IB

ICIC

Q1Q1 I

IB .

Tergantung transistor
hFE

Maka dari Gambar 4.26 jika IB = 30 mA dan I = 600 mA, maka hFE =
600

20,

30

baru dipilih transistor jenis apa yang mempunyai kemampuan ? , Ic, IB
sebesar tersebut.
Dari Gambar 4.47 akan didapatkan besarnya RD, yaitu:

1,5V

UO ULED UO

RD

I 20mA

2.2.11.4.5.4. OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi
Rangkaian ini pada dasarnya mempunyai sebuah output yang diperoleh
dari perbedaan kedua terminal input.
Lebih jelasnya dapat dilihat prinsip dasar OP-AMP sebagai amplifier pada
Gambar 2.253 berikut ini:

+
-
R
U2
+
-
U1
+
-
Uo
Op -Amp
R
R
R
R
R
R
p
Op -Amp
Op -Amp
Gambar 2.253 Rangkaian OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi

Dengan menggunakan tiga OP-AMP yang semuanya terdapat pada
kemasan tunggal yang berisi empat OP-AMP (single quad OP-AMP),
maka tegangan output (Uo) dapat ditentukan sebagai berikut:

UO

2 R

1

U1 U 2

Rp

2R

1

kU1 U2
U1 U2

Sehingga: UO

(4.22)
RP

LATIHAN 4

1.
Dari Gambar 4.2 jika telah ditentukan RF = 100 k? ?R1 = 50 k? ?dan
Ui = 2 mV, tentukan besarnya tegangan output Uo!
2.
Dari Gambar 4.4a ditentukan RF = 100 k? dan R1 = 50 k? ?Bila
pada tegangan output (Uo) terukur = 1500 mV, tentukan berapakah
tegangan input (Ui) yang harus dimasukkan!
3.
Dari soal 4.6.1 bila Uo = -450 mV, Ui = 150 mV, dan R1 = 50
k? ?
??tentukan RF!
4.
Dari soal 4.6.2 bila Ui = -50 mV, Uo = -500 mV, dan RF = 9 k? ?
tentukan besarnya R1!
5.
Berikan penjelasan tentang ciri-ciri penguat OP-AMP dengan input
inverting pada outputnya!
6.
Penggunaan OP-AMP yang populer ada beberapa peralatan,
berikan contohnya (sebanyak 4 macam)!
7.
Sebuah OP-AMP noninverting input dengan tegangan input Ui = 5
V dan mempunyai RF = 500 k? dan R1 = 10 k? dan tegangan
sumber ? 12 V DC. Berapakah besar tegangan Uo secara teori dan
secara praktik? Mengapa antara perhitungan teori dan praktik tidak
sesuai? (Gambarkan rangkaian seperti Gambar 4.4a)
8. Berapakah besar tegangan saturasi OP-AMP absolut?

Teknik Otomasi Industri

Pengantar Teknik Otomasi Industri

Otomasi (bahasa Greek berarti belajar sendiri), robotisasi atau
otomasi industri atau kontrol numerik merupakan pemanfaatan sistem
kontrol seperti halnya komputer yang digunakan untuk mengendalikan
mesin-mesin industri dan kontrol proses untuk menggantikan operator
tenaga manusia. Industrialisasi itu sendiri merupakan tahapan dalam
pelaksanaan mekanisasi, dimana konsep mekanisasi tetap mesin-mesin
industri dilakukan manusia sebagai operator dengan menempatkan
mesin sebagai pembantunya sesuai dengan permintaan kerja secara
fisik, yang jelas terjadi penurunan besar-besaran kebutuhan manusia
sebagai sensor begitu juga berkaitan dengan mental kerja.

Otomasi mampu meningkatkan aturan main dalam era ekonomi
global dan meningkatkan pengalaman kerja sehari-hari, misal seorang
insinyur dapat mengembangkan penggabungan berbagai ragam devais
secara otomatisbdan dengan bantuan model matematika dan peralatan
pengorganisasi untuk membangun sistem yang sangat kompleks
sehingga mempercepat pengembangan aplikasi dan kegiatan manusia.
Walaupun demikian masih banyak pekerjaan yang harus ditangani oleh
manusia, bahkan dengan berkembangnya teknologi otomasi memberikan
banyak peluang kerja bagi manusia, yang cocok dengan pemanfaat mata
manusia untuk pekerjaan presisi dan akurasi, pemanfaatan telinga
manusia, bahkan kebutuhan mutlak tenaga manusia untuk
mengidentifikasi dan mencium wewangian yang tidak mungkin dilakukan
oleh mesin otomatis. Pengenalan patern manusia, pengenalan bahasa
dan kemampuan produksi memang seyogyanya dilakukan oleh insinyur
di bidang otomasi.

Seorang spesialis harware komputer, pengguna programmable
logic controllers (PLCs), sering menerapkan sistem sinkronisasi aliran
input dari sensor dan disesuaikan dengan keadaan aliran output untuk
menentukan kondisi aktuator. Hal ini berfungsi untuk keperluan aksi
kontrol secara presisi, yang memang menjadi keharusan terkait dengan
kontrol hampir di semua proses industri. Pengalaman nyata yang sangat
menakutkan dunia adalah saat datangnya Y2K bug dimana komputer
diprediksi akan mengalami kekacauan, akan tetapi hal itu berjalan terus
bahkan banyak temuan baru di bidang komputer sebagai alat kontrol
otomaasi industri.

Human-machine interfaces (HMI) atau computer human interfaces
(CHI), yang lebih dikenal dengan man-machine interfaces, biasanya
digunakan untuk berkomunikasi dengan PLC dan komputer lainnya,
seperti entering dan monitoring temperatur atau tekanan untuk kontrol
otomatis atau untuk kebutuhan respon terhadap kondisi emergensi.
Orang yang bertugas dalam pelayanan monitor dan kontrol interface
tersebut sering disebut dengan operator stasiun. Bentuk lain
pemanfaatan komputer dalam bidang otomasi adalah pada perlatan tes
otomatis, dimana otomatis kontrol komputer yang digunakan pada
peralatan tes diprogram untuk mensimulasikan pekerjaan manusia
sebagai penguji dalam tes manual biasanya dalam bentuk aplikasi.

Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri

Hal ini sering merupakan bentuk penyelesaian melalui
penggunaan peralatan tes otomatis untuk menentukan urutan secara
khusus (biasanya ditulis dalam program komputer), dan sekaligus
langsung mengendalikan peralatan tes untuk menyelesaikan tugas tes.
Sebagai bentuk akhir otomasi adalah dalam bentuk otomasi software,
yaitu pemanfaatan komputer sebagai pencatat makro kegiatan harian
pekerja (mouse dan keyboard) sebagai makro pemutaraan balik pada
waktu yang akan datang.

Gambar 1.2. Penggunaan robot dalam otomasi proses
(pembuatan mobil)

Dalam operasional otomasi industri tidak jarang ditemui
kegagalan, kerusakan atau gangguan yang harus diantisipasi dalam
bentuk perawatan dan pemeliharaan disamping layanan prima dalam
instalasi dan setup awal penerapan otomasi industri. Dilihat secara
hardware dan software sistem otomasi banyak berhubungan dengan
komponen elektronik, program komputer, pengukuran, sensor, aktuator
dan sistem pengaturan, oleh karena itu seorang pekerja yang
memberikan layanan dan penjaminan kualitas terhadap operasional
sistem industri harus memiliki kompetensi di bidang tersebut di atas
dilandasi teori dasar dan sikap yang profesional.

1.2 Sistem Otomasi
Kemajuan dibidang teknologi terutama pada bidang Elektronika
dan teknologi ICT sangat pesat dan ini sangat mempengaruhi kemajuan
pada proses produksi di industri, ada tuntutan bagi industri yaitu bekerja
cepat, optimnal, jumlah produksi banyak dan ketelitian serta akurasi
produk sebagai tuntutan kualitas harus dipenuhi. Untuk memnuhi tuntutan
tersebut tidak mungkin dipenuhi apabila masih mengandalkan
kemampuan manual dan menggantungkan produksi dari kerja sumber
daya manusia yang memiliki keterbatasan ketahanan bekerja dalam
waktu yang lama, kerja malam hari, ketelitian dan kesamaan karakteristik
hasil produk. Oleh karena itu sistem otomasi elektronika saat ini
berkembang sangat pesat baik dari sisi teknologi, konfigurasi, maupun
kapasitas dan kemampuannya. Sistem ini sangat universal dan fleksibel
sehingga dapat dimanfaatkan oleh industri kecil sampai dengan industri
besar di segala bidang dengan cakupan pemakaiannya sangat luas dan
beragam.

Sistem Otomasi Industri dapat diartikan sebagai sistem dengan
mekanisme kerja dikendalikan oleh peralatan elektronik ( electronic
hardware ) berdasarkan urutan-urutan perintah dalam bentuk program
perangkat lunak (electronic software ) yang disimpan di dalam unit
memori kontroler elektronik. Dalam membangun sistem otomasi industri
antara hardware, software harus menjadi satu kesatuan dan merupakan
sekuensial (urutan) pekerjaan atau sering disebut dengan tahapan, yang
meliputi pekerjaan tahap pembangunan yaitu suatu industri dipersiapkan
sejak awal yang meliputi perencanaan, persiapan, perakitan , instalasi,
pemrograman, inspeksi, komisioning. Selanjutnya pekerjaan tahap
operasional dimana sistem otomasi industri sudah siap dioperasikan,
sehingga perlu pemeliharaan dan jika terjadi kerusakan perlu dilakukan
perbaikan. Oleh karena sistem otomasi industri perkembangan
berdasarkan tuntutan kebutuhan sangat tinggi maka sisem otomasi harus
senantiasa dikembangkan, sehingga diperlukan pekerjaan tahap
pengembangan meliputi perencanaan, persiapan, perakitan, instalasi,
pemrograman, inspeksi, komisioning.Otomasi: dapat didefmisikan
sebagai teknologi yang berlandaskan pada aplikasi sistem mekanik,
elektronik dan komputer. Sering aplikasi otomasi industri dibuat dalam
bentuk robot industri, dan robot merupakan komponen utama dalam
teknologi otomasi berfungsi sebagai pelaksana pekerjaan yang biasanya
dikerjakan oleh buruh, pekerja manusia. Oleh karena robot merupakan
mesin yang dibuat dalam pabrik maka ia memiliki kemampuan dan daya
tahan bekerja secara terus-menerus tanpa mengenal lelah. Penempatan
robot dalam aplikasi otomasi industri hingga saat ini selalu berkembang,
dalam aplikasinya robot industri dibuat mulai dari yang sederhana seperti
belt konveyer, mesin pengisi minuman, mesin las otomatis sampai
aplikasi robot modern untuk pembuatan mobil, pesawat terbang dan
pusat tenaga nuklir. Dengan demikian robot dapat diciptakan untuk

menggantikan posisi-posisi pekerja baik dalam bagian produksi dengan
program keahlian rendah maupun sebagai pengganti teknisi profesional
dengan program keahlian lebih komplek.

Ditinjau dari aplikasinya otomasi dapat dibedakan berdasarkan obyek
yang harus diselesaikan, yaitu:

1.
Tipe tetap yaitu mesin otomatis dibuat khusus untuk
menyelesaikan pekerjaan produksi tertentu saja, dan tidak
drancang untuk meyelesaikam produk lainnya. Pada umumnya
mesin otomasi jenis ini digunakan untuk produksi dalam jumlah
banyak dan dibutuhkan waktu produksi yang cepat akan tetapi
sangat ekonomis biaya produksinya dengan efisiensi yang cukup
tinggi.
2.
Tipe semi tetap: mesin dibuat untuk memproduksi atau
menangani satu macam produk atau tugas, namun dalam
beberapa parameter (ukuran, bentuk dan bagian produk) dapat
diatur secara terbatas. Investasi awal termasuk cukup tinggi,
karena mesin masih bersifat khusus. Robot yang mandiri
termasuk dalam kategori ini.
3.
Tipe fleksibel, mesin dibuat agar dapat digunakan untuk banyak
ragam produknya, sistem otomasi lebih bersifat menyeluruh,
bagianbagian produk dapat diproduksi pada waktu yang
bersamaan. Yang termasuk dalam kategori ini misalnya FMS
(Flexible Automation System) dan CIM (Computer Integrated
Manufacturing). Robot adalah salah satu pendukung dalam
kelompok otomasi ini.
Sistem otomasi tidak bisa lepas dengan sistem pengaturan
ataupun sistem pengendalian, dan dalam sistem pengaturan tujuan
utamanya adalah mengatur dan mengendalikan nilai output tertentu dari
sebuah peralatan sehingga mencapai nilai yang dikehendaki. Peralatan
yang dikendalikan disebut dengan Plan, peralatan yang mengatur atau
mengendalikan disebut dengan kontroler dan nilai yang ingin dicapai
disebut dengan input atau setting point. Besaran yang dikendalikan pada
sistem pengaturan diantaranya suhu (temperatur), kecepatan, arus dan
tegangan listrik, tekanan dst.

1.3 Arsitektur Sistem
Arsitektur sistem otomasi elektronika yang dimaksud adalah DDC
(Direct Digital Control) dan DCS (Distributed Control System ) yang
diperlihatkan pada gambar 1-3 dan 1-4. Sistem akan semakin kompleks
dengan semakin besarnya jumlah variabel proses dan jumlah input /

output ( I/O ) yang digunakan dalam melayani kebutuhan produksi dalam
industri.

MONITOR

PROCESS CONTROLLER :
- Microcontroller
- Microcomputer
- PLC
PROCESS / PLANT
SERIAL / PARALEL INTERFACE
I/O INTERFACE
KEYBOARD
I/O INTERFACE
I/O BUS
Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC ) [1]

[1] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed., Prentice-Hall,
NJ, 1990.
Unit yang ada pada DDC merupakan unit peralatan elektronik meliputi :

· Peralatan Kontrol Proses (analog dan diskrit)
· Peralatan Input dan Output (sensor, aktuator)
· Peralatan Instrumentasi
· Peralatan Komunikasi Data
Disamping itu pada DDC juga dilengkapi dengan unit perangkat lunak :

· Operating System Software
· Communication Protocol
· DDC Application Software

PROCESS ENGINEERS

PROCESS CONTROL LAB

WORKSTATION

MAIN CONTROL ROOM

OS
PROCESS
CONTROLLER
PROCESS
CONTROLLER
LOCAL OPERATOR
STATION
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
I/O
INTERFACE
PROCESS BUSPROCESS BUS
PROCESS
MIS OS
LOCAL AREA NETWORK
Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS ) [2]

[2] Karl J. Astrom : Computer Controlled System s, 2nd Ed., Prentice-Hall,
NJ, 1990 ].
DCS dilengkapi dengan unit Sistem DCS, yaitu,
Unit Peralatan Elektronik :

· Peralatan Kontrol Proses
· Peralatan Input dan Output
· Peralatan Akuisisi Data
· Peralatan Instrumentasi
· Peralatan Interkoneksi
Unit Peralatan Jaringan Komputer (LAN):

· Client & Server Computer
· Peralatan Interkoneksi ( NIC, Konektor, Saluran Transmisi, HUB,
Modem )
Unit Perangkat Lunak :

· Operating System Software ( Computer & LAN )
· Communication Protocol
· DCS Application Software
· Database & Information System

1.4 Industri Pemakai
Pengelompokan industri yang menggunakan sistem DDC dan DCS
diperlihatkan pada tabel 1-1, berikut ini:

Tabel 1-1 : Kelompok Industri Pemakai

SISTEM OTOMASI DCS SISTEM OTOMASI DDC
Industri Logam Dasar Industri Obat
Industri Konstruksi Logam Industri Pengolahan Makanan
Industri Minyak dan Gas Industri Pengolahan Minuman
Industri Kimia Industri Kosmetik
Industri Peralatan Elektronika Industri Pengolahan Kayu
Industri Peralatan Listrik Industri Taman Hiburan
Industri Otomotif Gedung Bertingkat
Industri Peralatan dan Mesin
Produksi
Industri Pipa
Industri Pesawat Terbang
Industri Kapal Laut
Industri Telekomunikasi
Industri Pengolahan Biji Plastik
Industri Gelas dan Keramik
Industri Plastik
Industri Kertas

1.5 Sistem Kontrol Otomasi Industri
Unsur penghubung pengukuran dan elemen kendali paling akhir
(output) adalah pengontrol, sebelum adanya penggunaan komputer,
pengontrol pada umumnya berupa pengontrol single-loop PID. Hal ini
menyebabkan banyaknya produksi pengontrol berupa pengontrol PID
dan hanya bisa melaksanakan fungsi kontrol PID, saat kini sebuah
pengontrol dapat melakukan banyak hal bagaimanapun permasalahan
yang harus diselesaikan, perkembangan terakhir 80 sampai 90%
pengontrol PID masih banyak digunakan. Sekarang sudah banyak sistem
yang menggunakan diskrit yang dalam implementasinya menggunkan
komputer, melalui bahasa pemrograman dapat dibangun sistem kontrol
Fuzzy logic, Neural Network, Knowledge base dll. Sudah tentu bahwa
sangat sukar untuk katakan pengontrol analog lebih baik daripada
pengontrol digital, yang jelas kedua pengontrol dapat bekerja sesuai
dengan fungsinya untuk mencapai pekerjaan yang diberikan. Pengontrol
analog didasarkan pada perubahan yang diakibatkan oleh komponen
elektrik/mekanik dan menyebabkan perubahan pada proses yaitu dari
elemen kendali yang paling akhir. Pada elemen kendali akhir inilah
merupakan bagian yang bergerak terus menerus tidak ada batasan waktu
selalu memberikarikan tanggapan pada proses, sehingga ada sedikit
perubahan selalu pasti ada perubahan pada proses. Berikut beberapa
contoh gambar industri yang telah menggunakan sistem kontrol dalam
melaksanakan proses produksinya.

Gambar 1 -5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel kontrol
otomasi

Gambar 1-6 Operator konsol Gambar 1-7 Ruang Kontrol Otomasi

Gambar 1-8 Sistem Master Kontro (ABB)l

Peralatan Bengkel

Bagi lulusan sekolah SMK adalah menjadi keharusan untuk mampu bekerja atau malah bisa menciptakan peluang kerja sendiri. Setelah membaca, mempelajari, memahami, mendalami dan mempraktekkan apa isi dari buku teknologi sepeda motor ini, dengan didampingi oleh guru praktek, instruktur praktek saat prakerin (praktek kerja industri) diharapkan peserta didik mampu mengaplikasikannya berupa kemampuan kerja. Banyak macam pekerjaan yang bisa timbul dari bidang ini, antara lain bekerja menjadi:

1. Teknisi pencucian –pemasangan asesoris sepeda motor. Dengan area kemampuan seperti:

• Kompeten untuk melepas dan memasang asesoris sepeda motor
• Kompeten untuk mencuci sepeda motor
• Kompeten untuk menyalon sepeda motor

2. Teknisi bengkel tune-up sepeda motor/perusahaan. Dengan area kemampuan seperti:
• Kompeten untuk melepas kepala silinder, menilai komponenkomponennya serta merakit kepala silinder.
• Kompeten merakit dan memasang sistem rem berikut komponen-komponennya.
• Kompeten untuk mengganti rantai
• Kompeten untuk memperbaiki sistim start

3. Teknisi bengkel tambal ban. Dengan area kemampuan seperti:
• Kompeten untuk mengidentifikasi kontruksi jenis roda dan system pemasanganya
• Kompeten untuk melepas roda-roda
• Kompeten untuk pemeriksaan roda dan pemasangannya
• Kompeten untuk memasang roda
• Kompeten untuk membongkar, memasang dan mengganti ban dalam dan ban luar
• Kompeten untuk memeriksa ban dalam dan luar untuk menentukan perbaikan
• Kompeten untuk melaksanakan perbaikan ban dalam.

4. Teknisi dealer sepeda motor/bengkel besar/perusahaan. Dengan area kemampuan seperti:
• Kompeten untuk menentukan mana sepeda motor yang punya performance baik dan motor yang performancenya tidak baik
• Kompeten untuk menggunakan dan memelihara alat ukur
• Kompeten untuk melepas kepala silinder, menilai komponenkomponenya serta merakit kepala silinder
• Kompeten untuk memperbaiki dan melakukan overhaul komponen sistem bahan bakar bensin
• Kompeten untuk melakukan overhaul engine dan menilai komponen-komponennya, memeriksa toleransi serta melakukan prosedur pengujian yang sesuai
• Kompeten untuk melakukan overhaul kopling manual dan otomatis berikut komponen-komponennya
• Kompeten melakukan overhaul sistem transmisi manual
• Kompeten merakit dan memasang sistem rem berikut komponen-komponennya
• Kompeten untuk memeriksa sistem kemudi
• Kompeten untuk memeriksa sistem suspensi
• Kompeten untuk mengganti rantai/chain
• Kompeten untuk memperbaiki instrumen dan sistem pengapian
• Kompeten untuk memperbaiki sistem pengisian
• Kompeten untuk memasang, menguji dan memperbaiki sistem penerangan dan wiring

Untuk memulai suatu pekerjaan perbengkelan sepeda motor, baik itu bengkel skala kecil ataupun sedang, bahkan mungkin besar, perlu kiranya setiap orang mengenal dan menyiapkan kunci-kunci yang dibutuhkan untuk memberi pelayanan pada perbengkelan. Selain keterampilan berbengkel, menentukan kunci yang mana yang pas dipakai untuk pelayanan di perbengkelan adalah juga suatu keahlian yang dibutuhkan seorang montir bengkel, keahlian ini bisa didapat dari teori ilmu dan pengetahuan yang didapat dari sekolah dan adalah penting untuk mendapatkan ilmu pengetahuan melalui pengalaman kerja bagi seorang calon pekerja bengkel. Berikut ini beberapa kunci dan peralatan yang biasa dipakai dan dibutuhkan di bengkel sepeda motor:

1. Peralatan untuk Keselamatan Kerja

Safety pendengaran: Di bengkel yang bising, alat ini diperlukan agar telinga tidak mengalami polusi suara (mengatasi suara bising).

Bike life: digunakan untuk mengangkat sepeda motor yang akan di perbaiki atau diperiksa, dengan adanya bike life ini,
akan lebih memudahkan pekerja untuk mengerjakan bagian-bagian bawah dari sepeda motor dan sikap tubuh pekerja juga akan lebih baik, sehingga pekerja tidak mudah lelah ataupun sakit leher dan punggungnya.

Sepatu pengaman: Untuk safety dalam bekerja

2. Alat Bantu Pekerjaan

Hydraulic press: Alat untuk mempress blok piston, press klahar.

Compressor udara: digunakan untuk menghasilkan udara yang bertekanan, udara ini bisa untuk angin sepeda motor ataupun untuk proses pembersihan knalpot sepeda motor 2 langkah.

Ragum: untuk membuka baut yang doll, atau untuk pegangangan ketika akan memotong suatu bahan

Trolley untuk letak kunci atau rak kunci: dipakai untuk meletakkan kunci-kunci atau peralatan bengkel lainnya yang mungkin diletakkan disini, terutama yang rutin dipakai.

Kotak kunci dari plastic 17”: merupakan kotak plastic untuk meletakkan kunci-kunci yang sirkulasi pemakaiannya lebih sering atau kunci-kunci yang sering dipakai dan tidak berupa set kunci seperti tang, obeng, dsb

Palu: digunakan untuk memukul seperti memukul bagian sepeda motor yang sudah susah untuk dibuka secara normal, hal ini bisa terjadi bila bagian tersebut sudah aus bautnya.

Alat untuk mengukur pengapian

Kaleng penyemprot oli pelumas: digunakan untuk menyemprotkan loli pelumas seperti pada bagian rantai, bagian mesin yang harus dilumasi.

Gergaji besi kecil: digunakan untuk meotong, seperti memotong bagian yang sulit dibuka secara normal sehingga akhirnya harus dipotong

Sikat besi: untuk membersihkan kotoran yang menempel pada mesin motor

Alat pemompa dan pengurangan tekanan angin di ban: terdiri dari manometer sebagai pengukur tekanan angin ban yang dipompakan serta bisa dipakai untuk mengurangi tekanan kebatas yang diinginkan (kebatas maximal tekanan ban).

Air duster: kegunaanya untuk membersihkan kotoran pada bagian mesin, seperti kotoran pada mesin yang telah dibongkar dan akan dipasang, terutama digunakan untuk membersihkan bagian mesin dari pasir, debu, partikel yang mungkin menempel.

3. Kunci-kunci

Tang: untuk membuka baut yang longgar dan untuk memegang baut yang panas

Combination wrench set (kunci pas): digunakan untuk membuka baut dan memasang baut

Feeler: untuk mengukur (menstel klep), pengukur kerenggangan klep dan busi

1/4” Drive sockets set (kunci socket): Digunakan untuk membuka baut-baut yang sukar di buka dengan kunci pas atau kunci wrench.

Pahat: digunakan untuk membuka baut yang telah aus dan sulit untuk dibuka dengan kunci yang semestinya.

Obeng pukul: digunakan untuk membuka baut yang sangat keras dan untuk mengencangkan pemasangan baut.

Puller: digunakan untuk mencabut benda yang susah untuk dikeluarkan, seperti klahar, bagian-bagian yang di press.

Puller dengan 2 gigi penjepit Puller dengan 3 gigi penjepit.

Kunci wrench untuk mengatasi gangguan: digunakan untuk membuka baut yang jauh jangkauan karenanya sulit dijangkau dengan kunci pas.

Tang potong: digunakan untuk memotong kabel

Tang pengunci: digunakan untuk menjepit ataupun membelokkan benda yang sedang di pegangnya. Tang ini digunakan untuk memasang spie

4. Perawatan Dan Pemeliharaan Peralatan Perbengkelan

Peralatan perbengkelan baik itu peralatan keselamatan kerja maupun alat bantu yang digunakan serta kunci-kuncinya penting untuk dipelihara dan dirawat. Pemeliharaan diperlukan untuk mencegah kerusakan dari alat. Pemeliharaan bisa berupa:

1. Pembersihan setelah alat dipakai
2. Meletakkannya di tempat yang semestinya (terlindung dari air hujan dan cahaya matahari yang terik)

Sementara itu untuk merawatnya perlakuan yang harus diberikan antara lain:

1. Membersihkannya secara berkala (dari debu dan karat)
2. Menservisnya secara berkala (agar alat selalu siap pakai dan dalam kondisi baik)

Alat-alat bengkel bagi pebengkel pemula bisa dibeli secara berangsur-angsur tergantung dari modal yang dimilki, karena untuk membeli alat-alat tersebut secara lengkap akan sangat menguras keuangan.

Bagi orang yang punya tekad kuat mendirikan sebuah bengkel sederhana sebagai permulaan baik juga untuk dilakukan, karena dari pengalaman dan pengamatan penulis banyak bengkel sepeda motor yang bermula dari kondisi seperti itu, yang penting kualitas kerja dan cara menghadapi konsumen yang paling perlu diperhatikan. Pekerjaan yang bersih, rapi dan menyelesaikan permasalahan yang dihadapi konsumen bisa menjadi daya tarik utama dari pekerjaan berbengkel, apalagi dengan pelayanan yang ramah dan cekatan, konsumen akan merasa senang dan terlayani sehingga bila ada kendala mereka akan datang lagi, awal yang bagus tersebut akan terus terbina hingga secara tak langsung seorang pebengkel telah menyiapkan langganannya untuk kedepan. Banyak orang yang lebih mengutamakan rasa nyaman dalam memilih tempat langganan.

Kelengkapan alat juga penting namun bagi lulusan SMK standar ini bisa dijadikan kriteria nomor kesekian, tak sedikit orang yang memulai dengan apa yang ada, bagaikan kata-kata bijak ”tak ada rotan akarpun jadi”. Karena memanfaatkan apa yang ada, mengusahakan apa yang tak ada, menerima kondisi yang ada dan mengatur strategi untuk melengkapkannya adalah lebih bijak, lalu lakukan apa yang bisa anda lakukan, dan jangan tunda semangat anda dengan rasa putus asa”. Bagaimanapun banyak jalan menuju Roma.

SOAL-SOAL LATIHAN

1. Sebutkan sekurang-kurangnya 3 macam peralatan yang bisa digunakan untuk alat keselamatan kerja
2. Mengapa seseorang yang lulus dari smk dianggap sebagai orang yang layak untuk bekerja, kemukakan alasan anda dan berikan contoh pekerjaan yang menurut anda bisa diciptakan melalui pengetahuan mengenai sepeda motor.
3. Sebutkan sedikitnya 11 macam kunci yang biasa di pakai di bengkel sepeda motor, dan jelaskan kegunaannya.
4. Apa yang harus dilakukan seorang pebengkel profesional untuk melanjutkan usahanya menjadi lebih baik.

Kemudi, Suspensi, dan Rangka

KEMUDI, SUSPENSI DAN RANGKA

A. SYSTEM KEMUDI (STEERING SYSTEM)
Sistem kemudi befungsi sebagai pengarah dan pengendali
jalannya kendaraan sepeda motor. Sistem kemudi terdiri dari setang
kemudi (handle bar/steering handle), kepala kemudi (steering head),
batang kemudi (steering stem/steering tube), dan komponen-komponen
pendukung lainnya.

Gambar 10.1 Tipe susunan steering head

Selain penampilan, panjang pendeknya stang kemudi merupakan
unsur lain yang harus diperhatikan. Batang kemudi yang panjang akan
ringan digerakkan, namun kendaraan menjadi tidak lincah. Sebaliknya
batang kemudi yang pendek membuat gerakan kendaraan jadi lincah,
namun berat untuk dikendalikan.

Gambar 10.2 Contoh kontruksi batang kemudi

B. SYSTEM SUSPENSI (SUSPENSION SYSTEM)
Sistem suspensi dirancang untuk menahan getaran akibat
benturan roda dengan kondisi jalan. Selain itu, sistem suspensi
diharapkan mampu untuk membuat “lembut” saat sepeda motor
menikung, sehingga mudah dikendalikan. Dengan sistem suspensi juga,
getaran akibat kerja mesin dapat diredam. Semua peran dan kegunaan
sistem suspensi tadi, pada akhirnya dapat diambil kesimpulan bahwa
dengan bekerjanya sistem suspensi, pada dasarnya adalah agar
diperoleh kenyamanan dalam berkendara sepeda motor. Dengan
demikian, gangguan pada sistem suspensi akan berpengaruh langsung
apada kenyamanan berkendara.

Suspensi pada sepeda motor biasanya bersatu dengan garpu
(fork), baik untuk bagian depan maupun bagian belakang. Tetapi ada
juga sebagian motor, suspensi belakang bukan sekaligus sebagai garpu
belakang dan biasanya disebut sebagai monoshock (peredam kejut
tunggal).

1.
Suspensi Bagian Depan (Front Suspension)
Suspensi depan yang terdapat pada sepeda motor pada
umumnya terbagi dua, yaitu:

a.
Garpu batang bawah (bottom link fork); jenis ini biasanya
dipasang pada sepeda motor bebek model lama, vespa atau
scooter.
b.
Garpu teleskopik (telescopic fork); merupakan jenis suspensi
yang paling banyak digunakan pada sepeda motor.
Suspensi teleskopik terdiri dari dua garpu (fork) yang dijepitkan
pada steering yoke.

Gambar 10.3 Salah satu jenis dari
susunan fork telescopic

Garpu teleskopik menggunakan penahan getaran pegas dan oli
(minyak pelumas) garpu. Pegas menampung getaran dad benturan roda
dengan permukaan jalan dan oli garpu mencegah getaran diteruskan ke
batang kemudi.

Garpu depan dari sistem kemudi (yang termasuk kedalam
suspensi depan) fungsinya untuk menopang goncangan jalan melalui
roda depan dan berat mesin serta penumpang. Oleh karenanya garpu
depan harus mempunyai kekuatan, kekerasan yang tinggi, selain caster
dan trail (kesejajaran roda depan) yang berpengaruh besar pada
kestabilan mesin.

Gambar 10.4 Caster, trail dan offset dari
tipe susunan steering head

Caster adalah sudut yang dibentuk pada pertemuan garis pipa
Steering Head dan garis vertical melalui pusat As roda depan, sudutnya
antara 200 -300. Sementara trail merupakan jarak antara pertemuan garis
vertical melalui pusat as roda depan dengan tanah dan pertemuan garis
melalui pipa steering head dengan tanah, jaraknya antara 60 – 100 mm.
Caster dan trail harus ditentukan dengan memperhitungkan tujuan dan
sifat-sifat sepeda motor dan suspensinya.

Sedangkan garpu dengan batang bawah mengandalkan kerja
pegas, karet penahan, dan lengan ungkit untuk menahan getaran akibat
benturan roda dan permukaan jalan.

Gambar 10.5 Suspensi depan jenis
bottom link dan telescopic

2. Suspensi Bagian Belakang (Rear suspension)
Generasi awal suspensi belakang pada sepeda motor adalah
jenis plunger unit. Tipe ini tidak mampu mengontrol dengan nyaman roda
belakang. Tidak seperti suspensi depan, suspensi belakang tidak
mempunyai sistem steering (kemudi). Sistem ini hanya menopang roda
belakang dan menahan goncangan akibat permukaan kondisi jalan.

Tipe suspensi belakang saat ini yang banyak digunakan adalah:

a. Tipe Swing Arm
b. Tipe Unit Swing
Konstruksi suspensi tipe swing arm adalah dua buah lengan yang
digantung pada rangka dan ujung yanga lain dari suspensi tersebut
menopang roda belakang. Rancangan suspensi belakang tipe swing arm
ditunjukkan oleh gambar 10.6 berikut.

Gambar 10.6 Disain suspensi belakang tipe swing arm
dari paduan Aluminium

Cushion unit/shock absorber (peredam kejut) diletakkan antara
ujung belakang dari lengan dan rangka (frame).

Keterangan gambar:

1. Upper mounting eye
2. Nut
3. Rubber stop
4. Shroud (decorative only)
5. Damper rod
6. Spring
7. Oil seal
8. Inner spring
9. Damper valve
10. Damper piston
11. Spring seat
12. Damper body
13. Compression valve
14. Lower mounting eye
Gambar 10.7 Bagian dari komponen
shock absorber

Getaran pada sepeda motor yang disebabkan oleh permukaan
jalan yang tidak rata perlu diredam untuk mengurangi kejutan-kejutan
akibat gerak pegas. Komponen yang berfungsi sebagai peredam kejut
tersebut adalah sok breker. Oleh sok breker gerak ayun naik turun badan
sepeda motor diperlambat sehingga menjadi lembut dan tidak mengejut.
Itulah sebabnya sok breker disebut juga sebagai peredam kejut.

Sok breker terdiri atas sebuah tabung yang berisi oli. Di dalam
tabung tersebut terdapat sebuah katup yang berfungsi untuk mengatur
aliran oli. Perlambatan gerak ayun badan sepeda motor terjadi karena
aliran oli di dalam tabung sok breker terhambat oleh katup. Hal ini disebabkan
karena lubang katup yang sempit. Jika jumlah oli dalam tabung
kurang maka kerja sok breker menjadi tidak baik. Dalam hal ini sok
breker tidak bisa meredam kejutan. Apabila kerja sok breker sudah tidak
baik maka sebaiknya sok breker tersebut diganti. Penggantian sok breker
dianjurkan sepasang sekaligus meskipun sok breker yang satunya tidak
rusak. Hal ini dimaksudkan untuk menyamakan tekanan sehingga sepeda
motor tetap seimbang, tidak seperti berat sebelah/miring. Untuk
menentukan apakah sok breker bekerja dengan baik atau tidak bukanlah
hal yang sulit. Biasanya sepeda motor yang sok brekernya sudah rusak
menjadi tidak enak dikendarai.

Kerusakan sok breker umumnya disebabkan oleh kebocoran oli.
Hal ini bisa dilihat pada tabung sok brekernya. Jika tabung sok breker
selalu basah oleh rembesan oli maka hal itu berarti sok breker telah
bocor. Sok breker harus diganti jika sudah tidak baik kerjanya.

Pemeriksaan dan perawatan:

1. Jika selama sepeda motor dikendarai dan kadang sepeda motor
oleng kesalah satu sisi tanpa sebab yang jelas maka ada
kemungkinan salah satu dari sok brekernya rusak. Periksalah
keadaan sok brekernya. Jika terdapat rembesan oli pada
tabungnya maka hal itu berarti bahwa sok breker bocor sehingga
tekanannya tidak sama. Kedua sok breker harus diganti.
2. Jika selama sepeda motor dikendarai pemegasannya terasa tidak
nyaman tetapi tekanan ban normal, tidak terlalu keras, mungkin
disebabkan oleh sok brekernya yang tidak bekerja. Periksa
semua sok brekernya. Jika salah satu sok breker rusak, ganti
keduanya. Untuk pemeriksaan sok breker, tekanlah sepeda motor
tersebut ke bawah dan kemudian lepaskan tekanan tersebut
secara mendadak. Jika sepeda motor melenting dengan cepat
bagian badannya dan berayun-ayun maka kemungkinan besar
sok brekernya sudah tidak bekerja. Sok breker sepeda motor
tersebut harus diganti.
3.
Periksa keadaan pegas suspensinya. Ukur panjang pegas dalam
keadaan pegas terlepas. Jika panjang pegas melebihi ketentuan,
pegas harus diganti.

Gambar 10.8 Susunan dasar dari swingarm
dan shock absorber

Kontruksi tipe unit swing adalah mesin itu sendiri yang bereaksi
seperti lengan yang berayun. Jadi mesin tersebut yang berayun.
Umumnya suspensi tipe unit swing dipakai pada sepeda motor yang
mempunyai penggerak akhirnya (final drive) memakai sistem poros
penggerak.

Gambar 10.9 Suspensi jenis unit swing
dan swing arm

C. RANGKA (FRAME)
Ditinjau dari segi struktur atau bentuk rangka mempunyai fungsi
antara lain harus mampu menempatkan dan menopang mesin, transmisi,
suspensi dan sistem kelistrikan, serta komponen-komponen lain yang
ada dalam sepeda motor. Oleh karena itu rangka sebaiknya kuat dan
kaku tapi ringan. Sedangkan jika ditinjau dad segi geometri, rangka harus
sesuai dengan geometri yang diinginkan sistem kemudi dan suspensi.
Rangka juga harus mampu menjaga roda tetap sejajar lurus antara
depan dan belakang.

Bahan utama rangka sepeda motor adalah plastik dan logam.
Bagian rangka yang terbuat dari plastik misalnya penahan angin, penutup
rangka dan pelindung roda. Sedangkan bagian utama yang terbuat dari
logam, misalnya rangka utama, kemudi, lengan ayun dan dudukan mesin.

Teknologi rangka sepeda motor dapat dikatakan tidak mengalami
perkembangan yang pesat. Sejak dulu konstruksi rangka relatif sama.
Bentuk komponen rangka pada dasarnya ada tiga macam, yaitu silinder
(contohnya penghubung rangka dan poros kemudi), persegi (contohnya
lengan ayun), dan plat (contohnya dudukan jok).

Rangka berkaitan erat dengan bodi. Oleh karena itu bentuk
rangka mempengaruhi bentuk bodi motor. Kalau terjadi kerusakan pada
rangka, maka akan menimbulkan kerusakan pada bodi juga karena bodi
menempel pada rangka.

Tipe-tipe rangka antara lain:

1. Rangka bak (cradle frames)
2. Rangka tipe trellis (terali)
3. Rangka tipe balok penyeimbang (beam)
4. Rangka tipe spine
Ke empat tipe rangka diatas di tunjukkan oleh gambar berikut ini:

Tipe Rangka cradle Tipe rangka cradle yang rangkap

Rangka tipe trellis
Tipe rangka beam
Tipe rangka
b
Rangka tipe trellis
Tipe rangka beam
Tipe rangka
b

Rangka tipe spine berbentuk pipa
Tipe rangka spine dari pabrik
Rangka tipe spine berbentuk pipa
Tipe rangka spine dari pabrik
Gambar 10.10 Tipe-tipe rangka sepeda motor

SOAL –SOAL LATIHAN BAB X

1.
Sebutkan fungsi dari system kemudi!
2.
System suspensi terbagi berapa, jelaskan masing-masingnya!
3.
Sebutkan tipe suspensi bagian depan dan berikan penjelasan
masing-masingnya!
4.
Sebutkan tipe suspensi bagian belakang dan terangkan masingmasingnya!
5.
Sebutkan perbedaan dari masing-masing jenis rangka yang anda
kenal, sekurang-kurangnya 4 jenis rangka!