Pada suatu saat diperlukan pengukuran yang akurat atau teliti tentang data suatu komponen atau piranti, dan perlu dipahami prinsip-prinsip umum yang bersangkutan. Untuk ketelitian yang baik (± 0,1%) metoda jembatanlah yang dipergunakan untuk membandingkan yang tidak diketahui dengan yang standar. Susunan jembatan Wheatstone (gambar 3.13) dapat dipergunakan untuk pengukuran resistansi dan ada dalam keadaan setimbang bilamana Ra/Rb = Rx/Rs. Penunjukkan detektor D adalah minimum. Hal ini dikarenakan tegangan jatuh pada ujungujung Rb sama dengan tegangan jatuh pada Rs. Titik balans (setimbangnya tidak, bergantung pada nilai tegangan catu dan setiap indikator nol yang peka dapat digunakan. Ketelitiannya bergantung pada toleransi dan stabilitas dari resistor pembanding Ra, Rb dan resistor standar Rs. Pada keadaan setimbang, ketika Ra dan Rb telah distel pada penujukkan nol. Ra/Rb = Rx/Rs.
Berarti bahwa;
Gambar 3.13 Jembatan Wheatstone
Pada jembatan RCL universal dan komersial, dipergunakan tiga buah sirkit jembatan (gambar 3.14). Frekuensi catu daya untuk jembatan biasanya 1 kHz, dan detektor ac yang sangat sensitif biasanya dipergunakan sebuah penguat yang ditala pada 1 kHz dengan outputnya mencatu sebu-ah meter kumparan putar lewat penyearah. Dalam keadaan balance (setimbang) nilai komponen dinyatakan dalam bentuk digital agar mudah dibaca.
Gambar 3.14: Sirkit AC untuk L, C, R
Gambar 3.14: Sirkit AC untuk L, C, R
Gambar 3.14: Sirkit AC untuk L, C, R
Untuk sebuah contoh yang spesifik buat jembatan pemakaian umum adalah:
Terlepas dari jembatan yang tidak sering diperlukan dalam situasi servis, ada beberapa metoda yang baik dan cepat untuk pengukuran komponen. Dua hal perlu diperhatikan:
- Efek setiap arus pengukuran atau tegangan pengukuran terhadap komponen, jika arus pengukuran terlalu tinggi akan menimbulkan disipasi daya yang terlalu besar dalam piranti yang diukur atau suatu tegangan test akan menimbulkan kerusakan tembus (jebol).
- Sumber kesalahan yang terdapat dalam pengukuran yaitu kesalahankesalahan seperti ketidak telitian meter dan efek pembebanan, induktansi kawat penyambung, kapasitansi kawat penyambung, resistansi kawat penyambung. Pada umumnya test lead harus sependek mungkin, terutama jika nilai-nilai rendah diukur, dan lebih-lebih kalau pengukuran itu dilakukan pada frekuensi tinggi. Peralatan yang dijual dipasaran untuk mengukur kapasitansi dan induktansi juga termasuk akurat walau harus secara manual, dapat dilihat pada gambar 3.15.
Gambar 3.15 Kapasitansi atau Induktansi Meter
1. Pengukuran Komponen Aktif
Untuk berbagai semikonduktor diskrit parameter-parameter yang terpenting diberikan pada tabel 3.5.
Tabel 3.5 Parameter-Parameter Penting Semikonduktor Diskrit
Test sederhana dioda untuk memeriksa apakah nilai-nilai VF dan V(BR) berada dalam batas atasnya, dapat dilakukan dengan mempergunakan sumber arus konstan. hampir pada seluruh pengukuran jenis ini, arusnya harus diusahakan konstan untuk menghindari panas berlebihan dan kemungkinan kerusakan komponen. Sebuah karakteristik dioda misalnya 5 mA, dilakukan pada sebuah dioda dan VF terbaca dengan Voltmeter ternyata off.
Gambar 3.16 Karakteristik Dioda Semikonduktor
Jikalau karakteristik IF/VF diperlukan, sebuah sirkit dapat digunakan untuk memperagakannya, pada osiloskop dan harus mempergunakan ramp generator, itu dapat dilihat pada gambar 3.17.
Gambar 3.17 Sirkit RAMP untuk Sirkit TEST, dan Menggunakan CRO untuk Memperagakan Karakteristik Dioda Arah Maju
Gambar 3.17 Sirkit RAMP untuk Sirkit TEST, dan Menggunakan CRO untuk Memperagakan Karakteristik Dioda Arah Maju
Tegangan tembus semikonduktor harus selalu juga diukur dengan sumber arus konstan. Pada keadaan tembus, yang umumnya merupakan "avalanche effect",kenaikan arus yang cepat terjadi bila tegangan naik. Sebuah sirkit pentest "Break down"(tembus) pada gambar 3.18 dapat dipergunakan tanpa merusak dioda yaitu untuk V(BR), VZ, V(BR)CEO dan sebagainya.
Sirkit itu sesungguhnya sebuah pembangkit arus konstan yang dihasilkan oleh sirkit Q1. Basis Ql dipertahankan pada tegangan 5,6 V oleh dioda zener, sehingga VE kira-kira 5V. Arus emiter dan arus kolektor, dapat distel dengan mengubah-ubah resistansi emiter RV1.
GC Loveday,1980, 64
Gambar 3.18 Rangkaian Penguji Tembus Arah Balik Dioda dan Macam-Macam Dioda
Arus akan cukup konstan sepanjang perubahan-perubahan tegangan kolektor dari 10V sampai 200V. Perhatikan bahwa arus maksimum kira-kira 1 mA, cukup rendah dan tidak menimbulkan kerusakan. Kalau sebuah komponen diperiksa batas tembusnya, switch test ditekan dan tegangan pada ujung-ujung komponen akan naik sampai nilai tembusnya dimana arusnya dibatasi. Tegangan pada ujung-ujung piranti yang ditest dapat dibaca dengan multimeter. Pengujian dioda tembus arah balik ini dapat dilakukan untuk semua jenis dioda yang tersedia, dari dioda penyearah, LED maupun dioda zener seperti gambar disamping. Hanya harus disediakan catu daya DC dengan tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tersedia minimum 250 Volt DC.
Dilihat bentuk fisiknya, transistor mempunyai berbagai macam bentuk. Gambar 3.19 menunjukkan bentuk transistor yang sering dijumpai di pasaran.
Gambar 3.19 Bermacam-macam Bentuk Transistor - Klaus Tkotz, 2006
Transistor beroperasi secara normal bila antara emitter dan basis diberi tegangan maju (forward), sedang antara kolektor dan emiternya diberi tegangan mundur (reverse). Dalam rangkaian sederhana digambarkan sebagai berikut:
Gambar 3.20 Tegangan Kerja Normal Transistor NPN dan PNP
Pentestan-pentestan hFE pada umumnya digunakan sebagai petunjuk operasi transistor dan sebuah rangkaian sederhana untuk mengukur itu ditunjukkan pada gambar 3.21. perhatikan bahwa hFE adalah sinyal dc yang besar penguatan "Common emiter atau emiter terbumi:
Pada nilai-nilai tertentu dari VCE dan IC. Berbagai sirkit dapat dibangun untuk mengukur dengan tepat, misalnya hFE, hfe maupun parameter-parameter h yang lainnya, tetapi merupakan pertanyaan.
Barangkali lebih baik, jika kita membuat kurva karakteristik menggunakan misalnga "XY plotter" untuk secara otomatis menghasilkan kurva (gambar 3.22).
VCE(sat) biasanya ditentukan dengan IC/IB = 10 : 1, Jadi untuk menswitch transistor-transistor sebuah sirkit pentest go/no-go seperti pada Gambar 3.23 dengan mudah dapat dibuat dan nilai-nilai VCE(sat) pada nilai-nilai IC tertentu diukur dengan voltmeter digital.
Gambar 3.22 Pemakaian XY Plotter untuk Mendapatkan Karakteristik Transistor.
Gambar 3.23 Pengukuran VCE(sat)
- IC = 10 mA perhatikan bawah RB : RC = 10 : 1
- Pengukuran VCE(sat) pada nilai-nilai IC diperoleh dengan mengubah-ubah nilai RB dan RC.
- Untuk FET, parameter-parameter dapat dibuktikan kembali.
Sirkit untuk memeriksa nilai-nilai tersebut diatas ditunjukkan pada gambar 3.24. Untuk Yfs (atau juga disebut gm) transkonduktansi, sirkit itu mempunyai taraf bias tetap yang diset sedemikian rupa sehingga dapat ditetapkan suatu titik kerja. Kemudian VGS divariasikan oleh sinyal. dari sumber ac dan perubahan yang dihasilkan pada arus drain dicatat. Harga Yfs akan sebesar 2 milliSiemen.
Gambar 3.24 Pengukuran FET
Akhirnya untuk komponen diskrit thyristor ditunjukkan sebuah sirkit pentest pada gambar 3.25. Sirkit ini dapat memeriksa benar tidaknya operasi FET dengan memasangkan nilai-nilai khusus dari IGT dan VGT ke gerbang thyristor. Mula-mula R2diset pada minimum, S1 ditutup arus meter I harus rendah (50u A) dan voltmeter harus menunjukkan 24 V. Ini disebabkan oleh karena thyristor memblok arah maju, jadi nonkonduksi. M1 harus menunjukkkan kira-kira 100 mA, dan M2 menunjukkan kira-kira 1V. Selanjutnya bila R2 dinaikkan nilai arusnya berangsur-angsur menurun sampai tercapai suatu titik nonkonduksi dari thyristor itu. Arus yang ditunjukkan tepat sebelum nonkonduksi adalah arus hold (holding current) IH.
Gambar 3.25: Rangkaian untuk Menguji Thyristor
2. Test pada IC linier dan digital
Mentest IC linear dan digital dapat juga dilakukan dengan teliti pada semua parameter, tetapi lebih umum menunjukkan fungsi sirkit lebih diperlukan. Dengan perkataan lain apakah sebuah op-amp mempunyai penguatan atau apakah sebuah IC counter dapat membagi dengan benar ? Dengan memasangkan IC kedalam sebuah "TEST JIG" yang mengharuskan IC itu berosilasi atau melaksanakan fungsi logik, piranti-piranti yang baik dapat disimpan dan dipisahkan dari yang buruk atau rusak. Prosedur ini dapat pula dipergunakan untuk mentest tiap piranti aktif seperti transistor, unijunction dan thyristor.
transistor, unijunction dan thyristor
Gambar 3.26 Macam-macam Bentuk IC Linear dan Digital
Dua buah contoh metoda ini ditunjukkan pada gambar 3.27. Yang pertama menunjukkan bagaimana sebuah IC linier dari jenis DIP, 8 pin dapat diperiksa dengan pemeriksaan fungsional. Komponenkomponen disekitar IC akan membentuk osilator frekuensi rendah (2Hz). Kalau IC dimasukkan kedalam soket "test jig" dengan benar, LED akan menyala hidup-mati. Sebuah CMOS Quad 2 input positive (I/p) NAND gates (4011B) dapat juga dicek dengan merangkaikan komponen-komponen sekitar soket (14 pin) sehingga terjadi osilasi frekuensi rendah. Pemeriksaan tambahan terhadap gerbang internal dapat dilakukan dengan mengaperasikan kedua "Inhibit switches" Sl dan S2.
Gambar 3.27 Contoh Rangkaian Test IC a) Rangkaian Test IC OP-AMP (b) Rangkaian tes CMOS NAND CD 4011
3. Komponen Elektronika Optik
Suatu hal yang sangat menarik buat kalian di dalam mempelajari komponen elektronika adalah mendalami tentang komponen elektronika optik, yang lebih dikenal dengan istilah optoelektronik. Mengapa demikian? Karena semua komponen optoelektronik selalu berhubungan dengan cahaya, baik komponen tersebut bekerja karena ada cahaya, atau menghasilkan cahaya atau mengubah cahaya.
Baik sebagai pengingat kembali kita mulai dari pengertiannya lebih dahulu, bahwa komponen optoelektronik adalah komponen-komponen yang dipengaruhi sinar (optolistrik), komponen-komponen pembangkit cahaya (light-emitting) dan komponen-komponen yang mempengaruhi atau mengubah sinar.
Komponen optolistrik dapat dikatagorikan sebagai:
- Foto emisi: disini radiasi yang mengenai katoda menyebabkan elektron-elektron diemisikan dari permukaan katoda itu, contohnya: tabung pengganda foto, LED (Light Emitting Diode), LCD (Liquid Crystal Dinamic) dan dioda laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
- Foto konduktif: disini bila komponen disinari maka resistansi bahan berubah, contohnya: dioda foto (diberi tegangan mundur) dan LDR.
- Foto voltaik: komponen ini akan membangkitkan tegangan pada output yang sebanding dengan kekuatan radiasi, contohnya: dioda foto (tanpa diberi tegangan), solar cell, transistor foto, darlington foto, FET foto dan opto electronic coupler.
Semua jenis foto emisi biasanya menghasilkan sinar, perpendaran (menjadi cemerlang) sampai menghasilkan sinar yang amat kuat yang dapat mengelas logam. Pada LED akan menghasilkan sinar yang bermacam-macam warnanya tergantung dari jenis semikonduktor yang digunakan dan komponen ini umurnya panjang dan kuat sehingga saat ini banyak digunakan sebagai pengganti lampu rem pada mobil atau sepeda motor. Sedangkan perkembangan LCD sangat pesat dan banyak digunakan sebagai pengganti layar tabung monitor komputer atau TV. Pada sinar laser banyak digunakan juga pada kedokteran, pengukuran yang presisi pada industri dan lain-lain.
Untuk foto konduktif komponen ini akan mempunyai resistansi sangat besar (di atas 100 K Ohm) saat tidak disinari dan hanya beberapa ratus ohm saat disinari, biasanya digunakan pada lampu taman otomatis. Coba sebagai tugas: buat / cari rangkaian taman otomatis dengan menggunakan LDR dimana saat mulai senja maka lampu ditaman atau diteras rumah mulai menyala secara otomatis. Terangkan cara kerja rangkaian tersebut mengapa bisa demikian.
Untuk komponen foto voltaik akan menghasilkan tegangan / arus jika disinari, yang paling banyak digunakan saat ini adalah solar cell dipakai sebagai penghasil tegangan untuk pengisian baterai sebagai pengganti sumber daya saat listrik AC padam. Coba kalian cari tahu tentang hal itu.
Rangkuman
- Untuk mengurangi kemungkinan sebuah komponen rusak maka kita harus memahami keterbatasan masing-masing komponen tersebut.
- Kegagalan resistor tetap maupun variabel bisa terjadi secara berangsur-angsur dan berubah nilainya menjadi besar ataupun secara tiba-tiba terputus karena penggunaan yang salah, tetapi resistor tetap mempunyai laju kegagalan yang rendah sekali (sangat andal) dibandingkan dengan resistor variabel maupun komponen lainnya.
- Kegagalan pada kapasitor bisa terbuka atau hubung-singkat dan masing-masing jenisnya kemungkinan penyebabnya dapat berbedabeda.
- Pada komponen semikonduktor tingkat kegagalannya cukup tinggi terutama pada saat fabrikasi, karena banyak proses yang harus dijalani yang cukup rumit.
- Kegagalan pada komponen semikonduktor bisa terbuka maupun hubung-singkat, dan komponen ini lebih peka bila dibandingkan dengan komponen pasif, jadi penanganannya harus lebih hati-hati.
- Pencegahan agar komponen tidak cepat rusak saat digunakan perlu diketahui dan diperhatikan, sehingga komponen tidak rusak dahulu sebelum dipergunakan.
- Komponen perlu juga diuji untuk meyakinkan keberadaannya, apakah masih dapat dipakai atau tidak. Pengujian dapat dilakukan secara sederhana maupun secara lebih akurat lagi dengan menggunakan rangkaian sederhana yang dapat kita rangkai sendiri.
- Komponen elektronika optik adalah komponen-komponen yang dipengaruhi sinar (optolistrik), komponen-komponen pembangkit cahaya (light-emitting) dan komponen-komponen yang mempengaruhi atau mengubah sinar. Terdiri dari tiga kategori, yaitu: foto emisi, foto konduksi dan foto voltaik.
Soal latihan Bab 3
- Mengapa kita perlu memahami keterbatasan sebuah komponen? Berilah contohnya!
- Sebutkan kegagalan yang dapat terjadi pada resistor tetap, dan apa penyebabnya!
- Berilah penjelasan mengapa pada potensiometer dapat terjadi kegagala sebagian!
- Sebutkan penyebab terjadinya kerusakan, baik terbuka maupun hubung-singkat pada kapasitor elektrolit yang banyak kita gunakan!
- Sebutkan penyebab kegagalan pada semikonduktor saat fabrikasi secara singkat!
- Apa yang perlu dilakukan untuk mencegah terjadinya kerusakan ketika kita sedang menangani komponen terutama komponen semikonduktor!
- Sebutkan hal-hal penting apa saja yang perlu kita lakukan saat menangani komponen MOS!
- Pengujian komponen dibagi dalam tiga bidang utama, sebutkan!
- Buatlah rangkaian yang dapat memperagakan karakteristik dioda arah maju! Terangkan secara singkat bagaimana kerjanya!
Tugas Kelompok
Coba anda rancang secara berkelompok (maksimum 3 orang) tugas di bawah ini:
- Buatlah sebuah rangkaian TEST JIG untuk IC Op-Amp, dan terangkan dengan singkat bagaimana kerjanya!
- Setelah kelompok anda yakin dengan rancangan tersebut, bisa anda realisasikan saat pelajaran praktek dengan bantuan instruktur praktek yang ada.
