Resistor dan rangkaiannya
Resistor adalah komponen elektronika yang paling dasar dan paling banyak digunakan. Hampir semua peralatan elektronika menggunakan resistor. Ada banyak sekali jenis resistor yang dijual dipasaran mulai dari resistor ukuran sangat kecil yang ditempel pada permukaan PCB atau lebih dikenal dengan nama Surface Mounting Device (SMD) hingga resistor daya yang memiliki ukuran yang besar.
Gambar 1 contoh resistor
Prinsip kerja resistor adalah dengan mengatur elektron (arus listrik) yang mengalir melewatinya dengan menggunakan jenis material konduktif tertentu yang dicampur dengan material lain sehingga menimbulkan suatu hambatan pada aliran elektron (arus listrik). Resistor juga dapat dirangkai secara seri, parallel atau gabungannya sehingga dapat digunakan untuk membagi arus listrik, tegangan listrik, penurun tegangan, filter dan sebagainya.
Resistor adalah komponen elektronika pasif yang tidak memiliki sumber daya listrik sendiri atau fungsi penguatan (amplification) dan pengolahan signal, tetapi hanya mengurangi arus dan tegangan suatu signal yang melewatinya. Pada saat resistor dilewatkan arus listrik maka terdapat sejumlah energi yang hilang dalam bentuk panas.
Gambar 2 Beda potensial listrik pada kaki resistor
Untuk dapat dilewati oleh arus listrik maka pada kedua kaki resistor harus ada beda potensial listrik. Besar potensial listrik ini seimbang dengan besar rugi-rugi panas yang timbul pada resistor. Semakin besar beda potensial listrik , maka semakin besar rugi-rugi panas yang timbul. Pada rangkaian DC beda potensial ini dikenal dengan sebutan voltage drop. Tegangan jepit pada resistor dapat diukur dengan mengukur beda potensial pada kaki-kaki resistor pada saat resistor sedang mengalirkan arus listrik.
Resistor termasuk jenis komponen elektronika linier yang menghasilkan voltage drop antara kedua kaki ketika arus listrik mengalir melewatinya. Besar arus listrik dan voltage drop yang terjadi mengikuti aturan hukum Ohm. Besar hambatan resistor akan menentukan besar arus listrik yang mengalir atau besar tegangan jepit yang timbul. Hal ini akan sangat berguna dalam pengaturan arus dan tegangan listrik di rangkaian elektronika.
Terdapat banyak sekali jenis resistor yang sudah dibuat pada saat ini. Resistor ini dibuat dengan bentuk dan fungsi yang beragam menyesuaikan dengan fungsinya di dalam rangkaian elektronika. Suatu jenis resistor dibuat dengan karakteristik dan tingkat ketelitian tertentu sesuai dengan fungsi dan aplikasinya dalam rangkaian elektronika. Stabilitas tinggi, tahan terhadap tegangan tinggi, tahan terhadap arus listrik yang besar atau dapat bekerja dengan stabil pada frekuensi tinggi merupakan beberapa karakteristik yang menjadi pertimbangan dibuatnya resistor-resistor dengan fungsi khusus. Namun secara umum karakteristik resistor meliputi : koefisien temperature, koefisien tegangan, noise, respon frekuensi, daya, temperature kerja, ukuran fisik dan ketahanan.
Di dalam rangkaian elektronika resistor digambarkan dengan symbol zig-zag atau kotak kecil. Untuk resistor dengan hambatan yang dapat diubah-ubah digambarkan dengan symbol zig-zag atau kotak kecil yang ditambahkan sebuah anak panah dan memiliki 3 buah kaki. Gambar 3 berikut ini menunjukan symbol resistor yang umum digunakan.
Gambar 3 macam-macam resistor menurut simbolnya
Nilai hambatan sebuah resistor juga sangat beragam dari ukuran yang sangat kecil nilai hambatannya (< 1 Ohm) hingga resistor dengan ukuran hambatan yang sangat besar (> 10 MOhm). Untuk fixed resistor hanya memiliki 1 nilai hambatan saja, sedangkan untuk variable resistor memiliki rentang nilai hambatan tertentu. Biasanya nilai hambatan pada sebuah variable resistor berkisar dari 0 Ohm hingga nilai maksimum yang tertera pada variable resistor. Variabel resistor ada 2 tipe yaitu variable resistor tipe logaritma dan variable resistor tipe linier. Variabel resistor tipe logaritma memiliki skala rentang hambatannya menurut skala logaritma, sedangkan variable resistor linier memiliki skala rentang hambatannya menurut skala linier. Variabel resistor disebut juga potensiometer. Gambar berikut ini menunjukan beda potensiometer logaritma dengan potensiometer linier.
Gambar 4 Contoh potensiometer logaritma dan linier
Carbon Composite Resistor
Carbon Composite Resistor adalah resistor yang dibuat dari bahan bubuk karbon atau pasta grafit. Resistor ini memiliki daya yang rendah dan toleransi yang kurang bagus, tetapi harga yang murah.
Film resistor atau Cermet Resistor
Film resistor adalah pasta oksida logam konduktif. Mempunyai daya yang sangat rendah dengan tingkat toleransi yang baik.
3. Wire Wound Resistor
Wire Wound Resistor adalah resistor yang dibuat dari kumparan kawat email yang sangat halus dan memiliki casing dari logam yang dilengkapi sirip pendingin. Resistor ini memiliki daya besar dan umum digunakan sebagai beban.
4. Semiconductor Resistor
Semiconductor resistor adalah resistor yang dibuat dari bahan semikonduktor dengan ukuran yang sangat kecil. Biasanya disebut SMD resistor.
A. Fixed resistor
Fixed resistor adalah resistor yang memiliki nilai hambatan yang besarnya tetap. Beberapa jenis fixed resistor sebagai berikut :
1. Carbon composite resistor
Resistor karbon adalah jenis resistor yang paling banyak dibuat dan memiliki harga yang sangat murah. Resistor ini dibuat dari campuran karbon dan keramik dengan komposisi tertentu.
Gambar 5 Resistor karbon, bentuk dan konstruksinya
Rasio karbon dan keramik (konduktor terhadap isolator) menentukan hambatan total resistor. Semakian banyak kandungan karbonnya maka hambatan resistor akan semakin kecil dan sebaliknya semakin kecil kandungan karbonnya maka hambatan resistor akan semakin besar. Campuran karbon dan keramik dicampur dengan baik dan merata kemudian dicetak dalam bentuk tabung kecil yang pada kedua ujung tabung dipasangkan seutas kawat konduktor kecil sebagai kaki resistor. Sisi luar resistor ditutup dengan bahan isolator dan diberikan kode warna untuk menentukan nilai hambatan resistor.
Karbon komposit resistor adalah resistor dengan daya rendah hingga medium yang memiliki tingkat induktansi yang kecil sehingga bagus digunakan pada rangkaian elektronika yang bekerja pada frekuensi tinggi, seperti rangkaian radio. Resistor ini tidak tahan terhadap panas dan noise. Carbon composite resistor ditandai dengan huruf CR contohnya CR10kOhm, dan memiliki tingkat toleransi E6 (20%) , E12 (10%) dan E24 (5%). Carbon composite resistor mempunyai daya 0,125 Watt hingga 5 Watt.
Carbon composite resistor memiliki harga yang murah dan umum digunakan dalam rangkaian elektronika. Untuk aplikasi elektronika yang membutuhkan tingkat tolerasi yang lebih baik maka dibuatlah resistor film (Film tipe resistor).
1. 2. Film Type Resistor (resistor film)
Resistor tipe Film dibuat dari bahan metal film, carbon film atau metal oxide film. Biasanya dibuat dengan menambahkan logam murni seperti nikel atau oksida film seperti timah oksida ke dalam subtract keramik.
Gambar 6 Contoh dan konstruksi metal film resistor
Resistor ini dibuat dari bahan metal film, karbon film atau metal oksida film. Lapisan tipis logam murni seperti nikel atau oksida logam seperti timah oksida ditambahkan ke dalam isolator yang umumnya menggunakan bahan keramik. Tebal dan panjang gulungan lapisan film akan menentukan besarnya nilai hambatan resistor.
Film resistor memiliki toleransi hambatan yang bagus umumnya dibawah 1 %. Karena dibuat dari bahan metal film dan memerlukan pengerjaan dengan teknologi tinggi, resistor ini memiliki harga yang mahal dan hanya digunakan untuk keperluan khusus yang membutuhkan nilai hambatan dengan toleransi yang kecil.
Ciri khas resistor ini, memiliki 5 buah gelang sebagai penanda besarnya hambatan yang dimiliki dan umumnya memiliki warna biru. Dipasaran sering dijumpai dengan daya 0,125 Watt sampai 1 Watt.
3. Wire Wound Resistor
Sesuai dengan namanya, resistor ini dibuat dari gulungan kawat nikrom. Kawat nikrom adalah kawat yang memiliki hambatan jenis yang besar. Kawat nikrom dengan ukuran tertentu digulung dengan rapat namun masih memiliki jarak pisah pada sebatang keramik. Semakin kecil dan panjang gulungan maka semakin besar hambatan resistor dan sebaliknya.
Karena dibuat dari gulungan kawat nikrom , maka resistor ini dapat bekerja pada arus dan tegangan listrik yang besar, namun melepaskan panas yang cukup besar sehingga body resistor dibuat dari bahan logam (biasanya alumunium) yang dilengkapi dengan sirip pendingin. Tujuannya untuk membuang panas yang dihasilkan resistor.
Wire Wound Resistor umum digunakan sebagai beban, pull-up atau pull down pada arus listrik yang besar.
Wire wound resistor memiliki nilai hambatan dari 0,0 1 Ohm hingga 100 Kohm. Dengan daya 5 Watt hingga 300 Watt. Nilai toleransi yang tersedia berkisar dari 1 % hingga 20 %. Gambar 7 menunjukan contoh dan konstruksi wire wound resistor.
Gambar 7 Contoh dan konstruksi wire wound resistor
4. SMD Resistor
SMD resistor adalah resistor yang dibuat dari bahan semikonduktor, biasanya mengunakan semikonduktor silikon. Resistor ini memiliki ukuran yang kecil dan dipasang pada jalur rangkaian tanpa perlu proses pengeboran pada pcb. Karena ukurannya yang kecil dan membutuhkan teknik penyolderan khusus, maka resistor ini jarang digunakan pada rangkaian-rangkaian umum. Umumnya resistor smd banyak dijumpai pada rangkaian elektronika modern seperti komputer, HP, televisi modern.
Tujuan utama dibuatnya resistor smd adalah untuk memperkecil rangkaian elektronika. Karena dibuat dari bahan silikon dan memiliki ukuran yang kecil, resistor ini memiliki harga yang murah.
Nilai hambatan biasanya dicetak langsung pada body resistor dengan kode. Resistor smd memiliki toleransi lebih kecil dari 1% dengan daya yang kecil (<0,25 Watt). Gambar 8 menunjukan contoh resistor smd dan pemasangannya pada pcb.
Gambar 8 Contoh resistor smd
Kode hambatan pada resistor smd sama seperti kode pada kapasitor non polar. Kode ini memiliki 3 digit angka. Digit pertama dan kedua menyatakan angka sedangkan digit yang ketiga menyatakan perkalian pangkat ke n.
Contoh :
Misalkan resistor smd memiliki kode angka 103 maka nilai hambatannya adalah :
10 x 103 = 10.000 Ohm = 10 Kohm.
Misalnya kode angka resistor 471, maka nilai hambatannya adalah 47 x 101 = 470 Ohm.
B. Variabel Resistor
Variabel resistor adalah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah. Variabel resistor ada 2 jenis yaitu :
- Potensiometer,
Adalah variabel resistor yang besar hambatannya dapat diubah-ubah dengan menggunakan tangan. Berikut adalah lambang dan gambar variabel resistor.
Gambar 9 contoh potensiometer
Gambar 10 kontruksi potensiometer
Sebuah potensiometer memiliki 3 buah terminal (kaki), seperti tampak pada gambar 10. Kaki A dan B adalah sebuah resistor tetap sedangkan kaki W (kaki tengah) memiliki kontak yang dapat bergeser sepanjang hambatan A dan B, sehingga bila kontak digeser maka hambatan A-W dan W-B akan berubah.
- Trimmer Potensiometer (Trimpot)
Merupakan potensiometer yang hanya bisa diubah nilai hambatannya dengan menggunakan sebuah obeng untuk memutar kontaknya. Berikut lambang dan gambar trimpot.
Gambar 11 contoh trimpot
C. Termistor
Termistor adalah hambatan yang nilainya dapat berubah secara linier terhadap kenaikan temperatur. Jadi hambatan sebuah termistor dipengaruhi oleh temperatur alat tersebut. Termistor sering digunakan sebagai sensor panas atau dapat juga digunakan untuk menjaga suhu suatu rangkaian atau alat supaya tetap stabil. Lambang dan bentuk termistor dapat dilihat pada gambar 12.
Termistor ada 2 jenis yaitu NTC (Negative Temperature Coefficient) dan PTC (Positive Temperature Coefficient). Pada NTC hambatannya akan turun bila temperaturnya naik sedangkan pada PTC sebaliknya, hambatan akan naik seiring dengan naiknya temperatur.
Gambar 12 Contoh termistor
D. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR adalah resistor yang hambatannya berubah seiring dengan intensitas cahaya yang diterimanya. LDR sering digunakan sebagai sensor cahaya. Nama lain LDR adalah Photo-resistor. Hambatan sebuah LDR akan turun jika intensitas cahaya yang mengenainya meningkat. Gambar 13 menunjukan bentuk dan lambang sebuah LDR.
Gambar 13 Contoh LDR
Hambatan sebuah resistor dinyatakan dalam bentuk kode warna. Pada resistor tipe karbon memiliki 4 buah gelang warna sedangkan film resistor memiliki 5 buah gelang warna. Kode warna resistor dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 14 kode warna pada resistor
Untuk resistor dengan 4 gelang warna:
Gelang warna pertama menyatakan angka
Gelang warna kedua menyatakan angka
Gelang warna ketiga menyatakan pangkat
Gelang warna keempat menyatakan toleransi
Untuk resistor dengan 5 gelang warna :
Gelang warna pertama menyatakan angka
Gelang warna kedua menyatakan angka
Gelang warna ketiga menyatakan angka
Gelang warna keempat menyatakan pangkat
Gelang warna kelima menyatakan toleransi.
Contoh 1 :
Sebuah resistor memiliki 4 gelang warna yaitu :
Merah, merah, coklat emas,
Nilai hambatan resistor tersebut adalah :
Gelang pertama merah : 2
Gelang kedua merah : 2
Gelang ketiga coklat : 101 = 10
Gelang keempat emas : toleransi 5%
Maka hambatan resistor tersebut adalah 220±5% Ohm
Contoh 2 :
Sebuah resistor memiliki 5 buah gelang warna yaitu :
Orange – orange – hitam – hitam – coklat
Nilai hambatan resistor tersebut adalah : 330 x 100 ± 1% = 330±1% Ohm
Nilai toleransi dapat dengan mudah dihitung yaitu dengan mengurangkan sebesar toleransi pada nilai dasar resistor untuk mendapatkan batas bawah dan menjumlahkan sebesar toleransi pada nilai dasar resistor untuk mendapatkan batas atas.
Misalkan resistor dengan nilai dasar 1000 Ohm dan toleransi 10% maka batas atas dan bawah resistor dapat dihitung :
Batas atas : 1000 Ohm + (10% x 1000) = 1100 Ohm
Batas bawah : 1000 Ohm – (10% x 1000) = 900 Ohm
Dalam rangkaian biasanya nilai hambatan resistor sering disingkat dengan tambahan Huruf R, K atau M. Tujuannya untuk memudahkan penulisan dan tidak menambah rumit rangkaian.
Contoh penulisan nilai resistor dalam rangkaian :
1R2 = 1,2 Ohm
1k5 = 1500 kiloOhm
1M = 1 MegaOhm
Resistor yang dirangkai secara seri dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 15 Rangkaian resistor seri
Bila resistor dirangkai secara seri maka nilai hambatan totalnya akan bertambah. Rangkaian seri dapat digunakan untuk membagi tegangan listrik. hambatan total dan pembagian tegangan listrik dapat dihitung sebagai berikut :
Gambar 16 Pembagi tegangan pada resistor seri
Gambar 16 menunjukan 3 buah resistor dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan sumber arus DC sebesar V volt, maka dapat diketahui :
Dari hukum Ohm diketahui :
Maka didapat :
Tegangan untuk tiap resistor (voltage drop) dapat dihitung :
Resistor Resistor Paralel
Resistor yang dirangkai secara paralel dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 17 Rangkaian resistor secara paralel
Bila resistor dirangkai secara paralel, maka hambatan total akan lebih kecil dari hambatan resistor terkecil yang ada di dalam rangkaian. Pada rangkaian resistor paralel terjadi proses pembagian arus listrik, sedangkan tegangan sama untuk tiap resistor. Hambatan total dan pembagian arus listrik dapat dihitung sebagai berikut.
Gambar 18 Pembagi arus listrik pada rangkaian paralel
Gambar 18 menunjukan 3 buah resistor yang dipasang secara paralel dan dihubungkan ke sumber arus DC, maka hambatan resistor total akan menjadi kecil dan terjadi proses pembagian arus listrik. Besar hambatan total dan arus listrik yang mengalir pada tiap resistor dapat dihitung sebagai berikut :
Dari hukum Ohm diketahui :
Maka didapat :
Arus listrik yang mengalir di tiap resistor :
Gambar berikut ini menunjukan beberapa variasi dari rangkaian paralel:
Gambar 19 macam-macam rangkaian paralel
Beberapa resistor dapat dirangkai dalam bentuk kombinasi seri dan paralel. Bila resistor dirangkai dalam kombinasi seri dan paralel maka terjadi proses pembagian arus dan tegangan listrik. Berikut ini beberapa contoh rangkaian kombinasi seri dan paralel.
Contoh 1
Perhatikan gambar 20 berikut ini, hitunglah hambatan total rangkaian dan pembagian arus dan tegangan listrik yang terjadi di dalam rangkaian.
Gambar 20 rangkaian kombinasi resistor
Penyelesaian.
Hambatan total rangkaian adalah :
Seri R2 dan R3 :
Paralel (R2 + R3) dengan R4 :
Hambatan total adalah :
Pembagian tegangan dan arus listrik:
Pada R1 dan RP terjadi pembagi tegangan sebagai berikut :
Arus total :
Maka tegangan pada R1 :
Tegangan pada RAB :
Pembagian arus listrik pada R4 dan Rs adalah :
Arus yang mengalir pada R4 :
Arus yang mengalir pada RS :
Pembagian tegangan pada rangkaian R2 dan R3 adalah :
Tegangan pada R2 :
Tegangan pada R3 :
Tidak ada komentar:
Posting Komentar