Elektronika

Elektronika adalah bidang yang menarik dan sesungguhnya sangat sederhana dan mudah. Kesederhanaan yang beranjak dari rumusan universal hukum Ohms yang sederhana yaitu V=I.R. Seiring dengan perjalanan waktu, kemudian berkembang teorema-teorema lain sejalan dengan perkembangan komponen- komponen elektronika resistif, induktif dan kapasitif. Lalu selanjutnya sampai pada perkembangan komponen diskrit transistif.

Sejak penemuan transistor beberapa dekade yang lalu, sampai saat ini dan seterusnya elektronika analog dan digital berkembang semakin kompleks dan kompak di dalam satu chip semiconductor. Perkembangan elektronika dan aplikasinya tersebut terjadi karena kita memang memerlukannya, bahasa keren-nya we can't live without. Hampir segala keperluan hidup sehari-hari dan sejauh mata memandang tidak terlepas dari alat alat elektronika

Millenium baru menurut sebagian orang sudah dimulai sejak tahun 2000, tetapi sebagian lain mengatakan baru dimulai pada tahun 2001. Ada benarnya jika dikatakan tahun 2000 adalah akhir dari millenium ke-2 dan kita baru saja memasuki millenium yang ke-3. Karena awal tahun semestinya dimulai dari tahun 1, kecuali kalau saat itu disepakati mulainya tahun 0. Kapan sebenarnya awal perhitungan tahun itu dimulai, jawabannya kira-kira 2000 tahun yang lalu berdasarkan evolusi Bumi mengililingi Matahari. Lain lagi jika menurut perhitungan tahun Hijriah yang berdasarkan evolusi Bulan mengitari Bumi.

Berapakah usia anda sekarang, boleh dijawab dengan singkat 21 tahun. Barangkali bisa lebih tepat dengan mengatakan 21 tahun 7 bulan. Mungkin bisa juga dikatakan pada hari ini usia anda 21 tahun 7 bulan dan 18 hari. Untuk lebih detail bisa disebutkan usia anda pada saat gong berbunyi adalah 21 tahun 7 bulan 18 hari dan 54 detik. Sampai di sini informasi tentang usia anda amat sangat rinci dan barangkali seseorang hanya ingin tahu usia anda kira-kira 21 tahun. Kira-kira atau lebih kurang adalah sebuah aproksimasi yaitu pendekatan dari nilai yang sebenarnya.

Dalam elektronika praktis aproksimasi sering dilakukan sesuai keperluan. Untuk memberi resistor pull-up suatu gerbang digital Vcc = 4.75 volt (+/- 5%) dengan arus pada saat logik 1 (high current) lebih kurang 400 uA, maka diperlukan resistor pull-up sebesar R = V/I = 4.75/400 uA = 11.875 kOhm. Namun anda bisa memberinya 10 kOhm 1/4 watt yang banyak diperoleh di pasar komponen dengan harga yang relatif murah. Dapat dibayangkan berapa energi dan waktu yang terbuang jika resistansi dan kapasitansi kabel pada rangkaian power supply turut diperhitungkan. Tetapi sampai batas tertentu efek resistansi dan kapasitansi kabel tidak bisa diabaikan pada rangkaian filter frekuensi tinggi.

Aproksimasi yang baik adalah pendekatan yang disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa pengabaian perlu dilakukan asal saja tidak menghilangkan esensi dan tujuan yang hendak dicapai. Aproksimasi merupakan pendekatan dari suatu kesempurnaan yang pada akhirnya akan mencapai keseimbangan, antara kualitas dan biaya :)



Hukum Kirchoff
Rangkaian elektronika yang ruwet seperti benang kusut atau yang rumit dan canggih, sesungguhnya memiliki hukum dasar yang dinamakan hukum Kirchoff. Ada dua hukum dasar yang dipostulatkan yaitu hukum yang menyangkut tegangan (voltage law) dan hukum arus (current law). Kedua hukum ini ditemukan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887).

Hukum Kirchoff tentang tegangan menyatakan bahwa jumlah tegangan-tegangan didalam satu rangkaian tertutup sama dengan 0 (nol). Sebelum hukum ini dipostulatkan, pada jaman yang sama kira-kira tahun 1827, George Simon yang juga seorang Jerman, merumuskan hukum Ohm yang dikenal dengan formula V=IR.

Baiklah, untuk lebih jelas tentang hukum ini ada baiknya menyimak gambar rangkaian-01 berikut. R1, R2 dan R3 adalah resistor seri yang besarnya masing-masing 10K, 7K dan 8K. Dari rangkaian-01, total resistansi adalah R1+R2+R3 atau sama dengan 25 kOhm. Dengan hukum Ohm, diketahui arus yang mengalir pada rangkaian tertutup ini adalah I = V/R = 25V / 25 kOhm = 1 mA. Arah arus ditentukan sesuai dengan arah potensial sumber tegangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.

Arah arus ini menentukan polaritas tegangan jepit antar titik pengamatan. Tegangan jepit pada masing masing resistor R1, R2 dan R3 adalah V1, V2 dan V3. Dapat dihitung V1= iR1 = 1mAx10kOhm = 10 volt, V2= iR2=1mAx7kOhm= 7 volt dan V3= iR3=1mAx8kOhm= 8 volt. Pada rangkaian ini hukum kirchoff dibuktikan dengan mengatakan bahwa Vs - V1 - V2 - V3 = 25-10-7-8 = 0 volt. Hubungan ini mengatakan bahwa Vs = V1+V2+V3.

Hukum Kirchoff lainnya adalah tentang arus (current law), yang menyatakan bahwa arus masuk pada satu titik percabangan akan sama dengan arus yang keluar melalui titik yang sama. Secara singkat hukum ini adalah hukum kekekalan arus, yang masuk harus sama dengan yang keluar tidak lebih dan tidak kurang. Bunyi asli dari hukum ini kira-kira adalah jumlah arus pada satu titik sambung adalah sama dengan 0 (nol). Sebagai contoh adalah pada rangkaian-02, dimana Vs = 24 volt mensuplai rangkaian resistor R1 dan R2 yang paralel dan tersambung seri dengan R3. Resistansi R1, R2 dan R3 masing-masing adalah sebesar 30K, 20K dan 8K. Arah-arah arus pada rangkaian ini ditentukan sesuai dengan arah potensial tegangan suplai, seperti yang terlihat pada gambar2.

Resistansi resistor paralel dihitung sebagai Rp = R1R2/(R1+R2) = (30x20)/(30+20) = 12 kOhm. Sehingga resistansi total Rt = Rp+R3 = 12+8 = 20 kOhm. Maka dengan ini diketahui arus yang mengalir keluar dari sumber tegangan adalah i1 = Vs/Rt = 24v/20kOhm = 1.2 mA. Tegangan jepit pada R3 adalah V3 = i1R3 = 1.2mAx8kOhm = 9.6 volt, maka tegangan jatuh atau tegangan jepit pada titik a dan b adalah Vp = Vs-V3 = 24-9.6 = 14.4volt (hukum kirchoff tentang tegangan).

Dengan demikian arus yang melewati R2 dan R3 berturut-turut adalah i2=Vp/30 = 0.48mA dan i3=Vp/20= 0.72mA. Dengan demikian hukum kirchoff tentang arus terbukti pada titik a adalah i1- i2- i3 = 1.2 - 0.48 - 0.72 = 0 mA. Sesuai dengan arah panah yang ditunjukkan pada titik a dan b berlaku i1=i2+i3.

Hukum di atas adalah hukum alam yang beraturan dan berlaku universal. Hukum ini adalah hukum sang Pencipta yang dirumuskan oleh seorang manusia. Hukum Kirchoff mengandung moral yang menyiratkan keseimbangan, keadilan dan ketidak serakahan. Hukum alam selalu pasti, lurus dan sederhana. Tidak seperti hukum yang dibuat oleh manusia, terkadang sengaja dibuat rumit untuk bisa berkelit.