Nama : Firdaus Santosa Prodi : P.T.Elektronika No. Reg : 5215122673

1. 1
MODUL ELEKTRONIKA
PENGANTAR ELEKTRO TEKNIK DAN SIMULASI
SOFTWARE ELECTRONIC WORKBENCH
Disusun Oleh :
Nama : Firdaus Santosa
No. Reg : 5215122673
Prodi : Pend. Teknik Elektronika
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
JAKARTA
2012
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

2. 2
A. LANDASAN TEORI ELEKTRONIKA DASAR
1. Pengertian Arus Listrik (Electrical Current)
Kita semua tentu paham bahwa arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana
setiap elektron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda
bermuatan negative berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron. Derajat
termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan
sebuah elektron, sering dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan
coulomb, yaitu sebesar
q = 1,6 x 10-19 coulomb.
Misalkan kita mempunyai sepotong kawat tembaga yang biasanya digunakan sebagai
penghantar listrik dengan alasan harganya relatif murah, kuat dan tahan terhadap korosi.
Besarnya hantaran pada kawat tersebut hanya tergantung pada adanya elektron bebas (dari
elektron valensi), karena muatan inti dan elektron pada lintasan dalam terikat erat pada
struktur kristal. Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah
yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka
seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Namun jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektron
sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tapi
ingat, dalam hal ini disepakati bahwa arah arus ke kiri). Aliran elektron inilah yang
selanjutnya disebut arus listrik.
Besarnya arus listrik diukur dengan satuan banyaknya elektron per detik, namun demikian ini
bukan satuan yang praktis karena harganya terlalu kecil. Satuan yang dipakai adalah ampere,
dimana i= dq/dt
1 ampere = 1coulomb/det.
Contoh di bawah ini menggambarkan besarnya arus listrik untuk beberapa peralatan:
Stasiun pembangkit……………………… 1000 A
Starter mobil..…………………………… 100 A
Bola larnpu….…………………………… 1A
Radio kecil….…………………………… 10 mA
Jam tangan….…………………………… 1 mA
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik
bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/T
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun
kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan
negatif ke arah yang sebaliknya.
Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).
2. Pengertian Tegangan (Voltage)
Akan mudah menganalogikan aliran listrik dengan aliran air. Misalkan kita mempunyai 2
tabung yang dihubungkan dengan pipa seperti pada gambar 1.1. Jika kedua tabung ditaruh di
atas meja maka permukaan air pada kedua tabung akan sama dan dalam hal ini tidak ada
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

3. 3
aliran air dalam pipa. Jika salah satu tabung diangkat maka dengan sendirinya air akan
mengalir dari tabung tersebut ke tabung yang lebih rendah. Makin tinggi tabung diangkat
makin deras aliran air yang melalui pipa.
Gambar 1. Aliran air pada bejana berhubungan
Terjadinya aliran tersebut dapat dipahami dengan konsep energi potensial. Tingginya tabung
menunjukkan besarnya energi potensial yang dimiliki. Yang paling penting dalam hal ini
adalah perbedaan tinggi kedua tabung yang sekaligus menentukan besarnya perbedaan
potensial. Jadi semakin besar perbedaan potensialnya semakin deras aliran air dalam pipa.
Konsep yang sama akan berlaku untuk aliran elektron pada suatu penghantar. Yang
menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial (dinyatakan
dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda potensial akan
semakin besar pula arus yang mengalir. Perlu dicatat bahwa beda potensial diukur antara
ujung-ujung suatu konduktor. Namun kadang-kadang kita berbicara tentang potensial pada
suatu titik tertentu. Dalam hal ini kita sebenarnya mengukur beda potensial pada titik tersebut
terhadap suatu titik acuan tertentu. Sebagai standar titik acuan biasanya dipilih titik tanah
(ground).
Lebih lanjut kita dapat menganalogikan sebuah baterai atau accu sebagai tabung air yang
diangkat. Baterai ini mempunyai energi kimia yang siap diubah menjadi energy listrik. Jika
baterai tidak digunakan, maka tidak ada energi yang dilepas, tapi perlu diingat bahwa
potensial dari baterai tersebut ada di sana. Hampir semua baterai memberikan potensial
(tepatnya electromotive force - e.m.f) yang hampir sama walaupun arus dialirkan dari baterai
tersebut.
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua
titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi
potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor
listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan
sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
V= I .R
Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).
3. Hambatan
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik
(misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan
sebagai berikut:
R = V/I dimana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

4. 4
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
4. Hukum Ohm
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri
electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus,
dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah
pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian
dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik.
Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan
ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada
titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut
tidak ada artinya.
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan,
atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan.
Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong
electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya
arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal
ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau
melewati titik pada suatu titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu
menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain
dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik,
tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar.
Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional.
Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis
Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german
Georg Simon ohm.
Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V
untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari
tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk
beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah
tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat
lebih umum.
Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb,
dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil.
Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai
dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

5. 5
sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini,
besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).
Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur
sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah
joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1
newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit,
ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot.
Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan
untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu
dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1
volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan
melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada
sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita
mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan
mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut
hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper
pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah
besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm
menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara
tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
HUKUM OHM
E=IR
I=E/R
R=I/E
Kesimpulan :
• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
• Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R
• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I
Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :
P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R
Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

6. 6
B. PRAKTEK DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE
1. Cara Menggunakan Software Electronic Workbench untuk mengukur Arus
EWB (Electronic WorkBench) adalah salah satu jenis software elektronika yang digunakan
untuk melakukan simulasi terhadap cara kerja dari suatu rangkaian listrik. Perlunya simulasi
rangkaian listrik adalah untuk menguji apakah rangkaian listrik itu dapat berjalan dengan
baik dan sesuai dengan pendekatan teori yang digunakan pada buku-buku elektronika, tanpa
harus membuat rangkaian listrik itu secara nyata. Perlu diingat, simulasi yang dilakukan
dengan menggunakan EWB adalah simulasi yang menghasilkan keluaran yang ideal.
Maksudnya keluaran yang tidak terpengaruh oleh faktor-faktor ketidakidealan seperti
gangguan (dikenal dengan noise dalam elektronika) seperti halnya gangguan yang sering
terjadi pada rangkaian listrik yang sebenarnya (nyata).
Penggunaan EWB haruslah didukung oleh pengetahuan dasar tentang elektronika. Tanpa
pengetahuan dasar elektronika yang memadai seperti cara pemakaian alat ukur (osiloskop,
multimeter dan lain sebagainya), tentu saja akan lebih sukar untuk memahami cara kerja dari
software ini. Software ini menggunakan sistem GUI (Graphic User Interface) seperti halnya
Windows sehingga pemakai software yang sudah memahami pengetahuan dasar elektronika
akan mudah menguasai penggunaan software ini.
Cara menginstall EWB 5.12:
Peng-install-an software ini cukup mudah. Cari source (sumber/ file setup) dari EWB 5.12
ini, lalu double click pada file setup. Tentukan tempat tujuan EWB diinstall (misalnya
C:Program Files EWB 5.12), lalu klik OK. Tunggu proses instalasi selesai, lalu ke
startmenu buka programs-->electronic workbench-->EWB 5.12. EWB siap dipakai.
1. Tampilan Awal Aplikasi
Gambar 2. Tampilan awal aplikasi
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

7. 7
Aneka Tools yang terdapat pada software electronic workbench.
Gambar 3. Aneka Fungsi Tools dalam EWB
2. Membuat new dokumen
Klik File → New atau Ctrl + N
Gambar 4. Membuat New File
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

8. 8
3. Membuat rangkaian hambatan
Dengan cara arahkan kursor pada gambar resistor
Lihat gambar 5.
Gambar 5. Menambahkan hambatan
Lalu drag ke dalam kanvas putih tersebut.
Lalu tambahkan pula sumber arus pada icon disebelah resistor.
4. Kemudian hubungkan dengan mendekatkan ke ujung-ujung komponen hingga muncul
titik lalu drag titik tersebut ke ujung titik komponen yang lain.
Hasilnya seperti gambar 6 berikut.
Gambar 6. Menghubungkan komponen
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

9. 9
5. Memberi nilai pada masing-masing komponen
Setelah jadi rangkaian seperti gambar diatas perhatikan bahwa nilai masing-masing
komponen merupakan nilai default.
Untuk mengganti nilai komponen caranya dengan klik kanan pada komponen, lalu
component properties kemudian pilih value. Isikan pada tab Resistance ( R ) nilai hambatan
yang akan kalian berikan misalkan 8 Ω.
Gambar 7. Memberi Nilai Komponen
6. Setelah itu lakukan langkah yang sama pada komponen-komponen yang lainnya, misal
R2 = 12 Ω, dan V = 2 V.
Gambar 8. Memberi nilai setiap komponen
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

10. 10
7. Menghitung Arus
Menghitung arus dapat dilakukan secara manual maupun dengan menggunakan alat.
Kalau secara manual maka rumus untuk menghitung arus adalah :
I = V/R
Sehingga apabila kita menggunakan contoh rangkaian diatas maka :
R total = R1 + R2
= 8 + 12 = 20 Ω
I = 2/20 = 0,1 A atau 100 mA
Sedangkan apabila menggunakan alat simulasi maka
caranya dengan memasukan Amperemeter secara seri pada rangkaian yang ada pada tab
indicator lalu pilih amperemeter lalu drag kedalam rangkaian.
Gambar 9. Menghitung Arus
Kemudian klik tombol saklar yang terletak diujung kanan atas aplikasi, maka secara otomatis
amperemeter akan menghitung berapa besar arus yang mengalir pada rangkaian.
Nah, nampak 100,0 mA. Itu artinya rangkaian anda bekerja dengan baik. Selamat!
Perlu diingat untuk menghitung arus maka amperemeter dihubungkan secara seri, dan untuk
mengukur tegangan maka voltmeter dihubungkan secara parallel.
2. Cara Menggunakan Software Electronic Workbench untuk mengukur Tegangan
Pada Prinsipnya sama seperti Langkah-langkah mengukur Arus, hanya saja kalau untuk
mengukur arus dipasang seri, maka untuk mengukur tegangan harus dipasang secara parallel.
Bagaimana maksudnya? Kita lihat contoh dibawah ini.
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa

11. 11
Gambar 10. Contoh Pemasangan Voltmeter
Gambar diatas hanya contoh pemasangan Voltmeter saja yaitu secara parallel, apabila
dijalankan belum tentu akan berjalan sempurna.
Berikut contoh pemasangan yang benar.
Gambar 11. Mengukur Tegangan
Modul Pengantar Elektro Teknik Firdaus Santosa