Pertemuan 1 – Pendahuluan Elektronika (Analog & Digital dan Parameter Gelombang)

1.1 Tujuan Pembelajaran

1. Mahasiswa mampu menjelaskan Menjelaskan Definisi Elektronika, Elektronika Analog, Elektronika Digital
2. Mahasiswa mampu menjelaskan tentang Getaran Gelombang, Sinyal, Amplitudo, dan Fasa

1.2 Definisi Elektronika

Elektronika, berikut ini adalah beberapa definisi (ringkasan kumpulan situs Elektronika, kamus online, serta buku)

1. Elektronika adalah cabang fisika yang berkaitan dengan emisi dan efek elektron serta pengoperasian perangkat elektronik.
2. Elektronika merupakan ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan elektronik, termokopel, semikonduktor, dan lain sebagainya
3. Elektronika adalah cabang teknik yang menangani konduksi arus melalui vakum atau gas atau semikonduktor.
4. Elektronika adalah Perangkat atau teknologi yang terkait dengan atau menggunakan sirkuit dan komponen arus searah tegangan rendah dan padat, biasanya untuk pengiriman dan/atau pemrosesan data analog atau digital.
5. Elektronika adalah cabang ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan studi aliran dan pengendalian elektron (listrik), studi tentang perilaku dan efeknya pada vakum, gas, dan semikonduktor serta perangkat-perangkat lainnya yang menggunakan elektron tersebut. Pengendalian elektron ini dilakukan oleh perangkat elektronika dengan cara menghambat, membawa, memilih, mengarahkan, mengalihkan, menyimpan, memanipulasi, dan mengeksploitasi elektron.

1.3 Variabel-variabel Elektronika

*Getaran adalah gerak yang terjadi secara bolak-balik di sekitar kesetimbangan.
*Gelombang adalah getaran yang merambat tanpa ada informasi yang berarti (yang belum disepakati pengirim dan penerima).
*Sinyal adalah getaran yang merambat disertai informasi yang sudah disepakati antara pengirim dan penerima, pengirim/pemancar/transmitter dan penerima/receiver, gabungan pengirim dan penerima biasa disebut dengan transceiver (transmitter – receiver).
*Amplitudo/Nilai puncak adalah ukuran seberapa besar penyimpangan Arus(I)/Tegangan(V) pada sumbu Y+ dan Y- dari nilai tengah (titik 0), dengan nilai adalah 1/2 dari nilai puncak ke puncak (lih. gbr dibawah).

Gbr dibawah menunjukan gelombang sinus dengan nilai amplitudo sebesar 5v dan nilai puncak ke puncak sebesar 10v.

*Periode merupakan informasi yang dimiliki oleh gelombang periodik. Simbol besaran T(time) dan simbol satuan s(second).

Satu periode sinyal/gelombang adalah lamanya waktu yang dibutuhkan oleh sinyal/gelombang tersebut untuk membentuk 1 gelombang penuh. Gbr dibawah menunjukan gelombang sinus dengan nilai periode sebesar 2det/2s (detik/second).

Pada gelombang pulsa, 1 periode dapat dihitung dengan menjumlahkan lama waktu gelombang dalam kondisi on/hidup dan kondisi off/mati. Lama waktu dimana gelombang dalam kondisi on disebut dengan ton, dan lama waktu dimana gelombang dalam kondisi off disebut dengan toff. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.

T = ton + toff ………….. persamaan (i)

Perbandingan antara nilai ton dengan periode sinyal dikenal sebagai dutty cycle (siklus kerja). Duty cycle merepresentasikan seberapa besar nilai ton dalam satu periode. Duty cycle dinyatakan dalam persen (%). Nilai dari duty cycle dapat dihitung menggunakan persamaan (i)

Example : 
Soal!
Suatu gelombang pulsa memiliki periode sebesar 40 ms. Tentukan duty cycle sinyal, jika diketahui nilai toff sebesar 10ms!

Jawab!
Untuk menghitung nilai duty cycle, perlu dicari nilai ton terlebih dahulu, mengacu persamaan matematis (i)

Setelah diketahui nilai ton baru dapat dihitung nilai duty cycle menggunakan persamaan (ii)

Frekuensi adalah banyaknya gelombang penuh yang terbentuk dalam satu detik. Frekuensi disimbolkan dengan huruf f, dan satuan frekuensi dinyatakan dalam Hertz (Hz).

Pada gbr. 2. diketahui gelombang penuh dapat terjadi dalam 2 detik sehingga nilai dari frekuensi adalah 1/2 Hz. Nilai frekuensi dan periode akan saling berbanding terbalik, jika frekuensi semakin besar maka periode akan semakin kecil dan sebaliknya.

dimana T = periode (s) f = frekuensi (Hz).

Example
Soal!
Sebuah gelombang periodik memiliki periode sebesar 2 ms. Tentukan nilai frekuensi dari gelombang tersebut!
Jawab!
Untuk menghitung nilai frekuensi dapat dilakukan menggunakan persamaan (2):

Example
Soal!
Sebuah gelombang periodik memiliki frekuensi sebesar 800 Hz. Tentukan nilai periode dari gelombang tersebut!
Jawab!
Untuk menghitung nilai periode dapat dilakukan menggunakan persamaan (3):

Fasa

Fasa adalah besar sudut yang dimiliki oleh gelombang sinus. Pada bentuk gelombang lain jarang menggunakan istilah fasa. Fasa pada gelombang lain lebih dikenal sebagai pergeseran gelombang terhadap titik 0 pada sumbu waktu. Pada gelombang sinus, fasa diukur dalam derajat atau radian yang keduanya merupakan satuan yang tak berdimensi. Satu siklus gelombang sinus memiliki nilai sudut 0 – 360 dalam derajat atau 0 – 2π dalam radian, seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.

Gambar 4. Fasa Pada Gelombang Sinus

Sehingga dengan diketahui masing-masing nilai sudut dalam derajat atau radian, dapat dilakukan konversi nilai diantara keduanya. Dimana untuk mengubah nilai dari derajat ke radian dapat menggunakan persamaan (4), dan untuk mengubah nilai dari radian ke derajat dapat menggunakan persamaan (5)

 …………………… persamaan (iv dan v)

Dimana n merupakan nilai sudut yang diketahui dalam radian, sedangkan m merupakan nilai sudut yang diketahui dalam derajat. Example 1 : Sebuah gelombang sinus memiliki nilai fasa sebesar 1,2 π. Tentukan nilai fasa tersebut dalam derajat! Jawab :
Jawab : Untuk menghitung nilai fasa dalam derajat dapat dilakukan menggunakan persamaan (4):

Example 2 : Sebuah gelombang sinus memiliki nilai fasa sebesar 720 . Tentukan nilai fasa tersebut dalam radian! Jawab : Jawab : Untuk menghitung nilai fasa dalam radian dapat dilakukan menggunakan persamaan (5):

Catatan : Dua buah gelombang sinus dapat dikatakan sefasa jika fasa awal (diukur pada titik 0 sumbu waktu) keduanya memiliki fasa awal yang sama, sedangkan perbedaan fasa terjadi apabila fasa awal dari dua buah gelombang sinus berbeda

1.4 Sinyal Analog

Sinyal Analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter atau karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat sinyal analog adalah amplitude dan frekuensi.

Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik.
Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.

Analog disebarluaskan melalui gelombang elekromagnetik (gelombang radio) secara terus menerus, yang banyak dipengaruhi oleh faktor ”pengganggu”. Analog merupakan bentuk komunikasi elektromagnetik yang merupakan proses pengiriman sinyal pada gelombang elektromagnetik dan bersifat variable yang berurutan. Jadi sistem analog merupakan suatu bentuk sistem komunikasi elektromagnetik yang menggantungkan proses pengiriman sinyalnya pada gelombang elektromagnetik.

*Sifat dasar sinyal analog, yaitu :

1. Bersifat Contiune
2. Bagus di gunakan untuk komunikasi yang lintasannya rendah.
3. Kemungkinan error besar.
4. Perbaikan error sulit.
5. Mudah terkena noise.
6. Kapasitas Informasi rendah.
7. Sukar dilakukan modifikasi informasi.
8. Menggunakan konsep frekuensi
9. Boros Bandwidth.

1.5 Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan isyarat digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya isyarat ini juga dikenal dengan isyarat diskrit.

Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit(binary digit). Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1).

Sinyal digital merupakan bentuk sampling/pencuplikan dari sinyal analog. NIlai digital pada dasarnya di code-kan dalam bentuk bilangan biner / bilangan hexa), besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat memengaruhi nilai akurasi system digital. Contoh kasus. ada system digital dengan lebar 1 byte (8 bit). maka nilai-nilai yang dapat dikenali oleh system adalah bilangan bulat dari 0 – 255 (256 nilai: 2 pangkat 8).

Kita bandingkan dengan system analog — di antara angka 0 s/d 255 –… system analaog dapat menghasilkan nilai sebanyak tidak terhingga (0..0,0002… dst). Namun dengan semakin lebarnya bandwith digital (bisa hampir 3 GByte) dijaman sekarang ini membuat semakin tipisnya perbedaan antara digital dan analog system.
Signal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu:

1. Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.
2. Penggunaan yang berulang – ulang terhadap informasi tidak memengaruhi kualitas dan kuantitas informsi itu sendiri.
3. Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.
4. Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara interaktif.

Kelebihan informasi digital adalah kompresi dan kemudahan utnuk ditranfer ke media elektronik lain. Kelebihan ini dimanfaatkan secara optimal oleh teknologi internet, misalnya dengan menaruhnya ke suatu website atau umumnya disebut dengan mengupload. Cara seperti ini disebut online di dunia cyber.

Gambar Bentuk dan contoh analog vs digital

1.6 Tugas

1.7 Daftar Pustaka

1. Teraja. B.L. 1984. Electrical Technology. India : S. Chand and Company.Ltd. 2. Istiyanto. Jazi Eko. 2014. Pengantar Elektronika & Instrumentasi. Yogyakarta : C. V Andi Offset (Penerbit Andi) 3. Budiharto. Widodo, Firmansyah. Sigit. 2010. Elektronika Digital + Mikroprosesor. Yogyakarta : C. V Andi Offset (Penerbit Andi). 4. Muhammad. Muhsin. 2004. Elektronika Digital. Yogyakarta : C. V Andi Offset (Penerbit Andi)
5. https://rumusrumus.com/rumus-energi-listrik/
6. https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik
7. http://www.sengpielaudio.com/calculator-ohm.htm
8. https://in.pinterest.com/pin/592293788476669615/
9. https://www.build-electronic-circuits.com/difference-ac-vs-dc/
10. https://sandiinverter.com/tentanginverter.html
11. https://abdulelektro.blogspot.com/2019/06/hukum-ohm-energi-daya-listrik.html 12. https://www.samrasyid.com/2020/05/pengertian-amplitudo-periode-dan.html
13. https://abdulelektro.blogspot.com/2019/11/perbedaan-arus-ac-dan-dc.html
14. https://rumusrumus.com/rumus-energi-listrik/
15. https://rezadonadoni.wordpress.com/2009/02/25/pengertian-arus-tegangan-dan-daya/
16. https://www.abcpowergenset.com/pahami-genset-1-phase-dan-3-phase/
17. https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/hukum-ohm-fisika-g12/
18. https://elekkomp.blogspot.com/2018/10/pengertian-analog-dan-digital.html