KEPALA DAN ASISTEN LABORATORIUM ELEKTRONIKA
SEMESTER GANJIL 2024/2025
2
DAFTAR ISI
Pengantar Rangkaian Elektronika​
4
Tujuan Praktikum​
4
Poin-Poin Dasar Teori​
4
Dasar Teori​
4
Pengantar Divais Elektronika​
4
Perangkat Penunjang Praktikum​
10
Komponen Elektronika​
14
3
Modul 1
Pengantar Rangkaian Elektronika
Tujuan Praktikum
●​ Mengetahui dan memahami dasar teori divais elektronika.
●​ Mengetahui perangkat penunjang praktikum Rangkaian Elektronika dan Elektronika
Analog.
●​ Mengetahui komponen-komponen elektronika yang digunakan pada praktikum
Rangkaian Elektronika dan Elektronika Analog.
Poin-Poin Dasar Teori
●​ Pengantar divais elektronika.
●​ Perangkat yang digunakan pada praktikum Rangkaian Elektronika dan Elektronika
Analog.
●​ Komponen yang digunakan pada praktikum Rangkaian Elektronika dan Elektronika
Analog.
Dasar Teori
Pengantar Divais Elektronika
Perkembangan bidang elektronika berkaitan erat dengan material semikonduktor.
Material ini dapat bertindak sebagai konduktor listrik dan juga sebagai insulator.
Semikonduktor dapat ditemukan pada divais-divais elektronika diskrit maupun solid-state
seperti transistor, chip microproccessor, LED dan masih banyak lagi. Adapun semikonduktor
yang sering dipakai adalah Silikon, Germanium dan Gallium Arsenida. Selanjutnya akan
diberikan penjelasan lebih dalam mengenai material semikonduktor.
1.​ Struktur Atom
Atom merupakan partikel penyusun terkecil dari suatu benda yang terdiri dari
proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron terletak pada inti atom sedangkan
elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam orbit tertentu. Susunan atom dapat
digambarkan menggunakan model atom Bohr sebagai berikut.
4
Gambar 1. Struktur Atom: (a) Silikon, (b) Germanium
Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif. Elektron pada orbit/kulit
terluar dari atom disebut dengan elektron valensi. Atom bisa mendapatkan atau
kehilangan elektron sehingga menjadi semakin positif atau negatif. Fenomena ini
disebut sebagai ionisasi. Elektron valensi memerlukan energi yang lebih rendah
dibandingkan elektron-elektron pada orbit lainnya untuk melakukan ionisasi.
Silikon dan Germanium memiliki empat elektron valensi dan merupakan
semikonduktor tipe single-crystal yaitu semikonduktor yang tersusun dari struktur
kristal yang berulang seperti pada gambar berikut
Gambar 2. Ikatan Kovalen Atom Silikon
Atom-atom silikon akan saling berbagi elektron valensi dan membentuk ikatan
kovalen. Ikatan ini dapat terputus ketika elektron valensi menerima energi kinetik dari
penyebab natural eksternal yang cukup sehingga elektron terpisah dari struktur kristal
dan menjadi elektron bebas (free carrier).
5
2.​ Band Diagram dan Level Energi Semikonduktor
Band diagram atau diagram pita energi adalah representasi level energi pada atom.
Berikut adalah gambar dari band diagram.
Gambar 3. Band Diagram
Pada gambar di atas, dapat dilihat bahwa band diagram terdiri dari daerah
conduction band dan valence band yang dipisahkan oleh suatu daerah yang disebut band
gap atau bisa disebut juga energy gap. Conduction band adalah pita energi tempat tujuan
elektron berpindah. Valence band adalah pita energi di mana elektron berasal pada kondisi
statis.
Daerah pemisah (energy gap) merupakan daerah di mana tidak terdapat elektron.
Daerah
ini
yang
menentukan
sifat
konduktivitas
suatu
atom.
Energy
gap
merepresentasikan energi yang dibutuhkan agar suatu elektron dapat berpindah dari
valence band menuju conduction band. Berikut adalah band diagram untuk material
insulator, semikonduktor dan konduktor.
Gambar 4. Band Diagram Insulator, Semikonduktor dan Konduktor
6
Energy gap insulator sangat besar sehingga sangat sulit bagi elektron untuk
berpindah ke conduction band yang menjadikan insulator memiliki konduktivitas yang
buruk. Pada material konduktor, conduction band dan valence band overlap sehingga
tidak ada energy gap dan elektron bebas berpindah ke conduction band yang menjadikan
konduktor memiliki konduktivitas yang sangat baik. Energy gap material semikonduktor
kecil sehingga elektron dapat berpindah dari valence band ke conduction band dan
bertindak sebagai konduktor ketika diberikan energi yang cukup sedangkan saat tidak
diberi energi yang cukup, maka semikonduktor bertindak sebagai insulator.
Besarnya gap energi untuk setiap jenis semikonduktor berbeda-beda. Semakin
banyak jumlah elektron dari suatu atom, semakin besar radius dari atom atau jarak
nukleus ke elektron terluar. Jarak yang besar menyebabkan melemahnya gaya tarik dari
nukleus sehingga elektron terluar akan lebih mudah terlepas dan membuat gap energinya
lebih kecil.
Gambar 5. Energy Gap Germanium, Silikon dan Galium Arsenida
3.​ Semikonduktor Intrinsik dan Ekstrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan keadaan semikonduktor yang masih murni
yaitu memiliki impuritas sangat sedikit. Sedangkan semikonduktor ekstrinsik merupakan
semikonduktor yang telah diberi atom lain/impuritas untuk mengubah sifat elektrik dari
semikonduktor tersebut. Proses pemberian atom lain pada atom semikonduktor disebut
doping dan atomnya disebut dopant.
Terdapat 2 macam dopant, yaitu donor dan akseptor. Dopant donor merupakan
atom yang memiliki elektron lebih banyak daripada atom semikonduktor, sehingga setelah
proses doping jumlah elektron semakin banyak. Dopant donor mayoritas berasal dari atom
golongan V, misalnya fosfor, antimon dan sulfur dan golongan VI arsenik.
Pada contoh di atas, semikonduktor silikon didoping oleh antimon yang memiliki
elektron valensi 5. Empat elektron valensi dari antimon membentuk empat ikatan kovalen
dengan elektron valensi milik silikon di sekitarnya. Satu elektron sisa dari antimon
kemudian menjadi elektron bebas atau negative charge carrier.
7
Gambar 6. Doping Antimoni terhadap Semikonduktor Silikon
Dopant akseptor merupakan atom yang memiliki jumlah elektron yang lebih
sedikit daripada atom semikonduktor, sehingga setelah proses doping jumlah hole
semakin banyak. Dopant akseptor mayoritas berasal dari atom golongan III, misalnya
boron, galium dan indium.
Gambar 7. Doping Boron terhadap Semikonduktor Silikon
Pada contoh di atas, semikonduktor silikon didoping oleh Boron yang memiliki
elektron valensi 3. Dapat dilihat bahwa ketiga elektron valensi berikatan kovalen dengan
elektron valensi silikon di sekitarnya. Namun, karena silikon seharusnya memiliki 4
ikatan kovalen untuk membentuk struktur kristal, maka akan ada kekosongan yang disebut
dengan “hole” sebagai positive charge carrier yang dapat menerima elektron.
Pemberian dopant pada semikonduktor intrinsik berdampak pada perubahan fermi
level semikonduktor tersebut. Jika diberi dopant yang bersifat donor, maka fermi level
akan berpindah mendekati conduction band, sedangkan jika diberi dopant yang bersifat
akseptor, maka fermi level akan berpindah mendekati valence band.
8
4.​ Tipe Semikonduktor dan Carrier
Semikonduktor yang telah diberi dopant akseptor disebut semikonduktor tipe- P
sedangkan yang telah diberi dopant donor disebut semikonduktor tipe-N. Tiap tipe
semikonduktor memiliki dua jenis carrier, yaitu majority carrier dan minority carrier.
Majority carrier merepresentasikan carrier sesuai dengan tipe semikonduktornya.
Majority carrier pada semikonduktor tipe-P adalah hole, sedangkan minority carrier-nya
adalah elektron. Majority carrier pada semikonduktor tipe-N adalah elektron dan minority
carrier-nya adalah hole.
5.​ Pergerakan Elektron dan Hole
Analogi pergerakan elektron dan hole adalah tabung yang diisi oleh air.
Asumsikan air merupakan elektron dan udara merupakan hole. Ketika tabung diisi air
sampai penuh, tidak ada udara yang tersisa di dalam tabung, kemudian kita miringkan
posisi tabung tersebut. Terlihat bahwa tidak ada udara yang berpindah. Begitu pun
sebaliknya jika tabung tidak diisi air. Hal ini menyimpulkan bahwa elektron maupun hole
tidak dapat berpindah ketika suatu band terisi penuh.
Ketika tabung diisi setengah penuh atau hampir penuh, ada udara tersisa.
Kemudian
ketika posisinya dimiringkan,
terlihat
bahwa udara pindah posisi
menyesuaikan dengan arah kemiringannya, di mana air berpindah ke posisi yang
berlawanan. Dalam hal ini, elektron dan hole dapat berpindah dan arah perpindahannya
saling berlawanan.
Gambar 8. Analogi Fluida (a) Tidak Terisi (b) Terisi Penuh (c) Terisi Sebagian
9
Perangkat Penunjang Praktikum
1.​ NI Elvis II
NI ELVIS II adalah perangkat instrumentasi modular yang mengintegrasikan
perangkat keras dan lunak untuk melakukan prototyping rangkaian elektronik. NI ELVIS
II terdiri dari papan prototyping dan software berbasis LabVIEW bernama NI ELVISmx.
Perangkat ini mampu menjalankan fungsi-fungsi instrumentasi seperti function generator
(FGEN), osiloskop, digital multimeter (DMM), bode analyzer dan masih banyak lagi.
Pada Praktikum Rangkaian Elektronika dan Elektronika Analog, NI ELVIS II digunakan
untuk membantu praktikan dalam merangkai, mengukur dan mengambil data rangkaian
elektronika secara real-time.
Gambar 9. Workstation dan Prototyping Board NI ELVIS II
2.​ NI Multisim
NI Multisim adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan untuk mendesain dan
menyimulasikan sebuah rangkaian analog, digital, dan elektronika daya. NI Multisim
mengintegrasikan simulasi SPICE dengan skematik interaktif untuk memvisualisasikan
dan menganalisis rangkaian elektronika. Pada Praktikum Rangkaian Elektronika dan
Elektronika Analog, perangkat lunak ini digunakan untuk membantu praktikan dalam
menyimulasikan, memvisualisasikan, dan mengambil data pada suatu rangkaian
elektronika.
3.​ Proteus
Proteus adalah perangkat lunak simulasi yang digunakan untuk mendesain dan
menyimulasikan rangkaian analog, rangkaian digital, rangkaian mikrokomputer, dan
sistem benam. Pada Praktikum Rangkaian Elektronika dan Elektronika Analog, perangkat
lunak
ini
juga
digunakan
untuk
membantu
praktikan
menyimulasikan,
memvisualisasikan, dan mengambil data pada suatu rangkaian elektronika.
10
4.​ Breadboard
Breadboard digunakan untuk membuat dan menguji rangkaian-rangkaian
elektronik secara cepat, sebelum finalisasi desain rangkaian dilakukan. Breadboard
memiliki
banyak
lubang
yang
berfungsi
sebagai
tepat
untuk
memasukkan
komponen-komponen seperti resistor ataupun IC. Contoh breadboard pada umumnya
adalah sebagai berikut:
Gambar 10. Breadboard
Breadboard dilengkapi dengan lapisan strip metal yang terdapat di sepanjang
permukaan bawah papan dan menghubungkan lubang-lubang yang ada di permukaan atas
papan. Layout dari strip metal tersebut adalah sebagai berikut:
Gambar 11. Layout Strip Metal Breadboard
Lubang-lubang pada bagian atas dan bawah terhubung secara horizontal, namun
pada breadboard lab terdapat pemisah pada tengah-tengahnya sehingga untuk
menyambungkannya dibutuhkan jumper, pada 3 bagian tengah lubang terhubung secara
vertikal dan dipisahkan pada tengahnya seperti pada Gambar 2.
5.​ Power Supply
Power supply atau suplai daya mengambil sumber listrik dari PLN dengan
tegangan 220VAC. Pada power supply terdapat trafo untuk menurunkan tegangan. Power
11
supply juga mampu menghasilkan tegangan DC. Pada power supply, terdapat fuse untuk
proteksi jikalau ada kesalahan dalam rangkaian. Unsur-unsur yang penting dalam power
supply yaitu terdiri dari:
●​ Sumber power supply
●​ Vratings pada power supply
●​ DC Variabel
●​ Jumper
●​ Rangkaian sumber +/- 15 Volt
●​ Ground AC dan ground DC
Gambar 12. Power Supply NI Elvis II
6.​ Multimeter
Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan dan arus. Multimeter yang
digunakan ada 2 jenis yaitu multimeter analog dan multimeter digital. Umumnya
multimeter dapat digunakan sebagai voltmeter ataupun amperemeter. Perlu diperhatikan
nilai yang muncul pada multimeter adalah nilai RMS. Pada pengukuran tegangan,
multimeter dipasang secara paralel. Sedangkan untuk mengukur arus, multimeter
dipasang secara seri.
Gambar 13. Digital Multimeter NI Elvis II
12
7.​ LCR Meter
LCR meter yang digunakan adalah LCR meter digital. LCR meter dapat
digunakan untuk mengukur besarnya resistansi (R), induktansi (L), dan kapasitansi (C).
Pada LCR meter yang digunakan terdapat 3 frekuensi pengukuran
Gambar 14. Boonton 5100 LCR Meter
8.​ Osiloskop
Oscilloscope atau osiloskop merupakan sebuah instrumen laboratorium yang
umumnya digunakan untuk menggambarkan dan menampilkan grafik dari suatu sinyal
listrik. Grafik ini menunjukkan bagaimana sinyal berubah seiring berjalannya waktu.
Gambar 15. Komponen X, Y, Z
Sumbu vertikal (Y) menggambarkan tegangan dan sumbu horizontal (X)
menggambarkan waktu. Intensitas atau kecerahan dari tampilan pada osiloskop terkadang
disebut sebagai sumbu Z. Tegangan yang terbaca pada osiloskop merupakan tegangan
peak-to-peak (Vp-p). Untuk Praktikum Rangkaian Elektronika ini digunakan digital
oscilloscope.
13
9.​ Function Generator
Function Generator mengambil suplai DC dari power supply. Function generator
mampu menghasilkan sinyal dengan rentang frekuensi hingga 200 kHz. Jenis gelombang
yang dapat dihasilkan power supply adalah sinusoidal, segitiga, dan kotak. Unsur-unsur
yang penting dalam function generator yaitu terdiri dari:
●​ Sumber power
●​ Rentang frekuensi
●​ Jenis gelombang
●​ Grounding
Gambar 16. Function Generator NI Elvis II
Komponen Elektronika
Komponen elektronika adalah elemen dasar yang digunakan untuk membentuk suatu
rangkaian elektronika dan biasanya dikemas dalam bentuk diskrit dengan dua atau lebih
terminal penghubung. Komponen elektronika dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok
utama, yaitu aktif dan pasif. Komponen elektronika pasif adalah jenis komponen elektronika
yang menyerap energi dari rangkaian seperti resistor, kapasitor, dan induktor. Komponen
elektronika aktif adalah komponen yang bisa menyuplai energi sehingga dapat mengontrol
arus atau tegangan rangkaian dan memiliki fungsi gain untuk mengamplifikasi daya.
Komponen elektronika aktif ada Dioda, Bipolar Junction Transistor, Field Effect Transistor,
dan Operational Amplifier.
1.​ Resistor
Resistor merupakan komponen elektronik yang berfungsi membatasi dan
mengatur aliran arus listrik pada suatu rangkaian elektronika. Resistor dapat pula
digunakan untuk memberikan tegangan yang spesifik untuk suatu komponen elektronika
aktif. Beberapa jenis-jenis resistor yaitu fixed resistor, variable resistor, thermistor, dan
light dependent resistor.
14
Gambar 17. Simbol Skematik Resistor
Gambar 18. Kode Warna Resistor
2.​ Kapasitor
Kapasitor merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan
muatan listrik. Kapasitor terbuat dari dua konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan
dielektrik. Kapasitansi dari kapasitor adalah jumlah dari muatan listrik yang disimpan di
dalam kapasitor tersebut saat diberikan tegangan. Kapasitor dikategorikan menjadi dua
jenis yaitu polarized dan non-polarized. Pada umumnya, kapasitor dengan kapasitansi
rendah termasuk dalam kategori kapasitor non-polarized.
15
Gambar 19. Simbol Skematik Kapasitor dan Jenis Kapasitor
3.​ Dioda
Dioda adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor
untuk menyearahkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah
sebaliknya. Pada umumnya, dioda memiliki dua elektroda yaitu anode dan katode dan
memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi PN junction. Sebuah PN junction
dapat mengalirkan arus dari tipe P (anode) ke tipe N (katode), tetapi tidak dapat
mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
Gambar 20. Simbol Skematik Dioda dan Jenis
Dioda
4.​ Bipolar Junction Transistor
Bipolar Junction Transistor (BJT) merupakan komponen elektronika aktif yang
terdiri dari tiga lapis bahan semikonduktor. BJT tersusun atas tiga material semikonduktor
ter-doping yang dipisahkan oleh dua sambungan PN. Ketiga material semikonduktor pada
BJT disebut sebagai emitter, base, dan collector.
BJT memiliki dua jenis tipe, yaitu NPN dan PNP. BJT NPN merupakan BJT
dengan dua semikonduktor tipe-N yang dipisahkan oleh semikonduktor tipe-P. BJT PNP
merupakan BJT dengan dua semikonduktor tipe-P yang dipisahkan oleh semikonduktor
tipe-P. Hubungan base dan emitter disebut sebagai base-emitter junction dan hubungan
base dan collector disebut sebagai base-collector junction.
16
Gambar 21. Konstruksi, Simbol Skematik BJT NPN & PNP
dan BJT 2N2222
5.​ Field Effect Transistor
Field Effect Transistor (FET) merupakan komponen aktif elektronika yang
digunakan sebagai penguat dan sebagai switch. FET memanfaatkan prinsip efek medan
listrik pada cara kerjanya. FET memiliki tiga bagian semikonduktor yaitu gate, drain, dan
source. Gate merupakan terminal yang akan membentuk kanal pada FET. Drain dan
Source merupakan terminal di mana catu dihubungkan. Konstruksi spesifik dari FET akan
bergantung dari tipe FET. FET memiliki banyak konstruksi seperti JFET, MESFET,
MOSFET, dll.
CATATAN PENTING:
●​ MOSFET sangat sensitif terhadap static discharge. Sebelum Anda memegang
transistor, discharge diri Anda dengan memegang salah satu metal case instrument di
laboratorium.
●​ Transistor MOSFET sangat mudah rusak, ketika Anda membuat perubahan sirkuit,
seperti:
a.​ Melepas resistor, kapasitor, dan lain-lain.
b.​ Mencabut posisi MOSFET
●​ Pastikan Anda mematikan Power dari Function Generator, DC Level, dan lain-lain.
17
Gambar 22. Simbol Skematik FET dan MOSFET IRFZ44N
6.​ Operational Amplifier
Operational Amplifier atau Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang
berfungsi sebagai penguat sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa transistor,
dioda, resistor. Resistor dan kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi dapat
menghasilkan penguatan (gain) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Sebuah
rangkaian Op-Amp memiliki dua input yaitu inverting input dan non-inverting input dan
satu output. Op-Amp memiliki dua koneksi catu daya yaitu untuk catu daya positif dan
catu daya negatif.
Gambar 23. Simbol Skematik Op-Amp dan Op-Amp 741
18