Unit 3: Litar Arus Langsung dan Alternatif & Peranti Semi Konduktor PDF

Unit 3 Litar Arus Langsung dan Alternatif & Peranti Semi Konduktor Disediakan oleh: Pn.M.Premalatha  Hasil Pembelajaran LO1 - Menerangkan asas litar arus terus (DC) dan arus ulang alih (AC) dan teori semikonduktor asas. LO2 - Me...

Unit 3 Litar Arus Langsung dan Alternatif & Peranti Semi Konduktor Disediakan oleh: Pn.M.Premalatha  Hasil Pembelajaran LO1 - Menerangkan asas litar arus terus (DC) dan arus ulang alih (AC) dan teori semikonduktor asas. LO2 - Menerangkan undang-undang asas litar seperti Hukum Ohm dan prinsip pengendalian peranti semikonduktor seperti diodes, transistor dan penguat kendalian LO3 - Menunjukkan pengetahuan konsep asas tindakbalas frekuensi, penapis dan syambol setiap unit peranti semikonduktor.  Pengenalan Elektrik Asas Struktur Atom Jirim-jiram seperti cecair,pepejal dan gas terdiri zarah-zarah kecil yang terhasil daripada atom. Zarah dikenali sebagai melekul yang terdiri daripada atom-atom zarah proton, zarah electron dan zarah neutron. Proton adalah terdiri dari nucleus unsur yang bercas positif. Nucleus melalui orbit adalah dikenali sebagai electron yang bercas negatif. Pengaliran Arus Dan Pengaliran Elektron Pengaliran electron ialah pergerakan electron dari punca negative ke punca positif bekalan. Pengaliran arus pula ialah electron bergerak dari punca positif ke punca negative bekalan.  Ejen Penghasilan Tenaga elektrik yang digunakan oleh manusia boleh didapati daripada electromagnet, haba, tekanan dan cahaya.  Elektrik Diperolehi Melalui Elektrik Diperolehi Melalui Elektrik Diperolehi Melalui Geseran Tindakan Kimia Elektromegnet Apabila geseran berlaku di Apabila dua logam iaitu zink antara dua benda, electron dan kuprum direndamkan di Apabila satu gelung pengalir akan berpindah dari satu dalam bekas yang digerakkan di dalam medan objek ke satu objek yang lain. mengandungi larutan asid magnet, elektrik boleh Sebagai contoh rod kaca kumprum sulfat, tindakan diperolehi. Ini dapat yang di gosok dengan kimia akan berlaku di mana dibuktikan dengan sehelai kain sutera, rod kaca plat kuprum akan kehilangan menyambung pengalir atau akan kehilangan electron. electron.Elektron-elektron gelung pada satu meter Kain sutera pula akan akan dialirkan ke plat zink galvani. Gelung tersebut mengumpul electron dari rod menjadikan ia bercas negatif digerakkan dalam satu kaca dan rod kain sutera dan plat kuprum bercas medan magnet. akan menjadi cas negative. positif. Elektrik Diperolehi Melalui Elektrik Diperolehi Melalui Tindakan Kimia Geseran Elektrik Diperolehi Melalui Elektromegnet Elektrik Diperolehi Melalui Cahaya Elektrik Di perolehi Melalui Tekanan Elektrik Diperolehi Melalui Haba  Penebat bahan yang tidak membenarkan / membenarkan sedikit sahaja electron terbebas atom penebat mempunyai elektron yang terikat bahan-bahan penebat adalah getah, kertas, kaca dan lain-lain. Konduktor bahan yang membenarkan arus mengalir melaluinya di mana terdapat banyak electron bebas Contoh bahan konduktor elektrik adalah logam pepejal, antaranya tembaga, emas, perak, aluminium, besi dan beberapa aloi. Perintang sejenis komponen pasif yang digunakan di dalam litar bersama komponen lain. mempunyai dua punca sambungan luar dan boleh didapati dalam pelbagai bentuk dan saiz.  Kegunaan Perintang 1. Perintang di gunakan untuk menghadkan arus dalam litar atau untuk mendapatkan voltan susut merentasnya. 2. Jika nilai rintangan tinggi, arus yang kecil di hadkan melaluinya. 3. Jika nilai rintangan rendah, arus yang besar boleh melaluinya. 4. Dua kesan terjadi apabila arus melalui perintang iaitu: I. Haba di hasilkan II. Voltan susut merentasinya  Unit Perintang 1. Unit rintangan ialah ohm. 2. Satu ohm merupakan nilai pertentangan perintang kepada aliran arus. Besar unit ohm, besarlah pertentangannya kepada arus dan sebaliknya. 3. Pecahan unit ohm adalah seperti berikut: i.1000 ohm bersamaan dengan 1 kilo ohm (1 KΩ) ii.100000 ohm bersamaan dengan 100 kilo ohm (100 KΩ) iii.1.5 juta ohm bersamaan dengan 1.5 mega ohm (1.5 MΩ)  Perintang Tetap 1. Perintang tetap mempunyai nilai rintangan yang tetap. 2. Terdapat empat jenis perintang tetap iaitu: A. Perintang komposisi karbon B. Perintang selaput logam oksida C. Perintang berselaput karbon D. Perintang wayar berlilit  Perintang Boleh Ubah 1. Perintang boleh ubah mempunyai nilai yang boleh diubah mengikut keperluan nilai rintangan yang dikehendaki. 2. Perintang jenis boleh ubah mempunyai trek karbon dan apabila lengan diputarkan sentuhan logam mengenai karbon menyusun trek. 3. Jika niai rintangan perlu diubah ketika litar hidup seperti kawalan bunyi pada radio atau televisyen maka jenis ammeter digunakan. 4. Reostat dan meter keupayaan adalah rintangan boleh ubah jenis karbon dan lilitan dawai. Digunakan untuk mengubah arus atau voltan dalam litar. a) Reostat Mempunyai dua pengkalan. Disambung sesiri dengan beban. Digunakan untuk mengubah amaun arus. b) Meter Keupayaan Mempunyai tiga pangkalan Pangkalan terakhir disambung kepada punca bekalan. Digunakan sebagai pembagagi voltan boleh ubah.  Kod Warna Perintang Perintang jenis karbon mempunyai bentuk yang kecil. Nilai rintangannya dibaca secara kod warna yang ditanda pada badan perintang. Setiap warna mewakili angka yang ditetapkan iaitu:  Cara Membaca Kod Warna Kod warna dibaca dari kiri ke kanan. Jalur pertama adalah untuk digit pertama dan jalur kedua untuk digit kedua. Jalur ketiga untuk pendarab iaitu memberi bilangan angka sifar selepas digit kedua.  Kesan Elektromagnet Pengalir Arus Dan Kemagnetan Apabila arus mengalir melalui pengalir, medan magnet akan wujud di sekeliling pengalir tersebut. Medan magnet yang wujud adalah sepusat mengelilingi pengalir seperti mana yang ditunjukkan dalam gambarajah di bawah. Medan magnet ini mempunyai arah tindakan. Pengalir Arus Dan Kemagnetan Alat Pengubah (Transformer) Definasi Adalah peralatan elektrik statik elektrikromagnet (tanpa bahagian bergerak) megubah tenaga magnetik kepada tenaga elektrik. Komponen yang berupaya untuk menukarkan dan mengubah nilai voltan ulang alih (VAC) tanpa perubahan frekuensi. Alat yang statik - 2 kumpulan pengubah i) Langkah menaik - menerima voltan rendah dan mengubah voltan menjadi tinggi. - ii) Langkah menurun - menerima voltan tinggi dan mengubah voltan menjadi rendah.  Fungsi Pengubah Menukarkan nilai voltan ulangalik (VAC) daripada tinggi kepada nilai rendah dan sebaliknya dan menukarkan fasa gelombang. Antara contoh ialah pengubah loceng, kuasa / audio, frekuensi radio, pengubah untuk pembekal dan penghantar. Ia adalah satu alat yang menukarkan jumlah voltan arus ulang alih. Terbahagi kepada 2 jenis iaitu: i) Transformer Injak Naik – Meningkatkan voltan ii)Transformer Injak Turun – Menurunkan voltan.  Arus Ulang Alih (AC) Definisi Arus Ulang Alik Arus yang sentiasa berubah-ubah pengalirannya. Disebabkan oleh perubahan kekutupan punca voltan yang berselang-seli. Nilai arus akan meningkat dari sifar ke maksimum pada arah positif kemudian turun ke sifar dan sebaliknya pula nilai arus menurun ke maksimum pada arah negatif pula dan kemudian kembali ke sifar. Ia diwakili oleh symbol `a.u’.  Arus Terus (DC @ AT) - Arus elektrik yang mengalir sehala dan arah yang tetap. Boleh diperolehi daripada bekalan arus ulang-alik dengan menggunakan diod atau rektifier yang membenarkan arus mengalir sehala sahaja. Boleh ditukar kepada arus ulang-alik dengan menggunakan inverter ataupun set moto perjana. Dihasilkan daripada pelbagai sumber seperti, bateri, sel suria, dynamo jenis komutator dan penjana arus terus.  Dinamo Dinamo adalah nama lain untuk penjana elektrik AC atau DC. Menukarkan tenaga mekanikal ke dalam tenaga elektrik dan memberi tenaga elektrik kepada satu set lampu pada basikal dengan mengunakan bateri. Keadaan ini berlaku dengan mengubah tenaga mekanik/kinetic dari pergerakan basikal menjadi tenaga elektrik yang dapat menghidupkan lampu. Dinamo basikal menghasilkan voltan 6 volt – 12 volt Arus elektrik yang dihasilkan oleh dynamo ialah arus ulang alik (AU/AC) Tenaga elektrik yang dihasilkan oleh dynamo ialah hasil daripada aruhan kemagnetan.  Prinsip Kendalian Dinamo 3 bahagian dinamo: magnet kekal, teras besi dan gegelung wayar. Gegelung wayar dibuat daripada lilitan wayar kuprum Dinamo dikendalikan atas prinsip aruhan magnet Magnet di dalam dinamo basikal berputar dalam satu arah. Aruhan medan magnet menghasilkan arus elektrik pada gegelung wayar. Teras besi mengembangkan medan magnet.  Motor Universal Beroperasi dengan kuasa AC (Alternating Current) sama ada DC (Direct Current) dan mengunakan electromagnet sebagai stator untuk mencipta magnetic field. Disertakan dalam peranti yang dimaksudkan untuk dipandu. Beroperasi pada kelajuan yang melebihi 3500 RPM, berjalan pada kelajuan yang lebih rendah pada bekalan AC jika dibandingkan dengan bekalan DC voltan yang sama. Terdapat dua jenis motor universal yang basik: (i) jenis pampasan (ii) jenis tanpa pampasan.  Motor Universal Digunakan dalam dalam peralatan mudah alih dan alat-alat kelengkapan perumahan contohnya vacuum cleaners, pembancuh minuman dan makanan, mesin jahit dan lain-lain lagi. Motor jenis ini adalah mudah di kawal secara elektro mekanikal menggunakan gegelung diketuk, atau secara elektronik. Komutator mempunyai berus yang haus, jarang digunakan untuk peralatan secara berterusan. Komutator bagi motor universal biasanya sangat bising secara akustik dan elektromagnet.  Hukum Ohm (Ohm`s Law) untuk mengaitkan hubungan antara voltan, arus elektrik dan rintangan dalam litar elektrik. jumlah arus elektrik yang melalui sesebuah konduktor logam adalah berkadar terus dengan voltan yang dikenakan ke atasnya untuk suhu tertentu. pengaliran arus di dalam sesuatu litar elektrik adalah berkadar terus dengan voltan tetapi berkadar songsang dengan rintangan. Ohm`s Law  Litar Berselari Arus elektrik mengalir melalui lebih daripada satu lintasan. Litar yang mengandungi kedua-dua penyambungan litar siri dan litar selari. Terdapat sekurang-kurangnya satu perintang yang disambung secara siri dengan dua perintang yang disambung secara selari. Menyambungkan perintang menerusi suatu punca voltan. Menyediakan lebih dari satu laluan arus yang digelar sebagai `cabang’. Arus bagi setiap cabang / rintangan adalah tidak sama. Kelebihan dan Kekurangan Litar Berselari  Litar Bersiri Arus elektrik mengalir dalam satu arah atau laluan sahaja. Litar yang menyumbangkan perintang secara berderetan. Nilai arus sama bagi semua perintang dalam litar ini. Nilai voltan berbeza bagi setiap perintang. Jika terdapat mana-mana bahagian pada litar terbuka, arus elektrik tidak dapat mengalir dan litar tidak berfungsi. Apabila satu mentol terbakar, mentol yang lain tidak akan menyala. Jika ditambah satu mentol, nyalaan mentol akan menjadi malap kerana bebanan bertambah. Kelebihan dan Kekurangan Litar Bersiri  Sel Basah Sel Kering Bateri Karbon Zink Zn-Cu Galvanic Cell Separa pengalir / Semikonduktor (Semiconductor) Yang Aktif Dan Pasif Definisi Semikonduktor Bahan fizikal yang direka untuk mengurus dan mengendalikan arus dalam peranti elektronik dan peralatan. Ia tidak membenarkan arus elektrik yang mengalir secara bebas dan tidak mengusir sepenuhnya. Hampir setiap peralatan Elektronika canggih seperti handphone, komputer, television, kamera bahkan lampu led adalah merupakan hasil dari teknologi semikonduktor. Semikonduktor ada di antara konduktor dan penebat dan biasanya digunakan dalam pembangunan cip elektronik, komponen dan peranti pengkomputeran. Ia biasanya dicipta menggunakan silikon, germanium atau elemen tulen lain. Terdapat dua jenis semikonduktor asas, seperti berikut: i) Semikonduktor N - jenis: Digunakan apabila konduktansinya lebih tinggi atau terdapat sejumlah besar elektron bebas. ii) Semikonduktor P - jenis: Digunakan apabila induktansinya lebih tinggi dan terdapat elektron bebas yang kurang.  Semikonduktor Aktif Recifier Di bahagian power supply semua peralatan terdapat salah satu blok / bahagian yang disebut dengan rectifier. Peranan rectifier ini sangatlah penting supaya rangkaian dapat bekerja dengan stabil.  Recifier Rectifier (Penyearah Gelombang) adalah suatu bahagian dari rangkaian satu daya atau power supply. Fungsinya - pengubah arus AC (Alternating Current) menjadi arus DC (Direct Current). Rangkaian rectifier ini umumnya menggunakan dioda sebagai komponen utamanya. Dioda mempunyai karakteristik - melewatkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah dioda dialiri arus ulang alih (AC), maka dioda tersebut hanya akan melewatkan setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya lagi disekat. Fungsi Rectifier Fungsi rectifier yang utama yaitu untuk mengubah arus/tegangan ulang alih (AC) menjadi arus/tegangan DC. Arus listrik yang berasal dari PLN adalah arus listrik yang berjenis bolak-balik (AC). Untuk setiap perangkat elektronik yang membutuhkan tegangan DC, supaya bisa digunakan, arus yang masuk ke dalam rangkaian masih harus diubah dari AC menjadi DC.  Transistor Komponen semikonduktor yang memindahkan isyaratl lemah daripada litar berperintang rendah kepada litar berperintang tinggi. Komponen suis elektronik yang mengawal dan membesarkan isyarat elektrik seperti voltan dan arus. Komponen elektronik yang paling banyak digunakan kerana kebolehannya berfungsi sebagai suis. Contohnya komputer, television, audio player, audio amplifier, konsol game, vidio player, power supply dan lain sebagainya.  Integrated Circuit (IC) Digunakan sebagai penguat dan memliki fungsi sebagai gerbang logika yang mengendalikan sebuah rangkaian. Peralatan elektronik lebih portable., contahnya bagi peralatan- peralatan seperti laptop, smartphone dan lain sebagainya. Komponen elektronik aktif yang terdiri dari gabungan ratusan, dioda, transistor dan kapasitor yang diintegrasikan menjadi suatu rangkaian elektronik dalam sebuah kemasan kecil. Bahan utama yang membentuk sebuah IC (Integrated Circuit) ialah bahan semikonduktor. Silicon adalah bahan semikonduktor yang sering digunakan dalam teknologi fabrikasi IC (Integrated Circuit). Semikonduktor Pasif Diod (Diodes) Komponen dua terminal yang berpolariti, iaitu anod dan katod. Membolehkan arus elektrik mengalir dalam satu arah sahaja. Ciri - membuatkan diod menyumbang dalam banyak aplikasi. Terdapat beberapa jenis diod iaitu diod zener, diod shottky, dan yang paling dikenali ramai, diod pemancar cahaya (LED).  Komposisi Diod 2 jenis - diod vakum dan diod semikonduktor. Diod vakum banyak digunakan pada televisyen CRT (Cathod Ray Tube) dan teknologi komputer paling awal. Diod semikonduktor sering digunakan di dalam perkakasan elektronik dan Mempunyai bahagian semikonduktor p-type dan n-type. Bahagian ini biasanya diperbuat daripada silikone.  Fungsi Diod 1. Perlindungan arus terbalik Diod - melindungi arus terbalik daripada pemasangan bateri yang terbalik contohnya bagi barangan elektronik, selamat daripada kerosakan. 2. Menukar arus AC kepada DC Diod, komponen yang hanya membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah mampu menukarkan arus AC tersebut kepada arus DC. Luas digunakan dalam litar bekalan elektrik di rumah seperti pengecas telefon, komputer dan mana-mana perkakasan yang berfungsi dalam arus DC tetapi mengambil bekalan daripada arus AC.  Kapasitor (Capacitor) Komponen dua terminal yang mampu menyimpan tenaga di dalam medan elektrik secara elektrostatik. Sebagai bateri yang mempunyai kapasiti yang sangat kecil dan mampu dicas dan nyahcas tidak sampai sesaat.  Fungsi kapasitor 1. Menghalang elektrik arus terus (DC) Sebuah komponen yang terdapat pisahan di tengahnya. Arus elektrik DC tidak mampu dialirkan menyeberangi kapasitor. Arus elektrik AC mampu dialirkan menyeberangi kapasitor. Di dalam aplikasi elektrik atau elektronik, kadang-kala terdapat pencampuran sumber voltan DC dan AC kapasitor digunakan untuk membuang arus DC daripada arus AC tersebut.  Fungsi kapasitor 2. Menstabilkan voltan Contohnya, semasa menggunakan microwave, voltan yang diberikan jatuh melebihi tolenransi yang ditetapkan. Kapasitor yang mampu menyimpan tenaga ketika ketinggian voltan boleh melepaskan tenaga tersebut ketika voltan jatuh menjadikan arus lebih stabil. Aplikasi ini dipanggil sebagai turas laluan rendah (low pass filter).  Resistor Satu komponen yang paling untuk setiap peralatn dalam elektronik menggunakannya. Resistor adalah komponen elektronik pasif yang mempunyai nilai resistansi yang fungsinya untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronik.  Jenis-Jenis Resistor Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya ialah: Variable Resistor, Fixed Resistor, LDR dan Thermistor. 1. Variable Resistor Jenis resistor yang nilai resistansinya bisa berubah serta diatur sesuai dengan keinginan. Terbahagi menjadi Rheostat, Potensiometer dan Trimpot.  2. Fixed Resistor Jenis resistor yang mempunyai nilai resistansinya tetap. Nilai resistansi ditandai dengan kode warna atau kode angka.  3. LDR (Light Dependent Resistor) Jenis resistor yang nilai resistansinya dipengaruhi oleh keamatan cahaya yang diterimanya.  4. Thermistor (Thermal Resistor) Jenis resistor yang nilai resistansinya dipengaruhi oleh suhu. Terdapat dua jenis - i) Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan ii)Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).  Fungsi Resistor Sebagai pengatur arus listrik Sebagai pembatas arus listrik Sebagai penurun tegangan listrik Sebagai pembagi tegangan listrik Litar bekalan kuasa DC mengandungi 3 komponen atau bahagian utama: 1. Pengubah : Menurun atau menaikan voltan AC masukan 240V kepada nilai yang dikehendaki. 2. Penerus (Rectifier) : Menukarkan voltan AC kepada voltan DC berdenyut. 3. Penapis (Filter) : Arus terus yang dihasilkan oleh penerus akan ditapis bagi menghasilkan gelombang arus terus yang lebih baik. Selalunya kapasitor dan perintang digunakan untuk menghasilkan bahagian penapis ini Fungsi Utama Litar Bekalan Kuasa Merupakan bahagian litar yang paling penting di dalam alatan elektronik. Menukar voltan masukan arus ulang alik (AC) kepada bentuk voltan Arus Terus (DC). Membekalkan voltan pincangan untuk membolehkan litar-litar elektronik berkendali.