ISOLATOR
Biasanya disebut bahan penyekat. Penyekatan
listrik terutama dimaksudkan agar arus listrik tidak dapat mengalir jika
pada bahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik.
BENTUK-BENTUK PENYEKAT
Seperti keadaan umum benda, maka penyekat penyekat memiliki bentuk-bentuk yang serupa yaitu padat, cair, dan gas.
PADAT
Berbentuk padat dibedakan menurut kelompok-kelompoknya yaitu :
Bahan tambang.
§ Batu Pualam
Kwalitas ditentukan oleh kepadatan dan penggosokannya. Semakin padat dan semakin licin semakin kurang daya penyerapan airnya. Karenasifatnya mudah pecah dan berat, maka sekarang kurang banyak dipakai.
§ Asbes
Asbes merupakan bahan berserat, tidak kuat, dan mudah putus. Bukan penyekat yang baik. Keistimewaannya adalah tidak dapat dibakar, jadi tahan panas tinggi. Banyak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga seperti setrika listrik, kompor listrik, dan alat-alat pemanas lainnya.
§ Mika
Data teknisnya : Daya sekat listrik dan kekuatan mekanis sangat tinggi dan elastis pula. Daya tahan panas tinggi (tidak sampai ratusan derajat) dan penahan air yang baik. Sangat ringan, dan bening (transparan). Banyak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga seperti setrika listrik, kompor listrik, dan alat-alat pemanas lainnya.
§ Mikanit
Mikanit adalah mika yang telah mendapat perubahan bentuk maupun susunan bahannya. Berbentuk agak padat. Biasa dipakai pada Komutator.
§ Mikafolium
Semacam mikanit dan sebagai bahan digunakan di atas lapisan kertas tipis. Mudah dibengkokkan dengan pemanas. Biasanya dipakai untuk membungkus kawat atau batang lilitan sebagai penyekat pada mesin listrik tegangan tinggi.
§ Mikalek
Digunakan gelas dan plastic sebagai bahan dasar. Bubuk mika merupakan bahan pengisi. Kekuatan mekanis tinggi dan sering dipakai pada penyearah arus logam (air raksa), peralatan radio dan tenaga listrik. Mikalek merupakan mika terbaik, sehingga dapat memenuhi persyaratan yang diperlukan sebagai penyekat.
Berbentuk padat dibedakan menurut kelompok-kelompoknya yaitu :
Bahan tambang.
§ Batu Pualam
Kwalitas ditentukan oleh kepadatan dan penggosokannya. Semakin padat dan semakin licin semakin kurang daya penyerapan airnya. Karenasifatnya mudah pecah dan berat, maka sekarang kurang banyak dipakai.
§ Asbes
Asbes merupakan bahan berserat, tidak kuat, dan mudah putus. Bukan penyekat yang baik. Keistimewaannya adalah tidak dapat dibakar, jadi tahan panas tinggi. Banyak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga seperti setrika listrik, kompor listrik, dan alat-alat pemanas lainnya.
§ Mika
Data teknisnya : Daya sekat listrik dan kekuatan mekanis sangat tinggi dan elastis pula. Daya tahan panas tinggi (tidak sampai ratusan derajat) dan penahan air yang baik. Sangat ringan, dan bening (transparan). Banyak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga seperti setrika listrik, kompor listrik, dan alat-alat pemanas lainnya.
§ Mikanit
Mikanit adalah mika yang telah mendapat perubahan bentuk maupun susunan bahannya. Berbentuk agak padat. Biasa dipakai pada Komutator.
§ Mikafolium
Semacam mikanit dan sebagai bahan digunakan di atas lapisan kertas tipis. Mudah dibengkokkan dengan pemanas. Biasanya dipakai untuk membungkus kawat atau batang lilitan sebagai penyekat pada mesin listrik tegangan tinggi.
§ Mikalek
Digunakan gelas dan plastic sebagai bahan dasar. Bubuk mika merupakan bahan pengisi. Kekuatan mekanis tinggi dan sering dipakai pada penyearah arus logam (air raksa), peralatan radio dan tenaga listrik. Mikalek merupakan mika terbaik, sehingga dapat memenuhi persyaratan yang diperlukan sebagai penyekat.
BAHAN BERSERAT
Sebenarnya bahan ini kurang baik karena sifat yang sangat menyerap air. Beberapa contohnya:
§ Benang
Sebenarnya tidak semata-mata digunakan sebagai penyekat, tetapi lebih condong digunakan sebagai pengisi kabel, terutama kabel tanah.
§ Tekstil
Dari benang ditenun menjadi pita dan kain dengan berbagai corak, ukuran, dan kwalitasnya. Bahan tekstil digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai penyekat kawat lilitan mesin listrik, pengikat, dsb. Karena bersifat menyerap cairan, untuk perbaikan daya sekat dilapis atau dicelup ke dalam cairan lak penyekat.
§ Ketas
Ketas bahan penyekat dengan alkali memiliki harga yang mahal. Berwarna kuning atau coklat muda. Kekuatan kertas tergantung dari kadar airnya. Untuk mengatasinya kertas dilapisi lak penyekat. Biasa digunakan pada lilitan kawat, kumparan, penyekat kabel, dan kondensator kertas. Biasanya memiliki ketebalan tertentu.
§ Prespan
Dibanding dengan kertas, prespan lebih padat, jadi kurang menyerap air.
§ Kayu
Pada jaman dahulu sering digunakan untuk tiang listrik. Kayu dapat rusak karena factor biologi, supaya tahan lama kayu harus diawetkan lebih dulu. Kayu juga harus dimampatkan agar kadar airnya dapat berkurang.
Sebenarnya bahan ini kurang baik karena sifat yang sangat menyerap air. Beberapa contohnya:
§ Benang
Sebenarnya tidak semata-mata digunakan sebagai penyekat, tetapi lebih condong digunakan sebagai pengisi kabel, terutama kabel tanah.
§ Tekstil
Dari benang ditenun menjadi pita dan kain dengan berbagai corak, ukuran, dan kwalitasnya. Bahan tekstil digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai penyekat kawat lilitan mesin listrik, pengikat, dsb. Karena bersifat menyerap cairan, untuk perbaikan daya sekat dilapis atau dicelup ke dalam cairan lak penyekat.
§ Ketas
Ketas bahan penyekat dengan alkali memiliki harga yang mahal. Berwarna kuning atau coklat muda. Kekuatan kertas tergantung dari kadar airnya. Untuk mengatasinya kertas dilapisi lak penyekat. Biasa digunakan pada lilitan kawat, kumparan, penyekat kabel, dan kondensator kertas. Biasanya memiliki ketebalan tertentu.
§ Prespan
Dibanding dengan kertas, prespan lebih padat, jadi kurang menyerap air.
§ Kayu
Pada jaman dahulu sering digunakan untuk tiang listrik. Kayu dapat rusak karena factor biologi, supaya tahan lama kayu harus diawetkan lebih dulu. Kayu juga harus dimampatkan agar kadar airnya dapat berkurang.
GELAS DAN KERAMIK
§ Gelas
Merupakan penyekat yang baik untuk listrik, namun sangat rapuh. Biasanya dipakai dalam pembuatan bola lampu pijar.
§ Keramik
Keramik memiliki daya sekat yang tinggi. Biasanya dibuat menjadi porselin dan steatite.
Steatit
Bagian dari dalam saklar dan kotak tusuk. Biasanya juga pembuatan manik-manik untuk menyekat kawat penghubung yang dapat melentur dan letaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik.
Porselin
Merupakan bahan yang penting dalam penyekatan karena memiliki kekukuhan mekanis yang sangat besar.Untuk pembuatan bagian isolasi alat-alat listrik yang harus menahan gaya tekan yang berat, bahan porselin baik sekali. Air tidak dapat menyerap karena adanya email pada permukaan.
§ Gelas
Merupakan penyekat yang baik untuk listrik, namun sangat rapuh. Biasanya dipakai dalam pembuatan bola lampu pijar.
§ Keramik
Keramik memiliki daya sekat yang tinggi. Biasanya dibuat menjadi porselin dan steatite.
Steatit
Bagian dari dalam saklar dan kotak tusuk. Biasanya juga pembuatan manik-manik untuk menyekat kawat penghubung yang dapat melentur dan letaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik.
Porselin
Merupakan bahan yang penting dalam penyekatan karena memiliki kekukuhan mekanis yang sangat besar.Untuk pembuatan bagian isolasi alat-alat listrik yang harus menahan gaya tekan yang berat, bahan porselin baik sekali. Air tidak dapat menyerap karena adanya email pada permukaan.
PLASTIK
Sifat baik dari bahan plastic antara lain : ringan, daya hantar panas rendah, tahan air, dan daya sekat tinggi. Untuk dipakai pada bahan yang lebih panas, plastic kurang baik. Ada 2 jenis plastic yaitu:
§ Thermoplastik. Pada suhu 60 derajat sudah menjadi lunak. Pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur kimiawi.
§ Thermosetting plastic. Bahan ini telah mengalami proses pencairan dan telah dicetak dan mengalami perubahan struktur kimiawi sehingga tidak dapat lunak lagi walaupun dipanaskan.
Sifat baik dari bahan plastic antara lain : ringan, daya hantar panas rendah, tahan air, dan daya sekat tinggi. Untuk dipakai pada bahan yang lebih panas, plastic kurang baik. Ada 2 jenis plastic yaitu:
§ Thermoplastik. Pada suhu 60 derajat sudah menjadi lunak. Pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur kimiawi.
§ Thermosetting plastic. Bahan ini telah mengalami proses pencairan dan telah dicetak dan mengalami perubahan struktur kimiawi sehingga tidak dapat lunak lagi walaupun dipanaskan.
KARET DAN EBONIT
§ Karet
Bersifat elastis dan berguna untuk menahan tumbukan. Digunakan sebagai penyekat hantaran listrik, penggunaan pipa karet untuk menyekat sepatu kabel, dan pembungkus kabel.
§ Ebonit
Dapat dibengkokan dalam air yang mendidih, dapat dikikir, dibor, dan dibubut. Tahan terhadap asam dan dipakai sebagai bak akumulator. Tidak dapat menyerap air. Tidak tahan panas.
§ Karet
Bersifat elastis dan berguna untuk menahan tumbukan. Digunakan sebagai penyekat hantaran listrik, penggunaan pipa karet untuk menyekat sepatu kabel, dan pembungkus kabel.
§ Ebonit
Dapat dibengkokan dalam air yang mendidih, dapat dikikir, dibor, dan dibubut. Tahan terhadap asam dan dipakai sebagai bak akumulator. Tidak dapat menyerap air. Tidak tahan panas.
BAHAN-BAHAN YANG DIPADATKAN
§ Lilin dan Parafin
Cepat mencair, mempunyai sifat tidak menyerap air dan hasilnya berlimpah, dijadikan salah satu bahan yang berguna untuk penyekat listrik walaupun titik leleh relative rendah. Biasa dipakai pada Kondensator atau pada bdang arus lemah.
§ Lilin dan Parafin
Cepat mencair, mempunyai sifat tidak menyerap air dan hasilnya berlimpah, dijadikan salah satu bahan yang berguna untuk penyekat listrik walaupun titik leleh relative rendah. Biasa dipakai pada Kondensator atau pada bdang arus lemah.
CAIR
Cairan
§ Air
Air suling atau air murni dapat disebut sebagai bahan penyekat walaupun masi dapat mengantar arus listrik dalam jumlah yang sangat kecil.
§ Minyak Transformator
Diperlukan sebagai pendingin pada transformator yang di akibatkan lilitan kawat. Tanpa pendinginan akan merusak penyekat inti, lilitan dan pada bagian tertentu. Minyak transformator harus memenuhi eprsyaratan kelayakan penggunaan.
§ Minyak kabel
Umumnya dibuat pekat dan untuk menambah pekat dapat dicampur dengan dammar. Digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada kabel tenaga, kabel tanah, terutama kabel tegangan tinggi.
Cairan
§ Air
Air suling atau air murni dapat disebut sebagai bahan penyekat walaupun masi dapat mengantar arus listrik dalam jumlah yang sangat kecil.
§ Minyak Transformator
Diperlukan sebagai pendingin pada transformator yang di akibatkan lilitan kawat. Tanpa pendinginan akan merusak penyekat inti, lilitan dan pada bagian tertentu. Minyak transformator harus memenuhi eprsyaratan kelayakan penggunaan.
§ Minyak kabel
Umumnya dibuat pekat dan untuk menambah pekat dapat dicampur dengan dammar. Digunakan untuk memadatkan penyekat kertas pada kabel tenaga, kabel tanah, terutama kabel tegangan tinggi.
GAS
Nitrogen
Digunakan sebagai pengontrol saluran kabel pengisi/distribusi untuk mengetahui masih baik tidaknya penyekat kabel yang dipakai. Terutama pada kabel tanah yang sering terjadi karat, goresan dan retak pada timah hitam,
Hidrogen
Hidrogen digunakan sebagai pendingin turbogenerator dan kondensor sinkron. Walaupun sebagai pendingin juga merupakan penyekat panas dan listrik.
Carbon Dioksida
Digunakan dalam turbogenerator. Memiliki sifat mematikan api. Sebagai pengaman untuk pencampuran hydrogen dan udara yang dapat mengakibatkan ledakan.
Nitrogen
Digunakan sebagai pengontrol saluran kabel pengisi/distribusi untuk mengetahui masih baik tidaknya penyekat kabel yang dipakai. Terutama pada kabel tanah yang sering terjadi karat, goresan dan retak pada timah hitam,
Hidrogen
Hidrogen digunakan sebagai pendingin turbogenerator dan kondensor sinkron. Walaupun sebagai pendingin juga merupakan penyekat panas dan listrik.
Carbon Dioksida
Digunakan dalam turbogenerator. Memiliki sifat mematikan api. Sebagai pengaman untuk pencampuran hydrogen dan udara yang dapat mengakibatkan ledakan.
SEMIKONDUKTOR
PENGERTIAN UMUM
Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan – bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
PENGERTIAN UMUM
Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan – bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
SUSUNA ATOM SEMIKONDUKTOR
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2).
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2).
Tipe-N
Bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
Bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
Tipe-P
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap meerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap meerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.
CONTOHNYA
1. Dioda PN
Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan–pakai lem barangkali ya
, maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai
dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan
disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan
memberi doping (impurity material) yang berbeda.
Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi.
Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED, Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN.
2. Transistor Bipolar
Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar.
Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.
1. Dioda PN
Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan–pakai lem barangkali ya
, maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai
dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan
disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan
memberi doping (impurity material) yang berbeda.Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi.
Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED, Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN.
2. Transistor Bipolar
Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar.
Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.
Bias DC
Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias)
Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias)