Pengertian Elektronika Digital, Gerbang Logika, dan Rangkaian Digital

Pengertian Elektronika Digital

Elektronika digital adalah sistem elektronik yang mengfungsikan signal digital. Signal digital didasarkan terhadap signal yang berbentuk terputus-putus. Biasanya dilambangkan bersama dengan notasi aljabar 1 dan 0. Notasi 1 melambangkan terjadinya interaksi dan notasi 0 melambangkan tidak terjadinya hubungan.

Contoh yang paling mudah untuk mengerti pengertian ini adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON artinya terjadi interaksi supaya dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka akan berlaku sebaliknya. Elektronik digital merupakan aplikasi dari aljabar boolean dan digunakan terhadap bermacam bidang seperti komputer, telpon selular dan bermacam perangkat lain.

Hal ini sebab elektronik digital mempunyai sebagian keuntungan, pada lain: sistem digital mempunyai antar wajah yang mudah dikendalikan bersama dengan komputer dan perangkat lunak, penyimpanan informasi jauh lebih mudah ditunaikan didalam sistem digital dibandingkan bersama dengan analog.

Namun sistem digital termasuk punya sebagian kelemahan, yaitu: terhadap sebagian kasus sistem digital perlu lebih banyak energi, lebih mahal dan rapuh.

Gerbang Logika

Elektronik digital atau atau rangkaian digital apa-pun tersusun dari apa yang disebut sebagai gerbang logika. Gerbang logika jalankan operasi logika terhadap satu atau lebih input dan menghasilkan output yang tunggal. Output yang dihasilkan merupakan hasil dari serangkaian operasi logika berdasarkan prinsip-prinsip aljabar boolean.

Dalam pengertian elektronik, input dan output ini diwujudkan dan voltase atau arus (tergantung dari model elektronik yang digunakan). Setiap gerbang logika perlu daya yang digunakan sebagai sumber dan area buangan dari arus untuk meraih voltase yang sesuai. Pada diagram rangkaian logika, umumnya daya tidak dicantumkan.

Dalam aplikasinya, gerbang logika adalah blok-blok penyusun dari perangkat keras elektronik. Gerbang logika ini dibikin bersama dengan mengfungsikan transistor. Seberapa banyak transistor yang dibutuhkan, bergantung dari wujud gerbang logika. Dasar pembentukan gerbang logika adalah tabel kebenaran (truth table). Ada tiga wujud dasar dari tabel kebenaran yaitu AND, OR, dan NOT.

Berikut adalah tabel-tabel dan wujud gerbang logikanya:

1. Pada AND, jikalau tersedia dua buah input A dan B maka output atau signal hanya dihasilkan kecuali A = 1 dan B = 1.
2. Pada OR, jikalau tersedia dua buah input A dan B maka output atau signal akan dihasilkan kecuali salah satu atau ke-2 input berharga 1
3. Pada NOT, jikalau tersedia satu input mempunyai nilai spesifik maka operasi NOT akan menghasilkan output / signal yang merupakan kebalikan dari nilai inputnya.

Selain wujud dasar di atas, sebagian wujud yang merupakan turunan dari wujud dasar termasuk penting diketahui. Bentuk tabel kebenaran dan gerbang logika NAND, NOR, dan XOR. NAND adalah hasil operasi NOT + AND, NOR adalah operasi NOT + OR sedangkan XOR adalah ekslusif OR. NAND dan NOR merupakan wujud gerbang logika yang banyak sekali digunakan untuk membangun perangkat elektronik digital.

Rangkaian Digital

Pada sub bab di atas kami telah studi tentang bentuk-bentuk gerbang logika berdasarkan tabel kebenaran. Sebuah rangkaian digital sebetulnya disusun dari satu atau lebih gerbang logika ini. Perhatikan misal terhadap gambar dibawah ini. 

Kalau kami memperhatikan terhadap gambar tersebut, terhadap anggota atas terlihat tersedia empat notasi gerban logika NAND, satu pin untuk sumber daya 5 V dan satu pin untuk ground. Sedangkan terhadap anggota bawah adalah representasi dari rangkaian digital ini, yaitu sebuah chip 7400. 

Rangkaian Elektronika Digital

Rangkaian Elektronika Digital adalah sistem elektronika yang tersusun berasal dari beragam macam komponen elektronika yang gunakan signal digital. Elektronika Digital termasuk sanggup di katakan sebagai urutan elektronika yang perlu aliran listrik atau energi kimia untuk menjalankan atau sebabkan benda berikut berfungsi.

Rangkaian Elektronika Digital merupakan aplikasi berasal dari aljabar boolean dan digunakan pada beragam bidang seperti komputer, telpon  selular dan beragam perangkat lain. Itu di karenakan elektronika digital membawa beberapa keuntungan, di antaranya sistem digital membawa antar wajah yang gampang dikendalikan bersama computer penyimpanan Info ini jauh lebih gampang dibandingkan bersama analog. Namun sistem ini punya kelemahan, yaitu pada beberapa kasus sistem digital perlu lebih banyak energi, lebih mahal dan rapuh.

Rangkaian Elektronika Digital biasanya di lambangkan bersama notasi aljabar 1 dan 0. Notasi 1 melambangkan terjadinya hubungan, namun notasi 0 melambangkan tidak terjadinya hubungan. Contoh yang paling gampang untuk sadar notasi ini adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON artinya berlangsung hubungan supaya dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka dapat berlaku sebaliknya

Elektronika Analog dan Digital merupakan pengenalan, pemakaian mengenai dasar macam dan karakteristik komponen-komponen elektronika serta sistem pembilangan dan gerbang dasar maupun kombinasional. Ilmu elektronika analog dan digital biasanya termasuk mengenai pengetahuan dasar teori atom; bahan penghantar, isolator dan semikonduktor, serta sistem pembilangan dan gerbang dasar.

Dalam pengerjaannya, urutan elektronika digital kala ini udah merajai tiap tiap perangkat elektronika. Sebut saja kalau Televisi. Dengan terdapatnya sistem pengaturan Volume (+) ataupun Volume (-) ataupun menu lainnya berasal dari remote, itu udah menunjukkan bahwa teknologi digital udah diterapkan di dalam televisi tersebut.

Elektronika Digital pada dasarnya tersusun berasal dari berasal dari apa yang disebut sebagai gerbang logika. Gerbang logika melakukan operasi logika pada satu atau lebih input dan membuahkan ouput yang tunggal. Output yang dihasilkan merupakan hasil berasal dari serangkaian operasi logika berdasarkan komitmen komitmen aljabar boolean. Dalam pengertian elektronik, input dan output ini diwujudkan dan voltase atau arus (tergantung berasal dari model elektronik yang digunakan).

Pada diagram urutan logika, biasanya energi tidak dicantumkan. Dalam aplikasinya, gerbang logika adalah blok-blok penyusun berasal dari perangkat keras elektronik. Gerbang logika ini dibikin  bersama gunakan transistor. Seberapa banyak transistor yang dibutuhkan, tergantung berasal dari wujud gerbang logika. Dasar pembentukan gerbang logika adalah tabel kebenaran (truth table). Ada tiga wujud dasar berasal dari tabel kebenaran yaitu AND, OR, dan NOT. 

Mengenal Instrumentasi Elektronika

Dalam bidang industri, pengetahuan dasar instrumentasi terlampau penting khususnya untuk proses pengukuran dan pengendalian / kontrol. Di di dalam suatu industri kimia, misalnya, bermacam macam reaksi kimia mesti diukur dan dikendalikan baik suhu, volume campuran bahan, tekanan, derajat keasaman, dan lain-lainnya. Sementara terhadap industri baja dan logam, suhu yang tinggi mesti diukur secara pas bersama memakai alat pengukur elektronik untuk mampu mengendalikan pengepresan logam terhadap ketebalan yang diinginkan. 

Pada umumnya, peralatan pengukuran atau alat pengukur secara elektronik ini merupakan anggota dasar instrumentasi yang dipakai terhadap hampir semua bidang industri. Bidang instrumentasi ini, tidak hanya diaplikasikan untuk industri kimia dan industri baja semata, namun dibutuhkan termasuk untuk pabrik mobil, pabrik gula, pabrik kertas, pabrik pemrosesan makanan, untuk instrumentasi kedokteran, dan untuk pabrik pembuatan alat-alat elektronik itu sendiri (seperti pabrik pembuatan telephone genggam, pabrik pembuatan chip/ sirkuit terpadu, pabrik pembuatan komputer, dsb). Bentuk variable fisis (fisika) dan kimia yang dipakai untuk dasar kendali di dalam bidang instrumentasi ini meliputi:

1. Suhu / temperatur
2. Tekanan
3. Kecepatan aliran
4. Ketinggian cairan / level
5. Konduktifitas
6. Kepadatan benda dan kekentalan (viskositas)

Dasar dasar Kalibrasi di Instrument elektronika

Untuk mengontrol suatu proses, dibutuhkan informasi tentang kuantitas dan mutu tanda-tanda fisik proses itu. Instrumen-instrumen ukur dipakai untuk meraih informasi ini. Kontrol yang lebih ketat membutuhkan pengukuran yang lebih akurat. Beberapa arti yang umum dipakai di dalam system pengukuran adalah proves variable, range, zero, span, error, linearitas, akurasi. Sekarang akan kami bahas masing masing dari arti diatas.

Mengenal Instrumen Elektronika

Proses Variabel

• Proses variabel adalah besaran phisik atau besaran kimia sebab bermacam efek proses. Tekanan, temperature, flow dan level adalah variabel phisik; tetapi kadar oksigen dan nilai pH adalah variabel-variabel kimia.

Range

• Range adalah mengambarkan batasan sinyal yang terjalin bersama instrumen input ataupun instrumen output. Batasan sinyal terendah dari suatu sinyal input adalah kuantitas instrumen terendah yang diukur, sedang batasan maksimumnya adalah nilai tertinggi. Sebagai contoh, suatu proses membawa batas atau range tekanan dari 100 kPa hingga 500 kPa. Maka alat instrumenasi proses ini tidak mampu digunakan untuk mengukur nilai dibawah 100 kPa atau diatas 500 kPa.

Zero

• Nilai terendah suatu sinyal input atau sinyal output disebut zero, meskipun nilainya tidak nol. Sebagi contoh, range input transmiter tekanan bisa saja 0 – 1000 kPa sedang range outputnya 20 hingga 100 kPa. Dari sini, nilai zero sinyal output dideskripsikan bersama 20 kPa. Transmiter temperatur mampu mengukur temperatur anatara 50oC dan 120 oC, sedang nilai outputnya bervariasi dari 20 hingga 100 kPa. Dalam perihal ini, nilai zero terhadap range input dan output masing-masing adalah 50 oC dan 20 kPa.

Span

• Span input dan output dari suatu instrumen terjalin segera bersama range input ataupun range outputnya. Span adalah selisih aljabar pada nilai range teratas bersama nilai range terendah.

Error

• Error adalah selisih pada nilai yang diukur bersama nilai yang sebenarnya. Sebagai contoh, jika pressure gage menyatakan 216 kPa kala tekananya nyatanya 220 kPa,maka errornya adalah – 4kPa.

Linieritas

• Linieritas menggambarkan kedekatan interaksi pada input bersama output dari suatu instrument yang dideskripsikan layaknya sebuah garis lurus ; perihal tersebut adalah, sebuah gris lusrus dari 0% input dan 0% output hingga 100% input dan 100% output. Jika interaksi ini menyimpang maka timbul ketidak linieran. Ketidak linieran output umumnya dinyatakan di dalam kadar skala penuh atau full scale output.

Akurasi

• Akurasi dari sebuah instrumen mampu didefinisikan sebagai kedekatan pada pengukuran atau output yang menggambarkan nilai nyata. Akurasi umumnya dinyatakan bersama kadar span. 

Akurasi Sistem RFID (Radio Frequency Identification)

Akurasi RFID dapat didefinisikan sebagai tingkat keberhasilan pembaca RFID melakukan identifikasi sebuah tag yang berada pada area kerjanya. Keberhasilan dari proses identifikasi sangat dipengaruhi oleh beberapa batasan fisik, yaitu:

• Posisi antena pada pembaca RFID
• Karakteristik dari material lingkungan yang mencakup sistem RFID
• Batasan catu daya
• Frekuensi kerja sistem RFID

Akurasi Sistem RFID Frekuensi Rendah

Pada frekuensi rendah, contohnya pada frekuensi 13,56 MHz, komunikasi frekuensi radio antara tag dengan pembaca RFID sangat bergantung pada daya yang diterima tag dari antena yang terhubung dengan pembaca RFID. Pada ruang bebas, intensitas dari medan magnet yang diemisikan oleh antena berkurang teradap jarak, maka  terdapat batas jarak di mana tag tidak aktif, dan komunikasi frekuensi radio tidak dapat terjadi. Pengurangan ukuran tag akan mengurangi juga batas jarak.

Komunikasi radio berkurang jika medan magnet harus menembus material yang mengurangi daya elektromagnetik, contohnya pada kasus objek dengan bahan logam. Tag RFID tidak akan terdeteksi ketika ditaruh di dalam logam, karena material logam akan meredam fluks magnet yang melalui tag secara drastis.

Orientasi dari tag sangat penting dan dapat menyebabkan medan magnet bervariasi. Jika orientasi tag RFID sejajar dengan arah propagasi energi, maka fluks adalah nol dan komunikasi radio frekuensi tidak akan terjadi walaupun jarak antara antena dan tag sangat dekat.

Akurasi Sistem RFID Frekuensi Tinggi

Pada frekuensi tinggi, perfomansi dari sistem RFID sangat bergantung pada lingkungan di mana komunikasi di antara tag dan pembaca RFID terjadi. Pada jarak tanpa hambatan proses identifikasi dapat terjadi pada jarak pada orde 10 meter. Tetapi bila ada hambatan maka jarak ini akan berkurang secara drastis.

Pada frekuensi tinggi, tag RFID bekerja secara aktif dengan daya dari batere. Akurasi dari tag RFID dapat berkurang karena kekurangan daya.

Akurasi dari sistem RFID pada umumnya sangat bergantung dari lingkungan di mana sistem RFID dioperasikan. Tantangan desain sistem RFID adalah melakukan desain infrastruktur RFID di antara lingkungan yang kurang bersahabat yang telah dijelaskan sebelumnya.

Teori Dasar Elektronika

Untuk bisa menjadi seorang teknisi elektronika yang handal, seseorang harus mempelajari terlebih dahulu teori dasar elektronika dan kelistrikan. Teori-teori tersebut akan sangat berguna dan membantu saat praktek di lapangan. Teori elektronika ibarat pondasi. Jika pondasi kokoh, maka rumah tak akan mudah ambruk. Ada beberapa sub teori yang harus dipelajari, mulai dari teori elektron, teori atom, arus listrik, tegangan, hukum ohm, dan masih banyak lagi yang lain. 

Teori Dasar Elektronika

Berikut ini adalah beberapa teori dasar elektronika serta dasar kelistrikan yang harus anda pelajari dan pahami jika anda ingin menjadi ahli dalam dunia elektronika. Penasaran dengan informasi lengkapnya? Silahkan simak baik-baik informasi lengkap dari belajarelektronika.net di bawah ini.

1. Teori Elektron dan Atom

Jika suatu benda atau zat baik itu padat, cair, atau gas, dibagi-bagi menjadi bagian yang paling kecil, dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya, maka benda atau zat tersebut dinamakan molekul. Jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang paling kecil sekali, sehingga bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya lagi, maka disebutlah atom.

Kata atom sendiri sebenarnya berasal dari bahasa Yunani yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Jadi atom dapat didefinisikan sebagai bagian yang terkecil dari molekul yang sudah tidak dapat dibagi-bagi lagi dengan reaksi kimia biasa. Sementara molekul adalah bagian terkecil dari suatu benda yang masih punya sifat asal.

Sebuah atom terdiri dari inti atom alias nukleus yang tersusun dari proton (positif) dan netron (netral), yang dikelilingi oleh elektron (negatif). Sebuah atom dikatakan netral bila memiliki muatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama. Dalam teori atom dikenal istilah elektron bebas atau elektron valensi, yakni elektron yang berada di lintasan kulit atom paling luar.

Dalam hukum muatan listrik, jika ada muatan sejenis akan tolak menolak. Sedangkan jika ada muatan tak sejenis maka akan tarik menarik. Dalam teori perpindahan muatan listrik, ada tiga jenis bahan, yakni konduktor atau penghantar, semikonduktor atau setengah penghantar, dan isolator atau penghambat.

2. Teori Arus Listrik

Definisi arus listrik adalah muatan-muatan negatif atau elektron yang mengalir dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi. Satuan arus listrik adalah Ampere. Dalam teori arus listrik, dikenal dua jenis sumber arus listrik, yakni sumber arus listrik searah atau DC dan sumber arus bolak-balik atau AC.

Sumber arus DC adalah listrik yang tidak berubah fasenya. Contohnya adalah baterai, solar sel, accumulator, dinamo dan adaptor. Sedangkan arus AC adalah arus listrik yang berubah-ubah fasenya setiap saat. Contohnya adalah generator, listrik PLN, dan inverter. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur arus listrik adalah amperemeter.

Rumus Arus Listrik: I=Q/t

Dimana:

I = arus listrik dalam satuan ampere (A)

Q = muatan listrik dalam satuan columb (C)

t = waktu dalam satuan sekon (s)

3. Teori Tegangan Listrik

Pengertian tegangan listrik adalah energi atau tenaga yang menyebabkan muatan-muatan negatif atau elektron) mengalir dalam penghantar. Nilai satuan dari tegangan listrik adalah V ( Volt ). Alat yang digunakan untuk mengukur besar kecilnya tegangan listrik adalah voltmeter.

Rumus Tegangan Listrik: V=W/Q

Dimana:

V = tegangan listrik dalam satuan volt (V)

W = energi dalam satuan joule (J)

Q = muatan listrik dalam satuan columb (C)

4. Teori Resistor / Hambatan

Resistor merupakan komponen elektronika pasif yang berfungsi sebagai hambatan listrik. Satuan nilai resistor adalah Ohm. Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya hambatan resistor adalah Ohmmeter. Teori yang erat kaitannya dengan resistor adalah teori George Simon Ohm dengan penelitian kolam air raksanya.

Jika dilihat dari bahannya, resistor memiliki 5 jenis, yakni resistor karbon, kompon, kawat gulung, serbuk besi, dan film logam. Sedangkan jika dilihat dari jenisnya, ada resistor tetap, resistor variabel, negative temperatur coefficient (NTC), positive temperatur coefficient ( PTC ), light dependent resistor ( LDR ), dan magnetic dependent resistor ( MDR ).

Nilai resistansi yang dimiliki sebuah resistor dapat dilihat dari gelang-gelang warna yang dimilikinya. Gelang pertama menyatakan angka pertama ( digit ke-1 ). Gelang kedua menyatakan angka kedua  ( digit ke-2 ). Gelang ketiga menyatakan banyaknya nol atau faktor pengali. Gelang keempat menyatakan toleransi.

Hukum yang membahas tentang resistor adalah hukum Ohm yang dikemukakan oleh George Simon Ohm. Hukum tersebut berbunyi, dalam suatu rangkaian tertutup, kuat arus listrik ( I ), berbanding lurus atau sebanding dengan tegangan listriknya ( V ), dan berbanding terbalik dengan hambatan listrik ( R ).

5. Teori Daya Listrik

Pengertian daya listrik adalah usaha listrik dalam suatu penghantar setiap sekon atau detik.

Rumus daya listrik adalah: P = W/t

Dimana:

P = daya listrik dalam satuan Watt (W)

W = usaha listrik dalam satuan Joule (J)

t = waktu dalam satuan sekon (s)

Sekian informasi mengenai teori dasar elektronika dan dasar kelistrikan. Semoga artikel tadi bermanfaat dan menginspirasi.

Transformator (Trafo), Pengertian dan Prinsip Kerjanya

Hampir setiap rumah di Kota maupun Desa dialiri listrik yang berarus 220V di Indonesia. Dengan adanya arus 220V ini, kita dapat menikmati serunya drama Televisi, terangnya Cahaya Lampu Pijar maupun Lampu Neon,  mengisi ulang handphone dan juga menggunakan peralatan dapur lainnya seperti Kulkas, Rice Cooker, Mesin Cuci dan Microwave Oven. Arus listrik 220V ini merupakan jenis arus bolak-balik (AC atau Alternating Current) yang berasal dari Perusahaan Listrik yaitu PLN. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh  PLN pada umumnya dapat mencapai puluhan hingga ratusan kilo Volt dan kemudian diturunkan menjadi 220V seperti yang kita gunakan sekarang dengan menggunakan sebuah alat yang dinamakan Transformator. Transformator disebut juga dengan Transformer.

Pengertian Transformator (Trafo)

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC.  Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt.

Bentuk dan Simbol Transformator (Trafo)

Berikut ini adalah gambar bentuk dan simbol Transformator :

Prinsip Kerja Transformator (Trafo)

Sebuah Transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi (Core).  Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua (sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah.

Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.

Beberapa bentuk lempengan besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti :

E – I Lamination

E – E Lamination

L – L Lamination

U – I Lamination

Dibawah ini adalah Fluks pada Transformator :Fluks Magnet Transformator

Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan Transformator Step Up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 1/10 dari tegangan input pada Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator Step Down.

Perkembangan Teknologi Elektronika

Perkembangan teknologi elektronika dari teknologi mikro hingga teknologi nano. Perkembangan teknologi elektronika dilihat dari sudut pandang ukuran komponen yang digunakan dari orde mikro meter hingga nano meter. Perkembangan teknologi elektronika ini dilihat dari perkembangan komponen semikonduktor yang dihasilkan oleh produsen komponen yang semakin kecil ukurannya hingga orde nano meter.

Orde mikro (m) dalam satuan menunjukkan nilai sepersejuta (10-6). Satu mikrometer (1mm) misalnya, nilainya sama dengan sepersejuta meter (10-6 m). Sedang nano (n) menunjukkan nilai seper satu milyar (10-9). Satu nano gram (1 ng) nilainya sama dengan seper satu milyar gram (10-9 g). Orde mikro adalah 1000 kali lebih besar dibandingkan orde nano, atau sebaliknya orde nano adalah seperseribu dari orde mikro.

Kalau dalam dunia elektronika kita mengenal komponen yang disebut mikrochip, berarti di dalam chip elektronik itu terdapat ribuan bahkan jutaan komponen renik berorde mikro. Jika teknologi elektronika kini mulai bergeser dari mikroelektronika ke nanoelektronika, hal ini berarti bahwa komponenkomponen elektronik yang digunakan berode nano atau setingkat molekuler, bagian terkecil dari suatu materi. Berarti pula seribu kali lebih kecil dibandingkan ukuran komponen yang ada dalam mikrochip saat ini.

Sekitar tahun 1920-an, lahir konsep baru di beberapa pusat penelitian fisika di Heidelberg, Gottingen, dan Kopenhagen. Konsep baru tersebut adalah kuantum mekanika atau kuantum fisika yang semula dipelopori oleh Max Planck dan Albert Einstein, kemudian dilanjutkan oleh ilmuwan seperti Niels Bohr, Schrodinger, Max Born, Samuel A. Goudsmith, Heisenberg dan lain-lain. Konsep ini secara fundamental mengubah prinsip kontinuitas energi menjadi konsep diskrit yang benar-benar mengubah fikiran yang sudah berjalan lebih dari satu abad. Sisi lain yang tak kalah mengejutkan sebagai akibat lahirnya konsep kuantum in adalah lahirnya fisika zat padat oleh F. Seitz dan fisika semikonduktor oleh J. Bardeen di Amerika Serikat, W.B. Sockley di Inggris dan Love di Rusia pada tahun 1940.

Kemajuan riset dalam bidang fisika telah mengantarkan para fisikawan dapat meneliti dan mempelajari berbagai sifat kelistrikan zat padat. Dari penelitian ini telah ditemukan bahan semikonduktor yang mempunyai sifat listrik antara konduktor dan isolator. Penemuan bahan semikonduktor kemudian disusul dengan penemuan komponen elektronik yang disebut transistor. Dalam perjalanan berikutnya, transistor tidak hanya mengubah secara mencolok berbagai aspek kehidupan moderen, tetapi transistor tergolong salah satu dari beberapa penemuan moderen yang memajukan teknologi dengan biaya rendah.

Transistor dapat dihubungkan pada rangkaian elektronik sebagai komponen terpisah atau dalam bentuk terpadu pada suatu chip. Pada tahun 1958, insinyur di dua perusahaan elektronik, Kilby (Texas Instrument) dan Robert Noyce (Fairchild) telah memperkenalkan ide rangkaian terpadu monolitik yang dikenal dengan nama IC (integrated circuit). Kemajuan dalam bidang mikroelektronika ini tidak terlepas dari penemuan bahan semikonduktor maupun transistor. Komputer digital berkecepatan tinggi bisa terwujud berkat penggunaan transistor dalam IC yang merupakan kumpulan jutaan transistor renik yang menempati ruangan sangat kecik, yang semula hanya bisa ditempati oleh sebuah transistor saja.

Ukuran Komponen Serba Kecil

Berbagai produk monumental dari perkembangan teknologi elektronika hadir di sekeliling kita. Namun teknologi mikroelektronika bukan sekedar menghadirkan produk, tetapi juga menampilkan produk itu dalam bentuk dan ukuran yang makin lama makin kecil dengan kemampuan kerja yang lebih tinggi. Dapat kita sebut disini sebagai contoh adalah munculnya komputer dan telepon seluler (ponsel). Bentuk dini komputer moderen telah menggunakan elektronika pada rangkaian-rangkaian logika, memori dan sistim angka biner. Komputer yang dibuat oleh J. Presper Eckert dan John W. Mauchly itu diberi nama ABC (Atonosoff-Berry Computer) yang diperkenalkan pada tahun 1942. Komputer ini berukuran sangat besar, sebesar salah satu kamar di rumah kita, karena di dalamnya menggunakan 18 ribu tabung hampa.

Komputer elektronik generasi pertama yang diberi nama ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) dikembangkan pada zaman Perang Dunia Kedua dan dipakai untuk menghitung tabel lintasan peluru dalam kegiatan militer. Pergeseran penting dalam elektronika telah terjadi pada akhir tahun 1940-an. Fungsi tabung-tabung elektronik saat itu mulai digantikan oleh transistor yang dibuat dari bahan semikonduktor. Penggunaan transistor yang mulai mencuat ke permukaan pada tahun ’70-an ternyata memiliki beberapa kelebihan dibandingkan tabung hampa elektronik, antara lain :

• Transistor lebih sederhana sehingga dapat diproduksi dengan biaya lebih rendah.
• Transistor mengkonsumsi daya yang lebih rendah dibandingkan tabung hampa.
• Transistor dapat dioperasikan dalam keadaan dingin sehingga tidak perlu waktu untuk pemanasan.
• Ukuran transistor jauh lebih kecil dibandingkan tabung hampa.
• Daya tahan transistor lebih lama dan dapat mencapai beberapa dasawarsa.
• Transistor mempunyai daya tahan yang tinggi tehadap goncangan dan getaran.

Komputer generasi kedua yang telah menggunakan transistor adalah IBM 1401 yang diluncurkan oleh IBM pada tahun 1959. Sebelumnya juga telah diluncurkan IBM 701 pada tahun 1953 dan IBM 650 pada tahun 1954. Munculnya rangkaian terpadu atau integrated circuit (IC) ternyata telah menggusur dan mengakhiri riwayat keberadaan transistor. Komputer generasi ketiga adalah sistim 360 yang juga diluncurkan oleh IBM. Dalam komputer ini telah menggunakan IC, yang kemudian disusul dengan penggunaan large scale integration (LSI), dan selanjutnya very large scale integration (VLSI). Pada tahun 1971, MITS Inc. meluncurkan ALTAIR, komputer mikro pertama yang menggunakan mikroprosesor Intel 8080. Komputer elektronik generasi berikutnya dikembangkan dengan menggunakan mikroprosesor yang makin renik sehingga secara fisik tampil dengan ukuran yang lebih kecil, namun dengan kecepatan kerja yang jauh lebih tinggi. Pengaruh kemajuan dalam teknologi elektronika ini demikian pesatnya mengubah wajah teknologi dalam bidang telekomunikasi dan automatisasi. Kemajuan dalam kedua bidang tersebut menyebabkan kontribusi sain ke dalam teknologi yang sangat besar, hampir mencapai 50 % dalam proses, sehingga teknologi semacam ini disebut High-Technology.

Selain pada komputer, kita juga bisa menyaksikan produk elektronik berupa ponsel yang proses miniaturisasinya seakan tak pernah berhenti, baik dalam aspek disain produknya maupun dalam aspek teknologi mikroelektronikanya. Sebagai anak kandung jagad mikroelektronika, kehadiran ponsel selalu mengikuti perkembangan teknologi mikroelektronika sehingga dapat tampil semakin mungil dan lebih multi fungsi dibandingkan generasi sebelumnya. Mengecilnya ponsel juga didukung oleh kemampuan para ahli dalam mengintegrasikan berbagai komponen baru yang ukurannya lebih kecil seperti mikrochip, yang kemampuannya selalu meningkat seiring dengan perjalanan waktu, dan semakin banyak fungsi yang dapat dijalankannya. Kini ponsel dengan berbagai fasilitas di dalamnya bisa masuk ke dalam genggaman tangan.

Beralih ke Nanoteknologi

Perkembangan teknologi telah mengantarkan elektronika beralih dari orde mikro ke nano, yang berarti komponen elektronika kelak dapat dibuat dalam ukuran seribu kali lebih kecil dibandingkan generasi mikroelektronika sebelumnya. Pada awal tahun ’90-an, Dr. Rohrer, penemu tunneling electron microscope dan pemenang hadiah Nobel bidang fisika tahun 1986, meramalkan bahwa mikroelektronika akan segera digantikan oleh nanoelektronika atau quantum dot. Sedang prof. Petel (president UCLA) meramalkan bahwa teknologi photonik akan menggantikan mikroelektronika di awal abad 21 ini. Feyman pada akhir tahun 1959 juga telah meramalkan akan hadirnya teknologi ini pada abad 21.

Para perintis nanoteknologi, suatu bidang baru teknologi miniatur, telah melihat kemungkinan penggunaan materi seukuran molekul untuk membuat komponen elektronika di masa depan. Dalam teknologi ini, ukuran sirkuit-sirkuit elektronika bisa jadi akan lebih kecil dibandingkan garis tengah potongan rambut atau bahkan seukuran dengan diameter sel darah manusia. Ukuran transistor di masa mendatang akan menjadi sangat kecil berskala atom yang disebut quantum dot.

Suatu ketika di bulam Mei 1988, dalam acara konferensi pengembangan antariksa di Pittsburg, K. Eric Drexler, pakar komputer dari Universitas Stanford, Amerika Serikat, mengemukakan tentang peluang pengembangan nanoteknologi di masa mendatang. Teknologi ini didasarkan pada kemampuan membuat perangkat elektronika dengan ketelitian setingkat ukuran atom. Drexler melihat bahwa makhluk hidup merupakan bukti adanya nanoteknologi. Dexler menguraikan kemungkinan pembuatan alat seukuran molekul yang proses kerjanya menyerupai molekul dari protein yang menjalankan fungsinya di dalam tubuh manusia. Drexler juga meramalkan bahwa zaman nanoteknologi akan dimulai memasuki awal milenium tiga ini.

Dengan beralih ke nanoteknologi ini, tentu saja bidang yang paling banyak dipengaruhi adalah dalam disain komputer. Molekul-molekul akan dihimpun sehingga membentuk komponen elektronika yang mampu menjalankan tugas tertentu. Suatu terobosan besar akan terjadi bila para pakar dapat mewujudkan hal tersebut untuk membuat nanokomputer. Dengan komponen seukuran molekul, nanokomputer dapat masuk ke dalam kotak seukuran satu mikrometer. Komputer ini mampu bekerja ratusan ribu kali lebih cepat dibandingkan mikrokomputer elektronik yang ada saat ini.

Penelitian yang kini sedang dilakukan oleh para pakar adalah mengembangkan metode penggantian dengan materi protein terhadap molekul, alat memori dan struktur lain yang kini ada di dalam komputer. Jacob Hanker, profesor rekayasa biomedik dari Universitas North Caroline, AS, telah berhasil melakukan percobaan membuat komponen semikonduktor dengan bahan-bahan biologis. Mesin-mesin elektronik yang dinamai juga kuantum elektronik akan memiliki kemampuan mengolah pulsa yang jauh lebih besar. Kuantum teknologi ini akan mampu menerobos keterbatasan dan kejenuhan mikroelektronika yang ada saat ini. Perusahaan komputer IBM saat ini sedang merancang komputer dengan teknologi kuantum yang disebut kuantum komputer. Jika komputer tersebut telah memasuki pasar, maka komputer generasi pendahulu yang masih menggunakan teknologi mikroelektronika bakal tersingkir. Teknologi baru ini bakal segera mengubah sistim jaringan telekomunikasi di awal milenium tiga ini. Teknologi ini juga akan membawa dunia kepada ciri-ciri baru dalam perangkat teknologinya, yaitu : berukuran sangat kecil, berkerapatan tinggi,

kecepatan kerjanya tinggi, bermulti fungsi, memiliki kontrol yang serba automatik, hemat dalam konsumsi energi dan ramah lingkungan.