Perkenalan Breadboard Untuk Simulasi Microcontroller (Arduino)

Apa itu breadboard?

Definisi 

         Breadboard adalah board yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara dengan tujuan uji coba atau prototipe tanpa harus menyolder. Dengan memanfaatkan breadboard, komponen-komponen elektronik yang dipakai tidak akan rusak dan dapat digunakan kembali untuk membuat rangkaian yang lain. Breadboard umumnya terbuat dari plastik dengan banyak lubang-lubang diatasnya. Lubang-lubang pada breadboard diatur sedemikian rupa membentuk pola sesuai dengan pola jaringan koneksi di dalamnya.

Breadboard yang tersedia di pasaran umumnya terbagi atas 3 ukuran: mini breadboard, medium breadboard atau large breadboard. Mini breadboard memiliki 170 titik koneksi (bisa juga lebih). Kemudian medium breaboard memiliki 400 titik koneksi. Dan large breadboard memiliki 830 titik koneksi.

Definisi lainnya

         Breadboard digunakan untuk membuat rangkaian sementara tanpa menggunakan solder dan hanya  menggunakan kabel jumper. Untuk para pemula, disarankan untuk membuat rangkaian menggunakan breadboard karena sangat mudah untuk mengganti komponen dan merubah sambungan antar kaki komponen.

         Breadbord memiliki banyak lubang (holes) dengan diameter sekitar 0.1 cm. Kaki komponen dapat langsung masuk kedalam lubang pada breadboard. Untuk IC dapat dihubungkan seperti gambar dibawah. Kabel yang digunakan sebagai jumper adalah kabel tunggal yang biasa digunakan untuk kabel telepon.

Keterangan :

#. A dan B -- > Hole (lubang) yang terhubung secara horizontal dan masing-masing terdiri dari 2 baris. Garis berwarna biru dan merah tidak ada hubungan. Untuk menghubungkan antara A dan B dapat melihat keterangan C.

#. D dan E --> Hole (lubang) yang terhubung secara vertical (garis berwarna orange) dan masing-masing terdiri dari 5 baris. Untuk menghubungkan antara D dan E dapat melihat keterangan F.

Mini Breadboard dan Layout koneksi (Connection Layout)

Perhatikan gambar diatas, sebuah mini breadboard dengan 200 titik koneksi. Pada bagian kanan dapat dilihat pola layout koneksi yang digambar dengan garis berwarna biru. Pada breadboard tersebut dapat dilihat penulisan huruf A, B, C, D, E, F, G, H, I dan J. 

Kemudian ada angka 1, 5, 10, 15 dan 20. Huruf dan angka ini membentuk semacam koordinat. A1, B1, C1, D1 dan E1 saling berhubungan sesuai pola koneksinya (lihat kembali garis berwarna biru). Begitu juga A2 –> E2, A3 –> E3, F1 –> J1, F2 –> J2 dan seterusnya. Dengan memahami pola koneksi ini kita sudah bisa memakai breadboard untuk keperluan prototipe rangkaian sehingga dapat menempatkan komponen elektronik secara tepat sesuai gambar rangkaian yang dimaksud.

Gambar diatas adalah medium breadboard dengan 400 titik koneksi. Medium breadboard ini biasa juga disebut half (setengah) breadboard. Karena ukurannya kurang lebih setengah dari ukuran large / full breadboard dengan 830 titik koneksi.

Berikut adalah contoh implementasi penggunaan Breadboard pada project Microcontroller  (Arduino) :

Gambar rangkaian/skematika untuk Blinking LED/Mengontrol Kedap-Kedip Lampu LED dgn Arduino :

Setelah kita mengetahui rangkaian apa yang akan dibuat, selanjutnya adalah penerapannya menggunakan breadboard dan Arduino.

Apa saja yg dibutuhkan yaitu : 

1. Arduino Uno/Duemilanov Atmega328 atau sejenisnya

2. Arduino Compiler dan source code

3. Kabel USB printer untuk mengirim/download sourcecode ke uController 

3. Breadboard

4. LED (Light Emiting Diode/DIODA) 

5. Kabel Jumper

6. Resistor Sesuaikan dgn tegangan arus & voltase yg anda gunakan  atau baca ini 

Untuk alat simulasi dikomputer bisa menggunakan software ISIS Preteus, Virtual Breadboard atau Fritzing.org

Okeehh ... selamat ber eksperimen!

Ref: Famosastudio, Ayobelajarelektronika

Teori Elektron pada Fisika

   Menurut pelajaran ilmu Fisika bahwa semua zat baik padat, cair, maupun gas yang kemudian kita sebut dengan bahan (dalam konteks ini bahan listrik) yaitu semua zat yang digunakan/dimanfaatkan untuk bahan kelistrikan. Terdiri dari bagian-bagian  terkecil yang disebut molekul. Molekul terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil yang disebut dengan atom. Suatu atom tersusun dari inti atom (Nucleus). Nucleus terdiri dari 2 partikel yaitu proton dan neutron. Proton dinyatakan bermuatan positif, sedangkan neutron dinyatakan tidak bermuatan (netral). Antara proton dan neutron terikat sangat kuat menjadi inti atom. Elektron, yaitu partikel yang sangat kecil bergerak mengelilingi inti atom pada garis orbit berbentuk elips. Elektron dinyatakan mempunyai muatan negatif dengan massa yang sangat kecil kurang lebih sebesar 1/1640 massa proton.

Beberapa hal yang perllu dimengerti tentang Atom :
     Massa sebuah proton 1,66 x 10-27 Kg
           Massa sebuah elektron 9,1096 x 10-31 Kg
Dengan satuan muatan Coulomb
     1 coulomb = sejumlah muatan elektron 6,242 x 1018 Elektron
     1 elektron = 1,602 x 10-19 Coulomb
 

 Ternyata setiap bahan memiliki proton dan elektron pada atom-atomnya.
   Jika jumlah proton dan elektron pada setiap atom dari suatu bahan sama besarnya, maka bahan tersebut dikatakan netral. Akan tetapi ada kemungkinan bagi kita untuk memindahkan elektron-elektron yang dimiliki oleh suatu bahanketempat lain bisa juga kita menambahkan jumlah muatan elektron kedalam bahan tersebut. Akibatnya jumlah elektron tidak sama. Kondisi ini dikatakan bahan tersebut bermuatan listrik. Selain itu setiap bahan mempunyai jumlah elektron dari setiap atomnya yang berbeda.

Definisi Arus Listrik, Tegangan dan Hambatan

1. Arus Listrik (Ampere)

      Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.

I = Q/T

Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.

Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).

2. Tegangan (Volt)
            Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

V= I .R

Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).

3. Hambatan (Ohm)

       Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

       Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.

            Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

       Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.

      Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

      Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).

           Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.

      Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

 HUKUM OHM

E = I R
I = E / R
R = I / E

Kesimpulan :
• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
• Hambatan dinyatakan dengan ohm diberi symbol R
• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I

Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :

P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R

Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere

Contoh Soal Latihan:
Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?

JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 10 Amper
Dit : hambatan…………….?

JAWAB
R = V/R

R = 220/10 = 22 ohm

Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm

Contoh Soal Latihan:
Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu tersebut ?

JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 2 Amper
Dit : Daya…………….?

JAWAB
P = V.I

P = 220. 2 = 440 Watt

Reference : tekniklistrikstemba