A. Pengantar
Schematics adalah cara untuk menggambarkan rangkaian elektronik secara visual, menggunakan simbol-simbol standar untuk mewakili komponen-komponen dan hubungan antara mereka. Dengan schematics, Anda dapat merancang, membangun, dan memecahkan masalah rangkaian dengan lebih mudah dan efisien.
Namun, untuk dapat membaca dan mengikuti schematics, Anda perlu mempelajari makna dan fungsi dari berbagai simbol yang digunakan. Simbol-simbol ini mencakup sumber daya, resistor, kapasitor, induktor, dioda, transistor, LED, saklar, relay, dan banyak lagi. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan secara detail apa itu schematics, mengapa schematics penting, dan bagaimana cara membaca dan mengikuti schematics dengan benar
Setelah mempelajari makna dan fungsi dari berbagai simbol schematics, kita akan belajar bagaimana cara menggabungkan simbol-simbol tersebut dengan menggunakan garis-garis dan titik-titik untuk merepresentasikan rangkaian elektronik secara visual. Kita juga akan mendapatkan beberapa tips dan trik yang berguna untuk membantu kita membaca dan mengikuti schematics dengan lebih mudah dan akurat.
ADVERTISEMENT
B. Schematic Symbol
Sebelum kita masuk ke bagaimana cara menghubungkan komponen rangkaian, kita perlu mengenal simbol-simbol yang digunakan untuk merepresentasikan komponen tersebut. Berikut adalah beberapa simbol schematics yang umum untuk berbagai komponen.
1. Resistor
Komponen dan simbol rangkaian yang paling mendasar! Resistor pada schematics biasanya digambarkan dengan beberapa garis bergerigi, dengan dua terminal yang menjulur keluar. Schematics yang menggunakan simbol internasional mungkin menggunakan persegi panjang tanpa fitur, alih-alih keriting.
- Potentiometers and Variable Resistors
Resistor variabel dan potensiometer masing-masing menambahkan simbol resistor standar dengan sebuah panah. Resistor variabel tetap menjadi perangkat dua-terminal, jadi panahnya hanya diletakkan secara diagonal di tengah. Potensiometer adalah perangkat tiga-terminal, jadi panahnya menjadi terminal ketiga (penghapus)
2. Kapasitor
Kapasitor adalah komponen yang bisa menyimpan muatan listrik. Ada dua jenis kapasitor, yaitu kapasitor polarisasi dan kapasitor non-polarisasi. Kapasitor polarisasi harus dipasang dengan arah yang benar, karena ada terminal positif dan negatifnya. Kapasitor non-polarisasi bisa dipasang dengan arah mana saja, karena tidak ada terminal positif dan negatifnya. Simbol kapasitor terdiri dari dua terminal yang menghubungkan dua pelat. Simbol kapasitor polarisasi memiliki tanda (+) pada terminal positifnya, sedangkan simbol kapasitor non-polarisasi tidak memiliki tanda (+).
3. Induktor
Induktor adalah komponen yang bisa menghasilkan medan magnet ketika dialiri arus listrik. Induktor biasanya berbentuk kawat yang dililitkan menjadi kumparan. Simbol induktor menunjukkan bentuk kumparan tersebut, baik dengan garis-garis melengkung atau berkelok-kelok. Simbol internasional yang lebih sederhana hanya menggunakan persegi panjang yang diisi untuk mewakili induktor.
4. Switches
Saklar adalah komponen yang bisa mengontrol aliran arus listrik dengan cara membuka atau menutup rangkaian. Saklar paling sederhana, yaitu single-pole/single-throw (SPST), memiliki dua terminal yang bisa dihubungkan atau diputuskan oleh sebuah aktuator. Aktuator adalah bagian yang bisa digerakkan, seperti tuas atau tombol, yang menghubungkan terminal-terminal saklar.
Saklar dengan lebih dari satu lemparan, seperti SPDT dan SP3T di bawah, menambahkan lebih banyak tempat pendaratan untuk aktuator.
Saklar yang memiliki kemampuan untuk mengontrol lebih dari satu rangkaian sering kali terdiri dari beberapa saklar identik yang dihubungkan dengan garis titik-titik. Garis titik-titik ini menghubungkan aktuator di bagian tengah saklar, sehingga mengizinkan penggunaan saklar tunggal untuk mengontrol berbagai rangkaian secara bersamaan. Dengan konfigurasi ini, pengguna dapat dengan mudah mengaktifkan atau mematikan beberapa rangkaian dengan hanya menggunakan satu saklar.
5. Power Sources
Ada berbagai metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan proyek Anda, dan simbol sirkuit yang berbeda digunakan untuk mengidentifikasi sumber daya listrik yang digunakan
- DC or AC Voltage SourcesDalam banyak aplikasi elektronik, Anda memerlukan sumber tegangan yang stabil dan tidak berubah-ubah. Untuk itu, Anda dapat memilih sumber tegangan yang menghasilkan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), tergantung pada jenis rangkaian yang Anda gunakan. Arus searah (DC) adalah arus yang mengalir dalam satu arah saja, sedangkan arus bolak-balik (AC) adalah arus yang berubah-ubah arahnya secara periodik. Simbol untuk sumber tegangan DC adalah lingkaran dengan garis horizontal di tengahnya, sedangkan simbol untuk sumber tegangan AC adalah lingkaran dengan gelombang sinus di tengahnya.
- BatteriesBaterai adalah sumber energi yang dapat menyimpan dan melepaskan arus listrik melalui reaksi kimia. Ada berbagai macam baterai, seperti baterai silinder yang berbentuk tabung dan mengandung zat alkaline, baterai AA yang berukuran kecil dan sering digunakan untuk perangkat elektronik, atau baterai lithium-polimer yang berbentuk datar dan dapat diisi ulang berkali-kali. Baterai biasanya digambarkan sebagai sepasang garis paralel yang panjangnya berbeda, yang menunjukkan kutub positif dan negatif dari baterai.
Jumlah pasangan garis yang lebih banyak dalam simbol sirkuit biasanya menunjukkan adanya lebih banyak sel seri yang digunakan dalam baterai. Selain itu, dalam simbol tersebut, garis yang lebih panjang secara konsisten digunakan untuk mewakili terminal positif, sementara garis yang lebih pendek selalu terhubung ke terminal negatif.
6. Voltage Nodes
Anda dapat menggunakan simbol khusus untuk menunjukkan tegangan simpul. Anda dapat menghubungkan perangkat ke simbol satu-terminal ini, dan perangkat tersebut akan terhubung langsung ke sumber tegangan seperti 5V, 3.3V, VCC, atau GND (ground). Simpul dengan tegangan positif biasanya ditandai dengan panah yang mengarah ke atas, sementara simpul ground biasanya ditandai dengan satu hingga tiga garis datar (atau kadang-kadang panah yang mengarah ke bawah atau segitiga).
7. Dioda
Dioda-dioda dasar biasanya digambarkan dalam simbol yang terdiri dari segitiga yang ditekan ke garis. Dioda memiliki polaritas, sehingga setiap terminalnya memerlukan identifikasi yang jelas. Terminal positif (+), yang disebut anoda, terhubung ke tepi datar segitiga dalam simbol. Sementara itu, terminal negatif, yang disebut katoda, terlihat keluar dari garis dalam simbol (-).
Terdapat berbagai jenis dioda yang berbeda, dan setiap jenis memiliki variasi khusus pada simbol dioda standar. Dioda pemancar cahaya (LED) menambahkan beberapa garis yang menunjuk ke luar pada simbol dioda, menandakan kemampuannya untuk menghasilkan cahaya. Photodiode, di sisi lain, menghasilkan energi dari cahaya dan memiliki simbol dioda yang membalikkan arah panah, menunjukkannya ke arah dioda untuk menandakan fungsi penerimaan cahaya.
Jenis-jenis dioda khusus lainnya, seperti dioda Schottky atau zener, memiliki simbol tersendiri dengan variasi kecil pada bagian garis simbol tersebut. Misalnya, dioda Schottky memiliki garis horizontal yang lebih pendek dibandingkan dengan dioda standar, sedangkan dioda zener memiliki garis zigzag pada bagian bar simbolnya.
8. Tranasistor
Transistor, baik itu BJT (Bipolar Junction Transistor) maupun MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), dapat memiliki dua konfigurasi berdasarkan dopingnya (Injeksinya), yaitu didoping positif atau didoping negatif. Oleh karena itu, untuk setiap jenis transistor ini, terdapat setidaknya dua cara yang berbeda untuk menggambarkannya.
Pin kolektor (C) dan pin emitor (E) berada sejajar satu sama lain pada transistor. Namun, perlu diperhatikan bahwa pin emitor selalu memiliki sebuah panah. Jika panah tersebut mengarah ke dalam, maka transistor tersebut merupakan tipe PNP. Sedangkan, jika panah mengarah ke luar, maka transistor tersebut merupakan tipe NPN. Mnemonic yang dapat digunakan untuk mengingat perbedaannya adalah “NPN: tidak mengarah ke dalam.”
9. Metal Oxide Field-Effect Transistors (MOSFETs)
MOSFET memiliki tiga terminal yang dinamakan source (S), drain (D), dan gate (G), mirip dengan BJT. Ada dua versi simbol yang digunakan, tergantung pada jenis MOSFET yang digunakan, yaitu n-channel atau p-channel. Terdapat beberapa simbol yang umum digunakan untuk masing-masing jenis MOSFET.
Panah di tengah simbol (yang disebut bulk) menentukan apakah MOSFET adalah tipe n-channel atau p-channel. Jika panah mengarah ke dalam, itu berarti MOSFET adalah tipe n-channel, dan jika mengarah keluar, itu adalah tipe p-channel. Ingatlah: “n ada di dalam” (kebalikan dari mnemonik NPN).
10. Digital Logic Gates
Fungsi logika standar kita — AND, OR, NOT, dan XOR — semuanya memiliki simbol skematik yang unik.
Walaupun fungsi logika standar seperti AND, OR, NOT, dan XOR dapat memiliki lebih dari dua input, namun simbol-simbolnya tetap memiliki bentuk yang sama (mungkin sedikit lebih besar), dan hanya menghasilkan satu output.
11. Integrated Circuits
- Sirkuit terpadu melakukan tugas-tugas unik tersebut dengan berbagai macam, sehingga tidak memiliki simbol sirkuit yang unik. Umumnya, sirkuit terpadu direpresentasikan oleh sebuah persegi panjang dengan pin-pin yang keluar dari sisi-sisinya. Setiap pin harus diberi label berupa angka dan fungsi yang sesuai.
Simbol skematik untuk mikrokontroler ATmega328 (umumnya ditemukan pada Arduino), IC enkripsi ATSHA204, dan MCU ATtiny45 sangat berbeda dalam ukuran dan jumlah pin.
Karena simbol sirkuit IC yang umum, penting untuk memberikan nama, nilai, dan label yang tepat. Setiap IC harus memiliki nilai yang secara jelas mengidentifikasi nama chip tersebut.
12. Unique ICs: Op Amps, Voltage Regulators
- Beberapa sirkuit terpadu yang lebih umum memang memiliki simbol sirkuit yang unik. Biasanya, penguat operasional disusun dengan 5 terminal: input non-inverting (+), input inverting (-), output, dan dua input daya.
Seringkali, terdapat dua penguat operasional yang terintegrasi dalam satu paket IC yang hanya memerlukan satu pin untuk daya dan satu pin untuk ground, itulah mengapa yang di sebelah kanan hanya memiliki tiga pin.Regulator tegangan sederhana umumnya memiliki tiga terminal dengan pin input, output, dan ground (atau adjust). Bentuknya biasanya berupa persegi panjang dengan pin di sebelah kiri (input), kanan (output), dan bawah (ground/adjust).
13. Miscellany
- Crystals and Resonators
Regulator tegangan sederhana umumnya memiliki tiga terminal dengan pin input, output, dan ground (atau adjust). Bentuknya sering kali berupa persegi panjang dengan pin di sebelah kiri (input), kanan (output), dan bawah (ground/adjust).
14. Headers and Connectors
- Pada umumnya, terdapat dua penguat operasional yang terintegrasi dalam satu paket IC. IC ini hanya membutuhkan satu pin untuk daya dan satu pin untuk ground, sehingga menjelaskan mengapa IC di sebelah kanan hanya memiliki tiga pin.
15. Motors, Transformers, Speakers, and Relays
- Transformers
Transformator biasanya melibatkan dua kumparan yang saling berdekatan, dengan beberapa garis yang memisahkan mereka.
- Speaker
Secara umum, speaker dan buzzer umumnya memiliki bentuk yang serupa dengan aslinya
- Relays
Relai biasanya menggabungkan sebuah kumparan dengan sebuah saklar.
- Motors
Motor-motor umumnya memiliki tanda “M” yang melingkari, terkadang dengan sedikit hiasan di sekitar terminalnya.
16. Fuses and PTCs
- Setiap perangkat yang umumnya digunakan untuk membatasi lonjakan arus besar memiliki simbol khasnya masing-masing.
- Simbol PTC sebenarnya adalah representasi umum untuk termistor, yaitu jenis resistor yang bergantung pada suhu (dapat diperhatikan simbol resistor internasional di dalamnya).
Tanpa diragukan lagi, masih banyak simbol rangkaian yang tidak tercantum dalam daftar ini, tetapi simbol-simbol di atas seharusnya membuat Anda mampu membaca skema sekitar 90%. Secara umum, simbol-simbol tersebut seharusnya memiliki banyak kesamaan dengan komponen nyata yang mereka wakili. Selain simbolnya, setiap komponen dalam skema juga harus memiliki nama dan nilai yang unik, yang membantu dalam mengidentifikasinya.
C. Petunjuk Nama dan Nilai
Salah satu hal terpenting dalam memiliki pemahaman skema adalah kemampuan untuk mengenali komponen-komponen yang ada. Simbol-simbol komponen memberikan setengah dari informasi, namun setiap simbol harus dilengkapi dengan nama dan nilai untuk memperoleh informasi yang lengkap.
Mengenal nilai komponen adalah salah satu kunci utama untuk menguasai pemahaman skema. Nilai komponen skema seperti resistor, kapasitor, dan induktor memberikan informasi tentang berapa ohm, farad, atau henry yang dimiliki oleh komponen tersebut. Pada komponen lainnya, seperti sirkuit terpadu, nilai mungkin hanya berupa nama chip yang digunakan. Kristal, sebagai contoh, dapat mencantumkan frekuensi osilasi sebagai nilai mereka. Secara dasar, nilai komponen skema menyoroti karakteristik paling penting dari komponen tersebut.
Nama komponen biasanya terdiri dari kombinasi satu atau dua huruf dan angka. Bagian huruf pada nama tersebut mengidentifikasi jenis komponen yang dimaksud, seperti huruf “R” untuk resistor, “C” untuk kapasitor, “U” untuk sirkuit terpadu, dan lain sebagainya. Setiap nama komponen pada skema harus unik; sebagai contoh, jika ada beberapa resistor dalam suatu rangkaian, mereka harus diberi nama R1, R2, R3, dan seterusnya. Nama komponen membantu kita merujuk ke titik-titik tertentu dalam skema.
Penggunaan awalan nama juga sudah cukup terstandarisasi. Beberapa komponen, seperti resistor, menggunakan huruf pertama komponen tersebut sebagai awalan namanya. Namun, ada pula awalan nama yang tidak begitu literal; misalnya, induktor ditandai dengan huruf “L” (karena huruf “I” sudah digunakan untuk melambangkan arus [walaupun sebenarnya dimulainya dengan huruf “C”… elektronika memang tempat yang unik]). Berikut adalah tabel singkat mengenai komponen umum dan awalan nama yang digunakan.
Meskipun ini adalah nama-nama yang “standar” untuk simbol-simbol komponen, namun tidak selalu diikuti secara universal. Misalnya, Anda mungkin menemukan sirkuit terpadu yang menggunakan awalan IC daripada U, atau kristal yang diberi label XTAL daripada Y. Gunakan pertimbangan terbaik Anda dalam mengidentifikasi setiap bagian. Simbol tersebut seharusnya memberikan informasi yang cukup.
D. Membaca Skema
Memahami komponen-komponen yang ada dalam suatu skema adalah lebih dari separuh perjalanan dalam memahaminya secara menyeluruh. Sekarang, yang perlu dilakukan adalah mengidentifikasi bagaimana semua simbol tersebut saling terhubung satu sama lain.
- Nets, Nodes and Labels
Jaringan skema memberikan informasi tentang bagaimana komponen-komponen dihubungkan bersama dalam suatu rangkaian. Jaringan-jaringan tersebut direpresentasikan sebagai garis-garis yang menghubungkan terminal-terminal komponen. Terkadang (namun tidak selalu), jaringan-jaringan ini memiliki warna yang khas, seperti garis-garis berwarna hijau pada skema ini.
- Junctions and Nodes
Kabel dapat menghubungkan dua terminal bersama-sama, atau bahkan puluhan terminal sekaligus. Ketika sebuah kabel bercabang ke arah yang berbeda, hal itu membentuk suatu pertemuan. Pada skema, pertemuan tersebut direpresentasikan dengan menggunakan simpul, yaitu titik-titik kecil yang ditempatkan di persimpangan kabel-kabel.
Simpul memberikan cara bagi kita untuk mengatakan bahwa “kabel-kabel yang saling berpotongan pada pertemuan ini saling terhubung”. Ketidakadanya simpul pada suatu pertemuan berarti bahwa dua kabel terpisah hanya melintas, tanpa membentuk hubungan apapun. (Saat merancang skema, sebaiknya dihindari tumpang tindih yang tidak terhubung ini sebisa mungkin, namun terkadang hal tersebut tidak dapat dihindari).
- Net Names
Terkadang, untuk memperjelas skema, kita akan memberikan sebuah nama pada suatu jaringan dan memberi label, daripada merutekan kabel di seluruh skema. Jaringan-jaringan dengan nama yang sama diasumsikan terhubung, meskipun tidak ada kabel yang terlihat menghubungkannya. Nama tersebut dapat ditulis langsung di atas jaringan, atau dapat berupa “tag” yang tergantung di kabel.
Setiap jaringan dengan nama yang sama terhubung, seperti pada skema ini untuk Papan FT231X Breakout. Nama dan label membantu menjaga agar skema tidak terlalu kacau (bayangkan jika semua jaringan tersebut benar-benar terhubung dengan kabel).
Biasanya, jaringan diberi nama yang secara khusus menyatakan tujuan dari sinyal pada kabel tersebut. Sebagai contoh, jaringan daya mungkin diberi label “VCC” atau “5V”, sedangkan jaringan komunikasi serial mungkin diberi label “RX” atau “TX”.
E. Schematic Reading Tips
- Identify Blocks
Skema yang sangat luas sebaiknya dibagi menjadi blok fungsional yang berbeda. Misalnya, ada bagian untuk masukan daya dan regulasi tegangan, atau bagian untuk mikrokontroler, atau bagian yang ditujukan untuk konektor. Cobalah mengenali setiap bagian dan mengikuti aliran sirkuit dari masukan hingga keluaran. Perancang skema yang sangat baik bahkan mungkin menyusun rangkaian seperti buku, dengan masukan di sisi kiri dan keluaran di sisi kanan.
- Recognize Voltage Nodes
Node tegangan adalah komponen skema dengan satu terminal, yang dapat digunakan untuk menghubungkan terminal komponen lainnya guna menetapkan tingkat tegangan tertentu. Ini merupakan penerapan khusus dari penggunaan nama jaringan, yang berarti semua terminal yang terhubung ke node tegangan dengan nama yang sama akan saling terhubung.
Node-node tegangan dengan nama yang sama, seperti GND, 5V, dan 3.3V, semuanya terhubung satu sama lain, bahkan jika tidak ada kabel yang menghubungkannya.Node tegangan ground sangatlah penting, karena banyak komponen membutuhkan koneksi ke ground.
- Referensi dari datasheet komponen
Jika terdapat sesuatu dalam skema yang tidak masuk akal, cobalah mencari datasheet untuk komponen yang paling penting. Biasanya, komponen yang memiliki peran utama dalam suatu rangkaian adalah sirkuit terintegrasi, seperti mikrokontroler atau sensor. Komponen-komponen ini umumnya memiliki ukuran yang lebih besar dan sering ditempatkan di pusat skema. Dengan merujuk pada datasheet tersebut, Anda dapat memperoleh informasi detail tentang spesifikasi, penggunaan, dan fungsi komponen tersebut, sehingga membantu memahami bagaimana komponen tersebut berperan dalam skema secara keseluruhan.
