Kegiatan Belajar : Merencanakan Tata Letak Komponen Elektronika Dan Membuat Jalur Sambungan
Uraian Materi
Merencanakan tata letak komponen merupakan langkah awal dalam pembuatan suatu rangkaian yang tercetak di atas papan rangkaian atau disebut dengan PRT (papan rangkaian tercetak). Papan rangkaian tercetak merupakan jalur hubungan rangkaian elektronika yang terpasang pada suatu bahan alas. Pada papan rangkaian tersebut nantinya dipasang komponen elektronika. Papan rangkaian tercetak terbuat dari lembaran-lembaran tembaga yang sangat tipis sehingga memerlukan sebuah alas untuk menopangnya. Alas ini juga berlaku sebagai perangkat yang berguna untuk memasang komponen dari sebuah rangkaian lengkap.
Jenis serta bentuk dari jalur rangkaian elektronika ini sangat bervariasi, tergantung dari keinginan orang yang merancang papan rangkaian tersebut. Pada PRT, cetakan yang tampak berupa lapisan tipis tembaga. Bentuk potongan tembaga ditentukan oleh tata letak atau artwork yang diperlukan untuk suatu rancangan rangkaian elektronika tertentu.
Menyusun tata letak ini akan lebih mudah dilakukan di atas kertas terlebih dahulu. Untuk memperoleh tata letak komponen yang baik dan benar perhatikan ketentuan berikut ini :
1. Letak komponen rapi dan memenuhi syarat
2. Letak komponen satu dengan yang lain harus berdekatan sesuai titik lubang
3. Jarak antara komponen harus memenuhi syarat kerapian dan keselamatan komponen
4. Diusahakan agar tidak ada dua komponen pada satu titik terminal
5. Diusahakan tata letak menggunakan Printed Circuit Board (PCB) sekecil mungkin
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan tata letak adalah :
1. Diagram skematik dari rangkaian yang akan dibuat.
2. Jenis lapisan yang akan digunakan, lapisan tunggal (single layer) atau lapisan ganda (double layer).
3. Banyaknya komponen yang akan dipasang pada papan.
Dalam merencanakan tata letak komponen dan jalur sambungan dapat digunakan beberapa pendekatan. Satu hal yang perlu diingat ketika membuat tata letak artwork adalah jarak antara saluran atau penghantar. Bila dua saluran sangat berdekatan maka bisa terjadi percikan listrik. Jarak antara lintasan konduktif tergantung pada besar selisih potensial antar lintasan tersebut. Bila tegangan makin besar maka jaraknyapun harus makin jauh, hubungan antara jarak antar lintasan dengan beda potensial antar lintasan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hubungan antara jarak antar lintasan dengan beda potensial antar lintasan.
| Tegangan antar penghantar (puncak DC atau AC) | Jarak minimum (inchi) |
| 0 – 150 | 0,025 |
| 151 – 300 | 0,050 |
| 301 – 500 | 0,100 |
| Di atas 500 | 0,002 per volt |
Untuk tegangan puncak AC atau DC 150 V jarak harus sekitar 0,025 inchi atau sekitar 0,65 mm. Bila tegangan antar lintasan mencapai 500 V, maka jaraknya harus lebih 0,100 inchi atau sekitar 2,5 mm. Untuk tegangan di atas 500 V, maka jarak harus ditambah 0,002 inchi setiap volt. Ukuran ini merupakan harga-harga minimum. Jarak lebih dari itu diperbolehkan asalkan tidak melebihi batas yang ditentukan.
Merencanakan tata letak dengan ukuran yang sebenarnya atau 1 : 1, merupakan cara yang paling praktis. Salah satu cara yang paling lazim untuk membuat tata letak papan rangkaian (pola rangkaian)adalah dengan menggunakan kertas bergaris kotak-kotak (kertas grid) sebagai jiplakan. Kertas tersebut tersedia dengan jarak garis 0,05 ; 0,10 atau 0,125 inchi atau dapat juga dengan menggunakan milimeter blok. Kebanyakan rangkaian elektronik menggunakan kotak 0,10 inchi. Kotak-kotak tersebut dapat membantu dalam pembuatan artwork akhir. Gambar 13 merupakan contoh-contoh kertas grid.
Caranya adalah dengan meletakkan kertas tipis di atas kertas kotak. Kertas ini digunakan untuk menggambar rangkaian secara kasar (tracing). Agar artwork tidak melebihi ukuran papan, maka harus dibuat garis pinggiran papan terlebih dahulu.
Gambar 13. Kertas grid untuk membuat tata letak komponen papan rangkaian
Metoda Tata Letak
Setiap komponen yang akan dipasang pada papan harus diberi ruangan yang cukup. Jamgan sampai kekurangan tempat. Cara terbaik untuk menghindari masalah ini adalah dengan menggunakan sekumpulan model komponen. Model – model ini dapat dibuat sendiri dengan memakai guntingan-guntingan kertas yang agak tebal seperti ditunjukkan pada Gambar 14. Atau dapat juga dengan menggambarkan model-model tersebut secara langsung, namun cara ini kurang praktis sebab tidak dapat dipindah-pindahkan seperti model guntingan kertas.
Gambar 14. Potongan kertas model komponen untuk membantu tata letak komponen pada papan rangkaian.
Beberapa ukuran jenis komponen ditunjukkan pada Tabel 2. Perlu dicatat bahwa ukuran transistor dan kapasitor tergantung pada kapasitas serta rating-nya. Pada Tabel 6 diberikan ukuran – ukuran yang umum terdapat dipasaran. Dengan ukuran ini perancang dapat menentukan berapa kotak diperlukan pada kertas grid untuk menempatkan sebuah komponen beserta dengan kaki-kakinya.
Ketika memulai membuat tata letak papan rangkaian, penting diperhatikan bahwa komponen akan dipasang pada sisi (muka) sebaliknya dari rancangan kita. Hal ini penting terutama untuk komponen yang berpolaritas atau dengan pin-pin yang sudah tertentu seperti kapasitor, dioda transistor dan IC. Karena kaki-kakinya sudah tertentu, maka sebenarnya mudah sekali untuk melihatnya dari bawah.
Tabel 2. Ukuran artwork untuk beberapa komponen elektronika
| Komponen | Jarak |
| Resistor ¼ W , dioda | 0,4 inchi (4 kotak) antar kaki |
| Resistor ½ W, dioda penyearah | 0,5 inchi (5 kotak) antar kaki |
| Kapasitor piring | 0,3 inchi (3 kotak) antar kaki |
| Elko berdiri | 0,2 inchi (2 kotak) antar kaki |
| Komponen lain | Diukur |
| Transistor | 0,2 inchi (2 kotak) antar kaki |
| IC DIP s/d 18 pin | 0,1 inchi (1 kotak) antar pin |
|
| 0,3 inchi (3 kotak) antar baris |
| IC DIP lebih 18 pin | 0,1 inchi (1 kotak) antar pin |
|
| 0,6 inchi (6 kotak) antar baris |
Metoda lain yang juga cukup baik adalah menggunakan template (sablon) , ditunjukkan pada Gambar 15. Sablon ini dapat digunakan untuk mengganti atau membuat model-model komponen.
Gambar 15. Sablon gambar untuk tata letak dengan ukuran sebenarnya.
Metoda lain adalah dengan menggunakan komponen sesungguhnya. Pada metoda ini, sebelum memulai membuat rancangan tata letak, terlebih dahulu menyediakan semua komponen yang akan dipasang pada papan rangkaian. Setelah semua komponen terpasang pada tempatnya dan semua garis-garis penghubungnya sudah digambar, maka dapat dibuat artwork final pada sehelai kertas putih.
Beberapa perancang lebih suka menggunakan kertas tipis yang ditaruh di atas tempat meletakkan komponen yang telah dibuat. Setiap titik kaki komponen ditandai dan ditarik garis-garis penghubung. Jadi pada kertas tipis ini tidak terdapat gambar komponen, yang ada hanyalah gambar jalur-jalur penghubung. Dengan menggunakan cara ini perancang akan mudah untuk memperbaiki tata letak komponen bila diperlukan.
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam perancangan tata letak ditunjukkan dalam Gambar 16. Jangan membuat artwork secara serampangan. Jaga format rancangan papan saluran dan bantalan agar tetap sederhana dan praktis.
Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam merancang suatu tata letak komponen adalah sebagai berikut :
1. Menyediakan diagram skematik untuk rangkaian yang akan dibuat.
2. Menentukan komponen yang akan dipasang di luar papan rangkaian seperti transformator, kontrol, kapasitor variabel, fuse-holder dan sebagainya.
3. Menyusun rancangan sehingga hubungan masukkan berada pada satu ujung dan hubungan keluaran berada pada ujung lainnya.
4. Hubungan bersama (common) atau ground sedapat mungkin dilintaskan mengelilingi rancangan.
5. Setiap titik hubungan harus memiliki bantalan sendiri. Bantalan (pad) adalah bulatan kecil tempat melakukan penyolderan komponen. Jangan menempatkan dua komponen pada satu bantalan yang sama.
6. Saluran-saluran (lintasan penghantar) tidak boleh saling bersentuhan satu sama lain. Untuk menghindari hal ini bila perlu dilakukan rancangan ulang (rerouting).
Pada kegiatan belajar 2 ini, dijelaskan tentang langkah-langkah merancang tata letak suatu rangkaian pre-amplifier dengan tone control. Skema rangkaian ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17. Skema rangkaian pre-amplifier dengan tone control.
Tata letak
Prosedur pembuatan tata letak suatu rangkaian adalah sebagai berikut :
1. Menandai komponen-komponen di luar papan
Tahap ini dimulai dengan mengidentifikasi komponen. Buat tanda x untuk masing-masing komponen pada diagram skematik pada koneksi kaki yang terhubung ke komponen di luar papan. Pada Gambar 18, tampak komponen-komponen di luar papan telah ditandai x.
2. Membuat daftar komponen yang digunakan
Semua komponen yang akan dipergunakan dibuat dalam suatu daftar untuk mempermudah dalam menyiapkannya..
3. Membuat model-model dari komponen
Untuk membuat model gunakan ukuran komponen yang sesungguhnya. Ini memungkinkan penempatan komponen yang benar serta mencegah pada saat-saat terakhir ternyata tidak semua komponen dapat terpasang.
Lingkaran ujung atau pinggir model komponen disediakan untuk tempat kaki-kakinya. Bantalan pada papan akan diletakkan pada titik ini. Lebih baik menggunakan model komponen daripada komponen yang sesungguhnya karena lebih mudah ditangani dan dipindah-pindahkan..
Gambar 18. Penentuan komponen yang dipasang di luar papan. Tanda x menunjukkan hubungan ke luar.
4. Menata model-model komponen.
Model-model komponen diatur dengan arah yang sama dengan arah pada diagram skematik. Prosedur seperti ini mungkin sekali akan menghasilkan ukuran papan yang cukup besar. Bila anda sudah cukup puas dengan penempatan yang anda buat maka anda sudah boleh merancang saluran hubungan listriknya.
Jika ruangan yang tersedia untuk membuat tata letak papan rangkaian sangat terbatas, salah satu cara menghemat ruang papan adalah dengan memasang beberapa komponen secara vertikal. Ini akan mengurangi ukuran papan keseluruhan (lihat Gambar 19). Dioda dan resistor dapat dengan mudah dipasang dalam bentuk radial maupun aksial.
Gambar 19. Tatanan komponen untuk menghemat ruangan
Cara lain untuk menghemat ruangan adalah dengan menggunakan papan rangkaian muka ganda (double sided). Prosedurnya akan menjadi lebih rumit, sebab memerlukan pengaturan artwork atas dan bawah yang lebih hati-hati.
Menggunakan model-model
Model-model yang telah dibuat bisa diletakkan pada kertas penjiplak atau langsung pada kertas grafik (Gambar 20). Kegunaan kertas grafik ini adalah untuk membantu pembuatan tata letak komponen dan kawat penghubungnya. Letakkan model-model yang telah dipotong lebih dulu pada posisinya di atas kertas jiplak atau kertas grafik.
Gambar 20. Penempatan model-model komponen
Langkah selanjutnya adalah membuat jalur hubung antar komponen sesuai dengan gambar skematik. Gambar 21 menunjukkan tata letak lengkap dengan jalur hubung untuk rangkaian pre-amplifier dengan tone control.
Gambar 21. Tata letak lengkap untuk pre-amplifier dengan tone control
Setelah anda selesai membuat tata letak secara keseluruhan, periksa kembali pekerjaan anda. Pertimbangkan hal-hal berikut :
1. Apakah hubungan pada tata letak sesuai dengan diagram skematik ?
2. Apakah ukuran fisiknya sesuai dengan ukuran papan ?
3. Apakah semua komponen yang ada pada diagram skematik terdapat juga pada papan ?
4. Apakah hubungan komponen di luar papan sudah ditandai ?
5. Apakah sudah disediakan ruangan untuk komponen-komponen pelengkap seperti heat sink, sekrup dan lain-lain ?
6. Apakah sudah tersedia bantalan terpisah untuk masing-masing komponen atau terminal ?
7. Apakah terdapat cukup ruangan antara komponen dengan penghantar untuk menghindari hubungan pendek ?
Latihan
1. Sebutkan metode-metode yang dapat dipergunakan untuk merancang tata letak komponen !
2. Ketentuan-ketentuan apa sajakah yang harus diperhatikan untuk memperoleh tata letak komponen yang baik dan benar ?
3. Apa sajakah yang harus diperhatikan dalam pembuatan artwork (jalur hubung) ?
