DASAR RANGKAIAN LISTRIK
BAB 1
(1.1)Definisi dasar
rangkaian listrik
Muatan adalah suatu elemen atau bagian partikel terkecil
dalam atom, umumnya proton dan elektron
Arus adalah muatan yang bergerak.
macam – macam arus terdiri dari:
1. Arus DC Arus yang mempunyai nilai polaritas yang
tetap atu konstan terhadap satuan waktu
2. Arus AC Arus yang mempunyai nilai polaritas yang
berubah
Tegangan atau voltase adalah beda potensial antara 2
kutub yang berbeda.
Energi adalah kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar
satu Newton sejauh satu meter.
Daya adalah rata – rata kerja yang
dilakukan
(1.2) Pemahaman daya serap dan daya
kirim
(1.3) Hubungan arus, tegangan dan
tahanan
1.3.1 Hubungan tahanan seri dan pembagi
tegangan
Rangkaian pembagi tegangan (voltage divider)
disebut juga sebagai rangkaian pembagi potensial (potential divider).
Input ke sebuah rangkaian pembagi tegangan adalah tegangan Vin.
Tegangan Vin tersebut menggerakkan
arus I untuk mengalir melewati kedua resistor. Karena kedua resistor terhubung
secara seri, maka arus yang sama mengalir melewati tiap-tiap resistor.
Tahanan efektif dari kedua resistor seri ini adalah R1 + R2.
Jatuh tegangan pada gabungan kedua resistor ini adalah Vin,
menurut Hukum Ohm arus yang
mengalir adalah
I = Vin / (R1 + R2)
Tegangan pada R2 menjadi
Vout = I x R2
Mensubstitusikan I dengan persamaan pertama, menghasilkan
Vout = Vin x R2 / (R1 +
R2)
Persamaan ini adalah persamaan untuk menghitung
tegangan output yang dihasilkan oleh sebuah rangkaian pembagi tegangan. Dengan memilih
dua buah resistor dengan nilai tahanan yang sesuai, kita dapat memperoleh nilai
tegangan output manapun didalam kisaran 0 V hingga Vin.
Contoh soal:
Pada rangkaian pembagi tegangan seperti gambar diatas, Vin = 6
V, R1 = 220 Ω, dan R2 = 390 Ω. Hitunglah Vout yang
dihasilkan
Penyelesaian:
Vout = Vin x R2 / (R1 +
R2)
Vout = 6 x 390 / (220 + 390) = 3,84 V
1.3.2 Hubungan Tahanan paralel dan Pembagi arus
POSTED BY: KELOMPOK 1 / DINDA PRAMANTA / 115080081
Tugas Individu untuk nomor 11,12 dan 13 by Dinda Pramanta
/ 115080081 adalah sbb:
11. Tentukan Cek pada rangkaian di bawah ini!
Jawab :
Cp1=25µF//25µF=25µF+25µF=50µF
Cp2=25µF//25µF=25µF+25µF=50µF
Cs=(Cp1xCp2)/(Cp1+Cp2)=(50µFx50µF)/(50µF+50µF)=25µF
Cek=Cs//25µF=25µF+25µF=50µF
12. Tentukan nilai pada alat ukur masing-masing!
Jawab:
Voltmeter:
∑V=0
-voltmeter+(2×4)+20=0
Voltmeter = 28 V
Amperemeter:
Amperemeter = -2A (seharusnya kutub positif
Amperemeter di sebelah kiri)
13. Tentukan arus pada Amperemeter!
Jawab:
Amperemeter:
Arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial
rendah (letak kutub positif Ampermeter berada di kanan)
i= V/R = 12/(6K+4K)=12/10K= 1,2mA
Posted and updated by Dinda Pramanta /
115080081
(4) Hukum Kirchoff I
dan Khircoff II
Di dalam rangkaian listrik (terdiri dari
sumber tegangan dan komponen-komponen), maka akan berlaku Hukum-hukum
kirchhoff. Hukum ini terdiri dari hukum kirchhoff tegangan (Kirchhoff voltage
law atau KVL) dan hukum Kirchhoff arus (Kirchhoff Current Law atau KCL).
Hukum Kirchhoff Tegangan
Hukum ini menyebutkan bahwa di dalam
suatu lup tertutup maka jumlah sumber tegangan serta tegangan jatuh adalah nol.
Gambar 1. Contoh suatu ikal tertutup
dari rangkaian listrik
Seperti diperlihatkan dalam Gambar 1 di
atas, rangkaian ini terdiri dari sumber tegangan dan empat buah komponen. Jika
sumber tegangan dijumlah dengan tegangan jatuh pada keempat komponen, maka
hasilnya adalah nol, seperti ditunjukan oleh persamaan berikut.
Hukum Kirchhoff Arus
Hukum Kirchhoff arus menyebutkan bahwa
dalam suatu simpul percabangan, maka jumlah arus listrik yang menuju simpul
percabangan dan yang meninggalkan percabangan adalah nol.
Gambar 2. Percabangan arus listrik dalam
suatu simpul
Gambar 2 adalah contoh percabangan arus
listrik dalam suatu simpul. Dalam Gambar 2, terdapat tiga komponen arus yang
menuju simpul dan tiga komponen arus yang meninggalkan simpul. Jika keenam
komponen arus ini dijumlahkan maka hasilnya adalah nol, seperti diperlihatkan
dalam persamaan berikut.
Contoh Soal
Kedua hukum tersebut sangat berguna untuk menghitung
nilai tegangan (V) dan arus (I) dalam suatu rangkaian.
Kita lihat contoh soal sebagai berikut:
Dik: V1 = 12V; V2 = 4V; V3 = 8V; R1 = 10 ohm; R2 = 5
ohm; R3 = 3 ohm; R4 = 6 ohm; R5 = 2 ohm
Dit: Berapa I pada tiap line dan V pada masing-masing resistor?
Untuk mencari nilai tegangan pada masing-masing resistor dan kuat arus pada
tiap line, lakukan langkah sebagai berikut:
· Pada sebuah percabangan tentukan arah arus, arah
yang ditentukan boleh sembarang karena nilai kuat arus yang didapat dari perhitungan
akan sama, jika penentuan arah salah (berlawanan)hanya akan didapat hasil kuat
arus dengan tanda negatif (-). Lalu tentukan polaritas (tanda + dan -) pada
resistor berdasarkan arah arus tadi, dari posiif (+) ke negaif(-).
Sehingga didapat sebuah persamaan dengan hukum arus Kirchhoff:
· Buat persamaan dengan menggunakan hukum Kirchhoff tegangan untuk
masing-masing loop, pada contoh ini saya buat arah loop searah dengan arah
arus.
Untuk loop 1:
Untuk loop 2:
·Substitusi semua persamaan sehingga didapat nilai kuat arus pada percabangan
yang tadi ditentukan.
·Dengan nilai arus yang didapat, kita dengan mudah menghitung tegangan pada
masing-masing resistor, dengan rumus:
(5) Sifat resistor
dihubung seri dan paralel
RESISTOR
Resistor adalah komponen elektronika
yang berfungsi menghambat arus dalam suatu rangkaian listrik. Resistor biasa
disebut juga tahanan. Paling banyak digunakan adalah resistor yang terbuat dari
bahan karbon yang di pasaran memiliki nilai 0,1 Ω …100 MΩ dengan tarif daya 1/8
…20W.Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat
dari bahan karbon . Dari hukum Ohm diketahui, resistansi berbanding
terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya (R=V/I). Satuan resistansi
dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega). Tipe
resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan
kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk
memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan
Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh
EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel
berikut.
Sifat Resistor:
·
Jika pada ujung-ujungnya dipasang tegangan, akan mengalirkan arus
·
Dapat mengalirkan arus searah maupun bolak-balik
·
Dapat mengalirkan arus bolak balik berfrekuensi tinggi maupun rendah
Kegunaan Resistor (Fungsi Resistor)
·
Mengatur atau membatasi besarnya kuat arus yang lewat pada suatu rangkaian
·
Membagi tegangan pada suatu rangkaian sehingga diperoleh suatu tegangan
yang besarnya sesuai dengan kebutuhan
Rangkaian seri
Jumlah hambatan total
rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan tiap- tiap komponen (resistor).
Rangkaian paralel
.
Jumlah kebalikan
hambatan total rangkaian paralel sama dengan jumlah dari kebalikan hambatan
tiap- tiap komponen (resistor).
(6) Rangkaian ekivalen
tahanan seri dan paralel
Pengukuran Resistor
Cara mengukur resistansi sebuah resistor atau gabungan resistor adalah dengan
menempelkan probe positif dan negatif multimeter di setiap
ujung sebuah resistor atau gabungan resistor yang tersusun seri, paralel, atau
seri paralel. Sebelum pegukuran, pastikanselector berada pada
posisi Ohm Meter. Untuk pengukuran resistansi, jarum positif dan
negatif multimeter dapat dipasang bolak-balik.
Perhitungan Resistor
Untuk mmengetahui resistansi sebuah resistor tentu sangat
mudah, cukup dengan melihat kode warna atau notasi yang tertulis pada fisik
resistor. Apabila resistor tersebut sudah dikombinasikan dengan resistor lain
dalam sebuah rangakaian seri, paralel, atau seri-paralel harus menggunakan
beberapa rumus sebagai dasar perhitungan.
Rangkaian Resistor Seri
R Total = R1 + R2 + … Rn
Rangkaian Resistor Paralel
1/ R Total = 1/R1 + 1/R2 + … 1/Rn
Contoh Perhitungan Resistor
1. Rangkaian Resistor Seri
Pemecahan
Gunakan rumus Resistor seri
R Total = R1 + R2 + R3
R Total = 15 + 5 + 30
R Total = 50 Ohm
2. Rangkaian Resistor Paralel
Pemecahan
Gunakan rumus Resistor paralel
1/R Total = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
1/R Total = 1/15 + 1/15 + 1/30
1/R Total = 2/30 + 2/30 + 1/30
1/R Total = 5/30
R Total = 30/5
R Total = 6 Ohm
3. Rangkaian Resistor Seri Paralel
Pemecahan
Gunakan rumus Resistor seri dan Resistor paralel (gabugan)
R Total = R1 + (R2 // R3)
1/RA = 1/R2 + 1/R3
1/RA = 1/30 + 1/30
1/RA = 2/30
RA = 30/2
RA = 15 Ohm
R Total = R1 + RA
R Total = 15 + 15
R Total = 30 Ohm
Keterangan
1. // = Paralel
2. + = Seri
3. RA = R Total dari R2
dan R3
4. Rangkaian Resistor Seri Paralel
Pemecahan
Gunakan rumus Resistor seri dan Resistor paralel (gabugan)
R Total = R1 // (R2 // R3) // R4
RA = R2 + R3
RA = 20 + 40
RA = 60 Ohm
1/R Total = 1/R1 + 1/RA + 1/R4
1/R Total = 1/60 + 1/60 + 1/60
1/R Total = 3/60
R Total = 60/3
R Total = 20 Ohm
Keterangan
1. // = Paralel
2. + = Seri
3. RA = R Total dari R2
dan R3
(7) Pembagi arus dan
pembagi tegangan
Hukum Ohm menyatakan bahwa
besarnya tegangan pada suatu cabang (V) yang mengandung resistor (R) yang
dialiri arus sebesar (I) adalah sama dengan hasil resistansi dengan arus yang
mengalir pada cara tersebut. Jika ditulis dalam bentuk persamaan adalah sebagai
berikut : V = I.R.
Sedangkan hukum Kirchoff arus mengatakan
bahwa jumlah arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah
arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Jika ditulis dalam bentuk
perumusan adalah sebagai berikut : ∑ I masuk +
∑ I keluar = 0. Hukum Kirchoff tegangan mempunyai
pernyataan yang hampir sama dengan hukum Kirchoff arus tetapi juga merupakan
pengembangan dari hukum Ohm, yang bahwa jumlah tegangan (baik yang berupa
sumber tegangan maupun tegangan yang ada pada komponen) pada suatu loop (jaringan
tertutup) sama dengan nol. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan matematis
sebagai berikut : ∑ V + ∑ I.R = 0.
Berdasarkan hukum Ohm dan hukum
Kirchoff, maka kita dapat mengetahui dan menyelidiki adanya arus maupun
tegangan dalam suatu rangkaian dengan beberapa tahanan. Pada analisa disini
dipakai rangkaian R yang linier, meskipun sebenarnya hal tersebut berlaku juga
pada sumber bolak-balik
Dari gambar 1.1. tiga buah tahanan R1,
R2 dan R3 dihubungkan secara seri, didapat rumus sebagai berikut :
(8) Pemahaman tentang
sumber tegangan / arus bebas dan tak bebas
1. Sumber Tegangan (Voltage Source)
Sumber tegangan ideal adalah suatu
sumber yang menghasilkan tegangan yang tetap, tidak tergantung pada arus
yang mengalir pada sumber tersebut, meskipun tegangan tersebut merupakan
fungsi dari t. Sifat lain : Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = 0
(sumber tegangan ideal)
·
Sumber Tegangan Bebas/ Independent Voltage
Source
Sumber yang menghasilkan tegangan tetap
tetapi mempunyai sifat khusus yaitu harga tegangannya tidak bergantung
pada harga tegangan atau arus lainnya, artinya nilai tersebut berasal dari
sumbet tegangan dia sendiri.
Simbol :
·
Sumber Tegangan Tidak Bebas/ Dependent Voltage
Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga
tegangan bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
Simbol :
2. Sumber Arus (Current Source)
Sumber arus ideal adalah sumber yang
menghasilkan arus yang tetap, tidak bergantung pada tegangan dari sumber arus
tersebut. Sifat lain : Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = ∞
(sumber arus ideal)
·
Sumber Arus Bebas/ Independent Current Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus
tidak bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
Simbol :
·
Sumber Arus Tidak Bebas/ Dependent Current
Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus
bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
Simbol :