Laman

Selasa, 04 Desember 2012


BAB I
KONSEP RANGKAIAN LISTRIK

Definisi - Definisi
Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling
dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan
tertutup.
Elemen atau komponen yang akan dibahas pada mata kuliah Rangkaian Listrik terbatas
pada elemen atau komponen yang memiliki dua buah terminal atau kutub pada kedua
ujungnya. Untuk elemen atau komponen yang lebih dari dua terminal dibahas pada mata
kuliah Elektronika.
Pembatasan elemen atau komponen listrik pada Rangkaian Listrik dapat dikelompokkan
kedalam elemen atau komponen aktif dan pasif. Elemen aktif adalah elemen yang
menghasilkan energi dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus, mengenai
sumber ini akan dijelaskan pada bab berikutnya. Elemen lain adalah elemen pasif
dimana elemen ini tidak dapat menghasilkan energi, dapat dikelompokkan menjadi
elemen yang hanya dapat menyerap energi dalam hal ini hanya terdapat pada komponen
resistor atau banyak juga yang menyebutkan tahanan atau hambatan dengan simbol R,
dan komponen pasif yang dapat menyimpan energi juga diklasifikasikan menjadi dua
yaitu komponen atau lemen yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam
hal ini induktor atau sering juga disebut sebagai lilitan, belitan atau kumparan dengan
simbol L, dan kompone pasif yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam
hal ini adalah kapasitor atau sering juga dikatakan dengan kondensator dengan simbol
C, pembahasan mengenai ketiga komponen pasif tersebut nantinya akan dijelaskan pada
bab berikutnya.
Elemen atau kompoen listrik yang dibicarakan disini adalah :
1. Elemen listrik dua terminal
a. Sumber tegangan
b. Sumber arus
c. Resistor ( R )
d. Induktor ( L )
e. Kapasitor ( C )

2. Elemen listrik lebih dari dua terminal
a. Transistor
b. Op-amp

Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari
titik yang dimaksud akan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tidak
memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh.
Rangkaian listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada teknik elektro yang
menjadi dasar atay fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya,
sistem computer, putaran mesin, dan teori control.


Arus Listrik
Pada pembahasan tentang rangkaian listrik, perlu kiranya kita mengetahui terlebih
dahulu beberapa hal megenai apa itu yang dimaksud dengan listrik. Untuk memahami
tentang listrik, perlu kita ketahui terlebih dahulu pengertian dari arus.
Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang
mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), dengan
kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka
akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang.
Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah
satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern
menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat
netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral.
Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif
Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan
arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan
elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain.
Coulomb adalah unit dasar dari International System of Units (SI) yang digunakan
untuk mengukur muatan listrik.
Simbol : Q = muatan konstan
q = muatan tergantung satuan waktu
muatan 1 elektron = -1,6021 x 10-19 coulomb
1 coulomb = -6,24 x 1018 elektron
Secara matematis arus didefinisikan :
dt
i = dq
Satuannya : Ampere (A)
Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positif. Ketika terjadi beda
potensial disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimaan arah arus
positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah dan arah arus negatif mengalir
sebaliknya.
Macam-macam arus :
1. Arus searah (Direct Current/DC)
Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan
waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada wakttu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama
2. Arus bolak-balik (Alternating Current/AC)
Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu
dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu
(mempunyai perida waktu : T).
Tegangan
Tegangan atau seringkali orang menyebut dengan beda potensial dalam bahasa Inggris
voltage adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu
coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub
lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan mempunyai beda potensial jika kita
menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu terminal ke
terminal lainnya.
Keterkaitan antara kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan,
sehingga pengertian diatas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi per satuan
muatan.
Secara matematis :
dq
v = dw
Satuannya : Volt (V)
Pada gambar diatas, jika terminal/kutub A mempunyai potensial lebih tinggi daripada
potensial di terminal/kutub B. Maka ada dua istilah yang seringkali dipakai pada
Rangkaian Listrik, yaitu :
1. Tegangan turun/ voltage drop
Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini
dari terminal A ke terminal B.
2. Tegangan naik/ voltage rise
Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi dalam hal ini
dari terminal B ke terminal A.
Pada buku ini istilah yang akan dipakai adalah pengertian pada item nomor 1 yaitu
tegangan turun. Maka jika beda potensial antara kedua titik tersebut adalah sebesar 5
Volt, maka VAB = 5 Volt dan VBA = -5 Volt


Energi
Kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Jadi energi
adalah sesuatu kerja dimana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya
sebesar satu Newton dengan jarak tempuh atau sesuatu tersebut berpindah dengan
selisih jarak satu meter.
Pada alam akan berlaku hukum Kekekalan Energi dimana energi sebetulnya tidak dapat
dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke
bentuk yang lainnya. Contohnya pada pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak
akan berpindah menjadi energi yang menghasilkan energi listrik, energi listrik akan
berpindah menjadi energi cahaya jika anergi listrik tersebut melewati suatu lampu,
energi cahaya akan berpinda menjadi energi panas jika bola lampu tersebut
pemakaiannya lama, demikian seterusnya.
Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap tidak hanya polaritas tegangan
tetapi arah arus juga berpengaruh.
Elemen/komponen listrik digolongkan menjadi :
1. Menyerap energi
Jika arus positif meninggalkan terminal positif menuju terminal
elemen/komponen, atau arus positif menuju terminal positif elemen/komponen
tersebut.
2. Mengirim energi
Jika arus positif masuk terminal positif dari terminal elemen/komponen, atau
arus positif meninggalkan terminal positif elemen/komponen.
Energi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan v dan muatan yang
melewatinya Δq adalah Δw = vΔq
Satuannya : Joule (J)

Daya
Rata-rata kerja yang dilakukan
Daya secara matematis : p = dw/dq = dw*dq/dq*dt = vi
Satuannya : Watt (W)

Analisis Rangkaian
Mencari hubungan antara masukan dan keluaran pada rangkaian yang telah diketahui,
misalkan mencari keluaran tegangan/ arus ataupun menentukan energi/ daya yang
dikirim.
Ada 2 cabang utama dari teori rangkaian (input, rangkaian, output) :
1. Analisa rangkaian (rangkaian dan input untuk mencari output)
2. Sintesa rangkaian/ desain (input dan output untuk mencari rangkaian)
Prefix dalam SI (Sistem satuan Internasional)
Dalam SI untuk menyatakan bilangan yang lebih besar atau lebih kecil dari satu satuan
dasar, dipergunakan notasi desimal (“standard decimal prefixes”) yang menyatakan
pangkat dari sepuluh.





BAB II
ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

Elemen Aktif
Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi, pada mata kuliah Rangkaian
Listrik yang akan dibahas pada elemen aktif adalah sumber tegangan dan sumber arus.
Pada pembahasan selanjutnya kita akan membicarakan semua yang berkaitan dengan
elemen atau komponen ideal. Yang dimaksud dengan kondisi ideal disini adalah bahwa
sesuatunya berdasarkan dari sifat karakteristik dari elemen atau komponen tersebut dan
tidak terpengaruh oleh lingkungan luar. Jadi untuk elemen listrik seperti sumber
tegangan, sumber arus, kompone R, L, dan C pada mata kuliah ini diasumsikan
semuanya dalam kondisi ideal.
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)
a. 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 :
b. 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)
a. Sumber Arus Bebas/ Independent Current Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus tidak bergantung pada harga
tegangan atau arus lainnya.
Simbol :
b. Sumber Arus Tidak Bebas/ Dependent Current Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus bergantung pada harga tegangan
atau arus lainnya.
Simbol :

Elemen Pasif
1. Resistor (R)
Sering juga disebut dengan tahanan, hambatan, penghantar, atau resistansi
dimana resistor mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus , dan
pembagi tegangan.
Nilai resistor tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri
(tergantung dari bahan pembuatnya), panjang dari resistor itu sendiri dan luas
penampang dari resistor itu sendiri.
Secara matematis :
A
R = ρ l
dimana : ρ = hambatan jenis
l = panjang dari resistor
A = luas penampang
Satuan dari resistor : Ohm (Ω)

Jika suatu resistor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung dari resistor
tersebut akan menimbulkan beda potensial atau tegangan. Hukum yang didapat
dari percobaan ini adalah: Hukum Ohm.
Mengenai pembahasan dari Hukum Ohm akan dibahas pada bab selanjutnya.
VR= IR

2. Kapasitor (C)
Sering juga disebut dengan kondensator atau kapasitansi. Mempunyai fungsi
untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat
menyimpan energi dalam bentuk medan listrik.
Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor,
luas penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari
kapasitor tersebut.
Secara matematis :
d
C = ε A
dimana : ε = permitivitas bahan
A = luas penampang bahan
d = jarak dua keping
Satuan dari kapasitor : Farad (F)
Jika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung
kapaistor tersebut akan muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara
matematis dinyatakan :
ic = C. dvc/dt
penurunan rumus :
Q=CV
dq = Cdv
dimana, i = dq/dt ,  dq = i.dt
sehingga:
i.dt=Cdv
i = C. dv/dt
dari rangkaian v - i, dapat diturunkan sifat penyimpangan pada kapasitor











Tidak ada komentar:

Poskan Komentar