BAB1a_KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK_revisi

Bab 1 : Konsep Dasar
Rangkaian Listrik
Dr. Suprijanto, ST MT
John Adler, M.Si
e-mail:
[email protected]
[email protected]
1
Konsep Dasar Rangkaian Listrik


Rangkaian Listrik dibentuk untuk menghubungkan
komponen dengan sifat yang berbeda
Komponen :


Pasif : resistor, induktor, kapasitor, transformator
Aktif : dioda, transistor, op-amp
2
Konsep Dasar Rangkaian Listrik
PCB + Komponen
Komponen Aktif + Pasif
3
Konsep Dasar Rangkaian Listrik
SMD Resistors
4
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Rangkaian listrik dibentuk dg menghubungkan komponen2 yg
memiliki sifat2 elektrik yg berbeda.
Kuantitas Dasar :
yg menggambarkan kecepatan partikel bermuatan listrik
bergerak dlm suatu rangkaian dan bagaimana partikel itu
melakukannya adalah arus dan tegangan.
Arus
Tegangan
Energi
Daya
: kuantitas yg melalui (through variable ).
ampere, Coulomb/detik
: kuantitas yg membentangi (across variable )
Volt, Joule/Coulomb
: Joule
: Joule/detik = Watt
P=Arus x Tegangan
5
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Besaran
Satuan
muatan
Coulomb
arus
Ampere (A)
tegangan
Volt (V)
energi
Joule (J)
daya
Watt (W)
1 A = 1 Coulomb/det, 1 V = 1 J/Coulomb,
1 W = 1 VA = 1 J/det
6
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Awalan (faktor besar) untuk satuan
Awalan
Deka
Hekto
Kilo
Mega
Giga
Tera
Peta
Singkatan
Da
H
K
M
G
T
P
Pengali
x10
x102
x103
x106
x109
x1012
x1015
7
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Awalan (faktor kecil) untuk satuan
Awalan
desi
senti
mili
mikro
nano
piko
femto
Singkatan
d
c
m
μ
n
p
f
Pengali
X10-1
X10-2
X10-3
X10-6
X10-9
X10-12
X10-15
Contoh : 1 ndet = 1x10-9 det, 6 kV = 6x103 V.
8
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Arah dan Polaritas
Arah arus menunjukkan arah aliran muatan positif.
Polaritas tegangan menunjukkan potensial relatif
antara 2 titik.
Tanda +  potensial yg lebih tinggi
Tanda –  potensial yg lebih rendah.
9
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Unsur-unsur dasar rangkaian
Tahanan/resistansi
Hukum Ohm :
Arus I yg mengalir pada kawat sebanding dg
tegangan V yg membentang antara 2 titik dalam
kawat tsb :
V = IR atau I = GV,
di mana : R = resistansi,
G = konduktansi = 1/R.
Satuan R dlm ohm (Ω) dan G dlm siemens(S).
10
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Resistansi dihitung dg rumus : R = ρl/A,
di mana : ρ = resistivitas, l = panjang kawat, dan
A = luas penampang.
Daya untuk melewatkan arus I melalui resistor dg
resistansi R adalah :
P = VI = V2/R = GV2 = I2R.
11
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Sumber independen dan dependen
Ada 2 jenis sumber : sumber tegangan dan
sumber arus.
Sumber tegangan/arus bersifat independen
mempertahankan suatu tegangan/arus tertentu yg
tdk terkena pengaruh dari kuantitas lain. Simbolnya:
12
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Sumber tegangan/arus dependen (terkendali)
memiliki nilai tegangan/arus yg ber-ubah2 terhadap
beberapa variabel lain. Simbolnya :
13
Hubungan antar elemen
Secara umum digolongkan menjadi 2 :
1. Hubungan seri Jika salah satu terminal
dari dua elemen tersambung yang
mengakibatkan arus yang lewat akan
sama besar.
2. Hubungan paralel Jika semua terminal
terhubung dengan elemen lain yang
mengakibatkan tegangan tiap elemen
akan sama.
14
Sumber terhubung dengan
seri dan paralel
(a) Rangkaian Seri terhubung dengan sumber tegangan
dapat diganti dengan satu sumber tunggal.
(b)Rangkaian arus paralel dapat diganti dengan satu
sumber tunggal.
15
Penting untuk diingat
2 Resistor paralel
16
Contoh 1
?V
10V
? mA
?V
?V
4K
2K
? mA
? mA
0V
0V
0V
17
Contoh 2
18
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
R = ρl/A
19
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Short Circuit
R=?
Open Circuit
R=?
20
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Rangkaian seri
Tinjau suatu rangkaian seri dari n resistor :
HTK memberikan : V1,n+1 = V1,2+V2,3+…..+Vn,n+1
Dari hukum Ohm : V1,n+1 = (R1+R2+…..+Rn)I = RI
dg R = resistansi setara dari n resistor seri.
21
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Jadi resistansi setara dari n resistor seri :
R = R1 + R2 + ….. + Rn
22
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Rangkaian paralel
Tinjau rangkaian paralel n resistor :
HAK memberikan : I = I1 + I2 + ….. +In
Dari hukum Ohm : I = (G1 + G2 + ….. + Gn)V = GV
dg G = konduktansi setara n resistor paralel
23
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Konduktansi setara n resistor paralel :
G = G1 + G2 + ….. + Gn
Resistansi setara dari n resistor paralel : R = 1/G =
R1R2…Rn/(R2R3…Rn+R1R3R4…Rn+R1R2…Rn-1)
24
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Contoh reduksi seri/paralel :
R‫ = ׳‬R4 paralel R5 = R4R5/(R4+R5)
R‫ = ׳ ׳‬R2 seri R‫ = ׳‬R2+R4R5/(R4+R5)
25
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
R‫ = ׳ ׳ ׳‬R3 paralel R‫= ׳ ׳‬
R3{R2+R4R5/(R4+R5)}/[R3+{R2+R4R5/(R4+R5)}]
Req = R1 seri R‫= ׳ ׳ ׳‬
R1+R3{R2+R4R5/(R4+R5)}/[R3+{R2+R4R5/(R4+R5)}]
26
KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK
Contoh 3:
27
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Contoh 4:
28
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Contoh 5:
29
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Contoh 6:
30
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Contoh 7:
s
31
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Rangkaian tangga
Rangkaian tangga menyatakan gaya rangkaian yg
digunakan secara umum yg dikonfigurasikan atas
dasar hubungan seri dan paralel. :
32
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
R12 seri terhadap sisa rangkaian di kanan simpul 2.
Maka
V/I = R12 + 1/G2,
di mana G2 = konduktansi setara mulai dari simpul 2
termasuk G20.
Rangkaian tangga direduksi menjadi :
33
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
G2 adalah hubungan paralel antara G20 dg subrangkaian lain mulai simpul 2 dan tdk termasuk G20,
jadi G2 = G20 + 1/R2‫׳‬, di mana R2‫ ׳‬adalah subrangkaian sbb :
34
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Jadi V/I = R12 + 1/G2 = R12 + 1/(G20+1/R2‫)׳‬.
Dg meneruskan proses seperti ini, maka kita
dapatkan :
35
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
V
1
= R12 +
I
1
G20 +
1
R23 +
1
G30 +
1
R34 +
G40
36
Soal 8
Rangkaian di bawah ini sering disebut sebagai rangkaian tangga
(ladder network). Tentukan tahanan ekivalennya.
Jawab : R = 10 
37
V
 R 12 
I
G 20 
1
1
R 23 
1
G 30 
1
R 34 
1
G 40
V
1
 R1 
1
1
I

1
R2 R 
3
1
1

R4 R  1
5
1
R6
V
1
 5
1
1
I

1
10 6 
1
1

5 10  1
1
10
38
KONSEP DASAR RANGKAIAN ELEKTRIK
Rumus pembagian tegangan dan arus
Tinjau kasus rangkaian seri :
Tegangan yg membentangi resistor Ri = RiI = Vi,i+1,
dg I = arus yg mengalir dlm tiap resistor.
Jadi kita dpt tuliskan rumus pembagian tegangan :
Vi,i+1 = RiI = RiV/(R1+R2+…..+Rn)
39