Pendekatan ideal

ELEKTRONIKA
Bab 1. Pengantar
DR. JUSAK
Mengingat Kembali
Segitiga Ohm ()
𝑉(𝑉𝑜𝑙𝑡) = 𝐼 × 𝑅
𝑉
𝐼(𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒) =
𝑅
𝑉
𝑅(𝑂ℎ𝑚) =
𝐼
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
2
Ilustrasi
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
3
Teori Aproksimasi (Pendekatan)
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan pendekatan.
Contoh apabila kita ditanya berapa umur Anda, kita akan menjawab 21
(ideal).
Atau mungkin kita akan menjawab 21 menuju 22 (pendekatan kedua).
Atau mungkin 21 tahun 9 bulan (pendekatan ketiga). Atau lebih teliti lagi
21 tahun, 9 bulan, 2 hari, 6 jam, 23 menit, 42 detik (pasti).
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
4
Hal di atas menggambarkan beberapa tingkat pendekatan : pendekatan
ideal, pendekatan kedua, pendekatan ketiga, dan jawaban pasti.
Pendekatan ideal
Kadang-kadang disebut sebagai pendekatan pertama, dalam rangkaian
elektronika rangkaian dengan pendekatan ideal merupakan pendekatan
paling sederhana dari suatu rangkaian.
Contoh,
Sepotong kabel adalah sebuah konduktor diasumsikan memiliki hambatan
nol. Asumsi semacam ini cukup untuk digunakan sehari-hari untuk
menjelaskan kerja rangkaian elektronika.
5
Tetapi asumsi di atas tidak dapat kita gunakan bila kabel tersebut dialiri
sinyal dengan frekuensi tinggi. Bila kabel digunakan untuk menyalurkan
sinyal dengan frekuensi tinggi, maka harus diperhitungkan munculnya efek
induktansi dan kapasitansi di dalam kabel.
Misal, kabel AWG22 sepanjang 1 inchi memiliki resistansi 0,016,
induktansi 0,24µ𝐻 dan kapasitansi 3,3𝑝𝐹. Pada frekuensi 10 𝑀𝐻𝑧,
reaktansi induktifnya sebesar 15,1 dan reaktansi kapasitif sebesar
4,82𝐾.
Sebagai panduan, kita dapat mengidealkan sepotong kabel pada frekuensi
dibawah 1𝑀𝐻𝑧. Panjang kabel juga harus diperhitungkan.
6
Pendekatan Kedua
Pendekatan kedua menambahkan satu atau lebih komponen terhadap
pendekatan ideal.
Contoh :
Pendekatan ideal sebuah baterai yang memiliki sumber tegangan 1,5𝑉.
Pendekatan kedua adalah sumber tegangan 1,5𝑉 dan juga memiliki
hambatan 1. Hambatan serial ini disebut sebagai hambatan dalam atau
hambatan sumber.
Apabila hambatan beban lebih kecil dari 10, maka tegangan beban akan
lebih kecil dari 1,5𝑉, karena tegangan jatuh yang terjadi di hambatan
sumber.
7
Pendekatan Ketiga
Pendekatan ketiga memasukkan komponen yang lain pada rangkaian
ekuivalen piranti elektronik. Dan pada pendekatan yang lebih tinggi
mungkin dilakukan dengan lebih banyak penambahan komponen dalam
rangkaian ekuivalen piranti elektronik.
8
9
Sumber Tegangan (1)
Pendekatan ideal
Sebuah sumber tegangan searah ideal menghasilkan tegangan beban yang
konstan. Artinya sumber tegangan tersebut mempunyai hambatan dalam
nol.
V1
10 V
RL
1 Ohm
+
10.000
-
V
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
10
Sumber Tegangan (2)
Pendekatan kedua
Sumber tegangan ideal merupakan piranti teoritis yang tidak pernah
ada. Karena saat hambatan beban mendekati nol, arus beban akan
mendekati tak hingga. Pendekatan kedua dari sumber tegangan
searah memperhitungkan faktor hambatan dalam.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
11
Sumber Tegangan (3)
Gambar di bawah ini adalah sebuah sumber tegangan dengan
hambatan dalam (𝑅𝑠 ) yang terpasang seri dengan sumber tegangan.
RS
1 Ohm
V1
10 V
RL
1 Ohm
+
5.000
-
V
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
12
Wilayah Kaku (stiff region)
Wilayah kaku adalah area di mana nilai dari tegangan yang dihasilkan
oleh sebuah sumber tegangan tidak lagi dipengaruhi oleh besarnya
nilai hambatan dalam. Atau dengan kata lain, hambatan dalam (𝑅𝑠 )
jauh lebih kecil dibandingkan nilai dari hambatan beban (𝑅𝐿 ).
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
13
Sumber Tegangan Kaku
Sumber tegangan kaku apabila hambatan sumber dapat diabaikan,
yaitu apabila hambatan sumber nilainya 100 kali lebih kecil dari
hambatan beban.
Sumber tegangan kaku :𝑅𝑠 < 0,01𝑅𝐿
Hal ini memberikan pengetahuan kepada kita bahwa sumber
tegangan akan bekerja dengan baik bila hambatan beban yang
terpasang minimal 100 kali hambatan sumber, yaitu:
𝑅𝐿(min) = 100𝑅𝑠 .
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
14
Contoh 1
Misalkan sebuah tegangan AC memiliki hambatan sumber sebesar
50Ω, berapa nilai minimal dari hambatan beban agar tercapai
kondisi sebagai sumber tegangan kaku?
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
15
Sumber Arus
Sumber tegangan searah (DC) menghasilkan tegangan beban yang
konstan untuk berbagai hambatan beban, tetapi
Sumber arus searah (DC) menghasilkan arus beban yang konstan
untuk berbagai hambatan sumber.
Perhatikan contoh pada gambar di bawah ini:
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
16
Sumber Arus (2)
Pada rangkaian di bawah dengan nilai hambatan sumber sebesar
1M, didapatkan arus beban sebesar:
RS
𝐼𝐿 =
1MOhm
𝑉𝑠
𝑅𝑠 +𝑅𝐿
V1
Bila hambatan beban adalah 1, maka
𝐼𝐿 =
10
1𝑀+1
10 V
RL
1 Ohm
+
10.000u
-
A
= 10𝜇𝐴
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
17
Sumber Arus (3)
Hambatan beban yang kecil tidak terlalu berpengaruh terhadap arus.
Tetapi pada saat hambatan beban lebih besar dari 10K, akan terjadi
penurunan arus yang berarti.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
18
Sumber Arus Kaku
Apabila hambatan sumber dari sumber arus besarnya minimal 100
kali besar hambatan beban.
Sumber arus kaku : 𝑅𝑆 > 100𝑅𝐿.
Nilai batas atas (kondisi terjelek) terjadi apabila 𝑅𝑆 = 100𝑅𝐿 .
Karena itu nilai dari hambatan beban dapat dicari:
𝑅𝐿(max) = 0,01𝑅𝑠 .
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
19
Contoh 2
Sebuah sumber tegangan DC memiliki hambatan sumber sebesar
5k, berapa nilai maksimum dari hambatan beban agar tercapai
kondisi sebagai sumber arus kaku?
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
20
Jadi ….. dapat disimpulkan:
Kuantitas
𝑅𝑠
𝑅𝐿
𝑉𝐿
𝐼𝐿
Sumber Tegangan
Rendah
Lebih besar dari 100𝑅𝑠
Konstan
Tergantung pada 𝑅𝐿
Sumber Arus
Tinggi
Lebih kecil dari 0,01𝑅𝑠
Tergantung pada 𝑅𝐿
Konstan
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
21
Contoh 3
Sebuah sumber arus 1mA memiliki hambatan sumber sebesar
10M, tentukan range nilai dari hambatan beban agar sumber arus
tersebut dapat dikatakan sebagai sumber arus kaku!
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
22