(TKE131205) Program Studi Teknik Elektro, Unsoed

Komponen
dan RL Dasar
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205)
Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Iwan Setiawan <stwn at unsoed.ac.id>
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
1/91
Kuantitas.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
2/91
Angka.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
3/91
Satuan?
Satuan dan skala.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
5/91
Ukuran sebuah ruangan?
Standar.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
7/91
International System of Units (SI)
●
Panjang: meter (m)
●
Massa: kilogram (kg)
●
Waktu: detik (s)
●
Arus listrik: ampere (A)
●
Temperatur: kelvin (K)
●
Jumlah zat: mol (mol)
●
Intensitas cahaya: kandela (cd)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
8/91
Volume? Gaya? Energi?
Satuan energi?
joule (J)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
10/91
Energi potensial?
1 joule?
1 kg m2 s-2
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
12/91
1 watt?
1 joule/s
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
13/91
0,052 watt
52 mW
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
14/91
Prefiks SI
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2012)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
15/91
Muatan (Q atau q)
Muatan
●
Muatan positif: proton
●
Muatan negatif: elektron
●
●
Secara umum yang relevan di dalam rangkaian listrik
adalah aliran elektron
Kekekalan muatan
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
17/91
Satuan: couloumb (C)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
18/91
Muatan: -1,602x10-19 C
(elektron, “+” untuk proton)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
19/91
Arus (I atau i)
Total muatan yang melewati sebuah tampanglintang/cross-section dalam waktu satu detik.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
21/91
“Transfer muatan”
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
22/91
“Muatan yang bergerak”
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
23/91
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Satuan: ampere (A) = C/s
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
25/91
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2012)
Tipe-Tipe Arus
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
26/91
Terdapat nilai dan arah.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
27/91
Pada arus terdapat nilai dan arah.
Dua metode pelabelan yang berbeda untuk arus yang sama.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
28/91
Pada arus terdapat nilai dan arah.
Dua metode pelabelan yang berbeda untuk arus yang sama.
(a,b) definisi arus yang kurang lengkap. (c) definisi arus yang benar.
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
29/91
Tegangan (V atau v)
Secara umum elemen rangkaian
dapat berbentuk apa saja.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
31/91
Elemen ini dapat berbentuk sebuah
benda yang mempunyai 2 terminal.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
32/91
Elemen Rangkaian
A
B
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
33/91
Tegangan: ukuran kerja/energi yang diperlukan
untuk memindahkan muatan melalui
sebuah elemen.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
34/91
Tegangan atau beda potensial.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
35/91
Satuan: volt atau J/C
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
36/91
Tidak seperti arus, tegangan dapat muncul di
antara 2 terminal, ada arus yang mengalir
ataupun tidak, contoh baterai.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
37/91
Hukum kekekalan energi?
(a,b) Definisi tegangan yang kurang lengkap. (c)
Definisi tegangan yang benar, karena
menyertakan simbol variabel dan tanda plusminus.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
(a,b) Definisi tegangan yang kurang lengkap. (c)
Definisi tegangan yang benar, karena
menyertakan simbol variabel dan tanda plusminus.
(a,b) Terminal B positif 5 V terhadap
terminal A; (c,d) Terminal A positif 5 V
terhadap terminal B.
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Ground?
Daya (P atau p)
Laju energi yang diperlukan untuk mentransfer
1 coulomb muatan melalui sebuah elemen
dalam waktu 1 detik.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
43/91
“Laju transfer energi”
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
44/91
“Energi yang digunakan per detik”
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
45/91
Satuan: J/s atau watt.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
46/91
p = v.i = i2.R = v2/R
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
47/91
Apa yang perlu diingat
dari arus dan tegangan?
Menyerap daya atau memasok daya.
(menerima daya atau memberikan daya)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
49/91
Penyerapan/Pemasokan Daya
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Jika tanda panah arus diarahkan masuk pada terminal elemen bertanda
“+”, maka p = vi menghasilkan daya yang diserap elemen. Jika diperoleh
nilai negatif, berarti elemen sesungguhnya memasok atau
membangkitkan daya.
Jika tanda panah arus diarahkan keluar dari terminal elemen bertanda
“+”, maka p = vi menghasilkan daya yang dipasok oleh elemen. Jika
diperoleh nilai negatif, berarti elemen sesungguhnya menyerap daya.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Catatan
●
●
Arus listrik dapat terjadi karena aliran elektron atau proton
sebagai pembawa muatan
Arus listrik secara umum muncul karena aliran elektron
dari negatif ke positif
–
●
Pada semikonduktor, pembawa muatan dapat berupa
proton atau elektron
Untuk memudahkan, kebiasaan (alami), dan konvensi atau
kesepakatan, arus listrik di dalam (model) rangkaian listrik
mengalir dari positif ke negatif
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
51/91
Komponen RL
Komponen RL
●
Sumber listrik
–
Sumber bebas: tegangan dan arus
–
Sumber tak bebas: tegangan dan arus
●
Resistor, kapasitor, induktor
●
Perangkat pengukuran
●
–
Ammeter
–
Voltmeter
Kawat listrik
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
53/91
Model matematis atau perangkat fisik?
(model hanyalah perkiraan saja)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
54/91
Kita menganggap rangkaian
listrik pada kondisi ideal.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
55/91
Terdapat hubungan arus pada elemen
dan tegangan antara kedua terminalnya.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
56/91
Hubungannya apa?
Elemen Rangkaian Listrik
●
●
●
Jika tegangan pada elemen berbanding lurus secara linier
dengan arus yang melewati elemen, kita dapat menyebut
elemen tersebut: resistor
Jika tegangan pada elemen sebanding dengan integral
arus terhadap waktu, kita dapat menyebut elemen
tersebut: kapasitor
Jika tegangan pada elemen sebanding dengan turunan
atau derivatif arus terhadap waktu, kita dapat menyebut
elemen tersebut: induktor
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
58/91
Sumber Tegangan
dan Arus
Bebas dan Tak bebas.
(bebas: tidak terikat arus/tegangan)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
60/91
Simbol untuk: (a) sumber tegangan DC;
(b) baterai; (c) sumber tegangan AC.
Simbol untuk sumber arus
bebas.
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Empat (4) jenis sumber tak
bebas:
(a) sumber arus yang
terkendali arus;
(b) sumber arus yang
terkendali tegangan;
(c) sumber tegangan
terkendali tegangan;
(d) sumber tegangan
terkendali arus.
K adalah konstanta skala, g dan r adalah faktor skala.
Merupakan model untuk perangkat elektronik seperti
transistor, opamp, dan IC.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Perhatikan rangkaian di bawah ini. Jika v2 adalah 3 V, cari vL.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Perhatikan rangkaian di bawah ini. Jika v2 adalah 3 V, cari vL.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Perhatikan rangkaian di bawah ini. Jika v2 adalah 3 V, cari vL.
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Carilah daya yang diserap oleh masingmasing elemen pada rangkaian berikut.
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Carilah daya yang diserap oleh masingmasing elemen pada rangkaian berikut.
-60 W
-56 W
16 W
160 W
-60 W
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Elemen aktif dan pasif.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
68/91
Jaringan dan
Rangkaian
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2012)
Jaringan dan Rangkaian
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
70/91
Jaringan aktif dan pasif.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
71/91
Hukum Ohm
Elemen ideal.
(diidealkan)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
73/91
Pada “elemen nyata”, terdapat nilai toleransi.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
74/91
Hukum Ohm: tegangan pada sebuah material
konduktor berbanding lurus dengan arus yang
melewati material tersebut.
(dengan konstanta resistansi R yang sesuai dengan material)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
75/91
Hukum Ohm
resistor linier
v =Ri
atau
i =
v
R
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
76/91
http://pierluigiscotolati.com/electricity-infographic/
10 teraohm,
toleransi 5%
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2012)
Resistor
78/91
Resistor pada kenyataannya memiliki rentang
arus, tegangan, dan daya yang terbatas,
serta tergantung dengan kondisi
lingkungan seperti suhu.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
79/91
Penyerapan Daya
p = v.i = i2.R = v2/R
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
81/91
Daya yang diserap atau dipasok.
(menerima atau memberi)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
82/91
Komponen pasif atau aktif.
(menerima atau memberi)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
83/91
Tegangan disebut juga beda potensial.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
84/91
Menerima atau memberi
energi potensial.
(ke dalam rangkaian)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
85/91
Konvensi Tanda Pasif
(passive sign convention)
Aturan Dasar
(1) Sebuah resistor dapat bertanda positif atau negatif pada
ujung-ujungnya. Secara umum, jika ada sebuah ujung
resistor bertanda positif, maka ujung resistor-resistor
yang lain dalam rangkaian bertanda sama yaitu positif
(2) Minimal 1 sumber mempunyai tanda terbalik dari tanda
ujung resistor di dalam sebuah rangkaian. Jika hanya
ada 1 sumber, maka sumber tersebut mempunyai tanda
yang terbalik dari tanda ujung resistor
●
Misal jika ujung kiri resistor positif, ujung kiri sumber
tersebut bertanda negatif
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
87/91
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Hayt, Kemmerly, dan Durbin (2007)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Tugas Baca: Practical Application: Wire Gauge
dan Konduktansi. (hal. 25-29)
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
90/91
Daftar Bacaan
●
●
W.H. Hayt, J.E. Kemmerly, dan S.M. Durbin, Engineering
Circuit Analysis, 7th ed. McGraw-Hill, 2007.
W.H. Hayt, J.E. Kemmerly, dan S.M. Durbin, Engineering
Circuit Analysis, 8th ed. McGraw-Hill, 2012.
Rangkaian Listrik 1 (TKE131205) – Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
91/91