Rangkaian seri paralel

Transkripsi

1 Rangkaian seri paralel Apa itu rangakain seri-paralel? Perhatikan rangkaian seri sederhana berikut, masing-masing komponen terhubung ujung ke ujung membentuk jalur tunggal bagi aliran elektron. Untuk rangkaian paralel, semua komponennya terhubung diantra dua titik yang sama hingga membentuk beberapa jalur/percabangan untuk aliran elektron yang bergerak dari kutub positif menuju negatif dari baterai. Dari kedua macam rangakaian dasar ini, kita dapat menentukan beberapa aturan hubungan antara tegangan, arus, dan resistansi. Untuk rangkaian seri: Total tegangan adalah adalah jumlah masing-masing tegangan jatuh (drop) Arus yang mengalir pada semua komponen adalah sama Resistansi total adalah jumlah dari masing-masing resistansi Untuk rangkaian paralel: Tegangan pada semua komponen adalah sama. Total arus adalah jumlah arus masing-masing cabang. Resistansi total lebih kecil dari pada nilai resistansi masing-masing komponen yang disusun paralel Namun, apabila komponen rangkaian terhubung seri pada suatu bagian dan terhubung paralel pada bagian lainnya, kita tidak bisa menggunakan masing-masing aturan yang telah disebutkan di atas. Namun, kita harus mengidentifikasi bagian

2 rangkaian mana yang seri dan bagian mana yang paralel, kemudian gunakan aturan seri dan paralel sesuai pada masingmasing bagian. Perhatikan contoh rangkaian berikut ini. Rangkaian ini bukanlah rangkaian seri atupun rangkaian paralel. Tetapi, rangkaian ini tersusun dari rangkaian seri dan paralel. Arus (arah konvensional) mengalir dari kutub positif baterai kemudian terpecah dan bercabang melewati R 1dan R 2, kemudian menyatu, lalu terpecah dan bercabang lagi melewati R 3 dan R 4, lalu menyatu kembali dan masuk ke terminal negatif baterai. Ada lebih dari satu jalur untuk dialiri arus (bukan seri), tetapi juga ada lebih dari dua titik yang digunakan bersama oleh komponen pada rangkaian itu (bila anda perhatikan ada tiga titik/node) sehingga juga bukan rangkaian paralel. Karena rangkaian tersebut merupakan kombinasi seri dan paralel, kita tidak bisa memakai aturan tegangan, arus, dan resistansi untuk memulai analisa. Andai saja, rangkaian tersebut adalah rangkaian seri, kita tinggal menjumlahkan R 1,R 2, R 3, dan R 4 untuk mendapatkan resistansi totalnya, lalu kita dapatkan arus totalnya, dan mendapatkan drop tegangan pada masing-masing resistor. Begitu pula apabila rangkaian tersebut adalah rangkaian paralel, kita bisa memperoleh nilai arus pada masing-masing cabang, menjumlahkannya untuk mendapatkan arus totalnya. Namun, untuk menganalisa rangkaian di atas, tidak semudah itu. Kita harus menganalisanya bagian per bagian, mana yang paralel dan mana yang seri, serta menggunakan aturan-aturan yang sesuai. Hukum Ohm juga membantu dalam analisa ini. Teknik Analisa Tujuan analisa rangkaian resistor seri-paralel adalah dapat menentukan tegangan, arus, dan disipasi daya pada masingmasing resistor. Cara umum untuk menganalisa rangkaian ini adalah: Langkah 1 : Tentukan mana resistor yang tersusun seri dan mana yang tersusun paralel, lalu sederhanakan dengan cara mencari resistansi penggantinya. Langkah 2 : Gambar ulang rangkaian tersebut, gantikan masing-masing resistor yang terhubung seri ataupun paralel pada langkah 1, gantikan dengan resistor tunggal (resistansi penggantinya). Langkah 3 : Ulangi langkah 1 dan 2 hingga resistor menyusut sampai menyisakan satu resistor tunggal dengan nilai ekivalennya. Langkah 4 : Hitung arus total menggunakan hukum Ohm (arus total = sumber tegangan / resistansi penggantinya yang di dapat pada langkah 3) Langkah 5 : Dapatkan tegangan dan arus total, lalu kembali pada langkah terakhir dalam proses reduksi resistor (pada langkah 3), dan masukkan nilai-nilai ini dengan tepat. Langkah 6 : dari resistansi, total tegangan/arus yang telah didapatkan dari langkah 5, gunakan hukum Ohm untuk menghitung nilai-nilai yang belum diketahui (tegangan dan arus) menggunakan rumus E = IR atau I = E/R). Langkah 7 : Ulangi langkah 5 dan 6 hingga semua nilai tegangan dan arus diketahui pada semua komponen pada rangkaian yang asli. Pada dasarnya, anda harus meneruskan langkah demi langkah hingga anda berhasil mendapatkan rangkaian yang asli (kembali ke rangkaian yang awal) dengan menggunakan nilai tegangan dan arus yang cocok.

3 Langkah 8 : Hitung disipasi daya (bila ditanyakan) dari tegangan, arus, dan/atau nilai resistansi. Sepertinya, langkah-langkah di atas terlalu memaksa, tetapi setelah anda melihat contoh berikut ini, anda akan terbiasa menggunakannya. Pertama, dari contoh rangkaian di atas, R 1 dan R 2 dihubungkan dalam susunan paralel sederhana, begitu pula R3 dan R4. Jadi kita hitung resistansi penggantinya masing-masing R P1 = R 1 R 2 = (100 Ω) (250 Ω) / (100 Ω Ω) = Ω Tanda R 1 R 2 berarti R 1 tersusun paralel dengan R 2. R P2 = R 3 R 4 = (350 Ω) (200 Ω) / (350 Ω Ω) = Ω Nilai RP1 menggantikan R 1 dan R 2, dan R P2 menggantikan R 3 dan R 4. Jadi, sekarang rangkaian telah direduksi menjadi rangkaian seri sederhana. Maka langkah reduksi selanjutnya adalah menjumlahkan R P1 dan R P2 (karena terhubung seri) untuk mendapatkan resistansi totalnya, R T. R T = R P1 + R P2 = Ω Ω = Ω. Sekarang, kita menggambar ulang rangkaian dengan sebuah resistansi tunggal, yaitu R T

4 Perhatikan pada gambar, resistansi total,rt, dilambangkan dengan R 1 R 2 - R 3 R 4. Tanda berarti disusun paralel, sedangkan - berarti disusun seri. Setelah resistansi totalnya diperoleh, maka arus total yang mengaliri rangkaian dapat dihitung menggunakan hukum Ohm I total = E/R T= 24 V / Ω = ma. Maka arus totalnya adalah ma seperti ditunjukkan pada gambar. Sekarang kita mulai melakukan proses mundur untuk menggambar ulang rangkaian ke bentuk awalnya. Rangkaian tahap selanjutnya adalah rangkaian dimana R 1 R 2 dan R 3 R 4 yang dirangkai seri. Karena terhubung seri, maka arus yyang mengalir pada R 1 R 2 sama dengan arus yang mengalir pada R 3 R 4. Setelah mendapatkan arus, maka kita dapat menghitung drop tegangan pada resistor ekivalen R 1 R 2 (atau R P1) dan R 3 R 4 (atau R P2), dengan menggunakan hukum Ohm (V=IR)

5 V RP2 = I total R P2 = ma Ω = V V RP1 = I total R P1 = ma Ω = V Karena kita tahu bahwa R 1 R 2 (ataur P1) dan R 3 R 4 (atau R P2) adalah resistor ekivalen yang disusun paralel, maka drop tegangan pada rangkaian paralel adalah sama, atau dengan kata lain kita kembali ke bentuk rangkaian yang asli, sehingga nilai tegangan resistor-resistor individualnya dapat ditentukan V R1 = V R2 = V RP1 = V dan V R3 = V R4 = V RP2 = V Setelah nilai tegangan pada masing-masing resistor telah didapatkan. Maka arus yang mengalir pada masing-masing resistor dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm, yaitu I = V/R I R1 = V R1 / R 1 = V / 100 Ω = ma I R2 = V R2 / R 2 = V / 250 Ω = ma I R3 = V R3 / R 3 = V / 350 Ω = ma I R4 = V R4 / R 4 = V / 200 Ω = ma Setelah kita mendapatkan semua nilai arus dan tegangan pada rangkaian yang asli, maka nilai-nilai nya ditunjukkan pada gambar berikut ini.

6 Dari gambar tersebut dapat dicek kebenarannya, misal arus yang mengalir pada I R1 + I R2 haruslah sama dengan I R3 + I R4, sesuai dengan hukum arus Kirchhoff. Contoh Untuk rangkaian gambar 7-13, hitunglah semua arus dan tegangan yang tertera pada rangkaian tersebut Solusi: Karena pada rangkaian di atas berisi tegangan titik, untuk memudahkan analisa, titik tegangan adalah titik yang mempunyai tegangan terhadap ground, sehingga kita menggambar ulang rangkaian 7-13 menjadi rangkaian seperti pada gambar 7-14 Sekarang kita lihat rangkaian tersebut dapat disederhanakan yaitu dengan mengkombinasikan sumber tegangan (E = E 1 + E 2) sehingga menjadi gambar 7-15

7 Nilai resistansi totalnya adalah R T = R 1 + [R 4 (R 2+R 3)] = 10 + [(30) ( )/30 + ( )] = 30 Ω Sehingga arus totalnya adalah I 1 = E/R T = 18 V / 30 Ω = 0.6 A Pada node b, arus ini terbagi menjadi dua cabang, dengan menggunakan aturan pembagi tegangan I 3 = I 1 (R 2 + R 3)/(R 2 + R 3 + R 4) = (0.6) (60) / ( ) = 0.4 A I 2 = I 1 (R 4)/(R 2 + R 3 + R 4) = (0.6) (30) / ( ) = 0.2 A Tegangan Vab adalah sama dengan tegangan pada resistor R 2, tetapi dengan polaritas yang negatif (karena potensial titik b lebih tinggi dari pada a) : V ab = I 2R 2 = (0.2 A) (10 Ω) = -2 V

8 Rangkaian campuran adalah kombinasi dari 2 rangkaian listrik yaitu rangkaian paralel dan rangkaian seri. Agar bisa menghitung besarnya hambatan dalam rangkaian campuran kita perlu terlebih dulu menghitung besarnya hambatan dari tiap jenis rangkaian ( rangkaian seri dan paralel ), sesudah itu menghitung hambatan dari kombinasi rangkaian akhir yang kita dapat. Contoh yang kita dapat dari rangkaian diatas, umpamanya tipe rangkaian akhir yang di dapat adalah tipe rangkaian seri, maka total rangkaian yang akan kita cari dengan persamaan hambatan pengganti pada rangkaian hambatan seri. Tetapi buat rangkaian paralel perlu mencarinya dengan menghubungkan satu hambatan dengan cara paralel. Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang tersusun sejajar ( seri ). Misalnya adalah baterai yang ada didalam senter biasanya di susun dengan cara seri. Rangkaian yang disusun dengan cara seri terdiri dari satu atau lebih rangkaian yang di hubungkan ke catu daya melalui satu rangkaian elektronika. Jadi di dalam rangkaian ini ada banyak beban listrik yang tersusun di dalam satu rangkaian. Dua buah elemen dalam rangkaian campuran yang di susun dengan cara seri cuma mempunyai satu titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Dikarenakan semua rangkaian di susun dengan cara seri maka jaringan tersebut di sebut rangkaian seri, itu di akibatkan arus yang dilalui sama besar pada masing masing elemen. Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang di susun dengan cara berderet ( paralel ). Misalnya adalah lampu yang kita pasang di tempat tinggal umumya sebagai rangkaian paralel. Rangkaian paralel merupakan type rangkaian yang mempunyai lebih dari satu bagian garis edar agar bisa mengalirkan arus listrik. Contoh lain dari rangkaian campuran yang bisa di hubungkan dengan rangkain paralel adalah di dalam kendaraan bermotor yang sebagian besar beban listrik semakin banyak di hubungkan dengan paralel. Masing-masing dari rangkaian tersebut bisa di hubungkan atau di putuskan tanpa memengaruhi rangkaian yang lain. Rangkaian seri dan rangkaian paralel adalah 2 type rangkaian yang di pakai buat menghubungkan satu atau lebih komponen listrik menjadi satu rangkaian. Gabungan kedua rangkaian ini di sebut dengan Rangkaian Campuran.

9 Rangkaian campuran adalah gabungan dari 2 rangkaian listrik, yaitu rangkaian listrik seri dan rangkaian listrik paralel. Untuk dapat mencari besarnya hambatan dalam rangkaian campuran kita harus terlebih dahulu mencari besarnya hambatan tiap tiap model rangkaian ( rangkaian seri dan paralel ), kemudian mencari hambatan dari gabungan rangkaian akhir yang kita dapat. Contoh yang kita dapat dari rangkaian di atas, misalnya model rangkaian akhir yang di dapat adalah model rangkaian seri, sehingga total rangkaian yang akan kita cari dengan persamaan hambatan pengganti pada rangkaian hambatan seri. Sedangkan untuk rangkaian paralel harus mencarinya dengan menghubungan suatu hambatan secara paralel. Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang tersusun sejajar (seri). Contohnya adalah baterai yang terdapat di dalam senter pada umumnya di susun secara seri. Rangkaian yang disusun secara seri terdiri dari satu atau lebih rangkaian yang di hubungkan ke catu daya lewat suatu rangkaian elektronika. Jadi di dalam rangkaian ini terdapat banyak beban listrik yang tersusun dalam satu rangkaian. Dua buah elemen dalam rangkaian campuran yang di susun secara seri hanya memiliki sebuah titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua rangkaian di susun secara seri maka jaringan tersebut di sebut rangkaian seri, itu di akibatkan arus yang lewat sama besar pada masing masing elemen. Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang di susun secara berderet (paralel). Contohnya adalah lampu yang kita pasang di rumah umumya merupakan rangkaian paralel. Rangkaian paralel merupakan jenis rangkaian yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar untuk dapat mengalirkan arus listrik. Contoh lain dari rangkaian campuran yang dapat di hubungkan dengan rangkain paralel adalah dalam kendaraan bermotor yang sebagian besar beban listrik lebih banyak di hubungkan secara paralel. Masing masing dari rangkaian tersebut dapat di hubungkan atau di putuskan tanpa mempengaruhi rangkaian yang lain. Rangkaian seri dan rangkaian paralel adalah 2 jenis rangkaian yang di gunakan untuk menghubungkan satu atau lebih komponen listrik menjadi satu kesatuan rangkaian. Penggabungan kedua rangkaian ini di sebut dengan rangkaian campuran.

10 Rangkaian listrik campuran (seri-paralel) merupakan rangkaian listrik gabungan dari rangkaian listrik seri dan rangkaian listrik paralel. Untuk lebih jelasnya tentang rangkaian listrik gabungan (seri-paralel) perhatikanlah ilustrasi berikut Untuk mencari besarnya hambatan pengganti rangkaian listrik gabungan seri - paralel adalah dengan mencari besaranya hambatan tiap tiap model rangkaian (rangkaian seri dan rangkaian paralel), selanjutnya mencari hambatan gabungan dari model rangkaian akhir yang didapat. Misalnya seperti rangkaian di atas, maka model rangkaian akhir yang didapat adalah model rangkaian seri, sehingga hambatan total rangkaian dicari dengan persamaan hambatan pengganti rangkaian hambatan seri.