PEMBAHASAN 1. Rangkaian DC a.) Dasar-dasar Rangkaian Listrik Resistor (hambatan) Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya. Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan symbol Ω (Omega). Menurut Hukum Ohm : Di dalam rangkaian elektronika, resistor dilambangkan dengan huruf "R".Dilihat dari bahannya, ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antaralain : Resistor Carbon, Wirewound, dan Metalfilm. Ciri yang umum dari suatu resistor adalah gelang gelang warna yang terterapada bodinya seperti pada gambar di bawah dan masing masing dari warna, warna tersebut mengandung suatu nilai ukuran sesuai tabel warna yang sudah ditentukan dans atuannya adalah ohm. Berikut ini merupakan uraian & tabel warna warna dari resistor 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 : R= ρ l A dimana : ρ = hambatan jenis l = panjang dari resistor A = luas penampang Satuan dari resistor : Ohm (Ω) Fungsi resistor dapat diumpamakan dengan sekeping papan yang dipergunakan untuk menahan aliran air yang deras di selokan/parit kecil. Makin besar nilai tahanan,makin kecil arus dan tegangan listrik yang melaluinya. Adapun fungsi lain resistor dalam rangkaian elektronika, yaitu a. Menahan arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika b. Menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika c. Membagi tegangan, dll. Elektronika Dasar Page 1
Dilihat dari fungsinya, resistor dapat dibagi menjadi : 1. Resistor Tetap (Fixed Resistor) Yaitu resistor yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan).resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Berfungsi sebagai pembagitegangan, mengatur atau membatasi arus pada suatu rangkaian serta memperbesar dan memperkecil tegangan.ukuran fisikfixed resistor bermacam macam, tergantung pada dayaresistor yang dimilikinya. Misalnya fixed resistor dengan daya 5watt pasti mempunyai bentukfisik yang jauh lebih besar dibandingkan dengan fixed resistor yang mempunyai daya ¼watt. 2. Resistor Tidak Tetap (variable resistor) Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkanyang kedua adalah semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensiyang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilaivariable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara, Pengubahan nilai dengan cara memutar biasa nya terbatas sampai 300 derajat putaran memutar. Kapasitor Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan. sebuah kapasitor pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar satu sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator yang sering disebut dielektrik. Kapasitor mempunyai satuan yaitu Farad (F), yang menemukan adalah Michael Faraday(1791-1867). Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Elektronika Dasar Page 2
Dengan rumus dapat ditulis : Q = CV Ket : Q = muatan elektron C (Coulomb) C = nilai kapasitans dalam F (Farad) V = tinggi tegangan dalam V (Volt) Pada dasarnya kapasitor dibagi menjadi 2 bagian yaitu kapasitor Polar dan Non Polar, a. Kapasitor Polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai polaritas positif dan negatif, biasanya kapasitor Polar bahan dielektriknya terbuat dari elketrolit dan biasanya kapasitor ini mempnyai nilai kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik. b. Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang yang pada kutubnya tidak mempunyai polaritas artinya pada kutup kutupnya dapat dipakai secara berbalik. biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil dan bahan dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll. Satuan-satuan yang sering dipakai untuk kapasitor adalah : * 1 Farad = 1.000.000 µf (mikro Farad). * 1 µfarad = 1.000 nf (nano Farad). * 1 nfarad = 1.000 pf (piko Farad). Sifat dasar sebuah kapasitor adalah dapat menyimpan muatan listrik, dan kapasitor juga mempunyai sifat tidak dapat dilalui arus DC (direct Current) dan dapat dilalui arus AC (alternating current) dan juga dapat berfungsi sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari frekuensi yang diberikan). Kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya dibagi menjadi 2 bagian, yaitu: * kapasitor tetap * kapasitor variable adalah kapasitor yang dapat diubah nilainya. Elektronika Dasar Page 3
Induktor Induktor adalah sebuah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan olehinduktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadikumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubahubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik. Induktor berfungsi sebagai; 1. Penyimpanan arus listrik dalam bentuk medan magnet 2. Menahan arus bolak balik / ac 3. Meneruskan / meloloskan arus searah 4. Sebagai penapis 5. Sebagai penalaan b.) Rangkaian Seri Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke catu daya lewat satu rangkaian. Rangkaian seri dapat berisi banyak beban listrik dalam satu rangkaian. Contoh yang baik dari beberapa beban rangkaian dihubung seri adalah lampu pohon Natal. ( kurang lebih 20 lampu dalam rangkaian seri ). Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya memiliki sebuah titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua elemen disusun seri, maka jaringan tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri, arus yang lewat sama besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri. Elektronika Dasar Page 4
Sifat-sifat Rangkaian Seri Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama. Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama. Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah sama dengan tegangan total sumber tegangan. Banyak beban listrik yang dihubungkan dalam rangkaian seri, tahanan total rangkaian menyebabkan naiknya penurunan arus yang mengalir dalam rangkaian. Arus yang mengalir tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian. Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus terhenti. Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik seri dalam kehidupan seharihari (di rumah) : 1) Lampu hias pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V). 2) Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon, model lama yang masih memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya. 3) Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol), demikian juga kulkas. 4) Sakelar/switch merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban. Elektronika Dasar Page 5
Sambungan seri/deret yaitu sambungan ujung kaki yang satu Disambung dengan lain secara beruntun c.) Rangkaian Paralel Rangkaian Paralel merupakan salah satu yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar untuk mengalirkan arus. Dalam kendaraan bermotor, sebagian besar beban listrik dihubungkan secara parallel. Masing-masing rangkaian dapat dihubung-putuskan tanpa mempengaruhi rangkaian yang lain. Sifat-sifat Rangkaian Paralel Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber. Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu. Arus masing-masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang. Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian parallel, tahanan total rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalam rangkaian.) Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh rangkaian cabang yang terputus tersebut. Elektronika Dasar Page 6
Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik paralel dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) : 1) Distribusi Listrik PLN kerumah-rumah adalah paralel. 2) Stop contact merupakan rangkaian paralel dengan jala-jala. 1.1 Rangkaian Ekivalen Thevenin dan Northon a. Rangkain Thevenin Teori Thevenin mengatakan bahwa sebuah rangkaian yang mengandung beberapa sumber tegangan dan hambatan dapat diganti dengan sebuah sumber tegangan yang Elektronika Dasar Page 7
dipasang seri dengan sebuah hambatan (resistor). Dengan kata lain rangkaian elektronika yang rumit dapat disederhanakan menjadi sebuah rangkaian hambatan linier yang terdiri dari 1 sumber arus dengan 1 resistor. Penyederhanaan rangkaian komplek menjadi sederhana dengan mengikuti teori Thevenin dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini. Pada gambar 1b terdapat sumber arus V TH yaitu tegangan Thevenin. Tegangan Thevenin adalah tegangan yang diukur atau dihitung pada terminal beban, ketika beban dilepas dari rangkaian. Karena diukur atau dihitung ketika beban dilepas, maka tegangan ini sering disebut tegangan rangkaian terbuka. R Th disebut hambatan Thevenin. Hambatan Thevenin adalah hambatan yang diukur atau dihitung pada terminal beban ketika beban dilepas dari rangkaian dan sumber arus dibuat menjadi nol atau dihubung singkatkan. Untuk mengukur tahanan Thevenin kita harus mengurangi tegangan sumber arus hingga nol. Untuk sumber tegangan dapat dinol-kan dengan menghubung-singkatkan terminal tegangan atau melepas sumber tegangan dan menggantikannya dengan sebuah penghantar. Gambar berikut ini menunjukan cara mengukur atau menghitung tegangan dan hambatan Thevenin. Elektronika Dasar Page 8
Perhatikan gambar 2, terdapat sebuah black box yang terdiri dari sumber teganan DC dan rangkaian hambatan linier yang tidak diketahui bentuk rangkaiannya. Rangkaian hambatan linier adalah rangkaian yang hambatannya tidak berubah ketika tegangan dinaikkan atau diturunkan. Thevenin dapat membuktikan bahwa tidak peduli seperti apa bentuk rangkaian linier tersebut, tetapi semua rangkaian hambatan linier akan menghasilkan arus beban yang sama yang mengikuti persamaan : Dimana : I L = arus beban ; V Th = tegangan Thevenin ; R Th = hambatan Thevenin dan R L = hambatan beban. Contoh soal 1 : Hitung arus beban untuk besar hambatan beban R L = 2 kohm, 4 kohm dan 12 kohm pada rangkaian berikut ini. Gunakan Teorema Thevenin!. Jawab : Langkah pertama, hitung besar tegangan Thevenin dengan cara melepas sumber tegangan dan menggantikannya dengan sebuah penghantar. Tegangan diukur atau dihitung pada terminal beban A-B seperti pada gambar berikut ini. Elektronika Dasar Page 9
Besar tegangan Thevenin dapat dihitung : Bila hambatan beban dilepas, maka tampak rangkaian menjadi rangkaian pembagi tegangan antara resistor 12 KΩ dengan resistor 6 kω sedangkan hambatan 8 kω tidak berpengaruh ke tegangan, hanya sebatas sebagai pembatas arus. Langkah kedua adalah mengukur atau menghitung hambatan Thevenin dengan cara mengganti sumber arus dengan sebuah penghantar seperti pada gambar berikut ini. Besar hambatan Thevenin dapat dihitung : Langkah ketiga sederhanakan menjadi rangkaian Thevenin Elektronika Dasar Page 10
Dengan R L bervariasi yaitu : 2 kohm, 4 kohm dan 12 kohm. Maka besar arus yang melewati beban dapat dihitung : Contoh soal 2 : Hitung arus yang mengalir melalui titik A-B (resistor 40 Ohm), gunakan teori Thevenin! Jawab : Pertama-tama hitung hambatan Thevenin pada titik AB seperti pada gambar berikut ini. Besar hambatan A-B adalah : Langkah kedua, hitung tegangan Thevenin seperti pada gambar berikut ini. Elektronika Dasar Page 11
Gunakan hukum Kirchoff untuk menghitung tegangan pada titik AB. Maka tegangan pada titik AB : Langkah ketiga sederhanakan menjadi rangkaian Thevenin seperti pada gambar berikut ini. Maka arus yang mengalir melalui titik AB adalah : b.teori Northon Teori Norton hampir sama dengan teori Thevenin. Yang membedakan teori Norton dengan Thevenin adalah pada penggunaan sumber arus pada teori Norton dan sumber tegangan pada teori Thevenin. Pada teori Norton hambatan dipasang paralel dengan sumber arus sedangkan pada teori Thevenin Hambatan dipasang seri dengan sumber tegangan. Gambar 4 berikut ini menunjukan secara skema perbedaan teori rangkaian Norton dan teori rangkaian Thevenin. Elektronika Dasar Page 12
Arus Norton didefinisikan sebagai arus beban ketika beban dihubungsingkatkan atau disebut arus hubungan singkat. Arus Norton ditulis dengan simbol I N.Hambatan Norton adalah hambatan yang diukur atau dihitung ketika sumber arus dikurangi hingga nol dan hambatan beban dilepas. Hambatan Norton sama dengan hambatan thevenin. Pada Teori rangkaian Thevenin kita menghitung arus beban (I L ) sedangkankan pada teori rangkaian Norton kita menghitung tegangan beban (V L ). Tegangan beban pada rangkaian Norton dapat dihitung sebagai berikut : Dimana : V L = tegangan beban ; I N = arus Norton ; R N = hambatan Norton dan R L = hambatan beban. Hubungan Thevenin dengan Norton dapat dilihat pada gambar berikut ini. 2. Sistem Pembebanan Elektronika Dasar Page 13
a. Beban Resistif (R) Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni, contoh : lampu pijar, pemanas. Beban ini hanya menyerap daya aktif dan tidak menyerap daya reaktif sama sekali. Tegangan dan arus se-fasa. Secara matematis dinyatakan : RUMUS : R = V / I Gambar 1. Arus dan tegangan pada beban resistif b. Beban Induktif (L) Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor motor listrik, induktor dan transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 1 lagging. Beban ini menyerap daya aktif (kw) dan daya reaktif (kvar). Tegangan mendahului arus sebesar φ. Secara matematis dinyatakan : RUMUS : XL = 2πf.L Gambar 2. Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban induktif Elektronika Dasar Page 14
c. Beban Kapasitif (C) Beban kapasitif adalah beban yang mengandung suatu rangakaian kapasitor. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 1 leading. Beban ini menyerap daya aktif (kw) dan mengeluarkan daya reaktif (kvar). Arus mendahului tegangan sebesar φ. Secara matematis dinyatakan : RUMUS: XC = 1 / 2πfC Gambar 3. Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban kapasitif Elektronika Dasar Page 15
DAFTAR PUSTAKA Yogi.2011.Teori Dasar Listrik.http://yogimanist.blogspot.com/2011/07/teori-dasar-listrik.html. Diakses 9 Januari 2014 Winda.2013. Elektronika Dasar 1. http://windale.blogspot.com/. Diakses 9 Januari 2014 Djukarna.2014. Teori Rangkaian Thevenin Norton.https://djukarna.wordpress.com/2014/09/12/teori-rangkaian-theveninnorton/.Diakses 9 Januari 2014 Hamimah.2013.Rangkaian Listrik AC dan DC.http://gadiselektro.blogspot.com/2013/05/rangkaian-listrik-ac-dan-dc.html. Diakses 9 Januari 2014 Elektronika Dasar Page 16