Twenty Gamping

Chapter Four

 

Kapasitor Induktor dan Rangkaian AC

 

• Bentuk Gelombang Isyarat   ( Signal )

Isyarat adalah merupakan informasi dalam bentuk perubahan arus atau tegangan. Perubahan bentuk isyarat terhadap fungsi waktu atau bentuk gelombang merupakan bagian yang sangat panting pada elektronika. Bentuk Gelombang isyarat yag sering di jumpai antaranya :

 



Arus pulsa jika sebuah saklar dinyalakan (ON) kemudian dimatikan (OFF), digunakan untuk sistem informasi pada komputer. Gelombang gergaji naik secara linier kemudian reset. Arus eksponensial (menurun) mengalir saat energi disimpan dalam medan listrik pada suatu kapasitor dan dibiarkan bocor melalui sebuah resistor. Tegangan sinus diperoleh saat sebuah kumparan diputar dengan kecepatan konstan pada suatu medan listrik.

 

• Kapasitor

 

Kapasitor merupakan dua keping konduktor yang dipisahkan oleh suatu insulator (udara, hampa udara atau suatu material tertentu).



Saat baterai terhubung, titik dimana kawat pada ujung kutub negatif dihubungkan akan menolak elektron, sedangkan titik dimana kutub positif terhubungkan menarik elektron. Elektron-elektron tersebut akan tersebar ke seluruh keping kapasitor. Sesaat, elektron mengalir ke dalam keping sebelah kanan dan elektron mengalir keluar dari keping sebelah kiri; pada kondisi ini arus mengalir melalui kapasitor walaupun sebenamya tidak ada elektron yang mengalir melalui celah kedua keping tersebut.
Setelah bagian luar dari keping termuati, berangsur-angsur akan menolak muatan baru dari baterai. Karenanya arus pada keping tersebut akan menurun besarnya terhadap waktu sampai kedua keping tersebut berada pada tegangan yang dimiliki baterai. Keping sebelah kanan akan memiliki kelebihan elektron yang terukur dengan muatan -Q dan pada keping sebelah kiri temuati sebesar +Q. Besarnya muatan Q ini karenanya proporsional dengan V atau

Q ∞V

Konstanta proporsionalitas tersebut dinyatakan sebagai kapasitansi atau C

Q = C V

(4.1)

dimana satuan kapasitansi ini dinyatakan dengan farad (F). Secara umum hubungan antara muatan dan tegangan untuk sebuah kapasitor dapat dituliskan sebagai

q = C v

(4.2)

dengan demikian arus i yang mengalir diberikan oleh

i = dq / dt = C dv / dt

(4.3)

atau

• Induktor

 

Telah diketahui bahwa elektron yang bergerak atau arus listrik yang mengalir akan menghasilkan medan magnet. Namm kebalikannya untuk menghasilkan arus listrik (arus induksi) perlu dilakukan perubahan medan magnet.

Saat saklar (switch) ditutup dan arus mengalir secara tetap pada kumparan di bagian bawah, maka tidak ada arus induksi yang mengalir pada kumparan bagian atas. Namun sesaat saklar ditutup (atau dibuka) sehingga medan magnet yang dihasilkan berubah, maka voltmeter akan menunjukkan adanya perubahan tegangan induksi. Besamya tegangan yang dihasilkan adalah sebanding dengan perubaban arus induksi, dapat dituliskan sebagai:

v = L di / dt

dimana harga proporsinalitas L disebut induksi diri atau induktansi dengan satuan henry (H).

 

• Arus Transien Pada Rangkaian RC 

 

Jika mula-mula saklar berada pada posisi 1 dalam waktu yang relatif lama maka kapasitor akan termuati sebesar V volt. Pada keadaan ini kita catat sebagai t = 0. Saat saklar dipindah ke posisi 2, muatan kapasitor mulai dilucuti (discharge) sehingga tegangan pada kapasitor tersebut mulai menurun. Saat tegangan pada kapasitor mulai menurun, energi yang tersimpan akan dilepas menjadi panas melalui resistor. Karena tegangan pada kapasitor adalah sama dengan tegangan pada resistor maka arus yang lewat rangkaian juga akan menurun. Proses ini terus berlangsung sampai seluruh muatan terlucuti atau tegangan dan arus menjadi nol sehingga rangkaian dalam keadaan stabil (steady-state). Untuk menentukan persamaan tegangan dan arus saat muatan kapasitor dilucuti dapat digunakan hk Kirchhoff tentang arus sebagai berikut.

 



Dengan menggunakan hubungan V-I pada C dan R diperoleh :



Dibagi dengan C dan dengan mendifinisikan τ = RC , didapat



Persaman 4.7 berlaku untuk t > 0 dan mempunyai persyaratan kondisi awal V_c(0)= V₁ Solusi dari persamaan tersebut untuk t > 0 dapat ditunjukkan sebagai :



merupakan persamaan eksponensial dimana

V_c(t)     = merupakan harga sesaat

V₁        = amplitudo atau harga maksimum

e          = 2,718..................

t           = waktu dalam detik

τ          = konstanta waktu dalam detik

Persamaan eksponensial ini menggambarkan bagaimana kondisi kapasitor saat muatannya dilucuti

 

• Rangkaian Diferensiator

Chapter three

 

Alat - Alat Ukur Listrik 

 

• Penggunaan Meter Dasar 

Pemakaian terpenting adalah sebagai alat ukur arus dan alat ukur tegangan. Pada pemakaian sebagai ampere meter (ammeter), diupayakan semua arus pada suatu titik cabang yang diukur dapat melalui ammeter. Tujuannya adalah pada titik cabang tersebut seolah-olah terjadi hubung singkat, yaitu mempunyai resistansi rendah dan penurunan tegangan yang rendah. Untuk pemakaian sebagai voltmeter (dipasang di antara dua titik),  diupayakan  agar  arus  yang  lewat  ke  meter  (voltmeter)  sekecil  mungkin. Tujuannya  adalah  agar di  kedua titik  sambungan  seolah-olah  merupakan  rangkaian terbuka, yaitu memiliki resistansi yang sangat besar atau dilewati arus  yang sangat kecil. Gambar 3.2 menunjukkan bagaimana kedua meter listrik tersebut dipasang pada rangkaian.  Suatu meter dasar biasanya memerlukan arus sebesar 1 mA (dan sekitar 0.1V) untuk membuat difleksi skala penuh (full-scale deflection).

Gambar 3.2 Pemasangan voltmeter dan ammeter pada rangkaian.

• Meter Dasar sebagai Ampere Meter

 

 

Kita dapat membuat sebuah meter dengan penunjukan arus skala penuh (batas ukur) lebih besar dibandingkan dengan kemampuan dasarnya (tetapi dengan kemampuan penunjukan tegangan skala penuh yang sama), yaitu dengan memasang hambatan shunt  secara paratel dengan meter tersebut.

Gambar 3.3  a.) Menunjukan meter dengan skala penuh b.)voltmeter

Gambar  (a)  menunjukkan  meter  dengan  penunjukkan  skala  penuh  (batas ukur) sebesar 1 mA akan diubah menjadi 1 A. Sedangkan Gambar (b) menunjukan voltmeter. Sebuah multimeter biasanya mempunyai beberapa skala batas ukur dengan menghubungkan  dengan  terminal  yang  bersesuaian.  Dalam  hal  ini  hambatan  shunt sudah terpasang di dalam rangkaian meter. Gambar 3.4 menunjukkan meter dengan batas ukur 2 dan 10 A yang dibuat dengan menggunakan prinsip di atas.

 

gambar 3.4 Pemasangan shunt untuk merubah batas ukur meter

• Meter Dasar sebagai Voltmeter

Kita dapat juga memperbesar batas ukur sebuah voltmeter sebesar n kali batas ukur dasarnya (dengan arus skala penuh yang sama), yaitu dengan memasang suatu hambatan luar secara seri.  Untuk rangkaian pada gambar 3.3-b menunjukkan sebuah meter dasar dengan batas ukur arus maksimum sebesar 1 mA akan digunakan untuk mengukur tegangan sebesar 2 V. Total resistansi (resistor luar + resistor meter) adalah sebesar

2 V/1 mA = 2000

dengan demikian hambatan luar yang harus dipasang sebesar

                              RS = (2000 – 25)     = 1975

Pada voltmeter dengan beberapa batas ukur biasanya dilengkapi dengan saklar untuk memilih resistor seri yang sesuai.

Gambar 3.5 Pengaturan batas ukur meter dengan pemasangan resistor.

Chapter Two

 

RANGKAIAN ARUS SEARAH 

 

• Arus searah ( DC )

Pada rangkaian DC hanya melibatkan arus dan tegangan searah, yaitu arus dan tegangan yang tidak berubah terhadap waktu. Elemen pada rangkaian DC meliputi :

( i ) Baterai

( ii ) hambatan dan

( iii ) kawat penghantar

Baterai menghasilkan e.m.f untuk menggerakkan elektron yang akhirnya menghasilkan aliran listrik. Sebutan “rangkaian” sangat cocok digunakan karena dalam hal ini harus terjadi suatu lintasan elektron secara lengkap – meninggalkan kutub negatif dan kembali ke kutub positif. Hambatan kawat penghantar sedemikian kecilnya sehingga dalam prakteknya harganya dapat diabaikan.

Bentuk hambatan (resistor) di pasaran sangat bervariasi, berharga mulai 0,1 W sampai 10 MW atau lebih besar lagi. Resistor standar untuk toleransi ± 10 % biasanya bernilai resistansi kelipatan 10 atau 0,1 dari:

10        12        15        18        22        27       33       39       47       56       68       82

Sebuah rangkaian yang sangat sederhana terdiri atas sebuah baterai dengan sebuah resistor ditunjukkan pada gambar 2.1-a. Perhatikan bagaimana kedua elemen tersebut digambarkan dan bagaimana menunjukkan arah arus (dari kutub positif melewati resistor menuju kutub negatif).

Gambar 2.1 " Rangkaian Arus Searah " : a) Pemasangan komponen dan arah arus dan b) Penambahan komponen saklar dan hambatan dalam.

Pada gambar 2.1-b, telah ditambahkan dua komponen lain pada rangkaian, yaitu:

i) Sebuah saklar untuk memutus rangkaian.
ii) Sebuah resistor dengan simbol r (huruf kecil) untuk menunjukkan fakta bahwa
tegangan baterai cenderung untuk menurun saat arus yang ditarik dari baterai
tersebut dinaikkan.

2 Kondisi Saklar  :

ON : Kondisi ini biasa disebut sebagai “hubung singkat” (shot circuit), dimana secara ideal mempunyai karakteristik: V = 0 untuk semua harga I (yaitu R = 0)

OFF : Kondisi dimana arus tidak mengalir atau biasa disebut sebagai “rangkaian terbuka” (open circuit), secara ideal mempunyai karakteristik: I = 0 untuk semua harga V (yaitu R = ∞ ).

Untuk menganalisis lebih lanjut, rangkaian di atas perlu dipahami hukum dasar
rangkaian yang disebut hukum Kirchhoff. Cara untuk menyatakan Hukum Kirchoff yaitu :

Gambar 2.2 Rangkaian sederhana dengan 3 Loop

i)    Arus total yang masuk pada suatu titik sambungan/cabang adalah nol (Hukum I,
disebut KCL – Kirchhoff curent law ).

∑ i_{n = 0}

Arah setiap arus ditunjukkan dengan anak panah, jika arus berharga positif maka
arus mengalir searah dengan anak panah, demikian sebaliknya. Dengan demikian untuk
rangkaian seperti pada gambar 2.2 kita dapat menuliskan:

∑ i_{n = 0}

                                                  −I₁ +I₂ + I_{3                                      (2.1)}

Tanda negatif  di  I₁ menunjukkan bahwa arus keluar dari titik cabang dan jika arus masuk titik cabang diberi tanda positif.

ii)    Pada setiap rangkaian tertutup (loop), jumlah penurunan tegangan adalah nol
(Hukum II, sering disebut sebagai KVL – Kirchhoff voltage law)

                                                            ∑ V_{n = O                                                  (2.2)}

Pada gambar 2.2 dengan menggunakan KVL kita dapat menuliskan tiga persamaan , yaitu :

Untuk Loop sebelah kiri :  −E₁+ R₃I₃ + R₁I₁ = 0

Untuk Loop sebelah kanan :  −E₂+ R₂I₂ + R₁I₁ = 0

Untuk Loop luar : −E₁ +  R₃I₃ − R₂I₂ + E₂ = 0

Kembali ke rangkaian pada gambar 2.1, bahwa semua komponen dilewati arus I. Menurut hukum II berlaku :

∑V_n = 0

−E + I_r + I R = 0

(2.3)

Jadi besarnya arus yang mengalir tersebut adalah :

• Resistor dalam Rangkaian Seri dan Paralel 

Rangkaian Pembagi Tegangan 

• Pembagi Arus ( Current Divider )

Rangkaian pembagi arus tidaklah sepenting rangkaian pembagi tegangan, namun perlu dipahami utamannya saat kita menghubungkan alat ukur arus secara paralel.

 

• Teorema Thevenin

Chapter One

Arus dan Tegangan Listrik 

Arus listrik adalah aliran elektron pada suatu benda(konduktor) yang memiliki jumlah yang besar. Besarnya arus listrik diukur dengan satuan banyaknya elektron per detik, namun satuan yang dipakai adalah ampere (1 ampere = 1coulomb/det). Arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana setiap elektron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda potensial akan semakin besar pula arus yang mengalir.

• Hukum Ohm

Selamat datang di Blog UMY. Ini adalah tulisan pertama Anda. Lanjutkan dengan menuliskan hal-hal lainnya.
Selamat blogging di UMY Community.