ELEKTRONIKA 1 – 4

17 April 2012
  • Pengertian Arus Listrik (Electrical Current)

Kita semua tentu paham bahwa arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana

setiap elektron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda

bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron. Muatan

sebuah elektron, sering dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan

coulomb, yaitu sebesar

 

q » 1,6 ´ 10-19 coulomb

 

  • Pengertian Tegangan (Voltage)

Akan mudah menganalogikan aliran listrik dengan aliran air. Misalkan kita

mempunyai 2 tabung yang dihubungkan dengan pipa seperti pada gambar 1.1. Jika

kedua tabung ditaruh di atas meja maka permukaan air pada kedua tabung akan sama

dan dalam hal ini tidak ada aliran air dalam pipa. Jika salah satu tabung diangkat maka

dengan sendirinya air akan mengalir dari tabung tersebut ke tabung yang lebih rendah.

Makin tinggi tabung diangkat makin deras aliran air yang melalui pipa.

 

Terjadinya aliran tersebut dapat dipahami dengan konsep energi potensial.

Tingginya tabung menunjukkan besarnya energi potensial yang dimiliki. Yang paling penting dalam hal ini adalah perbedaan tinggi kedua tabung yang sekaligus menentukan

besarnya perbedaan potensial. Jadi semakin besar perbedaan potensialnya semakin

deras aliran air dalam pipa.

Konsep yang sama akan berlaku untuk aliran elektron pada suatu penghantar.

Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial

(dinyatakan dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda

potensial akan semakin besar pula arus yang mengalir.

 

  •  Hukum Ohm

Pada sebagian besar konduktor logam, hubungan arus yang mengalir dengan potensial

diatur oleh Hukum Ohm. Ohm menggunakan rangkaian percobaan sederhana seperti

pada gambar 1.2. Dia menggunakan rangkaian sumber potensial secara seri, mengukur

besarnya arus yang mengalir dan menemukan hubungan linier sederhana, dituliskan

sebagai

V = IR (1.1)

dimana R = V/I disebut hambatan dari beban. Nama ini sangat cocok karena R menjadi

ukuran seberapa besar konduktor tersebut menahan laju aliran elektron.

 

  • Daya (Power)

Energi yang diberikan pada elektron tiap satuan waktu didefinisikan sebagai

daya (power) p sebesar

p= v dq/dt = vi

 

dengan satuan watt

 

dimana 1 watt = 1 volt ´ 1 amper

  • Daya pada Hambatan (Resistor)

Jika sebuah tegangan V dikenakan pada sebuah hambatan R maka besarnya arus yang

mengalir adalah

 

I = V / R (hukum Ohm)

 

dan daya yang diberikan sebesar

 

P = V´ I

= V2/R

= I2R

 

  • 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

 

 

 

Pada setiap rangkaian tertutup (loop), jumlah penurunan tegangan adalah nol

(Hukum II, sering disebut sebagai KVL – Kirchhoff voltage law)

åVn =0

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

 

  • Resistor dalam Rangkaian Seri dan Paralel

Ini merupakan konsep dasar yang memungkinkan kita secara cepat dapat

menyederhanakan rangkaian yang relatif kompleks.

 

Rseri = R1 + R2 + R3

 

  • Pembagi Tegangan (Potential Divider)

Biasanya rangkaian ini digunakan untuk memperoleh tegangan yang diinginkan dari

suatu sumber tegangan yang besar. Gambar 2.4 memperlihatkan bentuk sederhana

rangkaian pembagi tegangan, yaitu diinginkan untuk mendapatkan tegangan keluaran

vo yang merupakan bagian dari tegangan sumber vI dengan memasang dua resistor R1

dan R2 .

 

  • Pembagi Tegangan Terbebani

Gambar 2.5 memperlihatkan suatu pembagi tegangan dengan beban terpasang pada terminal keluarannya, mengambil arus i0 dan penurunan tegangan sebesar v0. Kita akan mencoba menemukan hubungan antara i0 dan v0. Jika arus yang mengalir melalui R1 sebesar i seperti ditunjukkan dalam gambar, maka arus yang mengalir lewat R2 adalah sebesar i – i0 . Kita mempunyai

 

V1-V0 = i x R1

 

  • ALAT-ALAT UKUR LISTRIK

Konstruksi dasar meter listrik

Arus listrik yang akan diukur dilewatkan ke kumparan sehingga kumparan tersebut akan menghasilkan medan maget (elektro maget). Kutub-kutub elektro magnet akan berinteraksi dengan kutub maget permanen sehingga kumparan tersebut berputar sesuai dengan besarnya arus yang melaluinya.

 

  • 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.

 

  • 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.

 

  • 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 W

 

dengan demikian hambatan luar yang harus dipasang sebesar

 

RS = (2000 – 25) W = 1975 W

 

  • Bentuk Gelombang lsyarat (signal)

Isyarat adalah merupakan informasi dalam bentuk perubahan arus atau tegangan. Bentuk gelombang isyarat yang sering kita jumpai diantaranya adalah seperti diperlihatkan pada gambar

 

 

  • Kapasitor

Pada dasarnya sebuah kapasitor merupakan dua keping konduktor yang dipisahkan oleh suatu insulator (udara, hampa udara atau suatu material tertentu).

 

  • 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. Percobaan yang sangat sederhana dapat dilakukan seperti diskemakan pada gambar 4.3. 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

Gambar 4.4 menjelaskan proses pemuatan dan pelucutan muatan pada sebuah kapasitor. 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).

 

  • Rangkaian Diferensiator

             Rangkaian RC pada gambar 4.6-a dapat berfungsi sebagai rangkaian deferensiator, yaitu keluaran merupakan derivatif dari masukan. Untuk kasus masukan tegangan berupa gelombang kotak, tegangan keluaran proportional dengan proses pemuatan dan pelucutan sebagai reaksi dari tegangan undakan (step voltage). Dalam hal ini rangkaian RC berfungsi sebagai pengubah gelombang kotak menjadi bentuk rangkaian pulsa jika konstanta waktu RC berharga lebih kecil dibandingkan periode dari gelombang masukan. Dengan melakukan pendekatan dan menggunakan hk Kirchhoff tentang tegangan diperoleh:

v1 = vC + vR  @ vC

  • Rangkaian Integrator

Rangkaian RC dapat juga digunakan sebagai rangkaian integrator.

 

Tidak ada Komentar

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Lewat ke baris perkakas