BAB II
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
sammpai 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.
Saklar mempunyai dua kondisi:
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 untuksemua harga V (yaitu R = ¥).
Untuk menganalisis lebih lanjut, rangkaian di atas perlu dipahami hukum dasar rangkaian yang disebut hukum Kirchhoff. Cara untuk menyatakan hukum Kirchhoff, sebagai berikut :
Gambar 2.2 Rangkaian sederhana dengan tiga loop
i) Arus total yang masuk pada suatu titik sambungan/cabang adalah nol (Hukum I, disebut KCL – Kirchhoff curent law ).
åin = 0 (2.1)
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:
Tanda negatif pada 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)
Pada gambar 2.2 dengan menggunakan KVL kita dapat menuliskan tiga persamaan , yaitu:
Untuk loop sebelah kiri : – E1+ R3 I3+ R1 I1= 0
Untuk loop sebelah kanan : – E2+ R2 I2+ R1 I1= 0
Untuk loop luar : – E1+ R3 I3– R2 I2+ E2= 0
Kembali ke rangkaian pada gambar 2.1, bahwa semua komponen dilewati arus I.
Menurut hukum II berlaku:
Jadi besarnyaarusyangmengalirtersebut adalah
I = E
(R+ r)
- ResistordalamRangkaian Seri danParalel
Ini merupakan konsep dasar yang memungkinkan kita secara cepat dapat menyederhanakan rangkaian yang relatif kompleks.
 |
Gambar2.3 Resistordalamrangkaian: a)seri dan b)paralel.
Seperti terlihat pada gambar2.3-a, pada rangkaian seri semua resistor teraliri arus yang sama. Sedangkan pada rangkaian paralel(gambar2.3-b),nampak bahwa masing-masing resistor mendapat tegangan yang sama.
- Pembagi Tegangan(Potential Divider)
Biasanya rangkaian ini digunakan untuk memperoleh tegangan yang di inginkan dari suatu sumber tegangan yang besar. Gambar2.4 memperlihatkan bentuk sederhana rangkaian pembagi tegangan, yaitu diinginkan untuk mendapatkan tegangan keluaran v0 yang merupakan bagian dari tegangan sumber v1 degan memasang dua resistor R1 dan R2.
Gambar2.4 Rangkaian pembagi tegangan
- Pembagi Arus (Current Divider)
Rangkaian pembagi arus tidaklah seperti rangkaian pembagi tegangan,namun perlu dipahami utamanya saat kita menghubungkan alat ukur arus secara paralel.
- Teorema Thevenin
Kembalipada pembahasanpembagiteganganyangterbebani,hasilyangdiperolehdari penyederhanaanrangkaianmerupakansalahsatukasusdariteorema Thevenin. Secara singkat teoremaThevenin dapat dikatakan sebagai berikut.
“Jika suatu kumpulan rangkaian sumber tegangan dan resistor dihubungkan dengan dua terminal keluaran,maka rangkaian tersebut dapat digantikan dengan sebuah rangkaian seri dari sebuah sumber tegangan rangkaian terbukav0/c dan sebuah resistor RP”
gambar 2.5 skema terbentuknya rangkaian setara thevenin
Gambar 2.5 menunjukkan suatu jaringan rangkaian yang akan dihubungkan dengan sebuah beban RL. Kombinasi seri v0/c dan RP(harga resistansi yang dilihat dari kedua ujung terminal keluaran) pada gambar 2.5 merupakan rangkaian ekivalen thevenin
- Teorema Norton
Teoremainimerupakansuatupendekatananalisarangkaianyang secarasingkatdapat dikatakan sebagai berikut.
“Jika suatu kumpulan rangkaian sumber tegangan dan resistor dihubungkan dengan dua terminal keluaran, maka rangkaian tersebut dapat digantikan dengan sebuah rangkaian paralel dari sebuah sumber arus rangkaian hubungan singkat IN dan sebuah konduktansi GN “
