Arus Searah (DC) (Materi Elektronika Dasar)

Arus Searah (DC)

(Materi Elektronika Dasar)

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 Ω sampai 10 MΩ atau lebih besar lagi.  Resistor standar untuk toleransi ± 10 % biasanya bernilai resistansi kelipatan 10 atau 0,1 dari

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

a) Pemasangan komponen dan arah arus dan

b) Penambahan komponen saklar dan hambatan dalam

Untuk menganalisis  lebih  lanjut, rangkaian di atas perlu dipahami hukum dasar rangkaian  yang disebut hukum Kirchhoff.  Terdapat  beberapa  cara  untuk menyatakan hukum Kirchhoff, kita coba untuk menyatakan supaya mudah diingat:

1.       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 + I₃ = 0

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

2.       Pada  setiap  rangkaian  tertutup  (loop),  jumlah  penurunan  tegangan  adalah nol (Hukum II, sering disebut sebagai KVL – Kirchhoff voltage law) ∑V_n = 0

Resistor dalam Rangkaian Seri dan Paralel

Ini merupakan konsep dasar  yang  memungkinkan kita  secara  cepat  dapat menyederhanakan rangkaian yang relatif kompleks

Pada  rangkaian  seri  semua  resistor  teraliri arus yang sama.  Jika arus yang mengalir sebesar I

ketiga  resistor  tersebut dapat digantikan dengan sebuah resistor tunggal sebesar R. Pada  rangkaian paralel  (gambar 2.3-b), nampak bahwa masing-masing  resistor mendapat tegangan yang sama.  Jadi

                                                                               

dimana G biasa  disebut  sebagai  konduktansi,  jadi G =  1/R, dinyatakan dalam  satuan siemen  dengan simbul S atau mho atau Ω-1 ).

 Pembagi Tegangan (Potential Divider)

Biasanya  rangkaian  ini  digunakan untuk memperoleh  tegangan  yang  diinginkan dari suatu   umber  tegangan  yang  besar.   Gambar  2.4  memperlihatkan bentuk  sederhana rangkaian  pembagi tegangan,  yaitu diinginkan untuk mendapatkan  tegangan  keluaran ov  yang merupakan bagian dari tegangan sumber V₁  dengan memasang dua resistor  R₁ dan  R₂ .

Tegangan  masukan  terbagi menjadi  dua  bagian  ( V_0,  V_s ), masing-masing  sebading  dengan  harga  resistor  yang dikenai tegangan  tersebut.  Dari

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

dimana  V₀/C  adalah besarnya  tegangan  V₀   tanpa adanya beban,  yaitu  saat  i₀ = 0 , dan harga ini disebut sebagai tegangan keluaran saat rangkaian terbuka (open-circuit output voltage) sebesar :

 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

Kembali pada pembahasan pembagi tegangan yang terbebani, hasil yang diperoleh dari penyederhanaan rangkaian merupakan salah satu kasus dari teorema Thevenin.  Secara singkat teorema Thevenin 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 terbuka  V₀/C  dan sebuah resistor  RP

 

Saat   RL = 0 (gambar  c) berarti rangkaian berada pada kondisi hubung singkat (kedua ujung terminal terhubung langsung)  dengan arus hubung singkat  I_s/C  sebesar

 

Teorema Norton

Teorema  ini merupakan  suatu pendekatan analisa  rangkaian yang  secara  singkat 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 paralel  dari  sebuah  sumber  arus  rangkaian hubung singkat  I_N  dan sebuah konduktansi   G_N ”

Skema terbentuknya rangkaian setara Norton :

Rangkaian setara Norton berlaku