hukum hukum rangkaian - · pdf filehambatan listrik dan hukum ohm • ketika tegangan...
TRANSCRIPT
Hukum Hukum Rangkaian
Rudi Susanto
Hambatan Listrik dan Hukum Ohm • Ketika tegangan listrik (beda potensial) diberikan pada ujung-pangkal konduktor logam
maka didapatkan arus yang sebanding dengan tegangan yang diberikan.
VR
I
2
I V
V
II
V
Dengan satuan R : volt/ampere atau ohm (Ω).
Hukum Ohm
V IR
3
Georg Simon Ohm
(1787-1854)
I
V
I
V
Linier atau Ohmic Material
Non-Linier atau
Non-Ohmic Material
Semiconductors
e.g. diodes
Most metals, ceramics
R konstan dan tidak tergantung terhadap ∆V
Hukum Kirchoff I / Kirchoff’s Current Law (KCL)
Jumlah arus yang memasuki suatu percabangan atau node atau simpul samadengan arus yang meninggalkanpercabangan atau node atau simpul, dengan kata lain jumlahaljabar semua arus yang memasuki sebuah percabanganatau node atau simpul samadengan nol.
Hukum Kirchoff II / Kirchoff’s Voltage Law (KVL)
Jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup sama dengannol, atau penjumlahan tegangan pada masing-masingkomponen penyusunnya yang membentuk satu lintasantertutup akan bernilai sama dengan nol.
Rangkaian Arus Searah
6
Syarat terjadinya arus dalam rangkaian :- Ada sumber tegangan ( Baterai, Generator, Accu, PLN)
- Rangkaian tertutup ( Close loop circuit )
I
V = IR
Vbat
+ - V = IR = Vbat
Hindari terjadinya hubung singkat ( R = 0 ohm )
Gunakan pembatas arus / sekering untuk pengaman rangkaian
IrIRE
IRIrEVAB
7
Baterai• Mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
• Baterai membangkitkan gaya gerak listrik / EMF (E) dan
mempunyai hambatan dalam (r).
• Hambatan dalam makin lama membesar seiring dengan lama
pemakaian sehingga dikatakan baterai habis.
• Tegangan terminal VAB dirumuskan sebagai berikut :
E
r
R
A
B C
D
E
1 2 3 ...eqR R R R
8
Resistor dalam Rangkaian Seri
• Arus : I = I1 = I2
• Tegangan : V = V1 + V2
I Rt = I R1 + I R2
• Resistor : Rt = R1 + R2
• Untuk kombinasi seri berlaku :
• Rangkaian berprilaku sebagai pembagi
tegangan (voltage divider)
R1
A
B C
D
V
R2
1 2 3
1 1 1 1...
eqR R R R
9
Resistor dalam Rangkaian Paralel
• Tegangan : V = V1 = V2
• Arus : I = I1 + I2
V / Rt = V1 / R1 + V2 / R2
• Resistor : 1/Rt = 1/R1 + 1/R2
• Untuk kombinasi Paralel berlaku :
• Rangkaian berperilaku sebagai pembagi
tegangan (current divider)
R1
A
B C
D
V R2
10
Contoh Soal:
• V = 18 volt
• R1 = 2 ; R2 = 6 ; R3= 12
• Hitung:• Hambatan ekivalen pada
rangkaian tersebut
• Arus yang melalui masing-
masing hambatan
• Beda tegangan di C dan di D
(VCD = VC – VD)
R2
A
B C
D
V R3
R1
Jawab: Rek = 6 ; I1 = 3A, I2 = 2A , I3 = 1A ; VCD = 12 V
Contoh Soal
Rangkaian di bawah ini sering disebut sebagai rangkaian tangga (ladder network). Tentukan tegangan pada tahanan-tahanan R2, R4 dan R6.
)100(RR
RVV
RR
RVV
RR
RV
123456
2345622
3456
45644
65
66
Jawab :
4205
)20)(5(R201010R 45656
51010
)10)(10(R1046RRR
4205
)20)(5(R201010R
2345645633456
45656
V50)100(55
5)100(
RR
RV
123456
234562
V20)50(64
4V
RR
RV 2
3456
4564
V10)20(1010
10V
RR
RV 4
56
66
Contoh Soal Tentukan arus yang melalui tahanan-tahanan R1, R3 dan R5.
I1I3 I5
1
34562
23 I
RR
RI
3
564
45 I
RR
RI
234561
1RR
100I
I1I3 I5
51010
)10)(10(R1046RRR
4205
)20)(5(R201010R
2345645633456
45656
A1055
100
RR
100I
234561
1
A5)10(1010
10I
RR
RI 1
34562
23
A1)5(205
5I
RR
RI 3
564
45
Rangkaian Kapasitor
1 2V V V
15
+Q1
Q1
C1
V=Vab
a
b
+Q2
Q2
C2
1 2V V V
1 2Q Q Q 1 2eqC C C
Paralel
+Q1
Q1
C1
+Q2
Q2
C2
V=Vab
a
c
b
1 2Q Q Q 1 2
1 1 1
eqC C C
Seri
HUBUNGAN SERI :
Muatan sama
Tegangan dibagi-bagi
C1
V1
+Q1 -Q1
C2
V2
+Q2 -Q2
V
+Q -Q
21
21
VVV
QQQ
V
+Q -Q
Cgab
V
+Q -Q
Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab :
21
2112
121
2121
21
21
2
2
1
121
222111
11111
1111
CC
CCC
CCCCC
CCQ
V
CCQV
C
Q
C
QVVV
C
QV
C
QVQQQ
VCQVCQ
V
QC
N
i igabgab
gab
HUBUNGAN PARALEL:
Muatan dibagi-bagi
Tegangan sama 21
21
VVV
QQQ
Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab:
2112
N
1i
igabgab
212121
2211221
222111
gab
CCC
CCV
QC
V)CC(VCVCQQQ
VCQVCQVVV
VCQVCQ
V
QC
C1
V1
+Q1 -Q1
C2
V2
+Q2 -Q2
V
+Q -Q
V
+Q -Q
Cgab
V
+Q -Q
Contoh Soal
Tiga buah kapasitor C1 = 3 F, C2 = 1 F dan C3 = 2 F dirangkai
seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Rangkaian ini dihubungkan
dengan sumber tegangan 2 volt. Hitunglah :
a). Kapasitansi ekivalen rangkaian tersebut.
b). Besarnya muatan yang tersimpan pada C3.
F5,133
)3)(3(
CC
CCCC
:seriC&C
F3)21(CCC
:paralelC&C
F2CF1CF3C
231
231123eq
231
3223
32
321
Jawab :
a)
C3)2)(5,1(
VCQQQ:Seri
F5,1C
123123231123
123
C2)1)(2(VCQ
V13
3
C
QV
VVV:Paralel
333
23
2323
3223
Jawab :
b)F2CF1CF3C 321
Soal Latihan
Hitung besarnya muatan pada kapasitor 15 F dari rangkaian di bawah ini.
15V
7,5F 15F
45F
Contoh SoalTentukan muatan pada masing-masing kapasitor pada saat :a) Saklar S1 ditutup dan S2 dibuka.b) Saklar S1 dan S2 ditutup.
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
Jawab :
a) S1 ditutup
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
3
4
42
)4)(2(
CC
CCC
4
3
31
)3)(1(
CC
CCC:Seri
42
4224
31
3113
12
25
12
169
3
4
4
3: 24131234
CCCParalel
C13 = 3/4
C24 = 4/3
12 V12V
C1234 = 25/9
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
C16QQQ
C9QQQ:Seri
2442
1331
16)12(3
4VCQ9)12(
4
3VCQ
V12VVV:Paralel
242424131313
12342413
C13 = 3/4
C24 = 4/3
12 V12V
C1234 = 25/9
Jawab :
b) S1 dan S2 ditutup
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
2,25)12(10
21VCQ
10
21
73
)7)(3(
CC
CCC:Seri
123412341234
3412
34121234
743CCC321CCC:Paralel 43342112
12 V12V
C1234 = 21/10C12=3 C34=7
6,37
2,25
C
QV4,8
3
2,25
C
QV
2,25QQQ:Seri
34
3434
12
1212
12343412
F4,14)6,3)(4(VCQF8,10)6,3)(3(VCQ
F8,16)4,8)(2(VCQF4,8)4,8)(1(VCQ
6,3VVV4,8VVV:Paralel
444333
222111
34431221
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V 12 V12V
C1234 = 21/10C12=3 C34=7
27
Contoh :Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3 mF dan6 mF dihubungkan pararel melalui batere 18 V. Tentukankapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan yang tersimpan
Contoh :
Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3
F dan 6 F dihubungkan seri melalui batere 18 V.
Tentukan kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan
yang tersimpan
Contoh Soal:
• Empat buah kapasitor masing-masing kapasitasnya C, dirangkai seperti pada gambar di bawah ini. Rangkaian yang memiliki kapasitas 0,6 C adalah,
A. B. C.
D. E.
28
JAWAB : D
29
Analis Rangkaian
HUKUM KIRCHOFF
Hukum Kirchoff Arus (HKA) :
Jumlah arus pada suatu titik cabang selalu nol
Hukum Kirchoff Tegangan (HKT):
Jumlah tegangan pada suatu simpal (loop) selalu nol
V1
V2
V3
R1
R2
R3
R4R5
I6
I4
R6
I1
I2
I5
I3
A
B C
D
E
G
H
F
Titik cabang : 4
Simpal : 7
Variabel tak diketahui : 5
HKA HKT
536536
154154
432432
621621
III0III:HTitik
III0III:FTitik
III0III:DTitik
III0III:ATitik
V1
V2
V3
R1
R2
R3
R4R5
I6
I4
R6
I1
I2
I5
I3
A
B C
D
E
G
H
F
Arus masuk positip
Arus keluar negatip
arus masuk = arus keluar
V1
V2
V3
R1
R2
R3
R4R5
I6
I4
R6
I1
I2
I5
I3
A
B C
D
E
G
H
F
0IRIRIRIRVV:GAHEFGSimpal
0IRIRIRVV:GABCDEFGSimpal
0IRIRIRVV:ABCDHASimpal
0IRIRIRV:FHDEFSimpal
0IRIRIRV:GAHFGSimpal
4433661131
44221121
66332232
4433553
5566111
Melalui sumber tegangan :
dari – ke + positip (naik)
dari + ke - negatip (turun)
Melalui tahanan :
searah arus negatip (turun)
Lawan arus positip (naik)
Contoh soal 1Suatu loop tunggal terdiri dari 2 resistor dan 2 baterei sepertipada gambar.
a) Hitunglah arus listrik dalam rangkaian.
b) Tentukan daya listrik pada masing-masing resistor.
Contoh soal 2
Tentukan arus I1, I2 dan I3 dari rangkaian berikut.
Ada 3 variable yang tidak diketahui. dibutuhkan 3 persamaan
Contoh soal 2
• Bagi pers. (3) dengan 2 dan kemudian diatur lagi
• Kurangi pers. (4) dengan pers. (5) kemudian eliminasi I2
• Masukkan I1 ke pers. (5) untuk memperoleh I2
• Akhirnya diperoleh I3
Contoh :
• Tentukan arus I3 ?
Contoh Soal
Hitung arus I2 pada rangkaian di bawah ini dengan menggunakan hukum Kirchoff A
I3
I1
I2
B
1II4I4I4
08I4I412
I2II4I2
012I4I212
2323
32
2121
21
)keatasarah(A4
1I1II2IIII 2222312
Jawab :
Pilih arah arus sembarang, bilaternyata negatip berarti arahsebenarnya adalah kebalikannya
HKT :
HKA :
I5
I4
I1 I2
I3
A
B
Contoh Soal
Tentukan arus yang melewati tahanan 6 .
Jawab :
523
514541
231213
III
IIIIII
IIIIII
HKA di A dan B :
HKT (simpal kiri) :
)1(76I2I10I4
0I2I6)II(476
0I2176I6I4100
532
5323
531
I5
I4
I1 I2
I3
A
B
5234
231
IIII
III
HKT (simpal atas) :
)2(48I10I14I22
48)II(4I8)III(10
0I4I848I10
532
232523
124
)3(64I6I8
0112I8I6176
32
23
HKT (simpal kanan) :
)1(76I2I10I4 532
325532 I5I238I)1(76I2I10I4
42
I64428I428I64I42
48)I5I238(10I14I22
48I10I14I22
3232
3232
532
)ataske(A8764
6112I6112I764
64I642
I644288
64I6I8
33
33
32
)2(48I10I14I22 532
)3(64I6I8 32
Contoh
41
R1 R3
R2
12V 8V
Diketahui R1=R2=R3=2 Ω. Jika I1
adalah arus yang mengalir pada R1, I2 arus yang mengalir pada R2 dan I3
arus yang mengalir pada R3, makabesar masing-masing arus tersebutsecara berturut-turut adalah:
A. 8/3 A; 10/3 A; 2/3 AB. 10/3 A; 2/3 A; 8/3 AC. 2/3 A; 8/3 A; 10/3 AD. 10/3 A; 8/3 A; 2/3 AE. 2/3 A; 10/3 A; 8/3 A
Praktikum| Electronics Workbench (EWB)
Praktikum 1
• Tentukan nilai arus i pada rangkaian dibawahini pada dengan software EWB!
Praktikum 2
• Tentukan nilai arus i pada rangkaian dibawahini pada dengan software EWB!
Praktikum 3
Tentukan nilai arus i padarangkaian dibawah ini padadengan software EWB!