Rangkaian listrik meruapakan dasar teori pada rangkaian teknik elektro yang menjadi basis bagi ilmu – ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem komputer, mesin dan teori kontrol.

1.1 Definisi-definisiRangakaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling

dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup.Elemen listrik dapat dikelompokan berdasarkan jumlah terminalnya, yaitu :

1. Elemen listrik dua terminala. Sumber teganganb. Sumber arusc. Resistor (R)d. Induktor (L)e. Kapasitor (C)

2. Elemen listrik lebih dari dua terminala. Transistorb. IC

Elemen yag akan dibahas pada mata kuliah Rangkaian Listrik terbatas pada elemen yang memiliki dua buah terminal pada kedua ujungnya seperti disebutkan di atas. Sedangkan elemen yang lebih dari dua terminal akan dibahas pada mata kuliah lainnya. Terminal adalah ujung dari elemen yang merupakan pangkal untuk koneksi atau hubungan dengan elemen lainnya.

Elemen-elemen listrik pada Rangkaian Listrik dapat dikelompokan ke dalam dua bagian, yaitu elemen aktif, dan elemen pasif. Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi, dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus. Kedua sumber ini akan dijelaskan pada bab berikutnya. Elemen lain adalah elemen pasif, yaitu elemen yang tidak dapat menghasilkan energi. Elemen pasif dapat dikelompokan menjadi elemen yang hanya dapat menyerap energi, dalam hal ini hanya terdapat pada resitor/tahanan/hambatan dengan simbol R; dan elemen pasif yang dapat menyimpan energi, yang diklasifikan lagi menjadi dua yaitu elemen yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet yaitu induktor/lilitan/belitan/kumparan dengan simbol L, dan elemen pasif yang menyerap energi dalam bentuk medan listrik yaitu kapsitor/kondensator dengan simbol C. pembahasan mengenai ketiga elemen pasif tersebut nantinya akan dijelaskan pada bab berikutnya.

Berbicara mengenai Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian rangakaian itu sendiri. Rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen ditambahkan dengan rangkaian penghubungnya, yang disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan kata lain, hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita sudah dapat menganalisis suatu rangkaian.

Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan yang dimulai dari satu titik dan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tanpa memandang seberapa jauh atau dekat lintasan tersebut.

1.2 ArusPada pembahasan tentang rangkaian listrik, perlu kiranya kita mengetahui terlebih

dahulu tentang apa yang di maksut dengan listrik. Untuk memahami listrik, sebelumnya kita perlu mengetahui pengertian arus.

Arus digambarkan digambarkan dengan symbol I (berasal dari kata prancist intensite), didefinisikan sebagai perubahan kecepatan muatan terhadap waktu. Atau, pengertian lainnya adalah muatan yang mengalir dalam satuan waktu. Jadi, arus sebenarnya adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus, tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energy luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau subbagian dari atom. Di dalam teori atom modern, dinyatakan bahwa atom terdiri dari partikel inti (proton yang bermuatan (+) dan neutron yang bersifat netral )yang dikelilingi oleh muatan electron (-). Jadi, normalnya atom bermuatan netral.Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif. Arah arus listrik searah dengan arah muatan positif atau berlawanan arah dengan aliran electron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan elektron, dan menjadi muatan negatifapabila menerima elektron dari partikel lain.Coulomb adalah unit dasar dari International System Of Units (SI) yang digunakan untuk mengukur uatan listrik.

Simbol: Q = muatan konstan q = muatan listrik muatan 1 elektron = -1,6021 x 10-19 Coulomb 1 coulomb = -6,24 x 1018 elektron

Secara matematis, arus didefinisikan: i =dqdt

Satuan arus: Ampere (A)

Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakanmuatan positif. Ketika terjadi beda potensial di suatuelemen maka akan muncul arus di mana arah arus positif 5A -5Amengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah danarah arus negatif mengalir sebaliknya. Jika terdapat suatu Gambar 1.1 Representasi arus yang sma arus yang mengalir pada arah tertentu dengan nilai positif,maka arus tersebut akan bernilai negatif jika mengalir ke iarah yang berlawanan.

Macam-macam arus:1. Arus searah (Direct Current/DC)

Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya di mana pun kita meninjau arus tersebut pada waktu berbeda akan mendapatkan nilai polaritas yang tsama. Nilai polaritas bisa selalu bernilai positif atau pun selaly bernilai negatif. Gambar 1.2 salah satu bentuk arus DC

2. Arus bolak-balik (Alternating Current/AC)Arus AC adalah arus mempunyai nilai polaritas Yang berubah-ubah terhadap satuan waktu. Pada satu Waktu nilai polaritasnya positif., tetapi pada selang waktu lain nilai polaritasnya negatif. t

1.3 Tegangan Gambar 1.3 Salah satu bentuk arus ACTegangan (voltage), atau sering disebut sebagai“beda potensil”, adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan muatan sebesar satu Coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya. Atau, dengan kata lain, jika suatu muatan sebesar satu Coulomb digerakkan atau dipindahkan, maka akan terdapat beda potensial pada kedua terminalnya.Kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yangdikeluarkan. Jadi, berdasarkan pengertian di atas, A B

tegangan adalah energi per satuan muatan.

Secara matematis: v = dwdq

+ V -

Gambar 1.4 Beda potensial antara 2 terminal

Satuannya: Volt (V) A-B

Pada gambar diatas, terminal A mempunyai potensial lebih tinggi daripada potensial di terminal B. Ada dua istilah yang seiring dipakai pada Rangkaian Listrik, yaitu:

1. Tegangan turun/voltage drop

Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini dari terminal A ke terminal B.

2. Tegangan naik/voltage rise

Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke A potensial lebih tinggi dalam hal ini dari terminal B + +ke terminal A.

Pada buku ini, istilah yang akan dipakai adalah 5 Volt -5 Voltpengertian nomor 1 yaitu tegangan turun/voltage drop.Maka jika beda potensial antara kedua titik tersebut - _adalah sebesar 5 volt, maka VBA = 5 Volt dan VBA = B-5 Volt. Gambar 1.5 Representasi tegangan yang

sama

1.3 ENERGI

Energi adalah kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Jadi, energi adalah suat kerja di mana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya sebesar satu Newton, dengan jarak tempuh pemindahan sebesar satu meter.

Dialam berlaku hukum Kekekalan Energi, di mana energi sebetulnya tidak dapat dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contohnya pada pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak akan berpindah menjadi energi yang menghasilkan energi listrik, energi listrik akan berpindah menjadi energi cahaya jika energi listrik tersebut melewati suat lampu, dan energi cahaya akan berpindah menjadi energi panas jika bola lampu tersebut dipakai dalam waktu lama, demikian seterusnya.

Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap, bukan hanya polaritas tegangan yang berpengaruh, tetapi juga arah arus.

Berdasarkan energi yang dihasilkan. Elemen listrik digolongkan menjadi : +1. Elemen yang menyerap energi i

Jika arus positif meninggalkan terminal positif (positif berada diluar elemen tersebut) atau arus positif memasuki terminal postitif (terminal positif berada di ujung elemen tersebut),maka dikatakan bahwa elemen tersebut menyerap energi dariluar, atau energi dari luar dikirim ke elemen tersebut. -

2. Elemen yang mengirim energi Gambar 1.6 Elemen yangJika arus positif memasuki terminal postitif (terminal positif menyerap energi.berada di luar elemen tersebut) atau arus positif meninggalkan terminal positif (terminal positif berada di ujung elemen tersebut), maka dikatakan bahwa elemen tersebut mengirim energi ke luar atau energi dari elemen dikirim ke luar.

+Energi yang diserap/dikirim pada suat elemen yang i

bertegangan v dengan muatan yang melewatinya sebesar q adalah w = v q

Satuannya : joule (J) -

Jika sebuah elemen menyerap daya sebesar positif X . maka elemen tersebut juga mengirimkan daya sebesar negatif X, maka dikatakan bahwa elemen tersebut menyerap daya sebesar X. Demikian juga Gambat 1.7 Elemen yangsebaliknya, jika sebuah elemen mengirimkan daya sebesar negatif X. Mengirim energi.Maka dikatakan bahwa elemen tersebut mengirimkan daya sebesar X.

1.5 DAYA

Daya merupakan rata-rata kerja yang dilakukan.

Daya secara matematis : P = dwdt

= dwdt

dqdt

= vi

Satuannya :Watt (W)

1.6 Analisis rangkaian

Mencari hubungan antara masukan dan keluaran pada rangkaian yang telah diketahui, misalkan mencari keluaran tegangan/arus ataupun menentukan energi/daya yang dikirim. Ada dua cabang utama dari teori rangkaian tersebut (input, rangkaian,output) :1. Analisis rangkaian (rangkaian dan input untuk mencari output)2. Sintesis rangkaian/desain (input dan output untuk mencari rangkaian)

Contoh Latihan 1.1 Jika terdapat arus 6 A, tentukan v jika elemen

menyerap daya 18 W! i

Jawaban: Elemen menyerap daya jika positif meninggalkan terminal positif terminal positif berada di luar elmen

tersebut).

+ i I = 6 A

v P = 18

- V = PI =

186 = 3 Volt

Elemen tersebut menyerap daya sebesar 18 W, juga

mengirimkan daya sebesar – 18 W.

1.2 Jika terdapat arus 6 A, tentukan v jika elemenmenyerap daya 18 W! i

Jawaban: Elemen mengirimkan daya jika positif meninggalkan terminal positif terminal positif berada di luar elmen

- tersebut).

i I = 6 A

v P = 18

+ V = PI =

186 = 3 Volt

Elemen tersebut menyerap daya sebesar 18 W, juga

menyerap daya sebesar – 18 W.

1.3 Tentukan daya pada rangkaian di bawah ini ! Apakah sumber tegangan mengirim atau menyerap daya?

Jawaban: Arus positif memasuki terminal positif (terminal positif3A berada di luar sumber tegangan), maka sumber tegangan + mengirimkan daya. 6 V I = 3 A V = 6 V - P = V.I = 3 x 6 = 18 W

Sumber tegangan mengirimkan daya sebesar 18 W, juga menyerap daya sebesar – 18 W. Jadisumber tegangan mengirimkan daya sebesar 18 W.

Soal –soal1. Jika tegangan pada elemen adalah 8 V dan arus

yang melewati terminal positifnya di perlihatkan 14 pada grafik di samping. Tentukan daya yang diserap 10elemen pada saat : a. t = 4 sb. t = 7 s 4 10 t(s)

Jawaban :a. Saat t = 4 s i = 10 A

Sehingga P = V.I = 8 x 10 = 80 Watt

b. Persamaan arus untuk tentang waktu 4 – 10 s: i(t) = 46

(t + 11)

Saat t = 7 s i(7) = 46

(7 + 11) = 12 A

Sehingga P = V.I = 8 x 12 = 96 Watt2. Tentukan muatan total pada soal nomor 1 di atas!

Jawaban:

i =dqdt

dq = idt ∫ dq= ∫ idt q = ∫ idt

q = luas daerah di bawah grafik untuk rentang waktu tertentu

q = q1 + q2 = [ 12(4 x10)] + [ 1

2(4−10)(10−4 )(10−0)(10−4 )]

q = [ 20 ] + [ 12+60 ] = 92 Coulomb