Modul 3
MODUL 3
Hukum Ohm menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu
penghantar akan sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi berbanding
terbalik dengan hambatan. Hukum Ohm merupakan salah satu ilmu dasar listrik yang
kerap ditemui dalam kehidupan sehari-hari.
Hukum Kirchoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu Fisika yang
mempelajari soal listrik dan kelistrikan. Hukum ini terbagi menjadi hukum
Kirchoff 1 dan 2 yang sepenuhnya membahas tentang konduksi listrik.
Hukum Kirchoff pada dasarnya membahas tentang konduksi listrik yang
berkaitan dengan hukum konservasi energi. Dengan begitu, hukum Kirchoff sangat
penting dipelajari sebagai dasar untuk memahami arus dan tegangan dalam
rangkaian listrik, terutama rangkaian listrik tertutup.
Rangkaian pembagi arus (current divider) dan rangkaian pembagi
tegangan(voltage divider) adalah prinsip dasar agar memahami tentang rangkaian
elektronika. Pada perkuliahan biasanya ilmu ini diajarkan pada saat mata kuliah
elektronika dasar.
Analisis mesh adalah teknik untuk menghitung arus pada rangkaian
planar di setiap titik sepanjang rangkaian. Analisis node memperkirakan
tegangan antar node dalam rangkaian listrik menggunakan arus cabang
Analisis node mudah dilakukan bila pencatunya berupa sumber arus
apabila pada rangkaian tersebut terdapat sumber tegangan, maka sumber tegangan
tersebut diperlukan sebagai supernode, yaitu menganggap sumber tegangan
tersebut diangap sebagai satu nod
Teorema Thevenin adalah salah satu teorema yang berguna untuk analisis
rangkaian listrik.Teorema Thevenin menunjukkan bahwa keseluruhan rangkaian
listrik tertentu yang tidak memiliki beban listrik, dapat diganti dengan
rangkaian ekuivalen yang hanya mengandung sumber tegangan listrik independen
dengan sebuah resistor yang terhubung secara seri, sedemikian hingga hubungan
antara arus listrik dan tegangan listrik pada beban listrik tidak berubah.
- Dapat memahami prinsip Hukum Ohm.
- Dapat memahami prinsip Hukum Kirchoff.
- Dapat memahami cara kerja voltage dan current divider.
- Dapat membuktikan perhitungan arus dengan menggunakan Teorema Mesh.
- Dapat membuktikan perhitungan tegangan dengan menggunakan Analisis Nodal.
- Dapat menentukan tegangan ekivalen Thevenin dan resistansi Thevenin dari rangkaian DC dengan satu sumber.
A. Alat
1. Instrument
Multimeter
2. Module
.jpg)
.jpg)
.jpg)
3. Base Station
4. Jumper
Jumper
B. Bahan
Resistor
Potensiometer
A.
Resistor
Resistor
merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh
dikatakan hampir setiap sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak
diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang
menggunakan peralatan Elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode
warna ataupun kode angka yang ada ditubuh Resistor itu sendiri.
Seperti
yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili
oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam
bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga
yang 5 Gelang.
Gelang
warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya
sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai
toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.
Tabel
dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :
Tabel Kode
Warna Resistor
Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
Cara
menghitung nilai resistor 4 gelang
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan
Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10
(10n)
Merupakan
Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh :
Gelang ke
1 : Coklat = 1
Gelang ke
2 : Hitam = 0
Gelang ke
3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke
4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai
Resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi
10%.
Perhitungan
untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
Perhitungan
untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
Cara
Menghitung Nilai Resistor 5 Gelang Warna
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
Masukkan
Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10
(10n)
Merupakan
Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh :
Gelang ke
1 : Coklat = 1
Gelang ke
2 : Hitam = 0
Gelang ke
3 : Hijau = 5
Gelang ke
4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke
5 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai
Resistor tersebut adalah 105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan
toleransi 10%.
Contoh-contoh
perhitungan lainnya :
Merah,
Merah, Merah, Emas → 22 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning,
Ungu, Orange, Perak → 47 * 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10%
toleransi
Cara
menghitung Toleransi :
2.200 Ohm
dengan Toleransi 5% =
2200 – 5%
= 2.090
2200 + 5%
= 2.310
ini
artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm
B.
Potensiometer
Potensiometer merupakan resistor variabel yang nilai
resistansinya dapat diubah dengan cara memutar tuasnya untuk mendapatkan
variasi arus. Potensiometer
biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronik. Salah satu
contohnya seperti pengatur volume pada peralatan audio.
Potensiometer
mempunyai 3 terminal, yaitu terminal A, terminal B, dan wiper.
Dimana prinsip kerjanya ketika terminal A dan wiper dihubungkan
maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kanan. Ketika
terminal B dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya
semakin besar jika tuasnya diputar ke kiri. Sedangkan ketika terminal A dan B
dihubungkan maka pada potensiometer akan menunjukkan nilai resistansi maksimum.
Nilai resistansi ini akan selalu tetap dan merupakan nilai resistansi
total dari potensiometer.
C.
Hukum Ohm
Hukum Ohm
pada dasarnya adalah hukum yang menjelaskan mengenai kaitan antara tegangan
atau beda potensial, arus listrik, serta hambatan di dalam rangkaian
listrik.
Jadi Hukum
Ohm ini adalah hukum dasar yang menjelaskan bahwa arus listrik yang mengalir
pada suatu penghantar sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi arus
berbanding terbalik dengan hambatan. Arus listrik dapat mengalir melalui
penghantar disebabkan karena adanya perbedaan tegangan atau beda potensial yang
ada di antara dua titik di dalam penghantar.
Bunyi
Hukum Ohm :
Bunyi
hukum Ohm yang dipaparkan oleh George Simon Ohm antara lain:
“Besarnya
arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar akan sebanding dengan
tegangannya, dalam suhu yang tetap.”
Dari
pernyataan tersebut maka dapat dikatakan bahwa perbandingan antara tegangan
dengan arus listrik disebut dengan hambatan.
D.
Hukum Kirchhoff
Hukum
Kirchhoff ditemukan oleh Gustav Robert Kirchhoff yang
merupakan ahli fisika asal Jerman. Kirchhoff menjelaskan hukumnya tentang
kelistrikan ke dalam dua bagian, yaitu Hukum I Kirchhoff dan Hukum II
Kirchhoff.
Hukum I
Kirchhoff
Hukum ini
merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan
listrik yang mengalir tidaklah berubah. Jadi, pada suatu percabangan, laju
muatan listrik yang menuju titik cabang sama besarnya dengan laju muatan yang
meninggalkan titik cabang itu. Nah, di fisika, laju muatan listrik adalah kuat
arus listrik. Oleh karena itu, bunyi Hukum I Kirchhoff lebih umum
ditulis:
"Jumlah
kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik cabang akan sama dengan
jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik itu."
Hukum I
Kirchhoff biasa disebut Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current
Law (KCL).
besar kuat
arus total yang melewati titik percabangan a secara matematis dinyatakan Σ
Imasuk = Σ Ikeluar yang besarnya adalah I1 = I2 + I3.
Hukum
II Kirchhoff
Hukum ini
berlaku pada rangkaian yang tidak bercabang yang digunakan untuk menganalisis
beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirchhoff
biasa disebut Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL).
Bunyi Hukum II Kirchhoff adalah:
"Jumlah
aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama
dengan nol."
Versi lain
Hukum II Kirchhoff, yaitu pada rangkaian tertutup, berbunyi: jumlah aljabar GGL
(ε) dan jumlah penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. Secara matematis dapat
dirumuskan sebagai: Σ ε+Σ IR = 0.
E.
Voltage & Current Divider
Rangkaian
pembagi tegangan
Rangkaian
pembagi tegangan adalah suatu rangkaian listrik yang dirancang untuk membagi
tegangan input menjadi tegangan yang lebih kecil pada beberapa resistor yang
terhubung secara seri atau paralel. Prinsip kerja dari rangkaian pembagi
tegangan dapat dijelaskan dengan menggunakan hukum Ohm dan aturan pembagian
tegangan Kirchhoff.
Prinsip
Kerja Rangkaian Pembagi Tegangan:
Resistansi
Total (Rtotal): Rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua atau lebih resistor
yang terhubung. Resistansi total dari rangkaian dapat dihitung dengan
menggabungkan resistansi-resistansi tersebut sesuai dengan koneksi (seri atau
paralel).
Hukum Ohm:
Hukum Ohm menyatakan bahwa arus dalam rangkaian sebanding dengan
tegangan dan invers sebanding dengan resistansi. Dalam rangkaian pembagi
tegangan, hukum Ohm digunakan untuk menghitung arus pada rangkaian.
I =
Vin/Rtotal
Aturan
Pembagian Tegangan Kirchhoff: Aturan ini menyatakan bahwa dalam suatu simpul
(node) dalam suatu rangkaian listrik, jumlah aliran arus menuju simpul tersebut
sama dengan jumlah arus yang meninggalkan simpul tersebut. Dalam rangkaian
pembagi tegangan, aturan ini diterapkan untuk simpul pada kedua ujung resistor
pembagi.
Vin = V1 +
V2 + ... + Vn
Dimana V1,
V2, ..., Vn adalah tegangan pada masing-masing resistor.
Tegangan
Keluaran (Vout): Tegangan keluaran pada titik tertentu diambil dari resistor
tertentu dalam rangkaian. Tegangan pada setiap resistor dihitung dengan
menggunakan aturan pembagian tegangan Kirchhoff.
Vout = Vin
x (Rtarget/Rtotal)
Dimana
Rtarget adalah resistansi resistor yang terhubung pada titik keluaran.
Dengan
memilih nilai resistansi yang sesuai, rangkaian pembagi tegangan dapat
menghasilkan tegangan keluaran yang merupakan fraksi dari tegangan input.
Rangkaian
pembagi arus
Rangkaian
pembagi arus menggunakan sifat rangkaian paralel, yaitu jumlah arus yang masuk
sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan. Rangkaian pembagi
arus membagi arus total yang masuk ke dalam cabang-cabang rangkaian sesuai
dengan perbandingan hambatan pada masing-masing cabang. Rumus untuk menghitung
arus pada cabang ke-n adalah:
In = I × Rn/Rtotal
Dimana In adalah
arus pada cabang ke-n, I adalah arus total yang
masuk, Rtotal adalah hambatan pengganti rangkaian paralel,
dan Rn adalah hambatan pada cabang ke-n.
F.
Teorema Mesh
Gambar
4.3. Rangkaian Arus Mesh
Metode arus Mesh merupakan prosedur langsung untuk
menentukan arus pada setiap resistor dengan menggunakan persamaan simultan.
Langkah pertamanya adalah membuat loop tertutup (disebut juga mesh)
pada rangkaian. Loop tersebut tidak harus memiliki sumber tegangan, tetapi
setiap sumber tegangan yang ada harus dimasukkan ke dalam loop. Loop haruslah
meliputi seluruh resistor dan sumber tegangan. Dengan arus Mesh, dapat ditulis
persamaan Kirchoff’s Voltage Law untuk setiap loop.
G.
Teorema Thevenin
Teorema
Thevenin merupakan salah satu metode penyelesaian rangkaian listrik kompleks
menjadi rangkaian sederhana yang terdiri atas tegangan thevenin dan hambatan
thevenin yang terhubung secara seri. Beberapa aturan dalam menetapkan
Vth dan Rth, yaitu:
1. Vth adalah
tegangan yang terlihat melintasi terminal beban. Dimana pada rangkaian asli,
beban resistansinya dilepas (open circuit). Jika dilakukan pengukuran,
maka diletakkan multimeter pada titik open circuit tersebut.
2. Rth adalah
resistansi yang terlihat dari terminal pada saat beban dilepas (open circuit)
dan sumber tegangan yang dihubung singkat (short circuit).
H. Analisis Nodal
Rangkaian analisis node saling melengkapi dengan rangkaian analisis mesh. Rangkaian analisis node menggunakan hukum Kirchhoff pertama, hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Seperti yang kita sebutkan di atas, namanya menyiratkan bahwa kita menggunakan tegangan node dan menggunakannya bersama dengan KCL. Analisis node mengharuskan kita untuk menghitung tegangan node di setiap node sehubungan dengan tegangan ground (node referensi), maka kita menyebutnya metode node-voltage.
Analisis
node didasarkan pada aplikasi sistematis hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Dengan
teknik ini, kita akan dapat menganalisis rangkaian linier apa pun. Apa
saja yang perlu Anda persiapkan sebelum menggunakan metode ini? Perlu diingat
bahwa kita akan mendapatkan persamaan ‘n-1′, di mana n adalah jumlah
node termasuk node referensi. Menggunakan metode analisis rangkaian ini berarti
kita akan fokus pada tegangan node di rangkaian.
Sifat
rangkaian analisis node:
· Rangkaian
analisis node menggunakan hukum arus Kirchhoff (KCL)
· Untuk
node ‘n‘ (termasuk node referensi) akan ada persamaan tegangan node
independen ‘n-1′
· Memecahkan
semua persamaan akan memberi kita nilai tegangan node
· Jumlah node (kecuali node non-referensi) sama dengan jumlah persamaan tegangan node yang bisa kita dapatkan.
Prosedur Percobaan
1. Hukum Ohm
a. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah
Gambar 3.4
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
2. Hukum Kirchoff
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.5
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. Ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
3. Voltage & Current Divider
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.6
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. Ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
4. Teorema Mesh
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.7
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
5. Nodal
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.8
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
6. Teorema Thevenin
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.9
Gambar 3.10
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
.jpg)
Komentar
Posting Komentar