EL-111-PTE-Beberapa Aplikasi Dan Soal Perhitungan Sederhana

Beberapa Contoh Aplikasi dan Soal Perhitungan Sederhana

Energi Listrik, Elektronika

Soegijardjo Soegijoko

DAFTAR ISI [1/2]

[1].Aplikasi Energi Listrik dalam Electroplating

[2].Daya dan Energi Listrik yang dihasilkan PLTA

[3].Efisiensi Transmisi

[4].Masa pakai batere Alkali dan batere Li-ion

[5].Pengisi batere (Battery Charger) sederhana

[6].Pengisian Aki


Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana

2

DAFTAR ISI [2/2]

[7].Karakteristik Dioda

[8].Dioda sebagai komponen non-linear

[9].Rangkaian dengan Dioda

[10].Rangkaian dengan Dioda Zener

[11].Rangkaian Pengatur Tegangan dengan Dioda Zener

[12].Karakteristik Dioda ideal



3

[1].Penggunaan Energi Listrik dalam Electroplating

Proses electroplating dapat digunakan untuk melapisi benda logam, seperti cincin perhias-an, alat rumah tangga, dengan logam tertentu (misalnya perak, Ag).

Perak sebagai Anoda (+)

Logam yg hendak dilapisi sebagai Katoda ()

Logam I I

Yg hendak Perak

dilapisi

Larutan Perak Nitrat



4

Soal Electroplating

Berdasarkan berat atom perak dan proses elektrolisa (pelajari kembali Kimia), diketahui bahwa setiap muatan listrik 1 coulomb dapat menghasilkan endapan perak sebesar 1,118 mg.

Bila diketahui bahwa dalam proses electroplating di muka, digunakan arus listrik sebesar 1,5 A selama 2 jam, hitunglah jumlah berat lapisan (endapan) perak yang dihasilkan (dalam gram). Soegijardjo Soegijoko


5



6

Electroplating [http://www.explainthatstuff.com/electroplating.html]

Electroplating is the use of electricity to coat a relatively mundane (biasa) metal, such as copper, with a thin layer of another more precious metal, such as gold or silver. Electroplating has lots of other uses, besides making cheap metals look expensive. We can use it to make things rust-resistant, for example, or to produce a variety of useful alloys like brass and bronze.



7

Proses pelapisan (electroplating) tembaga (Copper) pada kuningan (brass). Tembaga (Copper) sebagai Anoda (+), Kuningan (brass) sebagai Katoda ().



8

[2].Daya dan Energi yang Dihasilkan oleh suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) Diasumsikan suatu PLTA

menghasilkan tegangan keluaran (output) = 450 kV dan arus tetap = 200A.

(a).Hitunglah daya yang dihasilkan oleh PLTA

(b).Hitung pula energi yang dihasilkan dalam 1 minggu

[Perhitungan dan satuan]

(a). (b).



9

[3].Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [1/2]

**Suatu PLTA mentransmisikan (mengirimkan) energi listrik dengan tegangan 950 kV dari kota A ke kota B yang berjarak 700 km. Energi listrik yang diterima di B adalah 0,9 GW dengan tegangan 900 kV. {Asumsi beban resistif dan faktor daya = 1}

(a). Gambarkan diagram sederhana sistem transmisi antara kota A dan B tersebut.

(b).Hitunglah efisiensi transmisi = (daya listrik yang diterima di B) dibagi dengan (daya yang dikirimkan dari A) dinyatakan dalam %



10

Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [2/2]

(c).Ke manakah energi yang hilang tersebut?

(d).Bila dianggap bahwa keadaan tersebut tidak berubah dengan waktu (tetap), hitunglah energi yang dikirimkan dari A ke B dalam sehari (disertai dengan satuannya).



11

Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [Jawab]

(a). Diagram sederhana sistem transmisi antara A dan B.

(b).Hitunglah efisiensi transmisi = (daya listrik yang diterima di B) dibagi dengan (daya yang dikirimkan dari A) dinyatakan dalam %

(c).Ke manakah energi yang hilang tersebut?

(d).Bila dianggap bahwa keadaan tersebut tidak berubah dengan waktu (tetap), hitunglah energi yang dikirimkan dari A ke B dalam sehari (disertai dengan satuannya).

Soegijardjo Soegijoko Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana 12

[5a].Batere alkali (Alkaline Battery)

Diketahui suatu batere alkali 1,5 V dapat menyimpan energi listrik sebesar 150 joule. Suatu kalkulator diketahui memerlukan arus 0,5 mA. Untuk pemakaian secara terus-menerus, berapa harikah batere tersebut dapat digunakan?

(a). (b).



13

[5b].Batere Li-ion (Lithium Ion Battery)

Diketahui suatu batere telepon genggam jenis Li-ion mempunyai spesifikasi: 700 mAh; 3,7 V. Untuk pemakaian normal, batere tsb dapat digunkan selama 50 jam berturut-turut.

[a].Hitung perkiraan energi total batere & satuannya.

[b].Hitung pemakaian arus rata2 & satuannya.

(a). (b).



14

[6].Rangkaian Sederhana Pengisi Batere (Battery Charger) [1/3] Diketahui suatu rangkaian sederhana pengisi batere

mobil (Battery Charger) dapat dilihat pada gambar [a] berikut. Rangkaian terdiri atas sikring (Fuse), sebuah trafo penurun tegangan, sebuah dioda dan batere/aki (Accu) 12 V yang diisi. Model linear (Linear Model) dari Rangkaian pengisi batere tersebut dapat digambarkan pada [b]. Pada model rangkaian, T-D menggambarkan Trafo & Dioda. Rugi2 menggambarkan daya disipasi panas pada resistansi dalam aki.

[a].Hitunglah



15

Rangkaian Sederhana Pengisi Batere (Battery Charger) [2/3] [a].Hitunglah daya yang diberikan kepada batere 12

volt yang diisi dan berapa waktu yang diperlukan untuk mengisi muatan sebesar 3000 coulomb

[b].Hitunglah daya yang diberikan oleh Battery Charger tersebut.

[c].Samakah daya yang diberikan oleh Battery Charger dengan daya yang diterima oleh Aki?

(Lihat gambar slide berikut: Perhatikan besar dan polaritas tegangan serta arah arus pada gambar [a] dan [b]).



16



17

Batere / Aki (Accu) yang Diisi (12 V)

Vs = 220V 50 Hz

Sikring Trafo Dioda Penyearah

[a]. Rangkaian sederhana Battery Charger

14,5 volt

T-D Rugi2

+

Aki yang diisi

+ + 0,8 v - + 1,7v

[b].Model Rangkaian

Arus = 2,5 A 12 volt

[3/3]

Battery Charger

[7].Pengisian Batere Mobil (Battery Charging)

Diketahui suatu batere mobil (Aki, accu) diisi dengan suatu Pengisi batere (Battery Charger)

dengan arus konstan sebesar 2 A. Untuk t > 0, tegangan pada dua kutub (terminal) batere adalah

v = 10,5 + 0,01 t volt (dengan t dalam menit)

[a].Gambarlah grafik tegangan v sebagai fungsi

dari waktu t (pada slide berikut).

[b].Hitunglah energi total pengisian batere

dalam 5 jam.

(Lihat ganbar pada slide berikut)



18



19

Pengisi + Batere (Battery Charger)

+ Batere mobil

I = 2 A konstan

v (volt)

10,5 volt

t (menit)

[8].Karakteristik Dioda(Diode Characteristics) [1/3]

Karakteristik dioda dapat dinyatakan sebagai grafik antara arus dioda(yang mengalir dari Anoda ke Katoda) sebagai fungsi dari tegangan anoda (antara Anoda terhadap Katoda). Terdapat banyak jenis Dioda dengan karakteristik yang berbeda-beda.

A = Anoda

i = Arus anoda vAK = Teg antara

K = Katoda A & K



20



21

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan reverse Tegangan forward (reverse voltage) (forward voltage)

Tegangan breakdown (breakdown voltage)

Karakteristik Dioda Penyearah (Rectifying Diode)

Arus reverse jenuh

[2/3]

Karakteristik Dioda [3/3]

**Dioda diberi tegang-an maju (forward): vAK 0 Grafik warna coklat arus forward positif besar

#Dioda diberi tegangan mundur (reverse): vAK 0 Grafik warna biru arus reverse jenuh negatif

#Arus reverse jenuh: -Sebelum daerah breakdown:

arus reverse jenuh sangat kecil [ dlm A ]

-Setelah daerah breakdown:

arus reverse jenuh sangat besar (dengan vAK konstan



22

[9].Rangkaian dengan Dioda (sebagai komponen non-linear) [1/4] Diketahui suatu rangkaian yang terdiri atas

sebuah batere VB = 12 volt, sebuah Resistor R = 12 k, dan sebuah Dioda {dengan karakte-ristik arus dioda sebagai fungsi tegangan i = i (vAK) diketahui}.



23



24

A K

+ VB

R

i

vAK

Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = i x R + vAK

Untuk i = 0 maka vAK = VB

Untuk vAK = 0 maka i = (VB)/R

[2/4]



25

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan reverse Tegangan forward Garis PS = Garis beban (Load line)


Karakteristik Dioda Penyearah (Rectifying Diode)

Arus reverse jenuh

iA= VB/R P Q= Titik kerja

vAK = VB S

[3/4]

Rangkaian dengan Dioda [4/4]

[a].Bila untuk rangkaian di muka (Batere VB, Resistor R dan Dioda seri) diketahui arus i = 0,6 mA (dapat dibaca dari grafik), hitunglah tegangan vAK.

Jawab: Tegangan vAK = i x R + VB =

= 0,6 mA x 12k + 12 volt = 4,8 volt [b].Seandainya untuk kasus berbeda dengan

[a], diketahui bahwa vAK = 3 volt, hitunglah arus i. Jawab:



26

[10].Rangkaian dengan Dioda Zener [1/5]

Diketahui sebuah dioda Zener dengan karakteristik diketahui (seperti grafik) pada slide berikut, digunakan dalam rangkaian seri VB, R dan Dioda Zener. Bila diketahui tegangan batere VB = 12 volt,

RS = 1 k, hitunglah tegangan vAK.

Jawab: Tegangan vAK = i x R + VB =

= 0,6 mA x 12k + 12 volt = 4,8 volt [b].Seandainya untuk kasus berbeda dengan

[a], diketahui bahwa vAK = 3 volt, hitunglah arus i. Jawab:



27



28

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan forward (forward voltage)


Karakteristik Dioda Zener (Zener Diode)

Dioda Zener berfungsi di daerah breakdown

+ K

A



29

K A

+ VB

R

i

vKA = VZ

Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = i x R + vKA vKA = VZ = Tegangan Zener

Untuk i = 0 maka vKA = VB atau vAK = VB

Untuk vAK = 0 maka i = (VB)/R



30

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan forward (forward voltage)


Karakteristik Dioda Zener (Zener Diode)

Dioda Zener berfungsi di daerah breakdown

+ K

A

[11].Rangkaian Pengatur Tegangan (Voltage Regulator) dengan Dioda Zener

**Rangkaian Pengatur Tegangan (Voltage Regulator) sederhana pada gambar berikut dapat dijelaskan sbb:

-Bila Dioda Zener dengan Tegangan Zener VZ = 6 volt konstan, untuk arus IZ antara 3 mA s/d 6 mA

-Maka dengan rangkaian berikut dapat diperoleh tegangan beban = VZ = 6 volt tetap (konstan), bila Arus beban Ib bervariasi antara 0 s/d 3 mA



31



32

K A

+ VB

RS

IS

vKA = VZ Rb

*Hukum Kirchhoff Arus di titik (Node) K: IS = IZ + Ib . (1) #Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = IS x RS + VZ ..(2) VZ = Ib x Rb .. (3)

Ib

IZ

P

A Q

Rangkaian Pengatur Tegangan dg Dioda Zener

Kasus

Rb (k) Ib (mA) IZ (mA) IS (mA)

1 = Tak terhingga

2 6

3 4

4 3

5 2 Soegijardjo Soegijoko


33

Untuk rangkaian tsb, hitunglah Ib, Iz, dan Is dalam lima kasus pada tabel berikut:



34

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan reverse Tegangan forward (reverse voltage) (forward voltage)


[12].Karakteristik Dioda Ideal (Ideal Diode Characteristics) Karakteristik dioda ideal:

Bila vAK positif, maka dioda dapat diganti dengan rF

mendekati nol (atau Nol) Hubung singkat

Bila vAK negatif, maka dioda dapat diganti dengan rR tak terhingga Rangkaian terbuka

A = Anoda

i = Arus anoda vAK = Teg antara

K = Katoda A & K



35



36

Arus

anoda iA

Tegangan anoda

vAK

Tegangan reverse Tegangan forward (reverse biased) (forward biased)


Karakteristik Dioda Ideal

Contoh Soal Rangkaian dengan Dioda Ideal

Rangkaian penyearah dengan dioda ideal

Rangkaian Pemotong tegangan (Clipper)



37



38

Pelajarilah kembali Contoh Aplikasi di muka

Pelajarilah dan buatlah semua soal dalam topik ini secara aktif

Anda sangat diharapkan dapat memahaminya dengan baik

EL-111-PTE-Beberapa Aplikasi Dan Soal Perhitungan Sederhana

Documents

Transcript of EL-111-PTE-Beberapa Aplikasi Dan Soal Perhitungan Sederhana