PENDAHULUAN Dalam melakukan analisis rangkaian, kita sering menemukan diri kita mencari spesifik arus, tegangan, atau kekuatan, jadi di sini kita mulai dengan penjelasan singkat dari jumlah ini. Dalam hal komponen yang dapat digunakan untuk membangun sirkuit listrik, kami memiliki beberapa dari yang untuk choose.We awalnya fokus pada resistor, komponen pasif sederhana, dan berbagai sumber aktif ideal dari tegangan dan arus. Ketika kita bergerak maju, komponen baru akan ditambahkan ke persediaan untuk memungkinkan lebih kompleks (dan berguna) sirkuit untuk dipertimbangkan. Sebuah kata cepat nasihat sebelum kita mulai: Memperhatikan peran "+" dan "-" tanda-tanda ketika label tegangan, dan signifikansi panah dalam mendefinisikan saat ini; mereka sering membuat perbedaan antara jawaban yang salah dan benar. 2,1 • UNIT dan skala Untuk menyatakan nilai suatu kuantitas terukur, kita harus memberikan baik nomor dan unit, seperti "3 meter." Untungnya, kami semua menggunakan sistem nomor yang sama. Hal ini tidak berlaku untuk unit, dan sedikit waktu harus dikeluarkan untuk menjadi akrab dengan sistem yang cocok. Kita harus setuju pada unit standar dan yakinlah keabadian nya dan penerimaan umum. Unit standar panjang, misalnya, tidak boleh didefinisikan dalam hal jarak antara dua tanda pada karet gelang tertentu; ini tidak permanen, dan lebih jauh lagi orang lain menggunakan standar lain. Yang paling sering digunakan sistim satuan adalah satu diadopsi oleh National Bureau of Standards pada tahun 1964; digunakan oleh semua utama masyarakat profesional teknik dan bahasa di mana saat ini buku teks yang ditulis. Ini adalah Sistem Internasional Unit (disingkat SI dalam semua bahasa), yang diadopsi oleh GeneralKonferensi Berat dan Ukuran di 1960 Modifikasi beberapa kali karena, SI dibangun di atas tujuh unit dasar: meter, kilogram, kedua, ampere, kelvin, mol, dan candela (lihat Tabel 2.1). Ini adalah "sistem metrik," beberapa bentuk yang sekarang umum digunakan di sebagian besar negara di dunia, meskipun belum banyak digunakan di Amerika Serikat. Unit untuk besaran lain seperti volume, kekuatan, energi, dll, yang berasal dari tujuh basis ini unit. The "kalori" digunakan dengan makanan, minuman, dan olahraga benar-benar sebuah kilokalori, 4,187 J. TABEL ● 2.1 Unit SI Basis Basis Kuantitas Nama Simbol meter panjang m kilogram massa kg waktu kedua s ampere arus listrik A Suhu termodinamika kelvin K jumlah zat mol mol intensitas cahaya candela cd TABEL ● 2.2 SI Awalan Faktor Nama Simbol Factor Nama Simbol 10-24 yocto y 1024 yotta Y 10-21 z zepto 1021 zetta Z 10-18 atto a 1018 exa E

10-15 femto f 1015 PETA P 10-12 pico p 1.012 tera T 10-9 nano n 109 giga G 10-6 mikro μ 106 mega M 10-3 mili m 103 kilo k 10-2 centi c 102 hekto h 10-1 deci d 101 deka da Unit dasar kerja atau energi adalah joule (J). satu joule (a kg m2 s-2 dalam satuan dasar SI) adalah setara dengan 0,7376 kaki pound-force (ft · lbf). Satuan energi lainnya termasuk kalori (kal), sama dengan 4,187 J; unit British thermal (Btu), yang 1055 J; dan kilowatthour (kWh), sebesar 3,6 × 106 J. Daya didefinisikan sebagai tingkat di mana pekerjaan dilakukan atau energi yang dikeluarkan. Unit dasar daya adalah watt (W), didefinisikan sebagai 1 J / s. Satu watt setara dengan 0,7376 ft · lbf / s atau, sama, 1 / 745,7 tenaga kuda (hp). SI menggunakan sistem desimal untuk berhubungan lebih besar dan lebih kecil unit ke unit dasar, dan mempekerjakan awalan untuk menandai berbagai kekuatan dari 10 daftar A prefiks dan simbol mereka diberikan dalam Tabel 2.2; yang paling sering ditemui dalam rekayasa yang disorot. Ada beberapa inkonsistensi mengenai apakah unit dinamai seseorang harus dikapitalisasi. Di sini, kita akan mengadopsi konvensi yang paling kontemporer, di mana 1,2 unit tersebut ditulis dalam huruf kecil (misalnya, watt, joule), tapi disingkat dengan simbol huruf besar (misalnya, W, J).Prefiks ini patut menghafal, karena mereka akan sering muncul baik dalam teks ini dan dalam pekerjaan teknis lainnya. Kombinasi dari beberapa prefiks, seperti sebagai millimicrosecond itu, tidak dapat diterima. Perlu dicatat bahwa dalam hal jarak, itu adalah umum untuk melihat "mikron (um)" sebagai lawan dari "mikrometer," dan sering angstrom (Å) digunakan untuk 10-10 meteran. Juga, dalam rangkaian analisis dan teknik secara umum, itu cukup umum untuk melihat nomor diungkapkan dalam apa yang sering disebut "unit rekayasa." Dalam rekayasa notasi, kuantitas diwakili oleh angka antara 1 dan 999 dan Unit metrik yang tepat dengan menggunakan kekuatan dibagi dengan 3 Jadi, misalnya, adalah lebih baik untuk mengekspresikan kuantitas 0.048 W sebagai 48 mW, bukan 4,8 CW, 4,8 × 10-2 W, atau 48,000 μW. Seperti yang terlihat pada Tabel 2.1, unit dasar SI tidak berasal dari kuantitas fisik fundamental. Sebaliknya, mereka mewakili historis disepakati pengukuran, mengarah ke definisi yang kadang-kadang tampak mundur. Sebagai contoh, akan lebih masuk akal secara fisik untuk menentukan ampere berdasarkan elektronik biaya. ■ GAMBAR 2.1 Definisi saat ini diilustrasikan menggunakan arus yang mengalir melalui kawat; 1 ampere sesuai dengan 1 coulomb biaya melewati penampang sewenang-wenang dipilih dalam 1 detik. penampang arah gerak muatan biaya Sendiri (1) Meskipun penampilan sesekali asap mungkin tampak menyarankan sebaliknya. . .

BAGIAN 2.2 BIAYA, LANCAR, TEGANGAN, DAN DAYA PRAKTEK ● 2.1 Sebuah laser fluoride kripton memancarkan cahaya pada panjang gelombang 248 nm. Ini adalah sama dengan: (a) 0,0248 mm; (b) 2.48 pm; (c) 0,248 m; (d) 24.800 Å. 2.2 Sebuah gerbang logika tunggal dalam prototipe sirkuit terpadu ditemukan mampu beralih dari "on" ke "off" negara dalam 12 ps. ini sesuai dengan: (a) 1,2 ns; (b) 120 ns; (c) 1200 ns; (d) 12.000 ns. 2.3 Atypical lampu baca pijar berjalan pada 60W. Jika dibiarkan di terus-menerus, berapa banyak energi (J) yang dikonsumsi per hari, dan apa yang biaya mingguan jika energi dibebankan pada tingkat 12,5 sen per kilowatthour? Ans: 2.1 (c); 2.2 (d); 2.3 5.18 MJ, $ 1,26. 2.2 • BIAYA, LANCAR, TEGANGAN, DAN DAYA mengisi Salah satu konsep yang paling mendasar dalam analisis rangkaian listrik adalah bahwa dari biaya konservasi. Kita tahu dari fisika dasar bahwa ada dua jenis biaya: positif (sesuai dengan proton) dan negatif (sesuai untuk sebuah elektron). Untuk sebagian besar, teks ini berkaitan dengan sirkuit di yang hanya aliran elektron yang relevan. Ada banyak perangkat (seperti baterai, dioda, dan transistor) di mana muatan gerak positif adalah penting untuk memahami operasi internal, tetapi eksternal ke perangkat kita biasanya berkonsentrasi pada elektron yang mengalir melalui kabel penghubung. Meskipun kami terus mentransfer biaya antara bagian yang berbeda dari sirkuit, kita tidak melakukan apapun untuk mengubah jumlah total biaya. Dengan kata lain, kita tidak membuat atau menghancurkan elektron (atau proton) saat menjalankan listrik circuits.1 Biaya bergerak mewakili arus. Dalam sistem SI, satuan dasar muatan adalah coulomb (C). Ini didefinisikan dalam hal ampere dengan menghitung total biaya yang melewati sebuah penampang sewenang-wenang kawat selama selang waktu satu kedua; satu coulomb diukur setiap detik untuk kawat yang membawa arus dari 1 ampere (Gbr. 2.1). Dalam sistem ini unit, sebuah elektron tunggal memiliki muatan dari -1,602 × 10-19 C dan satu proton memiliki muatan + 1,602 × 10-19 CSebuah jumlah biaya yang tidak berubah dengan waktu biasanya diwakili oleh Q. Jumlah sesaat biaya (yang mungkin atau mungkin tidak waktu-invariant) umumnya diwakili oleh q (t), atau hanya q. konvensi ini digunakan di seluruh sisa teks: huruf kapital dicadangkan untuk konstan (time-invariant) jumlah, sedangkan huruf kecil merupakan kasus yang lebih umum. Dengan demikian, biaya konstan dapat diwakili oleh salah satu Q atau q, tetapi jumlah muatan yang berubah dari waktu ke waktu harus diwakili dengan huruf q huruf kecil. saat Gagasan "transfer muatan" atau "biaya dalam gerakan" adalah sangat penting kepada kita dalam mempelajari rangkaian listrik karena, dalam bergerak biaya dari satu tempat ke Tempat, kami juga dapat mentransfer energi dari satu titik ke titik lain. akrab cross-country power line transmisi adalah contoh praktis perangkat yang memindahkan energi. Yang sama pentingnya adalah kemungkinan memvariasikan tingkat di mana biaya tersebut dipindahkan untuk berkomunikasi atau mentransfer informasi. Proses ini merupakan dasar dari sistem komunikasi seperti radio, televisi, dan telemetri. Kehadiran saat ini di jalan diskrit, seperti kawat logam, memiliki baik

nilai numerik dan arah yang terkait dengannya; itu adalah ukuran dari tingkat di mana biaya bergerak melewati suatu titik referensi yang diberikan dalam arah tertentu. Setelah kami telah menetapkan arah referensi, kita dapat kemudian membiarkan q (t) menjadi Total biaya yang telah melewati titik referensi sejak waktu t = 0 sewenang-wenang, bergerak ke arah yang ditentukan. Sebuah kontribusi terhadap total biaya ini akan jika muatan negatif negatif bergerak ke arah referensi, atau jika positif biaya bergerak ke arah yang berlawanan. Sebagai contoh, Gambar. 2.2 menunjukkan sejarah dari total biaya q (t) yang telah lulus referensi yang diberikan titik dalam kawat (seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.1). Kami mendefinisikan arus pada titik tertentu dan mengalir dalam arah tertentu sebagai tingkat sesaat di mana muatan positif bersih bergerak melewati saat itu dalam arah tertentu. Ini, sayangnya, adalah definisi sejarah, yang mulai populer digunakan sebelum dihargai saat itu di kabel sebenarnya karena negatif, tidak positif, biaya gerak. saat ini adalah dilambangkan dengan I atau i, dan sebagainya i = dq dt [1] Unit saat ini adalah ampere (A), bernama aftera. M.Ampère, Perancis fisikawan. Hal ini biasa disingkat sebagai "amp," meskipun hal ini tidak resmi dan agak informal. Satu ampere sama dengan 1 coulomb per detik. Menggunakan Persamaan. [1], kita menghitung arus sesaat dan memperoleh Gambar. 2.3. Penggunaan huruf kecil i lagi dikaitkan dengan seketika nilai; huruf besar saya akan menunjukkan konstan (yaitu, waktu-invariant) kuantitas. Biaya ditransfer antara waktu t0 dan t dapat dinyatakan sebagai integral tertentu:? q (t) q (t0) dq = ? t t0 i Dt? Total biaya ditransfer melalui semua waktu dengan demikian diberikan oleh q (t) = ? t t0 i Dt? + Q (t0)Beberapa jenis saat ini diilustrasikan pada Gambar. 2.4. saat ini A yang konstan dalam waktu disebut arus searah, atau hanya dc, dan ditunjukkan oleh Gambar. 2.4a. Kami akan menemukan banyak contoh-contoh praktis dari arus yang bervariasi sinusoidal dengan waktu (Gambar 2.4b.); arus formulir ini hadir dalam biasa sirkuit rumah tangga. Saat seperti ini sering disebut sebagai arus bolak-balik, atau ac. Arus eksponensial dan arus sinusoidal teredam (Gambar. 2.4C dan d) juga akan ditemui nanti. Kami menciptakan simbol grafis untuk saat ini dengan menempatkan panah di sebelah konduktor. Jadi, pada Gambar. 2.5a arah panah dan nilai 3Aindicate baik bahwa muatan positif bersih 3 C / s bergerak ke kanan atau yang muatan negatif bersih -3 C / s bergerak ke kiri setiap detik. Dalam Gambar. 2.5b ada lagi dua kemungkinan: baik -3Ais mengalir ke kiri atau + 3Ais yang mengalir ke kanan. Keempat pernyataan dan kedua tokoh mewakili arus yang setara dalam efek listrik mereka, dan kami mengatakan bahwa mereka adalah sama.

Anonelectrical analogi yang mungkin lebih mudah untuk memvisualisasikan adalah untuk berpikir dalam hal rekening tabungan pribadi: misalnya, deposit dapat dilihat baik sebagai negatif arus kas dari akun Anda atau aliran positif ke account Anda. Lebih mudah untuk berpikir saat ini sebagai gerakan muatan positif, bahkan meskipun diketahui bahwa aliran arus dalam konduktor logam hasil dari gerak elektron. Dalam gas terionisasi, dalam larutan elektrolit, dan dalam beberapa bahan semikonduktor, bagaimanapun, muatan positif bergerak merupakan sebagian atau seluruh arus. Dengan demikian, semua definisi arus bisa setuju dengan sifat fisik konduksi hanya bagian dari waktu. Definisi dan simbolisme kami telah mengadopsi standar. Adalah penting bahwa kita menyadari bahwa panah saat ini tidak menunjukkan "Sebenarnya" arah aliran saat ini tetapi hanya bagian dari konvensi yang memungkinkan kita untuk berbicara tentang "arus dalam kawat" secara jelas. Panah adalah bagian mendasar dari definisi arus! Dengan demikian, untuk berbicara tentang nilai sebuah i1 saat ini (t) tanpa menentukan panah adalah untuk membahas entitas terdefinisi. Sebagai contoh, Gambar. 2.6a dan b adalah representasi berarti dari i1 (t), sedangkan Gambar. 2.6c selesai. BAGIAN 2.2 BIAYA, LANCAR, TEGANGAN, DAN DAYA 13 ■ GAMBAR 2.4 Beberapa jenis saat ini: (a) Direct saat ini (dc). (b) arus sinusoidal (ac). (c) eksponensial saat ini. (d) teredam sinusoidal saat ini. i t (d) t i (c) i t (b) i t (a) ■ GAMBAR 2.5 Dua metode representasi untuk saat yang sama persis. -3 A (b) 3 A i1 (t) (a) (a) (b) i1 (t) (c) ■ Gambar 2.6 (a, b) definisi yang tidak lengkap, tidak benar, dan tidak benar dari arus. (c) definisi yang benar dari i1 (t). I2 I1 ■ GAMBAR 2.7 PRAKTEK ●

2.4 Dalam kawat Gambar. 2.7, elektron bergerak kiri ke kanan untuk membuat arus 1 mA. Tentukan I1 dan I2. Jawab: I1 = -1 mA; I2 = +1 mA.tegangan Kita sekarang harus mulai untuk merujuk ke elemen sirkuit, sesuatu yang terbaik didefinisikan dalam istilah umum untuk memulai. Alat listrik seperti sekering, bola lampu, resistor, baterai, kapasitor, generator, dan koil spark dapat direpresentasikan oleh kombinasi dari elemen sirkuit sederhana. Kita mulai dengan menunjukkan sangat umum elemen sirkuit sebagai objek berbentuk memiliki dua terminal di yang koneksi untuk unsur-unsur lain dapat dilakukan (Gambar. 2.8). Ada dua jalur dimana saat ini mungkin memasuki atau meninggalkan elemen. dalam diskusi selanjutnya kita akan menentukan elemen sirkuit tertentu dengan menggambarkankarakteristik listrik yang dapat diamati di terminal mereka. Dalam Gambar. 2.8, mari kita anggap bahwa arus dc dikirim ke terminal A, melalui elemen umum, dan kembali keluar dari terminal B. Mari kita juga menganggap bahwa tuduhan mendorong melalui elemen memerlukan pengeluaran energi. Kami kemudian mengatakan bahwa tegangan listrik (atau beda potensial) ada antara dua terminal, atau bahwa ada tegangan "di" elemen. Dengan demikian, tegangan sepasang terminal adalah ukuran kerja yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan melalui elemen. Satuan tegangan adalah volt, 2 dan 1 volt adalah sama dengan 1 J / C. Tegangan diwakili oleh V atau v. Avoltage dapat terjadi antara sepasang terminal listrik apakah saat ini adalah mengalir atau tidak. Sebuah baterai mobil, misalnya, memiliki tegangan 12 V di terminal bahkan jika tidak ada apapun yang terhubung ke terminal. Menurut prinsip konservasi energi, energi yang dikeluarkan dalam memaksa gratis melalui elemen harus muncul di suatu tempat lain. Ketika kita kemudian bertemu elemen sirkuit tertentu, kami akan mencatat apakah energi yang disimpan dalam beberapa bentuk yang sudah tersedia sebagai energi listrik atau apakah perubahan ireversibel menjadi panas, energi akustik, atau beberapa lainnya bentuk tanpa elektrik. Kita sekarang harus membangun sebuah konvensi di mana kita dapat membedakan antara energi yang disuplai ke elemen dan energi yang disediakan oleh elemen itu sendiri. Kami melakukan ini dengan pilihan kami tanda untuk tegangan terminal Terminal sehubungan dengan terminal B. Jika arus positif memasuki A dari elemen dan sumber eksternal harus mengeluarkan energi untuk membangun arus ini, maka terminal A positif terhadap terminal B. (Atau, kita dapat mengatakan bahwa terminal B negatif terhadap terminal A.) Rasa tegangan ditunjukkan oleh sepasang plus-minus aljabar tanda-tanda. Dalam Gambar. 2.9a, misalnya, penempatan tanda + di terminal A menunjukkan bahwa terminal A adalah volt v positif terhadap terminal B. Jika kita kemudian menemukan v yang kebetulan memiliki nilai numerik -5 V, maka kita dapat mengatakan baik itu A adalah -5 V positif terhadap B atau B adalah 5 V positif dengan terhadap A. Kasus lain ditunjukkan pada Gambar. 2.9b, c, dan d. Sama seperti kita dicatat dalam definisi kita saat ini, adalah penting untuk menyadari bahwa pasangan plus-minus tanda aljabar tidak menunjukkan "yang sebenarnya" polaritas tegangan tetapi hanya bagian dari konvensi yang memungkinkan kita untuk berbicara tegas tentang "tegangan terminal pasangan." Definisi apapun tegangan harus menyertakan sepasang tanda plus-minusnya! Menggunakan v1 kuantitas (t) tanpa menentukan lokasi dari pasangan plus-minus adalah menggunakan terdefinisi istilah. Gambar 2.10a dan b tidak melayani sebagai definisi v1 (t); Gambar. 2.10c tidak.PRAKTEK

● 2.5 Untuk elemen pada Gambar. 2.11, v1 = 17 V. Tentukan v2. Jawab: v2 = -17 V. daya Kita telah mendefinisikan kekuasaan, dan kami akan mewakili dengan P atau p. Jika salah satu joule energi yang dikeluarkan dalam mentransfer satu coulomb biaya melalui perangkat dalam satu detik, maka laju transfer energi adalah salah satu watt. The daya yang diserap harus proporsional baik untuk jumlah coulomb ditransfer per detik (saat ini) dan energi yang diperlukan untuk mentransfer satu Coulomb melalui elemen (tegangan). Dengan demikian, p = vi [3] Dimensi, sisi kanan dari persamaan ini adalah produk dari joule per coulomb dan coulomb per detik, yang menghasilkan dimensi yang diharapkan joule per detik, atau watt. Konvensi untuk arus, tegangan, dan daya ditunjukkan pada Gambar. 2.12. Kami sekarang memiliki ekspresi untuk daya yang diserap oleh sirkuit elemen dalam hal tegangan di atasnya dan arus yang melalui itu. tegangan adalah didefinisikan dalam hal pengeluaran energi, dan daya adalah tingkat di mana energi dikeluarkan. Namun, ada pernyataan dapat dibuat mengenai energi mentransfer di salah satu dari empat kasus ditunjukkan pada Gambar. 2,9, misalnya, sampai arah arus ditentukan. Mari kita bayangkan bahwa panah saat ini ditempatkan di samping masing-masing memimpin atas, diarahkan ke kanan, dan diberi label "+2 A." Pertama, pertimbangkan kasus ditunjukkan pada Gambar. 2.9c. Terminal A adalah 5 V positif dengan terhadap terminal B, yang berarti bahwa 5 J energi yang dibutuhkan untuk memindahkan setiap coulomb muatan positif ke terminal A, melalui objek, dan keluar terminal B. Karena kita menyuntikkan +2 A (arus 2 coulomb positif biaya per detik) ke terminal A, kita lakukan (5 J / C) × (2 C / s)? 10 J dari bekerja per detik pada objek. Dengan kata lain, objek tersebut menyerap 10 W kekuasaan dari apa pun yang menyuntikkan arus. Kita tahu dari pembahasan sebelumnya bahwa tidak ada perbedaan antara Gambar. 2.9c dan Gambar. 2.9d, jadi kami berharap obyek digambarkan dalam Gambar. 2.9d juga menyerap 10 W. Kita dapat memeriksa ini cukup mudah: kita suntik +2 A ke terminal A dari objek, sehingga +2 A mengalir keluar dari terminal B. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa kita menyuntikkan -2 A arus ke terminal B. mengambil -5 J / C untuk memindahkan muatan dari terminal B ke terminal A, sehingga objek adalah menyerap (-5 J / C) × (-2 C / s)? 10 W seperti yang diharapkan. Satu-satunya kesulitan dalam menggambarkan kasus ini adalah menjaga tanda-tanda dikurangi lurus, tapi dengan sedikit perawatan kita melihat jawaban yang benar dapat diperoleh tanpa pilihan kami positif terminal referensi (terminal A pada Gambar. 2.9c, dan terminal B pada Gambar. 2.9dSekarang mari kita lihat situasi yang digambarkan dalam Gambar. 2.9a, lagi dengan +2 A disuntikkan ke terminal A. Karena diperlukan -5 J / C untuk memindahkan muatan dari terminal A ke terminal B, objek tersebut menyerap (-5 J / C) × (2 C / s)? -10 W. Apa artinya ini? Bagaimana bisa sesuatu bisa menyerap kekuatan negatif? Jika kita berpikir tentang hal ini dalam hal transfer energi, -10 J ditransfer ke objek masing-masing kedua melalui 2 A arus yang mengalir ke terminal A. Tujuannya adalah benar-benar kehilangan energi pada tingkat 10 J / s. Dengan kata lain, itu adalah menyediakan 10 J / s(yaitu, 10 W) ke beberapa objek lainnya tidak diperlihatkan pada gambar. negatif diserapkekuasaan, maka, setara dengan daya yang disediakan positif. Mari kita rekap. Gambar 2.12 menunjukkan bahwa jika salah satu terminal elemen adalah volt v

positif sehubungan dengan terminal lainnya, dan jika saya saat ini memasuki elemen melalui terminal itu, maka kekuatan p = vi diserap oleh elemen; juga benar untuk mengatakan bahwa kekuatan p = vi sedang disampaikan ke elemen. Ketika panah saat diarahkan ke elemen di plus-ditandai terminal, kita memenuhi tanda konvensi pasif. konvensi ini harus dipelajari dengan seksama, dipahami, dan diingat. Dengan kata lain, ia mengatakan bahwa jika panah saat ini dan tanda-tanda polaritas tegangan ditempatkan seperti bahwa saat ini memasuki akhir masa elemen ditandai dengan tanda positif, maka daya yang diserap oleh elemen dapat dinyatakan dengan produk variabel arus dan tegangan yang ditentukan. Jika nilai numerik dari produk negatif, maka kita mengatakan bahwa unsur ini menyerap negatif kekuasaan, atau bahwa itu benar-benar menghasilkan tenaga dan memberikan kepada beberapa eksternal elemen. Misalnya, pada Gambar. 2.12 dengan v = 5 V dan i = -4 A, elemen dapat digambarkan sebagai baik menyerap -20 Wor menghasilkan 20 W. Konvensi hanya diperlukan bila ada lebih dari satu cara untuk melakukan sesuatu, dan kebingungan dapat rusak jika dua kelompok yang berbeda mencoba untuk berkomunikasi. Sebagai contoh, agak sewenang-wenang untuk selalu menempatkan "Utara" di bagian atas peta; jarum kompas tidak menunjuk "up," pula. Namun, jika kita sedang berbicara dengan orang-orang yang diam-diam memilih konvensi berlawanan menempatkan "Selatan" di bagian atas peta mereka, bayangkan kebingungan yang bisa hasil! Dalam cara yang sama, ada konvensi umum yang selalu menarik panah saat menunjuk ke terminal tegangan positif, terlepas dari apakah persediaan unsur atau menyerap daya. Konvensi ini tidak benar tapi kadang-kadang menyebabkan arus berlawanan label pada sirkuit skema. Alasan untuk ini adalah bahwa itu hanya tampaknya lebih alami untuk merujuk untuk arus positif mengalir dari tegangan atau sumber arus yang memasok kekuatan positif untuk satu atau lebih elemen sirkuit.Dalam Gambar. 2.13a, kita melihat bahwa arus referensi didefinisikan konsisten dengan konvensi tanda pasif, yang mengasumsikan bahwa elemen tersebut menyerap daya. Dengan +3 A mengalir ke terminal positif referensi, kita menghitung P = (2 V) (3 A) = 6 W dari daya yang diserap oleh elemen. Gambar 2.13b menunjukkan gambaran yang sedikit berbeda. Sekarang, kami memiliki arus -3 A mengalir ke terminal referensi positif. Ini memberi kita kekuatan diserap P = (-2 V) (- 3 A) = 6 W Jadi, kita melihat bahwa dua kasus sebenarnya sama: Acurrent dari + 3Aflowing ke terminal atas adalah sama dengan arus + 3A mengalir keluar dari terminal bawah, atau, sama, arus -3A mengalir ke terminal bawah. Mengacu pada Gambar. 2.13c, kita kembali menerapkan tanda konvensi pasif aturan dan menghitung daya yang diserap P = (4 V) (- 5 A) = -20 W Karena kita dihitung kekuatan diserap negatif, ini memberitahu kita bahwa elemen pada Gambar. 2.13c sebenarnya memasok 20 W (yaitu, itu adalah sumber energi). PRAKTEK ● 2.6 Tentukan daya yang diserap oleh elemen sirkuit di

Gambar. 2.14a. 2.7 Tentukan daya yang dihasilkan oleh elemen sirkuit di Gambar. 2.14b. 2.8 Tentukan daya yang dikirimkan ke elemen sirkuit di Gambar. 2.14c pada t = 5 ms. Ans: 880 mW; 6.65 W; -15,53 W. 2,3 • TEGANGAN DAN LANCAR SUMBER Menggunakan konsep arus dan tegangan, sekarang mungkin untuk lebih spesifik dalam mendefinisikan elemen sirkuit. Dengan demikian, penting untuk membedakan antara perangkat fisik itu sendiri dan model matematika yang akan kita gunakan untuk menganalisis perilaku di sirkuit. Model ini hanya perkiraan.Mari kita setuju bahwa kita akan menggunakan elemen ekspresi sirkuit untuk merujuk pada model matematika. Pilihan model tertentu untuk perangkat apapun nyata harus dibuat berdasarkan data eksperimen atau pengalaman; kita biasanya akan berasumsi bahwa pilihan ini telah dibuat. Untuk mempermudah, kami awalnya Pertimbangkan sirkuit dengan komponen ideal diwakili oleh model sederhana. Semua elemen rangkaian sederhana yang kita akan mempertimbangkan dapat diklasifikasikan menurut dengan hubungan arus melalui elemen dengan tegangan seluruh elemen. Misalnya, jika tegangan elemen adalah linear sebanding dengan arus yang melalui itu, kita akan memanggil elemen resistor. Jenis lain dari elemen rangkaian sederhana memiliki tegangan terminal yang sebanding dengan turunan dari arus terhadap waktu (induktor), atau dengan integral arus terhadap waktu (kapasitor). ada juga unsur di mana tegangan benar-benar independen dari arus, atau saat ini benar-benar independen dari tegangan; ini sumber-sumber independen disebut. Selanjutnya, kita perlu mendefinisikan khusus jenis sumber yang baik sumber tegangan atau arus tergantung pada tegangan saat ini atau di tempat lain di sirkuit; Sumber tersebut disebut sebagai sumber tergantung. Sumber Dependent digunakan banyak dalam elektronik untuk model baik dc dan ac perilaku transistor, terutama di rangkaian penguat. Sumber Tegangan Independen Elemen pertama akan kita perhatikan adalah sumber tegangan independen. The simbol sirkuit ditunjukkan pada Gambar. 2.15a; subscript s hanya mengidentifikasi tegangan sebagai "sumber" tegangan, dan umum, tetapi tidak diharuskan. independen sumber tegangan ditandai dengan tegangan terminal yang benar-benar independen dari arus melalui itu. Jadi, jika kita diberi sumber tegangan independen dan diberitahukan bahwa tegangan terminal 12V, maka kita selalu menganggap tegangan ini, terlepas dari mengalir saat ini. Sumber tegangan independen merupakan sumber ideal dan tidak mewakili persis perangkat fisik yang nyata, karena sumber yang ideal bisa secara teoritis memberikan jumlah tak terbatas energi dari terminal. ini ideal sumber tegangan, bagaimanapun, memberikan perkiraan yang layak untuk beberapa sumber tegangan praktis. Sebuah aki mobil, misalnya, memiliki tegangan 12 V terminal yang pada dasarnya tetap konstan selama arus yang melalui itu tidak melebihi beberapa ampere. Sebuah Mei saat kecil mengalir di kedua arah melalui baterai. Jika positif dan mengalir keluar dari terminal positif ditandai, maka baterai perabotan daya ke lampu, misalnya; jika saat ini positif dan mengalir ke positif terminal, maka baterai sedang diisi dengan menyerap energi dari

alternator.3 Sebuah outlet listrik rumah tangga biasa juga mendekati sebuah sumber tegangan independen, memberikan tegangan vs = 115 √ 2 cos 2π60t V; representasi ini berlaku untuk arus kurang dari 20 A atau lebih. Satu hal yang perlu mengulangi di sini adalah bahwa kehadiran tanda plus di ujung atas simbol untuk sumber tegangan independen pada Gambar. 2.15a tidak berarti bahwa terminal atas adalah numerik positif sehubungan dengan terminal yang lebih rendah. Sebaliknya, itu berarti bahwa terminal atas adalah vs volt positif sehubungan dengan rendah. Jika pada beberapa instant vs terjadi menjadi negatif, maka terminal atas adalah benar-benar negatif terhadap yang lebih rendah pada saat itu.Pertimbangkan panah saat berlabel "i" ditempatkan berdekatan dengan konduktor atas dari sumber seperti pada Gambar. 2.15b. I saat ini memasuki terminal di mana tanda positif terletak, tanda konvensi pasif puas, dan sumber sehingga menyerap daya p = vs i. Lebih sering daripada tidak, sumber diharapkan untuk memberikan daya ke jaringan, bukan untuk menyerapnya. Akibatnya, kita mungkin memilih untuk mengarahkan panah seperti pada Gambar. 2.15c sehingga vs saya akan mewakili kekuatan disampaikan oleh sumber. Secara teknis, baik panah arah dapat dipilih; bila memungkinkan, kita akan mengadopsi konvensi Gambar. 2.15c dalam teks ini untuk tegangan dan sumber arus, yang biasanya tidak dianggap perangkat pasif. Sebuah sumber tegangan independen dengan tegangan terminal konstan seringkali disebut sumber dc tegangan independen dan dapat diwakili oleh salah satu dari simbol yang ditampilkan pada Gambar. 2.16a dan b. Catatan pada Gambar. 2.16b bahwa ketika Struktur plat fisik baterai disarankan, semakin lama pelat ditempatkan di terminal positif; plus dan minus tanda-tanda lalu mewakili berlebihan notasi, tetapi mereka biasanya disertakan pula. Demi kelengkapan, simbol untuk sumber tegangan ac independen ditunjukkan pada Gambar. 2.16c. Independent Sumber Lancar Sumber ideal lain yang kita perlu adalah arus independen sumber. Di sini, arus melalui elemen benar-benar independen dari tegangan di atasnya. Simbol untuk sumber arus independen ditunjukkan pada Gambar. 2.17. Jika ini adalah konstan, kita sebut sumber sebuah dc independen sumber arus. Sebuah sumber ac saat ini sering diambil dengan tilde melalui panah, mirip dengan sumber tegangan ac ditunjukkan pada Gambar. 2.16c. Seperti sumber tegangan independen, sumber arus independen yang terbaik pendekatan yang wajar untuk elemen fisik. Secara teori dapat memberikan daya tak terbatas dari terminal karena menghasilkan hingga sama saat tegangan di atasnya, tidak peduli seberapa besar tegangan yang mungkin. Ini Namun, pendekatan yang baik untuk banyak sumber praktis, khususnya dalam sirkuit elektronik. Meskipun sebagian besar siswa tampak cukup senang dengan tegangan independen sumber memberikan tegangan tetap tetapi pada dasarnya saat apapun, itu adalah umum kesalahan untuk melihat sumber arus independen memiliki tegangan nol di terminal sambil memberikan arus tetap. Bahkan, kita tidak tahu a priori apa tegangan sumber arus akan-itu tergantung sepenuhnya di sirkuit yang terhubung. Sumber dependent Kedua jenis sumber ideal yang telah kita bahas sampai sekarang disebut sumber independen karena nilai kuantitas sumber tidak terpengaruh

dengan cara apapun oleh aktivitas di sisa sirkuit. Hal ini berbeda dengan belum jenis lain dari sumber yang ideal, yang tergantung, atau dikendalikan, sumber, di mana kuantitas sumber ditentukan oleh tegangan atau arus yang ada di beberapa lokasi lain dalam sistem yang dianalisis. Sumber seperti ini muncul dalam model listrik setara untuk banyak perangkat elektronik, seperti transistor, penguat operasional, dan sirkuit terpadu. untuk membedakan antara sumber dependen dan independen, kami memperkenalkan berlian simbol yang ditampilkan pada Gambar. 2.18. Dalam Gambar. 2.18a dan c, K adalah skala berdimensi konstan. Di Fig.2.18b, g adalah faktor skala dengan satuan A / V; pada Gambar. 2.18d, r adalah faktor skala dengan satuan V / A. The mengendalikan ix saat ini dan vx tegangan pengendali harus didefinisikan dalam rangkaian.Kelihatannya aneh pada awalnya memiliki sumber arus nilai yang tergantung pada tegangan, atau sumber tegangan yang dikendalikan oleh arus yang mengalir melalui beberapa elemen lain. Bahkan sumber tegangan tergantung pada remote tegangan dapat tampak aneh. Sumber seperti tidak ternilai untuk pemodelan kompleks sistem, bagaimanapun, membuat analisis aljabar sederhana. Contohnya termasuk arus drain dari transistor efek medan sebagai fungsi dari tegangan gerbang, atau tegangan output dari sirkuit terpadu analog sebagai fungsi tegangan input diferensial. Ketika ditemui selama sirkuit analisis, kita menuliskan seluruh ekspresi pengendalian untuk bergantung sumber seperti yang kita lakukan jika itu adalah nilai numerik yang melekat independen sumber. Ini sering mengakibatkan kebutuhan akan persamaan tambahan untuk melengkapi analisis tersebut, kecuali tegangan atau arus pengendali sudah salah satu yang tidak diketahui ditentukan dalam sistem kami persamaan. BAB 2 DASAR KOMPONEN AN 20 D ELECTRIC RANGKAIAN ■ Gambar 2.19 (a) Contoh sirkuit yang mengandung sumber tegangan tegangan-dikendalikan. (b) Tambahan informasi yang disertakan pada diagram. + - + - vL + - v2 + - 5V2 (a) + - + - vL + - v2 = 3 V + - 5V2 (b) ■ GAMBAR 2.20

Dalam rangkaian Gambar. 2.19a, jika υ2 diketahui 3 V, cari υL. Kami telah disediakan dengan diagram rangkaian sebagian berlabel dan informasi tambahan yang v2 = 3 V. ini mungkin layak menambah diagram kita, seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.19b. Selanjutnya kita melangkah mundur dan melihat informasi yang dikumpulkan. dalam memeriksa diagram sirkuit, kita melihat bahwa tegangan yang diinginkan vL adalah sama dengan tegangan sumber tergantung. Dengan demikian, vL = 5V2 Pada titik ini, kita akan dilakukan dengan masalah jika saja kita tahu v2! Kembali ke diagram kita, kita melihat bahwa kita benar-benar tahu v2-it ditentukan sebagai 3 V. Oleh karena itu kami menulis v2 = 3 Kami sekarang memiliki dua (sederhana) persamaan dalam dua variabel, dan memecahkan untuk menemukan vL = 15 V. Sebuah pelajaran penting pada tahap awal dari permainan ini adalah bahwa waktu yang diperlukan untuk benar-benar label diagram rangkaian selalu merupakan investasi yang baik. Sebagai langkah terakhir, kita harus kembali dan memeriksa lebih dari pekerjaan kami untuk memastikan bahwa hasilnya adalah benar. PRAKTEK ● 2.9 Carilah daya yang diserap oleh setiap elemen dalam rangkaian pada Gambar. 2.20. Jawab: (kiri ke kanan) -56 W; 16 W; -60 W; 160 W; -60 W.Tegangan dan arus sumber dependen dan independen adalah elemen aktif; mereka mampu memberikan kekuatan untuk beberapa perangkat eksternal. untuk saat ini kami akan memikirkan elemen pasif sebagai salah satu yang mampu hanya menerima daya. Namun, kita kemudian akan melihat bahwa beberapa elemen pasif mampu menyimpan sejumlah terbatas energi dan kemudian kembali energi yang kemudian berbagai perangkat eksternal; karena kita masih ingin memanggil elemen seperti pasif, akan diperlukan untuk memperbaiki dua definisi kami sedikit kemudian. Jaringan dan Sirkuit Interkoneksi dari dua atau lebih elemen rangkaian sederhana membentuk listrik jaringan. Jika jaringan berisi setidaknya satu lintasan tertutup, juga merupakan rangkaian listrik. Catatan: Setiap rangkaian jaringan, tetapi tidak semua jaringan yang sirkuit (lihat Gambar. 2.21)! BAGIAN 2.3 TEGANGAN DAN LANCAR SUMBER 21 ■ Gambar 2.21 (a) Sebuah jaringan yang tidak sirkuit. (b) Sebuah jaringan yang sirkuit. vs (a) + - (b) + - vs Sebuah jaringan yang mengandung setidaknya satu elemen aktif, seperti independen tegangan atau sumber arus, adalah jaringan yang aktif. Anetwork yang tidak mengandung elemen aktif adalah jaringan pasif. Kita sekarang telah mendefinisikan apa yang kita maksud dengan elemen sirkuit panjang, dan kami telah menyajikan definisi dari beberapa elemen sirkuit tertentu, tegangan independen dan dependen dan sumber arus. Sepanjang sisa buku kita akan mendefinisikan hanya lima elemen sirkuit tambahan: resistor, induktor, kapasitor, trafo, dan penguat operasional yang ideal

("Op amp," untuk pendek). Ini semua adalah elemen yang ideal. Mereka adalah penting karena kita dapat menggabungkan mereka ke dalam jaringan dan sirkuit yang mewakili nyata perangkat seakurat yang kita butuhkan. Dengan demikian, transistor ditunjukkan pada Gambar. 2.22a dan b dapat dimodelkan oleh vgs terminal tegangan yang ditunjuk dan single sumber arus tergantung dari Gambar. 2.22c. Perhatikan bahwa saat ini tergantung sumber menghasilkan arus yang tergantung pada tegangan di tempat lain di sirkuit. Parameter gm, sering disebut sebagai transkonduktansi, adalah dihitung dengan menggunakan transistor-spesifik rincian serta titik operasi ditentukan oleh rangkaian terhubung ke transistor. Hal ini umumnya kecil nomor, di urutan 10-2 untuk mungkin 10A / V. Model ini bekerja dengan cukup baik asalkan frekuensi sumber sinusoidal yang tidak sangat besar atau sangat kecil; Model dapat dimodifikasi untuk memperhitungkan tergantung pada frekuensiefek dengan memasukkan elemen sirkuit yang ideal tambahan seperti resistor dan kapasitor. Mirip (tapi jauh lebih kecil) transistor biasanya merupakan satu-satunya sebagian kecil dari sirkuit terpadu yang mungkin kurang dari 2 mm x 2 mm persegi dan 200 pM tebal dan belum berisi beberapa ribu transistor ditambah berbagai resistor dan kapasitor. Dengan demikian, kita mungkin memiliki perangkat fisik yang adalah tentang ukuran satu huruf pada halaman ini tetapi membutuhkan model terdiri dari sepuluh ribu elemen rangkaian sederhana yang ideal. Kami menggunakan konsep "sirkuitpemodelan "di sejumlah topik teknik listrik tertutup lainnya kursus, termasuk elektronik, konversi energi, dan antena. 2,4 • HUKUM OHM'S Sejauh ini, kami telah diperkenalkan untuk kedua tegangan dependen dan independen dan sumber arus dan memperingatkan bahwa mereka ideal elemen aktif yang hanya bisa didekati dalam rangkaian nyata. Kami sekarang siap untuk memenuhi unsur ideal lain, resistor linear. Resistor adalah yang paling sederhana elemen pasif, dan kita mulai diskusi kita dengan mempertimbangkan pekerjaan dari seorang fisikawan Jerman jelas, Georg Simon Ohm, yang menerbitkan sebuah pamflet pada tahun 1827 yang menggambarkan hasil dari salah satu upaya pertama untuk mengukur arus dan tegangan, dan untuk menggambarkan dan menghubungkannya matematis. satu hasilnya adalah pernyataan tentang hubungan mendasar yang sekarang kita sebut Ohm hukum, meskipun sejak saat itu telah menunjukkan bahwa hasil ini ditemukan 46 tahun sebelumnya di Inggris oleh Henry Cavendish, seorang semirecluse brilian. Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan bahan melakukan secara langsung sebanding dengan arus yang mengalir melalui materi, atau v = Ri [4] dimana konstanta proporsionalitas R disebut perlawanan. Unit resistensi adalah ohm, yaitu 1 V / A dan lazim disingkat oleh omega modal,?.Ketika persamaan ini diplot pada i-versus-v sumbu, grafik adalah lurus garis yang melewati titik asal (Gambar. 2.23). Persamaan [4] adalah persamaan linear, dan kami akan menganggapnya sebagai definisi resistor linear. Resistance adalah biasanya dianggap sebagai kuantitas positif, meskipun resistensi negatif dapat disimulasikan dengan sirkuit khusus. Sekali lagi, harus ditekankan bahwa resistor linear adalah ideal elemen rangkaian; itu hanya model matematika dari, perangkat fisik yang nyata. "Resistor" dapat dengan mudah dibeli atau diproduksi, tetapi segera ditemukan bahwa rasio tegangan-arus perangkat fisik ini cukup konstan hanya dalam rentang tertentu dari arus, tegangan, atau daya, dan tergantung

juga pada temperatur dan faktor lingkungan lainnya. Kami biasanya mengacu pada resistor linear hanya sebagai resistor; resistor yang nonlinear akan selalu digambarkan seperti itu. Resistor nonlinear seharusnya tidak harus dianggap elemen yang tidak diinginkan. Meskipun benar bahwa kehadiran mereka mempersulit analisis, kinerja perangkat mungkin tergantung pada atau menjadi sangat ditingkatkan dengan non-linear. Misalnya, sekering untuk proteksi arus dan Zener dioda untuk regulasi tegangan yang sangat nonlinear di alam, fakta yang dieksploitasi ketika menggunakan mereka dalam desain sirkuit. daya Serap Gambar 2.24 menunjukkan beberapa paket resistor yang berbeda, serta yang paling simbol sirkuit umum digunakan untuk resistor. Sesuai dengan tegangan, saat ini, dan konvensi listrik sudah diadopsi, produk v dan i memberikan daya yang diserap oleh resistor. Artinya, v dan i dipilih untuk memenuhi tanda konvensi pasif. Daya yang diserap muncul secara fisik BAGIAN 2.4 OHM HUKUM 23 ■ GAMBAR hubungan 2.23 Lancar tegangan untuk Contoh 2? resistor linear. Perhatikan kemiringan garis 0.5 A / V, atau 500 m ?? 1. 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V (volt) I (ampere) ■ Gambar 2.24 (a) Beberapa paket umum resistor. (b) A 560? daya resistor peringkat hingga 50 W. (c) 5% toleransi 10-teraohm (10.000.000.000.000?) Resistor diproduksi oleh Ohmcraft. (d) simbol Circuit untuk resistor, berlaku untuk semua perangkat di (a) sampai (c).sebagai panas dan / atau cahaya dan selalu positif; a (positif) resistor pasif elemen yang tidak dapat memberikan daya atau menyimpan energi. ekspresi alternatif untuk daya yang diserap adalah p = vi = i 2R = v2 / R [5] Salah satu penulis (yang akan tetap anonim) memiliki malang pengalaman secara tidak sengaja menghubungkan 100?, 2 Wcarbon resistor di 110 V sumber. The berikutnya api, asap, dan fragmentasi yang agak membingungkan, menunjukkan dengan jelas bahwa resistor praktis memiliki pasti batas kemampuannya untuk berperilaku seperti model linier yang ideal. Dalam hal ini, malang resistor dipanggil untuk menyerap 121 W; karena itu dirancang untuk hanya menangani 2 W, reaksinya dimengerti kekerasan. BAB 2 KOMPONEN DASAR DAN RANGKAIAN LISTRIK CONTOH 2.3 The 560? resistor ditunjukkan pada Gambar. 2.24b terhubung ke sirkuit yang menyebabkan arus 42,4 mA mengalir melalui itu. Hitung tegangan di resistor dan kekuatan itu menghilang. Tegangan resistor diberikan oleh hukum Ohm: v = Ri = (560) (0,0424) = 23,7 V Kekuatan hilang dapat dihitung dengan beberapa cara berbeda. untuk misalnya,

p = vi = (23.7) (0,0424) = 1,005 W Atau, p = v2 / R = (23.7) 2/560 = 1,003 W atau p = i = 2r (0,0424) 2 (560) = 1,007 W Kami mencatat beberapa hal. Pertama, kita menghitung kekuatan dalam tiga cara yang berbeda, dan kita tampaknya telah memperoleh tiga jawaban yang berbeda! Pada kenyataannya, bagaimanapun, kami mengitari tegangan untuk tiga signifikan digit, yang akan berdampak pada keakuratan segala yang kita kuantitas berikutnya menghitung dengan itu. Dengan pemikiran ini, kita melihat bahwa jawaban menunjukkan wajar Perjanjian (dalam 1%). Titik lain yang patut dicatat adalah bahwa resistor berperingkat 50 W karena kita hanya menghamburkan sekitar 2% dari nilai ini, resistor tidak dalam bahaya overheating. PRAKTEK ● Dengan mengacu pada Gambar. 2.25, menghitung berikut: 2.10 R jika saya = -2 μA dan v = -44 V. 2.11 daya yang diserap oleh resistor jika v = 1 V dan R = 2 kΩ. 2.12 daya yang diserap oleh resistor jika i = 3 nA dan R = 4,7 MQ. Ans: 22 M ?; 500 μW; 42.3 PW. ■ GAMBAR 2.25Secara teknis, materi (kecuali untuk superkonduktor) akan memberikan perlawanan terhadap aliran arus. Seperti dalam semua sirkuit teks pengantar, namun, kami diam-diam mengasumsikan bahwa kabel muncul dalam diagram sirkuit memiliki nol perlawanan. Ini berarti bahwa tidak ada perbedaan potensial antara ujung kawat, dan karenanya tidak ada kekuasaan diserap atau panas yang dihasilkan. Meskipun biasanya tidak asumsi tidak masuk akal, itu tidak mengabaikan pertimbangan praktis ketika memilih diameter kawat yang sesuai untuk aplikasi tertentu. Resistensi ditentukan oleh (1) resistivitas melekat dari bahan dan (2) geometri perangkat. resistivitas, diwakili oleh simbol ρ, adalah ukuran kemudahan dengan mana elektron dapat melakukan perjalanan melalui bahan tertentu. Karena rasio medan listrik (V / m) ke densitas arus yang mengalir dalam materi (A / m2), unit umum ρ adalah? · m, meskipun awalan metrik sering digunakan. Setiap materi memiliki yang berbeda resistivitas yang melekat, yang tergantung pada suhu. Beberapa contoh ditunjukkan pada Tabel 2.3; seperti dapat dilihat, ada variasi kecil antara berbagai jenis tembaga (kurang dari 1%), tetapi perbedaan yang sangat besar antara logam yang berbeda. Secara khusus, meskipun secara fisik lebih kuat dari tembaga, kawat baja beberapa kali lebih resistif. Dalam beberapa diskusi teknis, itu lebih umum untuk melihat konduktivitas (dilambangkan dengan σ) dari APLIKASI PRAKTIS Wire Gauge

? (cm) arah aliran arus Cross-sectional daerah = A cm2 Tahanan =? ?? cm ■ GAMBAR 2.26 Definisi parameter geometris yang digunakan untuk menghitung resistensi dari kawat. Resistivitas material diasumsikan spasial seragam. bahan dikutip, yang hanya kebalikan dari resistivitas. Hambatan dari objek tertentu diperoleh dengan mengalikan tahanan oleh panjang? resistor dan membaginya dengan luas penampang (A) seperti pada Pers. [6]; parameter ini diilustrasikan pada Gambar. 2.26. R = ρ ? A [6] TABEL ● 2.3 Umum Listrik Bahan Kawat dan Resistivitas * Resistivitas pada 20 ° C ASTM Spesifikasi ** Temper dan Shape (μ? · Cm) B33 Tembaga, kaleng bulat, lembut 1,7654 B75 Tembaga, tabung, lembut, DARI tembaga 1,7241 B188 Tembaga, tabung bus keras, empat persegi panjang atau persegi 1,7521 B189 Tembaga, lembut, bulat 1,7654 berlapis timbal B230 Aluminium, keras, bulat 2,8625 B227 Tembaga-berlapis baja, keras, bulat, 4,3971 kelas 40 HS B355 Tembaga, lembut, bulat 1,9592 berlapis nikel kelas 10 B415 Aluminium-berlapis baja, keras, bulat 8,4805 * CB Rawlins, "bahan Konduktor," Standar Buku Pedoman Teknik Elektro, 13 ed., DG Fink dan HW Beaty, eds. New York: McGraw-Hill, 1993, pp 4-4 sampai 4 -8.. ** American Society of Testing dan Material. (Bersambung ke halaman berikutnya) Kami menentukan resistivitas ketika kita memilih bahan dari mana untuk mengarang kawat dan mengukur suhu lingkungan aplikasi. karena jumlah terbatas daya yang diserap oleh kawat karena yang resistensi, arus mengarah ke produksi panas. Kabel tebal memiliki resistensi yang lebih rendah dan juga menghilang panas lebih mudah tapi lebih berat, mengambil volume yang lebih besar, dan lebih mahal. Dengan demikian, kita dimotivasi oleh pertimbangan praktis untuk memilih kawat terkecil yangdapat dengan aman melakukan pekerjaan, bukan hanya memilih kawat terbesar berdiameter tersedia dalam upaya untuk meminimalkan kerugian resistif. The American Wire Gauge (AWG) adalah sistem standar menentukan ukuran kawat. Dalam memilih mengukur kawat, AWG lebih kecil sesuai dengan kawat yang lebih besar

diameter; tabel disingkat alat pengukur umum adalah diberikan dalam Tabel 2.4. Api lokal dan kode keamanan listrik biasanya mendikte mengukur diperlukan untuk jaringan kabel tertentu aplikasi, berdasarkan arus maksimum yang diharapkan sebagai serta di mana kabel akan berlokasi. TABEL ● 2.4 Beberapa Common Kawat Gauge dan Ketahanan (Soft) Padat Tembaga * Konduktor Ukuran (AWG) Cross-Sectional Serikat (mm2) Ohms per 1.000 ft pada 20 ° C 28 0,0804 65,3 24 0.205 25,7 22 0.324 16,2 18 0,823 6.39 14 2.08 2.52 12 3.31 1.59 6 13,3 0,3952 4 21.1 0,2485 2 33.6 0,1563 * CB Rawlins et al., Standard Buku Pedoman Teknik Elektro, 13 ed., DG Fink dan HW Beaty, eds. New York: McGraw-Hill, 1993, hal. 4-47. CONTOH 2.4 Sebuah link daya dc harus dibuat antara dua pulau yang dipisahkan oleh jarak 24 mil. Tegangan operasi adalah 500 kV dan sistem kapasitas 600 MW. Hitung dc maksimum arus, dan memperkirakan resistivitas kabel, dengan asumsi diameter 2,5 cm dan padat (tidak terdampar) kawat. Membagi daya maksimum (600 MW, atau 600 × 106 W) oleh tegangan operasi (500 kV, atau 500 × 103 V) menghasilkan arus maksimum 600 × 106 500 × 103 = 1.200 A Hambatan kabel hanyalah rasio tegangan dengan arus, atau Rcable = 500 × 103 1200 = 417?Untuk resistor linear rasio saat ini untuk tegangan juga konstan i v = 1 R = G [7] di mana G disebut konduktansi. Satuan SI konduktansi adalah siemens (S), 1 A / V. Yang lebih tua, satuan tidak resmi untuk konduktansi adalah mho tersebut, yang sering disingkat sebagai dan masih kadang-kadang ditulis sebagai? -1. Anda kadang-kadang akan melihatnya digunakan pada beberapa diagram sirkuit, serta di katalog dan teks. Simbol sirkuit yang sama (Gambar. 2.24d) digunakan untuk mewakili kedua resistensi dan konduktansi. Daya yang diserap lagi tentu

positif dan dapat dinyatakan dalam konduktansi dengan p = vi = V2G = i 2 G [8] Jadi 2? resistor memiliki konduktansi dari 12S, dan jika arus dari 5 A adalah mengalir melalui itu, maka tegangan 10 V hadir di terminal dan kekuatan 50 Wis diserap. Semua ekspresi yang diberikan sejauh ini dalam bagian ini ditulis dalam istilah arus sesaat, tegangan, dan daya, seperti v = iR dan p = vi. Kita harus ingat bahwa ini adalah notasi singkat untuk v (t) = Ri (t) dan p (t) = v (t) i (t). Arus yang melalui dan tegangan resistor harus keduanya bervariasi dengan waktu dengan cara yang sama. Jadi, jika R = 10? dan v = 2 sin 100t V, maka i = 0,2 sin 100t A. Perhatikan bahwa kekuasaan yang diberikan oleh 0,4 sin2 100t W, dan sketsa sederhana akan menggambarkan sifat yang berbeda dari variasi dengan waktu. Meskipun arus dan tegangan masing-masing negatif selama interval waktu tertentu, daya yang diserap tidak pernah negatif! Resistance dapat digunakan sebagai dasar untuk mendefinisikan dua umum digunakan istilah, sirkuit pendek dan circuit.We terbuka mendefinisikan hubungan pendek sebagai perlawanan nol ohm; kemudian, karena v = iR, tegangan arus pendek harus menjadi nol, meskipun saat ini mungkin memiliki nilai apapun. Dalam cara yang sama, ? Kita tahu panjang: ? = (24 mil) ? 5280 ft 1 km ?? 12 di 1 ft ?? 2.54 cm 1 di ? = 3.862.426 cm Mengingat bahwa sebagian besar informasi kami tampaknya berlaku hanya dua yang signifikan angka, kami akan mengumpulkan ini menjadi 3,9 × 106 cm. Dengan diameter kabel ditetapkan sebagai 2,5 cm, kita tahu yang cross-sectional area 4,9 cm2. Dengan demikian, ρcable = Rcable A ? = 417 ? 4.9 3,9 × 106 ? = 520 μ? · Cm PRAKTEK ● 2.13 A 500 kaki panjang 24 AWG kawat tembaga lembut membawa arus 100 mA. Apa tegangan jatuh di kawat?kita mendefinisikan rangkaian terbuka sebagai resistansi tak terbatas. Ini mengikuti dari hukum Ohm bahwa saat ini harus nol, terlepas dari tegangan rangkaian terbuka. Meskipun kabel nyata memiliki resistensi kecil yang terkait dengan mereka, kita selalu

menganggap mereka memiliki ketahanan nol kecuali dinyatakan khusus. Dengan demikian, dalam semua skema sirkuit kami, kabel yang diambil untuk menjadi sirkuit pendek yang sempurna. RINGKASAN DAN REVIEW Dalam bab ini, kami memperkenalkan topik unit - khususnya yang relevan untuk sirkuit-dan listrik hubungan mereka dengan dasar (SI) unit. Kami sumber arus dan arus juga dibahas, tegangan dan tegangan sumber, dan fakta bahwa produk dari tegangan dan arus listrik hasil (tingkat konsumsi energi atau generasi). Karena daya dapat bersifat positif atau negatif tergantung pada arah dan arus tegangan polaritas, pasif Tanda konvensi digambarkan untuk memastikan kita selalu tahu apakah sebuah elemen menyerap atau memasok energi ke seluruh rangkaian. empat tambahan sumber diperkenalkan, membentuk kelas umum dikenal sebagai tergantung sumber. Mereka sering digunakan untuk model sistem yang kompleks dan komponen listrik, tetapi nilai sebenarnya dari tegangan atau arus yang diberikan biasanya diketahui sampai seluruh rangkaian dianalisis. Kami menyimpulkan bab dengan resistor-jauh yang paling umum sirkuit elemen-yang tegangan dan saat ini berhubungan linier (dijelaskan oleh hukum Ohm). Sedangkan resistivitas material merupakan salah satu sifat mendasar (diukur dalam? · cm), resistensi menggambarkan properti perangkat (diukur dalam?) dan karenanya tergantungtidak hanya pada resistivitas tetapi pada geometri perangkat (yaitu, panjang dan area) juga. Kami menyimpulkan dengan poin-poin penting dari bab ini untuk meninjau, bersama dengan tepat contoh. ❑ Sistem unit yang paling umum digunakan dalam teknik listrik adalah SI. ❑ Arah di mana muatan positif bergerak adalah arah arus positif; alternatif, arus positif dalam arah yang berlawanan yang bergerak elektron. ❑ Untuk menentukan saat ini, baik nilai dan arah harus diberikan. Arus biasanya dilambangkan dengan huruf besar "I" untuk terus-menerus (dc) nilai-nilai, dan baik i (t) atau hanya saya sebaliknya. ❑ Untuk menentukan tegangan melintasi elemen, perlu untuk label terminal dengan "+" dan "-" tanda-tanda serta memberikan nilai (baik simbol aljabar atau nilai numerik). ❑ Setiap elemen dikatakan untuk memasok listrik positif jika arus positif keluar dari terminal tegangan positif. Setiap elemen menyerap positif kekuasaan jika positif saat mengalir ke terminal tegangan positif. (Contoh 2.1) ❑ Ada enam sumber: sumber tegangan independen, mandiri sumber arus, sumber arus tergantung arus dikontrol, tegangan yang dikendalikan sumber arus tergantung, tegangan-dikendalikan yang sumber tegangan tergantung, dan tegangan tergantung arus yang dikendalikan sumber. (Contoh 2.2) BAB 2 KOMPONEN DASAR DAN RANGKAIAN LISTRIK Perhatikan bahwa arus diwakili oleh i atau i (t) dapat konstan (dc) atau waktu-bervariasi, namun arus diwakili dengan simbol saya harus non-waktu yang berbeda-beda.❑ Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan resistor linear secara langsung sebanding dengan arus yang mengalir melalui itu; yaitu, v = Ri. (Contoh 2.3) ❑ Kekuatan dihamburkan oleh resistor (yang mengarah ke produksi

panas) diberikan oleh p = vi = i 2R = v2 / R. (Contoh 2.3) ❑ Kabel biasanya diasumsikan memiliki resistensi nol dalam analisis rangkaian. Ketika memilih mengukur kawat untuk aplikasi tertentu, bagaimanapun, lokal kode listrik dan api harus dikonsultasikan. (Contoh 2.4) MEMBACA LEBIH LANJUT Sebuah buku yang bagus yang membahas sifat dan pembuatan resistor di kedalaman yang cukup: Felix Zandman, Paul-René Simon, dan Joseph Szwarc, Resistor Teori dan Teknologi. Raleigh, N.C .: SciTech Publishing, 2002. Baik semua tujuan-teknik listrik buku pegangan: Donald G. Fink dan H. Wayne Beaty, Standar Buku Pedoman Listrik Insinyur, 13 ed, New York:. McGraw-Hill, 1993. Secara khusus, hal. 1-1 untuk 1-51, 2-8 untuk 2-10, dan 4-2 untuk 4-207 memberikan pengobatan topik yang terkait dengan yang dibahas dalam bab ini secara mendalam. Sebuah referensi rinci untuk SI tersedia di Web dari National Institute of Standar: Ambler Thompson dan Barry N. Taylor, Panduan untuk Penggunaan Sistem Internasional Satuan (SI), NIST Khusus Publikasi 811, 2008 edition, www.nist.gov. LATIHAN 2.1 Unit dan Timbangan 1 Mengkonversi berikut untuk notasi rekayasa: (a) 0.045 W (b) 2000 PJ (c) 0,1 ns (d) 39,212 sebagai (e) 3? (F) 18.000 m (g) 2,500,000,000,000 bit (h) 1015 atom / cm3 2 Mengkonversi berikut untuk notasi rekayasa: (a) 1230 fs (b) 0,0001 decimeter (c) 1400 mK (d) 32 nm (e) 13,560 kHz (f) 2021 micromoles (g) 13 deciliters (h) 1 hectometer 3 Nyatakan berikut dalam unit teknik: (a) 1212 mV (b) 1011 pA (c) 1000 yoctoseconds (d) 33,9997 zeptoseconds (e) 13,100 atosekon (f) 10-14 zettasecond (g) 10-5 detik (h) 10-9 Gs 4. Memperluas jarak berikut meter sederhana: (a) 1 Zm (b) 1 Em (c) 13:00 (d) 1 Tm (e) 1 Gm (f) 1 Mm LATIHAN 295. Mengkonversi berikut untuk satuan SI, berhati-hati untuk menggunakan teknik yang tepat notasi: (a) 212 ° F (b) 0 ° F (c) 0 K (d) 200 hp (e) 1 yard (f) 1 km 6 Mengkonversi berikut untuk satuan SI, berhati-hati untuk menggunakan teknik yang tepatnotasi: (a) 100? C (b) 0? C (c) 4,2 K (d) 150 hp (e) 500 Btu (f) 100 J / s 7 Sebuah laser kripton fluorida tertentu menghasilkan 15 ns pulsa panjang, masing-masing mengandung 550 mJ energi. (a) Hitunglah puncak daya output sesaat laser. (b) Jika sampai 100 pulsa dapat dihasilkan per detik, menghitung

output daya rata-rata maksimum laser. 8 Ketika dioperasikan pada panjang gelombang 750 nm, a Ti tertentu: safir laser mampu memproduksi pulsa sesingkat 50 fs, masing-masing dengan kandungan energi 500 μJ. (a) Hitunglah output daya sesaat dari laser. (b) Jika laser mampu tingkat pengulangan pulsa 80 MHz, menghitung maksimal output daya rata-rata yang dapat dicapai. 9. kendaraan listrik digerakkan oleh motor tunggal dinilai di 40 hp. Jika motor terus berjalan selama 3 jam pada output maksimum, menghitung energi listrik dikonsumsi. Nyatakan jawaban Anda dalam satuan SI menggunakan notasi rekayasa. Sel surya 10 Dalam kondisi insolation dari 500 W / m2 (sinar matahari langsung), dan 10% efisiensi (didefinisikan sebagai rasio dari daya keluaran listrik untuk insiden surya daya), menghitung luas diperlukan untuk photovoltaic (solar cell) array yang mampu menjalankan kendaraan di Exer. 9 pada setengah kekuatan. 11 Sebuah generator oksida logam tertentu nanowire piezoelektrik mampu memproduksi 100 PW listrik yang dapat digunakan dari jenis gerak yang diperoleh dari orang joging pada kecepatan yang moderat. (a) Berapa banyak perangkat nanowire adalah diperlukan untuk mengoperasikan pemutar MP3 pribadi yang menarik 1 WOF kekuasaan? (b) Jika kawat nano dapat diproduksi dengan kepadatan 5 perangkat per mikron persegi langsung ke sepotong kain, apa daerah diperlukan, dan itu akan praktis? 12. Sebuah utilitas listrik tertentu biaya pelanggan tarif yang berbeda tergantung pada mereka tingkat harian konsumsi energi: $ 0,05 / kWh hingga 20 kWh, dan $ 0,10 / kWh untuk semua penggunaan energi di atas 20 kWh dalam jangka waktu 24 jam. (a) Hitung berapa banyak 100 lampu Wlight dapat dijalankan terus-menerus selama kurang dari $ 10 per minggu. (b) Hitung biaya energi setiap hari jika 2.000 kW digunakan terus menerus. 13. Miring Windmill Listrik Koperasi LLC Inc telah melembagakan skema harga diferensial yang bertujuan untuk mendorong pelanggan untuk menghemat penggunaan listrik pada siang hari, ketika permintaan bisnis lokal berada pada titik tertinggi. Jika harga per kilowatthour adalah $ 0,033 antara jam 09:00 dan 06:00, dan $ 0,057 untuk setiap saat lain, berapa banyak biaya untuk menjalankan 2,5 kWpemanas portabel terus menerus selama 30 hari? 14. Dengan asumsi populasi dunia adalah 9 miliar orang, masing-masing menggunakan sekitar 100 daya WOF terus-menerus sepanjang hari, menghitung total luas lahan yang harus disisihkan untuk pembangkit listrik fotovoltaik, dengan asumsi 800 W / m2 kejadian tenaga surya dan efisiensi konversi (sinar matahari untuk listrik) dari 10%. 2.2 Charge, Current, Tegangan, dan Power 15 Muatan total yang mengalir dari salah satu ujung kawat tembaga kecil dan menjadi perangkat yang tidak dikenal ditentukan untuk mengikuti hubungan q (t) = 5e-t / 2 C, dimana t dinyatakan dalam detik. Hitung arus yang mengalir ke dalam perangkat, mengambil catatan dari tanda. 16 Arus yang mengalir ke dalam memimpin kolektor persimpangan bipolar tertentu transistor (BJT) diukur menjadi 1 nA. Jika tidak ada biaya dipindahkan atau keluar dari memimpin kolektor sebelum t = 0, dan arus mengalir selama 1 menit, menghitung total biaya yang menyeberang ke kolektor.17. total muatan yang tersimpan pada isolasi pelat 1 cm diameter adalah -1013 C. (a) Berapa banyak elektron di piring? (b) Berapakah densitas dari elektron (jumlah elektron per meter persegi)? (c) Jika elektron tambahan ditambahkan ke piring dari sumber eksternal sebesar 106 elektron per kedua, apa besarnya arus yang mengalir antara sumber dan piring? 18. Sebuah perangkat misterius yang ditemukan di laboratorium lupa terakumulasi biaya pada

Tingkat ditentukan oleh q ekspresi (t) = 9-10t C dari saat itu diaktifkan. (a) Hitung total biaya yang terkandung dalam perangkat pada t = 0. (b) Hitung total biaya yang terkandung pada t = 1 s. (c) Tentukan arus mengalir ke perangkat pada t = 1 s, 3 s, dan 10 s. 19 Sebuah jenis baru dari perangkat muncul untuk mengumpulkan biaya sesuai dengan ekspresi q (t) = 10t2 -22t mC (t dalam s). (a) Dalam interval 0 ≤ t <5 s, pada waktu apa tidak arus yang mengalir ke dalam perangkat sama dengan nol? (b) q Sketch (t) dan i (t) lebih dari interval 0 ≤ t <5 s. 20 Arus yang mengalir melalui bola lampu tungsten-filamen bertekad untuk ikuti i (t) = 114 sin (100πt) A. (a) Selama interval yang ditentukan oleh t = 0 dan t = 2 s, berapa kali melakukan sama dengan nol ampere saat ini? (b) Berapa banyak muatan diangkut melalui lampu di detik pertama? 21. gelombang saat ini digambarkan dalam Gambar. 2.27 ditandai dengan jangka waktu 8 s. (a) Berapakah nilai rata-rata saat ini lebih dari satu periode? (b) Jika q (0) = 0, q sketsa (t), 0 <t <20 s. LATIHAN 31 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 i (t) t (s) 1 -1 - 2 - 3 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 i (t) t (s) ■ GAMBAR 2.27 Contoh arus waktu bervariasi. 22. gelombang saat ini digambarkan dalam Gambar. 2.28 ditandai dengan periode 4 s. (a) Berapakah nilai rata-rata saat ini lebih dari satu periode? (b) Hitunglah saat ini rata-rata selama interval 1 <t <3 s. (c) Jika q (0) = 1 C, sketsa q (t), 0 <t <4 s. ■ GAMBAR 2.28 Contoh arus waktu bervariasi.23 Jalan di sekitar sirkuit listrik tertentu memiliki titik diskrit berlabel A, B, C, dan D. Untuk memindahkan elektron dari titik A ke C membutuhkan 5 PJ. Untuk memindahkan elektron dari B ke C membutuhkan 3 PJ. Untuk memindahkan elektron dari A ke D membutuhkan 8 PJ. (a) Apa perbedaan potensial (dalam volt) antara titik B dan C, asumsi "+" referensi di C? (b) Apa perbedaan potensial (dalam volt) antara titik B dan D, dengan asumsi "+" referensi di D? (c) Apakah beda potensial (dalam volt) antara titik A dan B (sekali lagi, dalam volt), asumsi "+" referensi di B? 24. Dua terminal logam menonjol dari perangkat. Terminal di sebelah kiri adalah referensi positif untuk tegangan disebut vx (terminal lain adalah negatif

referensi). Terminal di sebelah kanan adalah referensi positif untuk tegangan disebut vy (terminal lainnya adalah referensi negatif). Jika dibutuhkan 1 mJ dari energi untuk mendorong elektron tunggal ke dalam terminal kiri, menentukan tegangan vx dan vy. 25. konvensi untuk voltmeter adalah dengan menggunakan kabel hitam untuk referensi negatif terminal dan kabel merah untuk terminal referensi positif. (a) Jelaskan mengapa dua kabel yang diperlukan untuk mengukur tegangan. (b) Jika gelap dan kabel ke voltmeter swap oleh kecelakaan, apa yang akan terjadi selama berikutnya pengukuran? 26. Tentukan daya yang diserap oleh masing-masing unsur pada Gambar. 2.29. 27. Tentukan daya yang diserap oleh masing-masing unsur pada Gambar. 2.30. 32 BAB 2 KOMPONEN DASAR DAN RANGKAIAN LISTRIK (a) (b) (c) 1 V 10 mA + - + - + - 1 pA 6 V 2 A 2 A 10 V ■ GAMBAR 2.29 Elemen untuk Exer. 26. (a) + - - + 2 V 2 V 1 A (b) (c) -16e-T V (t = 500 ms) 8e-t mA 10-3 i1 (i1 = 100 mA) + - ■ GAMBAR 2.30 Elemen untuk Exer. 27. 28 A arus konstan dari 1 ampere diukur mengalir ke referensi positif terminal sepasang lead yang tegangan kita sebut vp. Hitung diserap daya pada t = 1 s jika vp (t) sama dengan (a) +1 V; (b) -1 V; (c) 2 + 5 cos (5t) V; (d) 4e-2t V, (e) Jelaskan pentingnya nilai negatif untuk diserap kekuasaan.30. arus-tegangan karakteristik sel surya silikon terkena langsung sinar matahari pada siang hari di Florida selama tengah musim panas diberikan pada Gambar. 2.32. Hal ini diperoleh dengan menempatkan resistor yang berbeda ukuran di dua terminal yang perangkat dan mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan. (a) Berapakah nilai dari arus sirkuit pendek?

(b) Berapakah nilai tegangan pada rangkaian terbuka? (c) Estimasikan daya maksimum yang dapat diperoleh dari perangkat. LATIHAN 33 0,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.125 0.250 0.375 0.500 Tegangan (V) Arus (A) ■ GAMBAR 2.32 29. Tentukan daya yang disediakan oleh elemen paling kiri pada rangkaian Gambar. 2.31. 8 V - + Vx 5Vx + - + VR - A ■ GAMBAR 2.33 2.3 Tegangan dan Sumber Lancar 31. Beberapa sumber yang ideal di sirkuit Gambar. 2.31 memasok positif kekuasaan, dan lain-lain menyerap kekuatan positif. Tentukan yang mana, dan menunjukkan bahwa jumlah aljabar daya yang diserap oleh setiap elemen (berhati-hati untuk melestarikan tanda-tanda) sama dengan nol. 32. Dengan pengukuran hati-hati itu ditentukan bahwa laser ion argon benchtop adalah mengkonsumsi (menyerap) 1,5 kW tenaga listrik dari stopkontak, namun hanya memproduksi 5 WOF daya optik. Dimana daya yang tersisa pergi? Apakah tidak konservasi energi memerlukan dua kuantitas harus sama? 33. Lihat rangkaian direpresentasikan pada Gambar. 2.33, sambil mengingatkan bahwa arus yang sama mengalir melalui setiap elemen. Sumber tergantung tegangan yang dikendalikan menyediakan arus yang 5 kali lebih besar tegangan Vx. (a) Untuk VR = 10 V dan Vx = 2 V, menentukan daya yang diserap oleh masing-masing elemen. (b) Apakah elemen A kemungkinan sumber pasif atau aktif? Jelaskan. 2 V + - - + 2 A 5 A + - -3 A 10 V 8 V -4 A 10 V - + + -

34. Lihat rangkaian direpresentasikan pada Gambar. 2.33, sambil mengingatkan bahwa arus yang sama mengalir melalui setiap elemen. Sumber tergantung tegangan yang dikendalikan menyediakan arus yang 5 kali lebih besar tegangan Vx. (a) Untuk VR = 100 V dan Vx = 92 V, menentukan daya yang disediakan oleh masing-masing elemen. (b) Pastikan bahwa aljabar jumlah kekuatan yang diberikan sama dengan nol. 35. sirkuit digambarkan dalam Gambar. 2.34 berisi sumber arus dependen; yang besar dan arah itu persediaan saat ini secara langsung ditentukan oleh tegangan berlabel v1. Perhatikan bahwa oleh karena i2 = -3v1. Tentukan tegangan v1 jika v2 = 33i2 dan i2 = 100 mA. 34 BAB 2 KOMPONEN DASAR DAN RANGKAIAN LISTRIK 36. Untuk melindungi komponen sirkuit mahal dari yang disampaikan terlalu banyak daya, Anda memutuskan untuk memasukkan sekering cepat meniup ke dalam desain. Mengetahui bahwa komponen sirkuit terhubung ke 12 V, daya minimum konsumsi adalah 12 W, dan daya maksimum dapat dengan aman menghilang adalah 100 W, yang mana dari tiga peringkat sekering yang tersedia harus Anda pilih: 1 A, 4 A, atau 10 A? Jelaskan jawaban Anda. 37. Sumber tergantung pada rangkaian Gambar. 2.35 memberikan tegangan yang Nilai tergantung pada ix saat ini. Apa nilai ix diperlukan untuk bergantung sumber yang akan memasok 1 W? + - vS v1 + - 3v1 i2 v2 + - ■ GAMBAR 2.34 + - v2 + - ix -2ix ■ GAMBAR 2.35 2.4 Hukum Ohm 38. Tentukan besarnya arus yang mengalir melalui 4,7 k? resistor jika tegangan itu adalah (a) 1 mV; (b) 10V; (c) 4e-t V; (d) 100 cos (5t) V; (e) -7 V. 39. resistor sejati hanya bisa diproduksi untuk toleransi tertentu, sehingga berlaku nilai resistansi tidak pasti. Sebagai contoh, 1? resistor ditetapkan sebagai Toleransi 5% bisa dalam prakteknya ditemukan untuk memiliki nilai di mana saja di kisaran dari 0,95-1,05?. Hitung tegangan 2,2 k? 10% toleransi resistor jika arus yang mengalir melalui elemen tersebut (a) 1 mA; (b) 4 dosa 44T mA. 40 (a) Buatlah sketsa hubungan arus-tegangan (arus pada sumbu y) dari 2 k? resistor di atas tegangan -10 V ≤ ≤ Vresistor +10 V. Pastikan untuk label kedua sumbu tepat. (b) Berapakah nilai numerik dari lereng (mengekspresikan jawaban Anda di siemens)? 41. Sketsa tegangan pada 33? resistor selama rentang 0 <t <2π s, jika saat ini diberikan oleh 2,8 cos (t) A. Asumsikan kedua arus dan tegangan yang

didefinisikan menurut tanda konvensi pasif. 42. Gambar 2.36 menggambarkan karakteristik arus-tegangan dari tiga resistif yang berbeda elemen. Tentukan resistansi masing-masing, dengan asumsi tegangan dan arus didefinisikan sesuai dengan tanda konvensi pasif.0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 Arus (mA) Tegangan (V) -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 Arus (mA) Tegangan (V) (a) (b) -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 Arus (mA) Tegangan (V) (c) -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5 ■ GAMBAR 2.36 Tegangan (V) Current (mA) -2,0 -0,89

-1,2 -0,47 0.0 0.01 1.0 0.44 1.5 0.70 43. Tentukan konduktansi (di siemens) berikut ini:? (A) 0; (b) 100 M ?; (c) 200 m ?. 44. Tentukan besarnya arus yang mengalir melalui 10 mS konduktansi jika tegangan itu adalah (a) 2 mV; (b) -1 V; (c) 100e-2t V; (d) 5 sin (5t) V; (e) 0 V. 45. A 1% toleransi 1 k? resistor mungkin dalam kenyataannya memiliki nilai di mana saja di kisaran 990-1.010?. Dengan asumsi tegangan 9 V diterapkan di atasnya, menentukan (a) kisaran yang sesuai saat ini dan (b) yang sesuai berbagai daya yang diserap. (c) Jika resistor diganti dengan toleransi 10% 1 k? resistor, bagian ulangi (a) dan (b). Berikut 46. data eksperimen diperoleh untuk resistor ditandai, menggunakan variabel-tegangan catu daya dan meter saat ini. Pembacaan meter saat agak tidak stabil, sayangnya, yang memperkenalkan kesalahan ke dalam pengukuran.47. Memanfaatkan fakta bahwa dalam rangkaian Gambar. 2.37, total daya yang diberikan oleh sumber tegangan harus sama dengan total daya yang diserap oleh dua resistor untuk menunjukkan bahwa VR2 = VS R2 R1 + R2 Anda mungkin menganggap arus mengalir sama melalui setiap elemen (persyaratan konservasi biaya). 48. Untuk setiap sirkuit pada Gambar. 2.38, menemukan saya saat ini dan menghitung kekuatan diserap oleh resistor. BAB 2 KOMPONEN DASAR DAN RANGKAIAN LISTRIK ? n (cm2 / Vs) ND (atom / cm3) 1014 1015 1016 1017 1018 1019 102 103 104 ■ GAMBAR 2.39 49. Sketsa daya yang diserap oleh 100? resistor sebagai fungsi dari tegangan lebih kisaran -2 V ≤ ≤ Vresistor +2 V. Bab-Mengintegrasikan Latihan 50. Jadi yang disebut "tipe-n" silikon memiliki resistivitas yang diberikan oleh ρ = (-qNDμn) -1, Di mana ND adalah densitas volume atom fosfor (atom / cm3), μn adalah elektron mobilitas (cm2 / V · s), dan q = -1,602 × 10-19 C adalah muatan masing-masing elektron. Nyaman, ada hubungan antara mobilitas dan ND, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.39. Asumsikan diameter silikon 8 inci wafer (disk) memiliki ketebalan 300 pM. Desain 10? resistor dengan menentukan konsentrasi fosfor dalam kisaran 2 × 1015 cm-3 ≤ ND ≤ 2 × 1017 cm-3, bersama dengan cocok geometri (wafer dapat dipotong, tapi tidak menipis). R1 R2

+ - VS VR2 - + ■ GAMBAR 2.37 5 V 10 k? + - Saya 5 V 10 k? + - saya -5 V 10 k? + - Saya -5 V 10 k? + - saya ■ GAMBAR 2.38 51. Gambar 2.39 menggambarkan hubungan antara μn mobilitas elektron dan dopan kepadatan ND untuk tipe-n silikon. Dengan pengetahuan bahwa resistivitas dalam hal ini materi diberikan oleh ρ = NDμn / q, petak resistivitas sebagai fungsi dopan density lebih dari kisaran 1014 cm-3 ≤ ≤ ND 1019 cm-3.52. Mengacu pada data Tabel 2.4, merancang resistor yang nilainya dapat bervariasi mekanis di kisaran 100 hingga 500? (asumsikan operasi pada 20◦C). Rentang 53. A 250 kaki panjang memisahkan power supply dc dari lampu yang menarik 25 A saat ini. Jika 14 kawat AWG digunakan (perhatikan bahwa dua kawat yang dibutuhkan untuk total 500 ft), menghitung jumlah daya yang terbuang dalam kawat. 54. nilai resistansi dalam Tabel 2.4 dikalibrasi untuk operasi di 20◦C. mereka dapat dikoreksi untuk operasi pada suhu lain menggunakan relationship4 yang R2 R1 = 234,5 + T2 234,5 + T1 dimana T1 = temperatur referensi (20◦C dalam kasus ini) T2 = suhu operasi yang diinginkan R1 = hambatan pada T1 R2 = hambatan pada T2 Sebuah bagian dari peralatan bergantung pada kawat eksternal terbuat dari 28 AWG tembaga lunak, yang memiliki ketahanan dari 50,0? di 20◦C. Sayangnya, operasi lingkungan telah berubah, dan sekarang 110.5◦F. (a) Hitunglah panjang kawat asli. (b) Tentukan seberapa banyak kawat harus dipersingkat sehingga bahwa sekali lagi 50.0?. 55. meteran favorit Anda berisi presisi (toleransi 1%) 10? resistor. Sayangnya, orang terakhir yang meminjam meter ini entah bagaimana meniup resistor, dan perlu diganti. Desain pengganti yang cocok, dengan asumsi setidaknya 1000 ft dari masing-masing alat pengukur kawat tercantum dalam Tabel 2.4 adalah mudah tersedia untuk Anda. 56. Pada instalasi baru, Anda tentukan bahwa semua kabel harus sesuai dengan

Spesifikasi ASTM B33 (lihat Tabel 2.3). Sayangnya subkontraktor salah membaca instruksi Anda dan diinstal kabel B415 bukan (tapi sama mengukur). Dengan asumsi tegangan operasi tidak berubah, (a) oleh berapa banyak akan saat ini dikurangi, dan (b) berapa banyak daya tambahan akan sia-sia di garis? (Ekspres kedua jawaban dalam hal persentase.) 57. Jika 1 mA saat dipaksa melalui 1 mm diameter, bagian 2.3 meter panjang dari keras, bulat, baja aluminium berpakaian (B415) kawat, berapa banyak daya yang terbuang sebagai akibat kerugian resistif? Jika bukan kawat dimensi yang sama tetapi sesuai dengan spesifikasi B75 digunakan, berdasarkan berapa banyak daya akan terbuang karena kerugian resistif dikurangi? 58. jaringan yang ditunjukkan pada Gambar. 2.40 dapat digunakan untuk secara akurat memodelkan perilaku dari persimpangan bipolar transistor asalkan beroperasi di maju modus aktif. Parameter β dikenal sebagai gain arus. Jika untuk perangkat ini LATIHAN 37 0,7 V + - basis emitter Kolektor IB IC BIB ■ GAMBAR 2.40 Model DC untuk junction transistor bipolar beroperasi dalam mode aktif ke depan. (4) Ditjen Fink dan HW Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, 13 ed. New York:β = 100, dan IB bertekad untuk menjadi 100 μA, menghitung (a) IC, arus mengalir ke terminal kolektor; dan (b) daya yang dihamburkan oleh baseemitter yang wilayah. 59. A 100 fungsi lampu filamen Wtungsten bola dengan mengambil keuntungan dari kerugian resistif di filamen, menyerap 100 joule setiap detik energi dari stopkontak. Berapa banyak energi optik per detik yang Anda harapkan untuk memproduksi, dan hal ini melanggar prinsip konservasi energi? 60 Baterai datang dalam berbagai jenis dan ukuran. Dua yang paling umum disebut "AA" dan "AAA." Baterai tunggal kedua jenis berperingkat untuk menghasilkan tegangan terminal dari 1,5 V ketika terisi penuh. Jadi apa perbedaan antara keduanya, selain ukuran? (Petunjuk: Pikirkan tentang energi.