Unit 2 rangkaian dc

Politeknik Negeri Malang

Unit 2 Rangkaian Arus Searah

TujuanSetelah selesai mempelajari bagian ini, mahasiswa diharapkan akan mampu :

1. Menjelaskan rangkaian listrik.2. Menyebutkan hukum Ohm dan aplikasinya.3. Menjelaskan rangkaian seri dan paralel.4. Menjelaskan efek yang dihasilkan dengan perubahan tegangan, arus atau

resistansi dalam rangkaian seri, parallel dan seri-parallel.5. Menghitung pengukuran aliran arus dan jatuh tegangan pada berbagai titik dalam

rangkaian seri, paralel dan seri-paralel.

2.1 Hukum OhmUntuk memahami rangkaian listrik dibutuhkan pemahaman prinsip-prinsip dasar listrik secara umum. Prinsip dasar ini disebut 'Hukum Ohm'. Hasil kerja ahli fisika Jerman George Simon Ohm pada 1827 (1787 –1854).

Hukum Ohm menyatakan hubungan antara arus, tegangan dan resistansi :

Arus sama dengan tegangan dibagi resistansi:

Tegangan sama dengan arus dikali resistansi: V = I R

Resistansi sama dengan tegangan dibagi arus:

Contoh

1. Apabila kendaraan dilengkapi baterai 12 volt dan unit lampu depan memiliki resistansi 6 ohm, berapa besar arus yang mengalir melalui lampu depan pada saat dinyalakan?

Penyelesaian :

I = 2

Jawaban : 2 ampere

06. TeoriListrik Terapan Abdul Manaf 4/13/2023

7


2.2 Rangkaian Seri

Rangkaian seri merupakan rangkaian yang menghubungkan satu komponen berurutan dengan komponen lainnya ke suplai tegangan bersama (lihat Gambar 2-1).

Gambar 2-1: Rangkaian seri sederhana

Dalam rangkaian seri, hanya terdapat satu jalur bagi arus untuk mencapai semua komponen. Jika satu komponen gagal, semua komponen tidak akan bekerja.

Gambar 2-2 menunjukkan diagram rangkaian seri. Baterai 12 volt menyediakan tegangan untuk 2 resistor. Satu resistor sebesar 2 ohm dan resistor lainnya 4 ohm.

Gambar 2-2. Diagram rangkaian seri

Pada rangkaian seri, resistansi rangkaian total sama dengan jumlah semua resistansi.

RT = R1 + R2 + R3 + …….+ Rn


8


Dalam gambar di atas, resistansi total sama dengan 2 ohm + 4 ohm = 6 ohm.

Sekarang dapat digunakan Hukum Ohm untuk menghitung arus dalam rangkaian.

I = 2 Arus dalam rangkaian = 2 ampere

Pada rangkaian seri, jumlah arus keseluruhan rangkaian adalah sama.

Resistansi menyebabkan jatuh tegangan dan pada rangkaian seri akan tedapat jatuh tegangan pada masig-masing resistansi.

Gambar 2-3. Tegangan dalam rangkaian seri

Hukum Ohm menyebutkan bahwa tegangan sama dengan arus dikali resistansi, V = IR.

Tegangan pada resistor 2 ohm = 2 ampere 2 ohm = 4 volt.

Tegangan pada resistor 4 ohm = 2 ampere 4 ohm = 8 volt.

Ini menunjukkan bahwa tegangan yang digunakan pada rangkaian (kedua resistor) adalah 12 volt, maka terdapat 4 volt jatuh pada resistror 2 ohm dan 8 volt untuk digunakan pada resistor 4 ohm (lihat Gambar 2-3).

Rangkuman


9


Dalam rangkaian seri:

Masing-masing resistor menciptakan jatuh (drop) tegangan

Jatuh tegangan pada masing-masing resistor akan berbeda jika resistansinya berbeda

Jumlah jatuh tegangan sama dengan sumber tegangan

Arus adalah sama di masing-masing resistor dan pada keseluruhan rangkaian listrik sama.

2.3 Rangkaian ParalelDalam rangkaian paralel, semua komponen listrik yang terdapat dalam rangkaian dihubungkan langsung ke suplai tegangan. Contohnya, semua lampu pada kendaraan atau mesin alat berat dihubungkan secara paralel ke baterai. Pada saat salah satu lampu depan padam, lampu depan lainnya tetap menyala. Gambar 2-4 menunjukkan hubungan lampu dalam rangkaian paralel.

Gambar 2-4. Menghubungkan lampu secara paralel

Rangkaian paralel pada Gambar 2-5 memiliki resistor sebesar 6 ohm dan 3 ohm yang dihubungkan pada baterai bertegangan 12 volt.

Arus yang melalui masing-masing resistor dapat dihitung menggunakan Hukum Ohm.

Hukum Ohm menyebutkan bahwa arus sama dengan tegangan dibagi resistansi :

Arus yang melalui resistor 6 ohm = 2 ampere

Arus yang melalui resistor 3 ohm = 4 ampere


10


Gambar 2-5. Diagram rangkaian paralel sederhana

Pada rangkaian paralel, besar arus total sama dengan jumlah seluruh arus di masing-masing resistor.

Arus total yang disuplai oleh baterai dalam rangkaian ini adalah 2 A + 4 A = 6 A.

Pada rangkaian paralel, tegangan di antara semua komponen sama.

Gambar 2-6: Arus total dari suplai tegangan telah bertambah

Rangkuman

Dalam rangkaian paralel: Arus total sama dengan jumlah keseluruhan arus di masing-masing komponen Besar tegangan sama pada semua komponen Resistansi total lebih kecil dari resistansi individual terkecil Menambahkan resistor selalu memperkecil resistansi total rangkaian.


11


2.4 Rangkaian Kombinasi (Seri - Paralel)Gambar 2-7 menunjukkan diagram rangkaian dari rangkaian seri-paralel. Resistor 2 ohm dihubungkan seri dengan 2 buah resistor yang dihubungkan secara paralel. Resistor dalam rangkaian paralel adalah 3 ohm dan 6 ohm. Rangkaian ini dihubungkan dengan baterai bertegangan 12 volt.

Gambar 2-7. Diagram rangkaian seri-paralel

Sebelum mulai menghitung resistansi total rangkaian, kita pertama-tama harus menghitung resistansi rangkaian paralel. Ini dapat dilakukan dengan rumus sederhana :

Dengan memasukkan nilai pada dua resistor dalam paralel, kita dapat mencari resistansi kombinasi dari bagian rangkaian paralel tersebut .

Resistansi total sekarang dihitung dengan menjumlahkan nilai resistor seri (2 Ohm) ke resistansi kombinasi rangkaian paralel (2 Ohm) yang meberikan hasil 4 Ohm.

Arus total rangkaian menggunakan Hukum Ohm :

maka I = 3 Ampere

Tegangan jatuh pada resistor 2 ohm adalah :V = I x R V = 3 x 2 V = 6 volts.

Jatuh tegangan 6 volt pada resistor 2 ohm artinya bahwa 6 volt digunakan pada dua resistor parallel. Arus yang melalui resistor 6 ohm

I = V/R = 6/6 I = 1 ampere Arus yang melalui resistor 3 ohm


12


I = V/R = 6/3 I = 2 ampereAliran Arus total pada bagian paralel dari rangkaian adalah 1 ampere + 2 ampere = 3 ampere. Ini berarti bahwa arus 3 ampere melalui resistor seri ke resistor parallel dan kemudian 1 ampere mengalir melalui resistor 6 ohm dan 2 ampere melalui resistor 3 ohm. Kemudian semua 3 ampere mengalir kembali ke negatif baterei (lihat Gambar 2-8) .

2.5. Hukum KirchhoffRangkaian listrik yang kompleks yang terdiri dari lebih dari satu sumber ggl atau terdiri dari jaringan tidak dapat diselesaikan dengan hanya menggunakan hukum Ohm, tetapi dapat diselesaikan dengan pertolongan dua aturan sederhana yang dikenal sebagai hukum Kirchhoff (dari nama seorang guru besar berkebangsaan Jerman Gustav Robert Kirchhoff, 1824-87).

Hukum Kirchhoff Pertama (Hukum Arus)Hukum arus Kirchhoff (Kirchhoff’s Current Law, disingkat KCL), yang mengatakan bahwaJumlah aljabar semua arus yang memasuki sebuah simpul adalah nol.

I1 + I2 - I3 - I4 - I5 = 0

Dengan kata lain bahwa pada setiap simpul (node) jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.

I1 + I2 = I3 + I4 + I5

Gambar 2.8 Percabangan arus

Dengan bantuan rumus ini, maka arus yang belum diketahui pada suatu titik percabangan arus, dapat ditentukan besarnya.

Contoh:Berapa besarnya arus I2 pada rangkaian dibawah ini ?


13


Gambar 2.9 Rangkaian parallel

Jawab: I = I1 + I2 + I3 dijabarkan ke I2 menjadi;I2 = I - I1 - I3 ; I2 = 12 A - 5 A - 4 A = 3 A

Hukum Kirchhoff Kedua (Hukum Tegangan)

Hukum tegangan Kirchhoff (Kirchhoff’s Voltage Law, disingkat KVL) mengatakan bahwa :

Jumlah aljabar seluruh tegangan mengelilingi sebuah jalan tertutup dalam sebuah rangkaian adalah nol.

Dengan kata lain dapat dinyatakan bahwa, pada setiap rangkaian tertutup (mesh) dari suatu jaringan, jumlah aljabar ggl (tegangan sumber) besarnya sama dengan jumlah semua susut tegangan (hasil kali arus dan tahanannya).

US1 + US2 = I . R1 + I . R2 + I . R3

Contoh:Berapakah besarnya nilai arus yang ditunjukkan amperemeter pada rangkaian dibawah ini ?

Gambar 2.10Rangkaian arus dengan amperemeter

Jawaban:Tegangan sumber semuanya berpengaruh dengan arah yang sama, pengaruhnya saling menggabungkan diri. Maka berlaku hukum Kirchhoff kedua (hukum tegangan) :

US1 + US2 + US3 = I . R1 + I . R2


14


US1 + US2 + US3 = I . (R1 + R2)

Pembagi tegangan berbeban

Dari suatu pembagi tegangan tanpa beban, jika sebuah beban terhubung padanya, maka menjadi suatu pembagi tegangan berbeban dan dengan demikian berarti suatu rangkaian campuran (lihat gambar 2.11).

Gambar 2.11 Pembagi tegangan berbeban

Susut tegangan pemakaian (tegangan beban) terletak pada tahanan parallel R2,b. Tegangan total U berpengaruh pada tahanan total R1 + R2,b

Dengan demikian sebagai rumus pembagi tegangan berlaku:

U

U

R

R Rb 2,b

1 2,b +

Rumus pembagi tegangan(pembagi tegangan berbeban)

RR R

R R2,b2 b

2 b

+

R2b tahanan parallel dalam R1 tahanan bagian dalam U tegangan total dalam VUb tegangan beban dalam V

Contoh:Tentukanlah tegangan Ub untuk pembagi tegangan berikut inia) dengan tahanan bebanb) tanpa tahanan beban!


15


Gambar 2.12Pembagi tegangan berbeban

Jawab: a) Dari rumus pembagi tegangan (berbeban) menjadi:

U = UR

R + RUb

2,b

1 2,bb =

140 V 8000

28 000 40 V:

Tahanan parallel

RR R

R RR2,b

2 b

2 b2,b

2

=

+ : =

40 k 10 k

40 k 10 k

400 (k )

50 k8 k

Tahanan total

R R R Rtotal 1 2,b total= + : = 20 k + 8 k 28 k

b) Dari rumus pembagi tegangan (tanpa beban)

U UR

R RUb

' 2

1 2b'=

+ : =

140 V 40 000

60 000 93,3 V


16

Unit 2 rangkaian dc

Education

Transcript of Unit 2 rangkaian dc