Modul 3





MODUL 3

HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE AND CURRENT DEVIDER, MESH, NODAL, THEVENIN


1. Pendahuluan[Kembali]

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar akan sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi berbanding terbalik dengan hambatan. Hukum Ohm merupakan salah satu ilmu dasar elektronika yang kerap ditemui dalam kehidupan sehari-hari.  

Hukum Kirchoff pada dasarnya membahas tentang konduksi listrik yang berkaitan dengan hukum konservasi energi. Dengan begitu, hukum Kirchoff sangat penting dipelajari sebagai dasar untuk memahami arus dan tegangan dalam rangkaian listrik, terutama rangkaian listrik tertutup.

Rangkaian pembagi arus (current divider) dan rangkaian pembagi tegangan(voltage divider) adalah prinsip dasar agar memahami tentang rangkaian elektronika. Pada perkuliahan biasanya ilmu ini diajarkan pada saat mata kuliah elektronika dasar.

Hukum Kirchoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu Fisika yang mempelajari soal listrik dan kelistrikan. Hukum ini terbagi menjadi hukum Kirchoff 1 dan 2 yang sepenuhnya membahas tentang konduksi listrik.

Baca artikel detikedu, "Hukum Kirchoff Adalah? Begini Rumus dan Penerapannya dalam Kehidupan" selengkapnya https://www.detik.com/edu/detikpedia/d-6790210/hukum-kirchoff-adalah-begini-rumus-dan-penerapannya-dalam-kehidupan.

Download Apps Detikcom Sekarang https://apps.detik.com/detik/

 Analisis mesh adalah teknik untuk menghitung arus pada rangkaian planar di setiap titik sepanjang rangkaian. Analisis node memperkirakan tegangan antar node dalam rangkaian listrik menggunakan arus cabang

 Analisis node mudah dilakukan bila pencatunya berupa sumber arus apabila pada rangkaian tersebut terdapat sumber tegangan, maka sumber tegangan tersebut diperlukan sebagai supernode, yaitu menganggap sumber tegangan tersebut diangap sebagai satu nod

Teorema Thevenin adalah salah satu teorema yang berguna untuk analisis rangkaian listrik.Teorema Thevenin menunjukkan bahwa keseluruhan rangkaian listrik tertentu yang tidak memiliki beban listrik, dapat diganti dengan rangkaian ekuivalen yang hanya mengandung sumber tegangan listrik independen dengan sebuah resistor yang terhubung secara seri, sedemikian hingga hubungan antara arus listrik dan tegangan listrik pada beban listrik tidak berubah.

2. Tujuan[Kembali]

  • Dapat memahami prinsip Hukum Ohm.
  • Dapat memahami prinsip Hukum Kirchoff. 
  • Dapat memahami cara kerja voltage dan current divider.
  • Dapat membuktikan perhitungan arus dengan menggunakan Teorema Mesh.
  • Dapat membuktikan perhitungan tegangan dengan menggunakan Analisis Nodal.
  • Dapat menentukan tegangan ekivalen Thevenin dan resistansi Thevenin dari rangkaian DC dengan satu sumber.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

1. Instrument

Multimeter

2. Module

3. Base Station

4. Jumper


B. Bahan

Resistor


Potensiometer

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor
   Resistor merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh dikatakan hampir setiap sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang menggunakan peralatan Elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang ada ditubuh Resistor itu sendiri.

    Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

    Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

    Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :
Tabel Kode Warna Resistor

    Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
    Cara menghitung nilai resistor 4 gelang :
    1. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
    2. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
   3. Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
    Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

    Contoh :

    Gelang ke 1 : Coklat = 1
    Gelang ke 2 : Hitam = 0
    Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
    Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
    Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

    Perhitungan untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
    Cara Menghitung Nilai Resistor 5 Gelang Warna :
    1. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
    2. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
    3. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
   4. Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
    Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

    Contoh :

    Gelang ke 1 : Coklat = 1
    Gelang ke 2 : Hitam = 0
    Gelang ke 3 : Hijau = 5
    Gelang ke 4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
    Gelang ke 5 : Perak = Toleransi 10%
    Maka nilai Resistor tersebut adalah 105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%.

    Contoh-contoh perhitungan lainnya :

    Merah, Merah, Merah, Emas → 22 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
    Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi

    Cara menghitung Toleransi :
    2.200 Ohm dengan Toleransi 5% =
    2200 – 5% = 2.090
    2200 + 5% = 2.310
    ini artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm

B. Potensiometer

   Potensiometer merupakan resistor variabel yang nilai resistansinya dapat diubah dengan cara memutar tuasnya untuk mendapatkan variasi arus. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronik. Salah satu contohnya seperti pengatur volume pada peralatan audio. 

   Potensiometer mempunyai 3 terminal, yaitu terminal A, terminal B, dan wiper. Dimana prinsip kerjanya ketika terminal A dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kanan. Ketika terminal B dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kiri. Sedangkan ketika terminal A dan B dihubungkan maka pada potensiometer akan menunjukkan nilai resistansi maksimum. Nilai resistansi ini akan selalu tetap dan merupakan nilai resistansi total dari potensiometer. 


C. Hukum Ohm
     Hukum Ohm pada dasarnya adalah hukum yang menjelaskan mengenai kaitan antara tegangan atau beda potensial, arus listrik, serta hambatan di dalam rangkaian listrik. Jadi Hukum Ohm ini adalah hukum dasar yang menjelaskan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi arus berbanding terbalik dengan hambatan. Arus listrik dapat mengalir melalui penghantar disebabkan karena adanya perbedaan tegangan atau beda potensial yang ada di antara dua titik di dalam penghantar.
     Bunyi Hukum Ohm :
“Besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar akan sebanding dengan tegangannya, dalam suhu yang tetap.” 
    Dari pernyataan tersebut maka dapat dikatakan bahwa perbandingan antara tegangan dengan arus listrik disebut dengan hambatan.

D. Hukum Kirchoff

    Hukum I Kirchoff:
    "Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik cabang akan sama dengan jumlah kuat arus                 listrik  yang meninggalkan titik itu."

 

    Hukum I Kirchhoff biasa disebut Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current Law (KCL).

Gambar 3.1 Hukum Kirchoff

     Berdasarkan gambar di atas, besar kuat arus total yang melewati titik percabangan a secara                      matematis  dinyatakan

Σ Imasuk = Σ Ikeluar

    yang besarnya adalah

I1 = I2 + I3.

 

     Hukum II Kirchoff:

     "Jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol."

 

      Hukum II Kirchhoff biasa disebut Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law                  (KVL).

Gambar 3.2 KVL

Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0. Hukum II Kirchhoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan.


E. Voltage & Current Devider
    1. Rangkaian Pembagi Tegangan
         Rangkaian pembagi tegangan adalah suatu rangkaian listrik yang dirancang untuk membagi tegangan input menjadi tegangan yang lebih kecil pada beberapa resistor yang terhubung secara seri atau paralel. Prinsip kerja dari rangkaian pembagi tegangan dapat dijelaskan dengan menggunakan hukum Ohm dan aturan pembagian tegangan Kirchhoff.

         Prinsip Kerja Rangkaian Pembagi Tegangan:

Resistansi Total (Rtotal): Rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua atau lebih resistor yang terhubung. Resistansi total dari rangkaian dapat dihitung dengan menggabungkan resistansi-resistansi tersebut sesuai dengan koneksi (seri atau paralel).

Hukum Ohm: Hukum Ohm menyatakan bahwa arus dalam rangkaian sebanding dengan tegangan dan invers sebanding dengan resistansi. Dalam rangkaian pembagi tegangan, hukum Ohm digunakan untuk menghitung arus pada rangkaian.

I = Vin/Rtotal

         Aturan Pembagian Tegangan Kirchhoff

Aturan ini menyatakan bahwa dalam suatu simpul (node) dalam suatu rangkaian listrik, jumlah aliran arus menuju simpul tersebut sama dengan jumlah arus yang meninggalkan simpul tersebut. Dalam rangkaian pembagi tegangan, aturan ini diterapkan untuk simpul pada kedua ujung resistor pembagi.

Vin = V1 + V2 + ... + Vn

Dimana V1, V2, ..., Vn adalah tegangan pada masing-masing resistor.

Tegangan Keluaran (Vout): Tegangan keluaran pada titik tertentu diambil dari resistor tertentu dalam rangkaian. Tegangan pada setiap resistor dihitung dengan menggunakan aturan pembagian tegangan Kirchhoff.

Vout = Vin x (Rtarget/Rtotal)

Dimana Rtarget adalah resistansi resistor yang terhubung pada titik keluaran.

Dengan memilih nilai resistansi yang sesuai, rangkaian pembagi tegangan dapat menghasilkan tegangan keluaran yang merupakan fraksi dari tegangan input.

    2. Rangkaian Pembagi Arus
         Rangkaian pembagi arus menggunakan sifat rangkaian paralel, yaitu jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan. Rangkaian pembagi arus membagi arus total yang masuk ke dalam cabang-cabang rangkaian sesuai dengan perbandingan hambatan pada masing-masing cabang. Rumus untuk menghitung arus pada cabang ke-n adalah:

In = I × Rn/Rtotal

         Dimana In adalah arus pada cabang ke-n, I adalah arus total yang masuk, Rtotal adalah hambatan pengganti rangkaian paralel, dan Rn adalah hambatan pada cabang ke-n.

F. Teorema Mesh
Gambar 4.3. Rangkaian Arus Mesh

     Metode arus Mesh merupakan prosedur langsung untuk menentukan arus pada setiap resistor dengan menggunakan persamaan simultan. Langkah pertamanya adalah membuat loop tertutup (disebut juga mesh) pada rangkaian. Loop tersebut tidak harus memiliki sumber tegangan, tetapi setiap sumber tegangan yang ada harus dimasukkan ke dalam loop. Loop haruslah meliputi seluruh resistor dan sumber tegangan. Dengan arus Mesh, dapat ditulis persamaan Kirchoff’s Voltage Law untuk setiap loop.

G. Teorema Thevenin

     Teorema Thevenin merupakan salah satu metode penyelesaian rangkaian listrik kompleks menjadi rangkaian sederhana yang terdiri atas tegangan thevenin dan hambatan thevenin yang terhubung secara seri. Beberapa aturan dalam menetapkan Vth dan Rth, yaitu:
  1. Vth adalah tegangan yang terlihat melintasi terminal beban. Dimana pada rangkaian asli, beban resistansinya dilepas (open circuit). Jika dilakukan pengukuran, maka diletakkan multimeter pada titik open circuit tersebut.
  2. Rth adalah resistansi yang terlihat dari terminal pada saat beban dilepas (open circuit) dan sumber tegangan yang dihubung singkat (short circuit).

H. Analisis Nodal

     Rangkaian analisis node saling melengkapi dengan rangkaian analisis mesh. Rangkaian analisis node menggunakan hukum Kirchhoff pertama, hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Seperti yang kita sebutkan di atas, namanya menyiratkan bahwa kita menggunakan tegangan node dan menggunakannya bersama dengan KCL.

     Analisis node mengharuskan kita untuk menghitung tegangan node di setiap node sehubungan dengan tegangan ground (node referensi), maka kita menyebutnya metode node-voltage. Analisis node didasarkan pada aplikasi sistematis hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Dengan teknik ini, kita akan dapat menganalisis rangkaian linier apa pun. Perlu diingat bahwa kita akan mendapatkan persamaan ‘n-1′, di mana n adalah jumlah node termasuk node referensi. Menggunakan metode analisis rangkaian ini berarti kita akan fokus pada tegangan node di rangkaian.

     Sifat rangkaian analisis node:Rangkaian analisis node menggunakan hukum arus Kirchhoff (KCL)
Untuk node ‘n‘ (termasuk node referensi) akan ada persamaan tegangan node independen ‘n-1′
Memecahkan semua persamaan akan memberi kita nilai tegangan node
Jumlah node (kecuali node non-referensi) sama dengan jumlah persamaan tegangan node yang bisa kita dapatkan.

Comments

Post a Comment