Modul 3
HUKUM OHM,HUKUM KHIRCOF,VOLTAGE & CURRENT DEVIDER,MESH,NODAL,THEVENIN
MODUL 3
HUKUM OHM,HUKUM KHIRCOF,VOLTAGE& CURRENT
DEVIDER,MESH,NODAL,THEVENIN
Rangkaian listrik merupakan komponen fundamental dalam berbagai perangkat elektronik, mulai dari sistem sederhana hingga kompleks. Untuk menganalisis dan merancang rangkaian tersebut, diperlukan pemahaman mendalam tentang hukum-hukum dasar kelistrikan dan metode analisis yang efektif. Laporan ini akan membahas beberapa konsep utama, yaitu Hukum Ohm, Hukum Kirchoff, Voltage & Current Divider, serta teknik analisis seperti Mesh, Nodal, dan Thevenin.
Hukum Ohm menjadi landasan utama dalam analisis rangkaian listrik karena menghubungkan tiga besaran fundamental, yaitu tegangan, arus, dan resistansi. Hukum ini menyatakan bahwa tegangan pada suatu resistor berbanding lurus dengan arus yang mengalir melaluinya, dengan resistansi sebagai faktor proporsionalitas. Sementara itu, Hukum Kirchoff melengkapi analisis dengan dua aturan penting, yaitu Hukum Arus Kirchoff (KCL) yang mengatur konservasi arus pada suatu simpul dan Hukum Tegangan Kirchoff (KVL) yang menjelaskan konservasi tegangan dalam suatu loop tertutup. Kedua hukum ini menjadi dasar untuk memahami distribusi arus dan tegangan dalam rangkaian yang lebih kompleks.
Selain hukum dasar, terdapat konsep pembagi tegangan dan arus yang sangat berguna dalam praktik. Voltage Divider memungkinkan kita untuk memperoleh tegangan tertentu dari suatu sumber dengan menggunakan kombinasi resistor seri, sedangkan Current Divider membantu mendistribusikan arus pada resistor paralel. Kedua konsep ini sering digunakan dalam desain rangkaian untuk mengatur level sinyal atau membagi daya secara efisien.
Untuk menganalisis rangkaian yang lebih rumit, digunakan metode seperti analisis Mesh dan Nodal. Analisis Mesh berfokus pada arus yang mengalir dalam loop tertutup dan menerapkan KVL, sehingga cocok untuk rangkaian dengan banyak sumber tegangan. Di sisi lain, analisis Nodal menggunakan tegangan pada simpul sebagai variabel utama dan menerapkan KCL, menjadikannya efektif untuk rangkaian dengan banyak sumber arus. Selain itu, Teorema Thevenin memberikan penyederhanaan rangkaian linear menjadi sumber tegangan ekivalen dan resistor seri, memudahkan analisis ketika beban bervariasi.
2. Tujuan[Kembali]
Hukum Ohm menjadi landasan utama dalam analisis rangkaian listrik karena menghubungkan tiga besaran fundamental, yaitu tegangan, arus, dan resistansi. Hukum ini menyatakan bahwa tegangan pada suatu resistor berbanding lurus dengan arus yang mengalir melaluinya, dengan resistansi sebagai faktor proporsionalitas. Sementara itu, Hukum Kirchoff melengkapi analisis dengan dua aturan penting, yaitu Hukum Arus Kirchoff (KCL) yang mengatur konservasi arus pada suatu simpul dan Hukum Tegangan Kirchoff (KVL) yang menjelaskan konservasi tegangan dalam suatu loop tertutup. Kedua hukum ini menjadi dasar untuk memahami distribusi arus dan tegangan dalam rangkaian yang lebih kompleks.
Selain hukum dasar, terdapat konsep pembagi tegangan dan arus yang sangat berguna dalam praktik. Voltage Divider memungkinkan kita untuk memperoleh tegangan tertentu dari suatu sumber dengan menggunakan kombinasi resistor seri, sedangkan Current Divider membantu mendistribusikan arus pada resistor paralel. Kedua konsep ini sering digunakan dalam desain rangkaian untuk mengatur level sinyal atau membagi daya secara efisien.
Untuk menganalisis rangkaian yang lebih rumit, digunakan metode seperti analisis Mesh dan Nodal. Analisis Mesh berfokus pada arus yang mengalir dalam loop tertutup dan menerapkan KVL, sehingga cocok untuk rangkaian dengan banyak sumber tegangan. Di sisi lain, analisis Nodal menggunakan tegangan pada simpul sebagai variabel utama dan menerapkan KCL, menjadikannya efektif untuk rangkaian dengan banyak sumber arus. Selain itu, Teorema Thevenin memberikan penyederhanaan rangkaian linear menjadi sumber tegangan ekivalen dan resistor seri, memudahkan analisis ketika beban bervariasi.
2. Tujuan[Kembali]
1. Dapat memahami prinsip Hukum Ohm.
2. Dapat memahami prinsip Hukum Kirchoff.
3. Dapat memahami cara kerja voltage dan current divider.
4. Dapat membuktikan perhitungan arus dengan menggunakan Teorema Mesh.
5. Dapat membuktikan perhitungan tegangan dengan menggunakan Analisis Nodal.
6. Dapat menentukan tegangan ekivalen Thevenin dan resistansi Thevenin dari rangkaian DC dengan satu sumber.
A. Alat
1. Instrument
.jpg)
Multimeter
2. Module
.jpg)
.jpg)
.jpg)
3. Base Station
.png)
.jpg)
Resistor
1. Hukum Ohm
“Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar atau hambatan besarnya sebanding dengan beda potensial atau tegangan antara ujung-ujung penghantar tersebut. Pernyataan itu bisa dituliskan sebagai berikut yaitu I ∞ V.” Hukum Ohm dirumuskan oleh fisikawan Jerman Georg Simon Ohm pada tahun 1827 dan dinyatakan dalam persamaan matematis sederhana:
V = I⋅R
V = tegangan dalam volt (V),
I = arus dalam ampere (A), dan
R = resistansi dalam ohm (Ω).
Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan pada suatu komponen dalam suatu rangkaian sebanding dengan arus yang mengalir melaluinya, dengan resistansi sebagai faktor proporsionalitasnya. Artinya, jika resistansi tetap, maka arus dan tegangan akan memiliki hubungan linier. Jika resistansi meningkat, arus akan menurun untuk mempertahankan proporsionalitas dengan tegangan.
2. 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.
3. Voltage & Current Divider
a. 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.
b. 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 × R~n/Rtotal
Dimana In adalah arus pada cabang ke-n, I adalah arus total yang masuk, Rtotal adalah hambatan pengganti rangkaian paralel, dan R~n adalah hambatan pada cabang selain cabang ke-n.
4. Teorema Mesh
Gambar 3.3 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.
5. Nodal
Analisis node adalah metode untuk menganalisis rangkaian listrik dengan menggunakan hukum arus Kirchhoff (KCL), yaitu jumlah arus yang masuk dan keluar dari suatu titik percabangan sama dengan nol. Analisis node membutuhkan penentuan simpul referensi (ground), yang merupakan titik acuan untuk mengukur
tegangan node di rangkaian. Tegangan node adalah perbedaan potensial antara suatu simpul dengan simpul referensi.
Analisis node menghasilkan persamaan tegangan node independen sebanyak n-1, di mana n adalah jumlah simpul termasuk simpul referensi. Persamaan-persamaan ini dapat diselesaikan dengan metode eliminasi, substitusi, atau matriks untuk mendapatkan nilai tegangan node di setiap simpul.
6. 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).
.png){kind=link}
Komentar
Posting Komentar