Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 1 SMK Kelas X - Semester 1

< Previous Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 60 1.2 Rangkaian Hambatan Paralel Kalian sudah belajar rangkaian hambatan seri sekarang bagaimana dengan jenis rangkaian kedua, yaitu rangkaian hambatan paralel? Apa bedanya? Hambatan yang dirangkai paralel berarti ujungnya dihubungkan menjadi satu dan pangkalnya juga menyatu. Contoh rangkaiannya seperti pada gambar berikut. Gambar 2.4 Rangkaian Hambatan Paralel Pada gambar di atas terlihat bahwa semua ujungnya dititik yang sama yaitu a dan b. Jika diukur beda potensialnya tentunya akan memiliki hasil yang sama. Bagaimana dengan sifat kuat arus yang lewat ke semua cabang? Aliran muatan dapat diibaratkan dengan aliran air dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah. Jika ada percabangan pada suatu titik maka aliran air itu akan terbagi. Besar aliran itu akan disesuaikan dengan hambatan yang ada pada setiap cabang. Yang terpenting pada pembagian itu adalah jumlah air yang terbagi harus sama dengan jumlah bagian-bagiannya. Sifat aliran air ini dapat menjelaskan bahwa kuat arus yang terbagi pada percabangan I harus sama dengan jumlah kuat arus setiap cabang ( I1 + I2 + I3 ). Sesuai hukum Ohm maka kuat arus setiap cabang berbanding terbalik dengan hambatannya. I  Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 61 Dari penjelasan di atas dapat dituliskan dua sifat utama pada rangkaian hambatan paralel pada Gambar di atas. seperti berikut. Sesuai dengan hambatan seri, pada beberapa hambatan yang di rangkai paralel juga dapat diganti dengan satu hambatan. Hambatan itu dapat di tentukan dari membagi persamaan kuat arus dengan besar potensial pada kedua massa seperti berikut. Contoh : Perhatikan rangkaian hambatan paralel pada Gambar disamping. Tentukan: a. kuat arus yang melalui hambatan R2 dan R3, b. kuat arus I c. beda potensial Vab Penyelesaian : a. I1 = 2A Pada rangkaian hambatan paralel beda potensialnya sama berarti berlaku hubungan berikut. I = I1 + I2 + I3 = + + = + + Vtot = V1 = V2 = V3 I = I1 + I2 + I3 Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 62 V2 = V1 I2 . R2 = I1 . R1 I2 . 60 = 2.120 I2 = 4A Dengan cara yang sama dapat ditentukan kuat arus I3. V3 = V1 I3 . R3 = I1 . R1 I3 . 20 = 2 . 120 I3 = 12 A b. Kuat arus I dapat di tentukan sebagai berikut: I = I1 + I2 + I3 = 2 + 4 + 12 = 18A c. Beda potensial Vab memenuhi: Vab = I1 . R1 = 2 . 120 = 240 volt Latihan Soal : 2 Ω dirangkai paralel. Kemudian ujung-ujungnya dihubungkan sumber tegangan sehingga pada R1 di lalui arus 0,5 A. Tentukan: a. kuat arus yang melalui R2 dan R3, b. beda potensial sumber tegangan! 1.3 Rangkaian Campuran Rangkaian campuran menunjukkan gabungan dari rangkaian hambatan seri dan paralel. Sifat-sifat rangkaian ini adalah gabungan dari keadaan sifat rangkaian tersebut. Untuk lebih memahaminya cermati contoh berikut. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 63 2. Hukum Kirchoff 2.1 Hukum I Kirchoff Anda sudah dapat mengukur kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup sederhana yang tidak bercabang, di mana kuat arus di setiap titik pada setiap penghantar besarnya sama. Bagaimana cara mengukur kuat arus yang mengalir pada rangkaian bercabang? Apakah cara mengukur kuat arus pada rangkaian itu juga sama? Untuk mejawab pertanyaan-pertanyaan tersebut lakukanlah Kegiatan berikut ! 1. Sediakan Baterai, 4 buah amperemeter, dua buah lampu pijar dan kabel 2. Buatlah rangkaian seperti terlihat pada gambar di atas! 3. Tutuplah sakelar (s) dan bacalah skala yang ditunjukkan oleh jarum amperemeter 1, 2, 3, dan 4! 4. Bandingkan besar kuat arus pada masing-masing amperemeter tersebut! 5. Nyatakan kesimpulan Anda! Pada Kegiatan di atas, ternyata amperemeter 1 dan 4 menunjukkan skala yang sama, sedangkan jumlah dari skala yang ditunjukkan amperemeter 2 dan 3 sama dengan skala yang ditunjukkan amperemeter 1 dan 4. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa “ arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut ”. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum I Kirchoff, yang secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 64 Untuk lebih memahami kuat arus pada rangkaian listrik bercabang, dapat Anda umpamakan sebagai jalan raya yang bercabang. Gambar 2.5 Jumlah arus tiap titik pada rangkaian bercabang Pada Gambar diatas, terlihat bahwa jumlah mobil di jalan utama A sebanyak lima buah, kemudian mobil tersebut berpencar di persimpangan sehingga yang melewati jalan satu sebanyak 2 buah dan jalan dua sebanyak tiga buah. Pada persimpangan yang lain, mobil-mobil tersebut bertemu lagi di jalan utama B sehingga mobil yang melewati jalan utama B sama dengan jumlah mobil yang melewati jalan satu dan dua atau jumlah mobil yang melewati jalan utama A. Contoh soal 1. Pada gambar rangkaian di samping! Berapa besar kuat aru Imasuk =  Ikeluar Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 65 s pada I3 ? Diketahui : Imasuk = 12 A I1 = 8 A I2 = 3 A Ditanyakan: I3 = ... ? Jawab :  I masuk =  I keluar I total = I1 + I2 + I3 12 = 8 + 3 + I3 12 = 11 + I3 I3 = 12 – 11 I3 = 1 A 2. Perhatikan gambar di samping! Jika besarnya arus yang masuk 200 mA, maka hitunglah besarnya kuat arus I1, I3 dan I5! Diketahui : Imasuk = 200 mA I2 = 80 mA I4 = 40 mA Ditanyakan: a. I1 = ... ? b. I3 = ... ? c. I5 = ... ? Jawab : a. Imasuk = I1 + I2 Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 66 200 = I1 + 80 I1 = 200 – 80 = 120 mA b. I1 = I3 + I4 120 = I3 + 40 I3 = 120 – 40 = 80 mA c. I5 = I2 + I3 + I4 = 80 + 80 + 40 = 200 mA 2.2 Hukum II Kirchhoff Hukum II Kirchhoff atau hukum loop menyatakan bahwa jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian harus sama dengan nol. Hukum ini di dasarkan pada hukum kekekalan energi. Secara matematis hukum II Kirchhoff dapat dinyatakan sebagai berikut. Keterangan: E : ggl sumber arus (volt) I : kuat arus (A) R : hambatan (Ω) Pada perumusan hukum II Kirchhoff, mengikuti ketentuan sebagai berikut. a. Semua hambatan (R) dihitung positif.  E =  ( I x R ) Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 67 b. Pada arah perjalanan atau penelusuran rangkaian tertutup (loop), jika sumber arus berawal dari kutub negatif ke kutup positif, maka gglnya dihitung positif. Jika sebaliknya dari kutub positif ke kutub negatif, maka gglnya dihitung negatif c. Arus yang searah dengan penelusuran loop dihitung positif, sedang yang berlawanan dengan arah penelusuran dihitung negatif. d. Jika hasil akhir perhitungan kuat arus bernilai negatif, maka kuat arus yang sebenarnya merupakan kebalikan dari arah yang ditetapkan. Gambar 2.6 Tanda positif dan negatif ggl a. Kuat Arus Listrik dalam Rangkaian Sederhana Pada dasarnya sumber tegangan ggl memiliki hambatan dalam yang disimbulkan dengan r. Nilai r ini adalah nilai hambatan yang ada dalam ggl sumber tegangan pada suatu rangkaian. Perhatikan Gambar berikut. Gambar 2.7 Rangkaian Tertutup Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 68 Pada Gambar 2.7 di atas melukiskan rangkaian tertutup yang terdiri atas sebuah sumbu arus dengan ggl E, hambatan dalam r, dan sebuah penghambat dengan hambatan R, sedang arus pada rangkaian I. Menurut hukum II Kirchhoff, pada rangkaian berlaku persamaan seperti berikut. Keterangan: E : ggl sumber arus (V) I : kuat arus (A) r : hambatan dalam sumber arus (Ω ) R : hambatan penghambat (Ω) Nilai I × R pada persamaan di atas merupakan tegangan penggunaan di luar sumber arus yang disebut tegangan jepit (K). Jadi, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut. Keterangan: K : tegangan jepit (V) b. Kuat Arus Listrik dalam Rangkaian Majemuk (Kompleks) Gambar 2.8 Rangkaian satu loop E = I × r + K atau K = E – I × r E = (I × r) + (I × R) atau E = I (r + R) atau I = Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 69 Gambar 2.8 di atas menunjukkan satu rangkaian tertutup yang terdiri atas satu loop. Misalkan arah arus dan arah penelusuran loop kita tentukan searah putaran jarum jam. Menurut hukum II Kirchhoff pada rangkaian berlaku persamaan  E = ( I × R) . Oleh karena itu persamaannya menjadi seperti berikut. Jika pada penjabaran di atas dihasilkan nilai I negatif, maka arah arus yang sebenarnya adalah kebalikan dari arah yang ditentukan pada gambar. Bagaimana jika penelusuran rangkaian berawal dari satu titik dan berakhir pada titik lain? Misalkan Anda akan menentukan tegangan atau beda potensial antara titik A dan B pada Gambar di atas. Berdasarkan Hukum II Kirchhoff dapat dihitung dengan persamaan berikut. Untuk rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih dapat diselesaikan dengan hukum II Kirchhoff dan hukum I Kirchhoff. Perhatikan Gambar berikut. Gambar 2.9 Rangkaian dua Loop VAB + E =  (I x R) VAB + E1 – E2 = I(r1 + R1 + r2) E1 – E2 +E3 = I(r1 +R1 +r2 + R2 + R3 + R4 + r4) Next >