Bentuk-bentuk rangkaian listrik arus searah (DC) serta analisa dan perhitungannya

Arus Searah (DC)

Pada rangkaian DC hanya melibatkan arus dan tegangan searah, yaitu arus dan tegangan yang tidak berubah terhadap waktu. Elemen pada rangkaian DC meliputi:

i) baterai
ii) hambatan dan
iii) kawat penghantar

Baterai menghasilkan e.m.f untuk menggerakkan elektron yang akhirnya menghasilkan aliran listrik. Sebutan “rangkaian” sangat cocok digunakan karena dalam hal ini harus terjadi suatu lintasan elektron secara lengkap meninggalkan kutub negatif dan kembali ke kutub positif. Hambatan kawat penghantar sedemikian kecilnya sehingga dalam prakteknya harganya dapat diabaikan.

Bentuk hambatan (resistor) di pasaran sangat bervariasi, berharga mulai 0,1 ohm sampai 10 MOhm atau lebih besar lagi. Resistor standar untuk toleransi ± 10 % biasanya bernilai resistansi kelipatan 10 atau 0,1 dari:

10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82

Sebuah rangkaian yang sangat sederhana terdiri atas sebuah baterai dengan sebuah resistor ditunjukkan pada gambar berikut di bawah. Perhatikan bagaimana kedua elemen tersebut digambarkan dan bagaimana menunjukkan arah arus (dari kutub positif melewati resistor menuju kutub negatif).

Dan gambar berikut di bawah ini gambar rangkaian searah dengan penambahan 2 komponen yaitu:

i) Sebuah saklar untuk memutus rangkaian.
ii) Sebuah resistor dengan simbol r (huruf kecil) disebut juga dengan hambatan dalam untuk menunjukkan fakta bahwa tegangan baterai cenderung untuk menurun saat arus yang ditarik dari baterai tersebut dinaikkan.

Saklar mempunyai dua kondisi:

  • ON : Kondisi ini biasa disebut sebagai “hubung singkat” (shot circuit), dimana secara ideal mempunyai karakteristik: V = 0 untuk semua harga I (yaitu R = 0)
  • OFF : Kondisi dimana arus tidak mengalir atau biasa disebut sebagai “rangkaian terbuka” (open circuit), secara ideal mempunyai karakteristik: I = 0 untuk semua harga V (yaitu R = ¥).

Pengertian Arus Listrik & Kuat Arus Listrik

Arus Listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Arah arus listrik dan arah gerakan elektron. “1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624×10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”

Formula arus listrik adalah:

I = Q/t (ampere)

Dimana:

  • I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
  • Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
  • t = waktu, detik

Kuat Arus Listrik adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik” “muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik.

Rangkaian Seri Resistor

Rangkaian Seri Resistor adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor yang disusun secara sejajar atau berbentuk Seri. Dengan Rangkaian Seri ini kita bisa mendapatkan nilai Resistor Pengganti yang kita inginkan.

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :

Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Dimana :

Rtotal = Total Nilai Resistor

R1 = Resistor ke-1

R2 = Resistor ke-2

R3 = Resistor ke-3

Rn = Resistor ke-n

Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Seri

Contoh Kasus untuk menghitung Rangkaian Seri Resistor

Contoh Soal : Seorang Engineer ingin membuat sebuah peralatan Elektronik, Salah satu nilai resistor yang diperlukannya adalah 4 Mega Ohm, tetapi Engineer tidak dapat menemukan Resistor dengan nilai 4 Mega Ohm di pasaran sehingga dia harus menggunakan rangkaian seri Resistor untuk mendapatkan penggantinya.

Penyelesaian :

Ada beberapa kombinasi Nilai Resistor yang dapat dipergunakannya, antara lain :

  • 1 buah Resistor dengan nilai 3,9 Mega Ohm
  • 1 buah Resistor dengan nilai 100 Kilo Ohm
  • Rtotal = R1 + R2
  • 3,900,000 + 100,000 = 4,000,000 atau sama dengan 4 Mega Ohm.

Atau 4 buah Resistor dengan nilai 1 Mega Ohm

  • Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4
  • 1 MOhm + 1 MOhm + 1 MOhm + 1 MOhm = 4 Mega Ohm

Rangkaian Paralel Resistor

Rangkaian Paralel Resistor adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor yang disusun secara berderet atau berbentuk Paralel. Sama seperti dengan Rangkaian Seri, Rangkaian Paralel juga dapat digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti. Perhitungan Rangkaian Paralel sedikit lebih rumit dari Rangkaian Seri.

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :

1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Dimana :

  • Rtotal = Total Nilai Resistor
  • R1 = Resistor ke-1
  • R2 = Resistor ke-2
  • R3 = Resistor ke-3
  • Rn = Resistor ke-n

Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Paralel :

Contoh Kasus untuk Menghitung Rangkaian Paralel Resistor

Contoh Soal : Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai Resistornya adalah sebagai berikut : •R1 = 100 Ohm •R2 = 200 Ohm •R3 = 47 Ohm

Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai Rangkaian Paralel Resistor?

Penyelesaiannya :

  • 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
  • 1/Rtotal = 1/100 + 1/200 + 1/47
  • 1/Rtotal = 94/9400 + 47/9400 + 200/9400
  • 1/Rtotal = 341 x Rtotal = 1 x 9400 (→ Hasil kali silang)
  • Rtotal = 9400/341
  • Rtotal = 27,56

Jadi Nilai Hambatan Resistor pengganti untuk ketiga Resistor tersebut adalah 27,56 Ohm.

Hal yang perlu diingat bahwa Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan bertambah jika menggunakan Rangkaian Seri Resistor sedangkan Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan berkurang jika menggunakan Rangkaian Paralel Resistor.

Pada Kondisi tertentu, kita juga dapat menggunakan Rangkaian Gabungan antara Rangkaian Seri dan Rangkaian Paralel Resistor.

Contoh Soal Latihan dan Penyelesaiannya

Hitunglah rangkaian pararel resistor, Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai resistornya adalah sebagai berikut

  1. R1 =  50    Ohm
  2. R2 =  100  Ohm
  3. R3 =  25    Ohm

Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai rangkaian Pararel Resistor ?

Penyelesaian:

Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai Resistornya adalah sebagai berikut :

  1. R1 = 50 Ohm
  2. R2 = 200 Ohm
  3. R3 = 25 Ohm

Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai Rangkaian Paralel Resistor?

Penyelesaiannya :

  • 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
  • 1/Rtotal = 1/50 + 1/100 + 1/25
  • 1/Rtotal = 2/100 + 1/100 + 4/100
  • 1/Rtotal = 7 / 100 ( Gunakan kali silang) => 7x Rtotal = 1×100
  • Rtotal = 100/7
  • Rtotal = 14,29

Jadi Nilai Hambatan Resistor pengganti untuk ketiga Resistor tersebut adalah 14,29 Ohm.

Contoh Soal Kisi – kisi Rangkaian Seri dan Pararel

Contoh 1: Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai resistornya adalah sebagai berikut :

  • R1  =  50  Ohm
  • R2  =  100  Ohm
  • R3  =  25  Ohm

Hitunglah Hambatan total jika ketiga resistor tersebut di rangkai Seri dan Paralel.

A. Total Hambatan Rangkaian Seri.

R Total = R1 + R2 + R3 = 50 + 100 + 25 = 175 Ohm

B. Total Hambatan Rangkaian Paralel

Penyelesaiannya :

  • 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
  • 1/Rtotal = 1/50 + 1/100 + 1/25
  • 1/Rtotal = 2/100 + 1/100 + 4/100
  • 1/Rtotal = 7 x Rtotal = 1 x 100 (→ Hasil kali silang)
  • Rtotal = 100/7
  • Rtotal = 14,29

Jadi Nilai Hambatan Resistor pengganti untuk ketiga Resistor tersebut adalah 14,29 Ohm.

Contoh 2. Diketahui sebagai berikut:

  • R1 = 400 Ω
  • R2 = 500 Ω
  • R3 = 700 Ω
  • V = 12,0 V

a) Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai rangkaian Pararel Resistor ? b) Berapa nilai Arus I total

Penyelesaian:

a) Nilai hambatan yang didapatkan jika memakai rangkaian Pararel Resistor ?

  • 1/ RP = 1/500 + 1/700
  • 1/RP = 0,0034
  • RParalel = 290 Ohm
  • Nilai Hambatan Total =400 + 290 = 690 Ohm

b) Berapa nilai Arus I total, sesuai dengan hukum Ohm

I = V / R

I = 12/ 690 = 0,017 Ampere = 17 mA

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *