Modul 3 HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLATEGE & CURRENT DIVIDER, MESH , NODAL, THEVENIN
MODUL 3
Hukum Ohm menjelaskan bahwa besar kecilnya arus yang mengalir melalui sebuah konduktor berbanding lurus dengan beda potensial yang diberikan, namun berbanding terbalik dengan nilai resistansinya. Prinsip ini menjadi landasan fundamental dalam bidang elektronika yang penerapannya banyak dijumpai dalam keseharian.
Hukum Kirchoff pada hakikatnya mengkaji tentang hantaran listrik dalam kaitannya dengan prinsip kekekalan energi. Oleh karena itu, pemahaman terhadap hukum ini menjadi sangat esensial sebagai pondasi untuk menganalisis besaran arus dan tegangan dalam suatu sirkuit, khususnya pada rangkaian tertutup.
Current divider (pembagi arus) dan voltage divider (pembagi tegangan) merupakan konsep pokok yang harus dikuasai untuk mempelajari sistem rangkaian elektronika. Materi ini biasanya termasuk dalam kurikulum mata kuliah dasar elektronika di perguruan tinggi.
Analisis mesh merupakan suatu metode untuk menentukan nilai arus pada berbagai titik dalam rangkaian planar. Sementara itu, analisis node adalah teknik untuk mengestimasi beda potensial antara titik-titik simpul dalam rangkaian dengan memanfaatkan besaran arus cabang. Pelaksanaan analisis node akan lebih sederhana apabila sumber yang digunakan berbentuk sumber arus. Namun jika dalam rangkaian terdapat sumber tegangan, maka sumber tersebut perlu diperlakukan sebagai supernode, dimana sumber tegangan dianggap sebagai satu simpul tunggal.
Teorema Thevenin merupakan salah satu teori penting dalam menganalisis rangkaian listrik. Teorema ini menyatakan bahwa suatu jaringan listrik tanpa beban dapat direpresentasikan sebagai rangkaian pengganti yang hanya terdiri dari sebuah sumber tegangan mandiri yang diseri dengan sebuah resistor, dengan tetap mempertahankan karakteristik hubungan arus-tegangan pada beban.
- 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.
A. Alat
1. Instrument
2. Module
.jpg)
.jpg)
.jpg)
3. Base Station
4. Jumper
B. Bahan
1. Resistor
2. Potensiometer
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)
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).
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).
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.
- 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.
- 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.
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 X 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
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:
- 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.
- Rth adalah resistansi yang terlihat dari terminal pada saat beban dilepas (open circuit) dan sumber tegangan yang dihubung singkat (short circuit).
Comments
Post a Comment