RANGKAIAN ARUS SEARAH (DC)

Arus searah /Direct Current (DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. 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 (ggl) 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 Ω sammpai 10 MΩ 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  2.1-a.   Perhatikan bagaimana  kedua  elemen tersebut  digambarkan dan bagaimana  menunjukkan  arah  arus  (dari  kutub positif melewati resistor menuju kutub negatif).

Gambar 2.1  Rangkaian arus searah :
a) Pemasangan komponen dan arah arus dan b) Penambahan komponen saklar dan hambatan dalam.

Pada gambar 2.1-b, telah ditambahkan dua komponen lain pada rangkaian, yaitu:
i)  Sebuah saklar untuk memutus rangkaian.
ii)  Sebuah  resistor dengan  simbol  r  (huruf  kecil)  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 = ∞ ∞).

Untuk menganalisis  lebih  lanjut, rangkaian di atas perlu dipahami hukum dasar rangkaian  yang disebut hukum Kirchhoff.  Terdapat  beberapa  cara  untuk menyatakan hukum Kirchhoff, kita coba untuk menyatakan supaya mudah diingat:

Gambar 2.2 Rangkaian sederhana dengan tiga loop

i)  Arus  total  yang masuk pada  suatu  titik  sambungan/cabang  adalah nol (Hukum  I, disebut KCL – Kirchhoff curent law).
∑ i=0
Arah setiap arus ditunjukkan dengan anak panah, jika arus berharga positif maka arus mengalir searah dengan anak panah, demikian sebaliknya.  Dengan demikian untuk rangkaian seperti pada gambar 2.2 kita dapat menuliskan:
∑i=0

-i1 + i2 + i3 = 0

Tanda negatif pada  i1  menunjukkan bahwa arus keluar dari titik cabang dan  jika arus masuk titik cabang diberi tanda positif.
ii)  Pada  setiap  rangkaian  tertutup  (loop),  jumlah  penurunan  tegangan  adalah nol (Hukum II, sering disebut sebagai KVL – Kirchhoff voltage law)
∑v=0

Pada  gambar  2.2  dengan  menggunakan  KVL  kita  dapat menuliskan  tiga persamaan , yaitu:
Untuk loop sebelah kiri  : -E1+R3I3+R1I1=0
Untuk loop sebelah kanan  : -E2+R1I1+R2I2=0
Untuk loop luar : -E1+R3I3+R2I2+E2=0
Kembali ke rangkaian pada gambar 2.1, bahwa semua komponen dilewati arus I.
Menurut hukum II berlaku:
∑v=0

-E+Ir+IR=0
jadi besarnya arus yang mengalir tersebut adalah
I=E/(R+r)
Kita tertarik pada
V=IR

=E R/(R+r)
Sehingga diperoleh
V=E – I r

Persamaan tersebut memperlihatkan bahwa  tegangan V merupakan  hasil  penurunan tegangan  akibat  adanya  beban  yang  dialiri  arus.   Simbul  r disebut  hambatan dalam baterai.  Nampak bahwa V merupakan bagian (fraksi) dari E.  Rangkaian semacam ini biasa disebut sebagai “pembagi tegangan”.

Resistor dalam Rangkaian Seri dan Paralel

Ini merupakan konsep dasar  yang  memungkinkan kita  secara  cepat  dapat menyederhanakan rangkaian yang relatif kompleks.

Seperti terlihat  pada  gambar  2.3-a, pada  rangkaian  seri  semua  resistor  teraliri arus yang sama.  Jika arus yang mengalir sebesar I, kita mempunyai
V=I(R1+R2+R3)

V/I=R=R1+R2+R3
Nampak bahwa untuk  rangkaian  seri, ketiga  resistor  tersebut dapat digantikan dengan sebuah resistor tunggal sebesar R. Pada  rangkaian paralel  (gambar 2.3-b), nampak bahwa masing-masing  resistor mendapat tegangan yang sama.  Jadi
I1=V/R1

I2=V/R2

I3=V/R3

dimana G biasa  disebut  sebagai  konduktansi,  jadi G =  1/R, dinyatakan dalam  satuan siemen (dengan simbul S atau mho atau Ω-1).

Leave a Reply

%d bloggers like this: