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).