RANGKAIN KELISTRIKAN

RANGKAIAN LISTRIK

Rangkaian Listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada Teknik Elektro yang menjadi basis bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem komputer, mesin, dan teori kontrol.

Rangkaian Listrik  adalah suatu kumpulan elemen atau komponen Listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup.

1. Elemen Listrik dua terminal :
• Sumber tegangan
• Sumber arus
• Resistor (R)
• Induktor (L)
• Kapasitor (C)
2. Elemen Listrik lebih dari dua terminal

• Transistor
• IC

Terminal adalah ujung dari element yang merupakan pangkal untuk koneksi atau hubungan dengan elemen lain. Elemen-elemen listrik pada Rangkaian Listrik dapat dikelompokkan ke dalam dua bagian, yaitu elemen aktif dan elemen pasif.

Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi, dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus. Elemen pasif adalah elemen yang tidak dapat menghasilkan energi. Elemen pasif dapat dikelompokkan menjadi elemen yang hanya dapat menyerap energi, contohnya terdapat pada resistor/tahanan/hambatan dengan simbol R, dan elemen pasif yang dapat menyimpan energi yang diklasifikasikan lagi menjadi dua yaitu elemen pasif yang dapat menyimpan energi dalam bentuk magnet yaitu induktor/lilitan/belitan/kumparan. Jadi pengelompokkan elemen listrik dapat di gambarkan seperti gambar dibawah ini :

Rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen ditambahkan dengan rangkaian penghubungnya, yaitu disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup.

Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan yang dimulai dari suatu titik dan kembali lagi ke titik tersebut tanpa terputus dan tanpa memandang seberapa jauh atau dekat lintasan itu.

1. Arus

Arus digambarkan dengan simbol I (berasal dari kata Perancis : intensite), didefinisikan sebagai perubahan kecepatan muatan terhadap waktu. Atau, pengertian lainnya adalah muatan yang mengalir dalam satuan waktu. Jadi arus sebenarnya adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus, tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang mempengaruhinya.

Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau dubbagian dari atom. Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif. Arah arus listrik searah dengan arah muatan positif atau berlawanan arah dengan aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan posif apabila kehilangan elektron, dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain.

Coulomb adalah unit dasar dari International System of Unit (SI) yang digunakan untuk mengukur muatan listrik.

Simbol : 

Q = muatan konstan

q = muatan listrik

muatan 1 elektro = 

muatan 1 coulomb = 

Secara matematis, arus didefinisikan: 

Satuan arus ; Ampere (A)

Macam-macam arus :

• Arus Searah (Direct Current/DC)

Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya di mana pun kita meninjau arus tersebut pada waktu berbeda akan mendapatka nilai polaritas yang sama. Nilai polaritas bisa selalu bernilai positif atau pun selalu bernilai negatif.

Gambar grafik arus searah

• Arus Bolak-Balik (Alternating Current/AC)

Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang berubah-ubah terhadap saluran waktu. Pada satu waktu nilai polaritasnya positif, tetapi pada selang waktu lain nilai polaritasnya negatif.

Gambar grafik arus bolak-balik

2. Tegangan

Tegangan (voltage), atau sering disebut sebagai "beda potensial", adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan muatan sebesar satu Coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya. Atau, dengan kata lain, jika suatu muatan sebesar satu Coulomb digerakkan atau dipindahkan, maka akan terdapat beda potensial pada kedua terminalnya.

Kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan. Jadi, berdasarkan pengertian diatas, tegangan adalah energi persatuan muatan.

Satuannya : Volt (V)

Gambar : Beda potensial antara 2 terminal A-B

Pada gambar diatas, terminal A mempunyai beda potensial lebih tinggi daripada potensial di terminal B. Ada dua buah istilah yang sering dipakai pada Rangkaian Listrik, yaitu :

• Tegangan Turun (voltage drop) : Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini dari terminal A ke terminal B.
• Tegangan Naik (votltage rise) : Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi dalam hal ini dari terminal B ke terminal A.

3. Energi

Energi adalah kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Jadi, energi adalah suatu kerja dimana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya sebesar satu Newton, dengan jarak tempuh pemindahan sebesar satu meter.

Di alam berlaku Hukum Kekekalan Energi, di mana energi sebetulnya tidak dapat dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contohnya pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak akan berpindah menjadi energi cahaya jika energi listrik tersebut melewati suatu lampu, dan energi cahaya akan berpindah menjadi energi panas jika bola lampu tersebut dipakai dalam waktu lama, demikian seterusnya.

Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap, bukan hanya polaritas tegangan yang berpengaruh, tetapi juga arah arus. Berdasarka energi yang dihasilkan, Elemen Listrik digolongkan menjadi 2, yaitu :

1. Elemen yang menyerap energi : Jika arus positif meninggalkan terminal positif (terminal positif berada diluar elemen tersebut) atau arus positif memasuki terminal positif (terminal positif berada di ujung elemen tersebut), maka dikatakan bahwa elemen tersebut menyerap energi dari luar, atau energi dari luar dikirim ke elemen tersebut.
2. Elemen yang mengirim energi : Jika arus positif memasuki terminal positif (terminal positif berada diluar elemen tersebut), atau arus positif meninggalkan terminal positif (terminal positif berada di ujung elemen tersebut), maka dikatakan bahwa elemen tersebut mengirim energi ke luar atau energi dari elemen dikirim ke luar.

Energi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan V dengan muatan yang melewatinya sebesar  adalah 

Satuannya adalah Joule (J)

4. Daya

Daya merupakan rata-rata kerja yang dilakukan.

Daya secara matematis :

Satuannya adalah Watt (W)

5. Analisis Rangkaian

Anasisis Rangkaian adalah Mencari hubungan antara masukan dan keluaran pada rangkaian yang telah diketahui, misalkan mencari keluaran tegangan/arus ataupun menentukan energi/daya yang dikirim.

Ada dua cabang utama dari teori rangkaian (input, rangkaian, output) :

1. Analisis rangkaian (rangkaian dan input untuk mencari output
2. Sintesis rangkaian/desain (input dan output untuk mencari rangkaian.