Rangkaian Listrik Dasar Hal penting dalam rangkaian listrik adalah memahami aturan-aturan atau sifat-sifat kelistrikan suatu rangkaian, seperti nilai resistansi, tegangan, arus, dan daya. Pengetahuan dalam memahami suatu rangkaian listrik sederhana adalah amat penting dalam memahami sirkuit yang lebih kompleks. Rangkaian listrik dapat dikelompokan menjadi tiga bagian utama; yaitu hubungan seri, paralel, dan hubungan kombinasi. Hubungan seri dan paralel sederhana dapat dibangun melalui dua buah resistor, sedangkan hubungan kombinasi adalah penggabungan dari hubungan seri dengan paralel. Hubungan kombinasi sederhana dapat dibangun dengan satu buah resistor yang terhubung secara seri dengan dua resistor terhubung paralel. Pengetahuan dalam hubungan dasar seri dan paralel akan sangat berguna untuk memahami bagaimana komponen-komponen yang dihubungkan secara kombinasi satu sama lain. (a)seri (b)paralel Dalam pemakaian sehari-hari, kebutuhan energi listrik seperti untuk kebutuhan industri, konsumsi rumah tangga ataupun untuk penerangan lampu jalan, penerapan hubungan seri secara langsung jarang sekali digunakan. Penerapan hubungan seri terutama banyak digunakan untuk rangkaian pembatas arus atau pengaman (Gambar 1.2). Contoh sistem pengaman sederhana yang banyak digunakan pada rangkaian listrik adalah sistem pemutus arus dengan menggunakan sekering. Sekering F1 digunakan sebagai alat pemutus hubungan listrik bilamana arus yang mengalir melalui sekering melebihi batas kemampuan maksimum. Gambar 1.2. Pemutus arus F1 (hubungan seri) dengan Lampu dan sumber tegangan Hubungan Seri Sifat rangkaian hubungan seri hanya memiliki satu jalur aliran kuat arus dari potensial (+) menuju potensial negatif (-) UB. Karena hanya ada satu jalur aliran arus pada rangkaian seri, sehingga kuat arus yang melalui masing-masing resistor adalah sama besar. Hubungan seri tidak hanya terdiri dari dua atau tiga resistror saja yang dapat dihubungkan secara seri, tetapi rangkaian seri dimungkinkan terdiri dari empat buah resistor atau lebih. Gambar 1.3. Prinsip Hubungan Seri Resistor Kuat Arus hubungan Seri Menurut hukum Kirchhoff-II, jika rangkaian seri dengan tiga buah resistor (R) dihubungkan dengan tegangan baterai UB, maka jumlah kuat arus (I) mengalir melalui tiga resistor R1, R2 dan R3 adalah sama besar (Gambar 1.4b). Kuat arus hubungan seri dapat dinyatakan seperti persamaan berikut: I = I1=I2=I3 (a) (b) Gambar 1.4. (a) rangkaian seri 3 resistor dan (b) kurva arus-tegangan Kuat arus disemua bagian rangkaian seri adalah sama besar, tidak hanya tiga resistor saja yang dapat dihubungkan seri, tetapi rangkaian seri dapat terdiri dari dua, tiga, dan empat resistor atau lebih. Tegangan Jatuh Pada Hubungan Seri Tegangan adalah gaya yang mendorong elektron melalui resistansi sehingga terjadi beda potensial diantara kedua ujung resistor. Tegangan jatuh pada kedua ujung resistor ditentukan oleh kuat arus dan besarnya resistansi suatu resistor. Jumlah tegangan jatuh total pada ujung-ujung paling luar sumber merupakan penjumlahan secara aljabar pada masing-masing resistor R1, R2 dan R3 seperti yang diilustrasikan skema rangkaian Gambar 1.4a dan kurva hubungan arus-tegangan Gambar 1.4b. Jika sebuah voltmeter dihubungkan dengan diantara kedua ujung resistor, maka besarnya tegangan yang diperlukan untuk mendorong arus melalui resistor yang ditunjukkan oleh volmeter dinamakan drop tegangan atau tegangan jatuh. Kejadian ini mirip dengan penurunan tekanan dalam sistem air/fluida yang dialirkan melalui pipa (Gambar 1.1c). Dalam rangkaian seri, jumlah semua tegangan turun di semua resistor harus sama dengan tegangan yang diberikan ke sirkuit. Jumlah drop tegangan pada masing-masing resistor sebanding dengan resistansi dan arus sirkuit. Gambar 1.5. Polaritas Pengukuran tegangan drop hubungan seri Pengukuran tegangan pada masing-masing resistor, mulai dari resistor R1 dengan tegangan: U1 ; resistor R2 dengan tegangan: U2 ; resistor R3 dengan tegangan ketiga: U3; dan resistor R4 dengan tegangan U4, maka hubungan jumlah dari keempat tegangan adalah sama dengan jumlah tegangan di baterai UB. UB = U1 + U2 + U3 + U4 Karena U1 = I1•R1 ;U2 = I2•R2 ; U3 = I3•R3 ; U4 = I4•R4 dan Vs = I•Rt, maka: I•Rt = I1•R1 + I2•R2 + I3•R3 + I4•R4, dengan demikian kuat arus I = I1 = I2 = I3 = I4 Resistansi Pada Hubungan Seri Oleh karena pada hubungan seri kuat arus yang melalui masing-masing resistor sama besar, sehingga jumlah nilai resistansi keseluruhan Rt adalah: Rt = R1 + R2 + R3 + R4 Ilustrasi yang ditunjukkan Gambar 1.6 mengasumsikan bahwa hasil dari pengukuran tegangan dengan voltmeter pada masing-masing resistor dianggap sama besar. Karena kuat arus yang melalui pada masing-masing resistor adalah sama besar, maka berdasarkan hasil dari pengukuran data tegangan dapat diasumsikan bahwa nilai resistansi dari semua keempat resistor juga bernilai sama besar. Dan apabila rangkaian ini dihubungkan ke baterai UB = 24Volt, maka besarnya tegangan jatuh pada masing-masing resistor adalah U1=U2=U3=U4 = 24V/4 = 6V. Kejadian istimewa ini hanya berlaku, jika suatu rangkaian seri memiliki tegangan jatuh pada masing-masing dari ke-empat resistor bernilai sama besar. Gambar 1.6. Tegangan jatuh dengan nilai resistor sama besar Rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 1.7 mengilustrasikan hubungan seri yang terdiri dari resistor dengan nilai berbeda. Perhatikan bahwa penurunan tegangan pada masing-masing resistor sebanding dengan besarnya resistansi/resistansi. Juga perhatikan bahwa jumlah dari tegangan jatuh pada setiap resistor adalah sama dengan besarnya tegangan baterai UB, yaitu 24 volt. Resistor dengan nilai resistansi terkecil menghasilkan tegangan jatuh paling kecil, sebaliknya resistor dengan nilai resistansi paling besar menghasilkan tegangan jatuh paling besar. Gambar 1.7. Tegangan jatuh dengan nilai resistor berbeda Metode Perhitungan Pada Hubungan Seri Ada tiga aturan yang dapat diterapkan dalam menghitung nilai-nilai dari arus, tegangan, resistansi dan daya dalam rangkaian yang terhubung secara seri, yaitu: Rangkaian memiliki kuat arus yang sama pada setiap resistor. Nilai Resistansi total adalah jumlah dari resistor individu. Tegangan sumber adalah sama dengan jumlah tegangan jatuh pada masing-masing resistor. Rangkaian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.8 dengan nilai-nilai yang telah ditentukan,seperti, tegangan jatuh, resistansi untuk masing-masing resistor. (a) (b) Gambar 1.8.(a) Nilai-nilai I, U, dan R hubungan seri, (b) Rangkaian pengganti Langkah I: Menentukan resistansi total (RT) dari seluruh rangkaian dapat ditentukan dengan menambahkan nilai-nilai resistansi ketiga resistor: RT = R1 + R2 + R3 RT = 20 + 10 + 30  RT = 60 Langkah II: Menghitung jumlah kuat arus dalam rangkaian dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Ohm I = UT/RT I = 120V/60 I = 2A Kuat arus total 2A mengalir melalui setiap resistor dalam rangkaian hubungan seri: IT = I1 = I2 = I3 = 2A Langkah III: Karena jumlah arus yang mengalir melalui resistor R1 diketahui, maka drop tegangan pada resistor R1 dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm: U1 = I1 x R1 U1 = 2A x 20 U1 = 40V Langkah IV: Pengukuran tegangan jatuh pada R1, untuk nilai resistansi resistor R1 = 20 dengan tegangan jatuh U1 = 40Volt mengalirkan kuat arus I1 = 2A (Gambar 1.8a). Dengan cara yang sama, maka penurunan tegangan pada resistor R2 dan R3 dapat ditemukan dengan menggunakan hukum ohm: U2 = U2 xR2 U2 = 2A x 10 =20V U3 = I3 x R3 U3 = 2A x 30 = 60V Gambar 1.9. Pengukuran tegangan jatuh pada R1 Dan jika drop tegangan pada masing-masing resistor dijumlahkan, hasilnya akan sama dengan tegangan total ET: UT= U1 + U2 + U3 UT = 40V + 20V + 60V UT = 120V Jika diukur tegangan pada masing-masing resistor: tegangan jatuh pada resistor R1 adalah U1; tegangan pada resistor R2 adalah U2; dan tegangan pada resistor R3 adalah U3, maka bila dari ketiga tegangan dijumlahkan, nilainya akan sama dengan tegangan baterai UT. Jadi rangkaian resistor yang terhubung seri antara TEGANGAN JATUH dan KUAT ARUS mempunyai ARAH dengan POLARITAS yang sama pada masing-masing resistor, sehingga secara matematis besaran tegangan dan resistor dapat dijumlahkan secara langsung.   Lampiran Keterangan: Tegangan “E” dalam standar jerman ditulis dengan simbol “U” Pengkodean Resistor TEKNIK ELEKTRONIKA AUDIO VIDEO TEKNIK LISTRIK Rangkaian Seri Resistor Percobaan 1:  Simulasi dengan Circuit Wizard Hubungan seri resistor dengan nilai resistansi sama Langkah Percobaan: Pengukuran Tegangan Hubungkan rangkaian seperti yang diperlihatkan Gambar 1.10 berikut ini. Gambar 1.10. Pengukuran tegangan hubungan seri Pilih batas ukur multimeter 20V= (DC), tetapkan tegangan power supply sebesar 12V dan kemudian hidupkan tombol power. Ukur besarnya tegangan jatuh pada resistor R1, yaitu dengan menekan tombol “run” pada program circuit wizard. Lakukan dengan cara yang sama untuk resistor yang lainnya. Masukan hasilnya pada tabel 1.1 Pengukuran Arus Ubah posisi power supply dan multimeter seperti Gambar 1.11 berikut ini. Tetapkan batas ukur ampermeter sebesar 20mA, lalu ukur besarnya kuat arus total IT yang melalui rangkaian, yaitu dengan menekan tombol “run” pada program circuit wizard. Gambar 1.11. Pengukuran arus hubungan seri Masukan hasilnya pada tabel 1.1   Menyimpulkan hasil simulasi berdasarkan tabel 1.1 Menjawab tugas-tugas Tabel 1.1. Pengukuran arus-tegangan hubungan deri dengan nilai resistansi sama Tegangan (Volt) Arus (mA) Resistansi Total () Resistor UR1 UR2 UR3 UT IT RT=R1+R2+R3 RT=UT/IT RT=UT/(Banyaknya R) Kesimpulan dan Tugas Kesimpulan tabel 1.1 ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Tugas Hitung nilai-nilai dari arus, tegangan, resistansi dan daya dengan menggunakan rumus hukum ohm. UT = 120V U1 = ...........V U2 = ...........V U3 = ...........V U4 = ...........V U5 = ...........V IT = ............A I1 = .............A I2 = .............A I3 = .............A I4 = .............A I5 = .............A RT = .......... R1 = 1000  R2 = 1000  R3 = 1000  R4 = 1000  R5 = 1000  PT = .........W P1 = ..........W P2 = ..........W P3 = ..........W P4 = ..........W P5 = ..........W Tuliskan hasil perhitungan dari tabel diatas kedalam skema rangkaian berikut ini!