Analisis Rangkaian Loop Tunggal

Analisis rangkaian loop tunggal dapat dilakukan dengan menggunakan hukum ohm dan menggunakan hukum kirckoff II, dengan begitu maka nilai arus listrik yang mengalir pada rangkaian dan tegangan listrik yang mengalir pada setiap komponen pada rangkaian sederhana loop tunggal tersebut. Pada gambar dibawah ini ada sebuah sumber tegangan sebesar Vs dengan tanda + pada ujung atas, maka sesuai dengan sifat sumber tegangan bahwa arus listrik akan mengalir dari ujung + dan arus listrik akan mengalir sesuai dengan arah jarum jam.

Gambar rangkaian loop tunggal

Sesuai dengan hukum ohm maka tegangan pada setiap resistor akan berlaku rumus V = I x R dengan tanda positif pada ujung yang dimasuki dituju oleh arus I setiap pada gambar.
sesuai dengan hukum kirchoof II (hukum tegangan) maka berlaku :

Dan dengan mengganti nilai tegangan V dengan hasil rumus hukum Ohm.

i.R1+1.R2+i.R3+i.R4(-Vs)= 0

i=Vs/R1+R2+R3+R4

kesimpulannya bahwa dalam satu loop yang sama adalah arusnya I.


Contoh Soal :
1.

Gambar rangkaian 

Dua buah resistor dengan masing-masing nilai hambatan 20 Ω dan 10 Ω dirangkai secara seri dengan dua buah sumber tegangan DC yang memiliki nilai masing-masing 90 V dan 30 V. Berapakah nilai arus, dan tegangan  pada resistor tersebut?
Diketahui : R1 = 20 Ω
                 R2 = 10 Ω
                 V_S1 = 90 V
                 V_S2 = 30 V

Ditanya : I_R1 = ?
               I_R2 = ?
               V_R1 = ?
               V_R2 = ?


Jawab    :
a. Arus listrik pada masing-masing beban :

 karena rangkaian tersebut seri maka arus pada satu beban dan beban yang lain sama maka arus yang mengalir pada R1 dan R2 sama.

I_R1 = I_R2 = I = 2 A

b. Tegangan listrik pada masing-masing beban :
Tegangan pada beban resistor 10 Ω :

Tegangan pada beban resistor 20 Ω :

Dioda

Dioda merupakan komponen aktif elektronika yang berbahan semikonduktor. Struktur dioda merupakan sambungan semikonduktor P dan N. salah satu sisanya adalah semikonduktor dengan tipe-p sebagai (anoda), sedangkan di sisi yang lainnya adalah semikonduktor dengan tipe-n sebagai (katoda), dengan struktur komponen yang sedemikian rupa maka dioda dapat mengalirkan arus listrik dapat mengalir dari titik P menuju N.

Pada umumnya dioda digunakan untuk memberikan jalan pada suatu arus listrik untuk mengalir dalam satu arah (disebut arah maju dioda ini), dan menutup/menghentikan aliran arus listrik yang berasal dari arah yang berlawanan (arah sebaliknya).dioda dapat dimisalkan sebagai katup elektronik (katup yang mengatur jalannya arus listrik).

Gambar simbol dioda

Gambar dioda secara fisik

Dalam penggunaan nya dioda memiliki dua cara kerja perbiasan pada dioda, yaitu bias maju forward bias dan bias balik reverse bias. berikut ini penjelasan secara lanjut mengenai forward bias, dan reverse bias :

Bias maju pada dioda (forward bias)

Bias maju pada dioda adalah hubungan yang dihasilkan oleh pusat sumber negatif suatu baterai yang dihubungkan dengan bahan tipe-n  dan pusat positif yang dihubungkan dengan bahan yang bertipe -p.

 Gambar rangkaian dioda bias maju

dengan pembiasan maju, arus listrik yang melewati sambungan bahan tipe p dan tipe-p akan diteruskan sehingga jika pada rangkaian pembiasan maju ini diberi beban berupa lampu, maka lampu tersebut akan menyala pada gambar tersebut terjadi karena bias maju akan menyebabkan hilangnya area deplesi pada sambungan bahan bertipe n dan bahan bertipe p dioda seolah-oleh tidak ada sama sekali.

Bias balik pada dioda (reverse bias)

Bias balik pada dioda adalah hubungan yang dihasilkan oleh pusat sumber negatif baterai yang dihubungkan dengan menggunakan bahan bertipe p dan pusat positif yang dihubungkan dengan bahan bertipe n.

Gambar rangkaian dioda bias mundur.

Dengan pembiasan balik, arus listrik yang melewati sambungan bahan bertipe n dan bahan tipe n akan dihambat sehingga apabila pada rangkaian pembiasan balik ini diberikan beban berupa lampu, maka lampu tersebut tidak akan menyala. sesuai dengan gambar diatas terjadi karena pembiasan balik akan menyebabkan area deplesi pada sambungan bahan tipe p dan tipe n semakin meluas, artinya muncul penghalang yang akan menghambat aliran listrik pada sambungan bahan bertipe n dan bertipe p dioda.

dioda yang terbuat dari bahan silikon (Si) mempunyai tegangan konduksi di atas 0,7 v sedangkan dioda dari bahan germanium (Ge) batas minimum tegangan konduksi  adalah 0,2 V.

Beban-Beban Listrik (Resistif, Induktif, dan Kapasitif)

Beban listrik adalah suatu alat atau benda yang dapat bekerja atau berfungsi apabila dialiri arus listrik yang berpotensial (dapat bekerja dengan memanfaatkan energi listrik). contoh : lampu, alat-alat ramah tangga, alat-alat elektronik, selain itu alat-alat yang digunakan untuk merubah energi listrik menjadi energi lain misal gerak dan panas, dan lain sebagainya.

Berdasarkan sifat suatu beban listrik dapat dibedakan menjadi 3 yaitu :

a. Resistif

Beban yang memiliki sifat resistif akan memiliki sifat yang sama dengan resistor (R). Apabila beban tersebut dialiri arus listrik maka arus listrik yang mengalir melalui beban tersebut adalah arus nominal pada beban dan memiliki nilai yang tetap sehingga tidak diaktifkan . Contoh beban beban listrik yang bersifat resistif adalah lampu pijar (penerangan), setrika, teko listrik, dan alat-alat rumah tangga yang bersifat pemanas lainnya.

b. Induktif

beban yang bersifat induktif memiliki sifat yang sama dengan induktor (L). Arus listrik yang mengalir melalui beban tersebut akan disimpan dalam bentuk medan magnet karena arus listrik yang mengalir akan terinduksi dan dirubah menjadi medan magnet sehingga dapat tersimpan. Misalnya motor listrik ketika digerakkan dengan cara dialiri arus listrik maka nilai arus start nya akan 3 kali lebih besar dari arus nominal, dan ketika motor listrik telah runing maka nilai arus listrik akan sama dengan nilai arus nominal. Contoh beban listrik yang bersifat induktif adalah pompa air, blender, kipas angin dan alat-alat yang memanfaatkan energi listrik untuk menghasilkan energi gerak sebagai penggerak baban utama.

c. Kapasitif

Beban yang bersifat kapasitif memiliki sifat yang sama dengan kapasitor (C). Hampir sama dengan induktor yang menyimpan energi listrik hanya saja, beban yang bersifat kapasitif menyimpan energi listrik murni. Pada industri-industri besar yang menggunakan penggerak berupa motor listrik memerlukan kapasitor untuk menghemat daya.

Jenis-jenis Beban listrik dalam suatu rangkaian Instalasi dapat dibedakan menjadi berikut :
1. Penerangan

Gambar lampu Pijar

Suatu bangunan yang digunakan oleh manusia sudah pasti memerlukan instalasi penerangan. Sebelum melakukan pemasangan instalasi alangkah baiknya apabila melakukan perhitungan jumlah titik lampu yang akan dipasang untuk memudahkan dalam pembagian jumlah grup pada panel suatu instalasi. Beban yang digunakan adalah lampu, terdapat dua jenis lampu yang sering digunakan sebagai baban yang berfungsi sebagai penerangan yaitu :

a. Lampu pijar 

Lampu pijar merupakan beban yang bersifat resistif.

b. Lampu pendar (TL) 

Lampu pendar, merupakan lampu yang dapat menyala dengan memanfaatkan induksi pada ballas, sehingga mengakibatkan lampu pendar dalam penggunaannya lebih boros dari lampu pijar namun cahaya yang dihasilkan jauh lebih terang.

c. Lampu hemat energi (PLC dan sejenisnya)

Lampu hemat energi termasuk jenis lampu pendar hanya saja dirangkai dengan sedemikian rupa dengan rangkaian elektronika pada lampu tersebut sehingga mengakibatkan lampu tersebut menjadi hemat energi.

2. Kotak Kontak (Stop Kontak)

Gambar Kotak kontak

Kotak Kontak  adalah suatu alat yang digunakan sebagai penghubung arus listrik menuju ke beban listrik. Pada umumnya terdapat dua buah lubang yang sejajar di kanan dan di kiri, dan 2 buah tembaga yang sejajar diatas dan di bawah. kedua lubang tersebut merupakan penghubung lubang yang ada di kanan merupakan kabel sumber fasa, lubang yang ada di kiri adalah netral, dan 2 logam yang sejajar diatas dan di bawah merupakan penghubung dengan hantaran pentanahan.
Terdapat 4 buah stop kotak yang digunakan pada rangkaian listrik yaitu :

a. Kotak kontak terbuka
b. Kotak kontak tertutup
c. Kotak kontak terbuka dengan ground
d. Kotak kontak tertutup dengan ground

3. Motor-motor Listrik

Gambar motor 3 fasa

Motor listrik biasanya digunakan sebagai penggerak mesin-mesin di industri. Motor-motor listrik merupakan beban yang cukup besar karena bersifat induktif, karena motor listrik dapat bekerja dengan memanfaatkan lilitan-lilitan yang ada didalamnya yang menghasilkan medan magnet apabila dialiri arus listrik.
Motor-motor listrik dapat di kelompokan berdasarkan besar daya gerak yang dihasilkan yaitu :

a. Motor fraksioal ( daya yang dihasilkan < 1HP)
b. Motor integral (daya yang dihasilkan > 1HP)
c. Motor kelas medium (daya yang dihasilkan > 5HP)

Selain itu motor listrik juga dapat dibedakan berdasarkan jenis arus listrik yang digunakan sebagai, yaitu :

a. Motor arus searah
b. Motor arus bolak-balik satu fasa
c. Motor arus bolak-balik tiga fasa

Instalasi Listrik

Instalasi berasal dari kata instal yang arti nya memasang (jika di ibaratkan program pada komputer). Instalasi dalam teknik listrik instalasi dapat diartikan sebagai pemasangan suatu rangkaian kabel atau konduktor sebagai penyedia sumber tenaga listrik yang dapat dimanfaatkan oleh konsumen.

Berikut ini beberapa konsumen listrik yang membutuhkan instalasi listrik, yaitu :

Gambar-gambar konsumen listrik

A. Konsumen  Rumah Tangga

Instalasi yagn digunakan pada konsumen rumah tangga terdiri dari APP (alat pengukur dan dan pembatas), PHB (papan hubung bagi), dan rangkaian instalasi utama yang terdiri dari rangkaian pengendali dan rangkaian beban. Pada umumnya rangkaian pengendali terdiri dari sakelar-sakelar yang memberikan input berupa arus listrik menuju ke beban, Sedangkan rangkaian beban terdiri dari beban-beban listrik yang biasanya digunakan pada instalasi rumah misalnya lampu, kotak kontak, motor listrik dan lain-lain. Daya listrik yang dibutuhkan untuk rumah tangga adalah 450VA sampai dengan 4400VA, tegangan pada rangkaian instalasi rumah mencapai 220V / 380V tergolong tegangan rendah biasanya menggunakan sistem 1 fasa.

B. Penerangan Jalan Umum

Penerangan jalan umum biasanya digunakan untuk menerangi jalan-jalan raya di wilayah perkotaan atau jalan-jalan umum yang wilayah yang penduduknya telah cukup padat, selain itu penerangan jalan umum juga digunakan pada jalur-jalur utama. Fungsi dari penerangan jalan umum adalah untuk memberikan cahaya bagi para pengguna jalan untuk mencegah terjadinya kecelakaan pada saat malam. Biasanya lampu-lampu yang digunakan untuk menerangi jalan umum dikendalikan dengan menggunakan timer atau ada juga yang menggunakan sensor cahaya. Daya masing-masing lampu pada tiang bernilai 50VA sampai dengan 250VA, bergantung dengan jenis jalan yang diterangi . tegangan pada rangkaian instalasi penerangan jalan umum sama seperti instalasi rumah mencapai 220V  / 380V dengan menggunakan sistem 1 fasa.

C. Konsumen Industri

Industri-industri besar banyak menggunakan beban berupa motor 3 fasa sehingga daya yang dibutuhkan mencapai orde kVA. Beban motor tersebut merupakan beban induksi biasanya dirangkai kapasitor bank untuk mengubah sifat beban yang awalnya induksi menjadi resistansi sehingga menghemat biaya yang dikeluarkan oleh industri tersebut. Industri-industri besar yang menggunakan sistem 3 fasa dengan saluran masuk jaringan tegangan menengah yang mencapai 20kV atau 20.000 V.

D. Konsumen Bangunan Komersial

Bangunan Komersial adalah bangunan-bangunan besar bisa milik pemerintah atau pun milik swasta, contoh : sekolah,  kampus, stadion, apartemen, mall, rumah sakit, stasiun, bandara dan lain-lain sebagainya. Biasanya konsumen dengan bangunan komersial menggunakan sistem instalasi 3 fasa yang kapasitasnya kecil dengan tegangan rendah, sedangkan yang berkapasitas besar dengan tegangan menengah.

Untuk melayani kebutuhan rumah tangga, industri, bahkan bangunan-bangunan umum serta pemerintahan instalasi dapat dibedakan dalam :

- Instalasi listrik
- Instalasi air
- Instalasi gas
- Instalasi telepon
- Instalasi TV

Untuk mencegah terjadinya kecelakaan manusia membuat instalasi air dan gas di bawah tanah, sedangkan instalasi listrik, telepon dan TV dibuat di permukaan tanah (saluran udara). Tapi kini seiring dengan perkembangan teknologi pengolahan bahan material konduktor dan isolator, dengan begitu saluran udara dapat dipindahkan menjadi saluran bawah tanah. Di Indonesia pembangunan instalasi listrik yang awalnya mengunakan saluran udara sekarang telah mulai dibangun saluran bawah tanah.

Gambar instalasi di bawah trotoar yang dibangun di negara Belanda.

Berdasarkan pemakaiannya tenaga listrik dan tegangan nya dapat dibedakan dalam berbagai macam instalasi listrik, yaitu :

1. Menurut Arus Listrik yang Disalurkan 

a. Instalasi arus searah

Instalasi arus searah biasanya memiliki tegangan kerja mencapai 110V, 220V, atau 440V. Di Indonesia yang memanfaatkan instalasi arus searah adalah industri yang bekerja memanfaatkan komponen elektronika, misal PT. Kereta Api Indonesia pada pelayanan KRL (Kereta Api Listrik).

b. Instalasi arus bolak-balik

Instalasi ini pada umumnya bekerja pada tegangan : 125V, 220V, 330V, 500V, 1000V, 3000V,  5000V, 6000V, 10.000V, 15.000V. Di Indonesia jaringan dari PT. PLN tegangan yang digunakan adalah 220V, 380V, 6000V, 20.000V. Instalasi arus bolak-balik banyak dipakai untuk rumah tangga, industri maupun bangunan komersial.

2. Menurut Tegangan yang Digunakan

a. Instalasi tegangan tinggi 

Instalasi tegangan tinggi digunakan untuk saluran transmisi, karena mengalirkan daya yang besar pada tegangan tinggi selama arus baliknya kecil, sebagai muatan transmisi dengan tenaga yang kecil.

b. Instalasi tegangan menengah 

Instalasi tegangan menegah biasanya digunakan pada pusat pembangkit listrik arus bolak-balik pada saluran distribusi, instalasi tenaga pada gardu induk sebelum disalurkan menuju ke konsumen.

c. Instalasi tegangan rendah 

Instalasi dengan tegangan rendah biasanya digunakan pada saluran distribusi, instalasi penerangan rumah tangga, PJU (Penerangan Jalan Umum), dan bangunan komersil.

3. Menurut Pemakaian Tenaga Listrik 

a. Instalasi penerangan / instalasi cahaya

Untuk instalasi penerangan PT. PLN menyalurkan arus bolak-balik 127V (sistem lama) dan mulai tahun 1980an sampai dengan sekarang menggunakan tegangan 220V pada arus bolak-balik.

b. Instalasi tenaga 

Instalasi tenaga, adalah instalasi yang mengubah energi listrik menjadi energi lain, misal instalasi untuk motor listrik. Sistem lama PT.PLN menggunakan arus bolak-balik 127V dan sistem baru dengan menggunakan tegangan 380V instalasi tenaga ini biasa dipakai bersama untuk penerangan maupun tenaga.

4. Instalasi Listrik Khusus 

Instalasi listrik khusus biasanya digunakan pemakaian alat-alat, atau pada induksi-induksi yang memerlukan tenaga listrik untuk keperluan saluran seperti pada beberapa contoh berukut :

 -     Instalasi listrik pada kereta api, mobil, kapal laut, pesawat terbang

 -     Instalasi listrik pada pemancar radio, TV, telepon, telegram, radar

 -     Instalasi listrik pada industrii pertambangan dan lain-lain