Memahami dasar-dasar elektronik berarti memahami rangkaian, cara kerjanya, dan cara menghitung hal-hal seperti hambatan total di sekitar berbagai jenis rangkaian. Sirkuit dunia nyata bisa menjadi rumit, tetapi Anda dapat memahaminya dengan pengetahuan dasar yang Anda ambil dari sirkuit yang lebih sederhana dan ideal.
Dua jenis utama rangkaian adalah seri dan paralel. Dalam rangkaian seri, semua komponen (seperti resistor) disusun dalam satu garis, dengan satu loop kawat membentuk rangkaian. Sirkuit paralel terbagi menjadi beberapa jalur dengan satu atau lebih komponen di masing-masing jalur. Menghitung rangkaian seri itu mudah, tetapi penting untuk memahami perbedaan dan cara bekerja dengan kedua jenis tersebut.
Dasar-dasar Sirkuit Listrik
Listrik hanya mengalir di sirkuit. Dengan kata lain, dibutuhkan loop lengkap agar sesuatu dapat bekerja. Jika Anda memutus lingkaran itu dengan sakelar, daya berhenti mengalir, dan lampu Anda (misalnya) akan mati. Definisi rangkaian sederhana adalah loop tertutup dari konduktor yang dapat dilalui elektron, biasanya terdiri dari daya sumber (baterai, misalnya) dan komponen atau perangkat listrik (seperti resistor atau bola lampu) dan kawat penghantar.
Anda harus memahami beberapa terminologi dasar untuk memahami cara kerja sirkuit, tetapi Anda akan terbiasa dengan sebagian besar istilah dari kehidupan sehari-hari.
“Perbedaan tegangan” adalah istilah untuk perbedaan energi potensial listrik antara dua tempat, per satuan muatan. Baterai bekerja dengan menciptakan perbedaan potensial antara dua terminalnya, yang memungkinkan arus mengalir dari satu ke yang lain ketika mereka terhubung dalam suatu rangkaian. Potensi pada satu titik secara teknis adalah tegangan, tetapi perbedaan tegangan adalah hal yang penting dalam praktik. Baterai 5 volt memiliki beda potensial 5 volt antara dua terminal, dan 1 volt = 1 joule per coulomb.
Menghubungkan konduktor (seperti kabel) ke kedua terminal baterai menciptakan sirkuit, dengan arus listrik yang mengalir di sekitarnya. Arus diukur dalam amp, yang berarti coulomb (bermuatan) per detik.
Setiap konduktor akan memiliki “hambatan” listrik, yang berarti perlawanan material terhadap aliran arus. Resistansi diukur dalam ohm (Ω), dan konduktor dengan resistansi 1 ohm yang dihubungkan pada tegangan 1 volt akan memungkinkan arus 1 amp mengalir.
Hubungan antara ini dienkapsulasi oleh hukum Ohm:
V=IR
Dengan kata lain, "tegangan sama dengan arus dikalikan dengan resistansi."
Seri vs. Sirkuit Paralel
Dua jenis utama sirkuit dibedakan oleh bagaimana komponen disusun di dalamnya.
Definisi rangkaian seri sederhana adalah, “Suatu rangkaian dengan komponen-komponen yang disusun dalam garis lurus, sehingga semua arus mengalir melalui setiap komponen secara bergantian.” Jika Anda membuat rangkaian loop dasar dengan baterai yang terhubung ke dua resistor, dan kemudian memiliki koneksi yang berjalan kembali ke baterai, kedua resistor akan berada di seri. Jadi arus akan mengalir dari terminal positif baterai (dengan konvensi Anda memperlakukan arus seolah-olah itu muncul dari ujung positif) ke resistor pertama, dari itu ke resistor kedua dan kemudian kembali ke baterai.
Rangkaian paralel berbeda. Sebuah sirkuit dengan dua resistor secara paralel akan dibagi menjadi dua trek, dengan resistor pada masing-masing. Ketika arus mencapai persimpangan, jumlah arus yang sama yang memasuki persimpangan harus meninggalkan persimpangan juga. Ini disebut kekekalan muatan, atau khusus untuk elektronik, hukum Kirchhoff saat ini. Jika kedua jalur memiliki hambatan yang sama, arus yang sama akan mengalir ke bawah mereka, jadi jika 6 amp arus mencapai persimpangan dengan hambatan yang sama di kedua jalur, 3 amp akan mengalir ke bawah masing-masing. Jalur kemudian bergabung kembali sebelum menghubungkan kembali ke baterai untuk menyelesaikan sirkuit.
Menghitung Resistansi untuk Rangkaian Seri
Menghitung resistansi total dari beberapa resistor menekankan perbedaan antara seri vs. sirkuit paralel. Untuk rangkaian seri, hambatan total (Rtotal) hanyalah jumlah dari masing-masing hambatan, jadi:
R_{total}=R_1 + R_2 + R_3 + ...
Fakta bahwa itu adalah rangkaian seri berarti resistansi total di jalur hanyalah jumlah dari resistansi individu di atasnya.
Untuk soal latihan, bayangkan rangkaian seri dengan tiga hambatan:R1 = 2 Ω, R2 = 4 danR3 = 6 Ω. Hitung hambatan total pada rangkaian tersebut.
Ini hanyalah jumlah dari resistansi individu, jadi solusinya adalah:
\begin{aligned} R_{total}&=R_1 + R_2 + R_3 \\ &=2 \; \Omega \; + 4 \; \Omega \; +6 \; \Omega \\ &=12 \; \Omega \end{selaras}
Menghitung Resistansi untuk Rangkaian Paralel
Untuk rangkaian paralel, perhitunganRtotal sedikit lebih rumit. Rumusnya adalah:
{1 \above{2pt}R_{total}} = {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}
Ingatlah bahwa rumus ini memberi Anda kebalikan dari perlawanan (yaitu, satu dibagi dengan perlawanan). Jadi, Anda perlu membagi satu dengan jawaban untuk mendapatkan hambatan total.
Bayangkan tiga resistor yang sama dari sebelumnya disusun secara paralel sebagai gantinya. Resistansi total akan diberikan oleh:
\begin{aligned} {1 \above{2pt}R_{total}} &= {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}\\ &= {1 \di atas{2pt}2 \; } + {1 \di atas{2pt}4 \; } + {1 \di atas{2pt}6\; }\\ &= {6 \above{2pt}12 \; } + {3 \di atas{2pt}12 \; } + {2 \di atas{2pt}12 \; }\\ &= {11 \above{2pt}12Ω}\\ &= 0,917 \; ^{-1} \end{selaras}
Tapi ini 1 /Rtotal, jadi jawabannya adalah:
\begin{aligned} \ R_{total} &= {1 \above{2pt}0.917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \Omega \end{selaras}
Cara Menyelesaikan Rangkaian Kombinasi Seri dan Paralel
Anda dapat memecah semua rangkaian menjadi kombinasi rangkaian seri dan paralel. Cabang dari rangkaian paralel mungkin memiliki tiga komponen secara seri, dan rangkaian dapat terdiri dari rangkaian tiga bagian paralel yang bercabang secara berurutan.
Memecahkan masalah seperti ini berarti memecah sirkuit menjadi beberapa bagian dan menyelesaikannya secara bergantian. Perhatikan contoh sederhana, di mana ada tiga cabang pada rangkaian paralel, tetapi salah satu cabang tersebut memiliki rangkaian tiga resistor yang terpasang.
Trik untuk memecahkan masalah ini adalah dengan memasukkan perhitungan resistansi seri ke dalam yang lebih besar untuk keseluruhan rangkaian. Untuk rangkaian paralel, Anda harus menggunakan ekspresi:
{1 \above{2pt}R_{total}} = {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}
Tapi cabang pertama,R1, sebenarnya terbuat dari tiga resistor berbeda secara seri. Jadi jika Anda fokus pada hal ini terlebih dahulu, Anda tahu bahwa:
R_1=R_4 + R_5 + R_6
Bayangkan ituR4 = 12 Ω, R5 = 5 danR6 = 3 Ω. hambatan totalnya adalah:
\begin{aligned} R_1&=R_4 + R_5 + R_6 \\ &= 12 \; \Omega \; + 5 \; \Omega \; + 3 \; \Omega \\ &= 20 \; \Omega \end{selaras}
Dengan hasil ini untuk cabang pertama, Anda dapat melanjutkan ke masalah utama. Dengan resistor tunggal pada setiap jalur yang tersisa, katakan bahwaR2 = 40 danR3 = 10 Ω. Anda sekarang dapat menghitung:
\begin{aligned} {1 \above{2pt}R_{total}} &= {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}\\ &= {1 \di atas{2pt}20 \; } + {1 \di atas{2pt}40 \; } + {1 \di atas{2pt}10\; }\\ &= {2 \above{2pt}40 \; } + {1 \di atas{2pt}40 \; } + {4 \di atas{2pt}40 \; }\\ &= {7 \above{2pt}40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; ^{-1} \end{selaras}
Jadi itu berarti:
\begin{aligned} \ R_{total} &= {1 \above{2pt}0,175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \Omega \end{selaras}
Perhitungan lainnya
Perlawanan jauh lebih mudah dihitung pada rangkaian seri daripada rangkaian paralel, tetapi tidak selalu demikian. Persamaan untuk kapasitansi (C) dalam rangkaian seri dan paralel pada dasarnya bekerja sebaliknya. Untuk rangkaian seri, Anda memiliki persamaan kebalikan kapasitansi, sehingga Anda menghitung kapasitansi total (Ctotal) dengan:
{1 \above{2pt}C_{total}} = {1 \above{2pt}C_1} + {1 \above{2pt}C_2} + {1 \above{2pt}C_3} + ...
Dan kemudian Anda harus membagi satu dengan hasil ini untuk menemukanCtotal.
Untuk rangkaian paralel Anda memiliki persamaan yang lebih sederhana:
C_{total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
Namun, pendekatan dasar untuk memecahkan masalah dengan seri vs. rangkaian paralel adalah sama.