Pertemuan V

1
Pertemuan V

• Dasar Teknik Elektro
• Resistor, Capasitor dan Induktor

2
Resistors

• Resistors can be either fixed or variable in
  value
• Fixed resistors come in a variety of different
  shapes, sizes and forms
• Axial lead resistors have the value of resistance
  printed on them or as a colour code
• Surface mount resistors have a numerical code
  indicating a value
• All resistors have a tolerance value

3
Resistors

• Variable resistors are called potentiometers
• There is a fixed value of resistance between two
  terminals
• The moving part of the potentiometer is called
  the wiper

4
Resistors

• Four band resistor colour code
• 1st band provides the first digit of the code
• 2nd band provides the second digit of the code
• 3rd band is the multiplier
• 4th band indicates the tolerance value

5
Resistors

• Resistor colour code calculation
• The first band red has a value of 2
• The second band purple has a value of 7
• The third band has a multiplier of x 10
• The last band indicates a tolerance value of
  /-5
• Resistance value is 270? /-5

2
7
x10
/-5
6
Resistors in Series and Parallel Circuits
7
Resistors in circuits

• To determine the current or voltage in a circuit
  that contains multiple resistors, the total
  resistance must first be calculated.
• Resistors can be combined in series or parallel.

8
Resistors in Series

• When connected in series, the total resistance
  (Rt) is equal to
• Rt R1 R2 R3
• The total resistance is always larger than any
  individual resistance.

9
Sample Problem
Calculate the total current through the circuit.
Rt 15 O 10 O 6 O
Rt 31 O
I V/Rt
10 V/ 31 O
0.32 A
10
Resistors in Series

• Since charge has only one path to flow through,
  the current that passes through each resistor is
  the same.
• The sum of all potential differences equals the
  potential difference across the battery.

11
Resistors in Parallel

• When connected in parallel, the total resistance
  (Rt) is equal to
• 1/Rt 1/R1 1/R2 1/R3
• Due to this reciprocal relationship, the total
  resistance is always smaller than any individual
  resistance.

12
Sample Problem
Calculate the total resistance through this
segment of a circuit.
1/Rt 1/12 O 1/4 O 1/6 O
1/12 O 3/12 O 2/12 O
1/Rt 6/12 O ½ O
Rt 2 O
13
Resistors in Parallel

• Since there is more than one possible path, the
  current divides itself according to the
  resistance of each path.
• smallest resistor more current passes
• largest resistor least current passes

14
Resistors in Parallel

• The voltage across each resistor in a parallel
  combination is the same.

15
Calculate the total resistance in the circuit
below
Rtot 3 1/3O
1/Rtot 2/10 O 1/10 O 3/10 O
16
KAPASITOR dan DIELEKTRIK
17
Contoh-contoh Capacitor
18
Contoh-contoh Capacitor
19

• Pengertian Kapasitor
• Dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk
  diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis
  disebut kapasitor.
• Sifat menyimpan energi listrik / muatan listrik.
• Kapasitas suatu kapasitor (C) adalah perbandingan
  antara besar muatan Q dari salah satu
  penghantarnya dengan beda potensial V antara
  kedua pengahntar itu.

20

• Kegunaan Kapasitor
• Untuk menghindari terjadinya loncatan listrik
  pada rangkaian2 yang mengandung kumparan bila
  tiba2 diputuskan arusnya.
• Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin
  mobil
• Untuk memilih panjang gelombang yang ditangkap
  oleh pesawat penerima radio.
• Bentuk kapasitor
• Kapasitor bentuk keping sejajar
• Kapasitor bentuk bola sepusat
• Kapasitor bentuk silinder

21
DIELEKTRIK
Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang
diletakkan di antara kedua pelat kapasitor. Jika
di antara keping dan keping diisi dengan
bahan dielektrik (isolator), kuat medan listrik
di antara keping akan menurun dan kapasitansi
akan naik.
Beberapa alasan penggunaan dielektrik adalah ?
Memungkinkan untuk aplikasi tegangan yang lebih
tinggi (sehingga lebih banyak muatan). ?
Memungkinkan untuk memasang pelat menjadi lebih
dekat (membuat d lebih kecil). ?Memperbesar
nilai kapasitansi C karena Kgt1.
22
Dengan adanya suatu lembaran isolator
(dielectric) yang ditempatkan di antara kedua
pelat, kapasitansi akan meningkat dengan faktor
K, yang bergantung pada material di dalam
lembaran. K disebut sebagai konstanta dielektrik
dari material.
dielectric
Karenanya C K?0A / d secara umum adalah benar
karena K bernilai 1 untuk vakum, dan mendekati 1
untuk udara. Kita juga dapat mendefinisikan ?
K ?0 dan menuliskan C ?A / d. ? disebut sebagai
permitivitas dari material
C K?0A / d
23

• Kapasitas Kapasitor
• Bila luas masing2 keping A, maka
• Tegangan antara kedua keping
• Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah
  

A
E

- - - -
d
q
-q
24

• Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyai
  konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi
• Hubungan antara C0 dan C adalah
• Kapasitor akan berubah kapasitasnya bila
• K , A dan d diubah
• Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanya
  merupakan perbandingan2 yang tetap saja. Artinya
  meskipun harga Q diubah2, harga C tetap.

25

• Hubungan Kapasitor
• Hubungan Seri
• Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai
  muatan yang sama.

26

• Hubungan Paralel
• Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan
  antara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V.

27

• Energi Kapasitor
• Sesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yang
  mempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan
  energi yang lebih besar pula.
• Persamaannya

28
KAPASITOR
Secara umum Kapasitor terdiri atas dua keping
konduktor yang saling sejajar dan terpisah oleh
suatu bahan dielektrik ( dari bahan isolator)
atau ruang hampa.
Bahan dielektrik
Antara dua keping dihubungkan dengan beda
potensial ?V dan menimbulkan muatan listrik sama
besar pada masing-masing keping tetapi berlawanan
tanda.
Luas A
Sumber Gambar Haliday-Resnick-Walker
29
Kapasitor

• Sifat Kapasitor
• 1. Dapat menyimpan energi listrik, tanpa disertai
  reaksi kimia
• 2. Tidak dapat dilalui arus listrik DC dan mudah
  dilalui arus bolak-balik
• 3. Bila kedua keping dihubungkan dengan beda
  potensial, masing-masing bermuatan listrik sama
  besar tapi berlawanan tanda.

Simbol Kapasitor
30
Kapasitor
-Q

• Kapasitas kapasitor (C) menunjukkan besar muatan
  listrik pada masing-masing keping bila kedua
  keping mengalami beda potensial 1 volt

Q
V
V

Q nilai muatan listrik pada masing-
masing keping V beda potensial listrik antar
keping ( volt) C kapasitas kapasitor
(Farad F )
31
Kapasitas kapasitor
A luas salah satu permukaan yang
saling berhadapan (meter 2 )
Ruang hampa atau udara
d Jarak antar keping (meter)
C kapasitas kapasitor (Farad F)
Luas A
?o permitivitas udara atau ruang hampa
( 8.854 187 82 10-12 C/vm )
32
Kapasitas kapasitor
Kapasitas kapasitor yang terdiri atas bahan
dielektrik
K tetapan dielektrik (untuk udara
atau ruang hampa K 1 )
? permitivitas bahan dielektrik ( C/vm )
33
Rangkaian Kapasitor

• Rangkaian seri

-Q2
Q2
V

34
Rangkaian Kapasitor

• Rangkaian seri

1. Kapasitas gabungan kapasitor
Cg 6/5 1,2 ?F 2. Muatan listrik pada
rangkaian 1,2 ?F x 6V
7,2 ?C Pada kapasitor satu 7,2 ?C
Pada kasitor kedua 7,2 ?C 3. Tegangan liatrik
pada kapasitor satu 3,6 V Pada
kapasitor dua 2,4 V
Contoh
-Q
Q
C1 2 ?F
C2 3 ?F
V 6 volt

35
Rangkaian Kapasitor

• Rangkaian paralel

• Tegangan pada kapasitor pertama (V1), kapasitor
  kedua (V2) dan tegangan sumber (V) masing-masing
  sama besar.
• V1 V2 V
• Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian
  memenuhi Q Q1 Q2
• Kapasitas gabungan kapasitor mmenuhi
• Cg C1 C2

-Q2
Q2
V

36
Rangkaian Kapasitor

• Rangkaian paralel

• Tegangan pada kapasitor pertama (V1) dan
  kapasitor kedua (V2) adalah
• V1 V2 6 volt
• Kapasitas gabungan kapasitor adalah
• Cg C1 C2 2?F 3?F 5?F
• Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian
  memenuhi Q Cg xV 5?F x 6V 30?C
• Q1 C1 x V 2?Fx6V 12?C
• Q2 C2 x V 3?Fx6V 18?C

Contoh
C1 2 ?F
-Q2
Q2
C2 3 ?F
V 6 volt

37
Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor

• Grafik hubungan tegangan (V) dengan muatan
  listrik yang tersimpan pada kapasitor (Q)

Q(Coulomb)
Nilai energi listrik yang tersimpan pada
kapasitor yang bermuatan listrik Q luas daerah
Dibawah garis grafik Q-V (yang diarsir ).
Q
V(volt)
V
38
Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor
Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C
dihubungkan dengan tegangan V.
Karena Q C.V, maka
C
Keterangan
Q muatan listrik kapasitor ( Coulomb)
C Kapasitas kapasitor ( farad)
V tegangan listrik antar keping kapasitor (
Volt)
W Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor
( Joule )
39
Inductors

• Energy Storage Devices

40
Objective of Lecture

• Describe
• The construction of an inductor
• How energy is stored in an inductor
• The electrical properties of an inductor
• Relationship between voltage, current, and
  inductance power and energy
• Equivalent inductance when a set of inductors are
  in series and in parallel

41
Inductors

• Generally - coil of conducting wire
• Usually wrapped around a solid core. If no core
  is used, then the inductor is said to have an
  air core.

http//bzupages.com/f231/energy-stored-inductor-uz
ma-noreen-group6-part2-1464/
42
Symbols
http//www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_15/1.ht
ml
43
Alternative Names for Inductors

• Reactor- inductor in a power grid
• Choke - designed to block a particular frequency
  while allowing currents at lower frequencies or
  d.c. currents through
• Commonly used in RF (radio frequency) circuitry
• Coil - often coated with varnish and/or wrapped
  with insulating tape to provide additional
  insulation and secure them in place
• A winding is a coil with taps (terminals).
• Solenoid a three dimensional coil.
• Also used to denote an electromagnet where the
  magnetic field is generated by current flowing
  through a toroidal inductor.

44
Energy Storage

• The flow of current through an inductor creates a
  magnetic field (right hand rule).
• If the current flowing through the inductor
  drops, the magnetic field will also decrease and
  energy is released through the generation of a
  current.

B field
http//en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Theory/Mutual
_Inductance
45
Sign Convention

• The sign convention used with an inductor is the
  same as for a power dissipating device.
• When current flows into the positive side of the
  voltage across the inductor, it is positive and
  the inductor is dissipating power.
• When the inductor releases energy back into the
  circuit, the sign of the current will be negative.

46
Current and Voltage Relationships

• L , inductance, has the units of Henries (H)
• 1 H 1 V-s/A

47
Power and Energy
48
Inductors

• Stores energy in an magnetic field created by the
  electric current flowing through it.
• Inductor opposes change in current flowing
  through it.
• Current through an inductor is continuous
  voltage can be discontinuous.

http//www.rfcafe.com/references/electrical/Electr
icity20-20Basic20Navy20Training20Courses/elec
tricity20-20basic20navy20training20courses20
-20chapter2012.htm
49
Calculations of L

• For a solenoid (toroidal inductor)
• N is the number of turns of wire
• A is the cross-sectional area of the toroid in
  m2.
• mr is the relative permeability of the core
  material
• mo is the vacuum permeability (4p 10-7 H/m)
• l is the length of the wire used to wrap the
  toroid in meters

50
Wire
Unfortunately, even bare wire has
inductance. d is the diameter of the wire
in meters.
51
Properties of an Inductor

• Acts like an short circuit at steady state when
  connected to a d.c. voltage or current source.
• Current through an inductor must be continuous
• There are no abrupt changes to the current, but
  there can be abrupt changes in the voltage across
  an inductor.
• An ideal inductor does not dissipate energy, it
  takes power from the circuit when storing energy
  and returns it when discharging.

52
Properties of a Real Inductor

• Real inductors do dissipate energy due resistive
  losses in the length of wire and capacitive
  coupling between turns of the wire.

53
Inductors in Series
54
Leq for Inductors in Series
55
Inductors in Parallel
56
Leq for Inductors in Parallel
57
General Equations for Leq

• Series Combination

• Parallel Combination

• If S inductors are in series, then

• If P inductors are in parallel, then

58
Summary

• Inductors are energy storage devices.
• An ideal inductor act like a short circuit at
  steady state when a DC voltage or current has
  been applied.
• The current through an inductor must be a
  continuous function the voltage across an
  inductor can be discontinuous.
• The equation for equivalent inductance for
• inductors in series inductors in
  parallel