Pengenalan Rangkaian Listrik Dasar Lengkap | Rangkaian Listrik

Definisi

Rangkaian Listrik adalah suatu kumpulan dari komponen listrik (misalnya: baterai, resistor, induktor, kapasitor, switch, transistor ) dan unsur-unsur listrik (misalnya: sumber tegangan, sumber arus, resistensi, induktansi, kapasitansi ) yang saling terhubung dengan cara-cara tertentu dan setidaknya terdiri dari 1 lintasan/loop tertutup.

Klasifikasi 

• Berdasarkan Kepasifannya

Terdapat 2 jenis, yaitu Rangkaian Listrik Aktif dan Rangkaian Listrik Pasif.

1. Rangkaian Listrik Aktif mengandung setidaknya satu sumber tegangan atau sumber arus yang dapat menyuplai energi ke jaringan tanpa batas. 

Rangkaian Listrik Aktif berisi satu atau lebih sumber gaya gerak listrik. Contoh praktis dari sumber tersebut termasuk baterai atau generator. Elemen aktif dapat menyuntikkan daya ke sirkuit, memberikan penguatan daya, dan mengontrol aliran arus di dalam sirkuit.

2. Rangkaian Listrik Pasif tidak berisi sumber aktif.

Jaringan pasif tidak mengandung sumber gaya gerak listrik. Mereka terdiri dari elemen pasif seperti resistor dan kapasitor.

• Berdasarkan Linieritas 

Terdapat 2 jenis, yaitu Rangkaian Listrik Linier dan Rangkaian Listrik Non-Linier.

1. Rangkaian Listrik Linier adalah rangkaian yang sinyalnya mematuhi prinsip superposisi.

2. Rangkaian Listrik Non-Linier adalah rangkaian yang sinyalnya tidak mematuhi prinsip superposisi.

Rangkaian Listrik Pasif umumnya dianggap linier, tetapi ada pengecualian. Misalnya, induktor dengan inti besi dapat mengalami saturasi jika digerakkan dengan arus yang cukup besar. Di wilayah ini, perilaku induktor sangat non-linier.

• Berdasarkan Lumpiness 

Terdapat 2 jenis, yaitu Rangkaian Listrik Terpusat dan Rangkaian Listrik Terdistribusi.

Komponen pasif diskrit (resistor, kapasitor, dan induktor) disebut elemen terkumpul karena semua resistansi, kapasitansi, dan induktansi masing-masing diasumsikan berada ("disatukan") di satu tempat. Filosofi desain ini disebut model elemen terpusat dan jaringan yang dirancang disebut Rangkaian Listrik Terpusat. Ini adalah pendekatan konvensional untuk desain sirkuit. 

Pada frekuensi yang cukup tinggi asumsi gabungan tidak lagi berlaku karena terdapat fraksi panjang gelombang yang signifikan di seluruh dimensi komponen. Model desain baru diperlukan untuk kasus seperti itu yang disebut model elemen terdistribusi. Rangkaian listrik yang dirancang untuk model ini disebut Rangkaian Listrik Terdistribusi. Rangkaian listrik terdistribusi yang mencakup beberapa komponen yang digabungkan disebut desain semi-lumped. Contoh rangkaian semi-lumped adalah filter combline.

Klasifikasi sumber 

Sumber dapat diklasifikasikan sebagai sumber independen dan sumber dependen.

1. Independen  / Tidak Bergantung

Sumber Independen / Tidak Bergantung adalah sumber yang ideal dalam mempertahankan tegangan atau arus listrik yang sama terlepas dari elemen lain yang ada di rangkaian. Nilainya konstan (DC) atau sinusoidal (AC). Kekuatan tegangan atau arus tidak berubah oleh variasi apa pun dalam jaringan yang terhubung.

2. Dependen / Bergantung 

Sumber Dependen / Bergantung adalah sumber yang bergantung pada elemen tertentu dari rangkaian untuk mengalirkan daya atau tegangan atau arus tergantung pada jenis sumbernya.

Hukum-hukum pada Rangkaian Listrik  

Sejumlah hukum kelistrikan berikut ini berlaku untuk semua rangkaian listrik:

1. Hukum Arus Kirchhoff : Jumlah semua arus yang memasuki node sama dengan jumlah semua arus yang meninggalkan node.

2. Hukum Tegangan Kirchoff : Jumlah langsung perbedaan potensial listrik di sekitar loop harus nol.

3. Hukum Ohm : Tegangan yang melintasi resistor sama dengan produk resistansi dan arus yang mengalir melaluinya.

3. Teorema Norton : Setiap jaringan sumber tegangan atau arus dan resistor secara elektrik setara dengan sumber arus ideal secara paralel dengan resistor tunggal.

4. Teorema Thévenin : Setiap jaringan sumber tegangan atau arus dan resistor secara elektrik setara dengan sumber tegangan tunggal secara seri dengan resistor tunggal.

5. Teorema Superposisi : Dalam jaringan linier dengan beberapa sumber independen, respons dalam cabang tertentu ketika semua sumber bertindak secara bersamaan sama dengan jumlah linier respons individu yang dihitung dengan mengambil satu sumber independen pada satu waktu.

Hukum lain yang lebih kompleks mungkin diperlukan jika rangkaian mengandung komponen nonlinier atau reaktif . Sistem heterodyning self-regenerative non-linear dapat diperkirakan. Penerapan hukum ini menghasilkan sekumpulan persamaan simultan yang dapat diselesaikan baik secara aljabar maupun numerik.

Metode Desain

Terkait desain, berikut ini beberapa simbol yang sering digunakan dalam rangkaian listrik.

Dalam merancang atau mendesain rangkaian listrik jenis apapun, baik rangkaian analog maupun  digital, seorang teknisi kelistrikan harus bisa memprediksi berapa tegangan dan arus di semua tempat di dalam rangkaian. Rangkaian linier sederhana dapat dianalisis dengan menggunakan teori bilangan kompleks. Dalam kasus yang lebih kompleks, rangkaian dapat dianalisis dengan program komputer khusus atau teknik estimasi seperti model linier-sepotong.

Perangkat lunak simulasi sirkuit, seperti HSPICE (simulator sirkuit analog), dan bahasa seperti VHDL-AMS dan Verilog-AMS memungkinkan insinyur merancang sirkuit tanpa waktu, biaya dan risiko kesalahan yang terlibat dalam membangun prototipe sirkuit.

Sirkuit yang lebih kompleks dapat dianalisis secara numerik dengan perangkat lunak seperti SPICE atau GNUCAP , atau secara simbolis menggunakan perangkat lunak seperti SapWin .

Sekian, semoga bermanfaat.