Basic Concepts
Chapter 1
Pendahuluan
• Teori untai dan elektromagnetik à dasar semua
cabang teknik elektro.
• Teori untai à dasar cabang fisika karena dapat
digunakan untuk belajar sistem energi.
• Teknik Elektro komunikasi atau transfer energi dari
satu titik ke titik lain.
Untai listrik sederhana
Untai Listrik
Untai di atas terlihat kompleks, namun demikian dapat
dianalisis menggunakan beberapa teknik yang akan
dipelajari.
Analisis Untai
• Study karakteristik (behavior) untai:
• Bagaimana respon untai terhadap suatu input?
• Bagaimana elemen-elemen dan piranti yang terbuhubung
di dalam untai berinteraksi?
• Konsep-konsep dasar yang harus dipelajari:
•
•
•
•
•
•
Muatan
Arus
Tegangan
Elemen-elemen untai
Daya (Power)
Energi
Satuan-satuan Sistem
Analisis Dimensi
• Salah satu syarat bahwa persamaan benar.
• Bukan berarti persamaan pasti benar.
Muatan dan Arus
• Muatan listrik adalah dasar untuk menjelaskan
phenomena elektrik.
• Apa fenomena muatan listrik dalam
keseharian?
• Muatan listrik adalah sifat listrik partikel atom
yang menyusun suatu materi, dinyatakan
dalam satuan coulombs (C)
Muatan dan Arus
• Besar (magnitude) elektron à 1,602×10!"# C.
• 1 C sering terlalu besar à 𝑝C, 𝑛C, atau 𝜇C.
• Mengikuti kekelan energi à Muatan tidak
dapat diciptakan/dimusnahkan.
• Muatan listrik dapat mengalir.
• Dapat dikonversi menjadi bentuk energi
berbeda-beda.
• Konvensi, arah aliran arus adalah arah
pergerakan muatan positif.
Muatan dan Arus
• Arus listrik à banyaknya muatan yang
mengalir dalam tiap satuan waktu (ampere).
𝑑𝑞
𝑖≜
𝑑𝑡
• Muatan yang ditransfer dari 𝑡$ hingga 𝑡"
adalah:
%
𝑄 ≜ 4 𝑖 𝑑𝑡
%!
Arus DC dan AC
Arus DC à arus konstan terhadap waktu.
Arus AC à arus bervariasi terhadap waktu.
Tegangan
• Untuk memindahkan elektron à perlu usaha
• Dilakukan oleh external electromotive force (emf)
• emf à tegangan / perbedaan potensial
• Satuan tegangan = volt.
• Tegangan adalah energi yang diperlukan untuk
memindahkan satu satuan muatan melewati
suatu elemen.
𝑣!"
𝑑𝑤
≜
𝑑𝑞
𝑣&' = −𝑣&'
Tegangan
• Merupakan satuan dasar di dunia listrik.
• Terminologi signal digunakan untuk suatu kuantitas
listrik misalnya arus, tegangan, gelombang
elektromagnetik ketika digunakan untuk membawa
informasi.
• Tegangan DC à 𝑉
• Tegangan AC à 𝑣
Daya dan Energi
• Berapa besar daya yang dapat ditangani piranti
elektrik.
• Besaran yang bervariasi terhadap waktu.
• Daya diserap/di-supply oleh element.
• + à diserap ; - à di-supply
𝑑𝑤
𝑝≜
𝑑𝑡
𝑑𝑤
𝑝=
=
𝑑𝑡
=𝑣⋅𝑖
Daya dan Energi
• Daya dapat diserap/di-supply
oleh element.
• + à diserap ; − à di-supply
?
?
?
?
Daya dan Energi
• Hukum kekelan energi harus diikuti dalam setiap
untai elektrik.
∑𝑝 = 0
• Energi yang diserap atau di-supply oleh elemen dari
waktu 𝑡$ hingga 𝑡, dapat dinyatakan dengan:
%
%
𝑤 = 4 𝑝 𝑑𝑡 = 4 𝑣 ⋅ 𝑖 𝑑𝑡
%!
%!
• Energi adalah kapasitas untuk melakukan usaha (J)
Contoh:
Hitunglah daya yang diberikan ke sebuah elemen
pada saat 𝑡 = 3 ms jika arus yang masuk pada
terminal positif adalah:
𝑖 = 5 cos 60𝜋𝑡 A
dan tegangannya adalah:
a. 𝑣 = 3𝑖
b. 𝑣 = 𝑑𝑖/𝑑𝑡
Elemen Untai
• Elemen pasif (reisitor, kapasitor, induktor)
• Elemen aktif (generator, battery, op-amp)
Dependent Source
1.
2.
3.
4.
A voltage-controlled voltage source (VCVS)
A current-controlled voltage source (CCVS)
A voltage-controlled current source (VCCS)
A current-controlled current source (CCCS)
Contoh
• Hitung daya yang
diserap/di-supply oleh
setiap komponen!
• Identifikasi jenis setiap
komponennya!
Contoh:
• Hitung daya yang
diserap/di-supply oleh
setiap komponen!
• Identifikasi jenis setiap
komponennya!
Aplikasi
Contoh
Suatu berkas elektron pada tabung TV membawa
10"( elektron per detik. Tentukan tegangan 𝑉) yang
diperlukan untuk mengakselerasi berkas elektron
untuk mendapatkan 4 W.
Aplikasi
• Sebuah rumah tangga menggunakan 700 kWh pada
bulan Januari. Tentukan biaya yang harus dibayar
dengan tarif sebagai berikut.
•
•
•
•
Biaya dasar Rp. 50.000
100 kWh/bulan pertama Rp. 1.500,00/kWh
200 kWh/bulan berikutnya Rp. 1.300,00/kWh
Lebih dari 300 kWh/bulan Rp. 1.000,00/kWh
Problem Solving
1. Carefully define the problem.
2. Present everything you know about the problem.
3. Establish a set of alternative solutions and
determine the one that promises the greatest
likelihood of success.
4. Attempt a problem solution.
5. Evaluate the solution and check for accuracy.
6. Has the problem been solved satisfactorily? If so,
present the solution; if not, then return to step 3
and continue through the process again.
Contoh:
Berapa arus yang mengalir pada resistor 8Ω?
Solusi
Solusi