Hukum Kirchoff 1 & 2 pada Rangkaian Elektronika

Hukum Kirchoff pada rangkaian elektronika memungkinkan kita untuk menyelesaikan masalah rangkaian kompleks dengan mendefinisikan seperangkat hukum dan teorema jaringan dasar untuk tegangan dan arus di sekitar rangkaian.

Kita melihat dalam tutorial Resistor bahwa resistansi tunggal yang ekuivalen, ( R_T ) dapat ditemukan ketika dua atau lebih resistor dihubungkan bersama dalam seri, paralel atau kombinasi keduanya, dan bahwa rangkaian ini mematuhi Hukum Ohm.

Namun, kadang-kadang di rangkaian kompleks seperti bridge atau jaringan T, kita tidak bisa hanya menggunakan Hukum Ohm saja untuk menemukan tegangan atau arus yang beredar di dalam rangkaian. Untuk jenis perhitungan ini kita memerlukan aturan tertentu yang memungkinkan kita untuk mendapatkan persamaan rangkaian dan untuk ini kita dapat menggunakan Hukum Kirchoff Rangkaian.

Pada tahun 1845, seorang fisikawan Jerman, Gustav Kirchoff mengembangkan sepasang atau serangkaian aturan atau hukum yang berhubungan dengan konservasi arus dan energi dalam rangkaian listrik.

Kedua aturan ini umumnya dikenal sebagai: Hukum Kirchoff Rangkaian dengan salah satu Hukum Kirchoff yang berurusan dengan Arus yang mengalir di sekitar rangkaian tertutup, Kirchoff Current Law, (KCL) sementara hukum lainnya berkaitan dengan sumber tegangan yang ada dalam rangkaian tertutup, Kirchoff Voltage Hukum, (KVL).

Hukum Kirchoff 1 - Arus, (KCL)

Hukum Kirchoff 1 - Arus atau KCL, menyatakan bahwa "total arus atau muatan yang memasuki persimpangan atau simpul persis sama dengan muatan yang meninggalkan simpul karena tidak ada tempat lain kecuali pergi, karena tidak ada muatan yang hilang dalam simpul ".

Dengan kata lain jumlah aljabar SEMUA arus yang masuk dan keluar dari sebuah simpul harus sama dengan nol, I_(masuk) + I_(keluar) = 0. Ide ini oleh Kirchoff umumnya dikenal sebagai Konservasi Muatan.

Rangkaian Hukum Kirchoff 1 - Arus (KCL)

Di sini, tiga arus yang memasuki simpul, I₁, I₂, I₃ semuanya bernilai positif dan dua arus yang meninggalkan simpul, I₄ dan I₅ bernilai negatif. Maka ini berarti kita juga dapat menulis ulang persamaan sebagai;

I₁ +I₂ + I₃ - I₄ - I₅ = 0

Istilah Node dalam rangkaian listrik umumnya mengacu pada koneksi atau persimpangan dari dua atau lebih jalur pembawa arus atau elemen seperti kabel dan komponen. Juga agar arus mengalir masuk atau keluar dari simpul, jalur rangkaian tertutup harus ada. Kita dapat menggunakan Hukum Kirchoff 1 - Arus ketika menganalisis rangkaian paralel.

Hukum Kirchoff 2 - Tegangan, (KVL)

Hukum Kirchoff 2 - Tegangan atau KVL, menyatakan bahwa "dalam jaringan loop tertutup apa pun, tegangan total di sekitar loop sama dengan jumlah semua penurunan tegangan dalam loop yang sama" yang juga sama dengan nol.

Dengan kata lain, jumlah aljabar semua tegangan dalam loop harus sama dengan nol. Gagasan oleh Kirchoff ini dikenal sebagai Konservasi Energi.

Rangkaian Hukum Kirchoff 2 - Tegangan (KVL)

Mulai dari titik mana saja di loop berlanjut ke arah yang sama mencatat arah semua penurunan tegangan, baik positif atau negatif, dan kembali ke titik awal yang sama.

Adalah penting untuk mempertahankan arah yang sama baik searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam atau jumlah tegangan akhir tidak akan sama dengan nol. Kita dapat menggunakan Hukum Kirchoff 2 - tegangan ketika menganalisis rangkaian seri.

Ketika menganalisis rangkaian DC atau rangkaian AC menggunakan Hukum Kirchoff Rangkaian sejumlah definisi dan terminologi digunakan untuk menggambarkan bagian-bagian rangkaian yang dianalisis seperti: simpul, jalur, cabang, loop, dan mesh. Istilah-istilah ini sering digunakan dalam analisis rangkaian sehingga penting untuk memahaminya.

Istilah Teori Rangkaian DC Umum:

• Rangkaian - sebuah rangkaian adalah jalur konduksi loop tertutup di mana arus listrik mengalir.
• Jalur/Path - satu baris elemen atau sumber yang menghubungkan.
• Node - node adalah persimpangan, koneksi atau terminal dalam suatu rangkaian dimana dua atau lebih elemen rangkaian dihubungkan atau digabung bersama-sama memberikan titik koneksi antara dua atau lebih cabang. Node ditunjukkan oleh sebuah titik.
• Cabang/Branch - cabang adalah satu atau sekelompok komponen seperti resistor atau sumber yang terhubung antara dua node.
• Loop - loop adalah jalur tertutup sederhana dalam rangkaian di mana tidak ada elemen atau simpul rangkaian yang ditemui lebih dari sekali.
• Mesh - mesh adalah satu loop terbuka yang tidak memiliki jalur tertutup. Tidak ada komponen di dalam mesh.

Perhatikan bahwa:

• Komponen dikatakan dihubungkan bersama dalam Seri jika nilai arus yang sama mengalir melalui semua komponen.
• Komponen dikatakan dihubungkan bersama secara Paralel jika memiliki tegangan yang sama diterapkan pada mereka.

Rangkaian DC Khas

Contoh: Hukum Kirchoff Rangkaian No.1

Temukan arus yang mengalir di Resistor 40Ω , R₃

Rangkaian ini memiliki 3 cabang, 2 node ( A dan B ) dan 2 loop independen.

Menggunakan Hukum Kirchoff 1 - Arus, KCL persamaan diberikan sebagai:
Pada simpul A : I₁ + I₂ = I₃
Pada simpul B : I₃ = I₁ + I₂

Menggunakan Hukum Kirchoff 2 Tegangan, KVL persamaan diberikan sebagai:
Loop 1 diberikan sebagai: 10 = R₁ I₁ + R 3 I₃ = 10I₁ + 40I₃
Loop 2 diberikan sebagai: 20 = R₂ I₂ + R 3 I₃ = 20I₂ + 40I₃
Loop 3 diberikan sebagai: 10 - 20 = 10I₁ - 20I₂

Karena I₃ adalah jumlah dari I₁ + I₂ kita dapat menulis ulang persamaan sebagai;
Eq. No 1: 10 = 10I₁ + 40 (I₁ + I₂) = 50I₁ + 40I₂
Eq. No 2: 20 = 20I₂ + 40 (I₁ + I₂) = 40I₁ + 60I₂

Kita sekarang memiliki dua " Persamaan Simultan " yang dapat dikurangi untuk memberi kita nilai I₁ dan I_2.
Substitusi I₁ dalam hal I₂ memberi kita nilai I₁ sebagai -0.143 Amp
Substitusi I₂ dalam hal I₁ memberi kita nilai I₂ sebagai +0.429 Amp

karena: I₃ = I₁ + I₂

Arus yang mengalir dalam resistor R₃ diberikan sebagai: -0.143 + 0.429 = 0.286 Amp
dan tegangan melintasi resistor R₃ diberikan sebagai: 0,286 x 40 = 11,44 volt

Tanda negatif untuk I₁ berarti bahwa arah aliran arus awalnya dipilih salah, tetapi tidak pernah kurang valid. Faktanya, baterai 20v sedang mengisi baterai 10v.

Penerapan Hukum Kirchoff Rangkaian

Kedua undang-undang ini memungkinkan Arus dan Tegangan dalam suatu rangkaian dapat ditemukan, yaitu, rangkaian dikatakan “Dianalisa”, dan prosedur dasar untuk menggunakan Hukum Kirchoff Rangkaian adalah sebagai berikut:

1. Asumsikan semua tegangan dan resistansi diberikan. (Jika tidak memberi label V1, V2, ... R1, R2, dll.)
2. Tandai setiap cabang dengan arus cabang. (I1, I2, I3 dll.)
3. Temukan persamaan Hukum Kirchoff 1 - Arus untuk setiap simpul.
4. Temukan persamaan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan untuk masing-masing loop independen di rangkaian.
5. Gunakan persamaan simultan Linear seperti yang diperlukan untuk menemukan arus yang tidak diketahui.

Selain menggunakan Hukum Kirchoff Rangkaian untuk menghitung berbagai tegangan dan arus yang beredar di sekitar rangkaian linier, kita juga dapat menggunakan analisis loop untuk menghitung arus di setiap loop independen yang membantu mengurangi rumus matematika yang diperlukan dengan menggunakan Hukum Kirchoff saja.

Dalam tutorial berikutnya tentang Rangkaian DC, kita akan melihat Analisis Arus Mesh untuk melakukan hal itu.

Berbagi :