Sumber Tegangan Listrik
Sumber Tegangan adalah perangkat yang menghasilkan tegangan output tepat yang, secara teori, tidak berubah terlepas dari arus beban.
Kita telah melihat di seluruh situs blog Belajar Elektronika ini bahwa ada dua jenis elemen dalam rangkaian listrik atau elektronik: elemen pasif dan elemen aktif.
Elemen aktif adalah elemen yang mampu memasok energi secara terus-menerus ke rangkaian, seperti baterai, generator, Op-amp (penguat operasional), dll. Elemen pasif di sisi lain adalah elemen fisik seperti resistor, kapasitor, induktor, dll. yang tidak dapat menghasilkan energi listrik sendiri tetapi hanya mengkonsumsinya.
Jenis elemen rangkaian aktif yang paling penting bagi kita adalah yang memasok energi listrik ke rangkaian atau jaringan yang terhubung dengannya. Ini disebut "sumber listrik" dengan dua jenis sumber listrik menjadi sumber tegangan dan sumber arus.
Sumber arus biasanya kurang umum di rangkaian daripada sumber tegangan, tetapi keduanya digunakan dan dapat dianggap sebagai pelengkap satu sama lain.
Supply listrik atau sederhananya, "sebuah sumber", adalah perangkat yang memasok daya listrik ke rangkaian dalam bentuk sumber tegangan atau sumber arus.
Kedua jenis sumber listrik dapat digolongkan sebagai sumber langsung (DC) atau bolak-balik (AC) di mana tegangan konstan disebut tegangan DC dan yang bervariasi secara sinusoidal dengan waktu disebut tegangan AC. Jadi misalnya, baterai adalah sumber DC dan stop kontak dinding 230V atau sumber listrik di rumah Anda adalah sumber AC.
Kami katakan sebelumnya bahwa sumber listrik memasok energi, tetapi salah satu karakteristik menarik dari sumber listrik, adalah bahwa mereka juga mampu mengubah energi non-listrik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Misalnya, baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik, sedangkan mesin listrik seperti generator DC atau alternator AC mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Teknologi terbarukan dapat mengubah energi dari matahari, angin, dan gelombang menjadi energi listrik atau panas. Tetapi selain mengubah energi dari satu sumber ke sumber lainnya, sumber listrik dapat memberikan atau menyerap energi yang memungkinkannya mengalir di kedua arah.
Karakteristik penting lain dari sumber listrik dan yang mendefinisikan operasinya, adalah karakteristik I-V (Arus-Tegangan). Karakteristik I-V dari sumber listrik dapat memberikan kita gambaran gambar sumber yang sangat bagus, baik sebagai sumber tegangan dan sumber arus seperti yang ditunjukkan.
Sumber-sumber listrik, baik sebagai sumber tegangan atau sumber arus dapat digolongkan sebagai independen (ideal) atau dependen, (dikontrol) yang nilainya tergantung pada tegangan atau arus di tempat lain dalam rangkaian, yang dengan sendirinya dapat berupa konstan atau waktu bervariasi.
Ketika berhadapan dengan hukum dan analisis rangkaian, sumber listrik sering dipandang sebagai "ideal", yaitu sumber tersebut ideal karena secara teoritis dapat menghasilkan energi tanpa batas tanpa kehilangan sehingga memiliki karakteristik yang diwakili oleh garis lurus.
Namun, dalam sumber nyata atau praktis selalu ada hambatan/resistansi baik yang terhubung secara paralel untuk sumber arus, atau seri untuk sumber tegangan yang terkait dengan sumber yang mempengaruhi outputnya.
Sumber tegangan ideal didefinisikan sebagai elemen aktif dua terminal yang mampu memasok dan mempertahankan tegangan yang sama, (v) melintasi terminalnya tanpa memandang arus, (i) mengalir melaluinya. Dengan kata lain, sumber tegangan ideal akan memasok tegangan konstan setiap saat terlepas dari nilai arus yang dipasok menghasilkan karakteristik I-V yang diwakili oleh garis lurus.
Kemudian sumber tegangan ideal dikenal sebagai Sumber Tegangan Independen karena tegangannya tidak tergantung pada nilai arus yang mengalir melalui sumber atau arahnya tetapi ditentukan semata-mata oleh nilai sumber itu sendiri.
Jadi misalnya, aki mobil memiliki tegangan terminal 12V yang tetap konstan selama arus yang melewatinya tidak menjadi tinggi, memberikan daya ke mobil dalam satu arah dan menyerap daya ke arah lain saat mengisi daya.
Di sisi lain, Sumber Tegangan Dependent/Tergantung atau sumber tegangan terkontrol, menyediakan supply tegangan yang besarnya tergantung pada tegangan yang melintasi atau arus yang mengalir melalui beberapa elemen rangkaian lainnya. Sumber tegangan dependen ditunjukkan dengan bentuk berlian dan digunakan sebagai sumber listrik yang setara untuk banyak perangkat elektronik, seperti transistor dan Op-amp (penguat operasional).
Meskipun bukan praktik terbaik untuk analisis rangkaian, sumber tegangan ideal dapat dihubungkan secara paralel asalkan memiliki nilai tegangan yang sama.
Di sini, dalam contoh ini, dua sumber tegangan 10 volt digabungkan untuk menghasilkan 10 volt antara terminal A dan B. Idealnya, hanya akan ada satu sumber tegangan tunggal 10 volt yang diberikan antara terminal A dan B.
Apa yang tidak diperbolehkan atau bukan praktik terbaik, adalah menyambungkan bersama sumber tegangan ideal yang memiliki nilai tegangan berbeda seperti yang ditunjukkan, atau dihubung pendek oleh loop atau cabang tertutup eksternal.
Namun, ketika berurusan dengan analisis rangkaian, sumber tegangan dari nilai yang berbeda dapat digunakan asalkan ada elemen rangkaian lain di antara mereka untuk mematuhi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan, KVL.
Tidak seperti sumber tegangan terhubung paralel, sumber tegangan ideal dari nilai yang berbeda dapat dihubungkan bersama secara seri untuk membentuk sumber tegangan tunggal yang outputnya akan berupa penambahan atau pengurangan aljabar dari tegangan yang digunakan. Koneksinya dapat berupa: tegangan seri-bantu atau seri-berlawanan seperti yang ditunjukkan.
Sumber tegangan bantu seri adalah sumber terhubung seri dengan polaritas mereka terhubung sehingga terminal plus satu terhubung ke terminal negatif berikutnya yang memungkinkan arus mengalir dalam arah yang sama. Dalam contoh di atas, dua tegangan dari 10V dan 5V dari rangkaian pertama dapat ditambahkan, untuk VS dari 10 + 5 = 15V. Jadi tegangan di terminal A dan B adalah 15 volt.
Sumber tegangan berlawanan seri adalah sumber terhubung seri yang memiliki polaritas terhubung sehingga terminal plus atau terminal negatif dihubungkan bersama seperti yang ditunjukkan pada rangkaian kedua di atas.
Hasil akhirnya adalah bahwa tegangan dikurangi satu sama lain. Kemudian dua tegangan 10V dan 5V dari rangkaian kedua dikurangi dengan tegangan yang lebih kecil dikurangi dari tegangan yang lebih besar. Menghasilkan VS dari 10-5 = 5V.
Polaritas di terminal A dan B ditentukan oleh polaritas yang lebih besar dari sumber tegangan, dalam contoh ini terminal A positif dan terminal B negatif menghasilkan +5 volt. Jika tegangan berlawanan-seri sama, tegangan netto melintasi A dan B akan nol karena satu tegangan menyeimbangkan yang lainnya. Juga setiap arus (I) juga akan menjadi nol, karena tanpa sumber tegangan, arus tidak dapat mengalir.
Jadi, VS = 15V, IR = 150mA atau 0.15A, dan PR = 2.25W.
Gagasan ini mungkin bekerja dengan baik untuk teknik analisis rangkaian, tetapi di dunia nyata sumber tegangan berperilaku sedikit berbeda seperti untuk sumber tegangan praktis, tegangan terminalnya akan benar-benar berkurang dengan peningkatan arus beban.
Karena tegangan terminal dari sumber tegangan ideal tidak berbeda dengan peningkatan arus beban, ini menyiratkan bahwa sumber tegangan ideal tidak memiliki resistansi internal nol, RS = 0. Dengan kata lain, itu adalah sumber tegangan tanpa resistor.
Pada kenyataannya semua sumber tegangan memiliki resistansi internal yang sangat kecil yang mengurangi tegangan terminal mereka karena mereka memasok arus beban yang lebih tinggi.
Untuk sumber tegangan yang tidak ideal atau praktis seperti baterai, resistansi internal (RS) menghasilkan efek yang sama dengan resistansi yang terhubung secara seri dengan sumber tegangan ideal karena kedua elemen yang terhubung seri ini membawa arus yang sama seperti yang ditunjukkan.
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa sumber tegangan praktis erat menyerupai rangkaian setara dengan Teorema Thevenin sebagai Teorema Thevenin menyatakan bahwa “setiap jaringan linear yang mengandung resistansi dan sumber ggl (gaya gerak listrik) dan arus dapat diganti dengan sumber tegangan tunggal, VS seri dengan satu resistansi, RS“.
Perhatikan bahwa jika resistansi sumber seri rendah, sumber tegangan ideal. Ketika resistansi sumber tidak terbatas, sumber tegangan dihubung-terbuka.
Dalam kasus semua sumber tegangan nyata atau praktis, resistansi internal ini, RS tidak peduli seberapa kecil memiliki efek pada karakteristik I-V dari sumber sebagai tegangan terminal turun dengan peningkatan arus beban. Hal ini karena arus beban yang sama mengalir melalui RS.
Hukum Ohm memberi tahu kita bahwa ketika arus, (i) mengalir melalui resistansi, penurunan tegangan dihasilkan pada resistansi yang sama. Nilai tegangan drop ini diberikan sebagai i*RS. Kemudian VOUT akan sama dengan sumber tegangan ideal, VS minus i*RS tegangan drop di resistor.
Ingat bahwa dalam kasus tegangan sumber ideal, RS sama dengan nol karena tidak ada resistansi internal, oleh karena itu tegangan terminal adalah sama dengan VS.
Maka tegangan jumlah di sekitar loop yang diberikan oleh Hukum Kirchoff 2 - tegangan, KVL adalah: VOUT = VS - i*RS. Persamaan ini dapat diplot untuk memberikan karakteristik I-V dari tegangan keluaran aktual.
Ini akan memberikan garis lurus dengan kemiringan –RS yang memotong sumbu tegangan vertikal pada titik yang sama dengan VS ketika arus i = 0 seperti yang ditunjukkan.
Oleh karena itu, semua sumber tegangan ideal akan memiliki garis lurus karakteristik I-V tetapi non-ideal atau real sumber tegangan praktis tidak tetapi akan akan memiliki karakteristik I-V yang sedikit miring ke bawah dengan jumlah yang sama untuk i*RS di mana RS adalah resistansi sumber internal (atau impedansi).
Karakteristik I-V dari baterai nyata memberikan perkiraan yang sangat dekat dari sumber tegangan ideal karena resistansi sumber RS biasanya cukup kecil.
Penurunan sudut kemiringan karakteristik I-V seiring meningkatnya arus dikenal sebagai regulasi. Pengaturan tegangan adalah ukuran penting dari kualitas sumber tegangan praktis karena mengukur variasi tegangan terminal antara tidak ada beban, yaitu ketika IL = 0, (rangkaian terbuka) dan beban penuh, yaitu ketika IL adalah maksimal, (korsleting).
Hitung tingkat tegangan sumber tegangan ideal dan nilai resistansi internalnya. Gambarkan karakteristik I-V.
Pertama mari kita definisikan secara sederhana dalam "bentuk persamaan simultan", dua tegangan dan arus keluaran dari supply baterai yang diberikan sebagai: VOUT1 dan VOUT2.
VOUT = VS - iRS
VOUT1 = 130 = VS + 10RS
VOUT2 = 100 = VS + 25RS
Seperti halnya memiliki tegangan dan arus dalam bentuk persamaan simultan, untuk menemukan VS pertama kita akan mengalikan VOUT1 dengan lima, (5) dan VOUT2 dengan dua, (2) seperti yang ditunjukkan untuk membuat nilai dari dua arus, (i) sama untuk kedua persamaan.
VOUT1 = 130 = VS + 10RS .... x5
VOUT2 = 100 = VS + 25RS .... x2
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS + 50RS
Setelah membuat co-efficients untuk RS sama dengan mengalikan melalui dengan konstanta sebelumnya, sekarang kita kalikan kedua persamaan VOUT2 oleh minus satu, (-1) untuk memungkinkan pengurangan dari dua persamaan sehingga kita dapat memecahkan VS seperti yang ditunjukkan.
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS + 50RS .... x-1
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS - 50RS
Menulis ulang menghasilkan
650 - 200 = (5VS - 2VS) + (50RS - 50RS)
450 = 3VS + 0
Mengetahui bahwa sumber tegangan ideal, VS adalah sama dengan 150 volt, kita dapat menggunakan nilai ini untuk persamaan VOUT1 (atau VOUT2 jika demikian berharap) dan memecahkan untuk menemukan resistansi seri, RS.
VOUT1 = 130 = VS + 10RS
VS = 150V
130 = 150 + 10RS
Kemudian untuk contoh sederhana kita, sumber tegangan internal baterai dihitung sebagai: VS = 150 volt, dan resistansi internalnya sebagai: RS = 2Ω. Karakteristik baterai I-V diberikan sebagai:
dan karena itu kadang-kadang sulit untuk menentukan nilai sumber tegangan dependen, kecuali jika Anda tahu nilai aktual dari tegangan atau arus yang bergantung padanya.
Sumber tegangan dependen berperilaku mirip dengan sumber listrik yang telah kita lihat sejauh ini, baik praktis dan ideal (independen) perbedaan kali ini adalah bahwa sumber tegangan dependen dapat dikontrol oleh arus input atau tegangan.
Sumber tegangan yang bergantung pada input tegangan umumnya disebut sebagai Voltage Controlled Voltage Source atau VCVS. Sumber tegangan yang bergantung pada input arus disebut juga sebagai Current Controlled Voltage Source atau CCVS.
Sumber dependen yang ideal umumnya digunakan dalam menganalisis karakteristik input/output atau penguatan elemen rangkaian seperti Op-amp, transistor, dan IC. Umumnya, sumber ketergantungan tegangan ideal, baik tegangan atau arus dikendalikan oleh simbol berbentuk berlian seperti yang ditunjukkan.
Sumber tegangan terkontrol tegangan dependen yang ideal, VCVS, mempertahankan tegangan output sama dengan beberapa konstanta pengali (pada dasarnya merupakan faktor amplifikasi) dikalikan tegangan pengontrol yang ada di tempat lain di rangkaian.
Karena konstanta pengali adalah, yah, sebuah konstanta, tegangan pengontrol, VIN akan menentukan besarnya tegangan keluaran, VOUT. Dengan kata lain, tegangan output "tergantung" pada nilai tegangan input menjadikannya sumber tegangan dependen dan dalam banyak hal, trafo ideal dapat dianggap sebagai perangkat VCVS dengan faktor amplifikasi menjadi rasio belokannya.
Kemudian tegangan output VCVS ditentukan oleh persamaan berikut: VOUT = μVIN. Perhatikan bahwa konstanta pengali μ tidak berdimensi karena ini murni faktor penskalaan karena μ = VOUT/VIN, jadi unitnya adalah volt/volts.
Sumber tegangan yang dikendalikan arus ideal, CCVS, mempertahankan tegangan output sama dengan beberapa konstanta pengali (rho) kali input arus pengontrol yang dihasilkan di tempat lain dalam rangkaian yang terhubung. Kemudian tegangan output "tergantung" pada nilai arus input, sekali lagi menjadikannya sumber tegangan dependen.
Sebagai arus pengontrol, IIN menentukan besarnya tegangan output, VOUT kali konstanta perbesaran ρ (rho), ini memungkinkan kita untuk memodelkan sumber tegangan yang dikontrol arus sebagai penguat trans-resistansi sebagai pengali berlipat ganda, ρ memberikan kita persamaan berikut: VOUT = ρIIN. Konstanta pengali ini ρ (rho) memiliki satuan Ohm karena ρ = VOUT/IIN, dan karena itu unitnya adalah volts/ ampere.
Sumber tegangan independen dapat dimodelkan sebagai sumber tegangan ideal, (RS = 0) di mana output konstan untuk semua arus beban, atau non-ideal atau praktis, seperti baterai dengan resistansi yang dihubungkan secara seri dengan rangkaian dengan rangkaian untuk mewakili resistansi internal sumber.
Sumber tegangan ideal dapat dihubungkan bersama secara paralel hanya jika memiliki nilai tegangan yang sama. Koneksi yang membantu seri atau menentang seri akan mempengaruhi nilai output.
Juga untuk menyelesaikan analisis rangkaian dan teorema kompleks, sumber tegangan menjadi sumber hubung singkat yang membuat tegangannya sama dengan nol untuk membantu menyelesaikan jaringan. Perhatikan juga bahwa sumber tegangan mampu memberikan atau menyerap daya.
Sumber tegangan dependen yang ideal diwakili oleh simbol berbentuk berlian, tergantung pada, dan terlalu proporsional sebagai tegangan atau arus pengendali eksternal. Konstanta pengali, μ untuk VCVS tidak memiliki satuan, sedangkan konstanta pengali ρ untuk CCVS memiliki satuan Ohm.
Sumber tegangan dependen sangat menarik untuk memodelkan perangkat elektronik atau perangkat aktif seperti Op-amp dan transistor yang memiliki gain.
Dalam tutorial berikutnya tentang Sumber Listrik, kita akan melihat pujian dari sumber tegangan, yaitu Sumber Arus Listrik dan melihat bahwa sumber arus juga dapat digolongkan sebagai sumber listrik independen atau dependent.
Kita telah melihat di seluruh situs blog Belajar Elektronika ini bahwa ada dua jenis elemen dalam rangkaian listrik atau elektronik: elemen pasif dan elemen aktif.
Elemen aktif adalah elemen yang mampu memasok energi secara terus-menerus ke rangkaian, seperti baterai, generator, Op-amp (penguat operasional), dll. Elemen pasif di sisi lain adalah elemen fisik seperti resistor, kapasitor, induktor, dll. yang tidak dapat menghasilkan energi listrik sendiri tetapi hanya mengkonsumsinya.
Jenis elemen rangkaian aktif yang paling penting bagi kita adalah yang memasok energi listrik ke rangkaian atau jaringan yang terhubung dengannya. Ini disebut "sumber listrik" dengan dua jenis sumber listrik menjadi sumber tegangan dan sumber arus.
Sumber arus biasanya kurang umum di rangkaian daripada sumber tegangan, tetapi keduanya digunakan dan dapat dianggap sebagai pelengkap satu sama lain.
Supply listrik atau sederhananya, "sebuah sumber", adalah perangkat yang memasok daya listrik ke rangkaian dalam bentuk sumber tegangan atau sumber arus.
Kedua jenis sumber listrik dapat digolongkan sebagai sumber langsung (DC) atau bolak-balik (AC) di mana tegangan konstan disebut tegangan DC dan yang bervariasi secara sinusoidal dengan waktu disebut tegangan AC. Jadi misalnya, baterai adalah sumber DC dan stop kontak dinding 230V atau sumber listrik di rumah Anda adalah sumber AC.
Kami katakan sebelumnya bahwa sumber listrik memasok energi, tetapi salah satu karakteristik menarik dari sumber listrik, adalah bahwa mereka juga mampu mengubah energi non-listrik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Misalnya, baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik, sedangkan mesin listrik seperti generator DC atau alternator AC mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Teknologi terbarukan dapat mengubah energi dari matahari, angin, dan gelombang menjadi energi listrik atau panas. Tetapi selain mengubah energi dari satu sumber ke sumber lainnya, sumber listrik dapat memberikan atau menyerap energi yang memungkinkannya mengalir di kedua arah.
Karakteristik penting lain dari sumber listrik dan yang mendefinisikan operasinya, adalah karakteristik I-V (Arus-Tegangan). Karakteristik I-V dari sumber listrik dapat memberikan kita gambaran gambar sumber yang sangat bagus, baik sebagai sumber tegangan dan sumber arus seperti yang ditunjukkan.
Sumber Kelistrikan
Sumber-sumber listrik, baik sebagai sumber tegangan atau sumber arus dapat digolongkan sebagai independen (ideal) atau dependen, (dikontrol) yang nilainya tergantung pada tegangan atau arus di tempat lain dalam rangkaian, yang dengan sendirinya dapat berupa konstan atau waktu bervariasi.
Ketika berhadapan dengan hukum dan analisis rangkaian, sumber listrik sering dipandang sebagai "ideal", yaitu sumber tersebut ideal karena secara teoritis dapat menghasilkan energi tanpa batas tanpa kehilangan sehingga memiliki karakteristik yang diwakili oleh garis lurus.
Namun, dalam sumber nyata atau praktis selalu ada hambatan/resistansi baik yang terhubung secara paralel untuk sumber arus, atau seri untuk sumber tegangan yang terkait dengan sumber yang mempengaruhi outputnya.
Sumber Tegangan
Sumber tegangan, seperti baterai atau generator, memberikan perbedaan potensial (tegangan) antara dua titik dalam rangkaian listrik yang memungkinkan arus mengalir di sekitarnya. Ingatlah bahwa tegangan bisa ada tanpa arus. Baterai adalah sumber tegangan yang paling umum untuk rangkaian dengan tegangan yang muncul di terminal positif dan negatif dari sumber yang disebut tegangan terminal.Sumber Tegangan Ideal
Sumber tegangan ideal didefinisikan sebagai elemen aktif dua terminal yang mampu memasok dan mempertahankan tegangan yang sama, (v) melintasi terminalnya tanpa memandang arus, (i) mengalir melaluinya. Dengan kata lain, sumber tegangan ideal akan memasok tegangan konstan setiap saat terlepas dari nilai arus yang dipasok menghasilkan karakteristik I-V yang diwakili oleh garis lurus.
Kemudian sumber tegangan ideal dikenal sebagai Sumber Tegangan Independen karena tegangannya tidak tergantung pada nilai arus yang mengalir melalui sumber atau arahnya tetapi ditentukan semata-mata oleh nilai sumber itu sendiri.
Jadi misalnya, aki mobil memiliki tegangan terminal 12V yang tetap konstan selama arus yang melewatinya tidak menjadi tinggi, memberikan daya ke mobil dalam satu arah dan menyerap daya ke arah lain saat mengisi daya.
Di sisi lain, Sumber Tegangan Dependent/Tergantung atau sumber tegangan terkontrol, menyediakan supply tegangan yang besarnya tergantung pada tegangan yang melintasi atau arus yang mengalir melalui beberapa elemen rangkaian lainnya. Sumber tegangan dependen ditunjukkan dengan bentuk berlian dan digunakan sebagai sumber listrik yang setara untuk banyak perangkat elektronik, seperti transistor dan Op-amp (penguat operasional).
Menghubungkan Sumber Tegangan Bersama
Sumber tegangan ideal dapat dihubungkan bersama baik secara paralel maupun seri sama seperti untuk elemen rangkaian apa pun. Tegangan seri ditambahkan bersama-sama sementara tegangan paralel memiliki nilai yang sama. Perhatikan bahwa sumber tegangan ideal yang tidak merata tidak dapat dihubungkan secara bersamaan paralel.Sumber Tegangan dalam Paralel
Meskipun bukan praktik terbaik untuk analisis rangkaian, sumber tegangan ideal dapat dihubungkan secara paralel asalkan memiliki nilai tegangan yang sama.
Di sini, dalam contoh ini, dua sumber tegangan 10 volt digabungkan untuk menghasilkan 10 volt antara terminal A dan B. Idealnya, hanya akan ada satu sumber tegangan tunggal 10 volt yang diberikan antara terminal A dan B.
Apa yang tidak diperbolehkan atau bukan praktik terbaik, adalah menyambungkan bersama sumber tegangan ideal yang memiliki nilai tegangan berbeda seperti yang ditunjukkan, atau dihubung pendek oleh loop atau cabang tertutup eksternal.
Sumber Tegangan Tidak Terhubung
Namun, ketika berurusan dengan analisis rangkaian, sumber tegangan dari nilai yang berbeda dapat digunakan asalkan ada elemen rangkaian lain di antara mereka untuk mematuhi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan, KVL.
Tidak seperti sumber tegangan terhubung paralel, sumber tegangan ideal dari nilai yang berbeda dapat dihubungkan bersama secara seri untuk membentuk sumber tegangan tunggal yang outputnya akan berupa penambahan atau pengurangan aljabar dari tegangan yang digunakan. Koneksinya dapat berupa: tegangan seri-bantu atau seri-berlawanan seperti yang ditunjukkan.
Sumber Tegangan dalam Seri
Sumber tegangan bantu seri adalah sumber terhubung seri dengan polaritas mereka terhubung sehingga terminal plus satu terhubung ke terminal negatif berikutnya yang memungkinkan arus mengalir dalam arah yang sama. Dalam contoh di atas, dua tegangan dari 10V dan 5V dari rangkaian pertama dapat ditambahkan, untuk VS dari 10 + 5 = 15V. Jadi tegangan di terminal A dan B adalah 15 volt.
Sumber tegangan berlawanan seri adalah sumber terhubung seri yang memiliki polaritas terhubung sehingga terminal plus atau terminal negatif dihubungkan bersama seperti yang ditunjukkan pada rangkaian kedua di atas.
Hasil akhirnya adalah bahwa tegangan dikurangi satu sama lain. Kemudian dua tegangan 10V dan 5V dari rangkaian kedua dikurangi dengan tegangan yang lebih kecil dikurangi dari tegangan yang lebih besar. Menghasilkan VS dari 10-5 = 5V.
Polaritas di terminal A dan B ditentukan oleh polaritas yang lebih besar dari sumber tegangan, dalam contoh ini terminal A positif dan terminal B negatif menghasilkan +5 volt. Jika tegangan berlawanan-seri sama, tegangan netto melintasi A dan B akan nol karena satu tegangan menyeimbangkan yang lainnya. Juga setiap arus (I) juga akan menjadi nol, karena tanpa sumber tegangan, arus tidak dapat mengalir.
Contoh Sumber Tegangan No.1
Dua seri yang membantu sumber tegangan ideal masing-masing 6 volt dan 9 volt dihubungkan bersama untuk menyuplai resistansi beban 100 Ohm. Hitung: sumber tegangan, VS, arus beban melalui resistor, IR dan total daya, P dihamburkan oleh resistor. Gambarlah rangkaian.Jadi, VS = 15V, IR = 150mA atau 0.15A, dan PR = 2.25W.
Sumber Tegangan Ideal
Kita telah melihat bahwa sumber tegangan ideal dapat menyediakan supply tegangan yang tidak tergantung pada arus yang mengalir melaluinya, yaitu, ia mempertahankan nilai tegangan yang sama selalu.Gagasan ini mungkin bekerja dengan baik untuk teknik analisis rangkaian, tetapi di dunia nyata sumber tegangan berperilaku sedikit berbeda seperti untuk sumber tegangan praktis, tegangan terminalnya akan benar-benar berkurang dengan peningkatan arus beban.
Karena tegangan terminal dari sumber tegangan ideal tidak berbeda dengan peningkatan arus beban, ini menyiratkan bahwa sumber tegangan ideal tidak memiliki resistansi internal nol, RS = 0. Dengan kata lain, itu adalah sumber tegangan tanpa resistor.
Pada kenyataannya semua sumber tegangan memiliki resistansi internal yang sangat kecil yang mengurangi tegangan terminal mereka karena mereka memasok arus beban yang lebih tinggi.
Untuk sumber tegangan yang tidak ideal atau praktis seperti baterai, resistansi internal (RS) menghasilkan efek yang sama dengan resistansi yang terhubung secara seri dengan sumber tegangan ideal karena kedua elemen yang terhubung seri ini membawa arus yang sama seperti yang ditunjukkan.
Sumber Tegangan Ideal dan Praktis
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa sumber tegangan praktis erat menyerupai rangkaian setara dengan Teorema Thevenin sebagai Teorema Thevenin menyatakan bahwa “setiap jaringan linear yang mengandung resistansi dan sumber ggl (gaya gerak listrik) dan arus dapat diganti dengan sumber tegangan tunggal, VS seri dengan satu resistansi, RS“.
Perhatikan bahwa jika resistansi sumber seri rendah, sumber tegangan ideal. Ketika resistansi sumber tidak terbatas, sumber tegangan dihubung-terbuka.
Dalam kasus semua sumber tegangan nyata atau praktis, resistansi internal ini, RS tidak peduli seberapa kecil memiliki efek pada karakteristik I-V dari sumber sebagai tegangan terminal turun dengan peningkatan arus beban. Hal ini karena arus beban yang sama mengalir melalui RS.
Hukum Ohm memberi tahu kita bahwa ketika arus, (i) mengalir melalui resistansi, penurunan tegangan dihasilkan pada resistansi yang sama. Nilai tegangan drop ini diberikan sebagai i*RS. Kemudian VOUT akan sama dengan sumber tegangan ideal, VS minus i*RS tegangan drop di resistor.
Ingat bahwa dalam kasus tegangan sumber ideal, RS sama dengan nol karena tidak ada resistansi internal, oleh karena itu tegangan terminal adalah sama dengan VS.
Maka tegangan jumlah di sekitar loop yang diberikan oleh Hukum Kirchoff 2 - tegangan, KVL adalah: VOUT = VS - i*RS. Persamaan ini dapat diplot untuk memberikan karakteristik I-V dari tegangan keluaran aktual.
Ini akan memberikan garis lurus dengan kemiringan –RS yang memotong sumbu tegangan vertikal pada titik yang sama dengan VS ketika arus i = 0 seperti yang ditunjukkan.
Karakteristik Sumber Tegangan Ideal
Oleh karena itu, semua sumber tegangan ideal akan memiliki garis lurus karakteristik I-V tetapi non-ideal atau real sumber tegangan praktis tidak tetapi akan akan memiliki karakteristik I-V yang sedikit miring ke bawah dengan jumlah yang sama untuk i*RS di mana RS adalah resistansi sumber internal (atau impedansi).
Karakteristik I-V dari baterai nyata memberikan perkiraan yang sangat dekat dari sumber tegangan ideal karena resistansi sumber RS biasanya cukup kecil.
Penurunan sudut kemiringan karakteristik I-V seiring meningkatnya arus dikenal sebagai regulasi. Pengaturan tegangan adalah ukuran penting dari kualitas sumber tegangan praktis karena mengukur variasi tegangan terminal antara tidak ada beban, yaitu ketika IL = 0, (rangkaian terbuka) dan beban penuh, yaitu ketika IL adalah maksimal, (korsleting).
Contoh Sumber Tegangan No.2
Supply baterai terdiri dari sumber tegangan ideal secara seri dengan resistor internal. Tegangan dan arus yang diukur pada terminal baterai ditemukan menjadi VOUT1 = 130V pada 10A, dan VOUT2 = 100V pada 25A.Hitung tingkat tegangan sumber tegangan ideal dan nilai resistansi internalnya. Gambarkan karakteristik I-V.
Pertama mari kita definisikan secara sederhana dalam "bentuk persamaan simultan", dua tegangan dan arus keluaran dari supply baterai yang diberikan sebagai: VOUT1 dan VOUT2.
VOUT = VS - iRS
VOUT1 = 130 = VS + 10RS
VOUT2 = 100 = VS + 25RS
Seperti halnya memiliki tegangan dan arus dalam bentuk persamaan simultan, untuk menemukan VS pertama kita akan mengalikan VOUT1 dengan lima, (5) dan VOUT2 dengan dua, (2) seperti yang ditunjukkan untuk membuat nilai dari dua arus, (i) sama untuk kedua persamaan.
VOUT1 = 130 = VS + 10RS .... x5
VOUT2 = 100 = VS + 25RS .... x2
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS + 50RS
Setelah membuat co-efficients untuk RS sama dengan mengalikan melalui dengan konstanta sebelumnya, sekarang kita kalikan kedua persamaan VOUT2 oleh minus satu, (-1) untuk memungkinkan pengurangan dari dua persamaan sehingga kita dapat memecahkan VS seperti yang ditunjukkan.
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS + 50RS .... x-1
VOUT1 = 650 = 5VS + 50RS
VOUT2 = 200 = 2VS - 50RS
Menulis ulang menghasilkan
650 - 200 = (5VS - 2VS) + (50RS - 50RS)
450 = 3VS + 0
Mengetahui bahwa sumber tegangan ideal, VS adalah sama dengan 150 volt, kita dapat menggunakan nilai ini untuk persamaan VOUT1 (atau VOUT2 jika demikian berharap) dan memecahkan untuk menemukan resistansi seri, RS.
VOUT1 = 130 = VS + 10RS
VS = 150V
130 = 150 + 10RS
Kemudian untuk contoh sederhana kita, sumber tegangan internal baterai dihitung sebagai: VS = 150 volt, dan resistansi internalnya sebagai: RS = 2Ω. Karakteristik baterai I-V diberikan sebagai:
Karakteristik Baterai I-V
Sumber Tegangan Tergantung (dependent)
Tidak seperti sumber tegangan ideal yang menghasilkan tegangan konstan melintasi terminalnya terlepas dari apa yang terhubung dengannya, sumber tegangan yang terkontrol atau tergantung mengubah tegangan terminalnya tergantung pada tegangan yang melintasi, atau arus yang melalui, beberapa elemen lain yang terhubung ke rangkaian.dan karena itu kadang-kadang sulit untuk menentukan nilai sumber tegangan dependen, kecuali jika Anda tahu nilai aktual dari tegangan atau arus yang bergantung padanya.
Sumber tegangan dependen berperilaku mirip dengan sumber listrik yang telah kita lihat sejauh ini, baik praktis dan ideal (independen) perbedaan kali ini adalah bahwa sumber tegangan dependen dapat dikontrol oleh arus input atau tegangan.
Sumber tegangan yang bergantung pada input tegangan umumnya disebut sebagai Voltage Controlled Voltage Source atau VCVS. Sumber tegangan yang bergantung pada input arus disebut juga sebagai Current Controlled Voltage Source atau CCVS.
Sumber dependen yang ideal umumnya digunakan dalam menganalisis karakteristik input/output atau penguatan elemen rangkaian seperti Op-amp, transistor, dan IC. Umumnya, sumber ketergantungan tegangan ideal, baik tegangan atau arus dikendalikan oleh simbol berbentuk berlian seperti yang ditunjukkan.
Simbol Sumber Tegangan Tergantung (dependent)
Sumber tegangan terkontrol tegangan dependen yang ideal, VCVS, mempertahankan tegangan output sama dengan beberapa konstanta pengali (pada dasarnya merupakan faktor amplifikasi) dikalikan tegangan pengontrol yang ada di tempat lain di rangkaian.
Karena konstanta pengali adalah, yah, sebuah konstanta, tegangan pengontrol, VIN akan menentukan besarnya tegangan keluaran, VOUT. Dengan kata lain, tegangan output "tergantung" pada nilai tegangan input menjadikannya sumber tegangan dependen dan dalam banyak hal, trafo ideal dapat dianggap sebagai perangkat VCVS dengan faktor amplifikasi menjadi rasio belokannya.
Kemudian tegangan output VCVS ditentukan oleh persamaan berikut: VOUT = μVIN. Perhatikan bahwa konstanta pengali μ tidak berdimensi karena ini murni faktor penskalaan karena μ = VOUT/VIN, jadi unitnya adalah volt/volts.
Sumber tegangan yang dikendalikan arus ideal, CCVS, mempertahankan tegangan output sama dengan beberapa konstanta pengali (rho) kali input arus pengontrol yang dihasilkan di tempat lain dalam rangkaian yang terhubung. Kemudian tegangan output "tergantung" pada nilai arus input, sekali lagi menjadikannya sumber tegangan dependen.
Sebagai arus pengontrol, IIN menentukan besarnya tegangan output, VOUT kali konstanta perbesaran ρ (rho), ini memungkinkan kita untuk memodelkan sumber tegangan yang dikontrol arus sebagai penguat trans-resistansi sebagai pengali berlipat ganda, ρ memberikan kita persamaan berikut: VOUT = ρIIN. Konstanta pengali ini ρ (rho) memiliki satuan Ohm karena ρ = VOUT/IIN, dan karena itu unitnya adalah volts/ ampere.
Ringkasan Sumber Tegangan Listrik
Kita telah melihat di sini bahwa Sumber Tegangan dapat berupa sumber tegangan independen yang ideal, atau sumber tegangan dependen yang terkontrol. Sumber tegangan independen memasok tegangan konstan yang tidak tergantung pada kuantitas lain apa pun dalam rangkaian. Sumber independen yang ideal dapat berupa baterai, generator DC atau supply tegangan AC yang bervariasi dari waktu ke waktu.Sumber tegangan independen dapat dimodelkan sebagai sumber tegangan ideal, (RS = 0) di mana output konstan untuk semua arus beban, atau non-ideal atau praktis, seperti baterai dengan resistansi yang dihubungkan secara seri dengan rangkaian dengan rangkaian untuk mewakili resistansi internal sumber.
Sumber tegangan ideal dapat dihubungkan bersama secara paralel hanya jika memiliki nilai tegangan yang sama. Koneksi yang membantu seri atau menentang seri akan mempengaruhi nilai output.
Juga untuk menyelesaikan analisis rangkaian dan teorema kompleks, sumber tegangan menjadi sumber hubung singkat yang membuat tegangannya sama dengan nol untuk membantu menyelesaikan jaringan. Perhatikan juga bahwa sumber tegangan mampu memberikan atau menyerap daya.
Sumber tegangan dependen yang ideal diwakili oleh simbol berbentuk berlian, tergantung pada, dan terlalu proporsional sebagai tegangan atau arus pengendali eksternal. Konstanta pengali, μ untuk VCVS tidak memiliki satuan, sedangkan konstanta pengali ρ untuk CCVS memiliki satuan Ohm.
Sumber tegangan dependen sangat menarik untuk memodelkan perangkat elektronik atau perangkat aktif seperti Op-amp dan transistor yang memiliki gain.
Dalam tutorial berikutnya tentang Sumber Listrik, kita akan melihat pujian dari sumber tegangan, yaitu Sumber Arus Listrik dan melihat bahwa sumber arus juga dapat digolongkan sebagai sumber listrik independen atau dependent.