Transfer Daya Maksimal
Transfer Daya Maksimum terjadi ketika nilai resistif beban sama nilainya dengan resistansi internal sumber tegangan sehingga daya maksimum dapat disupply. Secara umum, resistansi sumber ini atau bahkan impedansi jika melibatkan Induktor atau Kapasitor bernilai tetap dalam Ohm.
Namun, ketika kita menghubungkan resistansi beban, RL di terminal output dari sumber listrik, impedansi dari beban akan bervariasi dari keadaan open-circuit ke keadaan short-circuit sehingga daya yang diserap oleh beban menjadi tergantung pada impedansi dari sumber daya yang sebenarnya.
Kemudian agar resistansi/tahanan beban dapat menyerap daya maksimum yang dimungkinkan, maka harus “Cocok” dengan impedansi sumber daya dan ini menjadi dasar Transfer Daya Maksimum.
Teorema Daya Maksimum Transfer adalah metode analisis rangkaian lain yang berguna untuk memastikan bahwa jumlah maksimum daya akan dihamburkan dalam resistansi beban ketika nilai resistansi beban adalah persis sama dengan resistansi dari sumber listrik. Hubungan antara impedansi beban dan impedansi internal sumber energi akan memberikan daya pada beban. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Dalam rangkaian teorema Thevenin ekuivalen kami di atas, teorema transfer daya maksimum menyatakan bahwa " jumlah daya maksimum akan dihamburkan dalam resistansi beban jika nilainya sama dengan resistansi sumber Thevenin atau Norton dari jaringan yang memasok daya ".
Dengan kata lain, resistansi beban yang menghasilkan disipasi daya terbesar harus sama nilainya dengan ekuivalen/setara dengan resistansi sumber Thevenin, maka RL = RS tetapi jika resistansi beban lebih rendah atau lebih tinggi nilainya daripada resistansi sumber Thevenin dari jaringan, kekuatannya yang hilang akan kurang maksimal.
Misalnya, menemukan nilai resistansi beban, RL yang akan memberikan transfer daya maksimum dalam rangkaian berikut.
Di mana:
RS = 25Ω
RL adalah variabel antara 0 - 100Ω
VS = 100v
Kemudian dengan menggunakan persamaan Hukum Ohm berikut:
Kita sekarang dapat menyelesaikan tabel berikut untuk menentukan arus dan daya di rangkaian untuk nilai resistansi beban yang berbeda.
Menggunakan data dari tabel di atas, kita bisa plot grafik resistansi beban, RL terhadap daya/power, P untuk nilai yang berbeda dari resistansi beban. Juga perhatikan bahwa daya nol untuk open-circuit (kondisi arus nol) dan juga untuk short-circuit (kondisi tegangan nol).
Dari tabel di atas dan grafik kita dapat melihat bahwa Transfer Daya Maksimum terjadi pada beban ketika resistansi beban, RL adalah sama nilainya dengan resistansi sumber, RS yaitu: RS = RL = 25Ω.
Ini disebut "kondisi yang cocok" dan sebagai aturan umum, daya maksimum ditransfer dari perangkat aktif seperti catu daya atau baterai ke perangkat eksternal ketika impedansi perangkat eksternal sama persis dengan impedansi sumber.
Salah satu contoh pencocokan impedansi yang baik adalah antara amplifier audio dan speaker. Impedansi output, ZOUT dari amplifier dapat diberikan antara 4Ω dan 8Ω, sedangkan impedansi input nominal, ZIN dari speaker dapat diberikan sebagai hanya 8Ω.
Kemudian jika speaker 8Ω terpasang ke output amplifier, amplifier akan melihat speaker sebagai beban 8Ω. Dengan menghubungkan dua speaker 8Ω secara paralel setara dengan penguat/amplifier yang menjalankan satu speaker 4Ω dan kedua konfigurasi berada pada spesifikasi output penguat amplifier.
Pencocokan impedansi yang tidak tepat dapat menyebabkan hilangnya daya yang berlebihan dan pembuangan panas. Tetapi bagaimana Anda bisa mencocokkan impedansi amplifier dan speaker yang memiliki impedansi yang sangat berbeda.
Nah, ada trafo pencocokan impedansi speaker yang tersedia dan bisa dipakai untuk impedansi misalnya dari 4Ω menjadi 8Ω, atau 16Ω, sebagai pencocokan impedansi dari banyak speaker yang terhubung bersama pada berbagai kombinasi seperti pada sistem PA (public address).
Trafo sinyal digunakan untuk mencocokkan speaker yang lebih tinggi atau nilai impedansi yang lebih rendah dengan impedansi output amplifier untuk mendapatkan output daya suara yang maksimal. Trafo sinyal audio ini disebut “Trafo yang cocok” dan memasangkan beban ke output amplifier seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Transfer daya maksimum dapat diperoleh bahkan jika impedansi output tidak sama dengan impedansi beban. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan "rasio belokan" yang sesuai pada trafo dengan rasio impedansi beban, ZLOAD terhadap impedansi output yang sesuai, ZOUT cocok dengan rasio putaran primer trafo terhadap belokan sekunder sebagai resistansi pada satu sisi trafo menjadi nilai yang berbeda di sisi lain.
Jika impedansi beban, ZLOAD murni resistif dan impedansi sumber murni resistif, ZOUT maka persamaan untuk menemukan transfer daya maksimum diberikan sebagai:
Dimana: NP adalah jumlah putaran primer dan NS jumlah belitan sekunder pada trafo. Kemudian dengan memvariasikan nilai trafo ternyata rasio impedansi output dapat "dicocokkan" dengan impedansi sumber untuk mencapai transfer daya maksimum. Sebagai contoh,
Secara umum, Trafo Audio frekuensi tinggi kecil yang digunakan dalam rangkaian penguat daya rendah hampir selalu dianggap ideal untuk kesederhanaan, sehingga kerugian dapat diabaikan.
Dalam tutorial berikutnya tentang teori Rangkaian DC, kita akan melihat Transformasi Star Delta yang memungkinkan kita untuk mengubah rangkaian terhubung star seimbang menjadi delta yang setara dan sebaliknya.
Namun, ketika kita menghubungkan resistansi beban, RL di terminal output dari sumber listrik, impedansi dari beban akan bervariasi dari keadaan open-circuit ke keadaan short-circuit sehingga daya yang diserap oleh beban menjadi tergantung pada impedansi dari sumber daya yang sebenarnya.
Kemudian agar resistansi/tahanan beban dapat menyerap daya maksimum yang dimungkinkan, maka harus “Cocok” dengan impedansi sumber daya dan ini menjadi dasar Transfer Daya Maksimum.
Teorema Daya Maksimum Transfer adalah metode analisis rangkaian lain yang berguna untuk memastikan bahwa jumlah maksimum daya akan dihamburkan dalam resistansi beban ketika nilai resistansi beban adalah persis sama dengan resistansi dari sumber listrik. Hubungan antara impedansi beban dan impedansi internal sumber energi akan memberikan daya pada beban. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Rangkain Thevenin Ekuivalen (setara)
Dalam rangkaian teorema Thevenin ekuivalen kami di atas, teorema transfer daya maksimum menyatakan bahwa " jumlah daya maksimum akan dihamburkan dalam resistansi beban jika nilainya sama dengan resistansi sumber Thevenin atau Norton dari jaringan yang memasok daya ".
Dengan kata lain, resistansi beban yang menghasilkan disipasi daya terbesar harus sama nilainya dengan ekuivalen/setara dengan resistansi sumber Thevenin, maka RL = RS tetapi jika resistansi beban lebih rendah atau lebih tinggi nilainya daripada resistansi sumber Thevenin dari jaringan, kekuatannya yang hilang akan kurang maksimal.
Misalnya, menemukan nilai resistansi beban, RL yang akan memberikan transfer daya maksimum dalam rangkaian berikut.
Contoh: Transfer Daya Maksimum No.1
RS = 25Ω
RL adalah variabel antara 0 - 100Ω
VS = 100v
Kemudian dengan menggunakan persamaan Hukum Ohm berikut:
Kita sekarang dapat menyelesaikan tabel berikut untuk menentukan arus dan daya di rangkaian untuk nilai resistansi beban yang berbeda.
Tabel Arus terhadap Daya
RL (Ω)
|
I
(amp)
|
P
(watt)
|
0
|
4.0
|
0
|
5
|
3.3
|
55
|
10
|
2.8
|
78
|
15
|
2.5
|
93
|
20
|
2.2
|
97
|
25
|
2.0
|
100
|
30
|
1.8
|
97
|
40
|
1.5
|
94
|
60
|
1.2
|
83
|
100
|
0,8
|
64
|
Grafik Daya terhadap Resistansi Beban
Dari tabel di atas dan grafik kita dapat melihat bahwa Transfer Daya Maksimum terjadi pada beban ketika resistansi beban, RL adalah sama nilainya dengan resistansi sumber, RS yaitu: RS = RL = 25Ω.
Ini disebut "kondisi yang cocok" dan sebagai aturan umum, daya maksimum ditransfer dari perangkat aktif seperti catu daya atau baterai ke perangkat eksternal ketika impedansi perangkat eksternal sama persis dengan impedansi sumber.
Salah satu contoh pencocokan impedansi yang baik adalah antara amplifier audio dan speaker. Impedansi output, ZOUT dari amplifier dapat diberikan antara 4Ω dan 8Ω, sedangkan impedansi input nominal, ZIN dari speaker dapat diberikan sebagai hanya 8Ω.
Kemudian jika speaker 8Ω terpasang ke output amplifier, amplifier akan melihat speaker sebagai beban 8Ω. Dengan menghubungkan dua speaker 8Ω secara paralel setara dengan penguat/amplifier yang menjalankan satu speaker 4Ω dan kedua konfigurasi berada pada spesifikasi output penguat amplifier.
Pencocokan impedansi yang tidak tepat dapat menyebabkan hilangnya daya yang berlebihan dan pembuangan panas. Tetapi bagaimana Anda bisa mencocokkan impedansi amplifier dan speaker yang memiliki impedansi yang sangat berbeda.
Nah, ada trafo pencocokan impedansi speaker yang tersedia dan bisa dipakai untuk impedansi misalnya dari 4Ω menjadi 8Ω, atau 16Ω, sebagai pencocokan impedansi dari banyak speaker yang terhubung bersama pada berbagai kombinasi seperti pada sistem PA (public address).
Pencocokan Impedansi Trafo (transformator)
Salah satu aplikasi Pencocokan Impedansi yang sangat berguna untuk memberikan transfer daya maksimum antara sumber dan beban adalah pada tahap output dari rangkaian Penguat (Amplifier).Trafo sinyal digunakan untuk mencocokkan speaker yang lebih tinggi atau nilai impedansi yang lebih rendah dengan impedansi output amplifier untuk mendapatkan output daya suara yang maksimal. Trafo sinyal audio ini disebut “Trafo yang cocok” dan memasangkan beban ke output amplifier seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Pencocokan Impedansi Trafo (transformator)
Transfer daya maksimum dapat diperoleh bahkan jika impedansi output tidak sama dengan impedansi beban. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan "rasio belokan" yang sesuai pada trafo dengan rasio impedansi beban, ZLOAD terhadap impedansi output yang sesuai, ZOUT cocok dengan rasio putaran primer trafo terhadap belokan sekunder sebagai resistansi pada satu sisi trafo menjadi nilai yang berbeda di sisi lain.
Jika impedansi beban, ZLOAD murni resistif dan impedansi sumber murni resistif, ZOUT maka persamaan untuk menemukan transfer daya maksimum diberikan sebagai:
Dimana: NP adalah jumlah putaran primer dan NS jumlah belitan sekunder pada trafo. Kemudian dengan memvariasikan nilai trafo ternyata rasio impedansi output dapat "dicocokkan" dengan impedansi sumber untuk mencapai transfer daya maksimum. Sebagai contoh,
Contoh: Transfer Daya Maksimal No.2
Jika 8Ω speaker harus terhubung ke amplifier dengan output impedansi 1000Ω, menghitung rasio belitan trafo yang cocok diperlukan untuk memberikan transfer daya maksimum dari sinyal audio. Asumsikan impedansi sumber penguat adalah Z1, beban impedansi Z2 dengan rasio belitan diberikan sebagai N.Secara umum, Trafo Audio frekuensi tinggi kecil yang digunakan dalam rangkaian penguat daya rendah hampir selalu dianggap ideal untuk kesederhanaan, sehingga kerugian dapat diabaikan.
Dalam tutorial berikutnya tentang teori Rangkaian DC, kita akan melihat Transformasi Star Delta yang memungkinkan kita untuk mengubah rangkaian terhubung star seimbang menjadi delta yang setara dan sebaliknya.