laporan elektronika dasar 1 tria
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA
DASAR 1
Hukum Ohm , Hukum Kirchoff dan Catu Daya
11 September 2013
Triapani Mukti G.A (1127030069)
Intan Dwi Nur Ramdini (11270300)
M.Arlan Sukma Gumilar (11270300)
Muhammad Salim M (112700300)
Nia Kurniasari (11270300)
Syifa Siddiq (112703000)
Asisten : Wahid Abdurrahman 1217030038
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
2013
1
Ringkasan
We know that in all our daily activities rely heavily on electricity.
All electrical components have several important components such as
resistance, voltage and current. All components are arranged in the
law. The law is the law of Ohm’s Law and Kirchoff. Both of these
laws regulate how the circuit is working. Besides the most important
component in an electrical circuit is a source of energy. Power is a
renewable energy source of electric current in a circuit. Therefore in
this experiment we use a simulation program to menegetahui how the
power supply works. And how change the AC current to DC current
Keyword:law of Ohm’s Law and Kirchoff , resistance, voltage ,cur-
rent, power suply ,simulation program , AC , DC
Ringkasan
Kita tahu bahwa dalam ke aktivitas sehari-hari kita sangat bergan-
tung pada listrik. Semua komponen listrik tersebut memiliki beberapa
komponen penting seperti hambatan , tegangan dan arus . Semua
komponen tersebut diatur dalam beberapa hukum . Hukum terse-
but adalah Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff . Kedua hukum terse-
but mengatur bagaimana rangkaian listrik tersebut bekerja . Selain
itu komponen terpenting dalam suatu rangkaian listrik adalah sumber
energinya . Catu Daya merupakan sumber energi pengganti dalam su-
atu rangkaian arus listrik . Oleh karenna itu paa percobaan kali ini
kami menggunakan program simulasi untuk menegetahui bagaimana
catu daya bekerja . Dan bagaimana cara perubahan arus AC kedalam
arus DC
Kata Kunci:resistor , tegangan , arus , hukum Ohm dan Kirchoff ,
Catu Daya , program simulasi, AC , DC
2
1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Rangkaian listrik sering di jumpai dalam kehidupan sehari-hari . Tanpa
adanya suatu rangkaian listrik yang lengkap kita tidak mungkin dapat me-
nikmati fasilitas dari listrik . Pada dasarnya komponen terpenting dalam
suatu rangkaian listrik harus memiliki suatu hambatan dan tegangan agar
arus dapat mengalir dalam rangkaian tersebut . Hukum Ohm dan Hukum
kirchoff merupakan suatu hukum yang berperan dalam suatu rangkaian lis-
trik baik rangkaian tersebut berbentuk seri atau paralel maupun rangkaian
terbuka maupun tertutup .Tetapi secara garis besar ada 2 bunyi hukum
Ohm yaitu :
1. Besarnya arus listrik yang mengalir sebanding dengan besarnya beda
potensial (Tegangan). Untuk sementara tegangan dan beda potensial
dianggap sama walau sebenarnya kedua secara konsep berbeda. Secara
matematika di tuliskan I V atau V I, Untuk menghilangkan keseban-
dingan ini maka perlu ditambahkan sebuah konstanta yang kemudian
di kenal dengan Hambatan (R) sehingga persamaannya menjadi V =
I.R. Dimana V adalah tegangan (volt), I adalah kuat arus (A) dan R
adalah hambatan (Ohm).
2. Perbandingan antara tegangan dengan kuat arus merupakan suatu
bilangan konstan yang disebut hambatan listrik. Secara matematika
di tuliskan V/I = R atau dituliskan V = I.R.
Fungsi utama hukum Ohm adalah digunakan untuk mengetahui hubung-
an tegangan dan kuat arus serta dapat digunakan untuk menentukan suatu
hambatan beban listrik tanpa menggunakan Ohmmeter .Oleh karena itu
tujuan dari praktikum ini adalah agar praktikan dapat mengetahui arus
dan tegangan yang mengalir berdasarkan hukum ohm, dan hukum kirchoff.
karena suatu rangkaian berhubungan dengan sumber energi , maka pada
percobaan kali ini kami juga mencoba bagaimana cara kerja dari suatu catu
daya untuk menghasilkan suatu arus DC dari arus AC
1.2 Tujuan
Adapun tujuan praktikum elektronika dasar kali ini adalah :
3
1. Dapat mengenali bentuk dan jenis resistor
2. Dapat menghitung nilai resistansi resistor melalui urutan cincin war-
nanya
3. Dapat merangkai resistor secara seri maupun paralel
4. Dapat memahami penggunaan hukum ohm pada rangkaian resistor
5. Dapat memahami hukum kirchoff pada rangkaian seri dan paralel
1.3 Dasar Teori
1.3.1 Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff
Arus listrik adalah aliran muatan listrik. Jika dalam selang waktu t jumlah
muatan listrik yang mengalir adalah Q, maka besarnya arus listrik didefini-
sikan sebagai :
I =Q
t(1)
Muatan listrik dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain karena ada-
nya beda potensial. Tempat yang memiliki potensial tinggi melepaskan
muatan ke tempat yang memiliki potensial rendah. Besarnya arus yang
mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara dua tempat, atau
. Kesebandingan di atas selanjutnya dapat ditulis Hukum ohm berbunyi
sebagai berikut : ”Besarnya kuat arus yang timbul pada suatu pengan-
tar berbanding lurus dengan beda potensial atau tegangan antara kedua
ujung pengantar tersebut” . Hukum ohm menggambarkan bagaimana arus,
tegangan, dan tahanan berhubungan. George ohm menentukan secara eks-
perimental bahwa jika tegangan yang melewati sebuah tahanan bertambah
nilainya maka arusnya juga akan bertambah nilainya. Begitu juga sebalik-
nya. Sebuah eksperimen membuktikan bahwa ketika sebuah kawat diberikan
beda potensial atau tegangan, maka arus di dalam kawat tersebut akan se-
banding dengan beda potensianlya. Hasil eksperimen tersebut kini dikenal
dengan sebutan hukum Ohm dengan konstanta kesebandingannya ditulis:
”I
R, di mana I disebut arus dan R disebut resistansi atau I=(1/R)V atau
R=V/I”.
Resistansi suatu material bergantung pada pada panjang, luas penampang
lintang, tipe material dan temperature .
4
(a) Rangkaian SeriRseri
Jika pada suatu percabangan dalam rangkaian listrik, pada sebagian
cabang arus mengalir masuk
dan pada sebagian cabang yang lain arus mengalir keluar maka terpe-
nuhi aturan pada Hukum pertama Kirchoff berbunyi pada setiap rangkaian
tertutup, maka jumlah aljabar dari beda potensialnya harus sama dengan
nol. ”Jumlah arus masuk = jumlah arus keluar” Hukum pertama Kirchoff
juga sering disebut hukum Simpal karena pada kenyataannya beda poten-
sial di antara dua titik dalam suatu rangkaian pada keadaan tunak selalu
konstan. Pada keadaan tunak, mdan listrik pada stiap titik ( di luar sumber
ggl) dalam rangkaian terjadi karena menumpuknya muatan pada permuka-
an reisitor atau elemen lain pada rangkaian tersebut. karena medan listrik
merupakan medan konservatif, dengan demikian fungsi potensialnya akan
berlaku di setiap titik pada ruang. Sedangkan hukum kedua Kirchoff ber-
bunyi ”Pada setiap titik percabangan jumlah arus yang masuk melalui titik
tersebut sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut”.
V = IR (2)
V = IR (3)
I =V
R(4)
1.3.2 Rangkaian Seri dan Rangkaian Paralel
Rangkaian Seri
Hambatan R1 , R2 dan R3 disusun secara seri (lihat gbr).
Terminal-terminal ujung hambatan tersebut diberi beda potensial Vad
sehingga mengalir arus I . Jika hambatan total adalag R maka terpenuhi ,
maka :
V ad = IR (5)
5
(b) Rangkaian Para-lel Rparalel
Jika beda potensial antar ujung masing-masing hambatan adalah Vab, Vbc,
dan Vcd maka terpenuhi , maka :
V ad = V ab + V bc + V cd (6)
Karena arus yang mengalir pada semua hambatan sama maka :
V ab = IR1 (7)
V bc = IR2 (8)
V cd = IR3 (9)
Substitusi persamaan (5) dan (7-9) ke dalam persamaan (6) maka :
IR = IR1 + IR2 + IR3 (10)
maka berdasarkan hukum Ohm akan diperoleh :
R = R1 + R2 + R3 (11)
Rangkaian Paralel
Hambatan-hambatan yang disusun secara parallel (lihat gbr) Arus total
yang mengaliradalah I .Ketika arus memasuki resistor arus akan tervagi
menjadi 3 jalur ,sehingga berdasarkan hukum Kirchoff terpenuhi
I = I1 + I2 + I3 (12)
6
Beda potensial antar ujung-ujung tahanan semuanya sama, yaitu Vab. Jika
hambatan total adalah R maka :
I =V ab
R(13)
Karena beda potensial antar ujung hambatan R1, R2, dan R3 juga Vab
maka :
I =V ab
R1(14)
I =V ab
R2(15)
I =V ab
R3(16)
(17)
Substitusi persamaan (13) dan (14-17) ke dalam persamaan (12), sehingga
diperoleh :
I
R= 1
R1 (18)
1R2 (19)
1R3 (20)
(21)
Catu Daya
Pada dasarnya power supply ini mempunyai konstruksi rangkaian yang ham-
pir sama yaitu terdiri dari trafo, penyearah, dan penghalus teganagan. Da-
lam pembuatan rangkaian catu daya selain menggunakan komponen utama
juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian berfungsi dengan ba-
ik .Catu daya merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengunag arus
listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Hampir semua peralatan
elektronik membutuhkan catu daya agar dapat berfungsi. Dioda-dioda se-
mikonduktor biasanya digunakan untuk mengkonversi arus bolak-balik ac
menjadi arus searah dc dimana dalam kasus ini dioda ini disebut sebagai
penyearah (rectifier). Bentuk paling sederhana dari rectiifier memilki satu
dioda tunggal dan, karena hanya bekerja pada setengah-siklus positif atau
negatif dari sumber.
7
2 Metode Praktikum
2.1 Waktu dan Tempat
Praktikum dilakukan di laboratorium Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Sunan Gunung Djati Bandung. Praktikum ini dilakukan pada hari
Jum’at tanggal 06 September 2013 pukul 12.40 - 15.00 WIB.
2.2 Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali
ini antara lain:
1. Protoboard
2. Beberapa resistor
3. Multimeter
4. Catu Daya DC
5. Komputer
8
2.3 Prosedur Percobaan:
Rangkaian Seri
Mulai
Mengambil resistor sembarang kemudian mengukur nilai hambatan
Menyusun Rangkaian kemudian mengukur hambatan total
Mengukur tegangan dan kuat arus pada masing-masing resistor
Menggunakan program simulasi Multisim
Membandingkan hasil secara teori , perhitungan , eksperimen seta simulasi
Selesai
9
Rangkaian Paralel
Mulai
Merangkai skema rangkaian paralel menggunakan simulasi multisim
Mengukur hambatan R1,R2,R3 yang mengalir pada rangkaian
Mengukur kuat arus pada masing-masing resistor
Menggunakan program simulasi Multisim
Membandingkan hasil secara teori , perhitungan , eksperimen seta simulasi
Selesai
10
Hukum Kirchoff
Mulai
Merangkai skema rangkaian menggunakan simulasi multisim
Mengukur besar arus masing-masing resistor (I1,I2,dan I3) secara simulasi
Mengukur besar tegangan pada simulasi
Melakukan analis dan kesimpulan
Selesai
11
Catu Daya
Mulai
Merangkai skema regulator diode Zener dan LM7812Ct dengan menggunakan simulasi Multisim
Menguji dan menganalis tegangan output dari transformator stepdown
Menguji dan menganalis tegangan output dari penyearah diode
Menguji dan menganalis tegangan output dari kapasitor
Menguji dan menganalis tegangan output dari regulator diode zener atau LM7812CT
Menganalisisgrafik menggunakan osiloskop pada tiap bagian power suply
Selesai
12
3 Hasil dan Pembahasan
3.1 Data Hasil Pengamatan
Tabel 1: Data dan hasil percobaan Hukum Ohm rangkaian seri.
No. Rs (Ω) Rph (Ω) Vpc (V ) Vs (V ) Vph (V )
1. 57.0 × 103 (Gambar 6.(a))
2. 1.0 × 103 (Gambar 6.(b))
3. 3.9 × 103 (Gambar 6.(c))
dengan
Rs adalah hambatan resistor dalam simulasi,
Rph adalah hambatan resistor yang diukur secara manual (Yaitu berdasarkan
urutan dan warna cin-cin),
Vpc adalah tegangan yang terukur oleh multimeter dalam percobaan langsung,
Vs adalah tegangan yang terukur oleh multimeter dalam simulasi, dan
Vph adalah tegangan yang dihitung berdasarkan Hukum Ohm.
Vph = I.Rn
dimana n adalah indeks resistor.
Gambar 1: Simulasi percobaan Hukum Ohm rangkaian seri
13
Tabel 2: Data dan hasil percobaan Hukum Ohm rangkaian pararel.
No. Rs (Ω) Rph (Ω) Ipc (A) Is (A) Iph (A)
1. 57.0 × 103 (Gambar 7.(a))
2. 1.0 × 103 (Gambar 7.(b))
3. 3.9 × 103 (Gambar 7.(c))
dengan
Ipc adalah kuat arus yang terukur oleh multimeter dalam percobaan langsung,
Is adalah kuat arus yang terukur oleh multimeter dalam simulasi, dan
Iph adalah kuat arus yang dihitung berdasarkan Hukum Ohm.
Iph =V
Rn
Gambar 2: Simulasi percobaan Hukum Ohm rangkaian pararel
Tabel 3: Data dan hasil percobaan Hukum Kirchoff.
No. R (Ω) Is (A) Iph (A) Vs (V ) Vph (V )
1. 2 (Gambar 8.(a)) −1.00 (Gambar 8.(d)) −2.00
2. 3 (Gambar 8.(b)) −0.33 (Gambar 8.(e)) −0.99
3. 6 (Gambar 8.(c)) 0.67 (Gambar 8.(f)) 4.02
Hukum Kirchoff menyatakan∑E +
∑IR = 0
14
maka, pada loop pertama berlaku
(V2 − V1) + (I1R1 + I2R2) = 0 (22)
karena I2 = I1 + I3, dari persamaan 22 kita miliki
(9 V − 6 V ) + (I1R1 + (I1 + I3)R2) = 0
3 V + (R1 + R2)I1 + I3R2 = 0
(R1 + R2)I1 + I3R2 = −3 V
(2 Ω + 3 Ω)I1 + (3 Ω)I3 = −3 V
(5 Ω)I1 + (3 Ω)I3 = −3 V (23)
dan pada loop kedua berlaku
(V2 − V3) + (I3R3 + I2R2) = 0 (24)
karena I2 = I1 + I3, dari persamaan 24 kita miliki
(9 V − 12 V ) + (I3R3 + (I1 + I3)R2) = 0
−3 V + (R3 + R2)I3 + I1R2 = 0
(R3 + R2)I3 + I1R2 = 3 V
(6 Ω + 3 Ω)I3 + (3 Ω)I1 = 3 V
(9 Ω)I3 + (3 Ω)I1 = 3 V (25)
Dengan metode eliminasi terhadap persamaan 23 dan 25, kita peroleh
(12 Ω)I1 = −12 V
I1 = −12 V
12 Ω
I1 = −1 A
15
Dengan mensubstitusikan hasil ini ke dalam persamaan 22 kita peroleh
(V2 − V1) + I1R1 + I2R2 = 0
(9 V − 6 V ) + (−1 A)(2 Ω) + I2(3 Ω) = 0
I2(3 Ω) = 2 A.Ω − 3 A.Ω
I2 = −1 A.Ω
3 Ω
I2 = −1
3A
Dan dengan mensubstitusikan hasil ini ke dalam persamaan 24 kita per-
oleh
(V2 − V3) + I3R3 + I2R2 = 0
(9 V − 12 V ) + I3R3 + (−1
3A)(3 Ω) = 0
I3(6 Ω) = 3 A.Ω + 1 A.Ω
I3 =4 A.Ω
6 Ω
I3 =2
3A
Jadi
V1 = −(1 A)R1, V2 = −(0.33 A)R2, dan V3 = (0.67 A)R3.
Gambar 3: Simulasi percobaan Hukum Kirchoff.
16
Gambar 4: Simulasi rangkaian power supply dengan regulator dioda Zener
Gambar 5: Simulasi rangkaian power supply dengan regulator LM7812CT
3.2 Pembahasan
Pada percobaan kali ini , pertama kami menghitung nilai resistor terlebih
dahulu dengan cara menghitung notasi warna pada cincinnya . Hasil dari
notasi tesebutlah yang kami gunakan pada percobaan , baik secara perco-
baan menggunakan alat ukur maupun simulasi . Dari hasil percobaan telah
didapat bahwa pada rangkaian seri :
I1 = I2 = I3
dan :
Vtot = V1 + V2 + V3
Maka hasil percobaan yang kami peroleh adalah sama berdasarkan persa-
maan diatas , yakni :
VpcR1 = 1, 9997V danVhtR1 = 2V
VpcR2 = 3, 9993V danVhtR2 = 4V
VpcR = 6, 01V danVhtR = 6V
Hasil percobaan yang kami lakukan sama dengan teori bahwa Arus pada
rangkaian seri akan sama pada setiap resistor serta tegangan yang diperoleh
akan sama dengan tegangan total yang digunakan . Pada percobaan untuk
17
rangkaian seri , hasil yang kami peroleh berdasarkan pada persamaan
Vtot = V1 = V2 = V3
Itot = I1 + I2 + I3
Maka hasil percobaan yang kami peroleh berdasarkan persamaan di atas
adalah :
IpcR1 = 0AdanIhtR1 = 0, 012A
IpcR2 = 60mAdanIhtR2 = 0, 06A
IpcR3 = 0AdanIhtR3 = 0, 04A
Pada percobaan hukum Ohm untuk rangkaian paralel ini terdapat ketidak-
samaan antara hasil dari perhitungan dan percobaan hal ini terjadi karena
nilai notasi yang terbaca pada simulasi tidak terbaca dikarenakan nilai no-
tasi arus terlalu kecil sehingga untuk beberapa rangkaian pada resistor 1
dan 2 terbaca nilai nol . Selain itu angka hasil percobaan pada alat ukur
adalah angka yang diskrit karena notasi angka yang terbaca terlalu kecil .
Untuk percobaaan mengetahui cara kerja pada catu daya , kami menco-
ba melakukan simulasi pembuatan catu daya masing-masing menggunakan
regulator yang berbeda .Pada regulator dengan menggunakan LM7812CT
, hasil outputnya masih berupa gelombang , namun bukan gelombang pe-
nuh . Hal ini terjadi karena sebelumnya trafo stepdown telah menurunkan
gelombang AC. Sedangkan saat menggunakan dioda zener gelombang su-
dah menjad gelombang tidak penuh . Regulator sendiri berfungsi untuk
membatasi tegangan , agar tegangan yang keluar tidak melebihi tegang-
an maksimum . Pada dasarnya fungsi regulator LM7812CT sama dengan
dioda zener hanya saja perbedaannya terlihat saat arus berubah menjadi
gelombang yang tidak penuh.
3.3 Analisis Data
Adapun yang mempengaruhi hasil dari praktikum kali ini yaitu , nilai no-
tasi yang diskrit menyebabkan hasil yang tidak sama untuk percobaan dan
simulasi . Selain itu saat mencoba mengukur tegangan dari catu daya ke
multimeter hasil yang diperoleh berubah , hal ini menyebabkan paralaks
praktikan menyulitkan untuk mengetahui hasil yang sebenarnya . Dan sa-
18
at praktikan mencoba untuk mengetahui rangkaian pada hukum Kirchoff ,
praktikan tidak dapat melakukannya karena sumber energi dari catu daya
tidak memungkinkan untuk melakukannya , apabila melakukan percobaan
pada hukum kirchoff , maka sumber energi yang dibutuhkan harus lebih dari
1 sumber catu daya , maka dari itu praktikan hanya mencoba mensimula-
sikannya melalui simulasi program multisim saja dan secara perhitungan.
Namun secara garis besar percobaan yang kami lakukan mendekati nilai
dari program simulasi dan teori , oleh karena itu percobaan kali ini dapat
dikatakan berhasil .
19
4 Kesimpulan
Berdasarkan hasil praktikum yang diperoleh maka dapat disimpulkan bah-
wa :
Untuk mengetahui jenis dan besarnya hambatan suatu resistor kita dapat
mengetahuinya dari notasi warna yang tertera pada resistor tersebut . Rang-
kaian resistor dapat disusun berdasarkan rangkaian seri dan paralel . Rang-
kaian Seri akan menghasilkan nilai hambatan yang lebih besar dibandingkan
nilai hambatan pada rangkaian paralel . Pada percobaan hukum Kirchoff
dapat diketahui bahwa besar tegangan total pada loop adalah nol , namun
arus yang didapat dari masing-masing resistor berbeda . Prinsip kerja catu
daya adalah catu daya dapat mengubah suatu arus AC ke DC . Bagian catu
daya sendiri dapat digolongkan kedalam 4 bagian , yaitu : trafo stepdown
, rectifier , filter kapasitor dan regulator. Penyearah gelombang regulator
LM7812CT memiliki prinsip kerja yakni untuk tegangan tetap positif dan
hanya akan mengeluarkan tegangan pada batas yang ditentukan Regulator
LM7812CT adalah agar tegangan tetap negatif dan hanya akan mengeluark-
an tegangan pada batas yang ditentukan . Sedangkan prinsip kerja Dioda
berfungsi sebagai penyearah arus dari AC menjadi DC,selain itu dioda juga
berfungsi sebagai pengaturan tegangan pada catu daya . Jadi prinsip kerja
Regulator digunakan untuk membatasi tegangan keluaran atau menstabilk-
an tegangan
20
Pustaka
[1] Abdullah,Mikrajuddin.2007. ”‘ Diktat Kuliah Fisika Dasar II Tahap
Persiapan Bersama ITB ”..diktat
[2] Resnick ,Halliday . ”‘ Fundamental of Physics 8th Edition” .Erlangga.
Jakarta
[3] Giancoli, Douglas. THE IDEAS OF PHYSIC Second Edition..1998
[4] Tim Pengajar SMP Kelas 1.1996.”Keterampilan Elektonika Da-
sar”.Bandung
[5] William H, dkk .2005.”RANGKAIAN LISTRIK Edisi Keenam Jilid 1.
Erlangga ”.Jakarta
[6] http://fisikasirintocoy.blogspot.com/2013/01/catu-daya-dan-
regulator.html
[7] http://dagaduelektronika.blogspot.com/2013/05/hukum-ohm-dan-
hukum-kirchoff.html
21
LAMPIRAN
(a) Tegangan di R1 (b) Tegangan di R2 (c) Tegangan di R3
Gambar 6: Hasil simulasi percobaan Hukum Ohm, rangkaian seri.
(a) Arus di R1 (b) Arus di R2 (c) Arus di R3
Gambar 7: Hasil simulasi percobaan Hukum Ohm, rangkaian pararel.
22
(a) Arus di R1 (b) Arus di R2 (c) Arus di R3
(d) Tegangan di R1 (e) Tegangan di R2 (f) Tegangan di R3
Gambar 8: Hasil simulasi percobaan Hukum Kirchoff.
(a) Output Tra-fo StepdownOutputtrafostepdown
(b) OutputLM7812CTOutputLM7812CT
(c) OutputDioda ZenerOtputDiodaZener
Gambar 9: Simulasi Output pada Catu daya
23