Rangkaian Listrik 1: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 14 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Resistor seri & paralel

Resistor seri
Req = R1 + R2 + …
Resistor paralel
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dua resistor paralel
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Hukum Ohm
V = I·R
Daya
P = V·I = I²R = V²/R

Metode

  1. Mulailah dari ujung jaringan yang paling jauh dari terminal.
  2. Gabungkan resistor seri dengan menjumlahkannya, dan resistor paralel dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Gambar ulang rangkaian setelah setiap langkah.
  4. Ulangi sampai tersisa satu resistor di antara terminal.

Analisis simpul

Hukum arus Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Arus cabang
I = (Va − Vb)/R
Simpul referensi
Vground = 0

Metode

  1. Pilih simpul referensi (ground) dan beri label tegangan simpul lainnya.
  2. Tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul yang tidak diketahui: arus yang keluar melalui setiap cabang sama dengan arus yang masuk.
  3. Nyatakan setiap arus cabang sebagai (Va − Vb)/R.
  4. Selesaikan sistem persamaannya, lalu cari arus yang Anda perlukan.

Analisis mesh

Hukum tegangan Kirchhoff
ΣV = 0 di setiap loop
Resistor bersama
arus = I1 − I2
Sumber arus dalam mesh
menetapkan arus mesh tersebut

Metode

  1. Gambar arus searah jarum jam di setiap mesh (jendela) rangkaian.
  2. Terapkan hukum tegangan Kirchhoff di sekeliling setiap mesh: jumlah tegangan jatuh sama dengan nol.
  3. Pada resistor yang dipakai bersama oleh dua mesh, arusnya adalah selisih kedua arus mesh.
  4. Selesaikan persamaannya; hasil negatif berarti arus mengalir ke arah sebaliknya.

Superposisi

Superposisi
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Sumber tegangan dimatikan
hubung singkat (0 V)
Sumber arus dimatikan
rangkaian terbuka (0 A)
Pembagi tegangan
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Pembagi arus
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Metode

  1. Hitung jumlah sumber independen. Anda akan menyelesaikan satu rangkaian yang lebih sederhana untuk setiap sumber.
  2. Pertahankan satu sumber dan matikan yang lain: sumber tegangan menjadi hubung singkat (kawat), sumber arus menjadi rangkaian terbuka (celah).
  3. Selesaikan rangkaian yang lebih sederhana untuk tegangan atau arus yang Anda perlukan, dengan memperhatikan arahnya.
  4. Ulangi untuk setiap sumber, lalu jumlahkan kontribusinya beserta tandanya.

Thévenin & Norton

Tegangan Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistansi Thévenin
Rth: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton
IN = Vth/Rth
Arus beban
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfer daya maksimum
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metode

  1. Lepaskan beban dan tandai kedua terminal a dan b.
  2. Cari tegangan rangkaian terbuka antara a dan b: inilah Vth.
  3. Matikan semua sumber independen dan cari hambatan yang terlihat dari a–b: inilah Rth.
  4. Pasang kembali beban pada rangkaian ekuivalen: Vth seri dengan Rth.
  5. Untuk ekuivalen Norton, konversikan: IN = Vth/Rth, dengan RN = Rth secara paralel.

Rangkaian op-amp

Penguat pembalik
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Penguat tak membalik
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Penguat penjumlah
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Op-amp ideal
V+ = V−, Iin = 0

Transien RC & RL

Konstanta waktu
τ = RC | τ = L/R
Respons
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kapasitor pada DC
rangkaian terbuka; vC tidak dapat melompat
Induktor pada DC
hubung singkat; iL tidak dapat melompat
Keadaan tunak
t ≈ 5τ

Metode

  1. Cari nilai awal sesaat setelah sakelar berpindah: tegangan kapasitor dan arus induktor tidak dapat melompat.
  2. Cari nilai akhir lama setelah sakelar berpindah: kapasitor berperilaku sebagai rangkaian terbuka, induktor sebagai hubung singkat.
  3. Cari konstanta waktu: τ = RC atau τ = L/R, dengan hambatan yang terlihat oleh kapasitor atau induktor.
  4. Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Soal latihan

1.Resistor seri & paralelSedang
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​15 ΩB

Cari arus IR1 yang dialirkan sumber, yang mengalir melalui R1.

V1 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 12 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​30 ΩAR4​2 ΩBR6​10 Ω

Cari arus IR1 yang dialirkan sumber, yang mengalir melalui R1.

V1 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 12 ΩR4 = 2 ΩR5 = 8 ΩR6 = 10 Ω
IR1 = A
3.Analisis simpulSedang
R1​12 Ω+−V1​18 VI1​R2​8 Ω+−V2​9 VR3​3 Ω+−V3​24 VA

Tiga cabang terhubung antara simpul A dan ground, seperti pada gambar. Gunakan analisis simpul untuk mencari arus I1 pada cabang 1, yang mengalir ke atas masuk ke simpul A searah panah.

V1 = 18 VR1 = 12 ΩV2 = 9 VR2 = 8 ΩV3 = 24 VR3 = 3 Ω
I1 = A
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 30 ΩIR1​R2​ = 15 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​10 VR3​12 ΩAR5​4 ΩBIs​6 A−+V2​30 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR1 melalui R1 searah panah.

V1 = 10 VIs = 6 AV2 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 Ω
IR1 = A
5.Analisis meshSedang
R1​ = 6 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​10 VR3​6 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I2 (searah jarum jam).

V1 = 10 VV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
I2 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 30 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR4​2 ΩAR5​15 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I1 (searah jarum jam).

V1 = 9 VV2 = 15 VR1 = 30 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 2 ΩR5 = 15 Ω
I1 = A
7.SuperposisiSedang
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBIs​?

Cari nilai sumber arus Is (arah seperti pada gambar) yang membuat arus IR3 melalui R3 sama dengan nol.

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ω
Is = A
8.SuperposisiSulit
rangkaian linearV1​V2​Is​IRL​

Sebuah rangkaian resistif linear memuat tiga sumber bebas: V1, V2, dan Is. Arus I melalui beban diukur tiga kali. Dengan semua sumber pada nilai normalnya, I = 7 mA. Dengan V1 digandakan dan dua lainnya tidak berubah, I = 18 mA. Dengan arah Is dibalik dan dua lainnya tidak berubah, I = −6 mA. Cari arus beban I ketika V2 dimatikan dan V1 serta Is bernilai normal.

normal: I = 7 mA2·V1: I = 18 mA−Is: I = −6 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​0,5 ABRL​10 ΩIL​

Beban RL = 10 Ω dipasang di a–b. Ganti sisa rangkaian dengan ekuivalen Thévenin-nya dan cari arus beban IL.

V1 = 6 VIs = 0,5 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩRL = 10 Ω
IL = A
11.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

Pilih resistor umpan balik Rf yang memberi penguat non-pembalik ini penguatan tegangan 25.

R1 = 22 kΩAv = 25
Rf = kΩ
12.Rangkaian op-ampSulit
Vin​V1​Vout​tingkat 1: membalikR1​ = 22 kΩRf1​ = 47 kΩtingkat 2: tak membalikR2​ = 22 kΩRf2​ = 47 kΩ

Dua tingkat op-amp ideal dihubungkan secara kaskade: penguat membalik (R1, Rf1) diikuti penguat tak membalik (R2 ke ground, Rf2 di umpan balik). Keduanya dicatu ±15 V. Masukannya Vin = −0,75 V. Cari tegangan keluaran Vout.

R1 = 22 kΩRf1 = 47 kΩR2 = 22 kΩRf2 = 47 kΩVin = −0,75 V
Vout = V
13.Transien RC & RLSedang
+−Vs​15 Vt = 0R = 100 ΩL10 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 1 ms.

Vs = 15 VR = 100 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Transien RC & RLSulit
+−Vs​12 Vt = 0R = 47 kΩC?+−vC​

Sebuah pewaktu mulai mengisi kapasitor yang tidak bermuatan melalui resistor dari catu 12 V pada t = 0. Pewaktu harus terpicu ketika tegangan kapasitor mencapai 9 V, tepat 500 ms setelah mulai. Dengan R = 47 kΩ, cari kapasitansi C yang diperlukan.

Vs = 12 VVth = 9 VT = 500 msR = 47 kΩ
C = µF

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 2,913 A

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​15 ΩB

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R3 + R4 = 2 + 15 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 4·17/(4+17) = 3,238 Ω
Req = R1 + 3,238 = 5 + 3,238 = 8,238 Ω

Arus dari sumber

Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberi arus yang dialirkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

IR1 = V1/Req = 24/8,238 = 2,913 A

Jawaban

IR1 = 2,913 A
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 0,8303 A

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 5 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​30 ΩAR4​2 ΩBR6​10 Ω

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R5 + R6 = 8 + 10 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 1,8 Ω
R3 + 1,8 = 13,8 Ω
R2 ∥ 13,8 = 9,452 Ω
Req = R1 + 9,452 = 5 + 9,452 = 14,45 Ω

Arus dari sumber

Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberi arus yang dialirkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

IR1 = V1/Req = 12/14,45 = 0,8303 A

Jawaban

IR1 = 0,8303 A
3.Analisis simpul

Jawaban: I1 = −0,1346 A

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

KCL di simpul A

Ambil kawat bawah sebagai ground. Setiap cabang mengalirkan (VA − Vk)/Rk keluar dari A, dengan Vk tegangan sumbernya (nol untuk resistor biasa). Arus-arus yang keluar dari A berjumlah nol.

(VA − 18)/12 + (VA − 9)/8 + (VA − 24)/3 = 0

Selesaikan untuk VA

VA = (18/12 + 9/8 + 24/3) / (1/12 + 1/8 + 1/3) = 10,63/0,5417 = 19,62 V

Arus cabang

Panah menunjuk ke atas melalui cabang, masuk ke simpul A.

I1 = (18 − VA)/R1 = (18 − 19,62)/12 = −0,1346 A

Jawaban

I1 = −0,1346 A

Hasil negatif berarti arus sebenarnya mengalir berlawanan dengan panah.

4.Analisis simpul

Jawaban: IR1 = 0,547 A

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

R1​ = 30 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​10 VR3​12 ΩAR5​4 ΩBIs​6 A−+V2​30 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 10 V, V2 = −30 V). Yang tidak diketahui: VA, VB.

KCL di simpul A

Arus yang keluar dari A melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/12 + (VA − 10)/30 + (VA − VB)/15 = 0
0,1833·VA − 0,06667·VB = 0,3333

KCL di simpul B

Arus yang keluar dari B melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/4 + (VB − VA)/15 + (VB − (−30))/10 = (−6)
−0,06667·VA + 0,4167·VB = −9

Selesaikan

Δ = (0,1833)(0,4167) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,07194
VA = Δ1/Δ = −0,4611/0,07194 = −6,409 V
VB = Δ2/Δ = −1,628/0,07194 = −22,63 V

Jawaban

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (10 − −6,409)/30 = 0,547 A
5.Analisis mesh

Jawaban: I2 = −1,111 A

Analisis mesh: beri setiap jendela rangkaian planar arus loop sendiri, tulis hukum tegangan Kirchhoff di setiap loop (jumlah jatuh = jumlah kenaikan), lalu selesaikan. Arus cabang adalah arus mesh, atau selisih dua arus mesh pada cabang bersama.

R1​ = 6 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​10 VR3​6 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

Tetapkan arus mesh

Gambar arus searah jarum jam di setiap jendela: I1, I2. Resistor yang dipakai bersama dua mesh membawa selisih arus keduanya.

KVL di sekitar mesh 1

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
6·I1 + 6(I1 − I2) = 10
12·I1 − 6·I2 = 10

KVL di sekitar mesh 2

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 6(I2 − I1) = (−15)
−6·I1 + 12·I2 = −15

Selesaikan

Δ = (12)(12) − (−6)(−6) = 108
I1 = Δ1/Δ = 30/108 = 0,2778 A
I2 = Δ2/Δ = −120/108 = −1,111 A

Jawaban

I2 = −1,111 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: I1 = 0,2385 A

Analisis mesh: beri setiap jendela rangkaian planar arus loop sendiri, tulis hukum tegangan Kirchhoff di setiap loop (jumlah jatuh = jumlah kenaikan), lalu selesaikan. Arus cabang adalah arus mesh, atau selisih dua arus mesh pada cabang bersama.

R1​ = 30 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR4​2 ΩAR5​15 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

Tetapkan arus mesh

Gambar arus searah jarum jam di setiap jendela: I1, I2, I3. Resistor yang dipakai bersama dua mesh membawa selisih arus keduanya.

KVL di sekitar mesh 1

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
30·I1 + 2(I1 − I2) = 9
32·I1 − 2·I2 = 9

KVL di sekitar mesh 2

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
10·I2 + 2(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 27·I2 − 15·I3 = 0

KVL di sekitar mesh 3

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
5·I3 + 15(I3 − I2) = (−15)
−15·I2 + 20·I3 = −15

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 10000
I1 = Δ1/Δ = 2385/10000 = 0,2385 A
I2 = Δ2/Δ = −6840/10000 = −0,684 A
I3 = Δ3/Δ = −12630/10000 = −1,263 A

Jawaban

I1 = 0,2385 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: Is = 0,625 A

Superposisi: dalam rangkaian linear, setiap tegangan atau arus adalah jumlah respons terhadap masing-masing sumber independen yang bekerja sendiri. Untuk mematikan sumber, ganti sumber tegangan ideal dengan hubung singkat dan sumber arus ideal dengan rangkaian terbuka. Resistor tetap di tempatnya.

R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBTERBUKA

Kasus 1 · V1 bekerja sendiri

Iₛ menjadi rangkaian terbuka, jadi R₃ dan R₄ membentuk satu cabang seri dari A ke ground, paralel dengan R₂.

R3+R4 = 10+8 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·18/(4+18) = 3,273 Ω
VA = 30·3,273/(20+3,273) = 4,219 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,219·8/18 = 1,875 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (4,219 − 1,875)/10 = 0,2344 A

Kasus 2 · Is bekerja sendiri

V₁ menjadi hubung singkat, jadi R₁ ∥ R₂ terhubung dari A ke ground. Iₛ terbagi di B antara R₄ dan jalur R₃ + R₁∥R₂; bagian yang melalui R₃ mengalir dari B ke A, berlawanan dengan panah.

R1 ∥ R2 = 3,333 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·8/21,33 = −0,375·Is

Samakan total dengan nol

IR3′ + IR3″ = 0,2344 − 0,375·Is = 0
Is = 0,2344/0,375 = 0,625 A

Jawaban

Is = 0,625 A
8.Superposisi

Jawaban: I = 17,5 mA

Superposisi: dalam rangkaian linear, setiap tegangan atau arus adalah jumlah respons terhadap masing-masing sumber independen yang bekerja sendiri. Untuk mematikan sumber, ganti sumber tegangan ideal dengan hubung singkat dan sumber arus ideal dengan rangkaian terbuka. Resistor tetap di tempatnya.

Tulis pengukuran dalam bentuk kontribusi

Setiap kontribusi sebanding dengan sumbernya sendiri.

I₁ + I₂ + I₃ = 7
2·I₁ + I₂ + I₃ = 18
I₁ + I₂ − I₃ = −6

Selesaikan kontribusinya

I₁ = 18 − 7 = 11 mA
I₃ = (7 − (−6))/2 = 6,5 mA
I₂ = 7 − 11 − 6,5 = −10,5 mA

Matikan V₂

I = I₁ + I₃ = 11 + 6,5 = 17,5 mA

Jawaban

I = 17,5 mA
9.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 22,22 Ω

Teorema Thévenin: setiap jaringan linear dua terminal berperilaku seperti satu sumber tegangan Vth yang seri dengan resistansi Rth. Teorema Norton menyatakan jaringan yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth yang paralel dengan Rth.

R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩHUBUNG SINGKATR2​4 ΩAabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R1 ∥ R2 = 5·4/(5+4) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 20 = 22,22 Ω
10.Thévenin & Norton

Jawaban: IL = 0,5199 A

Teorema Thévenin: setiap jaringan linear dua terminal berperilaku seperti satu sumber tegangan Vth yang seri dengan resistansi Rth. Teorema Norton menyatakan jaringan yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth yang paralel dengan Rth.

R1​ = 2 ΩR3​ = 3 ΩHUBUNG SINGKATR2​15 ΩATERBUKABabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R1 ∥ R2 = 2·15/(2+15) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 3 = 4,765 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​0,5 ABab+−Vth​

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Dengan a–b terbuka, satu-satunya jalur Iₛ adalah melalui R₃ ke simpul A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, lalu tambahkan jatuh tegangan pada R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 5,294 + 0,5·1,765 = 6,176 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 6,176 + 0,5·3 = 7,676 V
Rth​ = 4,765 Ω+−Vth​7,676 VRL​10 ΩIL​

Hubungkan beban ke ekuivalen Thévenin

Sumber Thévenin dan R_th seri berperilaku persis seperti rangkaian asli di a–b, jadi beban melihat loop seri sederhana.

IL = Vth/(Rth + RL) = 7,676/(4,765 + 10) = 0,5199 A
11.Rangkaian op-amp

Jawaban: Rf = 528 kΩ

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Penguatan penguat non-pembalik

V₋ = V₊ = Vin, dan arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf, jadi Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (25 − 1)·22 = 528 kΩ

Jawaban

Rf = 528 kΩ
12.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = 5,025 V

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Penguatan tiap tingkat

A1 = −Rf1/R1 = −47/22 = −2,136
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 47/22 = 3,136

Tingkat demi tingkat

V1 = −2,136·(−0,75) = 1,602 V
Vout = 3,136·1,602 = 5,025 V

Jawaban

Vout = 5,025 V
13.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,15 A

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Konstanta waktu dan arus akhir

Lama setelah sakelar ditutup, induktor berperilaku seperti hubung singkat, jadi arus akhir hanya ditentukan oleh R.

τ = L/R = 10 mH / 100 Ω = 0,1 ms
i(∞) = Vs/R = 15/100 = 0,15 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,15·(1 − e−1/0,1) = 0,15 A

Jawaban

i = 0,15 A
14.Transien RC & RL

Jawaban: C = 7,674 µF

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Konstanta waktu yang diperlukan

9 = 12·(1 − e−500/τ) → τ = 500/ln(12/(12 − 9))
τ = 500/1,386 = 360,7 ms

Kapasitansi

kΩ dikali µF menghasilkan milidetik.

C = τ/R = 360,7/47 = 7,674 µF

Jawaban

C = 7,674 µF

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1