Post on 08-Oct-2015
description
Beberapa Contoh Aplikasi dan Soal Perhitungan Sederhana
Energi Listrik, Elektronika
Soegijardjo Soegijoko
DAFTAR ISI [1/2]
[1].Aplikasi Energi Listrik dalam Electroplating
[2].Daya dan Energi Listrik yang dihasilkan PLTA
[3].Efisiensi Transmisi
[4].Masa pakai batere Alkali dan batere Li-ion
[5].Pengisi batere (Battery Charger) sederhana
[6].Pengisian Aki
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
2
DAFTAR ISI [2/2]
[7].Karakteristik Dioda
[8].Dioda sebagai komponen non-linear
[9].Rangkaian dengan Dioda
[10].Rangkaian dengan Dioda Zener
[11].Rangkaian Pengatur Tegangan dengan Dioda Zener
[12].Karakteristik Dioda ideal
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
3
[1].Penggunaan Energi Listrik dalam Electroplating
Proses electroplating dapat digunakan untuk melapisi benda logam, seperti cincin perhias-an, alat rumah tangga, dengan logam tertentu (misalnya perak, Ag).
Perak sebagai Anoda (+)
Logam yg hendak dilapisi sebagai Katoda ()
Logam I I
Yg hendak Perak
dilapisi
Larutan Perak Nitrat
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
4
Soal Electroplating
Berdasarkan berat atom perak dan proses elektrolisa (pelajari kembali Kimia), diketahui bahwa setiap muatan listrik 1 coulomb dapat menghasilkan endapan perak sebesar 1,118 mg.
Bila diketahui bahwa dalam proses electroplating di muka, digunakan arus listrik sebesar 1,5 A selama 2 jam, hitunglah jumlah berat lapisan (endapan) perak yang dihasilkan (dalam gram). Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
5
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
6
Electroplating [http://www.explainthatstuff.com/electroplating.html]
Electroplating is the use of electricity to coat a relatively mundane (biasa) metal, such as copper, with a thin layer of another more precious metal, such as gold or silver. Electroplating has lots of other uses, besides making cheap metals look expensive. We can use it to make things rust-resistant, for example, or to produce a variety of useful alloys like brass and bronze.
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
7
Proses pelapisan (electroplating) tembaga (Copper) pada kuningan (brass). Tembaga (Copper) sebagai Anoda (+), Kuningan (brass) sebagai Katoda ().
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
8
[2].Daya dan Energi yang Dihasilkan oleh suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) Diasumsikan suatu PLTA
menghasilkan tegangan keluaran (output) = 450 kV dan arus tetap = 200A.
(a).Hitunglah daya yang dihasilkan oleh PLTA
(b).Hitung pula energi yang dihasilkan dalam 1 minggu
[Perhitungan dan satuan]
(a). (b).
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
9
[3].Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [1/2]
**Suatu PLTA mentransmisikan (mengirimkan) energi listrik dengan tegangan 950 kV dari kota A ke kota B yang berjarak 700 km. Energi listrik yang diterima di B adalah 0,9 GW dengan tegangan 900 kV. {Asumsi beban resistif dan faktor daya = 1}
(a). Gambarkan diagram sederhana sistem transmisi antara kota A dan B tersebut.
(b).Hitunglah efisiensi transmisi = (daya listrik yang diterima di B) dibagi dengan (daya yang dikirimkan dari A) dinyatakan dalam %
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
10
Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [2/2]
(c).Ke manakah energi yang hilang tersebut?
(d).Bila dianggap bahwa keadaan tersebut tidak berubah dengan waktu (tetap), hitunglah energi yang dikirimkan dari A ke B dalam sehari (disertai dengan satuannya).
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
11
Efisiensi Transmisi Energi listrik dari suatu Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) [Jawab]
(a). Diagram sederhana sistem transmisi antara A dan B.
(b).Hitunglah efisiensi transmisi = (daya listrik yang diterima di B) dibagi dengan (daya yang dikirimkan dari A) dinyatakan dalam %
(c).Ke manakah energi yang hilang tersebut?
(d).Bila dianggap bahwa keadaan tersebut tidak berubah dengan waktu (tetap), hitunglah energi yang dikirimkan dari A ke B dalam sehari (disertai dengan satuannya).
Soegijardjo Soegijoko Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana 12
[5a].Batere alkali (Alkaline Battery)
Diketahui suatu batere alkali 1,5 V dapat menyimpan energi listrik sebesar 150 joule. Suatu kalkulator diketahui memerlukan arus 0,5 mA. Untuk pemakaian secara terus-menerus, berapa harikah batere tersebut dapat digunakan?
(a). (b).
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
13
[5b].Batere Li-ion (Lithium Ion Battery)
Diketahui suatu batere telepon genggam jenis Li-ion mempunyai spesifikasi: 700 mAh; 3,7 V. Untuk pemakaian normal, batere tsb dapat digunkan selama 50 jam berturut-turut.
[a].Hitung perkiraan energi total batere & satuannya.
[b].Hitung pemakaian arus rata2 & satuannya.
(a). (b).
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
14
[6].Rangkaian Sederhana Pengisi Batere (Battery Charger) [1/3] Diketahui suatu rangkaian sederhana pengisi batere
mobil (Battery Charger) dapat dilihat pada gambar [a] berikut. Rangkaian terdiri atas sikring (Fuse), sebuah trafo penurun tegangan, sebuah dioda dan batere/aki (Accu) 12 V yang diisi. Model linear (Linear Model) dari Rangkaian pengisi batere tersebut dapat digambarkan pada [b]. Pada model rangkaian, T-D menggambarkan Trafo & Dioda. Rugi2 menggambarkan daya disipasi panas pada resistansi dalam aki.
[a].Hitunglah
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
15
Rangkaian Sederhana Pengisi Batere (Battery Charger) [2/3] [a].Hitunglah daya yang diberikan kepada batere 12
volt yang diisi dan berapa waktu yang diperlukan untuk mengisi muatan sebesar 3000 coulomb
[b].Hitunglah daya yang diberikan oleh Battery Charger tersebut.
[c].Samakah daya yang diberikan oleh Battery Charger dengan daya yang diterima oleh Aki?
(Lihat gambar slide berikut: Perhatikan besar dan polaritas tegangan serta arah arus pada gambar [a] dan [b]).
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
16
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
17
Batere / Aki (Accu) yang Diisi (12 V)
Vs = 220V 50 Hz
Sikring Trafo Dioda Penyearah
[a]. Rangkaian sederhana Battery Charger
14,5 volt
T-D Rugi2
+
Aki yang diisi
+ + 0,8 v - + 1,7v
[b].Model Rangkaian
Arus = 2,5 A 12 volt
[3/3]
Battery Charger
[7].Pengisian Batere Mobil (Battery Charging)
Diketahui suatu batere mobil (Aki, accu) diisi dengan suatu Pengisi batere (Battery Charger)
dengan arus konstan sebesar 2 A. Untuk t > 0, tegangan pada dua kutub (terminal) batere adalah
v = 10,5 + 0,01 t volt (dengan t dalam menit)
[a].Gambarlah grafik tegangan v sebagai fungsi
dari waktu t (pada slide berikut).
[b].Hitunglah energi total pengisian batere
dalam 5 jam.
(Lihat ganbar pada slide berikut)
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
18
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
19
Pengisi + Batere (Battery Charger)
+ Batere mobil
I = 2 A konstan
v (volt)
10,5 volt
t (menit)
[8].Karakteristik Dioda(Diode Characteristics) [1/3]
Karakteristik dioda dapat dinyatakan sebagai grafik antara arus dioda(yang mengalir dari Anoda ke Katoda) sebagai fungsi dari tegangan anoda (antara Anoda terhadap Katoda). Terdapat banyak jenis Dioda dengan karakteristik yang berbeda-beda.
A = Anoda
i = Arus anoda vAK = Teg antara
K = Katoda A & K
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
20
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
21
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan reverse Tegangan forward (reverse voltage) (forward voltage)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
Karakteristik Dioda Penyearah (Rectifying Diode)
Arus reverse jenuh
[2/3]
Karakteristik Dioda [3/3]
**Dioda diberi tegang-an maju (forward): vAK 0 Grafik warna coklat arus forward positif besar
#Dioda diberi tegangan mundur (reverse): vAK 0 Grafik warna biru arus reverse jenuh negatif
#Arus reverse jenuh: -Sebelum daerah breakdown:
arus reverse jenuh sangat kecil [ dlm A ]
-Setelah daerah breakdown:
arus reverse jenuh sangat besar (dengan vAK konstan
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
22
[9].Rangkaian dengan Dioda (sebagai komponen non-linear) [1/4] Diketahui suatu rangkaian yang terdiri atas
sebuah batere VB = 12 volt, sebuah Resistor R = 12 k, dan sebuah Dioda {dengan karakte-ristik arus dioda sebagai fungsi tegangan i = i (vAK) diketahui}.
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
23
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
24
A K
+ VB
R
i
vAK
Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = i x R + vAK
Untuk i = 0 maka vAK = VB
Untuk vAK = 0 maka i = (VB)/R
[2/4]
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
25
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan reverse Tegangan forward Garis PS = Garis beban (Load line)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
Karakteristik Dioda Penyearah (Rectifying Diode)
Arus reverse jenuh
iA= VB/R P Q= Titik kerja
vAK = VB S
[3/4]
Rangkaian dengan Dioda [4/4]
[a].Bila untuk rangkaian di muka (Batere VB, Resistor R dan Dioda seri) diketahui arus i = 0,6 mA (dapat dibaca dari grafik), hitunglah tegangan vAK.
Jawab: Tegangan vAK = i x R + VB =
= 0,6 mA x 12k + 12 volt = 4,8 volt [b].Seandainya untuk kasus berbeda dengan
[a], diketahui bahwa vAK = 3 volt, hitunglah arus i. Jawab:
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
26
[10].Rangkaian dengan Dioda Zener [1/5]
Diketahui sebuah dioda Zener dengan karakteristik diketahui (seperti grafik) pada slide berikut, digunakan dalam rangkaian seri VB, R dan Dioda Zener. Bila diketahui tegangan batere VB = 12 volt,
RS = 1 k, hitunglah tegangan vAK.
Jawab: Tegangan vAK = i x R + VB =
= 0,6 mA x 12k + 12 volt = 4,8 volt [b].Seandainya untuk kasus berbeda dengan
[a], diketahui bahwa vAK = 3 volt, hitunglah arus i. Jawab:
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
27
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
28
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan forward (forward voltage)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
Karakteristik Dioda Zener (Zener Diode)
Dioda Zener berfungsi di daerah breakdown
+ K
A
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
29
K A
+ VB
R
i
vKA = VZ
Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = i x R + vKA vKA = VZ = Tegangan Zener
Untuk i = 0 maka vKA = VB atau vAK = VB
Untuk vAK = 0 maka i = (VB)/R
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
30
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan forward (forward voltage)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
Karakteristik Dioda Zener (Zener Diode)
Dioda Zener berfungsi di daerah breakdown
+ K
A
[11].Rangkaian Pengatur Tegangan (Voltage Regulator) dengan Dioda Zener
**Rangkaian Pengatur Tegangan (Voltage Regulator) sederhana pada gambar berikut dapat dijelaskan sbb:
-Bila Dioda Zener dengan Tegangan Zener VZ = 6 volt konstan, untuk arus IZ antara 3 mA s/d 6 mA
-Maka dengan rangkaian berikut dapat diperoleh tegangan beban = VZ = 6 volt tetap (konstan), bila Arus beban Ib bervariasi antara 0 s/d 3 mA
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
31
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
32
K A
+ VB
RS
IS
vKA = VZ Rb
*Hukum Kirchhoff Arus di titik (Node) K: IS = IZ + Ib . (1) #Persamaan loop (Hukum Kirchhoff Tegangan): VB = IS x RS + VZ ..(2) VZ = Ib x Rb .. (3)
Ib
IZ
P
A Q
Rangkaian Pengatur Tegangan dg Dioda Zener
Kasus
Rb (k) Ib (mA) IZ (mA) IS (mA)
1 = Tak terhingga
2 6
3 4
4 3
5 2 Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
33
Untuk rangkaian tsb, hitunglah Ib, Iz, dan Is dalam lima kasus pada tabel berikut:
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
34
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan reverse Tegangan forward (reverse voltage) (forward voltage)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
[12].Karakteristik Dioda Ideal (Ideal Diode Characteristics) Karakteristik dioda ideal:
Bila vAK positif, maka dioda dapat diganti dengan rF
mendekati nol (atau Nol) Hubung singkat
Bila vAK negatif, maka dioda dapat diganti dengan rR tak terhingga Rangkaian terbuka
A = Anoda
i = Arus anoda vAK = Teg antara
K = Katoda A & K
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
35
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
36
Arus
anoda iA
Tegangan anoda
vAK
Tegangan reverse Tegangan forward (reverse biased) (forward biased)
Tegangan breakdown (breakdown voltage)
Karakteristik Dioda Ideal
Contoh Soal Rangkaian dengan Dioda Ideal
Rangkaian penyearah dengan dioda ideal
Rangkaian Pemotong tegangan (Clipper)
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
37
Soegijardjo Soegijoko
Contoh Aplikasi & Perhitungan Sederhana
38
Pelajarilah kembali Contoh Aplikasi di muka
Pelajarilah dan buatlah semua soal dalam topik ini secara aktif
Anda sangat diharapkan dapat memahaminya dengan baik