LISTRIK

dengan Randofo di ELECTRONICS CLASS

Unduh«Pelajaran Sebelumnya PelajaranSelanjutnya»

KELAS ELEKTRONIK

Mendaftar

Pendahuluan: Listrik

Tidak ada yang mengejutkan tentang listrik kecuali listrik itu sendiri. Jika Anda membaca ini di komputer, Anda kemungkinan telah menggunakan listrik sepanjang hidup Anda. Sebagian besar objek dan sistem yang Anda temui dalam beberapa cara dimungkinkan oleh listrik; apakah melalui mesin yang memproduksinya, mesin yang memfasilitasi pengorganisasian barang dan orang, atau objek itu sendiri. Mesin yang beroperasi dengan listrik sangat umum, penting untuk memahaminya. Tetap bersamaku saat kita membahas beberapa konsep yang lebih penting.

Biaya dan tanah

Listrik terdiri dari muatan, yang merupakan penumpukan elektron bermuatan. 

Ground adalah area yang menetralisir muatan itu dengan menghilangkan muatan berlebih. 

Misalnya, elektron yang terisi menumpuk di dalam petir. Ketika mencapai batas muatan tertentu, listrik dapat mengionisasi udara dan busur melintasi langit sebagai plasma. Meskipun bisa bergerak ke segala arah, ia menuju Bumi karena perbedaan besar dalam tanggung jawabnya antara petir dan tanah. Sama seperti kutub utara dan selatan dari magnet menarik, jadi untuk melakukan muatan negatif dan positif.

Namun, tidak seperti magnet yang, menjaga muatannya ketika bertemu, muatan listrik berfungsi berbeda. Ketika muatan negatif (dari awan) menghantam permukaan Bumi yang bermuatan positif jauh lebih besar, Bumi mampu menyerap dan menghilangkan partikel bermuatan negatif dari awan guntur. Inilah yang dimaksud dengan tanah listrik yang menetralkan muatan. Hal yang sama yang terjadi saat badai juga terjadi pada skala yang jauh lebih kecil dengan semua elektronik.

Statis Vs. Arus

Ada dua jenis listrik, statis dan arus.

Listrik statis adalah penumpukan elektron yang menciptakan ketidakseimbangan dan pelepasan mendadak. Ini adalah jenis muatan listrik yang kilat, dan yang Anda dapatkan ketika Anda menggosok rambut Anda terhadap balon.

Listrik saat ini adalah aliran elektron yang konstan antara sumber dan tanah. Ini adalah jenis listrik yang memberi daya pada perangkat listrik. Yang terpenting, ini memungkinkan Anda membuat wafel. 

Di kelas ini kita akan sepenuhnya berurusan dengan arus listrik.

Konduktor Vs. Insulator

Sederhananya, sebuah konduktor listrik memungkinkan aliran listrik melaluinya. Biasanya konduktor listrik adalah logam. 

Insulator mencegah aliran listrik melaluinya. Biasanya isolator adalah bahan seperti karet, kayu, dan plastik.

AC / DC

Ketika kita berbicara tentang AC / DC, kita tidak berbicara tentang band hard rock Australia, tetapi dua jenis arus listrik yang berbeda.

Ada arus bolak-balik atau AC. Ini disebut arus bolak-balik karena sinyal listrik bergantian di atas dan di bawah tanah listrik (0V). Jadi, jika Anda melihat gambar bentuk gelombang AC 12V di atas, Anda akan melihat bahwa itu bergantian di atas dan di bawah tanah listrik (ditunjukkan oleh penanda kuning kecil di sebelah kiri). Jenis gelombang ini terdiri dari arus yang terus berfluktuasi antara tegangan positif dan negatif.

Listrik AC adalah jenis arus yang akan Anda temukan keluar dari stopkontak di rumah Anda. Ini karena listrik AC lebih mudah untuk mentransmisikan jarak jauh daripada jenis lainnya.

Jenis arus lainnya adalah arus searah atau DC. Dinamakan demikian karena bergerak dalam garis langsung di atas tanah. Jika Anda melihat bentuk gelombang dari pasokan tegangan 12V DC, Anda akan melihat bahwa pada dasarnya itu adalah garis kuning solid yang berjalan paralel di atas tanah. Jenis listrik ini terdiri dari tegangan positif yang stabil, terpisah dari bidang tanah.

Listrik DC adalah jenis arus yang berasal dari baterai, yang pada dasarnya adalah wadah khusus yang menyimpan jumlah tegangan yang telah ditentukan.

Arus listrik AC juga dapat diperbaiki (lebih lanjut tentang ini nanti) menjadi tegangan DC. Hanya karena perangkat dihubungkan ke dinding tidak harus menjadikannya perangkat AC. Dengan membaca label pada colokan, Anda dapat menentukan apa daya output. 

Selain tegangan dan arus yang adil, jika Anda melihat dengan hati-hati di bagian bawah label, Anda juga akan melihat ilustrasi yang bahkan memberi tahu Anda bagian dalam steker adalah tegangan DC positif dan laras luarnya ditanahkan.

Tegangan dan Arus

Bayangkan sebuah bola dilemparkan ke udara.

Tegangan adalah kecepatan yang ditempuh bola. Ini diukur dalam Volts. Simbol itu adalah huruf kapital V.

Saat ini adalah ukuran bola yang dilemparkan. Ini diukur dalam Ampere (atau singkatnya Amp). Simbolnya adalah ibukota A.

Semua listrik DC dapat dianggap memiliki tegangan dan arus. Untuk menentukan apa ini, Anda bisa menggunakan multimeter.

Untuk mengukur tegangan, putar tombol ke V dengan garis lurus dan putus-putus (bukan coretan). Ini adalah simbol untuk tegangan DC, yang utamanya akan kami kerjakan selama kursus ini. Colokkan probe merah ke soket volt. Ini diberi label V dan / atau berwarna merah. Colokkan kabel hitam ke soket ground. Ini akan diberi label ground, COM, dan / atau hitam.

Mungkin juga memiliki simbol tanah digambar di sebelahnya yang terlihat seperti halter yang patah menjadi dua dan jatuh di sisinya.

Tempatkan probe merah pada terminal positif baterai. Tempatkan probe hitam di terminal ground (atau "minus") baterai. Anda harus membaca sekitar 1.5V.

Jika Anda membalikkan probe multimeter Anda akan melihat bahwa meter tersebut akan memberi Anda pembacaan tegangan negatif. Alasan untuk ini adalah bahwa listrik DC memiliki tegangan positif dan tegangan tanah.

Anda dapat menentukan voltase dengan mengurangi voltase pada probe merah (mungkin positif) dari voltase pada probe hitam (mungkin dibumikan). Jadi, jika ketika daya dan tegangan dibaca dengan benar, rumusnya adalah:

Namun, ketika Anda menyentuh kabel merah ke ground dan kabel hitam ke tegangan positif, rumus Anda sebenarnya menjadi:

Alasan untuk ini adalah bahwa listrik DC memiliki polaritas di mana satu sisi selalu tegangan positif, dan satu sisi (ground) selalu 0. Ketika Anda mengukur listrik ke belakang, Anda mendapatkan pembacaan mundur. Jadi, jika Anda mendapatkan pembacaan tegangan negatif, Anda mengukur mundur! Balikkan probe Anda.

Untuk mengukur arus, cabut probe merah dari soket voltase, dan hubungkan ke soket dengan nilai Amps (perhatikan bagaimana bunyinya "10A MAX" pada foto di atas). Selanjutnya, putar tombol ke A diikuti oleh garis lurus dan putus-putus. Ini adalah simbol saat ini. Jika Anda perlu memilih rentang untuk membaca saat ini, pengaturan tengah adalah tempat yang baik untuk memulai.

Mengukur arus sedikit lebih rumit karena untuk mengukur arus sesuatu harus menarik beberapa (yaitu menggunakan sumber daya). Jumlah arus yang mengalir dari baterai berbeda tergantung pada apa yang terhubung dengannya. Beberapa hal seperti bel piezo (gambar kiri) mungkin hanya menarik sedikit arus. Hal-hal lain seperti motor DC (gambar kanan) mungkin menarik banyak arus dari baterai.

Sebagai contoh, untuk melihat seberapa besar arus motor, kita lepaskan kabel daya motor dari baterai dan hubungkan multimeter di antaranya. Dengan kata lain, probe merah multimeter terhubung ke terminal positif pada baterai, dan probe hitam terhubung ke kabel merah pada motor. Sekarang ketika motor dinyalakan, arus akan melewati multimeter dan kita akan dapat membacanya. Dalam contoh ini, motor menggambar 70 mA (milliamps).

Hukum Ohm

Sebelum saya terjun ke hukum ohm, mari kita kembali analogi bola kami. Jika Anda memiliki bola kecil yang melaju dengan kecepatan sangat tinggi, maka berpotensi memiliki kekuatan sebanyak atau lebih seperti bola besar yang melaju dengan kecepatan sangat rendah. Dengan cara ini, Anda bisa mengatakan ada hubungan langsung antara kecepatan bola yang melakukan perjalanan, ukuran bola, dan kekuatan potensial bola.

Tentu saja, kita sebenarnya tidak benar-benar berbicara tentang bola, tetapi listrik. Ketika berhadapan dengan listrik, tegangan dan arus berada dalam hubungan langsung dengan daya. Dalam sebuah rangkaian, daya dinyatakan dalam Watt. Simbol untuk ini adalah W.

Anda mungkin pernah mendengar istilah Watts sebelumnya sehubungan dengan bola lampu. Semua bola lampu diukur dalam jumlah daya yang mereka konsumsi.

Jika kita tahu berapa watt yang bisa dikonsumsi bola lampu, dan menerima 120 volt dari stopkontak, kita dapat menyimpulkan berapa banyak arus yang dibutuhkan. Dengan membagi 60W dengan 120V, kita dibiarkan dengan nilai daya 0,5 ampere. Karena hubungan ini di antara ketiganya, mengingat dua nilai apa pun, kita dapat menyelesaikannya untuk yang ketiga.

Ada juga faktor lain yang belum kita bicarakan yang juga berperan, yaitu resistensi. Dalam analogi kami, perlawanan adalah angin sakal yang harus dilawan bola untuk bergerak ke depan. Pada hari yang tenang, mungkin ada sedikit perlawanan terhadap penerbangannya, tetapi pada hari yang berangin, mungkin harus berjuang melawan angin dengan cukup keras. Sekali lagi, kita sebenarnya berbicara tentang hambatan listrik di sirkuit dan tidak melempar bola.

Perlawanan mendorong aliran listrik. Dengan demikian, itu juga dalam hubungan langsung dengan Watt, Tegangan dan Arus. Perlawanan diekspresikan dalam Ohms (setelah penemunya). Hubungan matematis antara Watt, Voltage, Current, dan Resistance ini tidak mengejutkan disebut Hukum Ohm.

Hukum Ohm bukanlah sesuatu yang harus Anda hafal, tetapi ia akan memainkan peran penting nanti ketika menentukan seberapa besar hambatan yang harus dimiliki suatu rangkaian . Berkat undang-undang ini, sirkuit yang memiliki jumlah resistansi minimum tidak opsional, tetapi perlu. Energi di sirkuit harus menghadapi hambatan untuk mengeluarkannya sendiri. Benda di sirkuit yang menggunakan energi dianggap sebagai Beban. Jika pasokan listrik terhubung ke tanah tanpa beban untuk menghabiskan energi, hal-hal buruk akan terjadi; tetapi lebih dari itu sedikit.

Juga, ketika Anda menemukan garis terhuyung-huyung dalam skema, mereka mewakili catu daya baterai. Secara teoritis setiap pasangan garis panjang dan pendek mewakili satu sel baterai. Misalnya, rendering ini adalah singkatan dari tiga baterai secara seri. Namun, orang bermain cepat dan longgar ketika menarik baterai ke dalam skema dan ini tidak selalu terjadi. Cari tegangan suplai yang tercantum.

Seri dan Paralel

Saat membangun sirkuit, pada dasarnya ada dua cara untuk menghubungkan beban. Mereka bisa secara seri atau paralel.

Saat Anda memasang komponen listrik secara seri, komponen-komponen tersebut berada dalam satu garis. 

Jadi, jika Anda memutuskan rangkaian dengan cara apa pun - katakanlah dengan mencabut bola lampu - listrik tidak memiliki jalur untuk terus mengalir dan seluruh sambungan terputus.

Sebagai alternatif, Anda dapat mencegah masalah ini dengan menghubungkan bola lampu secara paralel. Ketika kabel dengan cara ini, mereka terhubung berdampingan dan berbagi koneksi listrik yang sama di kedua ujungnya. 

Jadi, ketika Anda mencabut satu bohlam, listrik dapat terus mengalir melalui yang lain tanpa terkekang.

Semua Tentang Baterai

Catu daya seperti baterai juga dapat dihubungkan secara seri dan paralel. Namun, sebelum kita membahasnya, mari kita luangkan waktu dan berbicara lebih banyak tentang baterai.

Jenis baterai paling umum yang akan Anda temui adalah baterai sel kering silinder standar. Terutama ini terdiri dari baterai AAA, AA, C, dan D. Yang penting untuk diketahui tentang baterai ini, adalah bahwa meskipun ukurannya berbeda, semuanya diberi peringkat 1,5V (ingat - V adalah singkatan untuk volt). 

Yang berubah seiring bertambahnya ukuran adalah jumlah daya yang mampu mereka hasilkan. Baterai AD akan mampu menyediakan daya lebih lama dari baterai AAA. Dengan kata lain, baterai yang lebih besar dapat menyediakan lebih banyak ampere untuk waktu yang lebih lama daripada baterai yang lebih kecil.

Baterai diukur dalam Amp-Hours atau Ah. Ini pada dasarnya adalah ukuran berapa ampere yang dapat diambil dari baterai dalam satu jam. Misalnya, baterai 20Ah akan memungkinkan Anda menggambar 1 ampere selama 20 jam. Namun, katakanlah Anda sedang membangun robot raksasa dan perlu 5 ampere per jam; dalam hal ini Anda dapat menjalankan robot itu selama sekitar 4 jam menggunakan baterai yang sama sampai habis (20Ah / 5A = 4 jam).

Mungkin sekarang Anda sadar bahwa 1.5V tidak terlalu banyak. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita tidak menggunakan baterai 9V saja? Pasti baterai 9V menghasilkan daya lebih dari baterai 1.5V. 

Ini sebenarnya tidak benar. Baterai 9V sebenarnya tidak hebat dalam menghasilkan daya sama sekali. Cara yang baik untuk memikirkan baterai 9V adalah dengan membayangkan 6 baterai 1.5V sangat kecil dihancurkan bersama di dalam. Bahkan, jika Anda mengambil 9V terpisah, pada dasarnya itulah yang akan Anda temukan di dalamnya. Sekarang, bandingkan dengan ukuran 6 baterai AA misalnya. Baterai 9V agak kecil jika dibandingkan! 

Satu-satunya waktu baterai 9V sangat berguna adalah ketika Anda membutuhkan tegangan yang relatif tinggi untuk proyek yang tidak memerlukan banyak arus dan perlu memasukkannya ke dalam selungkup kecil.

Kalau begitu, Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana Anda dapat memberi daya apa pun jika baterai hanya 1,5V? Jawabannya agak sederhana. Kami menyambungkannya secara seri. Artinya, kami menyambungkannya dari depan ke belakang berturut-turut. Jadi ujung positif (plus) dari satu baterai terhubung ke ujung (selanjutnya) baterai berikutnya, dan seterusnya, dan seterusnya. Kami kemudian dapat menghitung tegangan baru hanya dengan menambahkan 1,5V untuk setiap baterai dalam seri. Jadi, jika Anda memiliki tiga baterai 1.5V secara seri, Anda dapat mengalikan 1,5V tiga kali untuk mendapatkan total 4,5V.

Cara termudah untuk menghubungkan baterai secara seri adalah dengan menggunakan tempat baterai. Untuk menghitung tegangan yang disediakan oleh tempat baterai, Anda hanya perlu menghitung jumlah baterai yang dipegangnya dan mengalikannya dengan 1.5V, sama seperti yang Anda lakukan dengan baterai lain yang terhubung secara seri. Jadi, dudukan baterai 4-sel akan menghasilkan daya 6V (1,5V x 4 = 6V).

Untuk mengakses daya yang disediakan, cukup sambungkan kabel merah ke terminal positif pada proyek Anda, dan kabel hitam ke ground. Sebagai pengingat dari sebelumnya, kabel merah selalu menunjukkan voltase positif, dan hitam selalu mengindikasikan ground.

Kami juga dapat menghubungkan baterai berdampingan secara paralel selama baterai memiliki peringkat tegangan yang sama. Ketika sumber daya terhubung secara paralel, tegangan tetap sama, tetapi jumlah arus yang tersedia meningkat. Ini berguna ketika satu baterai tidak memberikan arus yang cukup untuk memberi daya pada sirkuit Anda.

Perlu diingat, ini hanya akan berfungsi jika baterai memiliki tegangan yang sama persis dan harus dihindari jika memungkinkan. Tanpa rangkaian perlindungan dioda yang tepat, fluktuasi tegangan antara baterai akan memaksa mereka untuk saling mengisi, mengurangi masa pakai baterai.

Sirkuit

Sirkuit adalah loop konduktif tertutup di mana listrik dapat mengalir dengan bebas. Pada dasarnya, sebuah rangkaian adalah banyak hal yang dihubungkan bersama baik dalam seri atau paralel yang memungkinkan listrik mengalir antara daya ke tanah. Ini bisa sesederhana sumber baterai dan motor, atau serumit telepon seluler.

Di sirkuit DC, daya selalu mengalir antara sumber daya (tegangan positif) dan arde.

Agar sirkuit listrik dapat beroperasi, perlu ada jalur yang dapat digunakan untuk mengalirkan listrik. Bahkan, diberi pilihan jalur ganda, listrik akan selalu menempuh jalur dengan resistensi paling rendah terhadap tanah. Artinya, listrik akan selalu mengambil jalur terpendek yang menawarkan jumlah hambatan paling sedikit. Setiap komponen elektronik yang menciptakan resistansi dalam suatu rangkaian pada dasarnya merupakan penghambat aliran listrik.

Setelah mendengar ini, Anda mungkin berpikir bahwa Anda harus menyediakan listrik dengan jalur termudah ke tanah dengan menghilangkan hambatan ini dan menghubungkannya langsung. Namun - dan ini penting untuk ditekankan - Anda harus TIDAK PERNAH menghubungkan sumber tegangan positif langsung ke ground. Terlepas dari kenyataan bahwa menghilangkan semua hambatan sepenuhnya mengalahkan titik elektronik di tempat pertama, ini adalah ide yang sangat buruk.

Salah satu konsep dasar lain dari Hukum Ohm adalah bahwa listrik harus menghadapi jumlah minimum perlawanan dalam suatu rangkaian dan dapat mengeluarkan sendiri. Jika Anda menghubungkan daya dan tanah secara bersamaan, akan ada banyak energi yang tidak memiliki cara mengeluarkan sendiri. Sirkuit Anda kemudian akan mencoba melepaskan energi yang tidak terpakai ini dengan cara yang sangat antisosial. Pada dasarnya, energi akan berubah menjadi panas. Namun, karena tidak ada yang secara khusus menghangat, sumber daya atau kawat Anda akan mulai memanas secara dramatis. Ini berpotensi menyebabkan catu daya yang rusak, kawat meleleh, kebakaran, atau berpotensi ledakan. 

Nama lain dari fenomena ini adalah "hubungan pendek." Anda mungkin pernah mendengar istilah ini sebelumnya.

Pada dasarnya, perhatikan kekuatan dan koneksi arde Anda dengan hati-hati untuk mencegahnya menyebrang. Jangan lepaskan "asap ajaib" di sirkuit.