BAHAGIAN TEKNIK DAN VOKASIONAL KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA ARAS 5 & 6, BLOK E14, KOMPLEKS E, PUSAT PENTADBIRAN KERAJAAN PERSEKUTUAN 62604 PUTRAJAYA
KOLEJ VOKASIONAL BATU LANCHANG
NOTA KULIAH 1 SEMESTER
JABATAN
PROGRAM
SEMESTER 3 DVM
SESI
2018
JABATAN TEKNOLOGI ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK
DIPLOMA TEKNOLOGI ELEKTRONIK / DVM
KOD/KURSUS
ETN 7012 FUNDAMENTAL OF ELECTRONIC CIRCUIT AND THEORY
KOMPETENSI
1.0
RESISTOR
1.1
Fixed resistor
1.2
Variable resistor
1.3
Ohm’s Law Ohm’s Law
1.4
Kirchoff’s Law
KOMPETENSI UNIT
KOMPETENSI PEMBELAJARAN
NO KOD
Trainee must be able to: 1. Apply basic electric and electronic law principle to solve electronic circuit. (C3,PLO3) 2. Differentiate between passive and active component in terms of functionality. (P1,PLO1) Discuss semiconductor devices in terms of applications. 3. (A2,PLO5)
ETN 7012/K 01/NK 01-06 MUKA : 01 DARIPADA 18
NO KOD JPK
PERINTANG / RESISTOR Perintang adalah komponen yang mempunyai rintangan elektrik. Kegunaannya ialah untuk mengawal atau menghadkan pengaliran arus di dalam litar. Ia terbahagi kepada beberapa jenis iaitu:1. Perintang tetap / fixed resistor 2. Perintang berubah / variable variable resistor 3. Perintang boleh laras / adjustable adjustable resistor
PERINTANG PERINTANG TETAP Perintang tetap mempunyai nilai rintangan yang tetap. Perintang tetap biasanya mempunyai jalur-jalur warna tertentu untuk menentukan rintangannya. Terdapat pada perintang jenis Komposisi Karbon. Untuk perintang wayar berlilit /wire wound nilainya dicetak pada badannya. Perintang kasbon dan saput logam (metal film) , ia digunakan untuk arus yang rendah. Apabila arus yang tinggi diperlukan, perintang wayar berlilit digunakan. Terdapat beberapa jenis perintang tetap:a. Perintang Komposisi Karbon ( Carbon Resistor) b. Perintang Wayar Berlilit Berlilit ( Wire Wound) c. Perintang Saput Karbon ( Carbon-Film Carbon-Film Resistor) d. Perintang Saput Logam ( Metal Film Resistor) e. Perintang Saput Simen (Ceerment Film Resistor)
a. Perintang Komposisi Karbon
Perintang Komposisi Karbon dibuat daripada campuran serbuk karbon dan bahan penebat. Percampuran serbuk ini dimasukkan dan dibalut didalam bekas plastik. Kedua hujung plastik ditutup dengan bahan logam. Tutup bahan logam ini pula disambung dengan dawai tembaga, tugas dawai tembaga ini ialah sebagai penyambung komponen komponen dengan komponen lain. Nilai rintangan didalam perintang ini bergantung kepada npercampuran diantar kedua serbuk teersebut. Nilai rintangan biasanya diantara 1 - 20 M. Perintang ini mempunyai kestabilan yang beermutu rendah dan rintangannya beerubah-ubah mengikut suhu dan beban kuasa yang lesap adalah kecil.
b. Perintang Wayar Berlilit
Bahan pengalir yang mempunyai rintangan yang dinamakan Manganin. Dawai Manganin ini dibelit pada penebat seperti Porcelin dan Simen. Lilitan dawai ini disapu atau dilapik dengan bahan penebat seperti plastik atau seramik. Keduadua hujung logam ini dilekat dengan tutup logam l ogam dan dilekatkan pada satu dawai 2
yang dipanggil punca /terminal. Punca ini digunakan sebagai penyambung komponen dengan komponen yang lain. Nilai rintangannya berubah mengikut berapa banyka lilitan dawai Manganin di dalam perintang tersebut. Olehkerana Manganin memberi rintangan yang paling sedikit kepada pengaliran arus elektrik, maka nilai rintangan untuk perintang ini kurang dari 1. Pekali bagi suhu rintangan ini adalah rendah, menjadikan rintangannya sentiasa malar dengan perubahan suhu. Oleh itu perintang wayar berlilit mempunyai cirri-ciri kestabilan yang paling baik.
c. Perintang Saput karbon Perintang Saput Karbon dibuat daripada karbon keras yang dimasukkan dalam satu rod seramik. Rintangan yang diperlukan diperolehi melalui pemotongan jejak-jejak lingkaran melalui saput tersebut. Kestabilan perintang ini lebih baik dari jenis komposisi karbon
d. Perintang Saput Logam Perintang Saput Logam ini adalah gabungan cirri-ciri stabil jenis wayar berlilit dengan jenis saput karbon yang diubahsuai dan dipermudahkan. dipermudahkan. Satu saput nipis sebatian platinum emas disalutkan keatas tiub kaca atau plit. Nilai rintangannya dilaras dengan mengukir jejak-jejak lingkaran melalui saput teersebut.
e. Perintang Saput Simen Mempunyai lapisan karbon diatas substrate ceramic. Tujuannya adalah untuk mendapatkan nilai rintangan yang lebih tepat dan kestabilan yang tinggi.
Kadar Kuasa / Power Rating Selain dari nilai rintangan dan tolerance pada perintang, power rating adalah satu perkara yang penting. Power rating dipilih dengan teliti kerana perintang yang mempunyai kuasa rendah mungkin terbakar dan menyebabkan litar rosak. Ini disebabkan arus yang tinggi melaluinya. Sais dan berat perintang adalah perkara yang menentukan power rating. Bila power rating kecil, sais perintang juga kecil.
Kuasa lesapan /dissipated dalam perintang Kuasa ini hilang sebagai haba dalam perintang. Power dilesapkan oleh perintang bersamaan dengan keluaran arus yang menerusi perintang darab dengan susutan voltan melintangi perintang. Perhubungan ini diringkaskan sebagai:-
3
P = EI di mana, P = lesapan kuasa oleh perintang dalam watt E = susutan voltan melintangi perintang dalam voltan I = arus melalui perintang dalam ampere
Gambarajah dibawah ini adalah sistem kod warna bagi perintang dan simbol yang digunakan
1. fixed resistor
4th tolerance 3rd number of multipier 2nd digit
2. Variable resistor
1 st digit
3. preset resistor
KOD WARNA DAN KADARAN KUASA PERINTANG Kod warna dan kadaran kuasa adalah dua lagi perkara penting yang harus diketahui mengenai perintang.
1. Kadar Kuasa Setiap perintang mempunyai kadar kuasanya sendiri. Kadar kuasanya ditentukan oleh saiz perintang. Kadar kuasa sesuatu perintang boleh dipengaruhi oleh saiz perintang. Kesan yang terjadi jika saiz perintang ditambah: i. kadaran kuasanya semakin tinggi. ii. kebolehan haba panas melaluinya tanpa terbakar semakin tinggi iii. kadar arus yang melaluinya juga bertambah
4
Unit piawai yang digunakan ialah Watt ( Watt (W W). Semakin tinggi watt ketahannya semakin bertambah. Contoh-contoh Contoh-contoh saiz saiz kuasa perintang:
2.
¼ watt watt , ½ watt watt , 1 watt watt
Kod Warna
Nilai perintang tetap boleh ditentukan melalui kod warna. Nilai rintangan dapat ditentukan dengan mentafsirkan warna jalur yang tercetak pada badannya. Formula yang digunakan : Nilai Rintangan, R = A B x C ± D
Jalur A (Digit Pertama) Jalur B (Digit Kedua) Jalur C (Nilai Pendarab) Jadual 2.2: Kod Warna, Nilai dan Toleran Had Terima Bagi Jalur Perintang
KOD WARNA
HITAM COKLAT MERAH OREN/JINGGA OREN/JI NGGA KUNING HIJAU BIRU UNGU KELABU PUTIH EMAS PERAK WARNA BADAN
JALUR A NILAI
JALUR B NILAI
JALUR C PENDARABAN
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -
10º = 1 10¹ = 10 10² = 100 10³ = 1000 104 = 10000 105 = 100000 10 6= 1000000 10 7= 10000000 10 8= 100000000 109= 1000000000 10 -1 = 0.1 10 -2 = 0.01 -
JALUR D TOLERAN HAD TERIMA ± 1% ± 2% ± 3% ± 4%
± 5% ± 10% ± 20%
5
Contoh 2.4: Dapatkan nilai perintang di bawah beserta dengan had terimanya.
Jalur 1 Kuning
Jalur 2 Jalur 3 Biru Merah
Jalur 4 Perak
Penyelesaian Penyelesaian 2.4:
X = Ω
Jalur 1 (nilai) Kuning 4
Jalur 2 (nilai) Biru 6
Jalur 3 (pendarab) Merah 100
Jalur 4 (had terima) Perak 10%
46 100 4600
4600 ± 10% 4600 X 10 =460 100 (4600 - 460) Ω = 4140 Ω (4600 + 460) Ω = 5060 Ω Nilai perintang 4600Ω dengan dengan had terima antara 4140 Ω hingga 5060 Ω
HUKUM OHM Satu ohm ditakrifkan sebagai rintangan yang membenarkan satu ampiar arus (1 A) untuk mengalir mengalir bila voltan satu volt (1 V) dibekalkan dibekalkan merentanginya. merentanginya. Hubungan ini dirumuskan oleh seorang ahli sains bernama George Simon Ohm dan dinamakan Hukum Ohm. Hukum Ohm menyatakan bahawa pengaliran arus di dalam sesuatu litar elektrik adalah berkadar terus dengan voltan tetapi berkadar songsang dengan rintangan.
Arus berkadar terus dengan voltan Arus berkadar songsang dengan rintangan Rintangan tetap,
I V
I 1/R
Arus meningkat jika voltan meningkat Arus menurun jika voltan menurun
Voltan tetap,
Arus meningkat jika rintangan menurun Arus menurun jika rintangan meningkat 6
Hukum Ohm
Secara matematiknya, matematiknya, Hukum Hukum Ohm dapat dapat ditulis seperti berikut:
V = IR
V I=V R
I
R
Jadual 1.1: Unit dan Simbol Kuantiti Kuantiti Elektrik Kuantiti Elektrik
Unit
Simbol
Arus
Ampiar
A
Voltan
Volt
V
Rintangan
Ohm
Contoh 1-1: Kirakan voltan yang diperlukan untuk mengalirkan arus sebanyak 8 A rintangan 4 Ω.
melalui
Penyelesaian 1-1: V
= = =
IR 8X4 32 V
Contoh 1-2: Kirakan rintangan yang diperlukan untuk mengalirkan arus 20mA dari bekalan voltan 100V. Penyelesaian 1-2: R
= = = =
V/I 100/(20 x 10-3) 5000 ohm 5 kΩ kΩ 7
Contoh 1-3: Kirakan arus yang mengalir sekiranya diberi rintangan adalah 4 Ω dan voltan bateri adalah 12 V. Penyelesaian 1-3: I
1.3
= = =
V/R 12/4 3A
KUASA DAN TENAGA ELEKTRIK. 1.3.1
KUASA ELEKTRIK Kuasa elektrik ditakrifkan sebagai kadar tenaga yang ditukarkan atau digunakan di dalam litar elektrik. Unit untuk kuasa elektrik adalah Watt ( Watt (W W) dan ia diukur menggunakan jangkawatt jangkawatt atau wattmeter . Apabila 1 ampiar ampiar wujud di di dalam sesuatu sesuatu litar disebabkan disebabkan oleh punca voltan sebanyak 1 volt, maka kuasa sebanyak 1 watt telah digunakan dalam litar tersebut. Di dalam litar, kuasa elektrik dapat diperolehi daripada rumus berikut:
P = IV
@
P = V2
@
P = I2 R
R
Di mana unit yang digunakan ialah seperti Jadual 1.2 : Jadual 1.2: Unit Kuasa, Arus, Voltan dan Rintangan Kuasa, P = Voltan, V =
Watt Volt
Arus, I = Ampiar Rintangan, R = Ohm
Contoh 1-4: Sebuah pembakar roti menggunakan bekalan 100 V dan mengalirkan arus sebanyak 10A. Kuasa elektrik yang digunakan adalah ________________ ________________ W. Cari kuasa Penyelesaian 1-4:
yuang saya
P = IV = (10A) X (100V) = 1000 W 8
Contoh 1-5: Sebuah penyedut hampagas dengan kuasa 50 W mengalirkan mengalirka n arus 5 A. Bekalan Bekalan voltan yang diperlukan oleh radio ini adalah _______________ V. Penyelesaian 1-5
:
V=P I = 50W 5A = 10V 1.3.2
TENAGA ELEKTRIK Tenaga elektrik pula ditakrifkan sebagai kuasa elektrik yang digunakan untuk tempoh tertentu. Tenaga elektrik = Kuasa x Masa T= P x t Tenaga elektrik diukur dalam Wattjam ( Wattjam (Wj Wj)) atau kiloWattjam ( kiloWattjam (kWj kWj)) menggunakan jangkakilowattjam atau kilowatthourmeter . Apabila satu watt watt digunakan untuk untuk sejam, jumlah jumlah tenaga yang yang digunakan ialah satu wattjam (1 Wj).
Peringatan!
Dalam mengira tenaga Kos penggunaan tenaga elektrik dapat diukur dengan mudah menggunakan rumus berikut: Kos Di mana :
= (Kuasa X Tempoh Penggunaan x Kadar)
Kuasa dalam watt Tempoh penggunaan dalam jam Kadar bayaran adalah untuk 1 kWj
Contoh 1-6 : Jumlah tenaga yang digunakan oleh sebuah periuk elektrik 3000 W selama 10 jam adalah ________________ ________________ Wj atau __________ ________________ ______ kWj. kWj. Penyelesaian 1-6 : Tenaga elektrik T T
= = = =
Kuasa x Masa P x t 3000W x 10j 30 000 Wj atau 30 kWj 9
LITAR SESIRI DAN SELARI Litar perintang sesiri ialah litar yang menyambungkan perintang secara berderetan. Nilai arus adalah sama pada semua perintang dan voltan berbeza bergantung pada nilai perintang. Litar perintang selari pula adalah litar yang menyambungkan beberapa perintang merentasi satu punca voltan. Nilai arus adalah berbeza di dalam litar bergantung pada nilai perintang manakala voltan adalah sama. 2.5.1
Rintangan Jumlah, Pengaliran Arus dan Pembahagian Pembahagian Voltan Dalam Litar Siri
R1
R2
Voltan
-
Rajah 1.12: Litar Sesiri
Jadual 1.3: Rintangan, Arus dan Voltan Dalam Litar Siri Litar Siri R j = R1 + R2 + ....... I j = I1 = I2 = ....... V j = V1 + V2 + ....... Di mana V1 = V2 = V3 =
I j j R1 I j j R2 I j j R3
10
Contoh 1.7: Kirakan nilai R j bagi litar di bawah. 10 Ω
5Ω
2Ω
Penyelesaian Penyelesaian 1.7: R j
= = =
R1 + R2 + R3 10 Ω + 5 Ω + 2 Ω 17 Ω
Contoh 1.8: Kirakan i. arus yang mengalir dalam litar di bawah. ii. voltan yang wujud pada perintang R1, R1, R2 dan R3.
R1 = 5Ω 60 V Penyelesaian Penyelesaian 1.8: i.
ii.
R j
= = =
R1 + R2 + R3 5 Ω + 10 Ω + 15 Ω 30 Ω
I
= = =
V/R 60/30 2A
V1
= = =
I j R1 2x5 10 V
= = =
I j R2 2 x 10 20 V
= = =
I j R3 2 x 15 30 V
V2
V3
R2 = 10Ω
R3 = 15Ω
11
1.4.2
Rintangan Jumlah, Susutan Voltan dan dan Pembahagian Pembahagian Arus Arus Dalam Dalam Litar Litar Selari
R1
Voltan
R2
-
Rajah 1.13: Litar Selari Jadual 1.4: Rintangan, Voltan dan Arus Dalam Litar Selari Litar Selari R j = 1 __________________ __________________ 1/R1 + 1/R2 + ....... V j = V1 = V2 = ....... I j = I1 + I2 + ....... Di mana I1 = I2= I3=
V j R1 V j R2 V j R3
Contoh 1.9: Kirakan nilai R j bagi litar di bawah. 10 Ω
Penyelesaian Penyelesaian 1.9: R j =
=
=
=
=
1 ________________ 1/R 1 + 1/R2 1 __________________ 1/10 + 1/5
5Ω
1 __________________ 0.1 + 0.2 1 __________________ 0.3 3.33 Ω
12
Contoh 1.10: Sekiranya arus yang mengalir dalam litar di bawah adalah 15A, berapakah nilai voltan bekalannya?
R1 = 5Ω ?
R3 = 15Ω
R2 = 10Ω
Penyelesaian 1.10:
Langkah pertama: cari nilai R j
R j =
1 ________________ ________________ 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
=
1 _________________ __________________ _ 1/5 + 1/10 + 1/15
=
1 _________________ __________________ _ 0.2 + 0.1 + 0.07
=
1 _________________ __________________ _ 0.37
=
2.702 Ω
Langkah kedua: cari nilai V V = IRj = (15) x (2.702) =
40.53 V
13
3.
Berapakah arus bagi perintang R1 dan R2 dalam litar di bawah?
R1 = 5Ω
100V
R2 = 20Ω
-
Langkah pertama: cari nilai I 1 dan I2 I1
=
=
=
I2
=
V j R1 100 5 20 A
V j R2
=
=
100v 20Ω 20Ω
5A
14
HUKUM KIRCHOFF Kirchoff boleh dibahagikan kepada 2 bahagian iaitu Hukum Kirchoff Arus
i. ii.
Hukum Kirchoff Voltan
Hukum Kirchoff Arus
Hukum Kirchoff Arus ditakrifkan sebagai jumlah algebra arus yang memasuki sebarang titik persimpangan atau node di dalam litar elektrik adalah bersamaan dengan jumlah algebra arus yang keluar dari titik persimpangan tersebut .
Arus masuk = Arus Keluar
I5
I 1 + I 2 = I 3 + I 4 + I 5
I4 I3
i.e. I 1 + I 2 + (- I 3 ) + (- I 4 ) + (-I 5 ) I1 I2
Rajah 3.11: Hukum Kirchoff Arus
15
Hukum Kirchoff Voltan
Hukum Kirchoff Voltan ditakrifkan sebagai dalam sebarang litar elektrik yang lengkap jumlah algebra bagi d.g.e mestilah bersamaan dengan jumlah algebra kejatuhan
( susut ) voltan
pada perintang dalam litar ( gelung ) tersebut .
R1
E = I R1
E
R2
+
I R2
E = I ( R1 + R2 )
E + (- I R 1 ) + (- I R2) = 0
Rajah 3.12: Hukum Kirchoff Voltan
Anda telah mempelajari takrifan Hukum Kirchoff Arus dan Voltan . Anda juga telah mempelajari Hukum Kirchoff dengan menggunakan gambarajah . Sekarang anda dikehendaki untuk mencuba menyelesaikan litar-litar linear berdasarkan gambarajah yang diberi di bawah .
Contoh 2
Cari nilai arus pada I 1, I 2 dan I 3
Gelung 2
Gelung 1
Di beri R1 = 5
R3 = 3
R2 = 2
R4 = 4
16
Penyelesaian
Dengan menggunakan Hukum Kirchoff Arus I1
=
I2
+ I3
Dengan Menggunakan Hukum Kirchoff Voltan Gelung 1 :
E
=
R 1 I 1 + R 3 I 3
E
=
R 1 I 1 + R 3 ( I 1 - I 2 )
12 V
=
5I1
+
3 ( I 1 - I 2 )
12 V
=
5I1
+
3I1 -3I2 1
Gelung 2 :
12 V
=
8I1
-
3I2
E
=
R 2 I 2 + R 4 I 2 + R 3 (-I 3 )
E
=
R 2 I 2 + R 4 I 2 - R 3 ( I 3 )
E
=
R 2 I 2 + R 4 I 2 - R 3 ( I 1 - I 2 )
0V
=
2I2
+
4I2
- 3 I1 +3I2 2
0V
Persamaan 1
3 ;
=
36 V
-3 I 1 + 9 I 2
=
24 I 1
-
9I2
17
Persamaan 1 ditolak dengan persamaan 2
36 V = 21 I 1
I 1
I 1
Masukkan I 1 12 V
12 V
=
12
=
21
=
1.714 Amp
1.091 Amp dalam persamaan 1 =
=
8 I 1
3 I 2
8 ( 1.714 )
3 I 2
=
I 2
=
I 2
= 0.571 Amp
Dari Hukum Kirchoff Arus
-
1.712 3
=
I 2 + I 3
I 3
=
I 1 - I 2
I 3
3 I 2
13.712 - 12
I 1
I 3
-
= 1. 714 + 0.571 = 1.143 Amp
18
