Seri ini akan memberikan gambaran tentang masing-masing sumber energi listrik ini: cahaya, tekanan, gesekan, bahan kimia, panas, dan magnet.
Baterai dapat diwakili oleh ideal tegangan sumber secara seri dengan resistansi internal baterai. Karena sumber tegangan ideal diasumsikan memiliki tegangan yang tidak berubah, maka disebut sumber tegangan konstan.
Sumber tegangan ideal mempertahankan tegangan keluaran konstan terlepas dari resistansi bebannya. Misalnya, sumber tegangan pada Gambar 1a merupakan sumber tegangan ideal. Seperti ditunjukkan pada gambar, tegangan pada terminal terbuka sumber adalah 10V. Tegangan “terminal terbuka” ini disebut sebagai tegangan keluaran tanpa beban (VNL). Ketika berbagai resistansi beban yang ditunjukkan pada Gambar 1b dihubungkan ke sumber, ia mempertahankan output 10 V. yang sama. Jadi, untuk sumber tegangan yang ideal, berapa pun nilai resistansi bebannya, kami memiliki:
VNL=VRL
dimana VRL menunjukkan tegangan yang melintasi resistansi beban.
Gambar 1. Tegangan keluaran dari sumber tegangan ideal tidak berubah pada (a) tanpa beban dan (b) kondisi yang dibebani.
Untuk sumber tegangan praktis apa pun, penurunan resistansi beban menyebabkan penurunan tegangan keluaran sumber. Ini terletak pada kenyataan bahwa setiap sumber tegangan memiliki sejumlah resistansi sumber internal, seperti yang diwakili oleh Penghambat (RS) pada Gambar 2a. Ketika beban dihubungkan ke sumber, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b, itu membentuk pembagi tegangan dengan resistansi internal sumber. Ini menyebabkan VRL lebih rendah dari tegangan keluaran tanpa beban (V.tidak), seperti yang ditunjukkan pada Contoh 1.
Gambar 2. Sumber tegangan praktis
Contoh 1: Menghitung V.RL
Tegangan keluaran tanpa beban dari sumber pada Gambar 3 adalah 12V. Hitung nilai VRL untuk RL= 100Ω dan RL= 20Ω
Gambar 3. Sumber tegangan (E) dengan tahanan beban (RL)
Solusi
Resistansi beban membentuk pembagi tegangan dengan resistansi internal sumber (RS). Saat RL= 100 Ω, VRL ditemukan sebagai:
Saat RL = 20 Ω, VRL ditemukan sebagai:
Seperti yang Anda lihat, penurunan tahanan beban menyebabkan penurunan V secara drastisRL.
Hambatan internal sebagian besar sumber tegangan DC adalah 50Ω atau kurang. Dengan demikian, ini tidak menimbulkan masalah besar untuk beban dalam kisaran kΩ atau lebih tinggi. Namun, hal itu dapat menyebabkan penurunan tegangan output yang signifikan bila ada beban resistansi rendah. Inilah sebabnya mengapa resistansi internal rendah dianggap diinginkan untuk sumber tegangan DC.
Operasi Paralel dan Seri
Sumber tegangan dapat dioperasikan secara seri tanpa kesulitan. Gambar 4a menunjukkan dua sumber tegangan yang terhubung seri, dan Gambar 4b menunjukkan rangkaian ekivalen. Tegangan tanpa beban dari rangkaian ekivalen adalah jumlah tegangan tanpa beban dari masing-masing sumber, dan resistansi rangkaian ekivalen adalah jumlah dari resistansi sumber individu.
Gambar 4. (a) Sumber tegangan dapat dioperasikan secara seri tanpa kesulitan, (b) tegangan keluaran ekivalen adalah jumlah tegangan tanpa beban dari tegangan tanpa beban dari masing-masing sumber, dan resistansi sumber ekivalen adalah jumlah dari resistansi sumber individu.
Sumber tegangan dapat dioperasikan secara paralel hanya jika tegangan sumber sama. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 5a dan 5b, resistansi resistansi rangkaian ekivalen adalah kombinasi paralel dari masing-masing resistansi sumber, dan tegangan tanpa beban dari rangkaian ekivalen, tentu saja, sama dengan tegangan paralel asli- sumber tegangan yang terhubung. Gambar 5c menunjukkan bahwa ketika sumber dengan tegangan yang tidak sama dihubungkan secara paralel, sumber tegangan yang lebih rendah akan cenderung melepaskan sumber tegangan yang lebih tinggi.
Gambar 5. (a) Sumber tegangan dengan tegangan yang sama dapat dioperasikan secara paralel, (b) rangkaian ekivalen sumber tegangan yang terhubung paralel, (c) sumber tegangan dengan tegangan yang tidak sama tidak boleh dihubungkan secara paralel.
Sumber Tegangan Independen
Sumber yang tidak bergantung pada kuantitas lain (seperti tegangan atau arus) di rangkaian disebut sumber independen. Gambar berikut menunjukkan beberapa simbol umum untuk mewakili sumber tegangan independen:
Gambar 6. (a) sumber tegangan DC; (b) simbol baterai; (c) Simbol sumber tegangan AC
Jika Anda menghubungkan sumber tegangan independen yang ideal ke rangkaian resistif atau rangkaian yang berisi kombinasi sembarang resistor, induktor, dan kapasitor, tegangan keluaran sumber tidak akan berubah. Sekalipun Anda menggandakan nilai komponen ini, nilai sumber tegangan independen akan tetap konstan.
Gambar 7. Sumber tegangan ideal independen menunjukkan tegangan keluaran konstan ketika dihubungkan ke kombinasi sembarang elemen rangkaian yang berbeda
Sumber Tegangan Tergantung
Seperti namanya, sumber tegangan dependen (atau terkontrol) adalah yang tegangan outputnya bergantung pada tegangan atau arus lain di rangkaian. Simbol berikut digunakan untuk mewakili sumber tegangan dependen:
Gambar 8. Simbol sumber tegangan bergantung
Sekarang, mari kita memahami sumber tegangan tak bebas melalui sebuah contoh.
Gambar 9. Contoh sumber tegangan dependen
Di rangkaian di atas, kami memiliki satu sumber tegangan dependen. Nilai sumber ini diberikan oleh ekspresi 2Ix; dimana Ix adalah arus yang mengalir melalui 2-ohm hambat. Jadi, ketika arus yang mengalir melalui resistor 2 ohm ini berubah, nilai sumber tegangan juga berubah. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa arus Ix mengendalikan tegangan sumber tegangan ini.
Ada dua jenis sumber tegangan dependen. Yang pertama adalah sumber tegangan yang dikontrol arus (CCVS), dan yang kedua adalah sumber tegangan yang dikontrol tegangan (VCVS).
Sumber Tegangan Terkendali Saat Ini (CCVS)
Diagram berikut mewakili sumber tegangan yang dikontrol arus:
Gambar 10. Representasi sumber tegangan terkontrol arus
Di sini, Anda dapat melihat bahwa arus Iin mengontrol tegangan output dari sumber tegangan dependen. Tegangan keluaran dapat ditulis sebagai:
Di mana Iin adalah arus yang mengontrol nilai sumber tegangan dependen dan r adalah koefisien yang memiliki satuan resistansi. Kadang-kadang, r ini juga dikenal sebagai resistansi-trans.
Contoh 2: CCVS
Op-amp yang dikonfigurasi dalam mode trans-konduktansi (Gambar 11 di bawah) bertindak sebagai CCVS. Tegangan keluaran op-amp bergantung pada arus masukan. Saat arus masukan Ii berubah, tegangan keluaran berubah dengan ekspresi berikut:
Vo = Li RL
Gambar 11. Sebuah op-amp dalam mode trans-konduktansi; contoh CCVS.
Sumber Tegangan Terkendali Tegangan (VCVS)
Diagram berikut mewakili sumber tegangan yang dikontrol tegangan:
Gambar 12. Representasi sumber tegangan yang dikontrol tegangan.
Di sini, besaran tegangan, Vin, mengontrol nilai sumber tegangan yang bergantung. Tegangan keluaran Vout dapat ditulis sebagai:
Di mana Vin adalah tegangan input yang mengontrol tegangan sumber tegangan ini dan µ adalah koefisien unit-less. Koefisien µ juga dikenal sebagai rasio transfer tegangan.
Contoh 3: VCVS
Saat kita mengonfigurasi op-amp dalam konfigurasi pembalik atau non-pembalik, ini bertindak sebagai VCVS. Setelah kita mengatur penguatan, tegangan keluaran Vo tergantung pada tegangan masukan Vi. Saat kita mengubah Vi, tegangan keluaran berubah sesuai dengan ekspresi berikut:
Gambar 13. Sebuah op-amp dalam konfigurasi pembalik; contoh VCVS.
The Bottom Line
Sumber tegangan yang ideal memberikan keluaran yang konstan, terlepas dari nilai resistansi bebannya RL. Sebaliknya, sumber tegangan praktis memiliki tegangan keluaran yang bervariasi dengan R.L. Artinya perubahan tahanan beban akan menyebabkan perubahan tegangan beban. Karakteristik sumber tegangan ideal dan praktis dirangkum pada Gambar 14.
