Litar A.T

PENGENALAN

Litar elektronik memerlukan voltan arus terus untuk berfungsi. Arus terus merupakan arus yang mengalir dalam satu arah sahaja. Contoh bekalan arus terus ialah sel kering. Sebuah sel kering dapat membekalkan voltan arus terus sebanyak 1.5V. Sebuah litar asas arus terus, biasanya terdiri daripada bekalan voltan arus terus, suis, pengalir dan beban. Beban pada litar asas arus terus boleh terdiri dari perintang atau lampu. Rajah 1.1 menunjukkan sebuah litar asas arus terus.

Rajah 1.1: Litar Asas Arus Terus

1.1 SIFAT-SIFAT PENGALIR DAN PENEBAT

Pengalir adalah bahan yang boleh membenarkan pengaliran arus elektrik melaluinya dengan mudah. Biasanya, pengalir terdiri daripada logam. Pengalir yang baik biasanya mempunyai elektron valansi kurang daripada 4 elektronnya.
Contoh bahan pengalir adalah seperti di Jadual 1.1.

Jadual 1.1: Contoh Elemen Pengalir

Kumpulan Elemen Simbol Bilangan Atom Elektron valansi Pengalir Emas Au 79 +1 Perak Ag 47 +1 Kuprum Cu 29 +1 Besi Fe 26 +2 Aluminium Al 13 +3

Sumber: Basic Electronics, (1987)

Daripada Jadual 1.1, jelas menunjukkan bahawa pengalir yang baik seperti emas, perak dan kuprum mempunyai elektron valansi +1 . Oleh itu, elektron valansi ini mudah digerakkan dari satu atom ke atom yang lain. Oleh yang demikian, pengalir mempunyai rintangan yang amat rendah dan kealiran yang sangat baik.
Rajah 1.2 menunjukkan struktur atom kuprum.

Rajah 1.2: Struktur atom kuprum

Penebat ialah bahan yang menghalang pengaliran arus elektrik melaluinya. Penebat boleh dikelaskan sebagai unsur bukan logam. Biasanya penebat mempunyai 8 elektron valansi. Ini menyebabkan atom tersebut stabil dan elektronnya susah digerakkan dari orbit valansi. Keadaan ini menyebabkan penebat mempunyai rintangan yang sangat tinggi dan ini menyebabkan tiada arus elektrik dapat mengalir melaluinya. Penebat diguna sebagai pelindung pengalir. Ini boleh mengelakkan pengalir daripada memintas sesama sendiri. Contoh penebat ialah kaca, mika, getah, seramik, plastik dan kayu.

1.2.1 Arus

Arus elektrik ialah pergerakan elektron bebas di antara atom-atom. Unit pengukuran arus elektrik ialah ampere (A). Satu ampere bersamaan satu coulomb cas elektrik yang bergerak melalui satu titik dalam satu saat. Di sini, satu coulomb(Q) cas bersamaan dengan 6.25 × 10¹⁸elektron.

Formula untuk menentukan cas ialah

I =Q/t

Di sini, I adalah mengaliran arus, Q ialah cas elektrik dan t ialah masa dalam saat.

Simbol arus ialah I dan unitnya adalah ampere (A).

Contoh:
Kira jumlah cas apabila arus elektrik 2A mengalir dalam masa 5 saat.

Q=It

= 2A x 5s

= 10 coulomb

1.2.2 Voltan

Voltan ialah tenaga keupayaan yang membolehkan arus mengalir dalam litar. Tenaga keupayaan ini dipanggil daya gerak elektrik. Daya gerak elektrik memberi tekanan berbentuk medan elektrik hingga menyebabkan arus mengalir melalui beban dalam litar. Arus akan mengalir dari titik tekanan tinggi ke titik tekanan rendah.

Daya gerak elektrik dan beza upaya diukur dalam unit volt. Simbolnya adalah V.

1.2.3 Rintangan

Rintangan merupakan kuantiti yang menghadkan pengaliran arus elektrik dalam sesuatu litar. Jumlah pengaliran arus dalam litar adalah bergantung kepada nilai rintangan yang terdapat pada litar tersebut. Rintangan yang rendah dalam litar membolehkan pengaliran arus yang tinggi manakala rintangan tinggi membenarkan pengaliran arus yang rendah.

Kita juga harus ingat bahawa pengalir yang panjang akan menghasilkan rintangan yang lebih daripada pengalir yang pendek.

Unit bagi rintangan ialah ohm (Ω). Simbolnya ialah R.

1.3 LITAR ASAS ELEKTRIK

Subtopik ini menjelaskan litar asas elektrik yang menyentuh hukum ohm, litar siri, litar selari dan litar siri-selari.

1.3.1 Hukum Ohm

Hukum Ohm diperkenalkan oleh George Simon Ohm. Beliau merupakan seorang ahli fizik Jerman. Dengan menggunakan hukum Ohm kita boleh menentukan nilai arus, voltan, rintang dan kuasa dalam sesuatu litar arus terus.

Takrif Hukum Ohm

	Hukum Ohm menyatakan bahawa arus (I) yang mengalir melalui beban dalam litar adalah berkadar terus dengan voltan (V) manakala berkadar songsang dengan rintang (R) beban.

Hukum Ohm dirumuskan sebagai V = I ´ R.
I	Arus yang mengalir dalam litar
V	Voltan dalam litar
R	Rintangan dalam litar

Untuk memudahkan menghafal formula Hukum Ohm, kaedah berikut boleh digunakan. Untuk menentukan nilai voltan (V) tutup pada huruf V. Maka V = I × R.

Contoh:
Kira jumlah voltan yang susut pada perintang 100 apabila arus yang mengalir melalui perintang ialah 2 A.

Penyelesaian:

Untuk menentukan arus (I) tutup pada huruf I. Maka

Contoh:
Kira nilai arus yang mengalir melalui perintang 20Ω jika voltan yang susut pada perintang tersebut adalah 10 V.

Penyelesaian:

Untuk menentukan arus (I) tutup pada huruf I. Maka

Contoh:
Jika punca bekalan adalah 12 V, arus yang mengalir melalui perintang ialah 2 A. Berapakah nilai rintangan tersebut?

Penyelesaian:

1.3.2 Litar Siri

Litar siri ialah keadaan beberapa perintang disambung secara sederet antara satu sama lain. Ini menyebabkan arus yang mengalir dalam litar tersebut adalah sama pada setiap titik. Oleh itu, jumlah voltan yang susut adalah bersamaan:

V_j = V₁ + V₂ ........ + V_n

Contoh litar siri adalah seperti di Rajah 1.3.

Rajah 1.3: Litar siri

Contoh:
Rajah 1.3 menunjukkan sebuah litar perintang disambung sesiri. Hitungkan nilai:

1. Jumlah rintangan;
2. Arus yang mengalir dalam litar; dan
3. Voltan susut merentas R₁ dan R₂.

Penyelesaian:

Diberi: R1 = 30Ω

R2 = 70Ω

Vs = 20 V

1. Jumlah rintangan bersamaan:
   
2. Arus yang mengalir dalam litar:
   
3. Voltan susut di R₁
   
   
   
   Voltan susut di R₂
   
   

AKTIVITI 1.3
	1. Lukiskan sebuah litar siri yang mengandungi 3 buah perintang. Di mana R1 = 100, R2 = 120, dan R3 = 220. VS = 20V. 2. Kira nilai arus dalam litar, jumlah rintangan dan voltan yang susut pada setiap perintang.

Pembahagi Voltan
Litar sesiri boleh digunakan sebagai pembahagi voltan dalam litar elektronik.

Rajah 1.4: Susutan voltan di litar pembahagi voltan

Merujuk kepada Rajah 1.4, V_R1 boleh ditentukan melalui terbitan berikut:

(i)

di mana

(ii)

gantikan persamaan (ii) ke dalam persamaan (i).

(iii)
(iv)

gantikan R_J = R₁ + R₂ ke dalam persamaan (iii), maka V_R1 adalah,

Rajah 1.5: Litar pembahagi voltan

Merujuk kepada Rajah 1.5, hitungkan voltan yang susut merentas R₁ jika V_S bersamaan dengan 15 V.

Penyelesaian:

1.3.3 Litar Selari

Litar selari ialah beberapa perintang disambungkan merentasi punca bekalan. Dalam sambungan litar selari, nilai voltan susut merentasi perintang adalah sama bagi setiap perintang. Oleh itu, jumlah arus dalam litar bersamaan:

I_i = I₁ + I₂ ........ + I_n

Contoh litar selari adalah seperti di Rajah 1.6.

Rajah 1.6: Litar selari

Contoh:
Rajah 1.6 merupakan sebuah litar perintang yang disambungkan secara selari. Kira:

1. Jumlah rintangan;
2. Jumlah arus; dan
3. Arus pada setiap cabang.

Penyelesaian:

Diberi: V1 = 10V,

R1 = R13Ω

R2 = 6Ω

1. Jumlah rintangan bersamaan:
   
   
   Oleh itu, jumlah rintangan (R_J) adalah:
   RJ = 2Ω
2. Jumlah arus bersamaan:
   
   
3. Arus pada setiap cabang pertama:
   
   
4. Arus pada setiap cabang kedua:
   
   

1.3.4 Litar Siri-Selari

Litar sambungan siri-selari merupakan gabungan daripda litar siri dan selari. Sebelum kita mengira nilai arus, voltan dan rintangan dalam litar, kita perlu memahami konsep dan ciri-ciri litar perintang siri dan selari.

Rajah 1.7: Litar siri-selari

Merujuk kepada Rajah 1.7, R₂ dan R₃ adalah bersambung secara selari manakala R₁ bersambung sesiri dengan perintang R₂ dan R₃.

Arus I_J akan mengalir melalui R₁ dan akan berbahagi dititik A menghasilkan I₁ dan I₂.

Bagi menentukan arus I₁ adalah bersamaan dengan:

	Di mana VAB = IJ × RAB

Gantikan persamaan (ii) ke dalam persamaan (i).

Maka I_R2 bersamaan:

Contoh:
Merujuk kepada Rajah 1.7. Jika V_S = 30V. R₁ = 24 Ω, R₂ = 40 Ω, R₃ = 60 Ω. Kira:

1. Jumlah rintangan dalam litar.
2. Jumlah arus IJ dalam litar
3. Voltan pada titik AB
4. Arus pada I1 dan I2.

Penyelesaian:

1. Kira nilai rintangan titik AB. Maka,
   
   
   
   Oleh itu, R_J bersamaan,
   
   
2. Jumlah arus dalam litar.
   
   
3. Voltan merentas titik AB
   
   

Arus I₁



Arus I₂