Rangkaian Listrik: Pengertian, Prinsip Kerja, Komponen dan Jenis-jenisnya

Tisucoding.com – Bagi Anda yang ingin belajar lebih banyak tentang dunia kelistrikan, penting untuk memahami apa itu rangkaian listrik. Rasa-rasanya, ini adalah materi awal yang memang wajib dimengerti oleh siapa saja yang ingin terjun ke dalam dunia kelistrikan, mulai dari siswa sampai pekerja.

Rangkaian elektronika bisa dipahami sebagai instalasi, yang fungsinya  adalah sebagai jalur atau lintas untuk mengalirkan arus listrik.

Jelas, rangkaian ini bermanfaat sebagai media untuk mendistribusikan arus listrik, biasanya dengan bantuan kabel sebagai penghantar.

Artikel ini akan membahas dengan lengkap apa itu rangkaian listrik atau elektronika, mulai dari pengertian, fungsi, rumus, cara kerja, jenis, perbedaan dan lain sebagainya. Pastikan untuk membacanya sampai habis, agar benar-benar paham dengan materi ini.

Apa itu Rangkaian Listrik?

Penghantar, atau biasa disebut konduktor, yang bisa digunakan di rangkaian elektronika adalah kabel. Kabel, di rangkaian elektronika, memiliki fungsi yang sangat penting, karena berperan sebagai media penghantar yang bisa mengalirkan arus listrik dengan baik.

Dengan bantuan kabel tersebut, arus listrik bisa didistribusikan dan dialirkan ke seluruh komponen elektronika. Setelahnya, kabel akan disambungkan ke perangkat elektronik yang membutuhkan, yang akhirnya bisa berfungsi sebagaimana biasanya.

Sebagai media penghantar di rangkaian elektronika, panjang pendek kabel sangat mempengaruhi jangkauan arus listrik. Semakin panjang kabel, maka semakin banyak pula komponen yang bisa dijangkau arus listrik, begitu pula sebaliknya.

Bagaimana Prinsip Kerja Rangkaian Listrik?

Cek gambar di bawah ini untuk paham cara kerja atau prinsip kerja dari rangkaian kelistrikan :

Jadi, Anda harus tahu, agar bisa disebut sebagai rangkaian kelistrikan, instalasi harus memenuhi standar-standar yang berlaku.

Nah, di bawah ini bisa Anda simak prinsip kerja atau cara kerja rangkaian listrik yang berlaku :

• Rangkaian kelistrikan selalu membutuhkan sumber tegangan listrik. Sumber tegangan listrik ini berfungsi untuk menghasilkan arus listrik yang nanti akan dialirkan ke dalamnya.
• Rangkaian kelistrikan harus memiliki beban, yang akan dipasok dari sumber tegangan menuju perangkat lainnya sesuai kebutuhan.
• Rangkaian kelistrikan mutlak membutuhkan konduktor atau penghantar, dalam hal ini kabel, yang fungsinya adalah mengalirkan arus dari sumber tegangan ke perangkat elektronika yang membutuhkannya.
• Rangkaian kelistrikan harus dalam bentuk rangkaian yang tertutup agar bisa menyalakan perangkat elektronika.

Gambar di atas menjelaskan cara kerja dari rangkaian listrik yang sangat sederhana, agar mudah Anda pahami. Berikut poin-poin penting yang bisa disimpulkan :

• Kabel penghantar dihubungkan di dua terminal baterai, yang selanjutnya dihubungkan ke kedua ujung bola lampu.
• Dalam rangkaian sederhana tersebut, partikel bermuatan yang bergerak adalah elektron, yang sudah terdapat di kabel dan filamen bola lampu.
• Saat saklar dalam keadaan tertutup, sumber tegangan mengalirkan arus listrik ke bola lampu, sehingga menyala.
• Sebaliknya, saat saklar terbuka, pasokan listrik akan terhenti, dan bola lampu pun mati.

Kesimpulannya adalah, bahwa prinsip kerja dari rangkaian kelistrikan terletak pada 3 dasar elemen listrik, yaitu hambatan, tegangan dan arus.

Komponen Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah sebuah sistem yang saling berhubungan satu dengan lainnya, tentu memiliki komponen penyusun di dalamnya. Jika komponen atau elemen tersebut digabung, maka akan memproduksi kerja listrik yang optimal, sesuai dengan tujuan.

1. Sumber Tegangan

Adalah alat yang bisa menghasilkan arus listrik, fungsinya adalah untuk mengubah energi tertentu menjadi energi listrik. Ada dua sumber tegangan di rangkaian kelistrikan, yaitu :

• Sumber tegangan bebas (Independent Voltage Source).
• Sumber tegangan tidak bebas (Dependent Voltage Source).

Sumber tegangan bebas adalah sumber tegangan yang bisa memproduksi tegangan tetap, dan tidak bergantung kepada arus lainnya. Berbeda dengan sumber tegangan tidak bebas, yang bergantung pada arus lainnya.

Beberapa contoh sumber tegangan yang terdapat di rangkaian kelistrikan adalah listrik PLB, aki, baterai dan lainnya.

2. Konduktor (Penghantar)

Komponen rangkaian listrik berikutnya adalah konduktor atau penghantar. Konduktor yang sering digunakan di rangkaian elektronika adalah kabel. Tugasnya jelas, yaitu sebagai media untuk menghantarkan listrik dari sumber tegangan ke komponen-komponen di rangkaian.

Jika Anda lihat di gambar rangkaian kelistrikan, mesti ada kabel di dalamnya, yang memiliki simbol garis. Kabel menjadi perantara agar sumber tegangan bisa mengalirkan energi listrik ke komponen lain, tanpanya listrik tidak akan terbuka dan mengalir dengan bebas.

3. Sumber Arus

Berikutnya ada sumber arus, yang memang harus ada di rangkaian kelistrikan. Arus sendiri adalah aliran bermuatan listrik, yang melewati titik bertegangan tinggi ke titik dengan tegangan yang rendah. Sumber arus yang baik adalah sumber yang bisa menghasilkan arus tetap, tidak tergantung pada tegangan.

Sama seperti tegangan, ada  dua sumber arus, yaitu :

• Sumber arus bebas, di mana harga arus tidak bergantung pada harga tegangan atau arus lain.
• Sumber arus tidak bebas, di mana harga arus tergantung pada harga tegangan atau arus lain.

Sedangkan menurut jenisnya, arus ada dua, yaitu :

• Arus AC, arus bolak-balik, di mana tegangan dan arus listrik bersifat dinamis alias tidak konstan, jadi bisa berubah tergantung dari pasokan daya yang tersedia.
• Arus DC, arus searah, di mana tegangan dan arus listrik bersifat tetap atau konstan, biasa ditemukan di peralatan elektronika dengan tegangan rendah.

4. Sakelar

Komponen yang berada di rangkaian listrik berikutnya adalah sakeler, yang memiliki peranan penting di dalamnya. Dalam rangkaian elektronika, sakelar berfungsi untuk memutus maupun mengubungkan jalur penghantar.

Selain sebagai pemutus dan penghubung, sakelar juga berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dari satu penghantar ke penghantar  lain. Cara kerja dari sakelar ini jelas, Anda mungkin sudah paham karena pernah menggunakannya dalam keseharian.

Jadi, ketika sakelar tertutup, sumber tegangan bisa mengalirkan listrik dari jalur penghantar ke semua komponen. Berbeda ketika sakelar terbuka, maka arus listrik yang berasal dari sumber tegangan akan berhenti dan tidak mengalir ke komponen.

5. Hambatan

Komponen yang dimiliki oleh rangkaian kelistrikan berikutnya adalah hambatan atau resistansi, yaitu benda atau alat yang bisa menghambat aliran arus listrik mengalir. Hambatan memiliki peran penting, karena bisa mengatur arus listrik yang melintas.

Contohnya mudah, misalnya saja pengatur kecepatan kipas angin, yang bisa diatur kecepatannya dengan mengurangi atau menambah aliran listrik. Begitu juga dengan speaker listrik, yang volumenya bisa dikecilkan dan dibesarkan.

6. Elektron

Sebenarnya, listrik adalah hasil dari aliran elektron yang bergerak dari satu kutub ke kutub lainnya sehingga mencapai keseimbangan. Perbedaan elektron semacam inilah yang membuat listrik muncul dari sumber tegangan seperti aki dan baterai.

Contohnya bisa Anda lihat di rangkaian listrik yang tertutup, yang semua komponen di dalamnya tersambung dan tidak ada yang terpisah. Semua hal tersebut bisa terjadi berkat bantuan penghantar yang berfungsi sebagai perantara arus listrik.

Klasifikasi Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik digolongkan menjadi dua bagian, yaitu rangkaian terbuka dan tertutup. Kedua klasifikasi rangkaian ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda, yang juga menentukan aliran arus listrik yang mengalir.

Nah, di bawah ini akan dijelaskan lebih jauh apa itu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian arus listrik tertutup.

1. Rangkaian Terbuka

Pertama ada rangkaian listrik terbuka, yaitu rangkaian listrik yang tidak atau belum disambungkan dengan sumber tegangan.

Ciri khas dari rangkaian listrik ini adalah bentuknya yang memiliki ujung dan pangkal, lebih jelasnya bisa cek gambarnya di bawah ini.

2. Rangkaian Tertutup

Berikutnya ada rangkaian listrik yang tertutup, yaitu rangkaian listrik yang sudah dibubungkan dengan sumber tegangan.

Berbeda dengan rangkaian listrik yang masih terbuka, rangkaian listrik ini memiliki ciri khas, yaitu tidak memiliki ujung dan pangkal.

Karena tidak memiliki ujung dan pangkal, maka terjadi beda  potensial sehingga arus listrik bisa mengalir secara berkelanjutan alias kontinu.

Di dalam rangkaian tertutup, muatan bisa mengalir dari kawat rangkaian dari satu terminal baterai ke terminal lainnya, yang kita kenal sebagai arus listrik.

Agar lebih paham dengan rangkaian listrik tertutup, bisa cek gambarnya di atas.

Jenis-jenis Rangkaian Listrik

Ada beberapa jenis rangkaian listrik yang harus Anda tahu, yaitu :

• Rangkaian listrik seri.
• Rangkaian listrik paralel.
• Rangkaian listrik campuran.

Bentuk dan pengaturan rangkaian menentukan posisi komponen, perhitungan arus dan lain sebagainya. Agar lebih paham tentang jenis-jenis rangkaian listrik, bisa cek penjelasannya di bawah ini.

1. Rangkaian Listrik Seri

Pertama ada rangkaian listrik seri, di mana komponen listrik disusun dan diletakkan sejajar atau berderet. Jadi, rangkaian listrik seri disusun dengan satu jalur listrik saja, tidak ada percabangan di dalamnya.

Misalnya saja, baterai terhubung ke lampu lalu ke baterai lagi, atau baterai ke  lampu 1 lalu lampu 2 kemudian ditutup dengan baterai di sisi berlawanan. Kedua kasus ini adalah contoh sederhana tentang rangkaian listrik seri.

Rangkaian listrik seri disusun berderet, mulai dari sumber, komponen sampai balik ke sumber lagi. Contohnya bisa Anda lihat di bel rumah atau lampu senter, di mana listrik akan mengalir setelah stop kontak ditekan dan konduktor tersambung.

Berikut ini adalah beberapa karakteristik dari rangkaian listrik seri :

• Susunan jenis rangkaian listrik seri cenderung lebih mudah karena tidak ada percabangan di dalamnya.
• Karena tidak ada percabangan, maka metode penyusunan rangkaian listrik seri tetap berada dalam satu jalur.
• Arus yang mengalir di rangkaian ini nilainya sama, jadi tegangan masuk dan keluar memiliki nilai yang tetap.
• Jika ada jalur yang terputus, maka seluruh lintasan akan berhenti, dan tidak dapat beroperasi seperti biasanya.
• Arus yang mengalir di rangkaian listrik seri tergantung pada jumlah besar tahanan beban di dalam rangkaian.

2. Rangkaian Listrik Paralel

Jenis rangkaian listrik yang harus Anda tahu berikutnya adalah rangkaian listrik paralel. Rangkaian listrik paralel adalah rangkaian yang terdiri dari berbagai cabang jalur dan arus listrik, yang memiliki nilai tegangan yang sama di setiap cabangnya.

Namun, tidak sama dengan nilai tegangannya, arus listrik yang berada di rangkaian paralel bersifat tidak tetap alias dinamis, semua tergantung pada situasi arus dan daya listrik. Lalu, apa perbedaan antara rangkaian seri dan paralel?

Perbedaan utama dari kedua rangkaian ini adalah terletak di percabangannya, di mana rangkaian seri tidak memiliki percabangan sama sekali. Contoh penerapan dari rangkaian paralel ini bisa dilihat pada lampu, yang jika satu mati, satunya masih bisa menyala.

Di rangkaian paralel, listrik dari baterai akan mengalir bersamaan dengan semua komponen yang ada, untuk kemudian kembali ke sumber listrik.

Jadi, setiap komponen akan mendapatkan aliran listrik dengan nilai yang berbeda-beda, tergantung dari nilai hambatan di setiap komponen.

Berikut ini adalah beberapa karakteristik atau ciri-ciri dari rangkaian listrik paralel :

• Rangkaian listrik paralel disusun dalam posisi sejajar, namun ada beberapa titik percabangan di dalamnya.
• Dibandingkan dengan rangkaian seri, metode penyusunan rangkaian paralel cenderung lebih rumit.
• Jumlah arus yang mengalir di masing-masing cabang memiliki nilai yang tidak sama, karena ada beberapa titik percabangan.
• Instalasi paralel bisa menghasilkan arus dengan nilai yang sama sekali berbeda dengan hambatannya.
• Hambatan total yang dihasilkan oleh rangkaian paralel lebih kecil, jika dibandingkan dengan hambatan yang berada di cabang penyusun instalasi paralel.

3. Rangkaian Listrik Campuran

Terakhir ada rangkaian listrik campuran, yang merupakan inovasi penggabungan antara rangkaian seri dan paralel. Tentunya, karakteristik yang dimiliki oleh rangkaian ini persis mengikuti kedua rangkaian seri dan paralel tersebut.

Rangkaian listrik campuran sering digunakan di instalasi rumah, karena memang menawarkan keunggulan yang dibutuhkan.

Terkadang, Anda membutuhkan rangkaian seri agar mudah mengatur arus, namun Anda pun butuh rangkaian paralel jika ingin memasang komponen baru yang terpisah.

Berikut karakteristik dari rangkaian listrik campuran :

• Metode penyusunan rangkaian listrik campuran adalah perpaduan dari rangkaian seri dan paralel.
• Memiliki susunan yang paling kompleks dibandingkan dengan rangkaian seri dan paralel.
• Sering digunakan karena lebih unggul dan fleksibel, bisa disesuaikan dengan kebutuhan.
• Berlaku hukum yang sama dengan hukum di rangkaian seri dan paralel.

Rumus Rangkaian Listrik

Jika Anda tidak tahu, rangkaian listrik ternyata bisa dihitung lho, karena memang ada rumusnya. Berikut ini adalah rumus untuk menghitung rangkaian listrik :

1. Rangkaian Listrik Seri

Di atas adalah rumus untuk menghitung rangkaian listrik seri. Untuk rangkaian listrik seri, nilai kuat arus listrik yang mengalir memiliki porsi yang sama. Jadi, jumlah arus yang masuk maupun keluar memiliki nilai yang tetap.

2. Rangkaian Listrik Paralel

Berbeda dengan rangkaian seri, nilai kuat arus listrik yang mengalir berbeda. Intinya, setiap cabang memiliki nilai dengan besaran yang berbanding terbalik dengan kuat arusnya.

3. Rangkaian Listrik Campuran

Rangkaian listrik campuran menggunakan rumus yang sama dengan rangkaian seri dan paralel, karena memang gabungan dari keduanya.

Perbedaan Rangkaian Listrik Seri dan Paralel

Rangkaian seri dan paralel dibedakan oleh rumus mencari hambatan totol, sedangkan rumus untuk mencari kuat arus dan tegangan totalnya sama.

Berikut ini adalah rumus rangkaian seri dan paralel untuk mencari besar kuat arus listrik total :

Keterangan :

Sedangkan rumus untuk mencari tegangan total di rangkaian adalah :

Keterangan :

Dari ulasan yang panjang di atas, bisa  Anda pahami bahwa rangkaian listrik adalah model instalasi listrik, di mana ada rangkaian listrik seri, paralel dan campuran.

Rangkaian listrik disusun secara tertutup atau terbuka, agar listrik dapat mengalir dari sumber tegangan ke seluruh komponen rangkaian.