PINDAAN : 0 MUKASURAT 94 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 94 bekalan elektrik di negara kita ialah 50 Hz. Di negara lain seperti Amerika Syarikat, frekuensi 60 Hz digunakan. Rajah 4 : Bentuk Gelombang Frekuensi 2 Hz 1.6.4. TEMPOH (T) Tempoh untuk gelombang AU ialah masa bagi satu kitar lengkap. Unit tempoh ialah saat. Jika nilai frekuensi ialah 2 Hz, bermakna dua kitar lengkap berlaku dalam masa satu saat. Kaitan antara tempoh dan frekuensi ialah : T = 1 / f Jadual berikut menunjukkan hubungan di antara f dan T serta unit yang berkenaan. 1.6.5. NILAI PUNCAK ATAU AMPLITUD Nilai maksimum voltan atau arus daripada paras sifar dinamakan amplitud atau nilai puncak gelombang AU. Rajah 1.6.5 menunjukkan gelombang sinus yang mempunyai nilai puncak 3 V. Maka nilai amplitud untuk gelombang ini ialah 3V. Rajah 1.6.5 : Nilai Puncak (VP) Dan Nilai Puncak Ke Puncak (VPP) Frekuensi (f) 1 Hz 1 MHz 1 GHz Tempoh (T=1/f) 1 s 1µs 1 ns
PINDAAN : 0 MUKASURAT 95 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 95 1.6.6. NILAI VOLTAN PUNCAK KE PUNCAK (VPP) Nilai voltan puncak ke puncak ialah perbezaan antara nilai voltan maksimum positif dengan nilai maksimum negatif bagi gelombang AU. Dalam Rajah 1.6.5, nilai voltan puncak ke puncak ialah +3 - (-3) = 6 V. 1.6.7. NILAI PURATA Rajah 1.6.7 menunjukkan gelombang sinus bentuk simetri. Nilai arus positif sama dengan nilai arus negatif. Maka nilai purata arus untuk satu kitar ialah sifar. 1.6.8. NILAI PUNCA MIN KUASA DUA (pmkd) Nilai punca min kuasa dua (pmkd) arus atau voltan AU ialah nilai arus berkesan atau voltan berkesan yang boleh melesapkan haba pada kadar yang sama seperti arus terus merentasi perintang tertentu. Untuk gelombang sinus, nilai pmkd = 1 / √2 x nilai puncak Nilai pmkd = 0.7 x nilai puncak Contoh : Jika voltan puncak bekalan AU ialah 340 V, hitungkan nilai voltan pmkd Penyelesaian : Diberi : voltan puncak (Vp) = 340 V Formula : nilai pmkd = 0.7 x nilai puncak Oleh itu, voltan pmkd = 0.7 x 340 V = 238 V. 1.6.9. LITAR AU Suatu litar AU mengandungi punca voltan AU, pengalir, suis dan beban. Rajah 1.6.9 menunjukkan satu contoh litar asas. Beban litar terdiri daripada resistor, capacitor, inductor atau gabungan komponen tersebut.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 96 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 96 Rajah 1.6.9 : Litar AU 1.6.10. LITAR PERINTANG (RESISTOR CIRCUIT) Litar perintang seperti dalam Rajah 8 (a) ialah litar AU yang mengandungi beban perintang sahaja. Bagi litar ini, arus IR dan voltan VR mencapai nilai maksimum serentak seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8 (b). Maka IR dan VR adalah sefasa. Rajah 8 (c) menunjukkan rajah vektor IR dan VR. Rajah 1.6.10 (a) Rajah 1.6.10 (b) Rajah 1.6.18 (c) Rajah 1.6.10: Nilai Purata Untuk 1 Kitar Gelombang Sinus Simetri Ialah Sifar 1.6.11. LITAR PEMUAT (CAPACITOR CIRCUIT) Apabila voltan AU dikenakan merentasi suatu pemuat, pemuat akan dicas dan nyahcas dalam kitar positif dan kitar negatif seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9. Dalam proses ini, elektron akan mengalir pergi dan balik antara plat pemuat. Pengaliran elektron ini menghasilkan arus AU melalui pemuat. suis Pengalir Beban Arus Punca Voltan + _
PINDAAN : 0 MUKASURAT 97 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 97 Rajah 1.6.11 : Proses pengecasan dan nyahcas pemuat yang menghasilkan arus melalui pemuat Sifat penentangan pemuat terhadap pengaliran arus AU dinamakan regangan berkemuatan, (XC) dan boleh dihitung daripada formula : XC = 1 / 2πfC Apabila voltan V dikenakan merentasi pemuat yang mempunyai regangan XC , maka Arus yang mengalir melalui pemuat, IC = V / XC Contoh : Sebuah pemuat 1000 µF disambung pada punca AU 20 V 50 Hz. Hitungkan arus yang mengalir Jika frekuensi punca diubah menjadi 1000 Hz. Apakah kesannya terhadap arus ? Penyelesaian : Diberi : C = 1000 µF = 1000 x 10-6F F = 50 Hz V = 20 V Formula : XC = 1 / 2πfC Oleh itu, regangan kemuatan :- XC = 1 XC = 3.2 Ω 2π x 50 x 1000 x 10-6 Formula : IC = V / XC Oleh itu, arus IC = 20 V / 3.2 Ω = 6.25 A b) Apabila f = 1000 Hz XC = 1 XC = 0.16 Ω 2π x 1000 x 1000 x 10-6 Oleh itu, arus IC = 20 V / 0.16 Ω = 125 A Apabila nilai frekuensi dinaikkan, nilai arus yang mengalir dalam litar juga dinaikkan. Bagi litar pemuat, arus mendahului voltan sebanyak 900 . Sifat ini dapat ditunjukkan dalam Rajah 1.6.11 (b) Graf dan 1.6.11(c) Rajah Vektor. Perhatikan bahawa IC mencapai nilai puncaknya lebih awal berbanding dengan VC.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 98 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 98 Rajah 1.6.11 (a) Rajah 1.6.11 (b) Rajah 1.6.11 (c) Rajah 1.6.11 : Arus (IC) mendahului voltan (VC) sebanyak 900 1.6.12. LITAR PEARUH (INDUCTOR CIRCUIT) Apabila voltan AU dikenakan merentasi sebuah pearuh seperti dalam Rajah 11 (a), arus yang mengalir melaluinya selalu berubah-ubah dan medan magnet yang berkaitan juga berubah-ubah. Rajah 1.6.12 (a) Rajah 11 (b) Rajah 1.6.12 (c) Rajah 1.6.12 : Arus (IL) mengekori voltan (VL) sebanyak 900 Ini menyebabkan dge sentiasa teraruh dalam pearuh dan menentang pengaliran arus. Sifat penentangan pearuh terhadap pengaliran arus ulang-alik dinamakan regangan beraruhan (XL). Nilai XL dapat dihitung daripada formula : XL = 2πfL Jika voltan V dikenakan merentasi sebuah pearuh yang mempunyai regangan XL , maka, Arus IL = V / XL Contoh : Sebuah gegelung mempunyai kearuhan 6 H disambung kepada punca AU 12 V, 50 Hz. Hitungkan arus yang mengalir dalam litar tersebut. Penyelesaian : Diberi : L = 6 H F = 50 Hz
PINDAAN : 0 MUKASURAT 99 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 99 V = 12 V Formula : XL = 2πfL Oleh itu, regangan kearuhan XL = (2 π x 50 x 6) Ω = 1885 Ω Formula : IL = V / XL Oleh itu, arus IL = 12 V / 1885 Ω = 6.4 Ma Dalam pearuh, arus IL sentiasa mengekori voltan VL dengan fasa 900 . Kejadian ini boleh ditunjukkan dalam Rajah 1.6.12 (b) Graf dan Rajah 1.6.12 (c) Rajah Vektor. Petua yang berguna untuk mengingati hubungan fasa I dan V untuk litar berkemuatan dan litar berkearuhan ialah perkataan CIVIL yang boleh dipecahkan kepada CIV dan VIL. (Rajah 12). C I V I L Rajah 1.6.12 : Petua mengingati hubungan fasa I dan V Untuk litar berkemuatan (C), I mendahului voltan dengan fasa 900 dan untuk litar berkearuhan (L), I mengekori V dengan fasa 900 . 1.6.13. LITAR SIRI PERINTANG DENGAN PEMUAT (R - C) Apabila suatu pemuat disambung bersiri dengan perintang dalam litar AU, arus I merentasi pemuat mendahului voltan VC dengan sudut fasa 900 . Untuk perintang, I pula sefasa dengan VR. Rajah 1.6.13 (a) menunjukkan Rajah Vektor. Rajah 1.6.13 : Litar siri R – C Mengikut Teorem Pythagoras, jumlah voltan ialah V = √ ( VC 2 + R2 ) Litar kemuatan Arus mendahului Voltan Voltan mendahului Litar kearuhan Arus
PINDAAN : 0 MUKASURAT 100 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 100 V = √ ( IXC) 2 + (IR)2 V = I √ (XC) 2 + (R)2 Maka , I = V . √ (XC) 2 + (R)2 Nilai √ XC 2 + R2 ialah nilai galangan litar siri perintang dan pemuat. Definisi galangan ini ialah jumlah penentangan perintang dan pemuat terhadap arus dalam litar AU. Simbol galangan ialah Z dan unitnya ialah Ohm. Rajah 1.6.4 (b) Rajah Vektor juga menunjukkan bahawa arus I mendahului voltan V dengan sudut fasa θ yang boleh hitung daripada formula : Tan θ = VC = IXC = XC VR IR R 1.6.14. LITAR SIRI PERINTANG DAN PEARUH (R – L) Apabila pearuh disambung bersiri dengan perintang dalam litar AU, arus I yang merentasi pearuh, mengikut voltan VL dengan sudut fasa 900 dan I sefasa dengan voltan perintang VR , maka Rajah Vektor boleh dilakarkan seperti dalam Rajah 1.6.14 (b). (a) Rajah Litar (b) Rajah Vektor Rajah 1.6.14 : Litar Siri R - L Mengikut Teorem Pythagoras, jumlah voltan ialah V = √ ( VL 2 + R2 ) V = √ ( IXL) 2 + (IR)2 V = I √ (XL 2 + R2 ) Maka , I = V . √ (XL 2 + R2 ) Galangan Z untuk litar AU yang mengandungi R dan L ialah : Z = √ (XL 2 + R2 ) Rajah 1.6.14 (b) Rajah Vektor juga menunjukkan bahawa arus I mengekor voltan V dengan fasa θ yang boleh dihitung daripada formula :
PINDAAN : 0 MUKASURAT 101 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 101 Tan θ = VL = IXL = XL VR IR R 1.6.15. LITAR SIRI PERINTANG, PEARUH DAN PEMUAT (R – C – L) Litar AU bersiri yang paling kerap digunakan mengandungi ketiga-tiga komponen R, L dan C seperti dalam litar penerima radio. Rajah Vektor dalam Rajah 15 (b) menunjukkan bahawa VL mendahului VR dengan fasa 900 sementara VC mengekori VR sebanyak 900 dan arus I sefara dangan VR. Jika VL lebih besar daripada VC hasil VL – VC adalah sama arah dengan VL ; maka daripada Teoerm Pythagoras untuk segitiga ODB, voltan bekalan sama dengan V = √ ( VL – VC ) 2 + VR 2 Formula : VL = IXL ; VC = IXC dan VR = IR Maka V = I √ ( XL - XC )2 + R2 V / I = √ ( XL - XC )2 + R2 dan Z = √ ( XL - XC )2 + R2 (a) Rajah Litar (b) Rajah Vektor Rajah 1.615 : Litar Siri R – C - L 1.6.16. KUASA DALAM LITAR AU Dalam litar AT, kuasa elektrik (P) yang diserap oleh beban didapati dengan mendarapkan nilai arus (I) dan voltan (V). Dalam litar AU, kuasa yang diserap hanya akan sama dengan pendarapan arus dan voltan jika kedua-dua vector arus dan voltan adalah sama fasa. Biasanya, dalam litar AU terdapat regangan berkemuatan atau berkearuhan yang menyebabkan perbezaan fasa. Rajah 1.6.16 (a) menunjukkan litar siri AU yang mengandungi komponen R, C dan L. Rajah 1.6.16 (b) menunjukkan voltan V mendahului vector arus I dengan sudut θ. Vektor V boleh dileraikan kepada komponen tegak (V sin θ) dan
PINDAAN : 0 MUKASURAT 102 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 102 komponen ufuk (V kos θ) seperti dalam Rajah 16. Komponen tegak mendahului I sementara komponen ufuk sefasa dengan I. Rajah 1.6.16 (a) : Menceraikan Vektor Kepada Komponen Tegak Dan Komponen Ufuk Komponen tegak juga dinamakan voltan regangan. Pendarapan voltan regangan dengan arus menghasilkan kuasa regangan dengan arus menghasilkan kuasa regangan yang berunit volt-ampere regangan (VAR). (Rajah 1.6.16) Kuasa regangan = V sin θ x I Rajah 1.6.16 (b) : Segitiga Kuasa Komponen ufuk juga dinamakan voltan aktif. Pendarapan voltan aktif dengan arus menghasilkan kuasa nyata yang berunit watt (W). Kuasa nyata = V kos θ x I Pendarapan voltan V dengan arus hanya menghasilkan kuasa ketara yang berunit volt-ampere (VA) Kuasa ketara = V x I Hubungan antara kuasa tersebut adalah seperti dalam Rajah 17. Nisbah kuasa nyata terhadap kuasa ketara ialah faktor kuasa. Faktor kuasa = kuasa nyata. kuasa ketara = V kos θ I VI = kos θ
PINDAAN : 0 MUKASURAT 103 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 103 Faktor kuasa biasanya diberi dalam bentuk perpuluhan atau peratus misalnya 80 %. Nilai maksimum factor kuasa ialah 1 atau 100 % apabila sudut θ sama dengan sifar. Ketika ini, semua kuasa daripada bekalan dilesapkan dalam beban kerana tiada kuasa regangan. Jika sudut fasa ialah 900 , factor kuasa ialah sifar. Jika komponen peraruh (L) atau pemuat (C) yang tulen disambung kepada litar AU, kuasa nyata yang dilesapkan daripada bekalan AU ialah sifar. Komponen tulen ini dinamakan sebagai komponen “tanpa watt”. Ini ialah kerana ia tidak melesapkan kuasa daripada bekalan AU. Contoh 1 : Jika voltan bekalan ke sebuah bengkel ialah 415 V dan arus 60 A mengekori voltan dengan sudut 300 ; hitungkan : i. kuasa ketara ii. kelesapan kuasa dalam beban iii. factor kuasa iv. kuasa regangan Penyelesaian : Diberi : V = 415 V, I = 60 A, θ = 300 i. Kuasa ketara= VI = 60 A x 415 V = 24.9 kVA ii. Kelesapan kuasa = VI cos θ = 60 A x (415 kos 300 ) V = 21.6 kW iii. Factor kuasa = kos θ = kos 300 = 0.866 iv. Kuasa regangan = VI sin θ = 60 A x (415 sin 300 ) V = 12.45 kVAR Contoh 2 : Jika factor kuasa dalam contoh di atas bernilai 1, hitungkan nilai kuasa yang dilesapkan oleh beban dalam litar tersebut.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 104 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 104 Penyelesaian : Jika factor kuasa, kos θ = 1 Kelesapan kuasa = kuasa ketara = 24.9 kW. 1.6.17. PENAPIS (FILTER) Satu kegunaan utama litar RC, RL dan RLC ialah untuk melulus atau menahan sesuatu frekuensi melaluinya. Proses melulus atau menahan laluan ini dinamakan penapisan. Terdapat tiga jenis penapis utama iaitu penapis laluan rendah, penapis laluan tinggi dan penapis lulus jalur. Penapis biasanya digunakan dalam penyama yang terdapat dalam sistem audio atau hifi. 1.6.18. PENAPIS LALUAN RENDAH (LOW PASS FILTER) Penapis laluan rendah meluluskan frekuensi rendah melaluinya dan menahan laluan frekuensi yang lebih tinggi. Rajah 1.6.18 (b) dan (c) menunjukkan contoh litar penapis laluan rendah. Penapis laluan rendah biasanya digunakan dalam pembekal kuasa AT. Ia menahan frekuensi AU daripada melaluinya. (a) Penapis Laluan Rendah Meluluskan Laluan Frekuensi Rendah Dan Menahan Laluan Frekuensi Tinggi (b) Litar RC
PINDAAN : 0 MUKASURAT 105 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 105 (c) Litar RL Rajah 1.6.18 : Contoh Litar Penapis Laluan Rendah 1.6.19. PENAPIS LALUAN TINGGI (HIGH PASS FILTER) Penapis laluan tinggi meluluskan frekuensi tinggi melaluinya dan menahan laluan frekuensi yang lebih rendah. Rajah 20 (b) dan (c) menunjukkan contoh litar penapis laluan tinggi. Penapis laluan tinggi biasanya digunakan dalam radio kereta untuk mengelakkan gangguan enjin yang berfrekuensi rendah. (a) Penapis Laluan Tinggi Meluluskan Laluan Frekuensi Tinggi Dan Menahan Laluan Frekuensi Tinggi (b) Litar RC
PINDAAN : 0 MUKASURAT 106 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 106 (c) Litar RL Rajah 1.6.19 : Contoh Litar Penapis Laluan Tinggi. 1.6.20. PENAPIS LULUS JALUR (BAND PASS FILTER) Penapis lulus jalur membenarkan frekuensi salun (fO) dan frekuensi yang berhampiran dengan frekuensi salun melaluinya. Frekuensi salun terjadi apabila nilai regangan XL sama dengan XC. Rajah 21 menunjukkan litar penapis lulus jalur. Rajah 21 : Contoh Litar Penapis Lulus Jalur Semasa keadaan salun, XL = XC Oleh itu, daripada persamaan Z = √ ( XL - XC )2 + R2 Z = √ (0)2 + R2 Z = √ R2 Maka, Z = R Nilai Z ini merupakan nilai galangan minimum litar. Pada ketika ini, arus yang mengalir melalui litar dan voltan keluaran mencapai nilai maksimum.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 107 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 107 Penapis lulus jalur biasanya digunakan dalam penerima radio untuk menala kepada suatu isyarat radio yang tertentu. Contoh 1: Satu penapis mengandungi R = 10 Ω, C = 0.4 µF dan L = 0.4 H, hitungkan frekuensi salun dan arus litar pada frekuensi salun jika voltan masukan ialah 10 V. Penyelesaian : Diberi R = 10 Ω, C = 0.4 µF, L = 0.4 H dan V = 10 V. Formula : XL = 2πfL Z = √ ( XL - XC )2 + R2 XC = 1 / 2πfO Z = √ (0)2 + 102 Ketika frekuensi salun, XL = XC Z = √ (0) + 100 Oleh itu, 2πfOL = 1 / (2πfOC) Z = 10 Ω fO 2 = 1 / 4π2 LC maka, I = V / Z fO = 1 / 2π(LC)1/2 I = 10 V / 10 Ω fO = 1 / 2 π (0.4 x 0.4 x 10-6) ½ I = 1 A fO = 398 Hz 1.7. PENGENALAN KEPADA RLC DALAM LITAR ARUS ULANG-ALIK Pengetahuan dalam prinsip elektrik adalah sangat penting bagi seseorang yang ingin mempelajari segala pekerjaan dan perjalanan sesuatu alat elektronik. Segala kaitan yang berhubung dengan elektrik dan elektronik mempunyai unit-unit, sukatansukatan dan lain-lain hal yang berkaitan dengannya. 1.7.1. PENERANGAN : Rintangan dalam litar d.c yang mengandungi rintangan sahaja, apabila sahaja voltan dibekalkan arus akan bertambah ke nilai maksimum dengan cepat dan akan jatuh ke nilai kosong apabila voltan bekalan diputuskan. Arus dan voltan bagi litar yang berintangan tulen (purely resistive) naik dan jatuh bersama-sama. Dalam litar a.c yang mengandungi rintangan sahaja arus adalah dalam sefasa (in phase) dengan voltan bekalan.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 108 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 108 a) Rajah litar b) Rajah Gelombang c) Rajah Vektor Kesan rintangan dalam litar a.c i. jika rintangan bertambah – arus berkurangan ii. jika rintangan berkurangan – arus bertambah iii. nilai arus yang mengalir pada sebarang sesuatu rintangan tidak dipengaruhi oleh frekuensi pada bekalan. b. Kesimpulan :- Dalam litar rintangan, arus dan voltan dalam sefasa (in phase).Hukum ohm boleh digunakan. Im = Vm / R atau Irms = Vrms / R = Vm Sin wt - VR = V ∠ 0 I= Im Sin wt - IR = I ∠ 0 1.7.2. ARUHAN Dalam litar d.c yang mengandungi aruhan sahaja arus tidak akan bertambah dengan segera ke nilai maksimum bila voltan dibekalkan dan tidak jatuh ke nilai kosong dengan tiba-tiba bila voltan bekalan diputuskan. Dalam litar a.c yang hanya mengandungi aruhan sahaja arus akan mengekori (lag) di belakang voltan bekalan dengan 900 . a) Rajah litar b) Rajah Gelombang c) Rajah Vektor Kesan aruhan dalam litar a.c i. Bertentangan bagi pengaliran arus yang digambarkan oleh aruhan dikenali sebagai regangan Induktif (inductive reactance). Ia adalah senilai dengan rintangan perintang. ii. Regangan induktif bergantung kepada frekuensi. iii. Frekuensi voltan bekalan bertambah – regangan induktif bertambah. Kesimpulan :- Dalam litar induktif, arus mengekori voltan dengan voltan dengan 900 . Hukum ohm tidak boleh digunakan. Kesan penentangan bagi aruhan untuk pengaliran arus ulangalik disebut “Regangan Induktif”
PINDAAN : 0 MUKASURAT 109 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 109 a. Regangan Induktif, XL= wL = 2πfL = ohms di mana f = frekuensi (Hertz) L = aruhan (Henry) XL = dalam ohms b. Formula voltan :- Vm = Im x XL Vrms = Irms x XL = Im x 2πfL = Irms x 2πfL 1.7.3. KAPASITANS Dalam litar d.c apabila voltan dibekalkan kepada suatu kapasitor (kondenser), kapasitor bertindak sebagai litar pintas (short circuit) dan tiada voltan yang melintanginya, manakala arus yang mengecas (charging current) kapasitor adalah bernilai maksimum. Bila kapasitor telah dicaskan sepenuhnya, voltan melintanginya mencapai ke nilai maksimum, tetapi arus jatuh ke nilai kosong (iaitu kapasitor bertindak sebagai litar buka).Iaitu dalam litar a.c yang mengandungi kapasitan sahaja arus akan mendahului (lead) voltan bekalan dengan 900 . a. Kesan kapasitans dalam litar a.c Penentangan bagi pengaliran arus yang digambarkan oleh kapasitor dikenali sebagai Regangan kapasitif (capacitive reactance). Regangan kapasitif senilai dengan rintangan bagi perintang. a) Rajah litar b) Rajah Gelombang c) Rajah Vektor b. Kesimpulan :- - Dalam litar kapasitif arus mendahului voltan dengan 900 . Hukum ohm tidak boleh digunakan. - Kesan penentangan bagi kapasitans untk arus ulangalik disebut “Regangan kapasitif” c. Regangan kapasitif , XC = 1 / wC = 1/ 2πfC = ohms
PINDAAN : 0 MUKASURAT 110 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 110 di mana f= frekuensi (Hertz) C= kapasitan (Farad) d. Formula voltan :- Im = Vm x 2πfC Irms = Vrms x 2ndC e. Cara mengingati i. CIVIL - Kapasitan I mendahuluui V - Aruhan V mendahului I atau mengekori V ii. ELI the ICE man - Voltan aruhan arus - Arus kapasitan Voltan f. Nota : e = L di / dt e = Em Sin wt Em Sin wt = L di / dt di = Em / L (Sin wt) dt ∫ di = ∫ Em/L (Sin wt)dt i = Em / wL (-Cos wt) = - Em / wL Cos wt Oleh itu, i = Em / wL sin (wt - π/2) i = Im Sin (wt - π/2) i = dq / dt = d/dt (Cem sin wt) = wCEm cos wt = Em cos wt 1/wc = Em Sin (wt + π/2) 1/wc Oleh itu, i = Im sin (wt + π/2)
PINDAAN : 0 MUKASURAT 111 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 111 1.7.4. LITAR SESIRI R-L E dan I adalah dalam nilai RMS (PPGD). VR = IR VL = IXL Voltan bekalan , E = √V2 R + V2 L = √(IR)2 + (IXL) 2 = 1 √R2 + XL 2 Oleh itu, I = E/√ R2 + XL 2 Kuantiti √ R2 + XL 2 dikenali sebagai galangan (impedance), Z bagi litar. Dari rajah , E mendahului I dengan φ Atau I mengekori E dengan φ Tan φ = VL/ VR = IXL/IR = XL/R = regangan / rintangan φ = tan –1(XL/R) = tan-1(wL/R) = tan-1(2πfL/R) Jika voltan bekalan diberi sebagai e = Em sin wt Oleh itu arus I = Im sin (wt - φ ) Apabila Im = Em/Z
PINDAAN : 0 MUKASURAT 112 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 112 Kuasa = EI cos φ P = VI cos φ = VI x R/Z Watt = VA x cos φ = (V/Z) x IR = IR = watts di mana cos φ ialah angkadar kuasa (power factor) litar tersebut. 1.7.5. SESIRI R-C VR = IR E = √VR 2 + Vc 2 = √(IR)2 + (-Ixc)2 VC = IXC = I√R2 + Xc2 Oleh itu, I = E/ √R + Xc2 = E/Z Tan φ = -Vc/ VR = Ixc/IR = -Xc/R ∴ φ = tan-1 ( - Xc / R) Jika voltan bekalaln diberi sebagai e = Em sin wt Oleh itu arus i = Im sin (wt + φ ) Apabila Im = Em/Z 1.7.6. LITAR SESIRI R-L-C a. VL > Vc
PINDAAN : 0 MUKASURAT 113 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 113 b. Vc > VL VR = IR a. VL > Vc VL = IXL E = √ VR 2 +( VL 2 – Vc)2 Vc = Ixc = √ IR2 +[ I ( XL – Xc)]2 = I √ R2 +( XL 2 – Xc)2 I = E = E/Z √ R2 +( XL 2 – Xc)2 Kuantiti : √ R2 +( XL 2 – Xc)2 dikenali sebagai jumlah galangan bagi litar Z = √ R2 + X2 Apabila x = jumlah regangan (net reactance) Tan φ = VL - Vc = I (XL – Xc ) VR IR = (XL – Xc) R Oleh itu φ = tan-1 XL - Xc R Jika voltan bekalan e = Em sin wt I = Im sin (wt ± φ)
PINDAAN : 0 MUKASURAT 114 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 114 b. Vc > VL E = √ VR 2 +[- ( VC 2 – VL)]2 = I √ R2 +[- ( XC 2 – XL)]2 = I √ R2 + ( XC 2 – XL) 2 oleh itu , I = E / √ R2 + ( XC 2 – XL) 2 = E/Z tan φ = - (Vc – VL) = Xc - XL VR R Oleh itu φ = tan-1 ( - (Xc – XL)/R = tan –1 (- X/R) Jika voltan bekalan e = Em sin wt I = Im sin (wt + φ ) 1.7.7. LITAR SIRI R-L DALAM KIRAAN VEKTOR a . Civil Galangan Z = R + jXL – kuantiti vektor Magnitud [ Z ] = √ R2 +( XL) 2 apabila (XL) = regangan induktif = 2πfL = ohm = tan –1 XL/R iaitu Z = / Z / ∠ + 0 jika voltan bekalan V = / V / ∠ 0 oleh itu arus I = / V / ∠ 0 = / Z / ∠ + 0 = / I / ∠ - 0 iaitu dalam litar induktif I mengekori V angkadar kuasa = Cos φ = -ve (lag) 1.7.8. LITAR SIRI R-C DALAM KIRAAN VEKTOR Galangan Z = R – jXc / Z / = √ R2 + (– XC ) 2 φ = tan –1 (-Xc/R) = - φ oleh itu Z = / Z / ∠ - 0 jika voltan bekalan V = / V / ∠ 0 oleh itu / I / = / V / ∠ 0 = I ∠ + φ
PINDAAN : 0 MUKASURAT 115 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 115 / Z / ∠ - φ iaitu dalam litar kapasitif I mendahului V. Angkadar kuasa = Cos φ = +ve (lead) 1.7.9. LITAR SIRI R-L-C DALAM KIRAAN VEKTOR a. XL > Xc Galangan Z = R + j(XL – Xc) / Z / = √ R2 + [ XL – Xc] 2 φ = tan-1 [( XL – Xc)/ R] iaitu Z = / Z / ∠ + φ jika voltan bekalan V = / V / ∠ 0 oleh itu arus I = / V / ∠ 0 = I ∠-φ iaitu Z = / Z / ∠ + φ Angkadar kuasa = cos φ = -ve (lags) b. XL < Xc Galangan Z = R – j(Xc - XL) / Z / = √ R2 + ( XC - XL ) 2 φ = tan-1 [( Xc – XL)/ R] = -ve = -φ iaitu Z = / Z / ∠ - φ jika voltan bekalan V = / V / ∠ 0 arus I = / V / ∠ 0 / Z / ∠ - φ = / I / ∠ + φ kuasa = Cos φ = -ve (lead) 1.7.10. LITAR SELARI R-L DALAM VEKTOR V = VR = VL = V∠0 I = IR + IL = / IR / ∠ 0 + / IL / ∠ - 90 = IR - jIL [I] = √ IR 2 + (– IL) 2 φ = tan –1 ( - IL ) IR = -ve I = √ IR 2 + (– IL) 2 ∠-0
PINDAAN : 0 MUKASURAT 116 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 116 Ir = V∠0 = IR ∠0 R IL = V∠0 XL∠900 = IL ∠-900 1.7.11. LITAR SELARI R-C DALAM KIRAAN VEKTOR V = VR = Vc = V ∠ 0 I = IR + Ic = / IR / ∠ 0 + [ Ic ] ∠ 90 = IR + jIc / I / = √ IR 2 + Ic2 φ = tan –1 (Ic/IR) = (+) I = √ IR 2 + Ic2 ∠+0 IR = V ∠ 0 / R = IR ∠ 0 Ic = V ∠ 0 Xc ∠ - 90 = Ic ∠ 900 ‘’ 1.7.12. LITAR SELARI R-L-C DALAM KIRAAN VEKTOR V = VR = VL = Vc = V∠0 I = IR + IL + Ic = / IR / ∠ 0 + [ IL ] ∠ - 90 + [ IC ] ∠ 90 = IR – jIL + jIc I = IR - j (IL – Ic) a. Jika IL > Ic
PINDAAN : 0 MUKASURAT 117 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 117 I = IR – jIx I = √ IR 2 +(- Ix)2 tan-1 (- Ix /IR) = / I / ∠ - φ Z = / V / ∠0 = / Z / ∠ + φ I ∠ - φ b. Jika IL < Ic I = IR + jIx I = √ IR 2 +(- Ix)2 /tan-1 (- Ix /IR) = √ IR 2 + Ix2 ∠ + φ = / I / ∠ φ oleh itu Z = / Z / ∠ - 0 1.7.13. LITAR SELARI R-L V = VR =VL IZ = IRR = ILXL I = IR + IL Dari rajah vektor, I = √ IR 2 + IL 2 = √ (VR)2 + (VL)2 R XL Oleh itu = V √ (I/R) + (I/XL) 2 V= I / √ (I/R)2 + (I/XL) 2 Oleh itu, Z= 1 / √ (I/R)2 + (I/XL) 2 φ= tan-1 (-IL) = -ve IR I mengekori V 1.7.14. LITAR SELARI R-C
PINDAAN : 0 MUKASURAT 118 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 118 V = VR = Vc IZ = IR = IcXc I = IR + Ic Dari rajah vektor, I = √ IR 2 + IC 2 = √ ( VR /R)2 +(Vc /Xc)2 iaitu I = V√ ( 1 /R)2 +(1 /Xc)2 oleh itu Z = 1 √ ( 1 /R)2 +(1 /Xc)2 = tan-1 (Ic / IR) = +ve iaitu I mendahului V 1.7.15. LITAR SELARI R-L-C V = VR = VL= Vc IZ = IRR = ILXL= IcXc I = IR + IL + Ic Kes i) XL > Xc Dari rajah vektor I = √ I2 R + ( IL-Ic)2 = √ (VR) 2 + [ ( VL - Vc)]2 R XL Xc = √V2 [(1/R)2 + (1/XL) – (1/Xc)]2 iaitu I = V√ (1/R)2 + [(1/XL) – (1/Xc)]2 Z= 1/ √ (1/R)2 + [(1/XL) – (1/Xc)]2 = tan –1 [- ( IL – Ic)/IR] = -ve oleh itu I mengekori V 1.7.16. DALAM LITAR A.C a. Litar rintangan (resistive circuit) Kuasa, P = VI = I2 R = V2 /R watt
PINDAAN : 0 MUKASURAT 119 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 119 b. Litar induktif (inductive circuit) I mengekori V dengan φ I sin φ 900 luar fasa (out of phase) dengan V - (komponen reactive) I cos φ sefasa dengan V - (komponen active) Aruhan tulen - tiada kuasa diserap (absorb no power). Ini disebut komponen “Wattless” (reactive) Kuasa diserap oleh rintangan sahaja, oleh sebab keadaan luar fasa, maka P = V x I cos φ = V x I (R/Z) = (V/R) x IR = I x IR iaitu , P = I2 R watts c. Litar kapasitif (capacitive circuit) Perintang menggambarkan kehilangan dielektrik (dielectric losses). Kuasa tidak diserap oleh kapasitan tulen.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 120 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 120 P = VI cos φ = I2 R 1.7.17. ANGKADAR KUASA (POWER FACTOR) P.F Hasil darab IV ialah kuasa ketara (apparent power) dan bukan kuasa sebenar bagi litar A.C. Angkadar kuasa bagi litar A.C ialah nisbah di antara kuasa sebenar (true power) kepada kuasa ketara. Iaitu Angkadar kuasa = kuasa sebenar kuasa ketara = W/VA = VI cos φ / VI = Cos φ Bagi sesuatu gelung, angkadar kuasa secara praktikalnya adalah bersamaan dengan I/Q. Kehilangan (losses) boleh dikurangkan dengan menggunakan gelung yang tinggi nilai Q. Bagi litar kapasitif, angkadar kuasa ialah pengukuran bagi kehilangan dielektrik. Iaitu angkadar kuasa = cos φ = kehilangan dielektrik Kapasitor ruang udara - p.f = 0 Ceramic dan mika kapasitor – p.f – rendah Kapasitor kertas - p.f – tinggi Kapasitor elektrolitik – p.f – sederhana 1.7.18. SEGITIGA KUASA(POWER TRIANGLE) a. Litar siri R-L Rajah 1.7.18 (a) Rajah 1.7.18 (b) Dari rajah 1.7.18 (a) V2 = V2 R xI2 ……..V2 I 2 = V2 RI 2 + V2 LI 2 √ ………VI = √ (VRI)2 + (VLI)2 iaitu kuasa ketara (VA) = PR + PL Dari rajah 1.7.18 (b)
PINDAAN : 0 MUKASURAT 121 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 121 Angkadar kuasa = cosφ = kuasa sebenar kuasa ketara Kuasa reaktif = VLI = Volt ampiar reaktif = Var b. Litar selari R-L Kuasa ketara (VA) = PR + PL = (kuasa sebenar ) + (kuasa reaktif) Persamaan yang sama diperolehi bagi kuasa yang dibekalkan kepada litar R-C c. Pembetulan angkadar kuasa (power factor correction) Kebiasaannya, beban bagi satu sistem bekalan elektrik adalah beban induktif, apabila angkadar kuasanya kurang daripada 1.0 (uniti) dan mengekor. Maka untuk pembetulan (memeperbaiki) angkadar kuasa ini, suatu kapasitor mesti disambung dalam keadaan selari dengan bebanan tersebut. d. Keburukan angkadar kuasa yang rendah Angkadar kuasa yang rendah - arus tinggi – akibatnya :- i. kehilangan (line losses) α I2 ii. generator dan transformer yang besar diperlukan iii. kejatuhan voltan adalah besar, maka peraturan tambahan alat diperlikan untuk menetapkan voltan pada limit yang ditentukan. Contoh : Suatu motor satu fasa mengambil arus 8.3A dengan angkadar kuasa 0.866 mengekori bila disambung kepada bekalan 230V, 50Hz. Satu kapasitor disambung selari dengan motor itu. Tujuan sambungan kapasitor tersebut adalah memeperbaiki angkadar kuasa kepada uniti. Tentukan nilai kapasitan. Penyelesaian : Dari rajah vektor : tetapi V = IcXc Iaitu sin 300 = Ic/Im230 = 4.15 x (1/2π x 50 x c)
PINDAAN : 0 MUKASURAT 122 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 122 Ic = Im sin 300 oleh itu,C = 4.15 x (2π x 50 x 230) = 8.3 x (0.5) = 5.743 x 10-5 F = 4.15 A = 57.43 uF 1.8. PENGENALAN KEPADA RLC DALAM LITAR SALUN (RESONANT CIRCUIT) Pengetahuan dalam prinsip elektrik adalah sangat penting bagi seseorang yang ingin mempelajari segala pekerjaan dan perjalanan sesuatu alat elektronik. Segala kaitan yang berhubung dengan elektrik dan elektronik mempunyai unit-unit, sukatansukatan dan lain-lain hal yang berkaitan dengannya. 1.8.1. RESONANS (SALUN) Litar resonans (salun) digunakan dalam litar frekuensi radio bagi menala isyarat a.u yang dikehendaki. Litar resonans untuk mendapatkan frekuensi resonans kerap terdapat panda radio, televisyen , peralatan elektronik dan sistem pemancar. Litar LC iaitu kearuhan dan kapasitans ditala kepada satu frekuensi resonans yang mana kesan resonans berlaku apabila kedua-dua nilai regangan sama. 1.8.2. Kesan perubahan frekuensi dalam litar siri R-L-C i ) Litar rintangan - perubahan frekuensi tidak memberi sebarang kesan ke atas magnitud atau fasa,iaitu I = V/R . R – Garis lurus mendatar (independent ƒ) ii ) Litar induktif - XL = 2πfL → XL α f → garis lurus dan melalui origin iii) Litar kapasitif - Xc = 1/2πfC → Xc α 1/f → rectangular hyperbola Rajah 1.8.2 : Litar RLC b) Formula iaitu :-
PINDAAN : 0 MUKASURAT 123 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 123 Z = R + j (XL – Xc) Z = √[ R2 + (XL – Xc)2 ] Z = √ (R2 +X2 ) Rajah 1.8.2 (b): Graf litar salun c) Apabila :- X = XL – Xc Jika :- XL = Xc X = 0 ∴ Z = R Iaitu arus adalah maksimum Ir = V/R Frekuensi pada keadaan ini “Resonant frekuensi” XL = Xc fr2 = 1/2π2 √LC
PINDAAN : 0 MUKASURAT 124 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 124 2πfrL= 1/ 2πfC fr2 = 1/42π 2 LC d) Panduan Reaktans X = XL – Xc → (hyperbola) dan memotong paksi x pada titik A fr → resonant frekuensi Z = √ R2 + (XL – Xc)2 = √ R2 +X2 bila f rendah → Z tinggi (besar) → Xc > XL (kapasitif) bila f tinggi → Z besar → Xc < XL ( induktif) bila f sederhana → Z = R (minimum) → Xc = XL (rintangan) i. f < fr Xc > XL Z = R + j(XL – Xc) Iaitu Z = R – jX ii. f = fr XL = Xc Z = R + j (XL – Xc) Iaitu Z = R iii. f > fr XL > Xc Z = R + j (XL – Xc) Iaitu Z = R + jX Catatan : i. XL = Xc iaitu (VL – Vc) ii. Z = R (minimum) iii. Imax = V/R iv. fr = 1/2π 2 √LC v. P.f = unity e) Kesan perubahan frekuensi dalam litar selari R-L-C i ) Dalam praktikal :-
PINDAAN : 0 MUKASURAT 125 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 125 ii) Litar dikatakan dalam keadaan salunan bila komponen reaktif bagi arus menjadi kosong. iii) Dari rajah vektor, Panduan komponen reaktif = Ic – IL sin φ L Paduan keadaan salunan, Ic - IL sin φ L = 0 Iaitu Ic = IL sin φ L IL = V/Z 1, sin φ L = XL Ic = V/Xc Z1 V/Xc = V/Z1 x XL/Z1 iaitu Z12 = XL x Xc Z1 2 = wL x wC = L/C ………….. (1) Atau Z1 2 = L/C = R2 + XL 2 = R2 + (2πfL)2 (2πfrL)2 = L/C – R2 2πfr = √ 1/LC – (R/L)2 fr = 1/2π √ 1/LC – R2 / L2 fr = 1/ 2π √LC Jika voltan bekalan diberi sebagai e = Em sin wt Oleh itu arus I = Im sin (wt - φ ) Apabila Im = Em/Z Kuasa = EI cos φ P = VI cos φ = VI x R/Z
PINDAAN : 0 MUKASURAT 126 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 126 Watt = VA x cos φ = (V/Z) x IR = IR = watts di mana cos φ ialah angkadar kuasa (power factor) litar tersebut. 1.8.3. LITAR SESIRI R-C VR = IR E = √VR 2 + Vc 2 = √(IR)2 + (-Ixc)2 VC = IXC = I√R2 + Xc2 Oleh itu, I = E/ √R + Xc2 = E/Z Tan φ = -Vc/ VR = Ixc/IR = -Xc/R ∴ φ = tan-1 ( - Xc / R) Jika voltan bekalaln diberi sebagai e = Em sin wt Oleh itu arus i = Im sin (wt + φ ) Apabila Im = Em/Z f) Faktor – Q bagi litar salun R-L-C (siri) i) Definasi - Nisbah di antara kuasa regangan (Pc atau PL) pada salunan dengan kuasa sebenar Iaitu , Q = VAR / W = KVAR / KW ii) Kuasa regangan I2 XL dan kuasa sebenar = I2 R Q = I2XL / I2R = XL / R = wL / R iii) Pada salunan, f = fr = frekuensi salun = 1/ 2π √LC Q = 2π frL/R = 2π L / 2π R √LC = 1/R √L/C g) Ruang frekuensi (bandwidth) Definasi - perbezaan frekuensi diantara dua titik apabila kuasanya ialah ½ dari kuasa maksimum. P1 = Pr/2 = P2 = PM/2 ………………..(i)
PINDAAN : 0 MUKASURAT 127 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 127 I12R = Ir2R/2 = I22R = IM2R/2 I1 = I2 = 0.0707IM ii)Kuasa maksimum → bila Z = R (iaitu Imax) LATIHAN Jawab soalan di bawah ini. 1 Nyatakan definasi unsure. ………………………………………………………………………………………………………... ………………………………………………………………………………………………………... 2 Berikan 3 kesan arus elektrik. i. …………………………………… ii. …………………………………… iii. …………………………………… 3 Lukiskan litar pengaliran terbuka. ∆f = B = f2 – f1 B = fr/Q
PINDAAN : 0 MUKASURAT 128 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 128 4 Nyatakan jenis-jenis perintang. i. ……………………………… ii. ……………………………… iii. ………………………………. 5 Lukiskan Simbol Perintang. 6 Terdapat 4 jenis perintang dalam perintang tetap. Berikan keempat-empat jenis tersebut. i. ……………………………… ii. ……………………………… iii. ………………………………. 7 Nilai rintangan bagi perintang _________________ boleh diubah-ubah kepada sifar (Ω) sehingga nilai kadaran yang dihadkan. 8 Terangkan keadaan perintang berubah jenis Reostat. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 9 Nyatakan tiga ciri – ciri litar siri. i. ______________________________________________________________________ ii. ______________________________________________________________________ iii. ______________________________________________________________________ 10 Nyatakan formula yang digunakan dalam litar siri untuk mendapatkan nilai :- i . Jumlah Rintangan : _____________________________ ii. Jumlah Arus : _____________________________ 10 Nyatakan formula yang digunakan dalam litar selari untuk mencari nilai :- i . Jumlah Rintangan : _________________________________________ ii . Jumlah Arus : _________________________________________ 11 Berikan tiga ciri – ciri litar selari . i . ____________________________________________________________________ ii . ____________________________________________________________________ iii . ____________________________________________________________________
PINDAAN : 0 MUKASURAT 129 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 129 12 Voltan adalah ________________ merentasi setiap perintang dalam litar selari . 13 Dari litar yang diberi kirakan V1, V2 dan VT. 14 Pemuat terdiri daripada 2 jenis. Berikan jenis-jenis tersebut. i. _______________________ ii. _______________________ 15 Apakah tugas umum pemuat ? _________________________________________________________________________ 16 Lukiskan simbol bagi pemuat. 17 Apakah yang dimaksudkan dengan kemuatan __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 18 Unit bagi kemuatan ialah ________________. 19 Apakah formula untuk mencari nilai kemuatan? 20 Tugas pearuh ialah membenarkan arus terus mengalir dan menghalang __________________. 21 __________________ adalah kebolehan satu-satu litar di mana had daya magnet yang terjadi pada sesuatu litar memindahkan tenaga elektrik kepada lilitan yang berhampiran dengannya. 12V 2k 4k 2k R1 R2 R3 V1 V2
PINDAAN : 0 MUKASURAT 130 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 130 22 Berikan tiga jenis pearuh yang biasa digunakan dalam litar elektronik. i. _________________________ ii. _________________________ iii. _________________________ 23 Diberi gelung L1 = 50mH, L2 = 100mH dan angkali jodoh = 0.6. Cari nilai kearuhan, LT jika :- i. Disambung secara siri ii. Di sambung secara selari membantu iii. Disambung secara selari menentang 24 Nyatakan definasi bagi pengubah (transformer). __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________. 25 Berikan formula bagi mendapatkan :- a. Regangan Induktif : ___________________________ b. Regangan Kapasitif : ___________________________ 26 Kirakan regangan induktif apabila L = 5mH, C = 100 pF dan f = 50 Hz. 27 Kenyataan di bawah merupakan tiga keburukan angkadar kuasa yang rendah KECUALI :- a. Kehilangan (line losses) α I2 b. Generator dan transformer yang besar diperlukan c. Kejatuhan voltan adalah besar, maka peraturan tambahan alat diperlikan untuk menetapkan voltan pada limit yang ditentukan. d. Regangan Induktif bergantung kepada frekuensi. 28 Perbezaan __________________ di antara dua titik apabila kuasanya ialah ½ dari kuasa maksima. 29 ___________________ ialah nisbah di antara kuasa regangan (Pc @ PL) pada salunan dengan kuasa sebenar.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 131 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 131 30 Berikan formula bagi angkadar kuasa ____________________________________ 31 Apakah maksud litar kapasitan (kemuatan) _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 32 Berikan formula untuk mencari XL _______________________________________ 33 Apakah yang dimaksudkan frekuensi salun . _____________________________________________________________________________ 34 Berikan definisi ruang frekuensi (Bandwith ) ______________________________________________________________________________ 35 Apakah yang akan berlaku jika frekuensi tinggi,galangan (Z) besar ? _______________________________________________________________________________ RUJUKAN : 1 GLECEO McgRAW-HILL, BASIC ELECTRONICS (EIGHTH EDITION) 1997 – BERNARD GROB – MUKA SURAT 14 - 752.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 132 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 132 INSTITUSI LATIHAN JABATAN TENAGA MANUSIA KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA MALAYSIA KERTAS PENERANGAN KOD DAN NAMA KURSUS B05 TEKNOLOGI ELEKTRONIK INDUSTRI KOD DAN NAMA MODUL B05-01-02 ELECTRONIC FUNDAMENTAL PENGALAMAN PEMBELAJARAN LE2 CONFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM NO. TUGASAN BERKAITAN 03.01 CONFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM OBJEKTIF PRESTASI AKHIRAN (TPO) TEST OF PASSIVE/ACTIVE COMPONENT AND COMFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM USING MULTIMETER, FUNCTION GENERATOR, CAPASITANCE/ INDUCTANCE METER, IC TESTER AND ETC. SO THAT THE COMPONENT IS INDENTIFIED, MEASURED AND CONDITION DETERMINED FOR FUNCTIONALITY ACCORDING TO STANDARD SPECIFICATION. OBJEKTIF MEMBOLEH (EO) DIAKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- CONFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM USING MULTIMEYTER SERVICES MANUAL ETC. SO THAT POWER RATING IS CONFIRM ED WITHIN TOLERANCES AS SPECIFIED IN OPERATION MANUAL
PINDAAN : 0 MUKASURAT 133 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 133 1. CONFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan konsep pengukuran dan bagaimana ralat didapati daripada ujikaji yang dijalankan. Justeru, padanan sistem bekalan kuasa sebenar dengan kadaran kuasa yang ada pada sesebuah sistem dapat diukur dan dikira toleransinya seperti yang dinyatakan pada manual operasi sistem tersebut 1.1. PADANAN SISTEM BEKALAN KUASA SEBENAR DENGAN KADARAN KUASA Nadi kepada perkakasan sesuatu ujikaji ialah sistem pengukuran. Menerusi sistem pengukuran segala pembolehubah yang berkaitan dengan peralatan yang diuji dikesan. Data yang terkumpul dikurangkan kepada keputusan dalam bentuk nilai berangka. Ukuran ialah satu kerja yang dilakukan bagi mengetahui jarak diantara satu tempat ke satu tempat yang lain, kejituan , ketepatan, kepekaan dan ralat. Setiap pengukuran mempunyai unit-unit tertentu seperti sentimeter, ohmmeter, voltan, Ampere dan sebagainya. Oleh itu kita juga mestilah mengetahui peralatan yang digunakan untuk membuat pengukuran. Barulah perbandingan kadaran kuasa dapat dibuat. Menetukan kadaran kuasa berada dalam toleransi yang dinyatakan pada manual operasi sesebuah sistem amat penting untuk memastikan sistem/alat tersebut berfungsi dengan baik dan tidak rosak. Data-data ialah unsur-unsur maklumat yang diperolehi secara ujikaji, biasanya diungkap dalam bentuk angka. 1.1.1. Nilai sebenar Nilai sebenar ialah magnitud sebenar sesuatu bahan ukur seperti tekanan, halaju, suhu dan sebagainya. Penilaian kuantiti ini mungkin dianggar, tetapi dalam apa juga keadaan tidak mungkin dapat ditentukan dengan sebenarbenar tetap. 1.1.2. Nilai tertunjuk Nilai tertunjuk ialah nilai yang ditunjukkan oleh sistem pengukuran. Ini adalah bekalan data mentah atau data yang direkodkan secara terus. 1.1.3. Jangka (Instrument) Alat untuk menentukan nilai atau magnitud sesuatu kuantiti atau pembolehubah. Secara am, instrument elektronik boleh dikelaskan kepada 2 bahagian iaitu analog dan digital. 1.2. BEKALAN KUASA Bekalan kuasa adalah sumber bekalan kepada sesebuah peranti/ siste untuk membolehkan peranti/sistem tersebut dapat berfungsi. Teradapat pelabgai jenis bekalan kuasa seperti bateri, bekalan kuasa Dc, bekalan kuasa AC dan lain-lain. Kita akan melihat bekalan kuasa pada sebuah sistem PLC. Penggunaan PLC sebagai pengawal
PINDAAN : 0 MUKASURAT 134 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 134 adalah lebih cekap dan berkesan dimana ia mudah dibaikpulih dan ciricirinya yang sentiasa dipertingkatkan dari semasa ke semasa mengikut keperluan manusia. Ia mula diperkenalkan pada 1969 oleh Modicon USA terutamanya dikilang-kilang bagi menggantikan system konvensional seperti sistem Relay. 1.3. KOMPONEN ASAS SEBUAH PLC Komponen asas sebuah PLC terdiri daripada : 1. Power Supply 2. Central Processing Unit (CPU) 3. Input Modules 4. Output Modules 1.3.1. Power Supply Module Power supply pula membekalkan kuasa pada bahagian yang memerlukannya. Ini akan membolehkan processor dan sistem memori dapat beroperasi dengan lancar. Terdapat beberapa jenis modul power supply bergantung pada jenis PLC yang digunakan : • 240V ac • 110V ac • 24V dc • panel/cabinet installation 1.3.2. Power Supply wiring 100 to 240 VAC Power Supply
PINDAAN : 0 MUKASURAT 135 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 135 Rajah 1.3.2 (A) Menunjukkan maklumat tentang bekalan kuasa dan kadaran kuasa yang ada pada PLC jenis CPM1A Rajah 1.3.2 (B) Menunjukkan unit bekalan kuasa pada blok sistem PLC unit. 1.4. KADARAN KUASA Dalam bidang elektrikal dan elektronik, kadaran kuasa pada sesebuah peranti menjadi panduan pengilang kepada pengguna untuk memastikan kuasa maksimum yang boleh dikenakan pada peranti tersebut. Had kuasa biasanya diletakkan lebih rendah daripada had sebenar di mana peranti tersebut akan rosak, sebagai langkah keselamatan. Kadaran kuasa biasanya diberi dalam watts untuk kuasa sebenar dan volt amperes untuk kuasa penggunaan yang dinyatakan pada sesuatu peranti. 1.5. CIRI-CIRI INSTRUMENT : Beberapa ciri perlu dipenuhi oleh setiap instrument/meter semasa proses merekabentuk bagi memastikan instrument/meter tersebut dapat berfungsi dengan baik, cekap dan memuaskan iaitu: 1.5.1. Ketepatan (accuracy) Ketepatan sesuatu sistem pengukuran itu merujuk kepada keupayaan sistem tersebut untuk memberikan nilai tertunjuk yang paling hampir dengan nilai sebenar. Ketepatan juga dikaitkan dengan ralat mutlak , e , biasanya dinyatakan dalam bentuk peratus (%).
PINDAAN : 0 MUKASURAT 136 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 136 1.5.2. Kejituan (precision) Kejituan menerangkan kebolehulangan atau kekerapan sesebuah instrument memberikan bacaan yang sama jika pengukuran dilakukan berulangkali. Sekiranya bacaan yang diambil berulangkali tidak berubah, instrument tersebut dikatakan mempunyai kejituan yang tinggi. Instrument yang tepat, kejituan mesti tinggi. Kejituan yang tinggi tidak semestinya menunjukkan bacaan yang tepat. 1.5.3. Kepekaan (sensitivity) Kepekaan ialah gerakbalas peralatan kepada perubahan masukan atau pembolehubah yang sedang diukur. Jika meter boleh mengesan perubahan yang sangat kecil pada masukan, maka meter itu dikatakan sangat peka. Kelinearan (linearity) Sesebuah sistem dikatakan bersifat linear jika keluarannya adalah berkadaran dengan parameter yang sedang diukur. (Keluaran) α (masukan) 1.5.4. Julat (Range) Merupakan had minimum dan maksimum di mana instrument boleh berfungsi dan biasanya julat sesebuah instrument ditentukan oleh pengeluar instrument tersebut. 1.5.5. Nilai Namaan (Nominal Value) Merupakan suatu nilai (masukan & keluaran) yang telah ditetapkan oleh pengeluar sebagai panduan penggunaan sesuatu instrument. 1.5.6. Pincang (Bias) Ralat malar yang terjadi pada instrument di mana penunjuk tidak bermula dari sifar. 1.5.7. Histerisis (Hysterisis) Perbezaan keluaran antara bacaan menaik dan menurun sesebuah instrument. 1.6. BAGAIMANA PROSES PENGUKURAN DILAKUKAN 1.6.1. Sebelum melakukan proses pengukuran: • Tatacara/kaedah pengukuran:
PINDAAN : 0 MUKASURAT 137 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 137 • Kenalpasti apa parameter yang hendak diukur, bagaimana cara terbaik, berapa banyak pengukuran perlu dibuat dan bagaimana untuk merekodkan hasil pengukuran. • Ciri/sifat parameter: • Harus tahu parameter yang diukur ac atau dc, frekuensi dll. • Kualiti: • Masa dan kos diperuntukkan, keupayaan alatan, pengetahuan pengukuran, hasil/keputusan pengukuran yang sesuai. • Instrument: • Pilih alat yang sesuai samada meter analog/digital/osc/counter dll, perlu pengetahuan dan pengalaman mengendalikan alatan. 1.6.2. Semasa mengendalikan proses pengukuran: Kualiti: Pastikan alatan yang dipilih adalah yang terbaik, kedudukan pengambilan data sesuai, bilangan pengukuran yang diambil mencukupi dan adakah hasil yang diambil boleh dipercayai. Utamakan keselamatan: Kesan kejutan elektrik, kesan beban berlebihan, had alatan, baca manual alatan. Pensampelan: Lihat perubahan parameter semasa pengukuran, nilai mana yang perlu dipilih bila parameter sentiasa berubah, ambil bilangan sampel yang mencukupi dan pastikan perwakilan sampel boleh diterima dan diakui. 1.6.3. Selepas proses pengukuran: Proses pengukuran tidak lengkap sepenuhnya jika hanya data pengukuran diambil. Data mesti dianalisis, secara matematik/statistik dan keputusan mesti dilaporkan dengan lengkap dan tepat. 1.7. RALAT (ERROR) Ralat ditakrifkan sebagai perbezaan antara bacaan yang diberikan oleh instrument/meter dibandingkan dengan nilai sebenar parameter yang diukur. Ralat terjadi akibat daripada beberapa sebab dan boleh dikategorikan kepada 4 iaitu ralat pengguna/kasar, ralat sistematik, ralat rawak dan ralat penghad. 1.7.1. Ralat Mutlak e = [ Yn - Xn ]
PINDAAN : 0 MUKASURAT 138 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 138 di mana; e : Ralat Mutlak Yn : Nilai sebenar Xn : Nilai ukuran/tertunjuk 1.7.2. % Ralat [ Yn - Xn ] % e = ------------ X 100% Yn 1.7.3. iii- Ketepatan Relatif (A) [ Yn - Xn ] A = 1 - ------------- Yn 1.7.4. % Ketepatan Relatif (a) a = 100% - %e 1.8. PIAWAIAN DAN PENENTUKURAN 1.8.1. PIAWAIAN Piawai pengukuran adalah suatu bahan ukuran, instrument ukuran atau sistem ukuran yang digunakan untuk mentakrif, mewujud dan memelihara nilai sesuatu kuantiti untuk dibandingkan dengan lain-lain instrument mengukur. 1.8.2. PENENTUKURAN Penentukuran alat memainkan peranan penting di dalam semua ujikaji. Sebutan penentukuran merujuk kepada perbuatan mengenakan satu nilai input yang diketahui ke atas sistem pengukuran yang dipilih bagi tujuan memerhatikan output sistem berkenaan. Penentukuran juga membolehkan kita menyemak ketepatan sesuatu alat terhadap satu piawai dan seterusnya mengurangkan ralat. Oleh yang demikian di dalam setiap teknik pengukuran, langkah pertama yang perlu ditangani ialah mengenalpasti magnitud ketidakpastian alat. Kita harus sedar bahawa nilai sebenar tidak dapat diketahui dengan ketetapan yang sempurna kerana penentukuran melibatkan perbandingan antara bacaan alat pengukur dengan nilai daripada piawai penentukuran tersebut. KONSEP PENENTUKURAN Di dalam proses penentukuran satu nilai input yang diketahui nilainya dikenakan ke atas sistem pengukuran dan tindakbalas sistem terhadap input tadi diukur ; nilai yang input yang diketahui nilainya disebut nilai piawai. Oleh kerana proses penentukuran itu sendiri merupakan satu
PINDAAN : 0 MUKASURAT 139 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 139 pengukuran maka setiap perancangan ujikaji haruslah mengenalpasti pembolehubah bebas (input) dan pembolehubah bersandar (output) yang perlu diukur. Dengan demikian hubungan di antara input dan output sistem pengukuran dapat dibina. Hubungan di antara input dan output sistem pengukuran sering dijelmakan sebagai plot lengkung penentukuran yang dibentuk dengan menggunakan satu julat input, yang diketahui nilainya, secara berturut-turut ke atas sistem pengukuran dan mengukur magnitud respons atau outputnya. 1.9. PENGGUNAAN KUASA Penggunaan kuasa merupakan kadar penggunaan kuasa bagi sesuatu peranti dan ia adalah pelbagai dengan perbezaan teknologi yang digunakan. Contohnya, monitor CRT biasanya menggunakan kuasa lebih tinggi biasanya 110 watts bagi paparan yang biasa, berbanding dengan penggunaan monitor LCD yang purata penggunaan kuasanya antara 30 hingga 40 watts sahaja. Bagi menjimatkan penggunaan elektrik, kerajaan Amerika Syarikat contohnya telah memperkenalkan Energy star program pada tahun 1992. Ia bertujuan bagi mematikan sementara monitor sehinggalah ada pergerakan pada mouse atau keyboard.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 140 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 140 LATIHAN Jawab soalan di bawah ini. 1. Berikan definasi bagi istilah dibawah ini : i. : Kejituan ii. : Kepekaan iii.: Ketepatan 2. Apakah yang dimaksudkan dengan Ralat. ____________________________________________________________________ 3. Berikan jenis-jenis ralat i. : ii. : iii. : iv. : 3. Apakah yang dimaksudkan dengan kadaran kuasa dan kenapa ianya perlu dinyatakan oleh pengilang pada sesebuah peranti yang dikeluarkan olehnya? RUJUKAN : 1 ASAS ELEKTRIK, PROF. MADYA SALWANI DAUD 1995. 2 http://en.wikipidia.org/wiki/power-supply, POWER SUPPLY, 5 JULAI 2000, 10.00 AM.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 141 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 141 INSTITUSI LATIHAN JABATAN TENAGA MANUSIA KEMENTERIAN SUMBER MANUSIA MALAYSIA KERTAS PENERANGAN KOD DAN NAMA KURSUS B05 TEKNOLOGI ELEKTRONIK INDUSTRI KOD DAN NAMA MODUL B05-01-02 ELECTRONIC FUNDAMENTAL PENGALAMAN PEMBELAJARAN LE3 TEST OF ACTIVE COMPONENT NO. TUGASAN BERKAITAN 07.02 TEST OF ACTIVE PASSIVE COMPONENT OBJEKTIF PRESTASI AKHIRAN (TPO) TEST OF PASSIVE/ACTIVE COMPONENT AND COMFIRM MATCH OF ACTUAL POWER SUPPLY TO RATING OF SYSTEM USING MULTIMETER, FUNCTION GENERATOR, CAPASITANCE/INDUCTANCE METER, IC TESTER AND ETC. SO THAT THE COMPONENT IS INDENTIFIED, MEASURED AND CONDITION DETERMINED FOR FUNCTIONALITY ACCORDING TO STANDARD SPECIFICATION. OBJEKTIF MEMBOLEH (EO) DIAKHIR PEMBELAJARAN PELAJAR MESTI BOLEH :- TEST OF ACTIVE COMPONENT USING I.C TESTER, DOIDE, TRANSISTOR, MULTIMETER ETC SO THAT TERMINAL AND POLARITY INDENTIFIED, FORWAD/REVERS BIAS OF DIODE IS MEASURE AND TRANSISTOR IS CHECKED OF FUNCTIONALITY
PINDAAN : 0 MUKASURAT 142 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 142 2. TEST OF ACTIVE COMPONENT 2.1. PENGENALAN KEPADA SEPARUH PENGALIR (SEMICONDUCTOR) Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan tentang bahan-bahan binaan yang digunakan dalam separuh pengalir yang telah merevolusikan dunia elektronik. Sebelum separuh pengalir diperkenalkan, tiub vakum digunakan secara meluas. Tiub vakum ini mempunyai saiz yang besar, menggunakan kuasa yang tinggi dan harga yang mahal. Untuk mengatasi masalah tersebut, separuh pengalir diperkenalkan. 2.1.1. PENGELASAN BAHAN SEPARUH PENGALIR Bahan-bahan yang digunakan oleh manusia boleh dikategorikan kepada pengalir, penebat dan separuh pengalir. Bahan-bahan ini banyak digunakan dalam pembuatan peranti elektrik dan elektronik. Pengalir ialah bahan yang membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya dengan mudah. Contoh pengalir ialah logam dan cecair elektrolit. Pengaliran arus elektrik berlaku apabila adanya perpindahan elektron dari satu atom ke atom yang lain. Apabila sesuatu atom menerima pertambahan elektron, atom tersebut akan membebaskan elektron ke atom yang berhampiran. Pengalir yang baik akan mengalirkan arus elektrik yang tinggi apabila dibekalkan dengan voltan rendah. Emas merupakan antara pengalir yang terbaik. Walaupun demikian, kuprum biasanya digunakan kerana harganya lebih murah. Kuprum digunakan dalam litar pendawaian domestik dan industri. Penebat ialah bahan yang tidak membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya. Kebanyakan penebat digunakan sebagai bahan untuk menghindarkan pengaliran arus elektrik dan haba berlaku. Sebagai contoh, bahan ini digunakan sebagai pembalut dawai dan pemegang pada alatan pengguna. Separuh pengalir ialah unsur atau sebatian yang mempunyai rintangan antara penebat dan pengalir. Rintangannya tidaklah serendah pengalir dan tidak pula setinggi penebat. Rintangan separuh pengalir bergantung pada bendasing (impurities) atau dopan yang dicampurkan dengan unsur ini. Separuh pengalir mengalirkan arus elektrik dengan dua jenis pembawa cas iaitu elektron dan lubang. Unsur separuh pengalir yang biasa digunakan ialah germanium, silikon dan selenium. Unsur separuh pengalir yang lain ialah antimoni, boron, karbon, sulfur dan telurium. Sesetengah sebatian adalah separuh pengalir. Contohnya galium arsenida, indium antimonida dan beberapa oksida logam. 2.1.2. BINAAN ATOM Semua bahan di muka bumi ini terdiri daripada gabungan zarah-zarah yang dinamakan atom. Molekul pula terbentuk daripada gabungan atom. Bahan yang terbina daripada molekul dari atom yang sama dinamakan unsur manakala bahan yang terbina daripada molekul dari atom yang berlainan dinamakan sebatian. Setiap atom terdiri daripada nukleus dan elektron. Nukleus terletak di tengahtengah atom. Proton bercas positif manakala neutron tidak bercas. Nukleus dikelilingi oleh elektron yang berada di dalam orbit seperti yang ditunjukkan dalam rajah 1.1.2.(i). Elektron-elektron ini bercas negatif.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 143 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 143 Rajah 1.1.2.(i) Binaan atom Elektron-elektron di sekeliling nukleus tersusun mengikut susunan yang tertentu. Orbit yang terdekat dengan nukleus dinamakan orbit pertama. Kemudian diikuti oleh orbit yang kedua dan seterusnya. Susunan elektron mengikut orbit ialah 2, 8, 18,….., dan 2N2. N ialah kedudukan orbit. Rajah 1.1.2.(ii) menunjukkan kedudukan elektron bagi atom silikon dan atom germanium. Bagi memudahkan penerangan, binaan yang ringkas digunakan. Binaan ringkas ini hanya terdiri daripada teras atom (nukleus) dan orbit luaran. Rajah 1.1.2.(iii) menunjukkan binaan ringkas atom silikon dan germanium. Jumlah elektron pada orbit luaran digunakan bagi menentukan elektron valensi sesuatu atom. Oleh sebab atom silikon dan germanium mempunyai empat elektron pada orbit luaran, maka atom ini mempunyai empat elektron valensi. Separuh pengalir hakiki mempunyai empat elektron valensi. Oleh itu, atom separuh pengalir hakiki dinamakan atom tetravalen. Rajah 1.1.2.(ii) Binaan atom silikon dan germanium P N Orbit Elektron ( - ) Nukleus Proton ( + ) Dan Neutron a.Atom Silikon b. Atom Germanium