Ebook: James W Nilson and Susan A Riedel, Electric Circuits Ninth (9th) Edition

Book Title	Electric Circuits 9th Edition
Author	James W. Nilson and Susan A. Riedel
ISBN	0-13-611499-7
ISBN-13	978-0-13-611499-4
Publication Year	2011

for Electric Circuits

Buku karya James W. Nilson (Professor Emeritus & Iowa Statate University) dan Susan A. Riedel (Marquette University) ini merupakan buku yang menjadi salah satu pedoman untuk belajar rangkaian listrik. Buku dengan total 794 halaman (822 keseluruhan) ini memuat 18 bab materi. Selain itu, buku ini juga menyediakan beberapa soal yang sudah terjawab (solved probem) yang dapat digunakan sebagai sarana belajar selain soal-soal yang belum terjawab (unsolved problem).

Isi buku:

Bab 1 Circuit Variables

Berisi variabel-variabel dasar pada rangkaian listrik seperti arus listrik (I – ampere), tegangan (V – volt), daya (P – watt), energi (W – joule). Dalam bab ini juga kembali mengulas satuan-satuan SI (Standar Internasional) yang telah dipelajari saat SMP, seperti panjang (L – meter), massa (m – kilogram), waktu (t – detik), dan lain-lain.

Bab 2 Circuit Elements

Berisi pembahasan tentang karakteristik sumber tegangan, sumber arus, dan resistor. Banyak sistem praktis dapat dimodelkan hanya dengan sumber dan resistor, untuk kemudian dilakukan analisi rangkaian. Hal ini merupakan titik awal untuk mempelajari dan memahami teknik dasar analisis rangkaian.

Bab 3 Simple Resistive Circuits

Jika dalam Bab 2 dilakukan analisis rangkaian sederhana, maka dalam bab ini penerapan analisis dilakukan pada rangkaian yang lebih komplek. Kompleksitas yang lebih besar terletak pada jumlah elemen yang lebih banyak dengan interkoneksi yang lebih rumit. Bab ini berfokus pada pengurangan/penyederhanaan rangkaian menjadi rangkaian yang lebih sederhana.

Bab 4 Techniques of Circuit Analysis

Berisi teknik analisis rangkaian yang membantu dalam analisis struktur rangkain yang kompleks, yaitu metode tegangan-simpul (node-voltage method) dan metode arus-mesh (mesh-current method). Selain itu, bab ini  juga membahas teknik-teknik lain untuk menyederhanakan rangkaian. Bab ini menjelaskan bagaimana menggunakan reduksi seri-paralel, transformasi ∆-ke-Y, transformasi sumber dan rangkaian equivalen Thevenin dan Norton.

Bab 5 The Operational Amplifier

Berisi tentang operational amplifier (penguat operasional) dan penjelasan komponen berupa dioda dan transistor. Sebagai catatan, bab ini berfokus pada perilaku terminal dari penguat operasional dan tidak terlalu membahas struktur internal dari penguat atau pada arus dan tegangan yang ada dalam struktur ini. Yang penting untuk diingat adalah bahwa perilaku internal dari penguat bertanggung jawab atas hambatan tegangan dan arus yang dikenakan pada terminal.

Bab 6 Inductance, Capacitance, and Mutual Inductance

Berisi tentang komponen induktor dan kapasitor. Termasuk didalamnya adalah induktansi, kapasitansi, kombinasi seri maupun paralelnya, dan induktansi bersama. Induktor adalah komponen listrik yang menentang setiap perubahan arus listrik. Perilaku induktor didasarkan pada fenomena yang terkait dengan medan magnet. Sedangkan kapasitor adalah komponen listrik yang terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator atau dielektrik. Kapasitor adalah satu-satunya perangkat selain baterai yang dapat menyimpan muatan listrik.

Bab 7 Response of First-Order RL and RC Circuits

Berisi analisis rangkaian yang hanya terdiri dari sumber, resistor, dan (salah satu) induktor atau kapasitor, atau disebut juga konfigurasi rangkaian RL (resistor-inductor) dan RC (resistor-kapasitor). Jika pada bab 6 dikatakan bahwa atribut penting dari induktor dan kapasitor adalah kemampuan mereka untuk menyimpan energi, maka dalam bab ini dipaparkan cara menentukan arus dan voltase yang muncul ketika energi dilepaskan atau diperoleh oleh induktor atau kapasitor sebagai respons terhadap perubahan mendadak pada voltase dc atau sumber arus.

Analisis rangkaian RL dan RC dibagi menjadi tiga fase. Pada fase pertama, pertimbangan arus dan tegangan yang muncul ketika energi yang tersimpan dalam induktor atau kapasitor tiba-tiba dilepaskan ke jaringan resistif. Pada fase kedua, pertimbangan arus dan tegangan yang muncul ketika energi diperoleh oleh induktor atau kapasitor karena aplikasi tiba-tiba dari tegangan dc atau sumber arus (step response). Proses untuk menemukan respons alami dan langkah adalah sama; dengan demikian, dalam fase ketiga, dikembangkan metode umum yang dapat digunakan untuk menemukan respons rangkaian RL dan RC terhadap setiap perubahan mendadak pada tegangan dc atau sumber arus.

Bab 8 Natural and Step Responses of RLC Circuits

Berisi tentang respons alami (natural response) dan respons langkah (step response) dari rangkaian RLC paralel dan rangkaian RLC seri. Selain itu, dalam bab ini juga dibahas terkait rangkaian dengan 2 penguat (amplifier) yang terintegrasi.

Bab 9 Sinusoidal Steady-State Analysis

Berisi tentang bagaimana jika suatu rangkaian dialiri oleh voltase atau sumber arus yang berbeda-beda secara sinusoidal (rangkaian sinusoidal). Termasuk didalam analisis sinusoidal adalah bagaimana mengembangkan persamaan pemodelan yang tepat dan bekerja dengan bilangan kompleks.

Bab 10 Sinusoidal Steady-State Power Calculations

Berisi tentang perhitungan daya sinusoidal dalam kondisi steady-state, terutama daya rata-rata yang dikirim ke atau dipasok dari sepasang terminal sebagai akibat dari tegangan dan arus sinusoidal. materi lain, seperti daya reaktif, daya kompleks, daya semu, dan konsep nilai rms dari sinusoid juga akan disajikan.

Bab 11 Balanced Three-Phase Circuits

Berisi pembahasan terkait sistem rangkaian tiga fase. Karena alasan ekonomi, sistem tiga fase biasanya dirancang untuk beroperasi dalam keadaan seimbang. Sehingga, pembahasan bab ini hanya mempertimbangkan rangkaian yang seimbang. Analisis rangkaian tiga fase yang tidak seimbang sangat bergantung pada pemahaman tentang sirkuit seimbang.

Struktur dasar dari sistem tiga fase terdiri dari sumber tegangan yang terhubung ke beban melalui transformator dan saluran transmisi. Untuk menganalisisnya, rangkaian disederhanakan menjadi sumber tegangan yang terhubung ke beban melalui saluran. Karakteristik yang menentukan dari sirkuit tiga fase seimbang adalah adanya satu set tegangan tiga fase seimbang pada sumbernya. Dimulai dengan mempertimbangkan tegangan-tegangan ini, lalu hubungan tegangan dan arus untuk sirkuit Y-Y dan Y-∆, baru setelah itu masuk bagian bagian daya dan pengukuran daya.

Bab 12 Introduction to the Laplace Transform

Berisi tentang transformasi Laplace, karakteristik terkait, metode sistematis untuk mentransformasikan dari domain waktu ke domain frekuensi, juga inverse transform-nya.

Bab 13 The Laplace Transform in Circuit Analysis

Berisi tentang transformasi Laplace pada rangkaian. Termasuk didalamnya adalah bagaimana langkah penulisan persamaan integrodifferensial domain-waktu dan mengubahnya kedalam domain s (s-domain), model rangkaian s-domain untuk resistor, induktor, dan kapasitor, hukum Ohm dan Kirchhoff dalam konteks s-domain, penerapan metode transformasi Laplace ke berbagai masalah rangkaian, dan inverse transform. Selain itu, dipaparkan juga fungsi transfer sebagai metode analisis. Fungsi transfer untuk sirkuit tertentu adalah rasio transformasi Laplace dari outputnya ke transformasi Laplace inputnya.

Bab 14 Introduction to Frequency Selective Circuits

Berisi tentang analisis efek dari berbagai sumber frekuensi pada tegangan dan arus rangkaian, disebut juga dengan respons frekuensi (frequency response). Respons rangkaian tergantung pada jenis elemen di sirkuit, cara elemen-elemen tersebut terhubung, dan impedansi elemen-elemen tersebut. Meskipun memvariasikan frekuensi sumber sinusoidal tidak mengubah tipe elemen atau koneksinya, namun dapat mengubah impedansi kapasitor dan induktor, karena impedansi elemen-elemen ini adalah fungsi frekuensi. Dengan demikian, pemilihan elemen-elemen rangkaian, nilai-nilainya, dan koneksi-koneksinya ke elemen-elemen lain secara teliti memungkinkan untuk membuat rangkaian yang dapat mengalirkan sinyal input ke output yang berada dalam kisaran frekuensi yang diinginkan. Rangkaian tersebut disebut dengan rangkaian frekuensi-selektif (frequency-selective circuits). Banyak perangkat yang berkomunikasi melalui sinyal listrik, seperti telepon, radio, televisi, dan satelit, menggunakan rangkaian ini.

Rangkaian frekuensi-selektif dapat dianggap sebagai filter karena kemampuannya untuk menyaring sinyal input tertentu berdasarkan frekuensi. Sebagai catatan, tidak ada rangkaian frekuensi-selektif praktis yang dapat dengan sempurna menyaring frekuensi yang dipilih. Alih-alih  filter akan melemahkan atau mengurangi efek sinyal input di luar frekuensi yang diinginkan. Dalam bab ini, akan dipaparkan terkait low-pass filters, high-pass filters, bandpass filters, dan bandreject filters.

Bab 15 Active Filter Circuits

Berisi tentang rangkaian filter dengan menggunakan rangkaian aktif, yaitu op amp. Dalam bab ini, dipaparkan beberapa dari banyak rangkaian filter yang menggunakan op amp. Rangkaian op amp dapat mengatasi kelemahan dari rangkaian filter pasif (terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor). Selain itu, juga dipaparkan bagaimana rangkaian filter op amp dasar dapat digabungkan untuk mencapai respons frekuensi spesifik dan mencapai respons filter yang hampir ideal.

Bab 16 Fourier Series

Berisi tentang analisis Fourier yang digunakan untuk analisis gelombang periodik non sinusoidal. Salah satu alat yang dirancang untuk menghasilkan bentuk gelombang periodik nonsinusoidal adalah osilator elektronik. Selain itu, generator fungsi mampu menghasilkan gelombang persegi, gelombang segitiga, dan gelombang persegi panjang,

Bab 17 The Fourier Transform

Berisi tentang Transformasi Fourier yang memperluas deskripsi domain frekuensi dari fungsi periodik (Fourier Series) ke fungsi yang tidak periodik. Transformasi Fourier sangat berguna dalam teori komunikasi tertentu dan untuk pemrosesan sinyal.

Bab 18 Two-Port Circuits

Berisi tentang rangkaian dua terminal (Two Ports) yang berbeda dengan Thevenin atau Norton. Analisis ini berguna ketika sinyal diumpankan ke dalam sepasang terminal, kemudian setelah diproses oleh sistem, diekstraksi pada pasangan terminal kedua. Pasangan terminal disebut sebagai port sistem karena mewakili titik-titik di mana sinyal dimasukkan atau diekstraksi. Dalam bab ini, rangkaian yang digunakan hanya yang memiliki satu port input dan satu port output.

***

Catatan: Ebook ini digunakan sebagai salah satu acaun dalam pembelajaran Teknik Elektro Dasar. Anda dapat melihat buku terkait di sini, dan materi terkait di sini.