Apa itu Impedansi dan Bedanya dengan Resistansi?

Impedansi dan resistansi adalah dua istilah dalam dunia elektronika dan kelistrikan yang menggambarkan hambatan terhadap aliran arus listrik. Namun, keduanya memiliki perbedaan mendasar yang penting dipahami, terutama ketika membahas komponen AC (arus bolak-balik) dan DC (arus searah).  

Apa itu Impedansi dan Bedanya dengan Resistansi? 

 

1. Impedansi

Impedansi (Z) adalah jumlah hambatan total dalam rangkaian arus bolak-balik (AC). Berbeda dengan resistansi murni, impedansi mencakup komponen resistif (R) dan reaktif (X), yaitu reaktansi induktif (Xₗ) dan reaktansi kapasitif (X꜀). Impedansi tidak hanya mempengaruhi besar arus, tetapi juga fase arus terhadap tegangan.

Komponen Impedansi

Impedansi dirumuskan dalam bilangan kompleks:  

 

di mana:  

- R = Resistansi (Ohm)  

- X = Reaktansi (Ohm)  

  - (Reaktansi Induktif)  

  - (Reaktansi Kapasitif)  

- j = Bilangan imajiner (√-1)  

Perbedaan Impedansi AC dan DC

- DC: Impedansi = Resistansi (karena frekuensi = 0, reaktansi hilang).  

- AC: Impedansi sangat tergantung pada frekuensi sinyal, serta nilai induktansi dan kapasitansi dalam rangkaian.

Artinya, pada rangkaian DC, karena tidak ada perubahan arus secara periodik (frekuensi = 0), maka komponen seperti induktor dan kapasitor tidak memberikan pengaruh terhadap hambatan. Oleh karena itu, impedansi pada rangkaian DC sama dengan resistansi murni.  

Reaktansi induktif dan kapasitif mengikuti rumus:

- Induktor: Xₗ = 2πfL, yang berarti semakin tinggi frekuensi, semakin besar hambatan dari induktor.

- Kapasitor: X꜀ = 1 / 2πfC, artinya semakin tinggi frekuensi, semakin kecil hambatan dari kapasitor.

Karena dua efek ini, impedansi dalam AC menjadi bersifat kompleks dan berubah-ubah terhadap frekuensi. Sebagai contoh, dalam frekuensi tinggi, frekuensi induktif akan meningkat, sedangkan reaktansi kapasitif akan menurun. Hal ini menyebabkan arus bisa melewati kapasitor dengan mudah, tetapi sulit melewati induktor. Pada frekeunsi rendah, kapasitor akan bersifat seperti hambatan tinggi, sedangkan induktor seolah menjadi kawat pendek (low impendance). Inilah sebabnya dalam sistem elektronik seperti audio, komunikasi RF, atau power supply switching, perancangan impedansi sangat penting. Mismatch impedansi bisa menyebabkan pantulan sinyal, distorsi, dan kerugian daya.

2. Resistansi

Resistansi sendiri adalah hambatan murni yang menahan aliran arus listrik dalam sistem DC. Tidak dipengaruhi oleh frekuensi karena tidak ada komponen reaktif. Besarnya resistansi diukur dalam satuan Ohm (Ω) dan dilambangkan dengan R, serta hanya mempertimbangkan sifat konduktif suatu bahan, seperti pada resistor. Semakin tinggi nilai resistansi, maka arus yang dapat mengalir dalam rangkaian

dengan tegangan tertentu akan semakin kecil, sesuai Hukum Ohm.

Hukum Ohm dan Resistansi

Menurut Hukum Ohm, resistansi didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan (V) dan arus (I):  

Resistansi murni hanya terdapat pada rangkaian DC, di mana arus mengalir dalam satu arah. Pada rangkaian AC, resistansi tetap ada, namun kinerjanya dipengaruhi juga oleh keberadaan induktor dan kapasitor.

Faktor yang Mempengaruhi Resistansi

- Jenis Material 

    - Konduktor, seperti tembaga atau aluminium memiliki resistansi yang sangat rendah, membuatnya cocok digunakan dalam jalur arus utama atau power line.

    - Semikonduktor, seperti silikon dan germanium memiliki resistansi menengah yang dapat diubah tergantung kondisi eksternal (cahaya, tegangan, suhu).

    - Isolator, seperti karet dan plastik, memiliki resistansi sangat tinggi sehingga hampir tidak menghantarkan arus.

Contoh: Kabel listrik menggunakan tembaga karena resistansinya sangat rendah daripada logam lain. 

- Panjang Konduktor

    - Semakin panjang suatu penghantar, semakin besar resistansi karena arus menempuh jalur lebih jauh dan mengalami lebih banyak tumbukan elektron.

    - Hubungan resistansi dengan luas penampang berbanding terbalik: semakin besar luas kawat, semakin kecil nilai resistansinya (R ∝ 1/A).

Contoh: Kabel sepanjang 10 meter akan memiliki resistansi dua kali lebih besar daripada kabel 5 meter dari bahan dan diameter yang sama.

 - Luas Penampang

    - Semakin besar luas penampang kawat, semakin kecil resistansinya, karena elekron memiliki lebih banyak "jalur" untuk lewat tanpa bertabrakan. 

    - Hubungan resistansi dan luas penampang bersifat invers  R∝A1

Contoh: kawat berukuran AWG 14 memiliki hambatan listrik yang lebih rendah dibandingkan kawat AWG 22 jika keduanya terbuat dari bahan yang sama (misalnya tembaga).​

- Suhu

    - Untuk konduktor logam, suhu yang meningkat menyebabkan resistansi naik karena getaran atom semakin kuat dan menghambat gerakan elektron.

    - Untuk semikonduktor, suhu yang meningkat justru bisa menurunkan resistansi karena lebih banyak elektron bebas yang tersedia. 

 Contoh: Komponen elektronik seperti resistor presisi akan berubah nilai resistansinya jika terkena suhu tinggi, sehingga sering dilengkapi nilai TCR (Temperature Coefficient of Resistance).

 

Baca juga : Kenapa Tegangan Bisa Turun Saat Rangkaian Dihidupkan?

 

Reaktansi: Komponen Kunci Impedansi

 

a. Reaktansi Induktif (Xₗ)

Reaktansi induktif adalah hambatan yang dihasilkan oleh sebuah induktor ketika dialiri arus bolak-balik (AC). Hambatan ini tidak muncul dalam arus searah (DC), karena medan magnet pada induktor hanya terbentuk saat terjadi perubahan arus. Terjadi pada induktor (kumparan). Rumus:  

 

di mana:  

- $X_L$ Ω)

- f = Frekuensi (Hertz, Hz)

- L = Induktansi (Henry, H)

Sifat Reaktansi Induktif

- Semakin tinggi frekuensi atau induktansi, semakin besar nilai reaktansinya.

- Pada frekuensi tinggi, induktor akan semakin menghambat arus.

b. Reaktansi Kapasitif (X꜀)

Reaktansi kapasitif adalah hambatan yang diberikan oleh kapasitor terhadap arus AC. Tidak seperti induktor, hambatan ini justru semakin menurun saat frekuensi sinyal meningkat. Terjadi pada kapasitor. Rumus:  

di mana:  

- $X_C$ = Reaktansi induktif (Ohm,  Ω) 

- f = Frekuensi (Hertz, Hz)  

- C = Kapasitansi (Farad)

Sifat Reaktansi Kapasitif

- Semakin tinggi frekuensi atau besar nilai kapasitansi, maka reaktansi kapasitifnya semakin kecil.

- Arus mendahului tegangan 90°. 

- Pada frekuensi nol (DC), reaktansi kapasitif sangat besar, sehingga kapasitor bersifat seperti open circuit. 

 

Impedansi dalam Rangkaian Seri dan Paralel

 

a. Rangkaian Seri RLC

Impedansi total:  

b. Rangkaian Paralel RLC 

 

Admitansi (Y = 1/Z):  

 

Perbedaan Impedansi dan Resistansi

 

 

Aplikasi Impedansi dalam Dunia Nyata

 

Impedansi (Z) merupakan hambatan total terhadap arus bolak-balik (AC), dan sangat penting dalam desain sistem elektronik dan listrik. Berikut beberapa contoh aplikasinya:

1. Audio System

    - Impedansi speaker (misalnya 4Ω atau 8Ω) sangat penting untuk matching dengan amplifier.

    - Jika impedansi speaker terlalu rendah, amplifier bisa terbebani berlebih dan panas.

    - Matching impedansi membantu mencapai daya maksimal tanpa distorsi suara.

Contoh: Amplifier 8Ω sebaiknya dihubungkan ke speaker 8Ω, bukan 4Ω, agar tetap aman dan efisien.

2. Transmisi Sinyal RF (Radio Frequency)

    - Sistem RF seperti antena, kabel coaxial, dan pemancar menggunakan impedansi standar (biasanya 50Ω atau 75Ω).

    - Jika impedansi tidak cocok (mismatch), akan terjadi refleksi sinyal yang menyebabkan hilangnya daya dan gangguan komunikasi.

Contoh: Kabel coaxial 50Ω harus dihubungkan ke antena dan pemancar dengan impedansi yang sama untuk meminimalkan Standing Wave Ratio (SWR).

3. Power Grid (Jaringan Listrik)

    - Impedansi dalam saluran transmisi mempengaruhi drop tegangan dan efisiensi daya.

    - Desain saluran distribusi dan trafo mempertimbangkan impedansi untuk mengurangi rugi-rugi daya (losses).

Contoh: Jaringan 20kV – 150kV menggunakan penghitungan impedansi saluran dan trafo untuk memastikan efisiensi pengiriman daya jarak jauh.

4. Filter Elektronik

    - Rangkaian LC (induktor-kapasitor) menggunakan perubahan impedansi pada berbagai frekuensi untuk menyaring sinyal.

    - Digunakan dalam filter low-pass, high-pass, band-pass, dll.

Contoh: Rangkaian audio dan komunikasi menggunakan filter impedansi untuk menghilangkan noise atau memilih sinyal tertentu.

Cara Mengukur Impedansi dan Resistansi

 

- Mengukur Resistansi

    - Gunakan multimeter dalam mode Ω (Ohm).

    - Cocok untuk komponen pasif seperti resistor dan pemeriksaan koneksi.

    - Tips: Pastikan rangkaian tidak diberi tegangan saat mengukur resistansi, agar hasilnya akurat

- Mengukur Impedansi

Impedansi melibatkan resistansi (R) + reaktansi (induktif dan kapasitif), sehingga butuh alat khusus:

a. LCR Meter

     - Mengukur Z, L, C, dan R secara langsung pada frekuensi tertentu.

    - Cocok untuk karakterisasi komponen pasif seperti induktor dan kapasitor.

b. Osiloskop + Generator Sinyal AC

    - Digunakan untuk mengamati perbedaan fasa antara tegangan dan arus.

    - Dari amplitudo dan pergeseran fasa, impedansi dapat dihitung secara manual.

Contoh perhitungan:
Jika diketahui arus dan tegangan, serta beda fasa φ:

Z=VI,dengan sudut fasa ϕZ = \frac{V}{I}, \quad \text{dengan sudut fasa } \phiZ=IV​,dengan sudut fasa ϕ

Contoh Perhitungan Impedansi

 

Contoh 1: Rangkaian RLC Seri

Diketahui:  

- R = 10Ω  

- L = 0,1H →

- C = 100µF →

Maka impedansi total:  

 

 

Contoh 2: Rangkaian RC Paralel

Diketahui:  

- R = 100Ω  

- C = 10µF →

Admitansi:  

 

 

Impedansi:  

 

Baca juga : Mengapa Resistor Tidak Memiliki Polaritas? Ini Penjelasannya 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!