impedance (Impedansi), yang disimbolkan dengan Z, adalah besarnya hambatan yang diberikan oleh suatu komponen, rangkaian, atau sistem elektronik terhadap arus listrik bolak-balik (AC) maupun searah (DC). Impedansi ini merupakan besaran vektor (dua dimensi) yang terdiri dari dua komponen skalar (satu dimensi), yaitu resistansi dan reaktansi. Dalam perhitungan impedansi, resistansi mewakili bagian real, sedangkan reaktansi adalah bagian imajiner.
Impedansi vs. Resistansi
Resistansi (dilambangkan dengan R) merupakan salah satu komponen dari impedansi, tepatnya bagian real dari impedansi. Ini menunjukkan seberapa besar suatu material menghambat pergerakan elektron antar atomnya, sehingga menghambat arus listrik dalam rangkaian. Semakin mudah elektron mengalir, maka resistansinya makin kecil. Nilainya selalu positif dan dinyatakan dalam satuan ohm.
Material dengan resistansi rendah disebut konduktor, karena mampu menghantarkan listrik dengan baik. Contohnya:
- Tembaga (Copper)
- Perak (Silver)
- Emas (Gold)
- Aluminium
Material dengan resistansi tinggi dikenal sebagai isolator atau dielektrik, dan kurang baik dalam menghantarkan listrik. Contohnya:
- Polietilena
- Mika
- Kaca
- Porselen
- Karet
- Plastik
Material dengan resistansi sedang disebut sebagai semikonduktor. Salah satu contoh paling umum adalah silikon. Beberapa contoh lainnya:
- Germanium
- Gallium arsenide
- Gallium nitride
- Indium phosphide
- Graphene
- Pyrite
Fenomena resistansi bisa ditemukan baik di arus AC maupun DC. Tapi untuk sinyal AC yang kompleks, impedansi lebih cocok digunakan karena mempertimbangkan frekuensi. Dalam konteks arus DC, nilai resistansi dan impedansi biasanya sama.
Rumus dasar untuk resistansi dan impedansi sebenarnya sama: R = V/I dan Z = V/I, di mana V adalah tegangan (volt) dan I adalah arus (ampere).
Satuan untuk keduanya adalah ohm. Bedanya, resistansi tidak terpengaruh oleh perubahan frekuensi. Jika kita tambahkan reaktansi, maka rumus impedansi akan menjadi lebih kompleks karena harus memperhitungkan kapasitansi dan induktansi yang sangat bergantung pada frekuensi. Hal ini sangat berguna untuk aplikasi seperti speaker audio, karena performanya bisa berubah tergantung nilai impedansi.
Impedansi vs. Reaktansi
Reaktansi, dengan simbol X, adalah ukuran sejauh mana komponen elektronik menyimpan dan melepaskan energi saat arus dan tegangan berubah-ubah dalam setiap siklus AC. Sederhananya, ini adalah hambatan terhadap arus listrik, tapi khusus untuk sinyal AC.
Sama seperti resistansi, reaktansi juga dinyatakan dalam ohm. Tapi reaktansi ini hanya muncul pada arus AC, bukan DC. Impedansi, karena terdiri dari resistansi dan reaktansi, maka dituliskan sebagai bilangan kompleks yang mencakup informasi besarannya dan juga fasa.
Ketika sinyal AC melewati komponen dengan reaktansi, energi bisa disimpan dan dilepaskan sebagai medan magnet (reaktansi induktif, +jXL) atau sebagai medan listrik (reaktansi kapasitif, –jXC).
Reaktansi biasanya dikalikan dengan bilangan imajiner j (akar dari -1), sehingga bentuk umum impedansi menjadi R + jXL (jika induktif) atau R – jXC (jika kapasitif).
Kenapa Impedansi Penting?
Dalam rangkaian listrik, impedansi menunjukkan seberapa besar hambatan terhadap aliran arus. Ini penting karena bisa memengaruhi kualitas keluaran dari perangkat atau rangkaian itu sendiri.
Contohnya, dalam perangkat audio seperti speaker: kalau impedansi speaker lebih tinggi dari impedansi keluaran amplifier, maka output volumenya akan menurun karena arus tidak bisa mengalir maksimal. Dibutuhkan daya lebih besar untuk mengatasinya.
Sebaliknya, headphone dengan impedansi rendah bisa menghasilkan volume lebih tinggi karena hambatan lebih kecil. Tapi kalau impedansinya tinggi, maka butuh sinyal yang lebih kuat untuk mendapatkan volume yang sama.
Representasi Visual: Resistansi, Reaktansi, dan Impedansi
Gambar 1 memperlihatkan bidang koordinat kompleks. Sumbu horizontal menunjukkan resistansi (R), sedangkan sumbu vertikal atas menunjukkan reaktansi induktif (+j) dan bawah menunjukkan reaktansi kapasitif (-j).
Contoh: Jika R = 4 ohm dan reaktansi induktif = 5 ohm, maka Z = 4 + j5.
Jadi, nilai Z adalah vektor dari titik pusat (0,0) ke titik (4, 5) dalam bidang kompleks.
Menghitung Impedansi pada Rangkaian Seri
Dalam rangkaian RLC seri, nilai resistansi dan reaktansi ditambahkan secara terpisah (R = Resistor, L = Induktor, C = Kapasitor).
Contoh 1. Jika ada resistor 100 ohm diseri dengan induktor pada frekuensi 4 MHz, dan induktansinya 10 H, maka:
ZRL = R + jXL = 100.00 ohm + j251.33 ohm
Contoh 2. Kalau diganti dengan kapasitor 0.001 F dan tetap 100 ohm resistor, maka:
ZRC = R – jXC = 100.00 ohm – j39.789 ohm
Contoh 3. Kalau ketiganya (R, L, dan C) digabung dalam seri, maka reaktansi dijumlahkan:
ZRLC = 100 + j251.33 – j39.789 = 100 ohm + j211.5 ohm
Ini setara dengan resistor 100 ohm yang diseri dengan induktor yang reaktansinya +j211.5 ohm.
Pada 4.0000 MHz, nilai ini setara dengan induktansi 8.415 H jika dihitung balik dari rumus reaktansi induktif.
Menghitung Impedansi pada Rangkaian Paralel
Rangkaian RLC paralel sedikit lebih rumit dibandingkan rangkaian seri, apalagi untuk menghitung induktansi secara kompleks.
Untuk mempermudah, reaktansi kapasitif dan induktif dikonversi jadi susceptance, yaitu kebalikannya. Susceptance digabung dengan konduktansi (kebalikan dari resistansi) untuk mendapatkan admitansi kompleks, yaitu kebalikan dari impedansi kompleks.
Penjelasan ini masih sangat dasar dan sederhana. Untuk pemahaman lebih mendalam tentang konsep ini serta pengaruhnya pada sistem kelistrikan nyata, disarankan untuk membaca buku referensi atau teks elektronik tingkat menengah.