76926534-laporan-rlc

5/14/2018 76926534-laporan-RLC - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/76926534-laporan-rlc 1/4

ANALISIS GEJALA PERALIHAN PADA RANGKAIAN RLC

Vitriany Ekasari

1109100051 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Percobaan analisis gejala peralihan pada rangkaian RLC bertujuan untuk membandingkan sinyal output

dengan sinyal input. Pada percobaan ini digunakan osiloskop dan berbagai rangkaian yang terdiri dari Resistor,

Kapasitor, dan induktor. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan perbedaan sinyal input dan

output. Hal ini disebabkan karena terjadinya gejala transien (adanya proses mengalir tidaknya arus pada rangkaian),

selain itu osiloskop dapat menggambarkan sniyal keluaran sumber tegangan, dan osiloskop dapat menggambarkan

amplitudo dan frekuensi sinyal input dan output.

Kata Kunci : Rangkaian RLC, Osiloskop, gejala transien.

1. Pendahuluan

Dalam rangkaian listrik, terdapat komponen – komponen elektronik, seperti resistor, inductor, dan

kapasitor. Ketiga komponen tersebut akan menunjukkan

gejala yang berbeda ketika dirangkai dengan rangkaian

yang tidak sama. Gejala ini dapat diamati dengan

menggunakan osiloskop. Akan terjadi perbedaan gambar

sinyal jika tanpa resistor/ inductor/ kapasitor. Oleh

karena itu praktikum ini dilakukan untuk mengamati

sinyal keluaran dari tegangan output. Osiloskop

digunakan dalam praktikum ini untuk mengetahui

sinyal keluaran dari sumber tegangan. Arus dapat

mengalir akibat adanya beda potensial. Beda potensial,dapat digambarkan dalam suatu sinyal litrik oleh

beberapa alat. Salah satunya adalah osiloskop. Dalam

osiloskop. tegangan output berupa garis sinyal dalam

suatu diagram kartesian dengan hubungan antara

tegangan dan waktu. sniyal / gambar yang terbentuk

dalam osiloskop, tergantung pada sumber tegangannya,

AC atau DC .

2. Dasar Teori

2.1 Gejala Peralihan (Transien)Gejala transien adalah periode peralihan selama

arus-arus cabang dan tegangan-tegangan elemen

berubah dari nilai semula menjadi nilai baru akibat dari

perubahan sumber tegangan atau perubahan elemen-

elemen rangkaian. Dan stelah transien berlalu, keadaan

rangkaian disebut tunak (steady state). Pada saat terjadi

transien, komponen-komponen dalam sistem tenaga

listrik mengalami tekanan yang sangat besar berupa arus

dan tegangan. Tegangan yang ditimbulkan berupa

tegangan lebih transien dan magnitudenya dapat

mengakibatkan kerusakan pada komponen sistem.[1]

Gambar 1.1 Gejala Transien pada kapasitor

2.2 Arus Transien dalam Rangkaian RC

Gambar 2.1 Rangkaian RC

Menurut Hukum Kirchoff dalam rangkaian diatas

berlaku:

Dan dengan penurunan secara matematis diperoleh:

Seperti yang kita lihat nanti, konstanta ini adalah

arus awal atau arus pada t=0, sehingga:

Dengan I0 merupakan arus maksimum yang nilainya

menurut Hukum Ohm adalah E/R. Persamaan terakhir

ini menggambarkan bagaimana perilaku arus listrik jikadalam rangkaian terdapat kapasitor. Semakin lama arus

akan semakin kecil, proses ini disebut arus transien

(sementara). Arus transien terjadi karena kapasitor



membutuhkan waktu untuk memenuhi dirinya dengan

muatan dan sebaliknya juga terjadi dalam proses

mengosongkan dirinya dari muatan.

2.3 Arus Transien dalam Rangkaian RL

Gambar 2.3 Rangkaian RL

Sesuai dengan Hukum Kirchoff II maka berlaku

persamaan:

tanda negatif pada induktor menunjukkan bahwa

tegangan induksi pada induktor berlawanan dengan arah

polarisasi (arah kutub + dan ─) baterai, dengan demikiankita peroleh perubahan arus listrik terhadap waktu dalam

rangkaian RL diatas sebagai berikut:

bila persamaan diferensial ini diselesaikan dengan syarat

awal t = 0, i = 0, makadiperoleh persamaan:

)

2.2 OsiloskopOsiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang

dapat memetakan sinyal listrik. Pada kebanyakanaplikasi, grafik yang ditampilkan memperlihatkan

bagaimana sinyal berubah terhadap waktu.[3]

Gelombang

listrik yang dihasilkan biasanya tercata secara visual

pada layar. osiloskop ada dua macam, yakni osiloskop

tipe analog (ART-analog real time oscilloscope) dan

osiloskop tipe digital (DSO-digital storage

oscilloscope)[4]

.

3. MetodologiPeralatan yang digunakan dalam percobaan ini

diantaranya sebuah osiloskop, dua buah resitor 100 ohm,

sebuah induktor 2,5 mH dan sebuah kapasitor 10µF,generator function, serta beberapa kabel penjepit buaya.

Percobaan dibagi menjadi 6 rangkaian, dimana untuk

tiap rangkaian dapat dilihat pada analisa data. Frekuensi

sinyal input dan V input diatur pada frekuensi 500 Hz

dan amplitudo 5 Volt dengan menggunakan sinyal

generator, kemudian sinyal masukan dihubungkan ke

Ch.1 osiloskop dan sinyal keluaran ke Ch.2, lalu diukur

pembacaan sinyal input Vin dan sinyal output V0ut pada

osiloskop dan frekuensi dari sinyal tersebut.

Skema Rangkaian

1. Rangakaian RL

2. Rangkaian RC

3. Rangkaian RLC

4. Rangkaian RLC

5. Rangkaian RLC

6. Rangkaian RLC

4. Analisa Data dan PembahasanData hasil percobaan dapat dilihat pada lampiran.

Pembahasan

1.Rangkaian RLDiperoleh gambar sinyal masukan berbentuk

sinyal kotak hal ini dikarenakan sumber sinyal masukanyang digunakan adalah arus AC dengan Vin 5 volt dan

frekuensi 500 Hz, Ketika dilewatkan pada resistor dan

Induktor sinyal keluaran menghasilkan sinyal dengan

bentuk sinyal yang menurun secara fungsi eksponensial,

Pada rangkaian ini terjadi High pass filter yaitu tapis

lolos tinggi, Hal ini diakibatkan dari sifat inductor yang

menghasilkan Induktansi kumparan, arus yang mengalir

dalam kumparan tidak hanya dihambat oleh reaktansi

induktif melainkan resistivitas dari kawat kumparan

juga. Pada inductor, ketika ada arus yang melalui

kumaparan inductor tersebut, timbul medan magnet

yang dapat menghasilkan arus bolak balik dalam

kumparan tersebut, sehingga pada rangkaian ini terdapat

tambahan arus dari inductor. Hubungan antara arus dan

tegangan adalah hubungan yang berbanding lurus

R1

100Ω

L1

2.5mH

1

2

3

R2

100Ω

6 4

C1

10uF

7

5

R4

100Ω C2

10uF

1312

L3

2.5mH

11

14

L2

2.5mH

C3

10uF R3

100Ω

8 9

10

R5

100Ω

C4

10uF L4

2.5mH

15

17

16

L5

2.5mH

R6

100Ω

R7

100Ω

C5

10uF

19

20

1821



sehingga tegangan output pada rangakaian ini semakin

besar. Hal inilah yang menyebabkan data amplitodu dan

frekuensi pada rangkaian RL ini lebih besar dari pada

tegangan input. Adapun besar konstanta waktu pada

percobaan ini adalah – R/L yang bernilai 4.104

nilai ini

bila di eksponensialkan akan menghasilkan nilai yang

sangat besar. Pergeseran fase dan arus tergantung dari

frekuensi inductor dan resistivitas dalam kumparan,

semakin besar frekuensi, besar R tidak berpengaruh.Berdasarkan gambar rangkaian RL kita dapat

menghitung berapa besar arus yang masuk mula-mula

dalam rangkaian ini sebagai Im= 0.05 Ampere. Besar

arus ini dikarenakan arus baru masuk melalui resistor

baru kemudian menuju inductor. Karena nilai

-3=7.854 . nilai ini sangat kecil sekali

bila dibandingkan dengan nilai dari resistor. Sudut fase

impedansi terhadap arus sebesar

Karena sudut fase antara impedansi terhadap arus

hamper mendekati nol berarti pada rangkaian ini yang

berpengaruh adalah resistor saja. Reaktansi induktif

bergantung secara linier pada frekuensi . berarti pada

percobaan ini frekuensi yang digunakan termasuk

frekuensi rendah karena nilai XL yang mendekati nol.

Sehingga besarnya arus maksimun yang digunakan oleh

rangkaian ini sebesar IL=

Ampere. Nilai

arus yang sangat besar sekali.nilai arus yang besartersebut dapat dijelaskan dengan menganalisa inductor

sebagai kumparan yang dapat menyimpan energy

magnet yang dapat menambahnya besarnya arus bolak-

balik dalam inductor tersebut. Energy yang tersimpan

dalam inductor tersebut sebesar E =

2

=5x10-4

Watt

2. Rangkaian RC

Rangkaian 2 ini menggambarkan Low pass filter

atau tapis lolos rendah, Pada frekuensi rendah besar

tegangan output hampir sama dengan tegangan input.

Dan jika frekuensi naik, bagian input yang diteruskan keoutput akan berkurang. Sinyal input yang semula

berbentuk sinyal kotak berubah menjadi sinyal segitiga,

hal ini dikarenakan sifat dari kapasitor yang mampu

menyimpan muatan. Pada saat itu kapasitor mengalami

proses pengisian dan pelucutan muatan keadaan ini

disebut gejala transien.

Pada rangkaian ini diperoleh tegangan output

yang ebih kecil dari pada tegangan input, hal ini

dikarenakan secara fungsi matematis kita dapat

menganalisis tegangan output menjadi lebih kecil

daripada tegangan input berdasarkan grafik fungsieksponensial yang semakin menurun dan mendekati nol.

Adapun konstanta waktu yang positif memberikan

respon amplitude tegangan positif. Amplitudo yag

timbul semakin besar bila konstanta waktunya semakin

kecil. Dengan besar konstanta waktu pada percobaan ini

adalah 1 / RC yang bernilai 1000

3.Rangkaian RLC

Berdasarkan gambar rangkaian arus masuk

menuju resistor dan inductor, pada inductor arus yang

masuk mengalami penambahan arus dari gejala GGL

pada inductor, GGL inilah yang menyebabkan amplitude

tegangan menjadi tinggi, pada saat arus melewatiresistor, besarnya arus ini tidak mengalami perubahan

yang signifikan karena sifat resistor sebagai

penghambat. Ketika arus melewati kapasitor, sebagian

arus ada yang disimpan dalam bentuk energy, hal ini

mengakibatkan bentuk sinyal output seperti pada

gambar. Amplitude tegangan yang semula meningkat

secara signifikan pada amplitude maksimum kemudian

menurun tetapi pada nilai tertententu amplitude tersebut

menggambarkan nilai saturasi, baru kemudian menurun

dan kembali membentuk sinyal periodik.

Frekuensi tidak mengalami perubahan yang

signifikan pada rangkaian ini. Tegangan output padarangkaian ini sangat kecil yaitu sebesar 0.148 Volt. Hal

ini dimungkinkan akibatnya timbulnya factor redaman

pada rangkaian tersebut.

Pada rangkaian ini arus yang masuk terbagi, ada

yang menuju kapasitor dan inductor, lalu bersatu

kembali dan melalui resistor. Pada sinyal output dari

rangkaian ini menghasilkan sinyal yang hampir sama

dengan sinyal rangkaian 3. Frekuensi output hanya

sedikit mengalami perubahan, nilainya naik sedikit.

Sedangkan pada tegangan output, nilai nya lebih besar

dari pada rangkaian 3. Nilainya berkisar 1.1 Volt

Rangkaian RLC merupakan rangkaian lolos pita atauband pass filter. Pada rangkaian ini nilai arus bergantung

pada impedansi dan . Z =102.8 Ω. Dan ω= 1000π.Sehingga arus maksimum Im=0.048 Ampere.

sudut fase

Pada rangkaian RLC yang lain, dibedakan dengan

mengganti letak komponen tersebut dalam rangkaian..

Pada rangkaian ini frekuensi output tidak mengalami

perubahan yang besara terhadap frekuensi input. Akan ,

tetapi tegangan output, tetap kecil yaitu sekitar 1.12

Volt. Menurunya tegangan output ini dikaitkan dengan

adanya factor redaman pada rangkaian RLC, baik itu

rangkaian RLC seri maupun parallel. Tinggi sinyal pada

rangkaian ini hanya bergantung pada harga R untuk

eksitasi amplitude konstan, lebar kurva dan kecuraman

sisi-sisinya tergantung pada harga kapasitor dan

inductor.

Daftar pustaka[1]

Marhunadi A.R, 1990, Teori Rangkaian ( Dasar –

Dasar ), Penerbit Erlangga, Jakarta.[2]Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya.

ITB. Bandung[3]

Wilianto,Edi.1990. Elektronika. Jurusan Fisika

FMIPA ITS. Surabaya



[4]Laboratorium Instrumentasi dan Elektronika Jurusan

Fisika, (2011), Modul praktikum Analisis Gejala

Peralihan pada Rangkaian RLC, Fisika ITS.

.

76926534-laporan-rlc

Documents