mekatron.docx

14
Muhammad Faris Tugas Mekatronika 1006758565 RANGKAIN SIRKUIT RLC Rangkaian RLC adalah rangkaian yang terdiri dari resistor, induktor,dan kapasitor, dihubungkan secara seri atau paralel. Mengapa di namakan RLC, karena nama ini menjadi simbol listrik biasa untuk ketahanan, induktansi dan kapasitansi masing- masing. Rangkaian ini membentuk osilator harmonik dan akan beresonansi hanya dalam cara yang sama sebagai rangkaian LC. Perbedaan dari rangkaian ini terlihat dari resistor, yang di mana setiap osilasi disebabkan di sirkuit akan mati dari waktu ke waktu jika tidak terus berjalan dengan sumber. Ini efek dari resistor yang disebut redaman. Resistensi dari beberapa resistor tidak dapat di hindari di sirkuit nyata, bahkan jika resistor tidak secara khusus dimasukkan sebagai komponen. Sebuah sirkuit LC murni adalah suatu ideal yang benar-benar hanya ada dalam teori. Ada banyak penggunaan untuk sirkuit ini. Sirkuit RLC ini digunakan dalam berbagai jenis rangkaian osilator. Penggunaan lainnya adalah untuk tuning, seperti di penerima radio atau televisi, di mana digunakan untuk memilih kisaran sempit frekuensi dari gelombang radio ambien. Dalam perannya ini sirkuit sering disebut sebagai sirkuit tuned. Sebuah sirkuit RLC dapat digunakan sebagai band-pass filter, band filter-stop filter, low-

Upload: aldi-suyana

Post on 05-Dec-2014

37 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

nn

TRANSCRIPT

Page 1: mekatron.docx

Muhammad Faris Tugas Mekatronika1006758565

RANGKAIN SIRKUIT RLC

Rangkaian RLC adalah rangkaian  yang terdiri dari resistor, induktor,dan kapasitor, dihubungkan secara seri atau paralel. Mengapa di namakan RLC, karena nama ini menjadi simbol listrik biasa untuk ketahanan, induktansi dan kapasitansi masing-masing. Rangkaian ini membentuk osilator harmonik dan akan beresonansi hanya dalam cara yang sama sebagai rangkaian LC.

Perbedaan dari rangkaian ini terlihat dari resistor, yang di mana setiap osilasi disebabkan di sirkuit akan mati dari waktu ke waktu jika tidak terus berjalan dengan sumber. Ini efek dari resistor yang disebut redaman. Resistensi dari beberapa resistor tidak dapat di hindari di sirkuit nyata, bahkan jika resistor tidak secara khusus dimasukkan sebagai komponen. Sebuah sirkuit LC murni adalah suatu ideal yang benar-benar hanya ada dalam teori.

Ada banyak penggunaan untuk sirkuit ini. Sirkuit RLC ini digunakan dalam berbagai jenis rangkaian osilator. Penggunaan lainnya adalah untuk tuning, seperti di penerima radio atau televisi, di mana digunakan untuk memilih kisaran sempit frekuensi dari gelombang radio ambien. Dalam perannya ini sirkuit sering disebut sebagai sirkuit tuned. Sebuah sirkuit RLC dapat digunakan sebagai band-pass filter, band filter-stop filter, low-pass filter atau high-pass. Penggunaan tuning, misalnya, adalah contoh dari band-pass filter. Filter RLC digambarkan sebagai rangkaian orde kedua, yang berarti bahwa setiap tegangan atau arus pada rangkaian dapat dijelaskan oleh persamaan diferensial orde kedua dalam analisis rangkaian.

Ketiga unsur sirkuit dapat dikombinasikan dalam beberapa topologi yang berbeda. Ketiga elemen secara seri atau ketiga elemen secara paralel adalah sederhana dalam konsep dan paling mudah untuk menganalisis. Salah satu masalah yang sering dihadapi dalam Sirkuit RLC adalah kebutuhan untuk memperhitungkan resistensi induktor. Induktor biasanya dibangun dari gulungan kawat, resistansi yang biasanya tidak diinginkan, tetapi sering kali memiliki dampak yang signifikan di sirkuit.

Page 2: mekatron.docx

Suatu sirkuit RLC disebut sebagai second-order circuit sebagai voltase atau arus dalam suatu sirkuit dapat dijelaskan dengan suatu second-order persamaan diferensial sirkuit analisis.

Configurasi

Setiap sirkuit RLC dibentuk dari dua komponen: sebuah sumber tenaga dan resonator. Terdapat dua jenis resonator-LC seri dan LC paralel. Hasilnya, ada empat konfigurasi sirkuit RLC:

LC seri dengan sumber tenaga Thévenin LC seri dengan sumber tenaga Norton LC paralel dengan sumber tenaga Thévenin LC paralel dengan sumber tenaga Norton.

Rangkaian RLC Seri (Series RLC Sircuit)V - tegangan dari sumber dayaI - arus dalam rangkaianR - perlawanan resistorL - induktansi dari induktorC - kapasitansi kapasitorDalam rangkaian seri ada 3 kemungkinan yang terjadi, yaitu :XL> maka tg θ positif berarti tegangan mendahului arus (rangkaian bersifat induktif).XC XLXC maka rangkaian bersifat induktifX=XL

Rangkaian RLC Paralel (Paralel RLC Sircuit)Sifat dari rangkaian RLC paralel dapat diperoleh dari hubungan dualitas sirkuit listrik dan mengingat bahwa RLC paralel adalah impedansi dual dari rangkaian RLC. V - tegangan dari sumber daya I - arus dalam rangkaian R - perlawanan resistor L - induktansi dari induktor C - kapasitansi kapasitor IR=VS/R IC=VS/XC ICL=IC-IL IT=√(〖IR〗^2+〖IC〗^2 ) θ=〖tan〗^(-1) (ICL/IR) Z=V/I 

Untuk mengetahui suatu rangkaian tersebut merupakan RLC seri atau RLC paralel, dapat diketahui dengan mematikan seluruh sumber tegangan. Kemudian sederhanakan komponen yang paralel atau seri, menjadi nilai ekivalennya.

Page 3: mekatron.docx

Arus AC & DC

Arus listrik (I) adalah aliran muatan listrik yang terjadi karena adanya perbedaan potensial dalammedan listrik. Beda potensial dapat dihasilkan oleh sel baterai atau generator, yang mengakibatkan arus listrik mengalir dalam rangkaian.

Arus listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Arus Searah dan Arus Bolak-Balik. Arus Searah (DC – Dirrect Current) adalah arus yang mengalir dalam satu arah. Sedangkan Arus Bolak-Balik (AC – Alternating Current) adalah arus yang arahnya dalam rangkaian berubah-ubah (sinusoidal) dalam selang waktu yang teratur. Arus Bolak-Balik ditimbulkan oleh gaya gerak listrik yang berubah-ubah. Video di bawah ini adalah tentang bagaimana sebuah generator AC (alternator) bekerja, walaupun tidak menghasilkan tegangan yang besar. magnet yang berputar dekat solenoida dapat menghasilkan sinyal AC yang terdeteksi pada osiloskop-komputer.

Arus bolak-balik dan gaya gerak listrik biasanya dinyatakan dengan harga rata-rata danefektif. Harga rata-rata dari tegangan dan arus bolak-balik dapat ditentukan dengan mengambil setengah periode dari gelombang sinusoidal (π). Sedangkan harga efektif dari arus dan tegangan bolak-balik didefinisikan sebagai nilai sedemikian rupa sehingga menghasilkan energi kalor rata-rata yang sama pada arus searah yang melewati hambatan R. Harga efektif merupakan harga yang terbaca pada alat ukur voltmeter maupun amperemeter AC (multimeter).

Alat pengukur arus dan tegangan bolak-balik, yang dapat mengukur serta mempelajari beda potensial dapat menggunakan multimeter maupun osiloskop (CRO – Cathode Ray Oscilloscope). Perbedaan yang diberikan oleh kedua alat ukur ini terletak pada hasilnya. Multimetermenghasilkan alat (meteran) yang dapat menunjukkan penyimpangan pada skala sesuai dengan besarnya arus dan tegangan. Adapun osiloskop menghasilkan bintik pada layar flouresensi berupa grafik sinusoidal yang diakibatkan dari tembakan sinar katode yang mengenai belakang layar secara berulang-ulang sehingga menghasilkan jejak yang nampak pada bagian depan layar.

Listrik untuk keperluan rumah tangga dan industri dihasilkan dari stasiun pembangkit listrik oleh generator-generator besar yang menghasilkan listrik bolak-balik pada frekuensi 50 herz dan 60 herz. Arus bolak-balik tak seperti arus searah, dapat secara mudah diubah untuk menghasilkan beda potensial yang lebih besar atau kecil dengan menggunakan transformator (step up – step down). Ini berarti bahwa tegangan tinggi dapat digunakan untuk transmisi, yang dapat mengurangi kehilangan daya dalam kabel transmisi. Pasokan listrik ke rumah-rumah terdiri dari dua kabel dari substasiun (gardu listrik) untuk mengalirkan arus listrik bolak-balik dan ada kabel kabel tambahan (arde) yang dihubungkan ke bumi sebagai tindakan pengamanan.

Page 4: mekatron.docx

Komponen Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan. sebuah kapasitor pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar satu sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator yang sering disebut dielektrik.Bahan dielektrik tersebut dapat mempengaruhi nilai dari kapasitansi kapasitor tersebut. adapun bahan dielektrik yang paling sering dipakai adalah keramik, kertas, udara, metal film dan lain-lain.Fungsi dari kapasitor :* Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus dc dapat dimanfaatkan untuk memisahkan 2 buah rangkaian yang saling tidak berhubungan secara dc tetapi masih berhubungan secara ac(signal), artinya sebuah kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubng antara 2 rangkaian yang berbeda.* Kapasitor berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian power supply, yang saya maksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar kapasitor yaitu dapat menyimpan muatan listrik yang berfungsi untuk memotong tegangan ripple.* Kapasitor sebagai penggeser fasa.* Kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian oscilator.* Kapasitor digunakan juga untuk mencegah percikan bunga api pada sebuah saklar.

Komponen Dioda

Dioda adalah semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N. Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik.

Fungsi Dioda :•    Penyearah, contoh : dioda bridge•     Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener•     Pengaman /sekering•    Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level  sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu•    Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen dc kepada suatu sinyal ac.•     Pengganda tegangan.•     Sebagai indikator, yaitu LED (light emiting diode)•     Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier•     Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo•    Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor.

 

Page 5: mekatron.docx

Komponen Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

Fungsi Transistor :

•    Transistor sebagai Saklar

Dengan mengatur bias sebuah transistor sampai transistor jenuh, maka seolah akan didapat hubung singkat antara kaki kolektor dan emitor. Dengan memanfaatkan fenomena ini, maka transistor dapat difungsikan sebagai saklar elektronik.

•    Transistor Sebagai Penguat ArusFungsi lain dari transistor adalah sebagai penguat arus. Karena fungsi ini maka transistor bisa dipakai untuk rangkaian power supply dengan tegangan yang di set. Untuk keperluan ini transistor harus dibias tegangan yang konstan pada basisnya, supaya pada emitor keluar tegangan yang tetap. Biasanya untuk mengatur tegangan basis supaya tetap digunakan sebuah dioda zener.

•    Transistor sebagai penguat sinyal ACSelain sebagai penguat arus, transistor juga bisa digunakan sebagai penguat tegangan pada sinyal AC. Untuk pemakaian transistor sebagai penguat sinyal digunakan beberapa macam teknik pembiasan basis transistor. Dalam bekerja sebagai penguat sinyal AC, transistor dikelompokkan menjadi beberapa jenis penguat, yaitu: penguat kelas A, penguat kelas B, penguat kelas AB, dan kelas C.•    Fungsi kapasitor pada input dan output penguat adalah untuk mengisolasi penguat terhadap pengaruh dari tegangan DC eksternal penguat. Hal ini berdasarkan karakteristik kapasitor yang tidak melewatkan tegangan DC.

Page 6: mekatron.docx

RESISTANSI, REAKTANSI DAN IMPEDANSI  

Resistansi, reaktansi dan impedansi merupakan istilah yang mengacu pada karakteristik dalam rangkaian yang bersifat melawan arus listrik.  Resistansi merupakan tahanan yang diberikan oleh resistor.  Reaktansi merupakan tahanan yang bersifat reaksi terhadap perubahan tegangan atau perubahan arus.  Nilai tahanannya berubah sehubungan dengan perbedaan fase dari tegangan dan arus.  Selain itu reaktansi tidak mendisipasi energi.  Sedangkan impedansi mengacu pada keseluruhan dari sifat tahanan terhadap arus baik mencakup resistansi, reaktansi atau keduanya.  Ketiga jenis tahanan ini diekspresikan dalam satuan ohm

 

INDUKTOR DAN KAPASITOR

Induktor melawan arus yang melaluinya dengan

cara menurunkan tegangan berbanding lurus

dengan laju perubahan arus.  Menurut hukum

Lenz tegangan terinduksi akan selalu dalam

polaritas yang sedemikian rupa menjaga nilai

arus seperti pada sebelumnya.  Dengan demikian

ketika arus meningkat, tegangan terinduksi akan

melawan aliran elektron, sedangkan ketika arus

menurun polaritas akan berbalik dan mendorong

aliran elektron.  Oposisi terhadap aliran ini

disebut sebagai reaktansi.  Hubungan antara

tegangan yang diturunkan dengan laju perubahan

arus melalui induktor

IJadi tegangan yang diturunkan pada induktor

merupakan reaksi terhadap perubahan arus yang

melaluinya.  Karena sebuah induktor

menurunkan tegangan berbanding lurus dengan

laju perubahan arus maka reaktansinya juga akan

bergantung pada frekwensi alternating current. 

Formulanya adalah:

Berbeda dengan induktor, kapasitor

Page 7: mekatron.docx

mengijinkan arus untuk melewatinya berbanding

lurus dengan laju perubahan tegangan.  

Hubungan tersebut dinyatakan sebagai: 

Arus yang melalui kapasitor merupakan

reaksi dari perubahan tegangan pada kapasitor

tersebut.  Karena kapasitor menghantarkan arus

berbanding lurus dengan laju perubahan tegangan

maka juga berbanding lurus dengan frekwensi. 

Oleh karena itu reaktansinya akan berbanding

terbalik dengan frekwensi alternating current. 

Formulanya adalah

PERHITUNGAN PADA RANGKAIAN RLC

  Pada rangkaian RLC, hukum Ohm tetap memenuhi untuk digunakan dalam

perhitungan.  Akan tetapi operasi aritmatiknya tetap mengikuti kaidah dalam

perhitungan vektor kompleks.  Teknik perhitungan pada rangkaian RLC ini akan lebih

jelas dari contoh-contoh berikut.

 

Contoh Soal 1.  Rangkaian Resistansi MurniHitung kuat arus (rms) dan gambarkan tegangan, arus dan daya terhadap waktu dari rangkaian resistansi berikut

Jawab: Impedansi dari rangkaian ini hanya mencakup resistansi.  

atau ditulis sebagai 60W pada sudut 0o (arus dan tegangan berada pada fase yang sama).Perlu diingat bahwa E adalah nilai rms, sehingga demikian arusnya dapat dihitung sebagai:

 

 

Page 8: mekatron.docx

     Karena tegangan dan arus pada satu fase (selalu sama tanda) sehingga daya sesaat yang dihasilkan adalah selalu positif.  Hal ini berarti resistansi R mengkonsumsi energi.

Contoh Soal 2.  Rangkaian Induktansi MurniHitung kuat arus (rms) dan gambarkan tegangan, arus dan daya dari rangkaian berikut

Jawab: Impedansi dari rangkaian ini hanya mencakup reaktansi.  

atau ditulis sebagai 60.319W pada sudut 90o (tegangan dan arus berbeda fase 90o).  Dengan demikian arusnya dapat dihitung sebagai:

       Karena tegangan dan arus pada fase yang berbeda sehingga daya sesaat yang dihasilkan adalah bernilai positif dan negatif secara bergantian.  Daya yang bernilai negatif menunjukkan bahwa daya dilepas kembali oleh induktor ke rangkaian.  Karena perbedaan positip dan negatip besarnya sama dan dalam waktu yang sama maka resultannya adalah nol.  Oleh karena itu kalau sumbernya adalah generator maka daya akan dikembalikan ke sumber sehingga tidak perlu energi mekanis untuk menggerakkan generator dan induktor tidak menjadi panas (sebagaimana yang terjadi pada beban resistif).  

Page 9: mekatron.docx

Contoh Soal 3.  Rangkaian Seri pada RLC

Hitung impedansi total dan tegangan pada masing-masing resistor, induktor dan kapastior dari rangkaian SERI resistansi-induktansi-kapasitor berikutJawab:  Impedansi dari rangkaian ini hanya mencakup resitansi, reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif.

oleh karena itu

  atau  pada 0o

 

 atau   pada 90o

 atau   pada � 90o

 atau   pada sudut -80.68o

 Dengan tegangan total adalah   

atau   pada sudut 0o

 Sehingga arusnya adalah:   pada sudut (0-(-80.68))o= 80.68o, atau dalam bilangan kompleks ditulis

sebagai:     Karena rangkaian seri, maka besarnya arus pada ketiga komponen adalah sama sehingga masing-masing tegangan adalah

atau  19.434 V pada sudut 80.68o

atau 19.048 V pada sudut 170.68 o

atau 137.46 V pada sudut -9.3199o

 Contoh Soal 4.  Rangkaian Paralel pada RLC

Page 10: mekatron.docx

Hitunglah impedansi total dan kuat arus dari masing-masing resistor, induktor dan kapasitor dari rangkaian PARALEL resistansi-induktansi-kapasitor berikutJawab:Karena rangkaiannya adalah paralel, maka tegangan pada masing-masing komponen R, L dan C adalah sama dengan tegangan total

   atau   pada sudut 0o.

Karena tahanan masing-masing adalah

 atau   pada 0o

 atau   pada 90o

 atau   pada � 90o

maka kuat arus pada masing-masing R, L dan C adalah

 pada sudut

0oatau   

 pada sudut =-90oatau 

 pada sudut =90oatau 

 Sedangkan I total adalah

atau

 pada sudut -41.311o