rlc

Rangkaian Seri R-L, R-C dan R-L-C

Kompetensi Dasar

4.6 Memecahkan masalah terkait rangkaian Arus bolak-balik AC dalam kehidupan sehari-

Hari

Tujuan Percobaan

Mempelajari sifat tegangan bolak balik pada rangkaian seri hambatan (R), kumparan (L) dan

Kapasitor (C)

Rumusan Masalah

Bagaimanakah sifat dari tegangan bolak-balik pada rangkaian seri hambatan (R), kumparan (L)

dan Kapasitor (C) ?

Teori Singkat

Sumber tegangan AC merupakan bentuk tegangan yang membentuk grafik sinusiodal

sehingga pada waktu tertentu bernilai positif atau bernilai negative namun dalam kenyataannya

tegangan tersebut tetap berniali positif karena fase tersebut sangat cepat. Sifat rangkaian seri dari

sebuah resistor dan sebuah induktor yang dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik

sinusioda adalah terjadinya pembagian tegangan di (VR), (VL) dan (VC) secara vektoris.

Arus (i) yang mengalir pada hubungan seri adalah sama besar. Arus (i) tertinggal 90

derajad terhadap tegangan induktor (VL). Tidak terjadi perbedaan fasa antara tegangan jatuh pada

resistor (VR) dan arus (i). Gambar dibawah memperlihatkan rangkaian seri R-L-C dan hubungan

arus (i), tegangan resistor (VR), tegangan kapasitor (VC) dan tegangan induktor (VL) secara

vektoris.

Gambar di bawah ini merupakan rangkaian seri RL (a), RC (b), dan RLC (c).

Suatu alat listrik arus bolak-balik dapat juga memiliki berbagai macam reaktansi, seperti

misalnya hubungan seri yang terdiri dari resistor (R), reaktansi induktif (XL) dan raktansi

kapasitif (XC). Dengan demikian besarnya tegangan total (v) sama dengan jumlah dari tegangan

pada resistor (VR), kapasitor (VC) dan tegangan pada induktor (VL). Dengan banyaknya tegangan

dengan bentuk gelombang yang serupa, sehingga terjadi hubungan yang tidak jelas. Oleh karena

itu hubungan tegangan lebih baik dijelaskan dengan menggunakan diagram fasor.

Melalui ketiga resistansi (R), (XL) dan (XC) mengalir arus (i) yang sama. Oleh sebab itu

fasor arus diletakkan pada t = 0. Tegangan (v) pada resistor (R) berada satu fasa dengan arus (i).

Tegangan (VL) pada reaktansi induktif (XL) mendahului sejauh 90o terhadap arus (i), sedangkan

tegangan (VC) pada reaktansi kapasitif (XC) tertinggal sejauh 90o terhadap arus (i). Kedua

(a) (b) (c)

tegangan reaktif mempunyai arah saling berlawanan, dimana selisihnya ditunjukkan sebagai

tegangan (VS). Tegangan total (Vtot) merupakan fasor jumlah dari tegangan (VL) dan tegangan

(VC) sebagai hasil diagonal persegi panjang antara tegangan (VL) dan tegangan (VC). dimana

persamaannya adalah :

√V R2 + (V L−V C )2

Alat dan Bahan yang digunakan

Kumparan 1000 lilitan 1 buah

Hambatan tetap 100 Ω 1 buah

Kapasitor 1 µF 1 buah

Papan rangkaian 1 buah

Saklar 1 buah

Jembatan penghubung 1 buah

Inti besi I 1 buah

Kabel penghubung merah 2 buah

Kabel penghubung hitam 2 buah

Multimeter 1 buah

Audio Function generator (AFG) 1 buah

Langkah-langkah Percobaan

Kegiatan 1 : Rangkaian R-L

Persiapan Perangkat

1. Buatlah rangkaian seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut di atas papan kit

Saklar pada posisi terbuka (posisi 0)

Inti besi I dimasukkan kedalam kumpaan L

Resistor (R) disusun seri dengan kumparan (L)

Sebuah multimeter digunakan sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 V AC

2. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati/off)

Pilih skala tegangan 10 x 10 m Vrms

Pilih bentuk gelombang (wave from) sinusoidal

Pilih frekuensi awal 100 Hz (10x10 Hz)

3. Hubungkan rangkaian ke audio generator (gunakan kabel penghubung)

4. Periksa kembali rangkaian

Prosedur Kerja

1. Hidupkan audio generator (on)

2. Tutup sakelar S (posisi 1), baca VR (tegangan hambatan R) pada voltmeter, catat hasilnya

pada tabel pengamatan

3. Buka sakelar S(posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik B dan D untuk mengukur

tegangan kumparan L

4. Tutup sakelar S (posisi 1), baca VL (tegangan pada kumparan L) dan catat hasilnya pada

table hasil pengamatan

5. Buka sakelar S (posisi 0), dan pindahkan voltmeter ke titik A dan D untuk mengukur

tegangan rangkaian

6. Tutup sakelar S (posisi 1), baca Vtot (tegangan seluruh rangkaian) dan catat hasilnya dalam

tabel hasil pengamatan

7. Ulangi langkah b sampai dengan f untuk frekuensi 200 dan 300 Hz.

Kegiatan 2 : Rangkaian R-C

Persiapan Perangkat




Resistor ( R ) disusun seri dengan apasitor ( C )


2. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan

Pilih skala tegangan 10 x 10 m Vrms

Pilih bentuk gelombang (wafe form) sinusoidal

Pilih frekuensi awal 100 Hz

3. Hubungkan rangkaian ke audio generator


Prosedur Kerja

1. Hidupkan audio generator.

2. Tutup sakelar (posisi 1), baca VR (tegangan pada

hambatan R). Catat hasilnya ke dalam table

pengamatan.

3. Buka sakelar (posisi 0), kemudian pindahkan

voltmeter ke titik B dan D.

4. Tutup sakelar (posisi 1), baca VC (tegangan pada

kapasitor C). Catat hasilnya ke dalam tabel pengamatan

5. Buka sakelar (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik A dan D

6. Tutup sakelar (posisi 1), baca VTOT (tegangan rangkaian). Catat hasilnya ke dalam tabel

pengamatan.

7. Ulangi langkah 2 sampai 6 untuk frekuensi 200 dan 300 Hz.

8. Catat hasilnya ke dalam table pengamatan.

Kegiatan 3 : Rangkaian R-L-C

Persiapan perangkat



Inti besi I dimasukkan kedalam kumpaan L

Resistor (R), kumparan (L) dan kapasitor (C) disusun seri


2. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati/off)

Pilih skala tegangan 10x10 m Vrms

Pilih bentuk gelombang (wave from) sinusoidal

Pilih frekuensi awal 100 Hz (10x10 Hz)

3. Hubungkan rangkaian ke audio generator (gunakan kabel penghubung)


Prosedur Kerja

1. Hidupkan audio generator (on)

2. Tutup sakelar S (posisi 1), baca VR

(tegangan hambatan R) pada voltmeter,

catat hasilnya pada tabel hasil pengamatan

3. Buka sakelar S(posisi 0), kemudian

pindahkan voltmeter ke titik B dan D

untuk mengukur tegangan kumparan L

4. Tutup sakelar S (posisi 1), baca VL (tegangan pada kumparan L) dan catat hasilnya pada


5. Buka sakelar S (posisi 0), dan pindahkan voltmeter ke titik D dan E untuk mengukur

tegangan kapasitor C

6. Tutup sakelar S (posisi 1), baca Vc (tegangan seluruh rangkaian) dan catat hasilnya dalam


7. Buka sakelar S (posisi 0), dan pindahkan voltmeter ke titik A dan E untuk mengukur

tegangan rangkaian

8. Tutup sakelar S (posisi 1), baca Vtot (tegangan seluruh rangkaian) dan catat hasilnya dalam


9. Ulangi langkah b sampai dengan h untuk frekuensi 200 dan 300 Hz.

Hasil pengamatan

R : 100 Ω

N = 1000 lilitan

C = 1 µF = 1 x 10-6 F

A = 2 cm x 2 cm = 4 cm2 = 4 x 10-4 m2

l = 3,3 cm

Kegiatan 1 : Rangkaian R-L

f (Hz) VR(V) VL(V) Vtotal(V)

100 0.327 0.354 0.490

200 0.192 0.207 0.287

300 0.187 0.192 0.211

Kegiatan 2 : Rangkaian R-C

f (Hz) VR(V) Vc(V) Vtotal(V)

100 0.372 0.375 0.523

200 0.298 0.309 0.427

300 0.276 0.280 0.291

Kegiatan 3 : Rangkaian R-L-C

f (Hz) VR(V) VL(V) VC(V) Vtotal(V)

100 0.799 0.809 0.802 0.801

200 0.139 0.156 0.145 0.140

300 0.134 0.150 0.140 0.135

Analisis data

Kegiatan 1 : Rangkaian Seri R-L

a. Menghitung Vtotal secara teori

V=√V R2+V L

2

Untuk f = 100 Hz

V=(√ (0,327 )2+(0,354 )2 )VV=¿) V

V=0,481V

Untuk f = 200 Hz

V=(√ (0,327 )2+(0,354 )2 )VV=¿) V

V=0,282V

Untuk f = 300 Hz

V=(√ (0,187 )2+(0,192 )2 )VV=¿) V

V=0,268V

b. Grafik VR dan VL yang ditampilkan pada

osilioskop

(a) (b)

Grafik. (a) Hubungan antara tegangan dan arus terhadap waktu pada rangkaian resistansi

murni (b) Hubungan antara tegangan dan arus terhadap waktu pada rangkaian induktor

murni

c. Menentukan VR dan VL yang ditampilkan pada osiloskop

1. V R=V m sinωt

V R=1,2V .sin172π

V R=0,538 V

2. V L=V msinωt

V L=1,1V . sin32π

V L=0,352 V

d. Harga efektif berdasarkan pembacaan dari Osiloskop

1. V ef=V Rm√2

V ef=1,2V

√2

V ef=0,848V

2. V ef=V Lm√2

V ef=1,1V

√2

V ef=0,778V

Kegiatan 2 : Rangkaian Seri R-C


V=√V R2+V c

2

Untuk f = 100 Hz

V=(√ (0,373 )2+(0,375 )2 )VV=¿) V

V=0,528V

Untuk f = 200 Hz

V=(√ (0,298 )2+(0,309 )2 )VV=¿) V

V=0,429V

Untuk f = 300 Hz

V=(√ (0,276 )2+(0,280 )2 )VV=¿) V

V=0,393V

b. Grafik VR dan VC yang ditampilkan pada

osilioskop

(a) (b)


murni (b) Hubungan antara tegangan dan arus terhadap waktu pada rangkaian Kapasitansi

murni


1. V R=V m sinωt

V R=1 ,3V . sin1 52π

V R=0,5 13 V

2. V C=V msinωt

V C=1,7V . sin32π

V C=0,352 V


1. V ef=V Rm√2

V ef=1 ,3V

√2

V ef=0 ,919V

2.V ef=V Cm

√2

V ef=1 ,7V

√2

V ef=1,2 00V

Kegiatan 3 : Rangkaian Seri R-L-C


V=√V R2+(V ¿¿L−V C)

2 ¿

Untuk f = 100 Hz

V=√0,7992+(0,809−0,802)2 V

V=¿) V

V=0 ,799V

Untuk f = 200 Hz

V=√0 ,1392+(0 ,156−0,145)2

V=¿) V

V=0 ,139V

Untuk f = 300 Hz

V=√0 ,1342+(0 ,150−0 ,140)2

V=¿) V

V=0 ,134 V

b. Grafik VR , VL dan VC yang ditampilkan pada osilioskop

(a) (b)

©


murni (b) Hubungan antara tegangan dan arus terhadap waktu pada rangkaian induktor

murni (c) Hubungan antara tegangan dan arus terhadap waktu pada rangkaian Kapasitansi

murni


1. V R=V m sinωt

V R=1 ,4V . sin232π

V R=0 ,825V

2.V L=V m sinωt

V L=1 ,8V .sin32π

V L=0 ,148 V

3 .V C=V m sinωt

V C=1 ,1V . sin212π

V C=0 ,598 V


1. V ef=V Rm√2

V ef=1 ,4V

√2

V ef=0 ,989V

2. V ef=V Lm√2

V ef=1 ,8V

√2

V ef=1,270V

3. V ef=V Cm√2

V ef=1 ,1V

√2

V ef=0,778V

Pembahasan

Praktikum kali ini mengenai rangkaian seri RL, RC dan RLC dimana diketahui Rangkaian

seri RL adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari resistor atau hambatan dan inductor, yang

terhubung secara langsung terhadap simber arus atau sumber tegangan. Sedangkan Rangkaian

RC adalah suatu rangkaian seri yang tersusun oleh resistor atau penghambat / hambatan dan

kapasitor yang terhubung oleh suatu sumber arus atau sumber tegangan. Praktikum ini terdiri

atas 3 kegiatan yaitu Kegiatan 1 adalah rangkaian seri R-L, kegiatan 2 adalah rangkaian seri R-C

dan kegiatan 3 adalah rangkaian seri R-L-C.

Pada kegiatan 1, Bila kontak saklar ditutup maka arus didalam hambatan mulai naik.

Seandainya inductor tersebut tidak ada , maka arus akan naiak dengan cepat. Akan tetapi, karena

adanya inductor, maka sebuah tegangan yang muncul didalam rangkaian tersebut, dari hkum

Lenz, maka tegangan gerak elektrik ini menentang kenaikan arus, yang berarti polaritas tegangan

gerak elktik baterai.Jika terminal–terminal osciloskop dihubungkan melalui hambatan, maka

bentuk gelombang yang dipertunjukkan akan membentuk gelombang dari arus di dalam

rangkaian tersebut karena penurunan potensial melalui R yang menentukan penyimpangan

osciloskop, adalah di berikan oleh V=IR. Berdasarkan pengukuran untuk frekuensi 100 Hz,

diperoleh VR sebesar 0,327 V; dan VL sebesar 0,354 V dengan tegangan total diperoleh adalah

0,490 V. Untuk frekuensi 200 Hz, diperoleh VR sebesar 0,192 V; dan VL sebesar 0,207 V dengan

tegangan total diperoleh adalah 0,287 V. Sementara untuk frekuensi 300 Hz, diperoleh VR

sebesar 0,187 V; dan VL sebesar 0,192 V dengan tegangan total diperoleh adalah 0,211 V.

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh tegangan total berturut-turut untuk frekuensi 100 Hz;

200 Hz dan 300 Hz adalah 0,481 V; 0,282 V; dan 0,268 V. Tegangan efektif yang diperoleh

untuk tegangan pada resistor sebesar 0,848 V dan tegangan pada inductor sebesar 0,778 V.

Kegiatan 2, berdasarkan pengukuran untuk frekuensi 100 Hz, diperoleh VR sebesar 0,372 V;

dan VC sebesar 0,375 V dengan tegangan total diperoleh adalah 0,523 V. Untuk frekuensi 200

Hz, diperoleh VR sebesar 0,298 V; dan VC sebesar 0,309 V dengan tegangan total diperoleh

adalah 0,427 V. Sementara untuk frekuensi 300 Hz, diperoleh VR sebesar 0,276 V; dan VC

sebesar 0,280 V dengan tegangan total diperoleh adalah 0,291 V. Berdasarkan hasil perhitungan

diperoleh tegangan total berturut-turut untuk frekuensi 100 Hz; 200 Hz dan 300 Hz adalah 0,528

V; 0,429 V; dan 0,393 V. Tegangan efektif yang diperoleh untuk tegangan pada resistor sebesar

0,919 V dan tegangan pada kapasitor sebesar 1,200 V.

Kegiatan 3, Rangkaian seri R-L-C berdasarkan pengukuran untuk frekuensi 100 Hz,

diperoleh VR sebesar 0,799 V; VL sebesar 0,809 V dan VC sebesar 0,802 V dengan tegangan total

diperoleh adalah 0,801 V. Untuk frekuensi 200 Hz, diperoleh VR sebesar 0,139 V; VL sebesar

0,156 V dan VC sebesar 0,145 V dengan tegangan total diperoleh adalah 0,140 V. Sementara

untuk frekuensi 300 Hz, diperoleh VR sebesar 0,134 V; dan VL sebesar 0,150 V dan VC sebesar

0,140 V dengan tegangan total diperoleh adalah 0,135 V. Berdasarkan hasil perhitungan

diperoleh tegangan total berturut-turut untuk frekuensi 100 Hz; 200 Hz dan 300 Hz adalah 0,799

V; 0,139 V; dan 0,134 V. Tegangan efektif yang diperoleh untuk tegangan pada resistor sebesar

0,989 V ; tegangan pada inductor sebesar 1,270 V dan tegangan pada kapasitor sebesar 0,778 V.

Terlihat berdasarkan hasil perhitungan dengan hasil praktikum terjadi kesalahan yang

signifikan. Hal ini disebabkan karena kekurang telitian praktiikan dalam proses pengambilan

data. Selain itu alat yang digunakan tidak bekerja secara maksimal.

Kesimpulan

rlc

Documents