|
Rangkaian
Seri RLC Arus AC
(E7)
|
|
Arda Bayu Apriliawan, Linahtadiya
Andiani, Bachtera Indarto
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: adha9766@gmail.com |
Abstrak—Telah dilakukan percobaan yang berjudul “Rangkaian Seri RLC Arus AC (E7)”. Yang
bertujuan untuk menganalisis sinyal keluaran dari sumber AC, rangkaian RC seri,
RL seri, dan RLC seri pada osiloskop serta menentukan besar
nilai tetapan waktu (τ) pada rangkaian RL seri dan RC seri. Dalam
percobaan ini menggunakan alat dan bahan seperti osiloskop, generator AC,
project board, kabel buaya, resistor 120 Ω,
kapasitor 47 mF, dan induktor 1kH. Dari alat dan
bahan tersebut dilakukan percobaan yaitu pertama rangkai alat dan bahan,
kemudian atur frekuensi, time/dlv, voltase/dlv kemudian amati osiloskop. Dalam
percobaan ini dilakukan variasi frekuensi yaitu 100 Hz, 125 Hz, 149,3 Hz , 175
Hz, 200 Hz. Dari hasil percobaan diperoleh Vmax, Vmin, dan Vrms. Dan dari hasil
pengamatan osiloskop diperoleh pada rangkaian RC diamati terdapat gejala
transien berbentuk diagonal, sedangkan pada rangkaian RL diamati terdapat
gejala transien berbentuk vertikal, dan pada rangkaian arus AC diamati sinyal
keluaran berbentuk sinusoidal. Dan rangkaian RC diperoleh sinyal keluaran
bentuk diagonal. Dan rangkaian RL diperoleh sinyal keluaran bentuk kotak, yaitu
garis vertikal dan horizontal.
Kata Kunci—Rangkaian RLC, Gejala Transien, Arus AC
PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari kita membutuhkan energi listrik untuk
menggunakan alat elektronik seperti lampu, TV, radio, bel listrik maupun alat
elektronik yang lainnya. Alat elekronik tersebut merupakan salah satu aplikasi
dari rangkaian RC,RL, dan RLC.
Rangkaian RC
Elemen-elemen rangkaian adalah hambatan-hambatan
yang didalam nya terdapat arus-arus yang tidak berubah dengan waktu. Kapasitor
adalah elemen rangkaian, yang akan mengantarkan konsep arus-arus yang berubah
terhadap waktu. Didalam waktu dt maka
sebuah muatan dq (=i dt ) bergerak melalui setiap penampung
rangkaian. Kerja yang dilakukan oleh tempat kedudukan tge tersebut (= a
dq) harus menyamai tenaga yang muncul
sebagai tenaga kalor di dalam hambatan selama waktu dt (=i2 R dt) ditambah kenaikan banyaknya tenaga U
yang disimpan didalam kapasitor tersebut (= dU = d(q2 / 2C). Didalam bentuk persamaan maka,
ԑ dq = i2 R dt + d (q2 /
2C) (1.1)
atau
ԑ dq = i2 R dt + (q / C) dq (1.2)
Dengan membaginya dengan dt maka akan menghasilkan
ԑ dq / dt =
i2 R dt + (q / C) dq/dt (1.3)
Tetapi dq/dt tak lain dari pada i, sehingga
persamaan ini menjadi,
ԑ = i R
+ (q / C)
Persamaan ini diperoleh juga dari teorema simpal,
sebagaimana metinya, karena teorema simpal diturunkan dari prinip kekekalan
tenaga. Dengan memulai dari titik x dan melintasi rangkaian tersebut didalam
arah perputaran jarum jam, maka kita mengalami pertambahan potensial sewaktu
bergerak melalui tempat kedudukan tge tersebut dan potensi akan berkurang
sewaktu melintasi hambatan dan kapasitor tersebut, atau
ԑ - i R -
(q / C) = 0 (1.4)
[1]
Karakteristik komponen rangkaian RC yaitu jika
saklar S ditutup, maka arus segera mulai mengalir ke dalam rangkaian dan pada
kapasitor C mulai terkumpul sejumlah muatan. Selama muatan berkumpul pada
kapasitor, arus dari sumber menurun sehingga tegangan kapasitor V sama dengan
gerak listrik sumber ԑ dan selanjutnya tidak ada arus yang mengalir.[3]
Gambar 1. Grafik Rangkaian RC
Rangkaian RL
Didalam sebuah rangkaian bersimpul tunggal yang
mengandung sebuah hambatan R dan sebuah kapasitor C, maka muatan tidak menimbun
dengan segera untuk mencapai nilai keseimbangan akhirnya (= C ԑ ) tetapi
mendekati nilai akhir tersebut secara eksponensial yang dirumuskan oleh
persamaan,
Q = C ԑ (1 –e-t/ τC) (1.5)
Keterlambatan kenaikan muatan tersebut diterangkan
oleh konstanta waktu kapasitip (capacitive time constant) τc yang didefinisikan dari
τ c= RC (1.6)
Jika di dalam rangkaian yang sama ini tegangan
gerak elekrik baterai ԑ dipindahkan secara tiba-tiba, maka muatan tidak turun
menjadi nol dengan segera tetapi akan mendekati nol secara eksponensial, yang
dirumuskan oleh persamaan
Q = C ԑ e-t/ τC (1.7)
Konstanta waktu τc yang sama ini menjelaskan penurunan
muatan dan juga kenaikan muatan.
Keterlambatan kenaikan (atau penurunan arus yang
analog dengan ini terjadi jika secara
tiba-tiba memperkernalkan sebuah tegangan gerak elektrik ԑ ke dalam (ataua
memindahkannya dari ) sebuah rangkaian bersimpal tunggal yang mengandung sebuah
hambatan R dan sebuah induktor L.[1]
Karakteristik komponen rangkaian RL yaitu sifat
rangkaian RL adalah pembagian tegangan vektoris. Arus yang mengalir pada
hubungan seri adalah sama besar. Arus nya 90o terhadap teganan
induktor (VL) tidak terjadi perbedaan fase antara tegangan jatuh pada
resistor (VR) dan arus. Aplikasi rangkaian RL dalam kehidupan
sehari-hari yaitu pada Lampu. [3]
Gambar 2. Grafik Rangkaian RL
Rangkaian RLC
Rangkaian RCL ini merupakan rangkaian yang baik
dihubungkan dengan pararel ataupun seri, namun rangkaian tersebut harus terdiri
dari kapasitor, induktor, dan resistor. Penamanaan RLC sendiri memiliki alasan
tersendiri yaitu disebabkan nama yang terjadi symbol listrik biasanya pada
kapasitansi, induktansi, dan tahanannya. Rangkaian ini akan beresonansi dengan
suatu cara yang sama yaitu sebagai rangkaian LC, bersamaan dengan terbentuknya
osilator harmonik.
Karakteristik rangkaian RLC yaitu tegangan DC yang
disebut tegangan searah dimana didalam tegangan ini mempunyai polaritas yang
sama positif dan negatif. Tegangan AC disebut tegangan bolak balik, mempunyai
dua polaritas yang positif serta sebaliknya yang diukur dari netral. Frekuensi
50 H pada tegangan AC.
Pada tiap-tiap osilasi akan menyebabkan sirkuit
menjadi mati dari waktu-kewaktu apabila tidak seterusnya dijalani dengan
sumber, hal inilah yang mnjadi perbedaan dan terlihat diresistor. Reaksi yang
disebut sebagai redaman. Reaksi lainnya berupa resistansi pada jumlah resistor
tidak bisa dihindari disiklus yang nyata. Hal yang sama akan tetap terjadi.
Kesimpulannya, kenyataanya bahwa sirkuit LC murni ini merupakan sesuatu yang
hanya ideal apabila ditetapka secara teoritis.
Aplikasi rangkaian RLC yaitu pada TV dan Radio.
Didalam rangkaian listrik yang ada di TV dan Radio terdapat rangkaian RLC.[3]
Karakteristik Rangkaian R, L, C
Karakteristik R yaitu resistansinya dan daya
listrik yang dapat diboorkan, desah listrik dan induktansi. Sedangkan
Karakteristik L yaitu komponen elektroika pasif (kebanyakan berbentuk torus)
yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus
listrik yang melintasinya. Dan karakteristik C yaitu struktur sebuah kapasitor
terbentuk dari 2 buah plat metal yang dipisahkan olej suatu bahan dielektrik .
menimpan energi atau muatan listrik
didalam medan listrik.[4]
Tetapan Waktu
Tetapan waktu yang
disimbolkan dengan τ (tau). Pada rangkaian RC penurunan
rumus tetapan waktu yaitu sebagai berikut :
iC + iR = 0 (1.8)
+ 
= 0 (1.9)
+ 
= 0 (1.10)
= -
dt (1.11)
ln
v = ln 
+ ln A (1.12)
+ ln A (1.12)
ln
= ln (1.13)
= ln (1.13)
v
(t) = A e-t/RC (1.14)
v
(t) = V0 e-t/RC (1.15)
jadi, nilai
tetapan waktu adalah
τ = R C (1.16)
Penurunan rumus tetapan waktu pada rangkaian RL
yaitu sebagai berikut
VL + VR = 0 (1.17)
L 
+ IR = 0
(1.18)
+ IR = 0
(1.18) + 
I = 0 (1.19)
= -
dt (1.20)
ln 
= - 
(1.21)
= - (1.21)
i(t) = Io e-Rt/L (1.22)
jadi, nilai tetapan waktu adalah
τ = L/R (1.23)
[2]
Perhitungan nilai tetapan waktu rangkaian RC yaitu
dengan nilai kapasitor 47 mH dan resistor 120 Ω maka diperoleh
τ = 120 x 0,047
= 5,64
Sedangkan pada perhitungan nilai tetapan waktu rangkaian RL yaitu dengan
nilai resistor 120 Ω dan induktor 1 kH maka diperoleh
τ = L/R = 1000/120 = 8,33
METODE
Pada percobaan Rangkaian Seri RLC Arus AC diperlukan alat dan bahan
diantaranya yaitu generator AC, project board, osiloskop, resistor 120 Ω, kapasitor 47 mF,
induktor 1 kH dan kabel buaya.
Langkah-langkah dalam melakukan percobaan yaitu
Percobaan Rangkaian RC
Dipersiapkan alat dan bahan, kemudian komponen dirangkai seperti pada
gambar 1 dengan menggunakan resistor 120 Ω dan kapasitor 47 mF . Lalu rangkaian dihubungkan dengan sinyal generator,
kemudian frekuensi sinyal diatur dengan memasukkan variasi frekuensi yaitu 100 Hz, 125
Hz, 149.3 Hz, 175 Hz dan 200 Hz dengan amplitudo 2 Volt. Lalu dihubungkan
sinyal masukan ke channel 1 osiloskop dan untuk sinyal keluaraan pada channel
2. Ukur besar Vmax dan Vmin pada masing-masing sinyal yaitu sinyal masuk dan
sinyal keluar. Serta ukur pula Vrms. Kemudian dihitung tetapan sinyal keluaran pada
persamaan 1.15 dan buatlah satu tampilan sinyal masukan san keluaran pada
osiloskop.
Gambar 3. Percobaan Rangkaian RC
Percobaan Rangkaian RL
Dipersiapkan alat dan bahan, kemudian
komponen dirangkai seperti pada gambar 1 dengan menggunakan resistor 120 Ω dan induktor 1 kH .
Lalu rangkaian dihubungkan dengan sinyal generator, kemudian frekuensi sinyal
diatur dengan memasukkan variasi frekuensi yaitu 100 Hz,
125 Hz, 149.3 Hz, 175 Hz dan 200 Hz dengan amplitudo 2 Volt. Lalu
dihubungkan sinyal masukan ke channel 1 osiloskop dan untuk sinyal keluaraan
pada channel 2. Ukur besar Vmax dan Vmin pada masing-masing sinyal yaitu sinyal
masuk dan sinyal keluar. Serta ukur pula Vrms. Kemudian dihitung tetapan sinyal
keluaran dengan menggunakan persamaan 1.23 dan buatlah satu tampilan sinyal
masukan san keluaran pada osiloskop.
Gambar 4. Percobaan Rangkaian RL
Percobaan Rangkaian RLC
Dipersiapkan alat dan bahan, kemudian
komponen dirangkai seperti pada gambar 1 dengan menggunakan resistor 120 Ω, kapasitor 47 mF
dan induktor 1 kH . Lalu rangkaian dihubungkan dengan
sinyal generator, kemudian frekuensi sinyal diatur dengan memasukkan variasi
frekuensi yaitu 100 Hz, 125 Hz, 148.3 Hz, 175 Hz dan 200 Hz dengan
amplitudo 2 Volt. Lalu dihubungkan sinyal masukan ke channel 1 osiloskop dan
untuk sinyal keluaraan pada channel 2. Ukur besar Vmax dan Vmin pada
masing-masing sinyal yaitu sinyal masuk dan sinyal keluar. Serta ukur pula
Vrms. Kemudian dihitung tetapan sinyal keluaran dan buatlah satu tampilan
sinyal masukan san keluaran pada osiloskop.
Gambar 5. Percobaan Rangkaian RLC
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dan berikut ini adalah hasil pengamatan keluaran sinyal pada osiloskop.
Pada percobaan rangkaian RL, RC, dan RLC dengan menggunakan frekuensi 100 Hz
dengan nilai time/dlv 5 ms/dlv dan voltase/dlv 2 Volt/dlv. Maka diperoleh
sebagai berikut.
Gambar 6. Sinyal keluaran rangkaian
RC pada frekuensi 100Hz
Gambar 7. Sinyal keluaran
rangkaian RL pada frekuensi 100 Hz
Gambar 8. Sinyal keluaran
rangkaian RLC pada frekuensi 100 Hz
Dari sinyal keluaran yang diperoleh dari osiloskop maka diperoleh Vmax,
Vmin, Vrms sebagai berikut.
Tabel 1. Hasil percobaan rangkaian RC
dengan menggunakan R=120 Ω, dan C=47 mF
|
No
|
Frekuensi
(Hz)
|
Vmax (V)
|
Vmin (V)
|
Vrms (V)
|
|
1
|
100
|
1,360
|
-1,520
|
1,030
|
|
2
|
125
|
1,280
|
-1,360
|
1,007
|
|
3
|
149.8
|
1,200
|
-1,360
|
1,004
|
|
4
|
175
|
1,200
|
-1,360
|
1,001
|
|
5
|
200
|
1,200
|
-1,280
|
0,9989
|
Tabel 2. Hasil percobaan rangkaian RL
dengan menggunakan R=120 Ω dan L=1 kH
|
No
|
Frekuensi
(Hz)
|
Vmax (V)
|
Vmin (V)
|
Vrms (V)
|
|
1
|
100
|
8,480
|
-2,720
|
1,046
|
|
2
|
125
|
7,040
|
-1,160
|
1,075
|
|
3
|
149.3
|
4,720
|
-5,360
|
1,050
|
|
4
|
175
|
5,280
|
-4,240
|
1,058
|
|
5
|
200
|
8,320
|
-8,160
|
1,089
|
Tabel 3. Hasil percobaan rangkaian RLC
dengan menggunakan R=120 Ω, C=47 mF dan L=1 kH
|
No
|
Frekuensi
(Hz)
|
Vmax (V)
|
Vmin (V)
|
Vrms (V)
|
|
1
|
100
|
2,800
|
-2,080
|
1,101
|
|
2
|
125
|
6,680
|
-8,080
|
1,079
|
|
3
|
148.3
|
8,240
|
-7,840
|
1,114
|
|
4
|
175
|
6,880
|
-6,720
|
1,075
|
|
5
|
200
|
8,240
|
-8,160
|
1,079
|
Dari hasil data pada tabel 1. Yaitu pada rangkaian RC. Terdapat penurunan
pada Vmax ketika semakin besar frekuensi yang diberikan. Namun ketika frkuensi
semakin besar maka Vmin hampir setabil di setiap frekuensi yang berbeda. Dan
Vrms semakin kecil ketika frekuensi semakin besar.
Dari hasil data pada tabel 2. Yaitu rangkaian RL. Diperoleh Vmax, Vmin, dan
Vrms yang tidak stabil di setiap frekuensi yang berbeda. Pada frekuensi 100 Hz
nilai Vmax 8,480 V sedangkan pada frekuensi 125 Hz nilai Vmax 7,040 V dan
kembali naik nilai Vmax pada frekuensi 175 Hz. Hal ini bisa terjadi karena
kurang tepat pengontrolan dan pengamatan saat pengambilan data. Dan Pada tabel
3. Juga terdapat ketidakstabilan pada Vmax nya. Namun paa Vrms dan Vmin hampir
sama tiap frekuensinya.
Pada rangkaian RC terlihat di osiloskop terdapat gejala transien. Gejala
transien terjadi pada rangkaian –rangkaian yang mengandung komponen penyimpan
energi atau biasa disebut gejala peralihan. Pada rangkaian RC gejala transien
terjadi secara garis diagonal. Sedangkan pada Rangkaian RL gejala transien
berbentuk vertikal.
Dan pada rangkaian arus AC
diamati sinyal keluaran berbentuk sinusoidal. Dan rangkaian RC diperoleh sinyal
keluaran bentuk diagonal. Dan rangkaian RL diperoleh sinyal keluaran bentuk
kotak, yaitu garis vertikal dan horizontal.
Dari Percobaan
yang telah
dilakuakan diperoleh nilai tetapan waktu dari rangkaian seri RL yang dihitung
dengan persamaan 1. 16 diperoleh sebesar 8,33. Nilai tetapan waktu dari
rangkaian seri RC yang dihitung dengan persamaan 1.23 diperoleh sebesar
0,00564.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang di dapat dari
percobaan Rangkaian Seri RLC Arus AC yaitu pada rangkaian RC, RL, dan RLC
terdapat gejala transier, diperoleh grafik sinusoidal dan diperoleh nilai
tetapan waktu. Gejala transier pada tiap rangkaian berbeda-beda yaitu gejala
transier pada rangkaian RL yaitu kearah vertikal sedangkan gejala transier pada
rangkaian RC yaitu kearah diagonal. Dan gejala transier rangkaian RLC yaitu ke
arah vertikal dan diagonal. Dan nilai tetapan waktu rangkaian seri RL adalah 8,33, sementara tetapan waktu
rangkaian seri RC sebesar 0,00564.
DAFTAR PUSTAKA
[1]Halliday, Resnick. 1977. “Fisika jilid 2 edisi
ke-3”. Jakarta:Erlangga
[2]Charles K.Alexander, Matthew N. O.
Sadiku,”Fundamental
of Electric Circuit”.New York:
McGraw-Hill Companies, 2009
[4] www.karakteristik-R-L-C/blog.com
0 komentar:
Posting Komentar