Modul 4
MODUL 4
Rangkaian RLC adalah rangkaian
listrik yang menggabungkan resistor, induktor, dan kapasitor. Ketiga elemen ini
memengaruhi arus dan tegangan AC dengan cara yang berlainan.
Secara umum terdapat dua
konfigurasi utama: RLC seri dan RLC paralel.
- Pada
konfigurasi seri, ketiga komponen disusun berurutan sehingga arus yang
mengalir melalui masing‑masing elemen sama besarnya.
- Pada
konfigurasi paralel, setiap komponen terhubung sejajar; akibatnya,
tegangan pada tiap cabang identik, sedangkan arus total merupakan
penjumlahan arus di masing‑masing cabang.
Pemahaman tentang kedua konfigurasi ini memungkinkan kita menurunkan impedansi total, menentukan pergeseran fasa arus‑tegangan, serta menganalisis fenomena resonansi dalam rangkaian RLC. Dengan demikian, kita dapat memprediksi dan mengevaluasi kinerja berbagai rangkaian elektronika yang memanfaatkan kombinasi resistor, induktor, dan kapasitor ini.
- Dapat
mengetahui bagaimana prinsip kerja rangkaian RLC seri dan RLC paralel
- Dapat
membuktikan impedansi (Z) dari sebuah rangkaian RLC seri dan RLC paralel
- Dapat
mempelajari hubungan antara impedansi dengan reaktansi kapasitif,
reaktansi induktif, dan sudut fasa pada rangkaian RLC seri dan RLC paralel
- Dapat
membuktikan hubungan antara tegangan (V), tegangan melewati R (VR), dan
tegangan melewati C (VC), tegangan melewati L (VL).
A.
Alat
1.
Instrument
Multimeter
2.
Module
3.
Base Station
4.
Jumper
Jumper
B.
Bahan
Resistor
Kapasitor
Induktor
Lampu
A. Resistor
Resistor merupakan komponen penting
dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh dikatakan hampir setiap
sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak diantara kita yang bekerja
di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang menggunakan peralatan Elektronik
tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang ada
ditubuh Resistor itu sendiri.
Seperti yang dikatakan sebelumnya,
nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang
terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya
terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.
Gelang warna Emas dan Perak
biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang
terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai
Resistor yang bersangkutan.
Tabel dibawah ini adalah
warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor:
Tabel Kode Warna Resistor
Perhitungan untuk Resistor dengan 4
Gelang warna:
Cara menghitung nilai resistor 4
gelang:
·
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
·
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
·
Masukkan
Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10
(10n)
·
Merupakan
Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh:
Gelang ke 1: Coklat = 1
Gelang ke 2: Hitam = 0
Gelang ke 3: Hijau = 5 nol
dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4: Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah
10 x 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
Perhitungan untuk Resistor dengan 5
Gelang warna:
Cara Menghitung Nilai Resistor 5
Gelang Warna:
·
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
·
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
·
Masukkan
angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
·
Masukkan
Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10
(10n)
·
Merupakan
Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh:
Gelang ke 1: Coklat = 1
Gelang ke 2: Hitam = 0
Gelang ke 3: Hijau = 5
Gelang ke 4: Hijau = 5 nol
dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 5: Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah
105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%.
Contoh-contoh perhitungan lainnya:
Merah, Merah, Merah, Emas → 22
x 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47
x 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi
Cara menghitung Toleransi:
2.200 Ohm dengan Toleransi 5% =
2200 – 5% = 2.090
2200 + 5% = 2.310
ini artinya nilai Resistor tersebut
akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm
B. Kapasitor
Kapasitor (Kondensator) yang dalam
rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu alat
yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara
mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor
ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (
). Satu Farad = 9 x 1011 
yang artinya
luas permukaan kepingan tersebut. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah
plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik
yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika
kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan
mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama
muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif
tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif
tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik
yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi
pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada
saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
C. Induktor
Induktor adalah komponen pasif yang
terdiri dari kumparan kawat yang melingkar pada inti magnetik. Ketika arus
listrik mengalir melalui kumparan tersebut, sebuah medan magnet dihasilkan di
sekitar induktor.
Perubahan arus listrik dalam
induktor menghasilkan tegangan balik yang dikenal sebagai induktansi.
Pengukuran induktansi biasanya dilakukan dalam satuan henry (
).
D. Rangkaian RLC
Rangkaian RLC adalah rangkaian
listrik yang tersusun atas resistor, induktor, dan kapasitor baik secara seri
maupun paralel. Rangkaian ini dapat dikatakan rangkaian RLC karena sesuai
dengan lambang dari masing masing komponennya yaitu, ketahanan atau hambatan (
), induktor (
), dan kapasitor (
)
1. RC Seri
Impedansi dari sebuah rangkaian RC
seri dapat dihitung menggunakan rumus;
Cara lain untuk menghitung
impedansi dengan menggunakan hubungan antara segitiga dan sudutnya. Jika dua
sisi segitiga yang dilambangkan dengan R dan XC diketahui sisi ketiga atau Z
dapat dicari dengan menggunakan sudut phasa dari R dan Z.
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara , 
, dan 
Impedansi dapat dicari dengan
menggunakan harga θ dan rumus:
Dalam rangkaian RC seri arus
meninggalkan tegangan sebesar 
, yang disebut sebagai sudut fasa. Sudut fasa antara 
dan 
sama seperti
sudut antara dan dalam diagram
fasor impedansi pada rangkaian 
. Sudut juga sama
dengan sudut antara dan 
.
Nilai dari tergantung pada
nilai , dan yang diberikan
oleh persamaaan berikut:
Dalam rangkaian RC seri jatuh
tegangan melintasi kapasitor (VC), akan tertinggal dari tegangan jatuh pada
tegangan resistor (VR). Arus I adalah sama disemua bagian dari rangkaian RC
seri seperti gambar 6.2. Arus digunakan sebagai perbandingan fasor yang menunjukkan
VR dan Vc dalam gambar 6.3. Fasor VR adalah tegangan yang melewati C.
Dengan rumus Phitagoras didapatkan:
Kapasitansi terjadi jika dua buah
konduktor dipisahkan oleh sebuah nonkonduktor atau dielektrik. Satuan dari
kapasitansi adalah Farad. Kapasitor digunakan dalam banyak hal, di antaranya
untuk menyimpan tenaga. Kapasitor dapat menyimpan muatan elektron atau Q untuk
beberapa saat. Hubungan antara muatan Q dari sebuah kapasitor dengan
kapasitansi (C) kapasitor ditunjukkan oleh rumus:
Dimana:
= muatan
(Coulombs)
= kapasitansi
(Farad)
= tegangan
(Volt)
Waktu yang dibutuhkan oleh
kapasitor untuk mengisi penuh disebut time constant, dinyatakan dalam rumus:
Dimana:
= muatan
(Coulombs)
= resistansi
(Ohm)
= kapasitansi
(Farad)
2. RLC Seri
Impedansi pada Rangkaian RLC Seri
Reaktansi pada rangkaian AC
tergantung pada frekuensi sumber. Perubahan nilai reaktansi dipengaruhi oleh
perubahan frekuensi. Dimana arus dan tegangan yang melintasi reaktansi tidak
berada dalam satu fasa. Untuk induktansi murni (R = 0), tegangan mendahului
arus yang melalui induktansi sebesar 90 ̊. Untuk kapasitansi murni, arus
mendahului tegangan sebesar 90 ̊. Induktor dan resistor yang terhubung seri
pada rangkaian tergantung pada frekuensi dan ukuran dari induktor. Dalam
rangkaian RL seri, arus tertinggal dari tegangan sebesar kurang lebih 90 ̊.
Ketika kapasitor terhubung seri dengan resistor, reaktansi dari kapasitor dan
resistansi resistor secara bersamaan akan mempengaruhi arus AC. Pengaruh dari
kapasitor juga ditentukan oleh ukuran dan frekuensinya. Pada rangkaian RC seri,
arus AC mendahului tegangan sebesar kurang lebih 90 ̊. Ini bisa dilihat dari
karakteristik induktansi dan kapasitansi yang mempunyai efek berlawanan baik
arus maupun tegangan dalam rangkaian AC. Dalam rangkaian, diagram fasor menunjukkan
XL lebih besar dari XC.
Impedansi pada rangkaian RLC seri
bisa dihitung dengan rumus:
Sedangkan impedansi juga dapat
dihitung dengan menggunakan sudut.
Dalam percobaan ini akan dibuktikan
bahwa impedansi Z yang diberikan oleh rumus:
Dimana 
adalah selisih
antara 
.
Rumus di atas memperlihatkan bahwa
jika 
, maka impedansi rangkaian akan mencapai nilai minimum
(yaitu dengan harga ). Sedangkan akan mencapai
nilai maksimum. Pada percobaan ini kita akan melihat pengaruh dari perubahan
frekuensi apabila di variasikan di sekitar 
.Pada rangkaian RLC seri yang dilakukan sebelumnya
kita telah dapatkan bahwa selama frekuensi dari tegangan sumber dinaikkan pada
selang , maka 
akan ikut naik
sedangkan akan turun. Di
sisni rangkaian berprilaku seperti sebuah induktasi dimana akan naik
selama 
dinaikkan. Dan
sewaktu frekuensi di turunkan dari harga , akan naik
sedangkan akan turun. Dan
disini rangkaian akan berprilaku seperti kapasitansi dengan akan naik
selama frekuensi diturunkan.
Frekuensi Resonansi RLC Seri
Dalam gambar, tegangan V dihasilkan
dari generator AC yang frekuensi dan tegangan keluarannya diatur secara manual.
Untuk frekuensi dan tegangan V tertentu, arus akan dihasilkan pada rangkaian
yang diberikan oleh persamaan berikut:
Dimana Z adalah impedansi pada
rangkaian.
Tegangan jatuh melintasi R, L dan C
akan diberikan oleh 
, 
, dan 
. Jika frekuensi generator diubah dengan tetap, arus dan
tegangan jatuh melintasi , dan akan berubah.
Frekuensi ini adalah , yang lebih dikenal dengan frekuensi resonansi,
dimana:
Frekuensi resonansi bisa dihitung
dengan rumus:
Dan Ketika , maka
. Jadi,
Sehingga didapatkan,
3. RLC Paralel
Impedansi pada Rangkaian RLC
Paralel
Pada rangkaian RLC paralel, masing
masing , dan mempunyai
tegangan yang sama, . Sedang arus yang lewat R adalah 
, adalah 
dan adalah 
. Perhitungan untuk besar arus pada masing masing
beban:
; 
jalannya fase arus dan tegangan
serta diagram fasornya seperti berikut :
Fase IR akan dengan , fase akan mendahului
fasa sebesar 90
derajat sedangkan fase akan
ketinggalan 90 derajat dari fase .
adalah resultan
dari , dan yang dapat
dihitung dengan rumus:
Karena adalah sama,
maka diagram fasor bisa juga dinyatakan untuk impedansi sebagai berikut:
Pada frekuensi rendah, nilai
impedansi kecil dan arus besar Ketika frekuensi bertambah impedansi akan
bertambah sedang arus akan mengecil. Tepat pada frekuensi resonansi, impedansi
akan maksimum (sebesar R) dan arus akan minimum (sebesar 
). Ketika frekuensi naik lagi, impedansi akan menurun
lagi sedang arus akan membesar lagi. Fase juga kan berubah dari mendekati -90
derjat pada frekuensi rendah,kemudian akan mengecil mendekati 0 derajat. Tepat
pada frekeunsi resonansi, besar fase adalah 0 derjat Fase kemudian akan
naik ke mendekati 90 derajat ketika frekuensi naik lagi.
Komentar
Posting Komentar