DAFTAR ISI MODUL 4

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. 1. Tugas Pendahuluan
2. 2. Laporan Akhir

MODUL 4

RLC SERI DAN PARALEL

1. Pendahuluan[Kembali]

Dalam dunia elektronika, rangkaian RLC (Resistor-Inductor-Capacitor) merupakan konfigurasi penting yang digunakan untuk mengatur aliran arus dan tegangan dalam sistem. Dua konfigurasi utama dari sirkuit RLC adalah RLC seri dan RLC paralel.

RLC Seri: Pada rangkaian RLC seri, resistor, induktor, dan kapasitor disusun secara berurutan dalam satu jalur aliran arus. Hal ini menyebabkan arus yang sama mengalir melalui setiap komponen. Rangkaian RLC seri memiliki karakteristik yang bergantung pada frekuensi, di mana impedansi total rangkaian bergantung pada nilai resistor, induktor, kapasitor, dan frekuensi sinyal input. Dalam kondisi resonansi, impedansi total mencapai nilai minimum, menyebabkan arus maksimum mengalir melalui rangkaian.

RLC Paralel: Pada rangkaian RLC paralel memiliki konfigurasi di mana resistor, induktor, dan kapasitor disusun secara paralel, yaitu setiap komponen terhubung langsung ke sumber tegangan. Dalam rangkaian RLC paralel, tegangan yang sama diterapkan pada setiap komponen, dan arus total adalah jumlah arus yang mengalir melalui masing-masing komponen. Salah satu fitur penting dari sirkuit RLC paralel adalah terjadinya resonansi frekuensi, di mana impedansi total mencapai nilai minimum, menyebabkan arus maksimum mengalir melalui rangkaian. Pemahaman yang baik tentang sifat-sifat dan karakteristik dari kedua konfigurasi ini penting dalam merancang dan menganalisis sirkuit elektronika.

Dengan memahami sirkuit RLC seri dan paralel, kita dapat mengoptimalkan kinerja sistem dan menerapkan prinsip-prinsip ini dalam berbagai aplikasi elektronika, seperti dalam filter, osilator, dan rangkaian penguat.

2. Tujuan[Kembali]

1. Dapat mengetahui bagaimana prinsip kerja rangkaian RLC seri dan RLC parallel

2. Dapat membuktikan impedansi (Z) dari sebuah rangkaian RLC seri dan RLC parallel

3. Dapat mempelajari hubungan antara impedansi dengan reaktansi kapasitif, reaktansi induktif, dan sudut fasa pada rangkaian RLC seri dan RLC parallel

4. Dapat membuktikan hubungan antara tegangan (V), tegangan melewati R (VR), dan tegangan melewati C (VC), tegangan melewati L (VL)

                              

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

1. Multimeter

Multimeter

2. Module

3. Base Station

4. Jumper

  Jumper

5. Alat ukur intensitas cahaya

B. Bahan

Resistor

Kapasitor

Induktor

    

Lampu

4. Dasar Teori[Kembali]

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 R, XC, dan Z

 

Impedansi dapat dicari dengan menggunakan harga θ dan rumus:

Dalam rangkaian RC seri arus meninggalkan tegangan sebesar θ, yang
disebut sebagai sudut fasa. Sudut fasa θ antara V dan I sama seperti sudut θ antara
Z dan R dalam diagram fasor impedansi pada rangkaian RC. Sudut θ juga sama
dengan sudut antara V dan VR.

 

 

 

Gambar 4.2. Rangkaian RC Seri

 

Nilai dari θ tergantung pada nilai XC, R dan Z 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.

 

Gambar 4.3. Hubungan VR, VC, dan V

Dengan rumus Phitagoras didapatkan:

Dari gambar 6.3 juga menunjukkan hubungan antara tegangan V dan arus
I dalam rangkaian RC seri. Arus I menunjukkan tegangan V terhadap sudut θ.

Dari diagram fasor tegangan didapatkan:

Atau tegangan melewati resistor adalah:

 

Dari gambar 6.3 juga didapatkan:

Jadi,

    
    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:
Q = muatan(Coulombs)

C = kapasitansi(Farad)

V = tegangan (Volt)

Waktu yang dibutuhkan oleh kapasitor untuk mengisi penuh disebut time constant, dinyatakan dalam rumus :

 

Dimana:

τ = muatan

(Coulombs) R =

resistansi (Ohm)

C = kapasitansi (Farad)

 

2. RLC Seri

2.1 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.

2.2 Efek Perubahan Frekuensi dalam Rangkaian RLC Seri

Dalam percobaan ini akan dibuktikan bahwa impedansi Z yang diberikanoleh rumus:

Dimana X adalah selisih antara XL – XC.

Rumus di atas memperlihatkan bahwa jika XL = XC, maka impedansi rangkaian akan mencapai nilai minimum (yaitu dengan harga R). Sedangkan I akan mencapai nilai maksimum. Pada percobaan ini kita akan melihat pengaruh dari perubahan frekuensi apabila di variasikan di sekitar fR.

Pada rangkaian RLC seri yang dilakukan sebelumnya kita telah dapatkan bahwa selama frekuensi dari tegangan sumber dinaikkan pada selang fR, maka XL akan ikut naik sedangkan XC akan turun. Di sisni rangkaian berprilaku seperti sebuah induktasi dimana X akan naik selama f dinaikkan. Dan sewaktu frekuensi di turunkan dari harga fR, XC akan naik sedangkan XL akan turun. Dan disini rangkaian akan berprilaku seperti kapasitansi dengan X akan naik selama frekuensi diturunkan.

 

2.3 Frekuensi Resonansi RLC Seri

Dalam gambar 6.4, 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 IR, IXL, dan IXC. Jika frekuensi generator diubah dengan V tetap, arus dan tegangan jatuh melintasi R, L dan C akan berubah. Frekuensi ini adalah fR, yang lebih dikenal dengan frekuensi resonansi, dimana:

Frekuensi resonansi bisa dihitung dengan rumus:

Dan

Ketika XL = XC, maka f = fR.

Jadi,

Sehingga didapatkan,

Karakteristik dari rangkaian resonansi seri adalah:

1. Tegangan jatuh melintasi komponen reaktif adalah sama dengan hasil perkalian

antara arus I dalam rangkaian dengan reaktansi X dari komponen.

2. Pengaruh reaktif total dari sebuah rangkaian adalah selisih antara reaktansi kapasitif XC dengan reaktansi induktif XL.

3. Impedansi Z dari rangkaian RLC seri adalah:

4. Impedansi Z dari rangkaian adalah minimum ketika XL = XC, dan pada saat ini arus I adalah maksimum.

3. RLC Paralel

3.1 Impedansi pada Rangkaian RLC Paralel

Gambar 4.5. Rangkaian RLC Paralel

Pada rangkaian RLC paralel, masing masing R, L dan C mempunyai tegangan yang sama, V. Sedang arus yang lewat R adalah IR, L adalah IL dan C adalah Ic. Perhitungan untuk besar arus pada masing masing beban :

Jalannya fase arus dan tegangan serta diagram fasornya seperti berikut :

Gambar 4.6 Diagram Fasor RLC

    Fase IR akan dengan V, fase IC akan mendahului fasa V sebesar 90° sedangkan

 fase IL akan ketinggalan 90° dari fase V.

 

    I adalah resultan dari IR, IL dan IC yang dapat dihitung dengan rumus :

    

    Karena V 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 Vt / R). Ketika frekuensi naik lagi, impedansi akan menurun lagi sedang arus akan membesar lagi.

    Fase juga akan berubah dari mendekati -90° pada frekuensi rendah, kemudian akan mengecil mendekati 0°. Tepat pada frekeunsi resonansi, besar fase adalah 0°. Fase kemudian akan naik ke mendekati 90° ketika frekuensi naik lagi.