DAFTAR ISI MODUL 4





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 paralel
  2. Dapat membuktikan impedansi (Z) dari sebuah rangkaian RLC seri dan RLC paralel
  3. Dapat mempelajari hubungan antara impedansi dengan reaktansi kapasitif, reaktansi induktif, dan sudut fasa pada rangkaian RLC seri dan RLC paralel
  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]

  • Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang digunakan untuk menahan atau membatasi aliran arus listrik dalam sebuah sirkuit. Fungsi utama dari resistor adalah untuk mengontrol besar arus dan menurunkan tingkat tegangan dalam berbagai aplikasi elektronik. Resistor bekerja berdasarkan hukum Ohm, yang menyatakan bahwa arus yang mengalir melalui sebuah resistor berbanding lurus dengan tegangan di atasnya dan berbanding terbalik dengan resistansinya.

Fitur utama dari resistor adalah:

  • Resistansi: Dinyatakan dalam Ohm (Ω), resistansi adalah ukuran seberapa banyak resistor menghambat aliran arus listrik. Nilai resistansi sebuah resistor bisa sangat kecil (ohm) hingga sangat besar (megaohm).
  • Daya Tahan: Dinyatakan dalam watt (W), daya tahan resistor menunjukkan berapa banyak energi yang dapat ditangani oleh resistor sebelum mengalami kerusakan. Resistor dengan daya tahan yang lebih tinggi dapat menangani lebih banyak energi.
  • Toleransi: Ini adalah ukuran seberapa akurat nilai resistansi sebuah resistor. Dinyatakan dalam persentase, toleransi menunjukkan variasi yang mungkin dari nilai resistansi yang diklaim.
  • Koefisien Suhu: Ini menggambarkan bagaimana resistansi sebuah resistor berubah dengan suhu. Penting dalam aplikasi di mana resistor akan mengalami perubahan suhu yang signifikan.

Rumus Resistor

Resistor juga memiliki rumus atau persamaan, yaitu :

R = V/I

Keterangan :

R   : Tahanan (satuan Ohm)

V   : Tegangan (satuan Volt)

I     : Arus (Satuan Ampere)

Gelang 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 * 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.

 

 

  • 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 (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 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.

  • 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 (H).

  • RC SERI

        Impedansi dari sebuah rangkaian RC seri dapat dihitung menggunakan rumus:

 

Z = √(R2 + X2)

 

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.

 

 

 

Impedansi dapat dicari dengan menggunakan harga θ dan rumus:

 

Z=R/cosθ

 

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.

 

 

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 di semua 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:

 

Dari gambar 4.3 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:

 

 

 

 

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:

Q =CxV

Dimana:

Q = muatan (Coulombs) 

C = kapasitansi (Farad) 

V = tegangan (Volt)

 

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

 = RxC

Dimana:

Ï„ = muatan (Coulombs) 

R = resistansi (Ohm) 

C = kapasitansi (Farad)

 

  • RLC SERI

        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.

 

 

 

 

        2.Efek Perubahan Frekuensi Dalam Rangkaian RLC Seri

 

Dalam percobaan ini akan dibuktikan bahwa impedansi Z yang diberikan oleh 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

 

        3.Frekuensi Resonansi Rangkaian 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:

 

I=V/Z

 

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

 

XL = XC

 

Frekuensi resonansi bisa dihitung dengan rumus:

 

 

 

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

 

  • RLC PARALEL

        1.Impedansi Pada 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 :

 

 

 

    Fase IR akan dengan V, fase IC akan mendahului fasa V sebesar 90o sedang fase IL akan ketinggalan 90o 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 -90o pada frekuensi rendah, kemudian akan mengecil mendekati 0o.Tepat pada frekeunsi resonansi, besar fase adalah 0o. Fase kemudian akan naik ke mendekati 90o Ketika frekuensi naik lagi

 


Komentar

Posting Komentar