Modul 4
MODUL 4
RLC SERI DAN RLC PARALEL
Rangkaian RLC, singkatan dari Resistor-Inductor-Capacitor, adalah bentuk dasar dari banyak aplikasi dalam dunia elektronika. Dalam rangkaian RLC seri, komponen-komponen tersebut terhubung secara berurutan, menciptakan aliran arus yang sama melalui setiap komponen. Tegangan total pada rangkaian merupakan hasil dari penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen, yang dapat menyebabkan tegangan total menjadi lebih besar atau lebih kecil dari tegangan pada komponen individual, tergantung pada hubungan antara impedansi komponen. Impedansi total dari rangkaian RLC seri dihitung dengan menggunakan rumus yang mempertimbangkan resistansi (R), reaktansi induktor (XL), dan reaktansi kapasitor (XC), yang berubah sesuai dengan frekuensi sumber daya. Pada frekuensi tertentu yang disebut frekuensi resonansi, impedansi total mencapai nilai minimum dan arus maksimum mengalir melalui rangkaian.
Di sisi lain, rangkaian RLC paralel memiliki konfigurasi di mana komponen-komponen tersebut terhubung secara paralel. Tegangan yang sama diberikan pada setiap komponen dalam rangkaian paralel, sementara arus total yang masuk ke rangkaian adalah jumlah dari arus yang mengalir melalui masing-masing komponen. Perhitungan impedansi total pada rangkaian RLC paralel menggunakan rumus reciprok dari rangkaian seri, yang memperhitungkan resistansi (R), reaktansi induktor (XL), dan reaktansi kapasitor (XC). Seperti halnya rangkaian seri, pada frekuensi resonansi tertentu, impedansi total mencapai nilai minimum dan arus maksimum mengalir melalui rangkaian paralel, menciptakan fenomena yang penting dalam desain dan pemahaman sistem listrik.
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)
A. Alat
1. Instrument
Multimeter
2. Module
3. Base Station
4. Jumper
Jumper
B. Bahan
Resistor
Kapasitor
Induktor
Lampu
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 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 RLC 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 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.
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:
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
Gambar 4.4 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 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.
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 Rangakaian 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˚ sedang
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 derajat. Fase kemudian akan naik ke mendekati 90˚ ketika frekuensi naik
lagi.
4. 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 x 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.
5. 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.
6. 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).
.png){kind=logo}
Komentar
Posting Komentar