MODUL 4 RLC SERI DAN RLC PARALEL
MODUL 4
RLC SERI DAN RLC PARALEL
Rangkaian filter adalah rangkaian elektronik yang dirancang untuk melewatkan atau menolak sinyal pada frekuensi tertentu, sementara melemahkan sinyal pada frekuensi lainnya. Filter ini digunakan untuk memproses sinyal dengan cara menyaring komponen frekuensi yang tidak diinginkan atau untuk mengisolasi frekuensi tertentu dalam sinyal.
Low-pass filter (LPF) adalah jenis rangkaian filter yang dirancang untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off tertentu dan melemahkan (atau memblokir) sinyal dengan frekuensi di atas frekuensi tersebut. Dengan kata lain, low-pass filter memungkinkan frekuensi rendah untuk melewati sementara mengurangi kekuatan frekuensi tinggi.
High-pass filter (HPF) adalah jenis rangkaian filter yang dirancang untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off tertentu dan melemahkan (atau memblokir) sinyal dengan frekuensi di bawah frekuensi tersebut. Dengan kata lain, high-pass filter memungkinkan frekuensi tinggi untuk melewati sementara mengurangi kekuatan frekuensi rendah.
- Mengetahui prinsip kerja LPF (Low Pass Filter)
- Mengetahui prinsip kerja HPF (High Pass Filter)
- Mengetahui prinsip kerja Mutual Inductance
a). Multimeter
b). Jumper
c). DC Power Supply
d) Osiloskop
e) Function generator
B. Bahan
a) Module elektronika analog Operational Amplifier 1
b) Resistor
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 :
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 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 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 (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.
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 (H).
D. 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.
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.
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.
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 = C x V
Dimana:
Q = muatan (Coulombs)
C = kapasitansi (Farad)
V = tegangan (Volt)
Waktu yang dibutuhkan olehkapasitor untuk mengisi penuh disebut time constant, dinyatakan dalam rumus:
τ = R x C
Dimana:
τ = muatan
(Coulombs) R =
resistansi (Ohm)
C = kapasitansi (Farad)
E. 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.
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:
XL = XC
Frekuensi resonansi bisa dihitung dengan rumus:
XL = 2π fL
Dan
Ketika XL = XC, maka f = fR.
Jadi,
XC =1/ 2π fC
2π fRL =1/ 2π fRC
Sehingga didapatkan,
F. RLC Paralel
3.1 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 :
jalannya fase arus dan tegangan serta diagram fasornya seperti berikut :
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 kan berubah dari mendekati -90 derjat pada frekuensi rendah,kemudian akan mengecil mendekati 0 derjat .Tepat pada frekeunsi resonansi, besar fase adalah 0 derjat Fase kemudian akan naik ke mendekati 90 derajat ketika frekuensi naik lagi.
Komentar
Posting Komentar