1. Tujuan praktikum
Ø Mempelajari pengertian impedansi; mempelajari hubungan antara impedansi, resistansi, dan reaktansi pada rangkaian seri RC
Ø Mempelajari hubungan antara tegangan dengan arus di rangkaian seri RC
Ø Melihat perbedaan fasa tegangan dengan fasa arus pada rangkaian seri RC
Ø Mempelajari peri-sikap atau respon (response) rangkaian seri RC terhadap frekuensi
2. Peralatan dan Komponen Percobaan
Ø Kit praktikum
Ø Generator Sinyal
Ø Osciloscope
Ø Kabel penghubung
Ø Multimeter
Ø Komponen elektronika
- Resistor : 10 kΩ ; 100 kΩ ; 1MΩ (masing-masing 2 buah)
- Kapasitor : 0,1 µF (100nF) ; 0,01 µF (10nF) ; 0,001 µF (1nF)
- Induktor : 2,5 mH/1A
3. Teori Penunjang
Dalam arus bolak balik gelombang sinus, impedansi didefenisikan sebagai perbandingan antara fasor tegangan terhadap fasor arus. Dari hubungan tegangan dengan arus, terlihat bahwa pada :
R : fasa tegangan adalah sefasa dengan fasa arus
L : fasa tegangan mendahului 900 terhadap fasa arus
C : fasa tegangan tertunda (tertinggal, delay) 900 terhadap fasa arus
Perbandingan tegangan terhadap arus pada R disebut resistansi, sedang pada L dan C disebut reaktansi. Bila di gambar, resistansi ternyata tidak ‘sebidang” dengan reaktansi; perbedaan ini diungkapkan dengan sebuah operator j yang besarnya = , untuk menunjukkan perputaran sudut terhadap besaran semula sebesar 900 searah dengan perputaran jarum jam dinyatakan dengan –j dan berlawanan arah +j .
3.1. Rangkaian RC
Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor), atau sering dikenal dengan istilah RC filter atau RC network, adalah rangkaian listrik yang tersusun dari resistor dan kapasitor. Rangkaian RC orde satu (first order) tersusun dari satu resistor dan satu kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling sederhana.
Rangkaian RC dapat digunakan untuk menyaring (filter) sinyal dengan cara menahan (block) frekuensi sinyal tertentu dan meneruskan (pass) sinyal yang lainnya. Ada 4 macam filter RC, di antaranya: high-pass filter, low-pass filter, band-pass filter, dan band-stop filter.
Natural Response
Rangkaian RC paling sederhana adalah rangkaian seri resistor dan kapasitor. Ketika rangkaian hanya terdiri dari satu kapasitor bermuatan dan satu resistor, kapasitor tersebut akan melepaskan energy yang disimpannya melalui resistor. Beda potensial di kapasitor, yang tergantung pada waktu, dapat dihitung menggunakan hukum arus Kirchhoff, yang menyatakan bahwa arus yang melewati kapasitor harus sama dengan arus yang melewati resistor. Hasilnya berupa persamaan diferensial linear.
Dengan menyelesaikan persamaan tersebut untuk V, dihasilkan persamaan eksponensial berupa:
dimana V0 beda potensial kapasitor saat t = 0.
Waktu yang dibutuhkan agar voltase menjadi dinamakan RC time constant dengan persamaan:
Rangkaian RC Seri
Dengan melihat rangkaian sebagai pembagi tegangan (voltage divider), beda potensial kapasitor adalah:
dan beda potensial resistor adalah:
Rangkaian RC Paralel
Rangkaian RC paralel kurang menarik jika dibandingkan dengan rangkaian RC seri. Hal ini disebabkan tegangan keluaran Voutsama dengan tegangan masukan Vin. Jadi, reangkaian ini tidak berperan sebagai filter kecuali diberi sumber arus.
Impedansi dalam bilangan kompleks:
dan
Hal ini menunjukkan arus kapasitor memiliki beda fase sebesar 90° dengan resistor (dan sumber) arus. Alternatif lainnya dapat digunakan persamaan differential berikut:
dan
3.2. Rangkaian RL
Analisa pada rangkaian RL (lihat gambar di bawah) dapat dilakukan dengan cara yang sama pada rangkauan RC. Menurut hokum kirchoff II (KVL)
Vi = Ri + L
a. Vi = VR+ VL ; VR sefasa dengan i, VL mendahului 900terhadap , dan Vi mendahului 900 terhadap I (dimana 00 < θ0 < 900)
b. Sudut θ ditentukan oleh perbandingan reaktansi dan resistensinya. Beda fasa antara VL dan I atau antara Vi dan i, dapat dilihat dengan membandingkan beda fasa antara VL dan VR, atau antara Vi dan VR.
c. Dari persamaan Vi = Ri + L , atau Vi = VR + VL ; dengan cara yang sama seperti pada rangkaian RC, dapat diturunkan persyaratan yang harus dipenuhi agar rangkaian RL berfungsi sebagai diferensiator, integrator, High Pass Filter, dan Low Pass Filter.
Langkah-langkah Percobaan Rangkaian RC
1. Buatlahrangkaian dengan harga-harga besaran seperti pada gambar di atas
2. Hitung VR dan VC dengan harga besaran yang telah diketahui
3. Ukuran VR dan VC dengan multimeter
4. Amati Vi, VR dan VC dengan osiloscope
5. Carilah beda fasa antara Vi dan VR dan jugaantara VC dan VR dengan bantuan osiloscope
6. Catatlah hasil perhitungan, pengukuran dan pengamatan ke dalam tabel
Langkah-langkah Percobaan Rangkaian Diferensiator
1. Buatlahrangkaian dengan harga-harga besaran seperti gambar di atas
2. Aturlah input dari generator sinyal dengan bentuk gelombang segi empat (square) sebesar 4 Vp-p pada frekuensi 500 Hz dengan bantuan osiloscope
3. Hitunglah konstanta waktu RC dengan harga-harga C dan R yang tersedia
4. Gambarlah bentuk gelombang keluaran (ideal) dengan input bentuk gelombang segi empat
5. Ukurlah bentuk gelombang keluaran yang terjadi dengan osiloscope
6. Catatlah hasil perhitungan dan pengukuran serta gambarlah hasil pengamatan pada tabel
7. Ulangi untuk beberapa harga C dan R yang tercantum pada table
Langkah-langkah Percobaan Rangkaian Integrator
1. Data kit praktikum, buatlah rangkaian seperti pada gambar diatas
2. Aturlah input dari geneator sinyal dengan bentuk gelombang segi empat (square) sebesar 4Vp-p pada frekuensi 500 Hz dengan bantuan osiloscope
3. Hitunglah konstanta waktu RC dengan harga-harga C dan R yang tersedia
4. Gambarlah bentuk gelombang keluaran yang terjadi dengan osiloscope
5. Catatlah hasil perhitungan dan pengukuran serta gambarlah hasil pengamatan ke tabel
6. Ulangi untuk beberapa harga C dan R yang tercantum pada tabel
Langkah-langkah Percobaan Pengaruh Frekuensi
1. Buatlahrangkaian RC seperti percobaan diferensiator dengan harga R = 100 kΩ dan C = 10 nF
2. Hitunglah konstanta waktunya = RC
3. Sinyal masukan persegi, 50 Hz, 4 Vp-p (peak to peak) dengan bantuan osciloscope
4. Ukur dan gambar bentuk gelombang keluaran untuk frekuensi 50 Hz, 500 Hz dan 50 kHz
5. Catatlah hasilnya pada tabel
6. Kemudian buatlah rangkaian RC (integrator) seperti pada percobaan Rangkaian Integrator dengan R = 100kΩ, dan C = 10nF
7. Ulangi langkah (b), (c), (d) dan (e)
5. Hasil percobaan
Percobaan Rangkaian RC
| Perhitungan | Pengukuran dengan multimeter | Pengamatan dengan | ||||||
| (Volt rms) | Osciloscope (Vp-p) | |||||||
| Vi | VR | Vc | Vi | VR | Vc | Vi | VR | Vc |
| 2 | 0.01 | 1.999 | 2 | 1.33 | 1.42 | 2 | 3 | 2 |
Percobaan Rangkaian Diferensiator
| Nilai R & C | RC = | Frekuensi | Bentuk Gelombang Keluaran | |
| Resonansi | Ideal | Pengamatan | ||
| (konstanta waktu) | = 2ΩRC / T | |||
| R = 10 kΩ | 10-3 | 3,14 x 10-3 | | |
| C = 100nF | ||||
| R = 10 kΩ | 10-4 | 3,14 x 10-4 | | |
| C = 10nF | ||||
| R = 100 kΩ | 10-3 | 3,14 x 10-3 | | |
| C = 10nF | ||||
| R = 100 kΩ | 10-4 | 3,14 x 10-4 | | |
| C = 1nF | ||||
| R = 1 MΩ | 10-4 | 3,14 x 10-2 | | |
| C = 10nF | ||||
Percobaan Rangkaian Integrator
| Nilai R & C | RC = | Frekuensi | Bentuk Gelombang Keluaran | |
| Resonansi | Ideal | Pengamatan | ||
| (konstanta waktu) | = 2ΩRC / T | |||
| R = 10 kΩ | 10-3 | 3,14 x 10-3 | | |
| C = 100nF | ||||
| R = 10 kΩ | 10-4 | 3,14 x 10-4 | | |
| C = 10nF | ||||
| R = 100 kΩ | 10-3 | 3,14 x 10-3 | | |
| C = 10nF | ||||
| R = 100 kΩ | 10-4 | 3,14 x 10-4 | | |
| C = 1nF | ||||
| R = 1 MΩ | 10-2 | 3,14 x 10-2 | | |
| C = 10nF | ||||
Pengaruh Frekuensi
| Frekuensi | Frekuensi Resonansi = | Bentuk & besar tegangan keluaran | ||||
| Rangkaian | Rangkaian | VR percobaan | Vc percobaan | |||
| percobaan | percobaan | ( gambar 7) | (gambar 8) | |||
| (gambar 7) | (gambar 8) | |||||
| 50 Hz | 1,57x10-3 | 1,57x10-3 | 1,5 | | 5 | |
| 500 Hz | 3,14x10-3 | 2,09x10-3 | 6 | | 2 | |
| 5 kHz | 1,57x10-3 | 4,18x10-3 | 5 | | 0,5 | |
| 50 kHz | 2,09x10-3 | 83,6x10-3 | 5 | | 1 | |
Gambar 11
6. Analisa Hasil Percobaan
Ø Pada praktikum ini kita dapat menganalisa dan membandingkan antara rangkaian Seri dan Paralel
Ø Pada rangkaian paralel kita dapat mengukur R1, R2 dan R3 , Rpengganti, IR1, IR2, IR3 dan VS
Ø Pada rangkaian seri kita dapat mengukur R1, R2 dan R3, Rtotal, VR1, VR2, VR3 dan I
7. Kesimpulan
Ø Untuk menghitung Rtotal pada rangkaian seri berbeda dengan rangkaian paralel, Jika pada seri Rtotal = R1+ R2 + R3 + ..... + Rn jika pada paralel Rtotal = 1 / R1+ 1 / R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn .
Ø Jika pada rangkaian seri I1 = I2 = I3 sedangkan pada paralel V1= V2 = V3
8. Daftar Pustaka
· SEDRA, Adel S and Kenneth C. Smith, Microelectronics Circuits, Saunders College Publishing, USA 1997
· MALVINO, Albert Paul., Electronic principles 3rd edition., McGraw-Hill., 1973
· HAYT, Willliam J, et.al., Rangkaian Listrik Jilid 1 Edisi ke-4 terjemahan Pantur Silaban., Erlangga., Jakarta., 1991
· NILSSON, James W, et.al., Electric Circuits 5th edition., Addison-Wesley Publishing Company., 1996
· FRANCO, Sergio, Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuit, McGraw Hill, USA 1988
· KNOX, Rosemary., Fundamentals of Digital Electronics., Delmar Publisher Inc., New York., 1986
· http://labdasar.ee.itb.ac.id/
· http://wikepedia.co.id
{ 0 komentar... Views All / Send Comment! }
Posting Komentar