williamadityawijaya.files.wordpress.com · web viewmengadakan pengukuran arus serta tegangan pada...
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
Mempelajari perilaku (response) rangkaian terhadap sinyal atau forced
response, dan respon rangkaian secara menyeluruh atau complete respone.
Mengadakan pengukuran arus serta tegangan pada saat transient ( peralihan,
perubahan, transien, transisi ) pada rangkaian RC, RL.
1.2 Teori Dasar
1.2.1 Pengertian Gejala Transien
Gejala transien terjadi pada komponen penyimpan energi seperti induktor
dan/atau kapasitor. Gejala ini timbul karena energi yang diterima atau
dilepaskan oleh komponen tersebut tidak dapat berubah seketika (arus pada
induktor dan tegangan pada kapasitor).
1.2.2 Respon Rangkaian
A. Respon Paksa (Forced Response)
Arus atau tegangan yang terbentuk karena adanya energi yang masuk
atau keluar dari sumber tegangan atau sumber arus pada sumber
tegangan atau arus pada rangkaian.
B. Respon Natural (Natural Response)
Arus atau tegangan yang terbentuk karena adanya energi yang masuk
atau keluar dari komponen penyimpan energi kapasitif atau komponen
penyimpan energi kapasitif atau induktif pada rangkaian induktif pada
rangkaian
C. Respon Lengkap (Complete Response)
Merupakan arus yang mengalir di dalam rangkaian terhadap
penutupan saklar adalah arus total yang di mana arus gabungan antara
natural response dan forced respon
1.2.3 Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan kapasitor untuk dapat
menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1
2
coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat
postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika
dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.
Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C x V...............................................(1.1)
Keterangan:
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain
(pada PS)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
6. Sebagai penyimpan arus sementara.
1. Tipe Kapasitor
Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan
dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu
kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
A. Kapasitor electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat
dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika
adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang
kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa µF, yang
biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi
tinggi.
B. Kapasitor Electrolytic.
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang
bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang
3
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di
badannya.
Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses
pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif
anoda dan kutub negatif katoda. Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses
elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas.
Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida
dan electrolyte (katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-
oksida sebagai dielektrik. Dari rumus diketahui besar kapasitansi berbanding
terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga
dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.
C. Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk
kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery dan accu
adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan
arus bocor (leakage current) yang sangat kecil.
Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk
mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk
aplikasi mobil elektrik dan telepon selular.
1.2.4 Induktor
Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif
(kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet
yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya.
Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh
induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah
kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat
medan magnet yang kuat didalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday.
Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan
dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan
kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.
4
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau
kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya
merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas
kawat, dan beberapa kapasitansi.
Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena
kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor
berinti magnet juga memboroskan daya didalam inti karena efek histeresis, dan
pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.
Induktor sering digunakan pada sirkuit analog dan pemroses sinyal.
Induktor berpasangan dengan kondensator dan komponen lain membentuk sirkuit
tertala. Penggunaan induktor bervariasi dari penggunaan induktor besar pada
pencatu daya untuk menghilangkan dengung pencatu daya, hingga induktor kecil
yang terpasang pada kabel untuk mencegah interferensi frekuensi radio untuk
dprd melalui kabel.
Kombinasi induktor-kondensator menjadi rangkaian tala dalam pemancar
dan penerima radio. Dua induktor atau lebih yang terkopel secara magnetik
membentuk transformator.
Induktor digunakan sebagai penyimpan energi pada beberapa pencatu daya
moda sakelar. Induktor dienergikan selama waktu tertentu, dan dikuras pada sisa
siklus. Perbandingan transfer energi ini menentukan tegangan keluaran.
Reaktansi induktif XL ini digunakan bersama semikonduktor aktif untuk
menjaga tegangan dengan akurat. Induktor juga digunakan dalam sistem transmisi
listrik, yang digunakan untuk mengikangkan paku-paku tegangan yang berasal
dari petir, dan juga membatasi arus pensakelaran dan arus kesalahan.
Dalam bidang ini, indukutor sering disebut dengan reaktor.Induktor yang
memiliki induktansi sangat tinggi dapat disimulasikan dengan menggunakan
girator.
Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk
melawan fluktuasi arus yang melewatinya. Aplikasinya pada rangkaian dc salah
satunya adalah untuk menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap fluktuasi
beban arus. Pada aplikasi rangkaian ac, salah satu gunanya adalah bisa untuk
5
meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak dinginkan. Akan lebih banyak lagi
fungsi dari induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian filter, tuner dan
sebagainya.
1. Jenis-Jenis Lilitan
Induktor mempunyai jenis lililitan yang berbeda diantaranya:
1) Lilitan ferit sarang madu
Lilitan sarang madu dililit dengan cara bersilangan untuk mengurangi efek
kapasitansi terdistribusi. Ini sering digunakan pada rangkaian tala pada
penerima radio dalam jangkah gelombang menengah dan gelombang panjang.
Karena konstruksinya, induktansi tinggi dapat dicapai dengan bentuk yang
kecil.
2) Lilitan inti toroid
Sebuah lilitan sederhana yang dililit dengan bentuk silinder menciptakan
medan magnet eksternal dengan kutub utara-selatan. Sebuah lilitan toroid dapat
dibuat dari lilitan silinder dengan menghubungkannya menjadi berbentuk
donat, sehingga menyatukan kutub utara dan selatan. Pada lilitan toroid, medan
magnet ditahan pada lilitan. Ini menyebabkan lebih sedikit radiasi magnetik
dari lilitan, dan kekebalan dari medan magnet eksternal.
2. Penggunaan Induktor
Induktor sering digunakan pada sirkuit analog dan pemroses sinyal.
Induktor berpasangan dengan kondensator dan komponen lain membentuk
sirkuit tertala.
Penggunaan induktor bervariasi dari penggunaan induktor besar pada
pencatu daya untuk menghilangkan dengung pencatu daya, hingga induktor kecil
yang terpasang pada kabel untuk mencegah interferensi frekuensi radio untuk
dprd melalui kabel.
Kombinasi induktor-kondensator menjadi rangkaian tala dalam pemancar
dan penerima radio. Dua induktor atau lebih yang terkopel secara magnetik
membentuk transformator.
Induktor digunakan sebagai penyimpan energi pada beberapa pencatu daya
moda sakelar. Induktor dienergikan selama waktu tertentu, dan dikuras pada sisa
6
siklus. Perbandingan transfer energi ini menentukan tegangan keluaran.
Reaktansi induktif XL ini digunakan bersama semikonduktor aktif untuk menjaga
tegangan dengan akurat.
Induktor juga digunakan dalam sistem transmisi listrik, yang digunakan
untuk mengikangkan paku-paku tegangan yang berasal dari petir, dan juga
membatasi arus pensakelaran dan arus kesalahan. Dalam bidang ini, indukutor
sering disebut dengan reaktor. Induktor yang memiliki induktansi sangat tinggi
dapat disimulasikan dengan menggunakan girator.
3. Kontruksi Induktor
Sebuah induktor biasanya dikonstruksi sebagai sebuah lilitan dari bahan
penghantar, biasanya kawat tembaga, digulung pada inti magnet berupa udara
atau bahan feromagnetik.
Bahan inti yang mempunyai permeabilitas magnet yang lebih tinggi dari
udara meningkatkan medan magnet dan menjaganya tetap dekat pada induktor,
sehingga meningkatkan induktansi induktor. Induktor frekuensi rendah dibuat
dengan menggunakan baja laminasi untuk menekan arus eddy.
Ferit lunak biasanya digunakan sebagai inti pada induktor frekuensi tingi,
dikarenakan ferit tidak menyebabkan kerugian daya pada frekuensi tinggi
seperti pada inti besi. Ini dikarenakan ferit mempunyai lengkung histeresis
yang sempit dan resistivitasnya yang tinggi mencegah arus eddy.
Induktor dibuat dengan berbagai bentuk. Sebagian besar dikonstruksi
dengan menggulung kawat tembaga email disekitar bahan inti dengan kaki-kali
kawat terlukts keluar. Beberapa jenis menutup penuh gulungan kawat di dalam
material inti, dinamakan induktor terselubungi.
Beberapa induktor mempunyai inti yang dapat diubah letaknya, yang
memungkinkan pengubahan induktansi. Induktor yang digunakan untuk
menahan frekuensi sangat tinggi biasanya dibuat dengan melilitkan tabung atau
manik-manik ferit pada kabel transmisi.
Induktor kecil dapat dicetak langsung pada papan rangkaian cetak dengan
membuat jalur tembaga berbentuk spiral. Beberapa induktor dapat dibentuk
pada rangkaian terintegrasi menhan menggunakan inti planar. Tetapi
7
bentuknya yang kecil membatasi induktansi. Dan girator dapat menjadi pilihan
alternatif.
1.3 Alat-Alat Yang Digunakan
1. Kit praktikum gejala transien
2. Stopwatch
3. Sumber daya searah (DC)
4. Multimeter
5. Kabel Penghubung
1.4 Prosedur Percobaan
PERCOBAAN 1
Gambar 1.1 Rangkaian percobaan-1
1. Membuat rangkaian seperti diatas sebagai berikut :
V = 5 Volt R = 10 kΩ C = 1000µF
Keadaan mula, saklar S1 terbuka, C tidak bermuatan ( bagaimana caranya
agar dapat diperoleh keadaan ini ?). Pada t = 0, saklar S1 kemudian ditutup
dan selanjutnya dibiarkan tertutup.
2. Mempersiapan stopwatch
Ketika saklar dibuka, stopwatch langung dimulai selama durasi 60 detik.
Kemudian mencatat perubahan-perubahan selama 60 detik. Dengan tahap
penulisan 0 detik, 5 detik, 10 detik, 20 detik, 30 detik, 40 detik, 50 detik, 60
detik.
3. Menggambar Grafik VR(t)
Memasanglah a-b pada masukan-Y dari rekorder. Sumber V = 5 Volt
dipersiapkan dan S1 masih terbuka. Saklar time base ( sec/cm ) dibuat
menyala (on). Dan menunggu hingga pena menggambarkan grafik
sepanjang kira-kira 2 cm, kemudian saklar S1 tertutup. Menjaga agar pena
8
jangan menyentuh posisi maksimum ( maksimum kanan atau maksimum
atas ) dengan mengatur saklar. Time base ( sec/cm ) sedemikian hingga
diperoleh gambar dengan lengkungan yang cukup baik dan jelas. Kemudian
membuka saklar S1.
4. Menggambar Grafik Vc (t)
Pada keadaan saklar S terbuka. Menghilangkan muatan pada C dengan cara
menghubungkan resistor = 100Ω, posisi saklar sumber pada volt. Menutup
S1 selama beberapa saat. memasanglah ground pada masukan-Y dari
recorder. Sumber V = 5 volt dipersiapkan, sedangkan S1 masih terbuka.
Saklar time base ( sec/cm ) dibuat (on), dan menunggu beberapa saat sampai
pena menggambarkan grafik sepanjang kira-kira 2 cm, kemudian barulah
saklar S1 ditutup. Pena akan menggambarkan grafik Vc (t) yang diinginkan.
Sebelum pena mencapai posisi maksimum ( maksimum kanan atau
maksimum atas ), ubahlah time base ( sec/cm ) ke (off).
memilih kombinasi kedudukan skala Y (mV/cm) dan skala time base
(sec/cm) sehingga diperoleh gambar dengan kelengkungan yang cukup baik
dan jelas. membuka saklar S1.
PERCOBAAN 2
Rangkaian Serupa Dengan Percobaan-1 :
Gambar 1.2 rangkaian percobaan-2
1. Keadaan mula, saklar S1 terbuka, kapasitor C mula-mula tidak bermuatan
dengan Vc (t) = 2 volt. Cara memberi tegangan mula-mula pada C adalah
dengan memasang Rs = 10kΩ dan V = 2 volt. Saklar S2 kemudian ditutup
untuk beberapa saat ( kira-kira 30 detik ) kemudian dibuka kembali.
Rs = 10 kΩS2
9
2. Dengan cara yang sama percobaan 1, mengukur dengan stpowatch tegangan
Vc (t) dan VR sebagai fungsi t sebelum, pada waktu dan setelah S1 ditutup.
PEROBAAN 3
Buatlah rangkaian sebagai berikut :
Gambar 1.3 Rangkaian Percobaan-3
1. V = 5 volt R1 = R2 = 20KΩ R3 = 10 KΩ C = 2200 µF
Keadaan mula, saklar S1 teerbuka, kapasitor C mula-mula tidak bermuatan
(pastikan keadaan ini ). Pada saat t = 0, saklar S1 ditutup dan selanjutnya
dibiarkan tertutup.
2. Dengan cara yang sama dengan percobaan 1, mengukur dengan stopwacth,
tegangan VR (t) dan Vc(t) setelah S ditutup.
PERCOBAAN 4
Gambar 1.4 Rangkaian Percobaan-4
Membuatlah rangkaian sebagai berkut :
1. V = 5 volt R1 = 100Ω C1 = 2200µf R2 = 10 KΩ C2 = 1000 µF
2. Pada rangkaian C1-R2-C2;
Keadaan mula, saklar S2 terbuka, tegangan mula pada C1 = V0 dan C2 = 0
( tidak mempunyai tegangan mula ). Rangkaian V – S1 – R1 digunakan untuk
memberikan tegangan mulai pada C1. Dengan cara menutup S1 sebentar
10
( kira-kira 30 detik ). Pada saat t = 0, S1 ditutup dan selanjutnya dibiarkan
tertutup. Carilah i(t), VR(t),VC(t) dan Vc2(t) setelah ditutup.
3. Percobaan Dengan stopwatch tegangan VR(t) sebelum, pada waktu, dan
setelah S2 ditutup. Ukurlah dengan multimeter tegangan Vc1 dan Vc2 dalam
keadaan mantap ( steady state ), setelah S2 ditutup.