Percobaan III Gejala Transien

Transkripsi

1 Percobaan III Gejala Transien Auliya Rendy Aidi ( ) Asisten : Jauhar Ismiyadinata ( ) Tanggal Percobaan : 25/10/2016 EL2101R Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera Abstrak Praktikum kali ini dilakukan beberapa percobaan, pertama adalah pengamatan bentuk sinyal pada tegangan masing-masing kapasitor serta perhitungan konstanta waktu untuk setiap keadaan. Kedua adalah pengamatan bentuk sinyal pada tegangan Capasitor dan perhitungan konstanta waktu untuk masing-masing nilai Resistor dan Capasitor yang berbedabeda. Terakhir yaitu pengamatan tegangan steady state dan konstanta waktu untuk nilai sumber tegangan yang berbeda. Kata Kunci Gejala Transien, Konstanta waktu, Respon, Paksa, Natural, Lengkap, Kapasitor, Resistor. I. PENDAHULUAN 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). Dari praktikum diharapakan mahasiswa dapat : a. Mengenali adanya respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga. b. Memahami dan menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari respons waktu rangkaian. c. Memahami pengaruh tegangan sumber tegangan bebas pada nilai tegangan tegangan transient dalam rangkaian RC. Gejala transien pengisian muatan pada kapasitor II. LANDASAN TEORETIS Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung 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). Gejala transien pengosongan muatan pada kapasitor

2 Perhatikan pada rangkaian tersebut terdapat dua kapasitor C 1 dan C 2. Kapasitor C 1 berfungsi untuk menyimpan muatan yang pada awalnya didapat dari power supply, yang lalu akan disimpannya dan dibuang ke C 2 (saklar S 2 on ) ketika sudah tidak lagi tersambung dengan power-supply (saklar S 1 off ). Saklar S 1 dan S 2 menggunakan rangkaian terintegrasi analog switch 4066 yang memiliki resistansi kontak (on) sekitar 80Ω. induktif pada rangkaian induktif pada rangkaian. 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 response. III. HASIL DAN ANALISIS Rangakaian yang digunakan pada percobaan pertama, kedua dan ketiga yaitu : Rangkaian dasar percobaan gejala transient Untuk lebih jelasnya, terdapat tahapan : 1. Titik-titik A, B, C & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S 1 on & S 2 off ), sehingga muatan di C 1 akan terisi. Sampai pada akhirnya tegangannya sama dengan 5V. 2. Titik-titik C, D, E & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S 1 off & S 2 on ), maka muatan yang terdapat pada C 1 akan mengalir mengisi C 2, hingga pada suatu saat tegangan di C 2 sama dengan tegangan di C 1. Pada percobaan kita kali ini, mekanisme menyala-matikan saklar-saklar (saklar elektrik) akan dikendalikan otomatis oleh sebuah rangkaian kontroller. Sehingga keseluruhan siklus yang akan kita amati : 1. mengisi C 1 2. memindahkan sebagian isi C 1 ke C mengosongkan kedua kapasitor, dan kembali ke 1. Dari berbagai percobaan yang telah dilakukan dan juga disimulasikan, didapatkan data-data sebagai berikut : A. Percobaan 1 R2 4,7 kω 4,71 kω C2 470 nf 477,7 nf Siklus ini dilakukan secara otomatis oleh kontroller selama 20ms agar dapat ditampilkan pada osiloskop. Respon pada Rangkaian : 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. 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 Grafik tegangan yang terjadi pada C 1

3 Dapat di lihat bahwa grafik yang didapat dari C 1 (kapasitor 1) memiliki hasil tegangan maksimum yaitu 4,87 V dari sumber tegangan DC 5 V. Ketidak sempurnaan kapasitor menyerap tegangan disebabkan oleh toleransi nilai resistor sehingga nilai aktual yang didapatpun tidak tepat sama dengan sumber tegangan. B. Percobaan 2 Percobaan kedua yaitu nilai kedua resistor yang dipakai pada rangkaian bernilai sama (R 1 = R 2). R2 2,2 kω 2,153 kω C2 470 nf 477,7 nf Grafik tegangan yang terjadi pada C 2 Hasil tegangan maksimum yang ditunjukkan pada grafik yaitu sebesar 1,16 V. Pada kapasitor 2 seharusnya tegangan maksimum tidak jauh berbeda dari kapasitor 1 dikarenakan faktor-faktor yang memungkinkan nilai berubah seperti kesalahan dalam rangkaian, toleransi nilai resistor, tidak melakukan kalibrasi dari penggunaan sebelumnya. Perubahan nilai resistor menjadi lebih kecil dari sebelumnya menyebabkan arus yang lewat menjadi lebih besar dari sebelumnya, berdapampak pada pengisian C 2 menjadi lebih cepat. Terlihat dari grafik Dual Trace tersebut menghasilkan tegangan 1,85 V yang hampir sama dengan percobaan sebelumnya. Masih dalam percobaan kedua dengan perbedaan yaitu besar kedua kapasitas kapasitor sama (C 1 = C 2). Dual Trace yang terjadi pada C 1 dan C 2 menyebabkan tegangan berakhir sama yaitu pada 1,84 V. Grafik C 1 yang mula-mula naik lalu kemudian turun bertemu dengan grafik C 2 menjadikan titik seimbang di mana C 1 dan C 2 saling membagi tegangan. C2 yang lambat terjadi delay karena terdahulu oleh C 1 yang lebih dekat dengan sumber tegangan. R2 4,7 kω 4,71 kω C2 220 nf 218,7 nf

4 Berubahnya nilai C 2 tidak banyak berpengaruh dalam hasil percobaan yang didapatkan. Tegangan maksimum yang didapatkan dalam Dual Trace ini yaitu 1,836 V yang hampir sama dengan hasil percobaan pertama yaitu 1,84 V. Hal ini terjadi karena perubahan hanya terjadi dalam kapasitas kapasitor dan tidak mempengaruhi hal lainnya. Bisa dikatakan hasil yang diperoleh sama dengan percobaan pertama. Grafik tegangan yang terjadi pada C 2 Begitupun pada C 2 mengalami perubahan hasil tegangan maksimum menjadi 0,982 V dari percobaan pertama, tetapi masih dalam nilai yang jauh dari teori yang seharusnya tidak jauh berbeda hasil yang didapat pada C 1. Kemungkinkan nilai berubah seperti kesalahan dalam rangkaian, toleransi nilai resistor, tidak melakukan kalibrasi dari penggunaan sebelumnya. C. Percobaan 3 Percobaan kali ini berbeda dengan percobaan pertama di atas dengan perbedaan nilai sumber tegangan yaitu 4 V aliran arus DC. Selebihnya menggunakan resistor dan kapasitor yang sama dengan percobaan pertama. Grafik tegangan yang terjadi pada C 1 Data di atas menunjukkan grafik nilai tegangan yang diserap oleh C 1 yaitu sebesar 3,86 V. Perubahan yang dilakukan sangat berpengaruh dalam besarnya tegangan pada kapasitor karena ketergantungan pada sumber tegangan yang diberikan. Dual Trace yang terjadi pada C1 dan C2 menyebabkan tegangan berakhir sama yaitu pada 1,63 V. Grafik C1 yang mula-mula naik lalu kemudian turun bertemu dengan grafik C2 menjadikan titik seimbang di mana C1 dan C2 saling membagi tegangan. C2 yang lambat terjadi delay karena terdahulu oleh C1 yang lebih dekat dengan sumber tegangan. Perbedaan dari percobaan pertama adalah beda sumber tegangan yang diberikan.

5 IV. SIMPULAN Gejala transien timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan oleh komponen tersebut tidak dapat berubah seketika, terjadi pada rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi seperti Kapasitor. Konstanta waktu rangkaian RC bergantung pada nilai masing masing Resistor dan Capasitornya. Dimana semakin besar nilai resistansi/kapasitansi maka semakin besar pula nilai konstanta waktunya, Belaku juga sebaliknya. Sumber tegangan bebas berbanding lurus dengan nilai tegangan pada kapasitor namun tidak berpengaruh teradap besarnya konstanta waktu. REFERENSI [1] C. K. Alexander, Capacitors and Inductor in Fundamentals of Electric Circuits, 4th ed. New York, U.S.A. [2] M. T. Hutabarat, Gejala Transien in Praktikum Rangkaian Elektrik. Lampung, Indonesia [3] Marvin. T. H Gejala Transien, Dikunjungi 27 Oktober %20Rangkaian%20Elektrik/ /Bahan%20Kuliah%20( )/Percobaan%204.pdf;