Orde Pertama Rangkaian RL dan (E6) Eka Yuliana, Andi Agusta Putra, Bachtera Indarto Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: ekayuliana1129@gmail.com Abstrak Telah dilakukan sebuah percobaan mengenai Orde Pertama Rangkaian RLC. Tujuan dari percobaan adalah untuk memeriksa respon natural dan respon step dari rangkaian RL dan rangkaian. Penggunaan peralatan computercontrolled juga diperkenalkan di sini. Pada percobaan ini digunakan osiloskop, yang berfungsi untuk membaca sinyal yang masuk dari rangkaian yang diuji. Percobaan ini dilakukan pada rangkaian dan rangkaian RL. Saat percobaan rangkaian diambil data saat grafik pada osiloskop naik dan turun dengan data yang diambil, tegangan dan waktu. Sedangakan pada percobaan RL diambil data tegangan dan waktu pada keadaan naik. Dari percobaan didapatkan perhitungan nilai respon atau τ pada natural dan Step Respon. Sehingga di dapatkan nilai rata-rata eror pada rangkaian keadaan naik adalah 102,048 %, dan pada saat keadaan turun adalah 100,345 %, sehingga diketahui nilai rata-rata eror pada rangkaian adalah 101,196 %. Sedangkan pada percobaan rangkaian RL di dapatkan nilai erornya sebesar 99,999 %. Hal ini terjadi karena faktor-faktor yang mempengaruhinya. Kata Kunci Respon Natral, Respon Step, dan RL I. PENDAHULUAN R angkaian RLC adalah sebuah rangkaian elektronika yang menggunakan komponen resistor, kapasitor dan induktor yang nantinya akan di hubungkan dengan rangkaian seri ataupun rangkaian paralel. Rangkaian rlc sendiri merupakan simbol listrik yang biasa dipakai untuk ketahanan, induktansi dan kapasitansi dari masing-masing komponen. Rangkaian ini nantinya juga akan membentuk sebuah osilator harmonik dan secara otomatis beresonansi sehingga disebut juga Rangkaian LC. Osiloskop digunakan untuk melihat bentuk sinyal yang sedang diamati. Dengan Osiloskop maka kita dapat mengetahui berapa frekuensi, periode dan tegangan dari sinyal. Dengan sedikit penyetelan kita juga bisa mengetahui beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran. [1] yang membentuk kotak-kotak dan disebut div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili sumbu tegangan. Panel kontrol berisi tomboltombol yang bisa digunakan untuk menyesuaikan tampilan di layar. Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal yang bisa digunakan untuk melihat dua sinyal yang berlainan, sebagai contoh kanal satu untuk melihat sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran. [2] Sebelum osiloskop bisa dipakai untuk melihat sinyal maka osiloskop perlu disetel dulu agar tidak terjadi kesalahan fatal dalam pengukuran. Hal hal yang perlu diperhatikan antara lain adalah : 1. Memastikan alat yang diukur dan osiloskop ditanahkan(digroundkan).disamping untuk keamanan hal ini juga untuk mengurangi noise dari frekuensi radio atau jala jala. 2. Memastikan probe dalam keadaan baik. 3. Kalibrasi tampilan bisa dilakukan dengan panel kontrol yang ada di osiloskop. [2] Generator sinyal merupakan suatu alat yang menghasilkan sinyal/gelombang sinus (ada juga gelombang segi empat, gelombang segi tiga) dimana frekuensi serta amplitudenya dapat diubah ubah. Pada umumnya dalam melakukan praktikum Rangkaian Elektronika (Rangkaian Listrik), generator sinyal ini dipakai bersama sama dengan osiloskop. Signal generator ini bisa menghasilkan sinyal dalam bentuk sinus, segitiga dan kotak dengan tegangan puncak ke puncak mulai dari 0 s/d 20 Vpp. Frekuensinya bisa diatur mulai dari 0 s/d 22 KHz. [1] Gambar 1.2 Signal Generator Gambar 1.1 Osiloskop Osiloskop terdiri dari dua bagian utama yaitu display dan panel kontrol. Display menyerupai tampilan layar televisi hanya saja tidak berwarna warni dan berfungsi sebagai tempat sinyal uji ditampilkan. Pada layar ini terdapat garis-garis melintang secara vertikal dan horizontal Prinsip kerjanya hampir sama dengan panel generator sinyal pada meja praktikum. Pada beberapa jenis, alat ini memiliki display/ peraga digital yang berupa seven segment untuk menampilkan besar frekuensi yang kita gunakan sehingga kita dapat mengatur sesuai dengan yang kita butuhkan. Sinyal keluaran function generator portable lebih stabil dibandingkan dengan sinyal dari generator sinyal pada meja praktikum. Untuk menggunakannya, pertama-tama atur factor pengali sesuai dengan kebutuhan kita,lalu putar tombol frekuensi dan amplitudo untuk mendapatkan nilai yang diinginkan. [1] Step response atau Respons Paksa (Forced Response). Arus atau tegangan yang terbentuk karena Arus atau tegangan yang terbentuk karena adanya energi yang masuk 1
atau keluar dari sumber tegangan atau sumber arus pada Secara singkat dapat kita katakan bahwa induktor sumber tegangan atau arus pada rangkaian. [3] merupakan suatu elemen dinamik dengan sifat-sifat sebagai Rangkaian Respons Natural (Natural Response). Arus berikut, tegangan pada induktor akan nol jika arusnya tidak atau tegangan yang terbentuk karena Arus atau tegangan berubah terhadap waktu. Induktor berperilaku seperti suatu yang terbentuk karena adanya energi yang masuk atau hubung singkat pada arus searah. Arus yang melalui keluar dari komponen penyimpan energi kapasitif atau induktor adalah fungsi kontinu dari waktu. Perubahan tak komponen penyimpan energi kapasitif atau induktif pada kontinu dari arus induktor memerlukan tegangan serta daya rangkaian induktif pada rangkaian. [3] yang tak terhingga besarnya, yang secara fisis tidak Kapasitor adalah suatu piranti dinamik yang berbasis mungkin terjadi. Induktor menyerap daya dari rangkaian pada variasi kuat medan listrik yang dibangkitkan oleh jika ia melakukan penyimpanan energi. Induktor sumber tegangan. Ada berbagai bentuk kapasitor yang mengeluarkan energi yang disimpan sebelumnya jika ia dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Bentuk memberikan energi pada rangkaian. [3] yang paling sederhana adalah dua pelat paralel yang Kapasitansi dan Induktansi Ekivalen. Pencarian nilai dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan dielektrik ini ekivalen dari kapasitor maupun induktor yang terhubung memberikan gejala resistansi. seri ataupun paralel dapat dilakukan dengan menggunakan cara yang sama seperti mencari resistor ekivalen. [2] Gambar 1.3 Karakteristik dan symbol kapasitor Dalam mempelajari analisis rangkaian listrik kita menganggap kapasitor sebagai piranti ideal, tanpa mengandung resistansi. Suatu kapasitor mempunyai kapasitansi C yang besarnya adalah (1) dengan εr adalah permitivitas relatif dielektrik dan ε0 adalah permitivitas ruang hampa. A adalah luas pelat dan d adalah tebal dielektrik yang sama dengan jarak pelat. Kapasitansi ini merupakan konstanta hubungan antara beda tegangan pelat-pelat kapasitor dengan muatannya: (2) Induktor adalah elemen dinamik yang berbasis pada variasi medan maknit yang ditimbulkan oleh arus. Pada kumparan dengan jumlah lilitan 9, dan dialiri arus sebesar il, akan timbul fluksi magnit sebesar φ = k9il, dengan k adalah suatu konstanta. Jika tidak ada kebocoran, fluksi ini akan memberikan fluksi lingkup sebesar λ = 9φ = k92 il.. Hubungan antara arus yang melalui induktor itu dengan fluksi lingkup yang ditimbulkannya dinyatakan dengan suatu konstanta L yang kita sebut induktansi induktor dengan satuan henry. [3] (3) II. METODOLOGI Pada percobaan rangkaian kapasitansi dan induktansi dilakukan dua kali percobaan, dan alat dan bahan yang digunakan adalah resistor 200 kω, L 10 H, C 10 6 pf, osiloskop, project board, penjepit buaya. Pada percobaan rangkaian dilakukan dua kali, yaitu percoaan pada saat naik dan turun, dengan langkah langkah seperti berikut. Pertama yang dilakukan adalah disiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan. Diukur nilai kapasitor, inductor dan resistornya. Pertama, susun alat-alat yang dubutuhkan pada percobaan ini dan ukur nilai kapasitan dan resistor. Gunakan computer untuk mengontrol peralatan. Dan atur perlatan, Signal generator. Tipe gelombang: Square wave. Amplitudo= 5V. Offset=2.5 V. Frekuensi=ditentukan dari parameter rangkaian. perlu dingatkan amplitudo sebenarnya dari sinyal ialah 10V. Osiloskop. External trigger: dari terminal SYNC out dari sinyal generator. Channel 2: diputuskan. Prosedur selanjutnya ialah untuk respon alami dari rangkai. Gunakan komponen seperti pada keterangan sebelumnya. Buat rangkaian seperti pada gambar 4. Untuk menghindari dampak grounding dari peralatan. Hubungkan konduktor dengan terminal positif dari sinyal generator. Dan resistor ke terminal negatif. Gambar 2.1 Rangkaian Pada percobaan rangkaian seperti gambar berikut Gambar 1.4 Karakteristik dan simbol inductor Gambar 2.2 Rangkaian RL 2
Atur frekuensi dari sinyal generator 0.05 /. Hubungkan osiloskop pada channel 1 diresistor, tekan tombol Autoscale. Tekan tombol Main/Delayed dan pilih Lft dibawah waktu Ref dari menu dilayar osiloskop. Tekan Slope/Coupling da n pilih slope di menu(jadi naik atau turun). Atur knob time/div untuk menemukan nilai dengan lebih jelas. Ingat bahwa total nilai waktu per division ditampilkan pada layar osiloskop bagian atas. DAFTAR PUSTAKA [1] Ramdhani Mohamad, 2005, Rangkaian Listrik, Bandung: Sekolah Tinggi Teknologi Telkom [2] Tippler A. Paul, 1998, Fisika Untuk Sains Dan Teknik, Jakarta: Penerbit Erlangga. [3] Sudirham Sudaryatno, 2002, Analisis Rangkaian Listrik, Bandung: Penerbit ITB III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data Dari percobaan respon orde pertama rangkaian RL dan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut: Tabel 1 Percobaan Rangkaian Rangkaian Keadaan Naik Keadaan Turun t (ms) V (mv) -7-360 -1-80 6 220 12 360 24 400 30 40 31 40 37-180 τ eksperimen 3.989156 200 98.005-12.1833 200 106.09 2.605767 200 98.697-3.98916 200 101.994 Tabel 2 Percobaan Rangkaian RL Rangkai an t (ms) V (mv) τ eksperimen τ teori Keadaan 29.5 304 Naik -9.3 312 1493.716 20000000-9.3 312-39.4 304-1158.78 20000000 Eror % 99.99 25 100.0 06 B. Pembahasan Telah dilakukan sebuah percobaan mengenai respon orde pertama rangkaian dan RL. Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui respon dari rangkaian dan mengetahui tetapan waktu. Pada percobaan ini digunakan osiloskop, yang berfungsi untuk membaca sinyal yang masuk dari rangkaian yang diuji. Percobaan ini dilakukan pada rangkaian dan rangkaian RL. Saat percobaan rangkaian diambil data saat grafik pada osiloskop naik dan turun dengan data yang diambil, tegangan dan waktu. Sedangakan pada percobaan RL diambil data tegangan dan waktu pada keadaan naik. Dari percobaan didapatkan perhitungan nilai respon atau τ pada natural dan Step Respon. Sehingga di dapatkan nilai rata-rata eror pada rangkaian keadaan naik adalah 102,048 %, dan pada saat keadaan turun adalah 100,345 %, sehingga diketahui nilai rata-rata eror pada rangkaian adalah 101,196 %. Sedangkan pada percobaan rangkaian RL di dapatkan nilai erornya sebesar 99,999 %. Hal ini terjadi karena faktorfaktor yang mempengaruhinya. Pada rangkaian dan RL disebabkan oleh faktor panas, faktor korosi, faktor kurangnya permeabilitas bahan dielektrik pada kapasitor. IV. KESIMPULAN Dari percobaan respon orde pertama pada rangkaian dan RL dapat disimpulkan bahwa : 1. Nilai eror pada respon rangkaian pada saat keadaan naik adalah 102.048 %, dan eror pada keadaan turun adalah 100,345 %. 2. Nilai eror pada respon rangkaian RL pada saat keadaan naik adalah 99.999 %. 3
LAMPIRAN Gambar rangkaian: Tabel Percobaan Rangkaian dan RL Rangkaian t (ms) V τ (mv) eksperimen Keadaan -7-360 Naik -1-80 3.989156 200 98.005 6 220 12 360-12.1833 200 106.09 Keadaan 24 400 Turun 30 40 2.605767 200 98.697 31 40 37-180 -3.98916 200 101.994 Rangkaian t (ms) V τ (mv) eksperimen Keadaan 29.5 304 1493.716 20000000 99.9925 Naik -9.3 312-9.3 312-1158.78 20000000 100.006-39.4 304 Gambar 1. Rangkaian naik 12 Perhitungan τ teori Diketahui : R = 200 kω L = 10 H C = 106 pf Ditanya = τ? Jawab = Pada perobaan rangkaian Pada percobaan rangkaian RL Gambar 2. Rangkaian naik 34 Perhitungan τ eksperimen Contoh perhitungan rangkaian Diketahui = = -7 ms = -1 ms V 1 = -360 mv V 2 = -80 mv Ditanya = τ? Jawab = Gambar 3. Rangkaian turun 12 Perhitungaan nilai eror Contoh perhitungan Diketahui : - τ eksperimen rangkaian = 3,989156 - τ perhitungan rangkaian = 200 Ditanya : Nilai erornya? Jawab: Error = x100% = x 100% = 98.005 % Gambar 4. Rangkaian turun 34 4
Gambar 5. Rangkaian pertama RL Gambar 6. Rangkaian kedua RL Gambar 7. Rangkaian ketiga RL Gambar 8. Rangkaian percobaan Gambar 9. Hasil Osilator 5