Laporan Praktikum -Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB MODUL VI RANGKAIAN RESONANSI Laboratorium Dasar Teknik Elektro -Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB PDF

Preview

Summary

MODUL VI RANGKAIAN RESONANSI Riyani Prima Dewi (180 13 035) Asisten: Fiqih Tri Fathulah R Tanggal Percobaan: 12/11/2013 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Pada praktikum modul 6 tentang Rangkaian Resonansi, akan ...

Description

MODUL VI RANGKAIAN RESONANSI Riyani Prima Dewi (180 13 035) Asisten: Fiqih Tri Fathulah R Tanggal Percobaan: 12/11/2013 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Pada praktikum modul 6 tentang Rangkaian Resonansi, akan dilakukan 5 percobaan utama yaitu percobaan untuk melihat gejala resonansi saat rangkaian RLC disususn secara seri, kemudian percobaan dua dimaksudkan untuk mengamat gejala resonansi jika rangkaian RLC disususn parallel, percobaan tiga dan empat untuk mengamati gejala resonansi jika rangkaian RLC disusun gabungan seri parallel dengan dua variasi gabungan yang berbeda, dan percobaan terakhir dilakukan unutk mengamati rangakain resonansi dalam filter. Kata kunci: Rangkaian RLC, Frekuensi Resonansi, 1.

PENDAHULUAN

Percobaan 6 pada Praktikum Rangkaian Elektrik dilaksanakan dengan tujuan utama mengenalkan praktikan dengan sifat-sifat rangkaian resonansi. Adapun tujuan-tujuan dari percobaan 6 Praktikum Rangkaian Elektrik ini, antara lain : 1. Praktikan dapat mengenal sifat rangkaian RLC. 2. Praktikan dapat mengenal sifat resonansi seri, resonansi paralel, resonansi seri paralel. 3. Praktikan dapat membedakan sifat resonansi seri dan paralel. 4. Papat menghitung dan frekuensi resonansi rangkaian.

2.

memperkirakan

Frekuensi yang menyebabkan kondisi tersebut terjadi disebut dengan frekuensi resonansi (ω0), atau sering digunakan juga, f 0. Suatu rangkaian dikatakan beresonansi ketika tegangan terpasang V dan arus yang dihasilkan I berada dalam kondisi satu fasa. Bila terjadi resonansi, dimana frekuensi resonansi = fr maka reaktansi = 0, :Z = R (impedansi mencapai harga minimum);I mencapai maksimumBila tidak terjadi resonansi, maka Reaktansi ≠ 0, Z >R; Bila f < fr (sebelah kiri harga fr) reaktansi bersifat kapasitif dan arus mendahului tegangan. Bila f > fr (sebelah kanan fr) reaktansi bersifat induktif dan arus ketinggalan terhadap tegangan. Sementara itu untuk resonansi pada rangkaian paralel, yang 0 adalah suseptansinya, bukan reaktansinya yang menyebabkan ada tegangan maksimum karena rangkaian RLC parallel yang beresonansi akan bertindak seperti open circuit dengan nilai ωo yang sama karena XL = XB. Rangkaian RLC dapat terjadi ketika nilai induktansinya sama besar dengan nilai kapasitansinya sehingga kedua nilai ini akan saling menghilangkan dan menyebabkan rangkaian RLC tersebut hanya memiliki sifat Resistif. Ketika XL = XC,

STUDI PUSTAKA

Gelombang AC merupakan sebuah gelombang yang berbentuk sinusoidal. Pada rangkaian yang menggunakan sumber AC akan timbul response yang bergantung pada besarnya kapasitansi dan/atau induktansi dalam rangkaian tersebut. Resonansi adalah suatu kondisi di mana rangkaian dieksitasi dengan frekuensi naturalnya, ini menyebabkan nilai |H(jω)| mencapai nilai minimum dan maksimum. Nilai |H(jω)| merupakan respon frekuensi yang direpresentasikan sebagai perbandingan output respon Y(jω) terhadap input sinusoidal X(jω) atau yang lebih dikenal dengan fungsi transfer dan domain jω:

Hal ini berlaku baik pada rangkaian resonansi seri RLC maupun rangkaian resonansi paralel. Hanya saja, pada resonansi seri RLC, rangkaian mencapai titik maksimum saat fo-nya sedangkan pada rangkaian resonansi paralel RLC, rangkaian encapai titik minimum saat fo-nya. [3] 2.1 Rangkaian RLC Dalam rangkaian seri RLC impedansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai berikut:

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

Dari hubungan ini akan terlihat bahwa reaktansi induktif dan kapasitif selalu akan saling mengurangi. Bila kedua komponen ini sama besar, maka akan saling meniadakan, dan dikatakan bahwa rangkaian dalam keadaan resonansi. Resonansinya adalah resonansi seri. Demikian pula halnya pada rangkaian paralel RLC admitansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai:

dimana G adalah konduktansi dan B adalah suseptansi.

Gambar 2-3 Rangkaian Resonansi Paralel

Saat BC = BL,, maka dapat dituliskan sebagai berikut

Disini ωO adalah frekuensi yang membuat rangkaian bersifat resistif dan terjadi arus maksimum atau tegangan maksimum pada R.[2]

Dari hubungan ini juga akan terlihat bahwa suseptansi kapasitif dan induktif akan selalu saling mengurangi. Pada keadaan resonansi, kedua suseptansi tersebut akan saling meniadakan. Resonansinya adalah resonansi paralel. [1] 2.2 Resonansi Seri Gambar 2-4 Grafik Tegangan dengan frekuensi pada rangkaian resonansi Paralel

3.

METODOLOGI

Alat dan komponen yang digunakan pada pecobaan ini, antara lain:

Gambar 2-1 Rangkaian Resonansi Seri

Resonansi Seri terjadi saat XL = XC,

1. Multimeter Digital 2. Generator sinyal 3. Osiloskop 4. Kabel BNC - Probe Jepit 5. Kabel 4mm - jepit buaya 6. Breadboard Disini ωO atau fO adalah frekuensi yang membuat rangkaian bersifat resistif dan terjadi arus maksimum atau tegangan maksimum pada R. [2]

7. Kabel Jumper 8. Resistor : 47Ω 9. Kapasitor : 470pF dan 471pF 10. Induktor : 2,5mH

3.1

Gambar 2-2 Grafik arus dengan frekuensi pada rangkaian resonansi Seri

MENCATAT SPESIFIKASI ALAT-ALAT YANG AKAN DIGUNAKAN

Sebelum menggunakan Alat-alat di praktikum, spesifikasi dari setiap alat dicatat dan dipahami, mengecek fuse multimeter, dan melakukan kalibrasi osiloskop yang hendak diguankan.

2.3 Resonansi Paralel

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

3.2

PERCOBAAN RANGKAIAN RESONANSI SERI RLC

merangkai rangkaian seperti pada gambar 3-2 mengeset kanal 1 osiloskop sebagai Vi dan kanal 2 osiloskop sebagaiVo di resistor mengubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo minimum

Gambar 3-1 Rangkaian Resonansi Seri RLC

mencatat nilai tegangan minimumtersebut

merangkai rangkaian seperti pada gambar 3-1.

3.4 mengeset kanal 1 osiloskop sebagai Vi dan kanal 2 osiloskop sebagaiVo di resistor

PERCOBAAN RANGKAIAN PARALEL ANTARA L DENGAN RANGKAIAN SERI L DAN C

mengubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimum mencatat nilai tegangan maksimum tersebut dan catat pula besarnya tegangan VAB dan VBO

3.3

PERCOBAAN RANGKAIAN RESONANSI PARALEL RLC

Gambar 3-3 Rangkaian Paralel Antara L dengan Rangkaian Seri L dan C

merangkai rangkaian seperti pada gambar 3-3 mengeset kanal 1 osiloskop sebagai Vi dan kanal 2 osiloskop sebagaiVo di resistor mengubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimum dan Vo minimum lokal Gambar 3-2 Rangkaian Resonansi Paralel RLC

mencatat nilai tegangan maksimum dan minimum lokal tersebut

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

3

3.5

PERCOBAAN RANGKAIAN SERI ANTARA C DENGAN RANGKAIAN PARALEL L DAN C

3.6 PECOBAAN APLIKASI RANGKAIAN RESONANSI DALAM FILTER 3.6.1 PERCOBAAN RANGKAIAN PARALEL (BANDSTOP FILTER) menyusun rangkaian seperti pada gambar 3-2

mencari nilai frekuensi (FC) saat Vo nya minimum, Gambar 3-4 Rangkaian Seri Antara C dengan Rangkaian Paralel L dan C

merangkai rangkaian seperti pada gambar 3-4 mengeset kanal 1 osiloskop sebagai Vi dan kanal 2 osiloskop sebagaiVo di resistor mengubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo minimum

mencatat nilai tegangan minimumtersebut

mencari nilai Vo disaat frekuensi 0.01, 0.1, 10 dan 100 kali FC

mencari nilai FL dan FH dimanaVo saat FL dan FH = Vo saat FC dibagi akar dua (dengan FL < FC < FH)

mencari beda fasa pada titik-titik tersebut

mencatat hasil pengamatan dan menggambarkan bodeplot nya pada BCL

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

4

Tabel 4-1b Spesifikasi Generator Sinyal (GW Instek SFG2110)

3.6.2 PERCOBAAN RANGKAIAN SERI (BANDPASS FILTER)

No .

Spesifikasi

Keterangan

1

Input AC Max 30 Vrms

Nilai maksimum input AC

2

Resistansi Output 50Ω

Resistansi dari tegangan output

menyusun rangkaian seperti pada gambar 3-1

Tabel 4-1c Spesifikasi Osiloskop (GW Instek GOS-6050)

mencari nilai frekuensi (FC) saat Vo nya minimum,

No.

Spesifikasi

Keterangan

1

Frekuensi Max 50 Mhz

Frekuensi maksimum yang dapat diukur

2

1 MΩ // 2pF

Hambatan dalam osiloskop

mencari nilai Vo disaat frekuensi 0.01, 0.1, 10 dan 100 kali FC

PERCOBAAN RANGKAIAN RESONANSI SERI RLC

4.2

mencari nilai FL dan FH dimanaVo saat FL dan FH = Vo saat FC dibagi akar dua (dengan FL < FC < FH)

Berdasarkan perhitungan manual, dengan besar komponen yang diketahui dalam rangkaian dicari fo dengan menggunakan rumus seperti dibawah ini , maka diperoleh frekuensi resonansi rangkaian sebesar :

mencari beda fasa pada titik-titik tersebut

�� =

�� =

mencatat hasil pengamatan dan menggambarkan bodeplot nya pada BCL

4.

�√ , × − × , ���

�� =

HASIL DAN ANALISIS

4.1

�√��

MENCATAT SPESIFIKASI ALAT-ALAT YANG AKAN DIGUNAKAN

Spesifikasi

Keterangan

1

Batas ukur arus AC / DC max 400 mA

Arus maksimum yang dapat diukur

2

Batas ukur tegangan max 600 V DC/AC

3

Fuse 0,5 A/250 V

4 5

Baterai AA 1,5 V 2 buah RMS Sinyal Sinusoidal Frekuensi 40Hz 400Hz

Tegangan maksimum yang masih dapat diukur Sekering yang digunakan Baterai yang digunakan Frekuensi bolak balik yang dapat diukur

−

Sedangkan berdasarkan percobaan, nilai tegangan maksimum diperoleh saat frekuensi 177 kHz sebesar 0.22 Vpp. F

Tabel 4-1a Multimeter Digital (Sanwa Digital Multimeter CD800a) No .

×

VO

Pengukuran

Perhitungan

(Hz)

(Hz)

177k

146,825kHz

(Vpp)

0.22

Analisis : Adanya perbedaan nilai frekuensi hasil perhitungan dan nilai frekuensi hasil percobaan ini sangat mungkin terjadi. Perbedaan ini disebabkan oleh beberapa factor diantaranya nilai actual kapasitor yang belum tepat sesuai yang diinginkan (470pF), nilai actual inductor yang belum tepat sebesar 2,5mH, adanya impedansi generator sinyal yang tidak diketahui besarnya, serta adanya hambatan dalam inductor yang diukuroleh multimeter sebesar 49,8 Ω. Maka dari itu, hasil pengukuran yang diperoleh dapat dikatakan valid, karena nilia tersebut mendekati hasil perhitungan

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

5

yanga mengabaikan nilai2 impedasni generator sinyal dan besar hambatan inductor. catatan: Vo = 0 Vpp saat f = 1 Hz, Vo = 6 mVpp saat f = 8 MHz.

4.3

Berdasarkan perhitungan manual, dengan besar komponen yang diketahui dalam rangkaian dicari fo dengan menggunakan rumus seperti dibawah ini , maka diperoleh frekuensi resonansi rangkaian sebesar :

�√ , × , ���

�� =

−

×

×

VO Perhitungan

(Hz)

(Hz)

146,825kHz

(Vpp)

0

4.5 Perbedaan nilai frekuensi hasil perhitungan dan nilai frekuensi hasil percobaan disebabkan karena nilai aktual kapasitor yang tidak tepat 470 pF dan nilai aktual induktor yang tidak tepat 2.5 mH. Selain itu, Generator sinyal juga mempunyai impedansi dalam yang tidak diketahui nilai aktualnya. Maka berdasarkan factor-faktor tersebut hsil pengukuran yang diperoleh masih bisa dikatakan valid. catatan: Vo = 0,4 Vpp saat f = 1 Hz, Vo = 0,5 Vpp saat f = 8 MHz.

PERCOBAAN RANGKAIAN PARALEL ANTARA L DENGAN RANGKAIAN SERI L DAN C

Pada percobaan Resonansi seri-paralel, digunakan komponen 2 buah induktor 2,5 mH, kapasitor 470pF serta tegangan input 1 Vpp. Berdasarkan perhitungan, nilai fo saat seri adalah

�� =

�√��

�√ ,

−

, × ���

×

−

×

Perbedaan nilai frekuensi hasil perhitungan dan nilai frekuensi hasil percobaan disebabkan karena nilai aktual kapasitor yang tidak tepat 470 pF dan nilai aktual induktor yang tidak tepat 2.5 mH. Selain itu, Generator sinyal juga mempunyai impedansi dalam yang tidak diketahui nilai aktualnya. Maka berdasarkan factor-faktor tersebut hsil pengukuran yang diperoleh masih bisa dikatakan valid.

PERCOBAAN RANGKAIAN SERI ANTARA C DENGAN RANGKAIAN PARALEL L DAN C

Analisis

4.4

�√ � + � �

Berdasarkan percobaan nilai tegangan minimum lokal saat frekuensi 121 kHz sebesar 24 mVpp.

F

178k

�� =

�� =

−

Berdasarkan percobaan, nilai tegangan minimum diperoleh saat frekuensi 178 kHz sebesar 0 V.

Pengukuran

−

×

Berdasarkan perhitungan, nilai fo saat Vo nya minimum lokal:

�� =

�√��

�� =

�� =

�√ , × − × , ���

Berdasarkan percobaan, diperoleh nilai tegangan maksimum, Vo = 284 mVpp, saat frekuensi 178kHz.

PERCOBAAN RANGKAIAN RESONANSI PARALEL RLC

�� =

�� =

Berdasarkan perhitungan, minimum:

�� =

�� = �� =

�√��

−

�√ , × ,

���

×

Berdasarkan perhitungan, maksimum lokal:

�� =

�� =

�√

�√

�� =

×

−

nilai fo saat Vo nya

� � � � +�

, × ,

nilai fo saat Vo nya

−

���

× , ×

×

−

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

6

Berdasarkan percobaan, nilai tegangan minimum diperoleh saat frekuensi 178 kHz sebesar 1 mVpp dan nilai tegangan maksimum lokal saat frekuensi 120 kHz sebesar 120mVpp. Perbedaan nilai frekuensi hasil perhitungan dan nilai frekuensi hasil percobaan disebabkan karena nilai aktual kapasitor yang tidak tepat 470 pF dan nilai aktual induktor yang tidak tepat 2.5 mH. Selain itu, Generator sinyal juga mempunyai impedansi dalam yang tidak diketahui nilai aktualnya.

4.5.2 PERCOBAAN RANGKAIAN SERI (BANDPASS FILTER) fo = 17.5 kHz. Tabel 4-2-1a Data Percobaan Rangkaian Seri (Bandpass Filter) F

Vo(Vpp)

Vi(Vpp)

0.01fo

0

1

0.1fo

0 0.25 0 0

1 1 1 1

fo 10fo 100fo

4.5.1 PERCOBAAN RANGKAIAN PARALEL (BANDSTOP FILTER)

Tabel 4-2-1a Data Percobaan Rangkaian Paralel (Bandstop Filter) Vo(Vpp)

Vi(Vpp)

30 -

Tabel 4-2-1b Data FL dan FH Percobaan Rangkaian Seri (Bandpass Filter)

fo = 17.5 kHz.

F

Beda Fasa ( o)

Beda Fasa ( o)

f (kHz)

Vo(Vpp)

Vi(Vpp)

FL

165.2

0.176

1

FH

183.2

0.176

1

9.594

0.01fo

0.4

1

0.1fo

200 m

1

58.99

fo

0

1

-

10fo

225m

1

90

100fo

0.8

1

90

Tabel 4-2-1b Data FL dan FH Percobaan Rangkaian Paralel (Bandstop Filter) f (kHz) FL FH

10 2000

Vo(Vpp)

Vi(Vpp)

0.2474

1

0.2474

1

Gambar 4-2 bodeplot resonansi seri

5. -

-

gambar 4-1 bodeplot resonansi RLCparalel

-

-

KESIMPULANER, BANDSTOP FILTER, ATAUPUN GABUNGAN DARI KEDUA JENIS FILTER INI. Ketika mengamati perilaku VR (resistor) pada rangkaian RLC seri seperti pada gambar 3-1, dapat teramati bahwa rangkaian RLC tersebut mempunyai sifat Bandpass Filter. Ketika mengamati perilaku VR (resistor) pada rangkaian RLC paralel seperti pada gambar 3-2, dapat teramati bahwa rangkaian RLC tersebut riymempunyai sifat Bandstop Filter. Ketika mengamati perilaku VR (resistor) pada rangkaian RLC seri-paralel seperti pada gambar 3-3 ataupun 3-4, dapat teramati bahwa rangkaian RLC tersebut mempunyai sifat Bandpass Filter sekaligus sifat Bandstop Filter. Bila yang diamati adalah tegangan pada resistornya, Resonansi Seri Rangkaian RLC mempunyai sifat Bandpass Filter sedangkan Resonansi Paralel Rangkaian RLC mempunyai sifat Bandstop Filter. Kita dapat menghitung (memperkirakan) frekuensi resonansi pada rangkaian RLC, yakni frekuensi ketika besarnya kapasitansi rangkaian sama dengan besarnya induktansi rangkaian.

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

7

DAFTAR PUSTAKA [1]

Hutabarat, Mervin T. , Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik, Laboratorium Dasar Teknik Elektro, Bandung, 2013.

[2]

Alexander, Charles K. and Matthew N. O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits 4th edition, McGraw-Hill, New York, 2007.

[3]

www.wikipwedia.com. Diakses tanggal 11 November 2014.

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

8...