Percobaan 4: Gejala Transien
1. Tujuan
1. Mengenali adanya respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga.
2. Memahami dan menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari respons waktu rangkaian.
3. Memahami pengaruh tegangan sumber tegangan bebas pada nilai tegangan tegangan transient dalam rangkaian RC.
2. Persiapan
Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul Gejala Transien ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.
Pengenalan
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).
48 Percobaan 4: Gejala Transien
Gambar 4-2 Gejala transien pengosongan muatan pada kapasitor
Perhatikan Gambar 4-3, pada rangkaian tersebut terdapat dua kapasitor C1 dan C2. Kapasitor C1 berfungsi untuk menyimpan muatan yang pada awalnya didapat dari power supply, yang lalu akan disimpannya dan dibuang ke C2 (saklar S2 ‘on’) ketika sudah tidak lagi tersambung dengan power-supply (saklar S1 ‘off’). Saklar S1 dan S2 menggunakan rangkaian terintegrasi analog switch 4066 yang memiliki resistansi kontak (on) sekitar 80 .
Gambar 4-3 Rangkaian dasar percobaan gejala transient
Untuk lebih jelasnya, terdapat tahapan:
1. Titik-titik A, B, C & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S1 ‘on’ & S2 ‘off’), sehingga muatan di C1 akan terisi. Sampai pada akhirnya tegangannya sama dengan 5V.
2. Titik-titik C, D, E & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S1 ‘off’ & S2 ‘on’), maka muatan yang terdapat pada C1 akan mengalir mengisi C2, hingga pada suatu saat tegangan di C2 sama dengan tegangan di C1.
Percobaan 4: Gejala Transien 49
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 C1
2. memindahkan sebagian isi C1 ke C2.
3. mengosongkan kedua kapasitor, dan kembali ke 1.
Siklus ini dilakukan secara otomatis oleh kontroller selama 20ms agar dapat ditampilkan pada osiloskop.
3. Alat dan Komponen yang Digunakan
1. Kit Transien (1 buah) 2. Osiloskop (1 buah) 3. Sumber daya DC (1 buah) 4. Multimeter (1 buah) 5. Kabel 4mm-4mm (max. 10 buah) 6. Kabel BNC-4mm (max. 3 buah)
4. Tugas Pendahuluan
Perhatikan Gambar . Jika pada: t0: S1 ‘off’ & S2 ‘off’,
t1: S1 ‘on’ & S2 ‘off’, t2: S1 ‘off’ & S2 ‘on’, t3: sama dengan t0, dst.
Turunkan persamaan yang menyatakan besaran VC1(t) dan VC2(t) pada setiap saat. Gambarkan grafik yang bersesuaian.
50 Percobaan 4: Gejala Transien
5. Percobaan
Memulai Percobaan
1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium.
2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.
Percobaan 1
3. Pastikan kapasitor dalam keadaan kosong dengan menghubungsingkatkan kaki-kaki tiap kapasitor.
4. Siapkan rangkaian seperti pada Gambar 3, dengan nilai komponen pada Tabel 4-1.
Tabel 4-1 Nilai komponen RC pada percobaan 1
Komponen Nilai
R1 2,2 k R2 4,7 k C1 220 nF C2 470 nF 5. Siapkan Osiloskop (cek dahulu kalibrasinya).
6. Hubungkan kabel power supply AC (outlet) dari kit Transien ke jala-jala. 7. Hubungkan VCC dan Ground ke Power-Supply dengan tegangan 5V dc. 8. Pergunakan sinyal “Vcontrol S1” atau VCS1 sebagai sinyal sinkronisasi.
9. Gunakan kanal-1 Osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C1 (VC1). Dan catat plot tegangan-waktu dari VC1.
10. Gunakan kanal-2 Osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C2 (VC2). Dan catat plot tegangan-waktu dari VC2.
11. Gabungkan kedua channel dengan fungsi “DUAL” di osiloskop. Plot secara detail gabungan dari VC1 dan VC2 vs waktu.
12. Tuliskan hasil percobaan di atas dalam bentuk tabel dalam Buku Catatan Laboratorium.
Percobaan 4: Gejala Transien 51
Percobaan 2
13. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai R1 lainnya.
14. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai R2 lainnya.
15. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai C1 lainnya.
16. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai C2 lainnya.
17. Analisalah data yang anda dapat dan buatlah kesimpulan dari percobaan ini.
Percobaan 3
18. Susun kembali rangkaian seperti pada Percobaan 1.
19. Ubah tegangan sumber tegangan DC dari 5 V menjadi 4 V. Baca dan catatlah nilai tegangan keadaan mantap pada C1 dan C2. Baca dan catat juga konstanta waktunya.
20. Lakukan sekali lagi untuk sumber tegangan DC tegangan 2 V. Bandingkan nilai-nilai tegangan mantap pada C1 dan C2 yang diperoleh dengan tegangan dari sumber tegangan yang berbeda-beda tersebut. Bandingkan juga konstanta waktunya. Tulis hasil pengamatan dan analisa dalam laporan.
Percobaan 4
21. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 4-4.
52 Percobaan 4: Gejala Transien
22. Amati tegangan pada titik E (Petunjuk: atur setting pada osiloskop menjadi 0,2 V/div, waktu 40 μs, slope turun, dan external trigger dari VCS4).
23. Amatilah perubahan tegangan untuk nilai C2 yang berbeda.
24. Analisalah data yang anda dapat dan buatlah kesimpulan dari percobaan ini.
Percobaan Tambahan Gejala Transien
1. Susunlah rangkaian menggunakan KIT Rangkaian RL & RC sehingga membentuk rangkaian pada Gambar 4-5 dibawah ini.
Gel. Kotak 1Khz ~2Vpp + -2,5mH Rvar 8,2 nF Vc + -50Ω ~50Ω RL RG Induktor Frekuensi Generator
Gambar 4-5 Susunan rangkaian gejala transien orde 2
Catatan:
- RL dan RG adalah resistansi internal komponen/perangkat - Rvar adalah blok resistor variabel
2. Ukur nilai RL yang ada pada kit percobaan anda, dan catat pada BCL.
3. Pasang probe oscilator pada posisi Vc di channel 1 dan output dari generator fungsi di channel 2 osiloskop.
4. Ubah-ubah tampilan osiloskop, sehingga untuk nilai Rvar sekitar 50 ohm, Gambar yang terlihat di kanal 1 adalah seperti gambar 4E dibawah.
Gambar 4-6 Gelombang transien ‘underdamped’
5. Ubah ubah nilai Rvar menjadi sekitar 100 , amati bentuk gelombang di osiloskop kanal 1 dan catat di BCL.
Percobaan 4: Gejala Transien 53
6. Ubah ubah nilai Rvar menjadi sekitar 2 k, amati bentuk gelombang dan catat di BCL.
7. Carilah nilai Rvar yang membuat kondisi ‘critically damped’. Catat nilai dan gambar di BCL.
Mengakhiri Percobaan
25. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel, matikan osiloskop, power supply DC, dan cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selektor menunjuk ke pilihan off).
26. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.
27. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.
