RANGKAIAN SERI RLC
Apabila kita memiliki suatu sumber tegangan tetap dan kita hubungkan dengan suatu rangkaian yang tediri dari suatu hambatan R, induktansi L, dan suatu kapasitor C yang dihubungkan seri seperti maka akan menghasilkan rangkaian
seri RLC yang nilai impedansinya dapat diketahui dengan Z=
√
R2+(XL−XC)2 . Eksperimen rangkaian seri RLC ini bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara tegangan, arus dan impedansi pada setiap komponen listrik (resistor, induktor dan kapasitor) dan frekuensi resonansi rangkaian seri RLC. Eksperimen dilakukan dengan cara mengukur tegangan tiap komponen rangkaian kuat arus litrik dan frekuensi dengan variasi tegangan 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz dan resistor sebesar 47 Ω. Dari hasil ekperimen didapat resonansi rangkaian RLC terjadi pada saat frekuensi mencapai 490-1000 Hz, dengan nilai impedansi terendah 47.0009 Ω. Pda saat terjadi resonansi ( Xc = XL) maka harga resitansi dari rangkaian menjadi minimum, sedangkan harga arus rangkaian menjadi maksimum.
Kata Kunci : Frekuensi, Resonansi, Impedansi
PENDAHULUAN
Gambar Skema Rangkaian RLC Seri
Dalam skema gambar rangkaian tersebut, terdapat rangkaian RLC yang disusun seri dengan dihantarkan arus listrik AC atau searah dan arus AC tersebut akan mendapatkan hambatan pada komponen dengan simbol R, L dan juga C. Dalam hambatan tersebut akan dihasilkan Impedansi dengan simbol Z. Impedansi atau Z tersebut merupakan proses penggabungan dari simbol R, L dan C. Pada rangkaian oscilator, rangkaian RLC ini sering digunakan dalam penggunaan tuning radio dan juga televisi untuk mencari frekuensi dari gelombang radio. Skema rangkaian RLC seri ini juga sering disebut circuit controlled1.
Di dalam rangkaian RLC seri terdapat 3 buah elemen penting yang dapat dikombinasikan. Kombinasi antara 3 komponen yaitu resistor, induktor dan kapasitor ini bisa dirangkai secara seri, paralel atau bahkan keduanya. Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui adanya hubungan antara tegangan, arus dan impedansi dan besar frekuensi pada rangkaian serta dapat menentukan frekuensi resonansi rangkaian seri RLC.
TEORI
Arus dan tegangan listrik bolak balik adalah arus dan tegangan listrik yang berubah terhadap waktu atau merupakan fungsi waktu. Yang berubah adalah besar kuat arus dan tegangannya, juga polaritas atau kekutubannya. Arus bolak balik yang paling sederhana dan mudah bentuknya adalah arus sinusoidal, artinya kuat arus dan tegangannya berubah menurut fungsi sinus1.
untuk perlawanan , induktansi dan kapasitansi masing-masing. Rangkaian ini membentuk osilator harmonik untuk saat ini dan akan beresonansi hanya dalam cara yang sama seperti sebuah sirkuit LC. Perbedaan bahwa kehadiran resistor membuat adalah bahwa setiap osilasi disebabkan di sirkuit akan mati dari waktu ke waktu jika tidak terus berjalan dengan sumber. resistensi Beberapa tidak dapat dihindari di sirkuit nyata, bahkan jika resistor tidak secara khusus dimasukkan sebagai komponen. Sebuah sirkuit LC murni adalah suatu ideal yang benar-benar hanya ada dalam teori2.
Reaktansi Resistif
Reakstansi resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance), seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa. Persamaan sebagai berikut :
R = VI ……… (1)
Reaktansi Induktif
Induktansi hanya berpengaruh saat arus berubah. Induktansi memproduksi tegangan induksi yang berlawanan arah dengan arus. Karena pada sirkuit AC, arus
berubah konstan, maka induktansi melawan secara konstan. Perlawanan terhadap arus yang berjalan ini kita sebut reaktansi induktif dengan simbol XL. Reaktansi Induktif sebanding dengan induktansi dan frekuensi. Arus naik ke nilai yang lebih
apabila keduanya di hubungkan nilai reaktansi kapasitor berbanding terbalik dengan induktor apabila di hubungkan dengan sumber tegangan dengan frekuensi yang sama.
Untuk proses resonansi terjadi ketika nilai I maksimum dan V minimum sehingga membuat XL=XC sehingga nilai kedua frekuensi haruslah sama maka besar
frekuensi yakni resonansi.
f = 2π √ LC1 ……….(6)4
EKSPERIMEN
Gambar 1. Rangkaian Seri RLC
HASIL
Dari eksperimen ini didapatkan hubungkan antara tegangan, arus dan impedansi dari setiap komponen listrik yaitu resistor, induktor dan kapasitor yang diperlihatkan pada tabel 1, 2 dan 3 di bawah ini.
Tabel 1. Impedansi hambatan terhadap frekuensi
F (Hz) V (Volt) I (Ampere)
100 6,5 0,14
200 6,5 0,14
300 6,5 0,14
400 6,5 0,14
500 6,5 0,14
Gambar 1. Hubungan impedansi hambatan terhadap frekuensi
Tabel 2. Impedansi Induktor terhadap frekuensi
F (Hz) V (volt) I (Ampere)
100 1 5,5
200 0,9 6,3
300 0,7 6,4
400 0,6 6,4
Gambar 2. Hubungan impedansi induktor terhadap frekuensi
Tabel 3. Impedansi kapasitor terhadap frekuensi
F (Hz) V (volt) I (Ampere)
100 6,72 0,03
200 6,72 0,07
300 6,71 0,1
400 6,71 0,15
500 6,71 0,19
Tabel 4.
Dari hasil eksperimen dapat diketahui bahwa tegangan yang melintas pada hambatan (resistor) adalah sama dengan tegangan masukan atau tidak terjadi perubahan tegangan lain pada resistor sehingga hal ini menyebabkan fase arus dan tegangan sama pada resistor, pada rangakaian ini arus dan tegangan naik dan turun pada waktu yang sama sehingga tegangan dan arus sefasa seperti terlihat pada grafik 1.1 dimana nilai impedansi terhadap frekuensi konstan atau sama pada saat frekuensi yang berbeda.
tegangan dan arus tidak naik dalam waktu yang sama. Berbeda dengan rangkaian AC resitif dimana arus dan tegangan se-phasa, pada rangkaian AC induktif phasa tegangan mendahului 90° terhadap arus. Dari grafik tersebut terlihat arus mengarah ke sumbu ‘X’ positif (kanan) dan tegangan mengarah ke sumbu ‘Y’ positif (atas). Sedangkan pada rangkaian impedansi kapasitor terhadap frekuensi seperti pada grafik 3.1 arus mendahului tegangan sebesar 90 derajat, reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika frekuensi meningkat maka reaktansi kapasitif akan menurun dan begitu juga sebaliknya
Pada grafik 4.1 yaitu rangkaian RLC seri secara menyeluruh menghasilkan nilai frekuensi resonansi (f0) 810 Hz. Dari grafik terlihat bahwa resonansi terjadi pada kisaran 810-1000 Hz. Respon frekuensi dari Xc dan XL juga berlawanan seperti yang terlihat pada gambar 4.1. Semakin besar harga frekuensi, maka semakin kecil harga Xc dan semakin besar harga XL. Pda saat terjadi resonansi (Xc = XL) maka harga reistansi dari rangkaian menjadi minimum, sedangkan harga arus rangkaian menjadi maksimum. Jika kedua reaktansi tersebut tidak sama, maka impedansi akan semakin besar atau naik dan arus semakin kecil atau turun. Jadi rangkaian resonansi seri mempunyai impedansi rendah pada keadaan resonansi dan mempunyai impedansi tertinggi pada semua harga resonansi yang lain.
KESIMPULAN
Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa hubungan antara impedansi hambatan terhadap frekuensi konstan atau tidak terjadi perubahan fhasa, pada induktor impedansi terhadap frekuensi berbanding lurus semakin besar frekuensi maka impedansinya semakin besar dan pada kapasitor hubungan keduanya berbanding terbalik, yaitu semakin besar frekuensi maka impedansinya semakin kecil begitu pula sebaliknya. Frekuensi resonansi pada rangkaian seri RLC yaitu terjadi ketika nilai XL=XC pada frekuensi 810 Hz.
[1] Satrio. 2010. Praktikum Rangkaian Listrik. Tersedia di http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/1958010719860 31. diakses tanggal 3 November 2014
[2] Rahmadani, Devita. 2008. Rangkaian RLC Hubungan Seri. Jakarta
[3] Dewi. 2009. Modul Praktikum Teknik Elektro. Tersedia di http://fti.unissula.ac.id/download/ModulPraktikumTE.pdf
