percobaan rangkaian rlc dan fenomena resonansi

(1)

PRAKTIKUM

RANGKAIAN RLC DAN FENOMENA RESONANSI (Oleh : Sumarna, Lab-Elins, Jurdik Fisika FMIPA UNY)

E-mail : sumarna@uny.ac.id

1. TUJUAN

Praktikum ini bertujuan untuk menyelidiki terjadinya fenomena resonansi pada

rangkaian RLC, di mana XL dan XC suatu rangkaian dapat dikombinasikan untuk

memberikan perlakuan khusus terhadap frekuensi tertentu yang dimasukkan pada

rangkaian tersebut.

2. ALAT

Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini meliputi Function Generator,

RLC-Box, Multimeter (digital), Amperemeter, dan kabel-kabel penghubung. Function

Generator merupakan suatu piranti untuk menghasilkan gelombang atau sinyal dalam

berbagai bentuk (sinus, kotak, segitiga), amplitudo dan frekuensi. RLC-Box adalah

suatu alat yang berisi komponen resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C) pada

berbagai nilai (resistansi, induktansi dan kapasitansi), dan setiap ujung komponen

memiliki terminal persambungan. Sedangkan Multimeter digunakan untuk mengukur

tegangan, kuat arus, dan resistansi. Jika tersedia, peralatan pada praktikum ini dapat

juga dilengkapi dengan CRO (Cathode Ray Oscilloscope) atau Osiloskop untuk melihat

gelombang (amplitudo dan frekuensinya) secara cepat.

3. DASAR TEORI

Reaktansi Induktif

Ketika arus bolak-balik (AC) mengalir pada sebuah induktor dengan induktansi L, maka

arus tersebut akan mengalami semacam hambatan. Hal ini disebabkan oleh variasi arus

itu akan menginduksikan (menghasilkan) tegangan pada ujung-ujung induktor yang

polaritasnya berlawanan dengan polaritas tegangan sumber yang terpasang. Kuantisasi

(2)

gelombang sinus (arus AC yang berbentuk sinusoidal), besar dari reaktansi induktif itu

dapat dinyatakan sebagai :

XL = L, dengan  = 2f

dengan L : Induktansi induktor dalam henry (H) f : Frekuensi dalam hertz (Hz)

XL : Reaktansi induktif dalam ohm ().

Reaktansi Kapasitif

Ketika sebuah kapasitor dimuati atau dikosongkan dengan cara dikenai tegangan yang

bervariasi, maka arus AC dapat mengalir. Meskipun tidak ada arus yang melewati

dielektrik dalam kapasitor, peristiwa pemuatan dan pengosongan itu menimbulkan arus

di dalam rangkaian yang terhubung dengan plat-plat kapasitor. Besar arus AC yang

mengalir dalam rangkaian itu mengalami semacam hambatan yang seterusnya dikenal

sebagai reaktansi kapasitif (XC). Untuk gelombang sinus (arus AC yang berbentuk

sinusoidal), besar dari reaktansi kapasitif itu dapat dinyatakan sebagai :

XC =

C



1

dengan  = 2f

dengan C : Kapasitansi Kapasitor dalam farad (F) f : Frekuensi dalam hertz (Hz)

XC : Reaktansi kapasitif dalam ohm ().

Fenomena Resonansi

Efek resonanasi pada rangkaian RLC atau LC saja dapat terjadi ketika nilai

reaktansi induktif (XL = L) dan nilai rekatansi kapasitif (XC = 1/C) pada rangkaian

tersebut sama besar (XL = XC). Aplikasi dari fenomena resonansi sangat luas, utamanya

selalu digunakan dalam rangkaian RF (Radio Frequency) untuk menala suatu sinyal

pada frekuensi yang dikehendaki. Contohnya adalah penalaan pada pesawat penerima

(3)

Terjadinya efek resonansi dapat dijelaskan sebagai berikut. Nilai reaktansi

induktif (XL) pada suatu rangkaian RLC semakin besar ketika frekuensi ( = 2f)

diperbesar, sedangkan nilai reaktansi kapasitif (XC) rangkaian tersebut semakin kecil

ketika frekuensi diperbesar. Oleh karena sifat yang berlawanan itu, untuk suatu

kombinasi LC terdapat sebuah frekuensi yang menyebabkan XL = XC, yakni pada saat

salah satu membesar dan yang lainnya mengecil. Keadaan di mana XL = XC disebut

sebagai keadaan resonansi dan rangkaian RLC tersebut dikenal sebagai rangkaian

resonan. Frekuensi yang menyebabkan keadaan resonansi tersebut dinamakan frekuensi

resonan (fr). Besar frekuensi resonan itu dapat dihitung dengan formulasi :

fr =

farad (F), dan fr adalah frekuensi resonan dalam hertz (Hz).

Rangkaian LC yang dalam keadaan resonansi menghasilkan amplitudo tegangan

keluaran maksimum bila dibandingkan dengan amplitudo tegangan keluaran lain pada

frekuensi di bawah atau di atas frekuensi resonan tersebut. Fenomena tersebut dapat

diilustrasikan melalui gambar berikut, di mana rangkaian LC beresonan pada 1 MHz.

Meskipun kepada rangkaian resonan itu dimasukkan banyak gelombang dengan

amplitudo tegangan sama tetapi dengan frekuensi yang berbeda-beda, efek resonansi

pada rangkaian tersebut hanya terjadi pada frekuensi 1 MHz. Pada frekuensi 1 MHz itu

(4)

amplitudo tegangan keluarannya terbesar bila dibandingkan dengan amplitudo tegangan

keluaran untuk frekuensi yang lainnya.

Rangkaian Resonan Seri

4. LANGKAH PERCOBAAN

Susunlah rangkaian seperti gambar berikut :

Dengan frekuensi sumber sinyal yang divariasi antara 100 Hz hingga 10 kHz, ukurlah

tegangan antara ujung-ujung :

a. Induktor (VL) atau antara titik-titik S dan T,

b. Resistor (VR) atau antara titik-titik T dan U,

c. Sumber sinyal (VS) atau antara titik-titik S dan U,

Jika mungkin, ukur pula kuat arus (mA) yang mengalir dalam rangkaian itu untuk setiap

harga frekuensi tersebut ! Hasil pengukurannya masukkan ke dalam tabel pencatatan

data seperti berikut :



L

S R

mA

T U

VL

VR

VS

R L C

VR

VL

VC



(5)

No. Frekuensi VL VR VS Arus

1. 100 Hz 2. 200 Hz 3. 400 Hz 600 Hz Dst. 10.000 Hz

Susunlah rangkaian seperti gambar berikut :

a. Kapasitor (VC) atau antara titik-titik S dan T,

b. Resistor (VR) atau antara titik-titik T dan U,

No. Frekuensi VC VR VS Arus

1. 10 Hz 2. 100 Hz 3. 500 Hz 1000 Hz Dst. 10 kHz

Susunlah rangkaian seperti berikut :



C

S R

mA

T U

VC

VR

(6)

a. Induktor (VL) atau antara titik-titik S dan T,

b. Kapasitor (VC) atau antara titik-titik T dan U,

d. Pada frekuensi berapa VL = VC , carilah hingga ditemukan keadaan, frekuensi

tersebut tidak harus terletak di dalam interval frekuensi di atas !

No. Frekuensi VL VC VS Arus

(7)

a. Resistor (VR) atau antara titik-titik A dan S,

b. Induktor (VL) atau antara titik-titik S dan T,

c. Kapasitor (VC) atau antara titik-titik T dan B,

d. Sumber sinyal (VS) atau antara titik-titik A dan B,

e. Pada frekuensi berapa VL = VC , carilah hingga ditemukan, frekuensi tersebut tidak

harus terletak di dalam interval frekuensi di atas !

No. Frekuensi VR VL VC VS Arus

1. 100 Hz 2. 200 Hz 3. 400 Hz 600 Hz Dst. 10 kHz

Pada frekuensi . . . dicapai keadaan VL = VC.

Susunlah rangkaian seperti berikut :

Dengan frekuensi sumber sinyal yang divariasi antara 0 Hz hingga 10 kHz, ukurlah :

a. Tegangan (VS-T) antara titik-titik S dan T,

b. Kuat arus I (mA),



L S

C

mA

T

(8)

c. Pada frekuensi berapa kuat arus (mA) paling kecil, carilah hingga ditemukan,

frekuensi tersebut tidak harus terletak di dalam interval frekuensi di atas !

No. Frekuensi VS-T Arus

1. 100 Hz 2. 200 Hz 3. 400 Hz 600 Hz Dst. 10 kHz