an
1
GEJALA TRANSIEN
Praktikan: Andika Mahendra (13110053) Asisten: Rizaldy Azhar (13208036)
Waktu Percobaan: 22 September 2011 EL 2193-Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB
Abstrak
Pada praktikum ini dilakukan pengamatan tentang gejala transien yang terjadi pada suatu rangkaian penyimpan energi. Gejala tersebut timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan rangkaian tersebut tidak dapat berubah seketika. Respon tersebut diantaranya yaitu respon natural, respon paksa, dan respon lengkap suatu rangkaian. Percobaan ini menggunakan rangkaian yang terdiri dari kapasitor, inductor, resistor dan dua saklar yang sudah mempunyai pengatur otomatis yang dikendalikan oleh suatu rangkaian. Kemudian dilakukan pembacaan tegangan terhadap waktu melalui osiloskop. Pada akhir dari percobaan diperoleh kesimpulan bahwa respon lengkap terjadi pada rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi.
Kata kunci: Gejala transien, respon, tegangan.
1. Pendahuluan
Pada percobaan ini dilakukan pengamatan terhadap gejala transien yang terjadi pada rangkaian yang memiliki komponen penyimpanan energi seperti induktor dan kapasitor. Kemudian dilakukan perbandingan terhadap hasil percobaan dengan teori-teori yang terkait.
Percobaan ini memiliki tujuan sebagai berikut: Mempelajari respon natural, respon paksa, dan
respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga. Menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari
respons waktu rangkaian.
Mengamati pengaruh sumber tegangan bebas terhadap tegangan transien rangkaian RC. 2. Dasar Teori
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).
Pada rangkaian tersebut terjadi suatu respon rangkaian yang disebut dengan respon lengkap. Respon lengkap terdiri dari respon alami (natural response) dan respon paksa (forced response), dimana hal tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:
( ) Ket: Vt = Respon Lengkap
Vn = Respon Natural Vf = Respon Paksa
Pada kapasitor terdapat dua kejadian yang berpengaruh pada gejala transien, yaitu pengisian energy (charging) dan pengosongan energy (discharging).
Gambar di atas menggambarkan tentang perubahan tegangan terhadap waktu pada saat pengisian tegangan kapasitor, hal tersebut dapat dirumuskan sbb:
( )
Sedangkan pada pengosongan tegangan pada kapasitor ditunjukkan pada gambar di bawah.
Keadaan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan sbb:
Halam
an
2
3. Metodologi
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
Kit Transien (1 buah)
Osiloskop (1 buah)
Sumber daya DC (1 buah)
Multimeter (1 buah)
Kabel 4mm-4mm (max. 10 buah)
Kabel BNC-4mm (max. 3 buah)
Pada percobaan ini dilakukan beberapa langkap berikut:
3.1 Percobaan 1
Gambar 3.1-1 Rangkaian untuk Percobaan 1 dan Percobaan 2 3.2 Percobaan 2
3.3 Percobaan 3
Gambar 3.3-1 Rangkaian untuk Percobaan 3
3.4 Percobaan 4
4. Hasil dan Analisis 4.1 Percobaan 1 dan Percobaan 2
Pada percobaan ini digunakan tegangan AC dari jala-jala dan tegangan sumber DC sebesar 5 volt. Komponen-komponen yang digunakan memiliki nilai sbb:
R1 = 2,2 kΩ R2 = 4,7 kΩ C1 = 220 nF C2 = 470 nF
Pada percobaan 1 didapatkan data pembacaan osiloskop dan output pada osiloskop seperti gambar di bawah ini. kosongkan kapasitor dengan menghubung-singkatkan kakinya set nilai R1, R2, C1, dan C2 buat rangkaian seperti gambar dibawah ini kalibrasi osiloskop dan sambungkan ke rangkaian amati hasil pada
osiloskop gunakan rangkaian percobaan 1 variasikan nilai R1, R2, C1 dan C2 amati hasil pada
osiloskop buat rangkaian seperti gambar dibawah ini variasikan nilai sumber tehgangan, R1, R2, C1 dan C2 amati hasil pada osiloskop ukur nilai RL
pasang oscilator pada Vc di channel 1
pasang generator sinyal pada channel 2
variasikan nilai Rvar amati hasil pada
osiloskop catat Rvar saat critically damped
an
3
Chanel 1 Vmax= 5 V Vt= 4 V t = 1 ms Vmax= 3,2 V V0= 2 V t0= 0,4 ms Chanel 2 Vmax= 1,6 V Vt= 0,8 V t = 0,4 msDari data tersebut dapat dilakukan perhitungan terhadap nilai
τ
pada setiap keadaan.Pada pegisian kapasitor 1 berlaku rumus:
(
)
τ
= 4,97x 10-4 s Teori:τ
= RC = 4,84 x 10-4 sPada pengosongan kapasitor 1 berlaku rumus:
( )
τ
= 8,51 x 10-4 sPada pegisian kapasitor 2 berlaku rumus:
(
)
τ
= 5,7 x 10-3 sTeori:
τ
= RC= 2,209 x 10-3 s
Sedangkan pada percobaan 2 didapatkan data pembacaan osiloskop sbb.
Komponen Chanel 1 Chanel 2
R1= 1kΩ R2= 4,7kΩ VVmaxt= 4V = 5V Vmax= 1,6V Vt= 0,8V C2= 470nF Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,6ms τ lab τ t1= 2,48 x 10-4 s τ t0= 1,27 x 10-3 τ t2= 5,77 x 10-4 τ hitung τ t1= 2,2 x 10-4 s τ t2= 2,209 x 10-3 s R1= 4,7kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 470nF Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 2ms Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,4ms Vmax= 1,6V Vt= 0,8V t = 0,6ms τ lab τ t1= 1,12 x 10-3 s τ t0= 8,51 x 10-4 s τ t2= 8,65 x 10-3 s τ hitung τ t1=1,034 x 10-3 s τ t2= 2,209 x 10-3 s R1= 2,2kΩ R2= 2,2kΩ C1= 220nF C2= 470nF Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,2ms Vmax= 1,6V Vt= 1,2V t = 0,4ms τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 4,25 x 10-4 s τ t2= 2,88 x 10-4 s τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 1,034x 10-3 s R1= 2,2kΩ R2= 10kΩ C1= 220nF C2= 470nF Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,6ms Vmax= 1,6V Vt= 0,8V t = 1,2ms τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 1,27 x 10-3 s τ t2= 1,73 x 10-3 s τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 4,7 x 10-3 s R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 100nF C2= 470nF Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 0,5ms Vmax= 4V V0= 2V t0= 0,4ms Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,4ms τ lab τ t1= 2,79 x 10-4 s τ t0= 5,77 x 10-4 τ t2= 5,77 x 10-4 s τ hitung τ t1= 2,2 x 10-4 s τ t2= 2,209 x 10-3 s
Halam
an
4
R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 470nF C2= 470nF Vmax= 4,6V Vt= 4V t = 2ms Vmax= 2,2V V0= 2V t0= 0,5ms Vmax= 2,4V Vt= 2V t = 2ms τ lab τ t1= 9,81 x 10-4 s τ t0= 5,24 x 10-3 s τ t2= 1,11 x 10-3 s τ hitung τ t1= 1,034 x 10-3 s τ t2= 2,209 x 10-3 s R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 220nF Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms Vmax= 2,4V V0= 0,8V t0= 0,6ms Vmax= 2,6V Vt= 2V t = 0,4ms τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 5,46 x 10-4 s τ t2= 2,72 x 10-4 s τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 1,034 x 10-4 s R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 1000nF Vmax= 5V Vt= 4V t = 1ms Vmax= 4V V0= 2V t0= 0,6ms Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,6ms τ lab τ t1= 6,21 x 10-4 s τ t0= 8,65 x 10-4 s τ t2= 4,32 x 10-4 s τ hitung τ t1=4,84 x 10-4 s τ t2= 4,7 x 10-3 s Ket: τ t1= pengisian C1 τ t0= pengosongan C1 τ t2= pengisian C2Pada percobaan ini terjadi beberapa nilai penyimpangan antara hasil perhitungan dengan hasil pengamatan. Penyimpangan ini terjadi karena beberapa faktor diantaranya pengaturan time/div yang terlalu besar, sehingga skala yang terbaca kurang presisi, selain itu penyimpangan tersebut terjadi disebabkan karena terkadang kapasitor yang digunakan tidak dihubungsingkatkan terlebih dahulu, sehingga data yang didapatkan kurang presisi. Namun pada umumnya dari percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa semakin kecil nilai resistor maupun kapasitor, semakin kecil juga time respon, sehingga konstanta waktu semakin kecil.
4.2 Percobaan 3
Sumber Tegangan Chanel 1 Chanel 2 4 V Vmax= 4V Vt= 2V t = 0,4ms Vmax= 2,6V V0= 1,6V t0= 0,4ms Vmax= 1,2V Vt= 0,8V t = 0,8ms 2 V Vmax= 2V Vt= 1,2V t = 0,4ms Vmax= 1,2V V0= 0,8V t0= 0,4ms Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,6ms τ perc1 :τ 4v : τ 2V = 4,97x 10-4 s: 5,7 x 10-4 s : 4,36 x 10-4 s = 1,13 : 1,30 : 1
Dari data tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa besarnya V tidak berpengaruh terhadap besar τ.
Namun karena beberapa kesalahan, hal tersebut tidak dapat dibuktikn pada percobaan ini, hal ini karena sebelum digunakan kapasitor tidak dihubung-singkatkan terlebih dahulu sehingga hal tersebut berpengaruh pada hasil data yang didapatkan.
4.3 Percobaan 4
Besar R variabel saat critical dumped = 1 kΩ
Pada percobaan ini dapat kita amati bahwa harga R dan C berpengaruh pada gejala transient baik itu pada kasus over dumped, underdumped maupun critically damped.
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang diperoleh, dapat ditarik kesimpulan bahwa
Gejala transien akan terjadi pada rangakain yang mengandung komponen penyimpan eneriy. Semakin kecil nilai resistor dan kapasitor,
semakin kecil juga time respon, sehingga konstanta waktu semakin kecil.
an
5
Pada rangkaian yang memiliki komponen penyimpan energy terdapat respon yang terdiri dari respon natural dan paksa.
Terjadinya dumping pada rangkaian orde dua. 6. Daftar Pustaka
[1] Alexander, Charles K.,and Sadiku, Matthew N.O. Fundamentals of Electric Circuit. New York: The McGraw Hill Companies, 2007.
[2] Mervin T.Hutabarat, dkk ,Petunjuk Pratikum Rangkaian Elektrik, 37-41, Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI - ITB, 2009.
