Laporan Praktikum Laboratorium Dasar Te

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1

MODUL V RANGKAIAN AC

Riyani Prima Dewi (180 13 035) Asisten: Rizky Kusumah Tanggal Percobaan: 6/11/2013 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Pada praktikum kali ini akan dilakukan serangkaian

percobaan guna memperkenalkan sifat-sifat rangkaian seri

RC dan RL

Kata kunci: Rangkaian AC, induktor, kapasitor

1.

P

ENDAHULUAN

Percobaan 5 pada Praktikum Rangkaian Elektrik dilaksanakan dengan tujuan utama mengenalkan praktikan dengan sifat-sifat rangkaian AC. Adapun tujuan-tujuan dari percobaan 5 Praktikum Rangkaian Elektrik ini, antara lain :

1. Praktikan dapat memahami konsep impedansi dalam arti fisik.

2. Praktikan dapat memahami hubungan antara impedansi resistansi dan raktansi pada rangkaian.

3. Praktikan dapat memahami hubungan tegangan dan arus pada rangkaian seri RC dan RL.

4. Praktikan dapat mengukur beda fasa tegangan dan arus pada rangkaian seri RC dan RL

5. Praktikan dapat memahami “response” terhadap frekuensi pada rangkaian seri RC dan RL.

2.

S

TUDI

P

USTAKA

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.

Dalam arus bolak-balik, untuk bentuk gelombang sinus, impedansi adalah perbandingan phasor tegangan dan phasor arus.

Dari hubungan tegangan dan arus seperti v = R i;

maka akan terlihat bahwa untuk sinyal tegangan sinusoidal (sinus atau kosinus):

pada R ; tegangan sefasa dengan arusnya

pada L: tegangan mendahului 90o _terhadap arusnya

pada C ; tegangan ketinggian 90o _{dari arusnya}

2.1

R

ANGKAIAN

RC

Gambar 2-1 Rangkaian Percobaan RC

Menurut hukum Kirchoff II (KVL), dapat di tulis

2.2

D

IFERENSIATOR

Masih dari persamaan di atas, bila output diambil pada resistor Vo = Vr, untuk Vc >> Vr akan diperoleh Vi = Vc sehingga

Dengan demikian diperoleh hubungan output (Vo = Vr) dengan input (Vi) sebagai berikut

2.3

H

IGH

-P

ASS

F

ILTER

Dari persamaan bila diambil , maka dapat dituliskan

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 2

2.4

I

NTEGRATOR

Dari persamaan bila tegangan output diambil pada kapasitor ( Vo = Vc ) dan Vr

>> Vc , maka sehingga atau . Pada output diperoleh

Fungsi rangkaian ini dikenal sebagai rangkaian integrator.

2.5

L

OW

-P

ASS

F

ILTER

Dari persamaan bila diambil maka dapat dituliskan

rangkaian menunjukkan fungsi Low Pass Filter (LPF) sederhana.

2.6

R

ANGKAIAN

RL

Gambar 2-2 Rangkaian Percobaan RL

Menurut hukum Kirchoff II (KVL) sehingga

Untuk sinyal berbentuk sinusoidal, Vr sefasa dengan I dan Vi mendahului terhadap I (dengan sudut atara 0o _{dan 90}o_{). Sama seperti pada} rangkaian RC, sudut θ ditentukan oleh perbandingan reaktansi dan resistansinya.

3.

M

ETODOLOGI

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

1. Kit RC dan RL (1 buah)

2. Osiloskop (1 buah)

3. Generator Sinyal (1 buah)

4. Kabel BNC - Probe Jepit (2 buah)

5. Kabel BNC - 4 mm (max. 3 buah)

6. Multimeter Digital (1 buah)

7. Resistor 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ

8. Kapasitor 0,1 µF dam 8,2 nF

9. Induktor 2,5 mH

10. Kabel 4mm - 4mm

3.1

M

ENCATAT

S

PESIFIKASI

A

LAT

-

ALAT YANG AKAN DIGUNAKAN

Sebelum menggunakan Alat-alat di praktikum, spesifikasi dari setiap alat dicatat dan dipahami, guna menghindari hal-hal yang tidak diinginkan.

3.2

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

RC

Komponen Nilai

R 10 kΩ

C 0,1 nF

F 300 Hz

Vi 2 Vrms (gelombang sinus)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 3

3.3

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

RL

Komponen Nilai

R 1 kΩ

L 2,5 mH

F 60 Hz

Vi 2 Vrms (gelombang sinus)

Tabel 3-2 Nilai Komponen Rangkaian RL

3.4

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

D

IFERENSIATOR

Gambar 3-1 Rangkaian Percobaan Differensiator membuat rangkaian percobaan RC

seperti gambar 2-1 dengan nilai komponen seperti tabel 3-1

mengosongkan kapasitor dengan menghubung-singkatkan kedua kaki

kapasitor

menyalakan dan melakukan kalibrasi osiloskop

menghitung V_Rdan V_Cdengan harga besaran yang telah diketahui

mengukur V_Rdan V_Cdengan menggunakan multimeter

mengecek apakah Vi = V_C+ V_R

mengamati Vi, V_R,dan V_Cdengan menggunakan osiloskop, kemudian menggambarkan bentuk gelombang

pada BCL

mencari beda fasa antara Vi dan V_R, serta antara V_Rdan V_C.

membuat rangkaian percobaan RL seperti gambar 2-2 dengan nilai

komponen seperti tabel 3-2

mengosongkan induktor dengan menghubung-singkatkan kedua kaki

induktor

menyalakan dan melakukan kalibrasi osiloskop

menghitung V_Rdan VL dengan harga besaran yang telah diketahui

mengukur V_Rdan V_L dengan menggunakan multimeter

mengecek apakah Vi = VL + V_R

mengamati Vi, V_R,dan VL dengan menggunakan osiloskop, kemudian menggambarkan bentuk gelombang

pada BCL

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 4

Komponen Nilai

R1 1 kΩ

R2 10 kΩ

R3 100 kΩ

C1 100 nF

C2 8,2 nF

Tabel 3-3 Nilai Komponen yang Tersedia

3.5

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

I

NTEGRATOR

Gambar 3-2 Rangkaian Percobaan Integrator

3.6

P

ENGARUH

F

REKUENSI

D

IAMATI PADA

D

OMAIN

F

REKUENSI

a. Rangkaian Differensiator merangkai rangkaian pada

gambar 3-1 dengan input 4 Vpp (sinyal kotak) dan frekuensi 500 Hz

menhitung konstanta waktu RC dengan semua

kombinasi R dan C yang tersedia pada tabel 3-3

menggambar bentuk gelombang output pada BCL untuk setiap kombinasi nilia RC

merangkai rangkaian pada gambar 3-2 dengan input 4 Vpp (sinyal kotak) dan frekuensi 500 Hz

menhitung konstanta waktu RC dengan semua kombinasi R dan C yang tersedia pada tabel 3-3

menggambar bentuk gelombang output pada BCL untuk setiap kombinasi nilia RC

mengulangi langkah 1 - 3 untuk sinyal Segi tiga frekuensi 500 Hz

menyuusun rangkaian seperti pada gambar 3-1 dengan nilai R = 10 kΩ dan

C = 8,2 nF

menghitung konstanta waktu RC

Atur input sebesar 4 Vpp (sinyal kotak) pada frekuensi 50 Hz

mengukur dan menggambar Output gelombang untuk harga-harga frekuensi

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 5 b. Rangkaian Integrator

c. Domain Frekuensi

4.

H

ASIL DAN

A

NALISIS

4.1

M

ENCATAT

S

PESIFIKASI

A

LAT

-

ALAT YANG AKAN DIGUNAKAN

Tabel 4-1a Multimeter Digital (Sanwa Digital Multimeter CD800a)

No. 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 yang masih dapat diukur} Tegangan maksimum

3 Fuse 0,5 A/250 V Sekering yang digunakan 4 Baterai AA 1,5 V 2 buah Baterai yang digunakan

5 RMS Sinyal Sinusoidal Frekuensi 40Hz - 400Hz

Frekuensi bolak balik yang dapat diukur

Tabel 4-1b Spesifikasi Generator Sinyal (GW Instek SFG-2110)

No. Spesifikasi Keterangan

1 Input AC Max 30 Vrms Nilai maksimum input AC

2 Resistansi Output 50Ω Resistansi dari tegangan

output

Tabel 4-1c Spesifikasi Osiloskop (GW Instek GDS-806s)

No. Spesifikasi Keterangan

1 Frekuensi Max 60 Mhz Frekuensi maksimum yang dapat diukur

2 1 MΩ // 2pF Hambatan dalam

osiloskop

4.2

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

RC

Tabel 4-2a Data Percobaan Rangkaian RC

Perhitungan (Vrms) Pengukura

n (Vrms)

Vi tidak sama dengan VR + VC, karna Vi merupakan penjumlahan geometris dari VR dan VC.

𝑉𝑖 = √𝑉𝑅2_{+ 𝑉𝑐}2

2.00 = √1.632_{+ 0.897}2

2.00 = √2.6569 + 0.804609 2.00 = √3.461509

2.00 = 1.8605

menyuusun rangkaian seperti pada gambar 3-2 dengan nilai R = 10 kΩ dan

C = 8,2 nF

menghitung konstanta waktu RC

Atur input sebesar 4 Vpp (sinyal kotak) pada frekuensi 50 Hz

mengukur dan menggambar Output gelombang untuk harga-harga frekuensi

50 Hz, 500 Hz, 5 kHz, dan 50 kHz

merangkai ulang rangkaian RC pada gambar 3-1 denagn R=10k dan C=8,2

nF

menghitung konstanta waktu (τ= RC) serta frekuensi cut-off (f_o=

1/2πτ)

Dengan sinyal sinusoidal, menghitung Vo/Vi di 5 titik (fo,

1/100 fo, 1/10 fo, 10fo, dan 100fo)

dalam dB

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 6 Tabel 4-2b Data beda fase rangkaian RC

Δt (ms) T (ms) θ

Vi – Vr 0.24 3.33 25.945946

Vi – Vc 0.77 3.33 83.243243 Dari hasil percobaan, beda fase antara Vi dan VR tidak sepenuhnya 0. Masih terdapat perbedaan fase yang merupakan nilai faktor daya dari system tersebut. Sedangkan nilai Vi dengan VC juga tidak tepat 900 _{namun nilainyamendekat, yakni 83,24}0_. Berikut gambar gelombang Vi terhadapVr dan Vr terhadap Vc

Gambar gelombang Vi terhadap Vr

Gambar gelombang Vr terhadap Vc

Tabel 4-2c Data Percobaan Rangkaian RC

θ Grafik Dual

Tabel 4-3a Data Percobaan Rangkaian RL

Perhitungan (Vrms)

Penguk

Vi tidak sama dengan VR + VL, karna Vi merupakan penjumlahan geometris dari VR dan VL.

𝑉𝑖 = √𝑉𝑅

2

_{+ 𝑉𝐿}

2

2.00 = √1.88

2

_{+ 0.108}

2

2.00 = √3.5344 + 0.011664

2.00 = √3.546064

2.00 = 1.883

Tabel 4-3b Data Beda Fasa Percobaan Rangkaian RL

θ

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 7 Tabel 4-4 Data Percobaan Rangkaian Diferensiator

C (nF)

R(kΩ

) Ʈ (ms) Grafik

100 1 0.1

100 10 1

100 100 10

8.2 1 0.0082

8.2 10 0.082

8.2 100 0.82

Dari percobaan ini, dapat ditarik kesimpulan bahwa rangkaian diferensiator akan bekerja semakin ideal jika konstanta waktunya semakin kecil.

4.5

P

ERCOBAAN

R

ANGKAIAN

I

NTEGRATOR

Tabel 4-5a Data Percobaan Rangkaian Integrator Sinyal Kotak

C (nF) R(kΩ) Ʈ (ms) Grafik

100 1 0.1

100 10 1

100 100 10

8.2 1 0.0082

8.2 10 0.082

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 8 Tabel 4-5b Data Percobaan Rangkaian Integrator Sinyal

Segitiga

C

(nF) R(kΩ) Ʈ (ms) Grafik

100 1 0.1

100 10 1

100 100 10

8.2 1 0.0082

8.2 10 0.082

8.2 100 0.82

Dari percobaan ini, dapat ditarik kesimpulan bahwa rangkaian integrator akan bekerja semakin ideal jika konstanta waktunya semakin besar.

4.6

P

ENGARUH

F

REKUENSI

D

IAMATI

P

ADA

D

OMAIN

F

REKUENSI

τ = RC = 10k . 8.2n = 0.082 ms

Tabel 4-6a Data Pengaruh Frekuensi pada Rangkaian Diferensiator Sinyal Kotak

f(kHz) Grafik

0.05

0.5

5

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 9 Tabel 4-6b Data Pengaruh Frekuensi pada Rangkaian

Integrator Sinyal Kotak

f(kHz) Grafik

0.05

0.5

5

50

Tabel 4-6c Data Pengaruh Frekuensi pada Rangkaian Diferensiator Sinyal Sinusoidal

F Vo(Vrms) Vi (Vrms) Vo/Vi _dB Derajat

0.01fo 0.075 1.16 0.0646 -23.7879 90

0.1fo 0.123 1.16 0.1060 -19.4911 81.2

fo 0.822 1.16 0.7086 -2.9917 47.6

10fo 1.14 1.16 0.9827 -0.1511 8.03

100fo 1.16 1.16 1 0 0

Tabel 4-6d Data Pengaruh Frekuensi pada Rangkaian Integrator Sinyal Sinusoidal

F Vo(Vrms) Vi (Vrms) Vo/Vi _dB Derajat

0.01fo 1.16 1.16 1 0 0

0.1fo 1.15 1.16 0.9914 -0.0752 7.92

fo 0.819 1.16 0.7060 -3.0235 47.3

10fo 0.126 1.16 0.1086 -19.2817 80.6

100fo 0.077 1.16 0.0664 -23.5593 90

Grafik Bode Plot domain magnituda-frekuensi

Grafik Bode Plot domain fasa-frekuensi

5.

K

ESIMPULAN

Dari percobaan ini, dapat disimpulkan bahwa,

 rangkaian RC dan RL dapat menyebabkan pergeseran fasa 90o_.

 Rangkaian RL dan RC dapat menghasilkan Rangkaian yang bersifat Integrator, Diferensiator, High Pass Filter, dan Low Pass Filter.

 Konstanta waktu sangat mempengaruhi nilai ω dimana, nilai ω sangat mempengaruhi sifat dari rangkaian tersebut (bersifat Integrator, Diferensiator, High Pass Filter, dan Low Pass Filter).

D

AFTAR

P

USTAKA

[1]

Hutabarat, Mervin T. ,

Petunjuk Praktikum

Rangkaian Elektrik

, Laboratorium Dasar

Teknik Elektro, Bandung, 2013.