PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK

PRAKTIKUM RANGKAIAN LISTRIK
TUGAS LAPORAN RL-3
Nama
: SLAMET PRANOTO
No. Pokok
: 07224003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO S1
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT SAINTS DAN TEKNOLOGI NASIONAL
JAKARTA
2010
LAPORAN PENDAHULUAN RL -3
KAPASITOR DAN INDUKTOR
I Apa yang saudara ketahui tentang:
1. Kapasitor adalah komponen elektronika yang bersifat mengalirkan arus AC
dan menghambat arus DC yang didalamnya terdapat sepasang elektroda yang
dipisahkan bahan insulator dan dapat menyimpan muatan listrik.
2. Induktor adalah komponen yang bersifat mengalirkan arus DC dan menahan
arus AC juga berupa konduktor yang berupa lilitan.
3. Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik.
4. Induktansi merupakan suatu akibat dari muatn listrik yang mengalir melalui
lilitan/ inductor sehingga menimbulkan medan magnet, karena adanya medan
magnet maka akan timbul induksi magnet.
5. Resistansi adalah batas kemampuan suatu resistor untuk menahan atau
menghambat muatan listrik
6. Impedansi adalah suatu harga yang menunjukan besaran antara tahanan rugi
(nyata) dan tahanan imajiner didalam rangakian R,L,C
Z=R+JX
J=√-X
X=XL dan XC
II Jelaskan proses pengisian (charging) dan pelepasan (discharging) dari kapasitor,
sertakan dengan gambar!
Jawab:
Proses pengisian bila polaritas positif kondensator dihubungkan dengan positif
tegangan dan polaritas negative kondensator dihubungkan dengan negative
tegangan maka kondensator akan mengalami pengisian yang memerlukan waktu.
Kapasitor dihubungkan pararel dengan sumber tegangan. Proses pelepasan bisa
dilakukan dengan menghubungkan singkat kedua kaki kondensator. Pada proses
pelepasan juga memerlukan waktu (sumber tegangan).
(Gambar terlampir)
III Apa yang dimaksud dengan konstanta waktu (Time Constanta), berikan contoh
perhitungan dan pemakaiannya!
Jawab:
Konstanta waktu adalah hambatan yang ada dalam kapasitor dikali dengan
kapasitansinya.
Pemakaiannya: bila kondensator dihubungkan pararel dengan sumber tegangan
DC maka muatan pada C tidak langsung terisi.
(t) = R . C (detik)
IV Apa yang saudara ketahui tentang Resonansi?
Jawab:
Resonansi adalah banyaknya frekuensi/getaran per detik. Resonansi dapat terjadi
bila suatu rangkaian RLC terjadi suatu impedansi XL=XC dan dapat dihitung
dengan rumus:
fo 
1
2 LC
Hertz
Didalam bentuk komponen resonansi dibagi 2 yaitu :
1. Resonansi seri = Resonansi tegangan
2. Resonansi pararel
V Tuliskan rumus Resonansi:
fo 
1
2 LC
Bukti
EL = Ec
maka:
;
iL = iC
sehingga
XL = Xc
f2
ωL = ωC
f 
∂=R
1
2 2 LC
1
2 LC
Hertz
2fL 
1
2fc
VI Bagaimana bentuk gelombang keluaran dari sinyal sinusoidal dan persegi bila
melalui :
a. Resistor ( R )
b. Kapasitor ( C )
c. Induktor ( L )
Persegi
Resistor ( R )
Kapasitor ( C )
Induktor ( L )
Sinusoidal
RL3
KAPASITOR DAN INDUKTOR
I.
Maksud dan Tujuan Percobaan
1. Menyelidiki sifat-sifat dan konstanta waktu (time constant) pada inductor
dan konduktor
2. Mempelajari karakteristik inductor dan capasitor dalam rangkaian arus
bolak-balik
3. Menyelidiki sifat-sifat dari keadaan resonansi
II. Alat-alat Percobaan
1. Modul percobaan kapasitor dan inductor
2. Generator fungsi
3. Osiloskop
4. Catu daya
5. 2 buah Multi meter
6. Kabel penghubung 12 buah
7. Stopwatch
III. Teori singkat
A.
KAPASITOR
Kapasitor
secara
fisik
merupakan
sepasang
konduktor
atau
elektroda yang ditengah-tengahnya dipisahkan oleh bahan dialektrik
(insulator) dimana muatannya dapat disimpan (proses charging) dan
dilepaskan (proses discharging) symbol dari kapasitor adalah :
Keluaran dari kapasitor adalah kapasitor yang didefenisikan sebagai
perbandingan muatan Q dengan perbedaan tegangan Vab antara
penghantar/elektrodanya.Secara matematis dapat ditulis dengan rumus:
C
Q
Vab
Satuan dari kapasitansi adalah Farad (F), sedangkan konstanta waktu
kapasitas;
(t) = R.C (detik)
Cara menghubungkan kapasitor adalah:
a. Dengan cara seri
C1
Kapasintansi total:
C2
1
1
1


Cs C1 C 2
b. Dengan cara pararel adalah :
Kapasitansi total = Cp = C1 = C2
Rangkaiaan kapasitif RC bila dialiri arus bolak-balik dengan
gelombang sinusoidal, maka keluarannya akan menghasilkan bentuk
gelombang sinusoidal pula dengan frekuensi yang sama.
Apabila ada dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga puncak
pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut
dikatakan sefase.Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka
kedua buah gelombang tersebut berbeda fase sebesar O dengan satuan
radian,secara matematis rumus persamaan dua gelombang diatas adalah :
V1  V sin 2ft    dan V 2  V sin 2
B.
INDUKTOR
Induktor secara fisik terdiri dari bahan-bahan yang bersifat magnetic,
sebagai inti dan dililit dengan penghantar, sehingga dapat menghasilkan
proses induktansi. Bila lilitan dialiri oleh arus bolak-balik maka akan
menghasilkan suatu medan magnet.Karena ada medan magnet maka akan
timbul induksi medan magnetic berupa daya (emf) yang sifatnya
berlawanan dengan medan magnet penyebabnya, secara matematis dapat
dituliskan dengan rumus (emf) adalah :
EL
di
dt
Tanda negatif secaara fisik menunjukan
ditimbulkan berlawanan arahnya dengan arus.
Cara menghubungkan Induktor:
a. Hubungan seri
L1
L total: L1 + L2
L2
bahwa (emf) yang
b. Hubungan pararel
L1
L total =
L2
1
1
1


Lp L1 L2
Satuan induktansi adalah henry (H).
Konstanta waktu induktif   
L
(detik).
R
Impedansi dalm rangkaiaan arus bolak-balik terdiri dari resistansi atau
reaktansi atau gabungan antara keduanya
Reaktansi beban induktif
:
XL  2fL
Reaktansi beban kapasitif
:
Xc 
1
2fC
Perhitungan tegangan
Perhitungan tegangan dengan diagram phasor dapat dijabarkan sebagai
berikut :
Vz = I . Z
Vx = I . X
Vr = I . R
Untuk
Tegangan kapasitif
Vc = I . Xc
Tegangan Induktif
VL = I . XL
Seperti terlihat pada gambar dibawah ini,tegangan total V merupakan
selisih antara tegangan VL dan Vc.
Di dalam diagram phasor telah dinyatakan bahwa :
Tegangan VL mendahului I (leading) sebesar 90o.
Sedangkan beda phase antara VL dan Vc adalah 180o.
RESONANSI
Resonansi terjadi bila didalam suatu rangkaian RLC terjadi impedansi
XL = Xc. Dengan frekuensi resonansi dapat dihitung dengan
mempergunakan rumus :
fo 
1
2 L.C
Hz 
Pada saat resonansi, terjadi factor Q yang merupakan perbandingan
antara tegangan induktor dengan tegangan masukan. Karena arus I yang
mengalir sama maka secara matemati dapatdapt ditulis :
Faktor Q =
Pada saat: f1 > f0 atau f2 < f0, maka factor Q dipengaruhi oleh
reaktansi Kapasitif, sehingga secara matematis dapat ditulis:
Dengan demikian secara garis lurus dapat dibuat gambaran dalam bentuk
kurva adalah :
VL
BW 
fo
Q
1
2 x max
fo
f1
BW
f2
Untuk hubungan seri antara inductor dan kapasitor dapat kita buat diagram phasornya :
IL
IR
IC
IR
2IR
Untuk hubungan Paralel LC diagram fasornya :
IC
I
V
IL
IV. Jalannya percobaan
A. Kapasitansi
1. Buat rangkaian seperti gambar C1.1, atur suplai tegangan variabel arus sebesar
10 Volt.
2. Naikkan posisi saklar, catat tegangan saat proses pengisian (charging) dalam
selang waktu t = 0 detik sampai t = 60 detik (ditentukan asisten).
Gambar C1.1
3. Ubah posisi sakelar ke bawah, amati proses pembuangan (discharging) pada
voltmeter catat besar tegangan yang terjadi dalam selang waktu t = 0 detik
sampai t = 60 detik.
B. Hubungan Seri dan Paralel Kapasitas
1. Buat rangkaian seperti gambar C2.1.
Gambar C2.1
2. Atur generator fungsi pada frekuensi 200 Hz dan amplitudo tegangan 5 volt-ptp,
(bentuk gelombang persegi).
3. Amati bentuk gelombang yang terjadi pada osiloskop dan gambarkan pada
kertas milimeter blok, hitung konstanta waktunya.
4. Ubah frekuensi generator menjadi 20 Hz, dengan mengunakan resistor 10 kΩ.
Gambarkan bentuk gelombangnya pada milimeter blok, hitung konstanta
waktunya.
C. Induktansi
1. Buat rangkaian seperti gambar C3.1.
Gambar C3.1
2. Atur fungsi generator menjadi gelombang persegi 100 H, amplitudo 5 volt-ptp
(probe Y1)
3. Amati gelombang arus pada probe Y2.
4. Gambarkan hasil pengamatan pada milimeter blok, dan hitung konstanta
waktunya.
D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik.
1. Buat rangkaian separti gambar C4.1.
Gambar C4.1
2. Atur fungsi generator pada gelombang sinusoidal dengan frekuensi 400 Hz,
Amplitudo keluaran harus tetap sebesar 5 volt-ptp.
3. Catat besar arus yang terjadi (probe Y2), amati dan gambar bentuk gelombang
arus (Y2) dan tegangan (Y1-ptp).
4. Ulangi pengamatan untuk frekuensi 10 kHz,dengan tegangan keluaran diatur
tetap 5 volt-ptp. Catat besar serta gambarkan bentuk gelombang arus dan
tegangan.
5. Atur kembali fungsi generator menjadi 400 Hz, lepaskan hubungan resistor 1
kΩ dan hubungkan dengan kapasitor 100 nF. Catat besar serta gambarkan
bentuk gelombang arus dan tegangan.
Ulangi percobaan untuk frekuensi 4 kHz.
V. Tabel pengamatan
A. KAPASITANSI
Beda Potensial Kapasitor
Waktu (detik)
Pengisian
Pengosongan
0
0
10
5
4
9,0
10
6
8,0
20
8
4,0
25
8,8
1,8
30
9
1,0
40
9.2
0,6
50
9.4
0,5
60
9.4
0,4
B. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK
4
3
V
A
0
3
7
10
C. INDUKTANSI
a. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
2
1
0
1
2
3
3.8 4
5
6
6.8
5
6
6.8
b. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
L = 1 H ; L = 700 mH
Hubungan seri
2
1
0
1
2
3
3.8 4
c. f = 100 Hz ; V = 5 Vptp
L = 1 H ; L = 700 mH
Hubungan pararel
2
1
0
1
2
3
3.8 4
5
6
6.8
D. KAPASITANSI DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK
a. f = 400 Hz ; V = 5 Vptp
Channel 2
2
1.8
1
0
1
2
3
1
2
3
Channel 1
1
0.4
0
4
b. f = 10 KHz ; V = 5 Vptp
Channel 2
1.8
2
1
0
1
2
3
2
3
Channel 1
1
0
0.2
1
4
c.
f = 400 Hz ; R = 1 KΩ ; C = 100 nF
Channel 2
1
0.4
0
1
2
3
2
3
Channel 1
1
0.8
0
1
d. f = 4 KHz ; R = 1 KΩ ; C = 100 nF
Channel 2
1
0.4
0
1
2
Channel 1
1
0.8
0
1
2
VI. Tugas laporan
A. Kapasitansi
1. Apa yang terjadi pada langkah 2 dan 3 pada percobaan kapasitor ini ? Mengapa
demikian, beri penjelasan!
Jawab:
* Pada saat proses pengisian (charging), voltmeter mengalami kenaikan dimulai
dari angka nol, kenaikan angka ini menunjukan besar nilai tegangan yang
mungkin meningkat yang disebabkan kapasitor menyimpan muatan selama
selang waktu / periode 0-60 detik. Karena proses menyimpan muatan ini,
maka tegangan bertambah besar nilainya sebanding dengan besarnya muatan
yang disimpan oleh kapasitor. Oleh karena itu voltmeter menunjukan besar
angka yang berubah dan semakin meningkat besar nilai angkanya.
* Pada saat proses pelepasan (discharging), voltmeter mengalami penurunan
angka dimulai dari 9,4 volt. Penurunan angka ini menunjukan besar nilai
tegangan yag semakin kecil yang disebabkan kapasitor membuang atau
melepaskan muatan listrik selama selang waktu periode 0-60 detik. Karena
proses pelepasan muatan ini maka tegangan semakin kecil nilainya, yang
sebanding dengan jumlah muatan yang tersimpan didalam kapasitor tersebut.
Oleh karena itu voltmeter menunjukan angka yang berubah dan semakin kecil.
2. Gambarkan grafik pengisian dan pelepasan dari hasil percobaan ini, beri
penjelasan!
Jawab:
Grafik pengisian menunjukan kenaikan tegangan sehubungan dengan
kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Grafik garis linier yang semakin
meningkat yang menunujukan naiknya nilai tegangan seiring kenikan periode
waktu tersebut
Grafik penurunan atau pelepasan menunjukan penurunan garis sebagai
akibat dari tegangan yang semakin menurun karena pelepasan muatan listrik
oleh kapasitor sehingga tegangan semakin menurun untuk waktu yang
semakin meningkat.
Jika kedua grafik ini digabungkan akan membentuk suatu grafik yang mempunyai
interval pengisian dan pelepasan yang berulang-ulang yang merupakan ciri khas
dan sifat kapasitor itu sendiri dalam menyimpan dan melepaskan muatan listrik.

Grafik Pengisian :
y
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
x
60
Grafik Pembuangan
y
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
x
B. HUBUNGAN SERI PARALEL KAPASITANSI
3. Pada langkah 3 percobaan B, gambarkan bentuk gelombang pada kapasitor.
Jawab :
y
2
1
0.4
1
0
2
3
4
4.8 5
4. Hitung besar C dengan mempergunakan rumus   RC , R = resistansi dari
rangkaian. Bandingkan dengan harga kapasitor yang sebenarnya, beri
kesimpulan.
Jawab :
Dari gambar hasil percobaan B langkah 4
R = 10 k  = 10 4 
Time/div = 5
Div = 5.8
 = 29 detik
Ditanya : C
Penyelesaian :  = RC
29 = 10 4 .C
C=
29
= 2.9 mF
10 4
5. a. Hitung  dari langkah nomor 4
Jawab :
R = 10 k  = 10 4 
C = 2.9 mF = 2.9 x 10 3 F
x
Ditanya : 
Penyelasaian :  = RC
= 10 4 . 2.9 x 10 3
= 2.9 detik
b. Hitung  untuk seri dan parallel pada langkah nomor 5.
Jawab :
 Seri :
R = 10 k  = 10 4 
C1 = 220 nF
C2 = 100 nF
Ctotal = 68.75 nF = 68.75 x 10-9 F
 = RC
= 10 4 (68.75 x 10-9) = 0.6875 ms
 Paralel :
R = 10 k  = 10 4 
C1 = 220 nF
C2 = 100 nF
Ctotal = 320 nF = 320 x 10-9 F
 = RC
= 10 4 (320 x 10-9) = 3.2 ms
C. INDUKTANSI
6. Dari langkah nomor 4 tentukan  -nya.
Jawab :
R = 1 k  = 103 
L = 700 mH = 0.7 H

=
L 0. 7
=
= 0.7 ms
R 10 3
7. Hitung reaktansi induktif dari rangkaian seri dan parallel, bandingkan dengan
hasil percobaan.
Jawab :

Seri :
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 1.7 H
f = 100 Hz
XL = 2  fL
= 2 x 3.14 x 100 x 1.7
= 1067.6 

Paralel :
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 0.41 H
f = 100 Hz
XL = 2  fL
= 2 x 3.14 x 100 x 0.41 = 257.48 
8. Pada langkah nomor 5 percobaan C, hitung  .
Jawab :
 Seri :
R = 1 k  = 103 
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 1.7 H

=
L 1.7
=
= 1.7 ms
R 10 3
 Paralel :
R = 1 k  = 103 
L1 = 1 H
L2 = 700 mH = 0.7 H
Ltotal = 0.41 H

=
L 0.41
=
= 0.41 ms
R 10 3
9. Apa akibatnya pada  bila resistansi berkurang.
Jawab :
Jika resistansi semakin kecil maka nilai konstanta waktu semakin besar, begitu
pula sebaliknya. Jika resistansi semakin besar maka nilai konstanta waktu
semakin kecil.
D. Kapasitansi Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik
1. Berapa tegangan efektif (RMS) pada R = 1000 Ω dan berapa besar arus yang
mengalir.
Jawab:
Diketahui
R = 1000Ω
Vptp = 5Volt
Tentukan: - Vrms
-
I (arus)
Penyelesaian:
Vptp = 2Vmax
Vmax = 5/2 = 2,5
Vrms =
2,5
2
=1,767 Volt
Vrms = Irms .R
Irms =
Vrms 1,767
= 1,767 mA

R
1000
Imax = Irms . √2 = 1,767 . 10-3 . √2 . A = 2,5 mA
Jadi, didapat harga arus puncak positif Imax = 2,5 mA
2. Apakah amplitudo tegangan dan arus berubah bila frekuensi diubah-ubah? Beri
penjelasan!
Jawab:
Amplitudo tegangan dan arus tidak akan berubah-ubah walaupun frekuensi
diubah-ubah karena yang mempengaruhi besar kecilnya amplitudo tegangan
dan arus adalah amplitude keluaran yang diberikan oleh fungsi generator,
dalam percobaan ini diberikan amplitude keluaran yaitu 5Volt ptp. Sedangkan
frekuensi hanya mempengaruhi periode waktu dari grafik yang ditampilkan
dan tidak akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang dihasilkan.
3. Berapa besar perbedaan dua buah phase antara dua buah gelombang yang
muncul pada layar osiloskop
Jawab :
Perbedaan phase yang terjadi antara dua buah gelombang yang muncul pada
osiloskop terjadi apabila dua buah gelombang sinusoidal mencapai harga
puncak pada waktu yang bersamaan, maka kedua buah gelombang tersebut
dikatakan sephase. Tetapi bila tidak dalam waktu yang bersamaan maka kedua
buah gelombang tersebut berbeda phase sebesar ∂ dengan satuan radian, secara
matematis dapat ditulis rumus persamaan kedua gelombang tersebut.
V1  V sin 2ft    V 2  V sin 2ft
Perbedaan phase pada kedua gelombang arus dan tegangan pada saat frekuensi
400Hz adalah

rad. Sedangkan pada kedua buah gelombang arus dan
2
tegangan pada saat frekuensi 400Hz adalah

rad.
4
4. Berapa beda phase antara gelombang tegangan dan arus dalam satuan
a.Derajat
b.Radian
Jawab:
Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan pertama
adalah

radian atau 90o.
2
Beda phase antara gelombang tegangan dan arus pada percobaan kedua adalah

radian atau 45o.
4
5. Hitung reaktansi kapasitas dari C = 100 nF dengan frekuensi 400Hz dan
4000Hz. Serta bandingkan dengan hasil dari percobaan, beri penjelasan!
Jawab:
Diketahui
F1 = 400Hz
F2 = 4000Hz
C = 100 nF = 1 x 10-7 F
Ditanya
Xc1 = ?
Xc2 = ?
Penyelesaian:
Xc 
1
2fc
Pada frekuensi 400Hz
Xc 
1

2fc
1
 3978,87 
2 . 400 .10 7
Pada frekuensi 4000Hz
Xc 
1
1

 397,88 
2fc 2 . 4000 . 10 7
Besar reaktansi kapasitif pada saat frekuensi 400Hz memiliki nilai yang
besar sehingga menghasilkan tegangan keluaran yang lebih kecil pada layar
osiloskop. Bila dibandingkan dengan besar reaktansi kapasitif pada frekuensi
4000Hz yang memiliki nilai yang lebih besar bila dibandingkan dengan
tegangan keluaran pada frekuensi 400Hz. Hal ini bisa dilihat dari grafik
keluaran tegangan pada layar osiloskop yang memiliki tegangan ptp yang
berbeda antara frekuensi 400Hz dengan frekuensi 4000Hz.
VII. Kesimpulan
Proses pengisian dan pelepasan pada kapasitor terjadi sebagai akibat muatan
listrik
yang disimpan dan dilepaskan oleh kapasitor,sehingga terjadi
pertambahan nilai tegangan pada saat pengisian pada kapasitor tersebut selama
selang waktu periodic tertntu dari 0s/d 60 detik.
Pada saat
terjadi pelepasan muatan listirk terjadi pengurangan nilai
tegangan yang dimulai angka 9.4 Volt. Pada saat percobaan kapasitansi dalam
rangkaian arus bolak-balik frekuensi yang berubah-ubah tidak mempengaruhi
amplitudo keluaran pada layer osiloskop,karena amplitude keluaran pada layer
osiloskop dipengaruhi oleh amplitude tekanan yang telah diatur sebelumnya
pada alat pungsi generator pada percobaan ini diberi tegangan sebesar 5 Voltptp.
Perbedaan phase terjadi bila dua buah gelombang arus dan tegangan tidak
mencapai puncak secara bersamaan,besar phase ini bias dalam derajat ataupun
dalam radian.Besar reaktansi kapasitif yang besar akan mengakibatkan tegangan
keluaran yang kecil bila dibandingkan dengan reaktansi kapasitif yang
menghasilkan tegangan keluaran yang besar.