Susunlah rangkaian seperti gambar berikut

PRAKTIKUM
RANGKAIAN RLC DAN FENOMENA RESONANSI
(Oleh : Sumarna, Lab-Elins, Jurdik Fisika FMIPA UNY)
E-mail : [email protected]
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
dari hambatan yang muncul pada induktor itu dinamakan rekatansi induktif (XL). Untuk
1
gelombang sinus (arus AC yang berbentuk sinusoidal), besar dari reaktansi induktif itu
dapat dinyatakan sebagai :
XL = L,
dengan
L
f
XL
dengan  = 2f
: Induktansi induktor dalam henry (H)
: Frekuensi dalam hertz (Hz)
: 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 =
dengan
C
f
XC
1
C
dengan  = 2f
: Kapasitansi Kapasitor dalam farad (F)
: Frekuensi dalam hertz (Hz)
: 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
radio, televisi, dan pemancar.
2
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 X L = XC, yakni pada saat
salah satu membesar dan yang lainnya mengecil. Keadaan di mana X L = 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 =
1
2 LC
di mana L menyatakan induktansi dalam henry (H), C merupakan kapasitansi dalam
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.
Amplitudo tegangan
keluaran terbesar untuk
fr = 1 MHz
10 kHz
Rangkain resonan
pada
1 MHz
100 kHz
1 MHz
2 MHz
Amplitudo tegangan
keluaran untuk frekuensi
lain lebih kecil
3 MHz
Amplitudo tegangan
masukan sama
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
3
amplitudo tegangan keluarannya terbesar bila dibandingkan dengan amplitudo tegangan
keluaran untuk frekuensi yang lainnya.
Rangkaian Resonan Seri
A
T
R
S
L
C
B
VL
VR
VC

4.
LANGKAH PERCOBAAN
Susunlah rangkaian seperti gambar berikut :
S
mA
L
R
T
VL
U
VR
VS

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 :
4
No.
1.
2.
3.
Frekuensi
100 Hz
200 Hz
400 Hz
600 Hz
Dst.
10.000 Hz
VL
VR
VS
Arus
Susunlah rangkaian seperti gambar berikut :
C
S
T
VC
mA
VS
R
U
VR

Dengan frekuensi sumber sinyal yang divariasi antara 10 Hz hingga 10 kHz, ukurlah
tegangan antara ujung-ujung :
a. Kapasitor (VC) 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 :
No.
1.
2.
3.
Frekuensi
10 Hz
100 Hz
500 Hz
1000 Hz
Dst.
10 kHz
VC
VR
Susunlah rangkaian seperti berikut :
5
VS
Arus
L
S
mA
C
T
VL
U
VC
VS

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. Kapasitor (VC) atau antara titik-titik T dan U,
c. Sumber sinyal (VS) atau antara titik-titik S dan U,
d. Pada frekuensi berapa VL = VC , carilah hingga ditemukan keadaan, frekuensi
tersebut tidak harus terletak di dalam interval frekuensi di atas !
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 :
No.
1.
2.
3.
Frekuensi
100 Hz
200 Hz
400 Hz
600 Hz
Dst.
10 kHz
VL
VC
VS
Pada frekuensi . . . . . . . dicapai keadaan VL = VC.
Susunlah rangkaian seperti berikut :
A
mA
R
L
S
VR
VL
VS

6
T C
VC
B
Arus
Dengan frekuensi sumber sinyal yang divariasi antara 100 Hz hingga 10 kHz, ukurlah
tegangan antara ujung-ujung :
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 !
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 :
No.
1.
2.
3.
Frekuensi
100 Hz
200 Hz
400 Hz
600 Hz
Dst.
10 kHz
VR
VL
VC
VS
Arus
Pada frekuensi . . . . . . . dicapai keadaan VL = VC.
Susunlah rangkaian seperti berikut :
C
S
T
L
mA
VS

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),
7
c. Pada frekuensi berapa
kuat arus (mA) paling kecil, carilah hingga ditemukan,
frekuensi tersebut tidak harus terletak di dalam interval frekuensi di atas !
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 :
No.
1.
2.
3.
Frekuensi
100 Hz
200 Hz
400 Hz
600 Hz
Dst.
10 kHz
VS-T
Arus
Pada frekuensi . . . . . . . dicapai keadaan kuat arus (mA) paling kecil.
8