Percobaan 6 Resonansi - Labdasar Teknik Elektro

Percobaan 6
Resonansi
EL2193 Praktikum Rangkaian
Elektrik
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Tujuan
• Mempelajari perilaku rangkaian RLC
• Mempelajari resonansi seri, paralel, dan
resonansi seri paralel
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Review
Rangkaian Resonansi
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian RLC sederhana
Susunan Seri
• Impedansi
Z = R+jX
Z = R+jω
R+jωL+1/(j
L+1/(jω
ωC)
=R+j(ω
=R+j(
ωL-1/(
1/(ω
ωC))
X = ωL-1/(
1/(ω
ωC)
• Kondisi khusus
X = 0, Z = R, Z minimum
saat ω=1/√(LC)
Susunan Paralel
• Admitansi
Y = G+jB
Y = 1/R+1/(j
1/R+1/(jωL)+jωC
=1/R+j(ωC-1/(ωL))
B = ωC-1/(ωL)
• Kondisi khusus
B=0, Y = G, Y minimum
saat ω=1/√(LC)
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Resonansi Seri
• Impedansi minimum
X=0, ω=1/√(LC)
– Arus Maksimum
I=VI/R
– Tegangan Resistor
VI
VR = I R = VI
– Tegangan Induktor
VL = I jωL= (j√(
√(L/C)
/C) /R)
/ ) VI
– Tegangan Kapasitor
VC = I/jω
I/jωC= -(j√(L/C) /R) VI
+
VL
R
VR
C
VC
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Resonansi Seri
Tegangan
g g Resistor VR=VI
Tegangan Induktor
VL = j VI √(L/C) /R
Tegangan Kapasitor
VC = -j VI √(L/C) /R
+
R
VR
C
VC
VI
• Bila R 100Ω
100Ω, C 470pF, L 2.5mH
VL ≈ j 53 VI
VL
Vc ≈ -j 53 VI
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Faktor Kualitas Resonansi
• Pada resonansi nilai R sangat
g menentukan arus dan
tegangan
– Contoh sebelumnya R=100
R=100Ω
Ω VC=-j53Vi
– Bila R=10kΩ
R=10kΩ VC= -j0.53
j0 53 Vi
– Bila R=1Ω
R=1Ω VC= -j5300 Vi
Nilai resistansi R disini adalah nilai R total dalam
hubungan seri dengan L dan C
• Faktor
F kt kualitas
k lit rangkaian
k i ((resonansi)
i) did
didefinisikan
fi i ik
sebagai perbandingan energi maksimum tersimpan
dibandingkan
g
daya
y terdisipasi
p
p
per siklus
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Faktor Kualitas Resonansi Seri
• Dari defisi Q=PL/PR atau Q=PC/PR dapat
diperoleh
Q=ω
Q=
ωL/R
atau
Q=1/ω
Q=1/
ωCL
Dengan ω=1/√(LC) maka Q=(√(L/C))/R
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Pengaruh Resistansi pada
Resonansi Seri
|
|Vc/Vi|
|
R naik
frek
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Pengaruh Resistansi pada
Resonansi Seri
|
|Vc/Vi|
|
C turun
C
½C
ωo
√2ωo
frek
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Pengukuran Faktor Kualitas
Resonansi Seri
• Cara 1: berdasarkan definisi ukur tegangan
pada kedua L atau C dan R,
– Masalah: untuk tegangan L, tegangan resistansi
parasitik ikut terukur tidak dapat diukur terpisah.
– Perhatikan bahwa R penentu faktor kualitas adalah R
keseluruhan rangkaian termasuk resistansi dalam
sumber dan parasitik.
– Bagaimana
g
mengamati
g
Q dari p
pengukuran
g
tegangan
g g
pada R beban saja?
• Penurunan: perhatikan definsi dan rangkaian
seri
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Pengukuran Faktor Kualitas
Resonansi Seri
• Cara 2: dengan
g mengukur
g
dan mencari frekuensi
resonansi fr dan bandwidth BW frekuensi resonansi
Q=fr/BW
dan
BW=fH-fL
dimana fH dan fL frekuensi cut off tinggi dan rendah
• Penurunan: baca RJ Smith: Circuits Devices,, and
Systems, hal 228228-229
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Resonansi Paralel
• Resonansi p
paralel terjadi
j
saat Y minimum sehingga
I maksimum
• Pengamatan
P
t sifat
if t
Rs
resonansi pada
arus, tidak dapat
V
Vs
dilakukan langsung
RL
dengan
osiloskop gunakan
osiloskop,
resistor
• Perilaku apa yang
tampak pada
© mth 2011
pengamatan
tegangan?
Laboratorium
Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Resonansi Seri Paralel
• Dalam rangkaian dengan L dan C lebih dari
satu, bergantung susunan rangkaian bisa terjadi
resonansi seri dan paralel pada rangkaian yang
sama
• Contoh
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Persiapan
• Hitung frekuensi resonansi untuk ke 4 rangkaian
• Hitung faktor kualitas untuk rangkaian resonansi
seri dan paralel
p
• Untuk menentukan frekuensi resonansi dapat
dipilih
p
– Dengan menurunkan persamaannya dan
memberikan nilai komponen yang digunakan
– Dengan melakukan simulasi dengan SPICE
• Catat dalam BCL
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Percobaan
• Seri
• Paralel
L 2,5mH
L 2,5mH
C 470pF
C 470pF
R 50Ω
R 47Ω
R 47Ω
R 50Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Percobaan
Seri Paralel
C 470pF
R 50Ω
L2
2,5mH
5 H
L2
2,5mH
5mH
C 470pF
R 47Ω
R 50Ω
L2
2,5mH
5 H
C 470pF
R 47Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan
• Rangkaian
g
akan diamati p
pada breadboard
• Sebelum memulai
–
–
–
–
Baca resistansi output
p g
generator sinyal
y
Baca resistansi dan kapasitansi input osiloskop
Ukur resistansi pada induktor (DC, Ohmmeter)
Catat dalam BCL
• Pengamatan diawali dengan melihat tegangan
d
dengan
mengubah
mengubahb h-ubah
b h ffrekuensi
k
i generator
t
sinyal, untuk menemukan adanya v maks dan/
atau v min
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan Resonansi Seri
• Amati perilaku rangkaian resonansi seri
– resonansi V maks
atau V min?
– catat V
– f resonansi
– amati Q dgn
dua cara
– gambarkan
respons frek
L 2,5mH, R 50Ω
C 470pF
R 50Ω
R 47Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan Resonansi Paralel
• Amati perilaku rangkaian resonansi paralel
– resonansi V maks
atau V min?
– catat V
– f resonansi
– gambarkan
respons frek
– bagaimana
menentukan
Q?
L 2,5mH, R 50Ω
R 50Ω
C 470pF
R 47Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan Resonansi Seri
Paralel
• Amati perilaku rangkaian resonansi berikut
– resonansi V maks
atau V min?
– catat V
– f resonansi
– gambarkan
respons frek
C 470pF
R 50Ω
L 2,5mH
L 2,5mH
R 47Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan Resonansi Seri
Paralel
• Amati perilaku rangkaian resonansi berikut
– resonansi V maks
atau V min?
– catat V
– f resonansi
– respons frek
C 470pF
R 50Ω
L 2,5mH
C 470pF
R 47Ω
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan Filter RLC
• Pada percobaan ini rangkaian RLC seri
dan RLC paralel digunakan sebagai
rangkaian filter
filter.
• Output rangkaian diukur pada resistansi
• Fungsi
F
i ttransfer
f output
t t terhadap
t h d input
i
t
diamati dan dibuat Plot BodeBode-nya
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Analisis
• Rangkaian Resonansi Seri
– Apakah frekuensi terbaca sama dengan hasil
hitungan?
– Apakah tegangan maksimum atau faktor kualitas
sama dengan hitungan?
– Bila tidak apa yang mempengaruhi perbedaan
tersebut?
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Analisis
• Rangkaian resonansi paralel
– Apakah frekuensi terbaca sama dengan hasil
hitungan?
– Bila tidak apa yang mempengaruhi perbedaan
tersebut?
• Rangkaian
R
k i S
Serii P
Paralel
l l
– Apakah frekuensi terbaca sama dengan hasil
hitungan?
– Apakah pengamatan saudara konsisten dengan hasil
pengamatan rangkaian resonansi seri dan resonansi
paralel?
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Analisis
• Rangkaian filter
– Bagaimana perilaku RLC sebagai filter
dibandingkan RL atau RC saja (percobaan
5)?
– Apa kentungan yang diperoleh dengan
adanya LC seri atau paralel pada filter?
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
SELAMAT MELAKUKAN
PERCOBAAN
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika