RESONANSI R-L-C Muhammad Akbar Pratama*), Asrianti BT. Sunardi, Gina Hasanah Hidayah, Muh. Arief Fitrah I.A. Laboratorium Elektronika Dan Instrumentasi Jurusan Fisika Universitas Negeri Makassar Tahun 2015 LATAR BELAKANG Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan tekhnologi, membuat manusia kian hari semakin tidak puas dengan pencapaian yang diperoleh. Hingga mereka berlombalomba dalam menemukan teknologi baru. Teknologi yang berkembang sangat pesat saat ini adalah alat telekomunikasi. Alat telekomunikasi saat ini mencapai puncak kejayaannya dan mendapat tempat dihati hampir diseluruh manusia dibumi. Kecanggihan alat telekomunikasi ini tidak pernah terlepas dari rangkaiyan penyusun yang ada didalamnya. Semakin canggihnya sebuah tekhnologi, semakin banyak pula komponen-komponen yang dibutuhkan dalam rangkaiannya, Seperti misalnya resistor. Namun, ada cara yang bisa digunaka dalam menghemat sebuah komponen. Yaitu dengan cara merangkainya dengan menggunakan prinsip thevenin dan norton. Prinsip thevenin-norton merupakan salah satu prinsip eletronika yang berfungsi sebagai rangkaian pengganti dimana pada rangkaian ini kita lebih muda menganalisis jika dibandingkan denga rangkaian laiannya serka ada sebagian rangkaian yang rumit yang tidak bisa diselesaikan kecuali dengan ragkaan thevenin dan norton. TUJUAN Mahasiswa diharapkan dapat: 1. Menyelidiki pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian R – L– C seri, 2. Menginterpretasi kurva respon frekuensi rangkaian R – L – C seri, 3. Menentukan frekuensi resonansi dan faktor kualitas rangkaian R – L – C seri. KAJIAN TEORI Rangkaian R – L – C adalah suatu rangkaian listrik yang terdiri atas komponen resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C) yang disusun secara seri atau paralel. Konfigurasi ini membentuk suatu sistem osilator harmonik. Rangkaian R – L – C sering disebut rangkaian penala (tuner) dan rangkaian resonansi. Rangkaian R – L – C banyak digunakan dalam perangkat-perangkat osilator harmonik dan pesawat radio penerima. Rangkaian R – L – C berfungsi untuk memilih suatu rentang frekuensi yang cukup sempit dari spektrum total gelombang radio yang sangat lebar. Tinjau sebuah sebuah rangkaian yang terdiri atas hambatan R, induktansi L dan kapasitor C yang terhubung secara seri dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan yang berubah terhadap waktu vs (t) seperti pada Gambar 4.1.
Arus , dengan VS adalah tegangan rms kompleks sumber. Dalam rangkaian seri RLC impedansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai berikut: Ztot = R + j (XL – XC) Dari hubungan ini akan terlihat bahwa reaktansi induktif dan kapasitif selalu akan saling mengurangi. Bila kedua komponen ini sama besar, maka akan saling meniadakan, dan dikatakan bahwa rangkaian dalam keadaan resonansi. Resonansinya adalah resonansi seri. Keadaan resonansi dicapai pada saat XL = XCmaka Ztot= R merupakan Zmin, sehingga akan diperoleh arus atau tegangan yang maksimum pada suatu harga frekuensi khusus yang disebut frekuensi resonansi (fo). 1 1 o fo 2 L C LC atau [4.1] Pada waktu resonansi, sangat mungkin terjadi bahwa tegangan pada L atau pada C lebih besar dari tegangan sumbernya. Pembesaran tegangan pada L atau pada C pada saat resonansi ini didefinisikan sebagai faktor kualitas Q.Makin besar nilai Q, makin sempit lengkung resonansinya, dan berarti makin tinggi kualitas resonansinya. (Q berasal dari kata “quality”). Plot antara kuat arus (efektif) sebagai fungsi dari frekuensi sumber pada rangkaian RLC seri untuk berbagai nilai R ditunjukkan pada gambar berikut.
Dengan faktor kualitas yang ditentukan oleh : L Q 0 0 R Di mana : Q = faktor kualitas, o = 2 fo = frekuensi resonansi (Hz), = lebar pita frekuensi (Hz), L = induktansi induktor (H), R = resistansi resistor (). METODE PERCOBAAN Alat dan Bahan 1. Audio Function Generator 2. Multimeter AC 3. Papan Rangkaian 4. Resistor 5. Kapasitor 6. Induktor 7. Kabel Penghubung Identifikasi Variabel 1. Variabel manipulasi 2. Variabel respon 3. Variabel kontrol
[4.2]
1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 4 buah
: Frekuensi (Hz) : Arus (mA) : Resistansi (Ω), Induktansi (H), Kapasitif (F)
Definisi Operasional Variabel 1. Frekuensi merupakan nilai penunjukkan AFG yang diatur dengan selang sebesar 300 Hz dan dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz) 2. Arus merupakan penunjukkan multimeter yang berubah seiring dengan perubahan frekuensi, arus diukur dengan menggunakan multimeter dan dinyatakan dalam satuan mili Ampere (mA). 3. Resistansi merupakan nilai hambatan dari potensiometer yang diukur dengan menggunakan multimeter dan dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). 4. Induktansi mrupakan besarnya nilai induktansi dari suatu induktor yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
L=
μo N 2 A l
dimana L merupakan induktansi; µ o
sebesar 4π x 10-7Wm/A; Induktansi dinyatakan dalam satuan Henry (H). 5. Kapasitansi merupakan besarnya nilai kapasitor / kemampuan menampung muatan dari sebuah kapasitor dari sebuah kapasitor yang nilainya tertera pada badan kapasitor dan dinyatakan dalam satuan Farad (F). untuk kapasitor non polar, umumnya nilai kapasitasnya dinyatakan dalam satuan piko farad (pF). Prosedur Kerja a. Merakit rangkaian seri RLC berikut di atas papan kit.
+
vi _
L
C
a R
b
b. Menghubungkan vi rangkaian dengan output Audio Function Generator (AFG) pada gelombang sinus dengan amplitudo 2 Vrms (meukur secara langsung dengan menggunakan digital AC voltmeter). c. Menghubungkan digital AC voltmeter pada keluaran rangkaian (titik a dan b). d. Untuk mengamati perubahan arus I (= VR/R) sebagai fungsi frekuensi dan pada frekuensi berapa terjadi keadaan resonansi, yaitu nilai arus (atau tegangan pada R) menjadi maksimum, maka hal yang dilakukan adalah menaikkan frekuensi AFG dengan cepat sambil mengamati besar tegangan pada digital AC voltmeter, setelah itu meturunkan kembali ke frekuensi 100 Hz. Perlu diingat bahwa : Pada keadaan resonansi untuk RLC seri, impedansi rangkaian menjadi minimum atau arus menjadi maksimum. Namun dalam praktek, lebih mudah mengukur tegangan pada rangkaian daripada mengukur arus. Amperemeter AC yang peka sukar diperoleh apalagi yang mampu bekerja pada frekuensi tinggi. e. Untuk mendapatkan besar arus, maka hal yang dilakukan adalah menaikkan frekuensi AFG dengan interval 200 Hz dan mencatat besar tegangan pada R untuk setiap interval tersebut hingga memperoleh nilai tegangan yang kurang lebih sama pada saat frekuensi mula-mula.
PEMBAHASAN Pada percobaan yang berjudul Resonansi RLC ini kita mempelajari pengaruh frekuensi terhadap karakteristik rangkaian RLC seri. Adapun hasil dari percobaan yang ada pada tabel pengamatan menunjukkan bahwa semakin besar frekuensi sumber dari Audio Function Generator (AFG) maka nilai tegangan yang terukur atau yang ditunjukkan oleh Multimeter juga semakin meningkat. Namun, pada suatu titik frekuensi sumber tertentu (f o), tegangan yang ditunjukkan oleh alat ukur mulai berkurang nilainya hingga keposisi tegangan minimum ketika frekuensi sumber minimum. Adapun alat ukur yang digunakan dalam rangkaian adalah multimeter yang disusun secara seri dengan hambatan dan kapasitor. Dalam percobaan resonansi RLC ini kita mengambil data sebanyak 3 (tiga) kali dengan hambatan yang berbeda yaitu 100 Ω, 200 Ω, dan 300 Ω, serta mengukur arusnya menggunakan multimeter. Sehingga diperoleh grafik hubungan antara frekuensi terhadap arus dimana semakin besar frekuensi sumber maka nilai kuat arus dalam rangkaian RLC seri juga akan semakin besar hingga suatu titik frekuensi sumber tertentu (f o) pada posisi I maksimum dan kuat arus kembali ke titik minimum. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan jika ditinjau sebuah rangkaian yang teridiri atas hambatan R, induktansi L dan kapasitansi C yang terhubung secara seri dan dihubungkan dengan sebuah tegangan yag berubah terhadap waktu maka akan diperoleh persamaan atau dimana jika dituliskan secara grafik akan diperoleh grafik yang membentuk seperti sebuah bukit, dimana nilai arus yang terus meningkat hingga mencapai suatu titik yang disebut Imaksimum dengan frekuensi sumber tertentu (fo) dan arus kembali ke titik minimum. Pada percobaan, kita hanya merangkai RLC seri dimana kita menggunakan 3 hambatan dengan tiga kali pengambilan data dengan nilai hambatan yang berbeda, prinsip kerja yang menggunakan hambatan yang berbeda sama halnya dengan merangkai parallel rangkaian RLC karena dari hasil pengamatan ditunjukkan bahwa kurva respon frekuensi rangkaian RLC seri untuk R1, R2 dan R3 menunjukkan bahwa Q1 > Q2 > Q3 dimana R1 < R2 < R3. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar hambatannya maka nilai Q akan semakin kecil, dengan kata lain nilai hambatan berbanding terbalik dengan nilai Q. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: a. Semakin besar frekuensi sumber maka semakin besar nilai tegangan dan arus dalam rangkaian RLC hingga suatu titik frekuensi sumber tertentu (f o) dan tegangan serta arus kembali ketitik minimum. b. Kurva respon frekuensi rangkaian RLC seri untuk R 1, R2 dan R3 menunjukkan bahwa Q1 > Q2 > Q3 dimana R1 < R2 < R3. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar hambatannya maka nilai faktor kualitas akan semakin kecil, c. Hubungan frekuensi resonansi dan factor kualitas dapat dilihat dari persamaan dimana . Besaran ini dikenal sebagai faktor kualitas dinyatakan dengan Q. Jadi , dimana fo adalah frekuensi resonansi.
DAFTAR PUSTAKA Sutrisno. (1986). Elektronika, Teori dan Penerapannya, Jilid 1.Bandung : Penerbit ITB. Tim Elektronika Dasar, 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 1. Makassar: Laboratorium Unit Elektronika & Instrumentasi Jurusan Fisika FMIPA UNM. Tipler, P.A. (1991). Fisika, Untuk Sains dan Teknik, Jilid 2.Jakarta : Penerbit Erlangga.
