RANGKAIAN PENGINTEGRALAN R C , PENDIFERENSIALR C , DAN PENGUKURAN LISTRIK Makalah Ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Elektronika Dasar I
Dosen Pembimbing: Misbah, M.Pd
Oleh: Kelas B Kelompok 3 Anggota: -
Ahmad Fauzan Rizaldy
(NIM A1C415002)
-
Frans Septian Hasiholan Sianipar (NIM A1C415XXX)
-
Muhammad Mahdi
(NIM A1C415018)
-
Muhammad Naufa Huda
(NIM A1C415019)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARMASIN 2016
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Pada abad ke-21, banyak sekali peralatan elektronik ditemukan dalam setiap segi kehidupan. Dalam dunia yang serba elektronik ini, hampir semuanya memerlukan energi listrik dan ukuran peralatannya pun semakin kecil. Untuk dapat membuat ukuran peralatan elektronik semakin kecil, diperlukan komponen elektronika aktif maupun pasif seperti resistor, kapasitor, transistor, Integrated Circuit (IC), diode, dll. Komponen tersebut tidak hanya dipasang tunggal pada komponen melainkan dapat dipasang bersamaan dengan komponen lain seperti halnya rangkaian RC . Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai hal ini maka disusunlah makalah “Rangkaian Pengintegralan RC , Pendiferensial RC , dan Pengukuran Listrik” ini.
B. RUMUSAN MASALAH
Untuk dapat mengkaji tentang Rangkaian Pengintegralan RC , Pendiferensial RC , dan Pengukuran Listrik secara tepat, maka berdasarkan latar belakang yang telah diajukan dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut. 1. Apa yang dimaksud dengan rangkaian RC ? 2. Apa yang dimaksud dengan rangkaian pengintegralan RC ? 3. Apa yang dimaksud dengan rangkaian pendiferensial RC ? 4. Apa yang dimaksud dengan pengukuran listrik? 5. Bagaimana cara melakukan pengukuran listrik?
C. TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. 1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan rangkaian RC . 2. Mengetahui apa yang dimaksud dengan rangkaian pengintegralan RC . 3. Mengetahui apa yang dimaksud dengan rangkaian pendiferensial RC . 4. Mengetahui apa yang dimaksud dengan pengukuran listrik. 5. Memahami cara melakukan pengukuran listrik. 2
D. MANFAAT PENULISAN
Setelah mempelajari isi dari makalah ini, Anda diharapkan dapat: 1. Menjelaskan tentang rangkaian RC . 2. Menjelaskan tentang rangkaian pengintegralan RC . 3. Menjelaskan tentang rangkaian pendiferensial RC . 4. Menjelaskan tentang pengukuran listrik. 5. Menguasai cara melakukan pengukuran listrik.
3
BAB II PEMBAHASAN
A. RANGKAIAN R C
Rangkaian RC (Resistor-Capasitor), atau sering dikenal dengan istilah RC filter atau RC network, adalah rangkaian listrik yang tersusun dari resistor dan kapasitor. Rangkaian RC orde satu (first order) tersusun dari satu resistor dan satu kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling sederhana. Rangkaian RC dapat digunakan untuk menyaring (filter) sinyal dengan cara menahan (block) frekuensi sinyal tertentu dan meneruskan (pass) sinyal yang lainnya. Ada 4 macam filter RC , di antaranya: high-pass filter, low-pass filter, band-pass filter, dan band-stop filter. Dasar pemahaman tentang proses tanggapan frekuensi ini, maka kita hanya akan mengkaji pada sifat RC yang bisa meloloskan frekuensi rendah dan tinggi serta sebagai alat pengubah (converter) gelombang persegi-ke-segitiga dan persegi-ke-pulsa dengan masing-masing
mengintegrasikan
dan
mendiferensialkan
gelombang
input
dan
rangkaiannya sendiri disebut rangkaian integrator dan rangkaian diferensiator orde 1. Untuk pengintegralan RC , sinyal keluaran rangkaian merupakan integral dari sinyal masukan. Untuk pendiferensialan RC , sinyal keluaran rangkaian merupakan diferensial dari sinyal masukan. B. RANGKAIAN PENGINTEGRALAN R C
Bentuk umum rangkaian integral dan diferensial RC pada dasarnya adalah sama. Namun outputnya berbeda. Pada rangkaian pengintegralan RC , sinyal keluaran merupakan integral dari sinyal masukan.
Gambar 1. Rangkaian Integral RC
4
Adapun suatu persamaan kapasitor yang mengikuti fungsi eksponensial yaitu:
= (−⁄)
(1)
Jika dianalisis persamaan ini maka ada beberapa kesesuaian antara tampilan isyarat output dengan persamaan di atas. Untuk itu contoh-contoh di bawah ini akan memberikan gambaran hal tersebut. Misalkan kita memiliki suatu rangkaian integral RC dengan nilai RC =T detik
(tetapan waktu- ), yang bermakna fisis bahwa waktu minimal yang dibutuhkan kapasitor untuk mengisi penuh kapasitor. Misalkan
≪ / maka, dari persamaan (1) dapat
dituliskan seperti berikut:
= (−⁄) = {⁄≤ ≤≤ ≤⁄ Sebaliknya jika ≫ /, maka secara teori memperlihatkan bahwa sebelum (2)
kapasitor penuh dengan muatan, tegangan input sudah berubah tanda, sehingga tegangan kapasitor tidak akan sama dengan tegangan input. Model persamaan matematis kapasitor demikian adalah
= (−⁄) Karena ≫ , maka dengan menggunakan deret Taylor untuk ekspansi / (1)
diperoleh: = ; ≤ ≤ ⁄
(3)
Perhatikan gambar berikut.
Gambar 2. Grafik Pengintegralan RC Seperti ditunjukkan pada gambar 2 jika tetapan waktu penuh dalam waktu T/2. Akan tetapi jika 5
≪ , kapasitor C terisi
≫ , maka sebelum kapasitor terisi penuh,
sudah berbalik menjadi negatif. Akibatnya kapasitor segera dikosongkan. Belum lagi terisi penuh, sudah berubah tanda lagi. Akibatnya isyarat keluaran akan berupa suatu tegangan yang berbentuk gelombang segitiga. Untuk ≫ , bentuk isyarat keluaran seperti integral isyarat masukan. Untuk = ≫ pada waktu = + , kemiringan (t) positif, dan pada waktu = , kemiringan (t) negatif. tegangan
Ini disebut rangkaian pengintegralan RC.
C. RANGKAIAN PENDIFERENSIAL R C
Rangkaian ini sama seperti rangkaian integral, hanya yang membedakan adalah pengukuran output saja. Pada rangkaian diferensial RC , sinyal keluaran merupakan diferensial dari sinyal masukan.
Gambar 3. Rangkaian Diferensiator Untuk rangkaian diferensial RC yang menjadi output diambil dari resistor yang terpasang. Sehingga persamaan tegangannya untuk
≪ / dinyatakan oleh:
= = .−⁄ Di mana untuk = = . Sedangkan untuk ≫ /, maka persamaan (4) dinyatakan oleh persamaan = (4)
(5)
Di mana perbandingan
− =
(6)
Perhatikan gambar berikut.
6
Gambar 4. Rangkaian Pendiferensial RC Rangkaian RC akan berlaku sebagai suatu pendiferensial jika dipasang seperti
= ≪ , isyarat keluaran akan seperti diferensial dari isyarat masukan. Jika = ≫ , bentuk isyarat mirip dengan isyarat masukan, akan tetapi puncaknya miring. Jika ≪ , isyarat berbentuk denyut dengan tegangan puncak 2 V. pada gambar 4. Untuk
D. PENGUKURAN LISTRIK
Pengukuran adalah suatu pembandingan antara suatu besaran dengan besaran lain yang sejenis secara eksperimen dan salah satu besaran dianggap sebagai standar. Dalam pengukuran listrik terjadi juga pembandingan, dalam pembandingan ini digunakan suatu alat bantu (alat ukur). Alat ukur ini sudah dikalibrasi, sehingga dalam pengukuran listrik pun telah terjadi pembandingan. Dalam melakukan pengukuran, pertama harus ditentuan cara pengukurannya. Cara dan pelaksanaan pengukuran itu dipilih sedemikian rupa sehingga alat ukur yang ada dapat digunakan dan diperoleh hasil dengan ketelitian seperti yang dikehendaki. Penggunaannya harus dengan baik pula serta semudah mungkin sehingga diperoleh efesiensi setinggi-tingginya. Pada pengukuran listrik ada tiga unsur penting yang perlu diperhatikan yaitu: -
Cara pengukuran
-
Orang yang melakukan pengukuran
-
Alat yang digunakan
Pekerjaan mengukur itu pada dasarnya adalah usaha menyatakan sifat sesuatu zat/benda ke dalam bentuk angka atau harga yang lazim disebut sebagai hasil pengukuran. Pemberian angka-angka tersebut dalam praktik dapat dicapai dengan: 1) Membandingkan dengan alat tertentu sebagai standar.
7
2) Membandingkan besaran yang akan diukur dengan skala yang telah di tera atau dikalibrasikan. Unsur-unsur terpenting dalam proses pengukuran itu antara lain: 1) Alat yang dipergunakan sebagai pembanding/penunjuk 2) Orang yang melaksanakan pengukuran Pengukuran listrik mempunyai tujuan yang lebih luas lagi yaitu untuk mengetahui, menilai, atau mengkaji besaran listrik. Alat yang digunakan sebagai pembanding/penunjuk disebut instrumen pengukur. Instrumen ini berfungsi sebagai penunjuk nilai besaran listrik yang diukur. Hal-hal yang perlu dipahami sehubungan dengan alat ukur yaitu: 1. Ketepatan (akurasi), menyatakan berapa dekat angka terbaca pada alat ukur dengan nilai sebenarnya besaran yang diukur tersebut. 2. Ketelitian (presisi), menyatakan berapa dekat nilai bacaan alat ukur jika digunakan untuk mengukur suatu besaran berkali-kali. 3. Kepekaan
(sensitivitas),
menyatakan
perbandingan
keluaran
terhadap
perubahan pada besaran yang diukur. 4. Daya pisah (resolusi), perubahan terkecil daripada besaran yang diukur, untuk mana alat ukur masih memberikan tanggapan. Alat ukur analog dengan jarum penunjuk menggunakan prinsip kumparan putar; jarum diikatkan pada suatu kumparan yang berada dalam medan magnet. Kumparan tersebut jika dialiri arus listrik mendapat momen gaya sehingga jarum ikut berputar. Alat ini juga disebut meter d’Arsonval . Adapun meter kumparan putar yang banyak digunakan sebagai berikut. 1. Meter kumparan putar magnet permanen ( PMMC = permanent magnet moving coil meter ) Konstruksi PMMC ditunjukkan pada gambar 5a, dengan kumparan pada gambar 5b. gambar 6 menunjukkan gaya pada kumparan yang dialiri arus listrik. Jika ada N lilitan dengan luas A dan induksi magnet B, maka jika pada kumparan mengalir arus I , akan
= . Karena ada pegas spiral sebagai imbangan bekerjalah momen gaya pegas = , dan kumparan akan menyimpang sebesar sudut bekerjalah momen gaya sebesar
8
yang
diberikan oleh
= atau = = ,
dengan
= adalah
kepekaan arus.
Gambar 5. (a)Konstruksi PMMC , (b) Kumparan pada PMMC . Induksi magnet B biasanya mempunyai nilai antara 1 hingga 5 gauss. Simpangan penuh (sp), biasanya dibuat untuk Hooke, simpangan
= °. Kita lihat selama pegas mengikuti hukum
sebanding dengan arus listrik. Kelemahan PMMC adalah untuk
meter yang sangat peka, simpangan jarum dipengaruhi oleh besi atau bahan magnetik lain yang mungkin berada di dekatnya.
Gambar 6. Gaya-gaya yang Bekerja pada Kumparan yang Dialiri Arus Listrik. 2. Meter kumparan putar berteras magnet Meter kumparan putar modern banyak yang menggunakan teras berupa magnet permanen, dikelilingi oleh pengandar (yoke) besi lunak seperti pada gambar 7. Dengan meter semacam ini, medan magnet dalam teras terisolasi dari sekitarnya sehingga dapat digunakan kotak besi tanpa mengganggu pengukuran.
9
Gambar 7. Meter Kumparan Putar Berteras Magnet 3. Meter kumparan putar pita tegang (tautband moving coil meter) PMMC dan meter berteras magnet menggunakan suspensi yang disangga oleh dua penyangga. Oleh karena itu simpangan jarum terpengaruh oleh posisi meter. Di samping itu, gesekan oleh penyangga dapat mempengaruhi ketepatan meter. Untuk mengatasi ini, banyak meter kumparan yang menggunakan suspensi pita tegang seperti gambar 8. Dengan cara suspensi ini tidak diperlukan penyangga ataupun pegas spiral.
Gambar 8. Suspensi Pita Tegang E. CARA MELAKUKAN PENGUKURAN LISTRIK
Hal-hal yang penting diperhatikan pada pengukuran listrik sebagai berikut.
Cara pengukuran harus benar
Alat ukur harus dalam keadaan baik
Secara periodik harus dicek (kalibrasi)
Penyimpanan dan transportasi alat harus diperhatikan
Operator (orang) harus teliti 10
Keadaan di mana melakukan pengukuran harus diperhatikan
Adapun instrumen besaran-besaran listrik yang sering digunakan dalam pengukuran sebagai berikut. 1. Amperemeter Untuk mengukur arus dapat digunakan amperemeter, cara pemasangan amperemeter dengan beban di mana arus tersebut mengalir harus dihubungkan seri, penyimpangan jarum penunjuk menunjukkan besarnya harga arus yang tertera. Bila arus yang ditunjukkan melebihi dari batas ukur maka amperemeter tersebut akan rusak.
Gambar 9. Rangkaian Amperemeter 2. Voltmeter Untuk mengukur tegangan daripada terminal atau ujung dari suatu rangkaian dapat digunakan voltmeter yang ditempatkan paralel terhadap beban yang hendak diketahui tegangannya. Bila tegangan yang diukur melebihi tegangan batas ukur dari voltmeter, makavoltmeter tersebut akan rusak.
Gambar 10. Rangkaian Voltmeter 3. Ohmmeter Untuk mengukur tahanan dengan pembacaan langsung dapat digunakan ohm meter yang rangkaiannya sebagai berikut.
11
Gambar 11. Rangkaian Ohm Meter 4. Osiloskop Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Adapun fungsi osiloskop yaitu untuk menyelidiki gejala yang bersifat periodik, untuk melihat bentuk gelombang kotak dari tegangan, mengetahui beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran.
=
(7)
Di mana: y = besar penyimpangan electron e = muatan electron E = kuat medan l = jarak m = massa v = kecepatan Prinsip kerja osiloskop adalah sebagai berikut. Elektron dipancarkan dari katoda akan menumbuk bidang gambar yang dilapisi oleh zat yang bersifat flourecent. Bidang gambar ini berfungsi sebagai anoda. Arah gerak elektron ini dapat dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetik. Umumnya osiloskop sinar katoda mengandung medan gaya listrik untuk mempengaruhi gerak elektron ke arah anoda. Medan listrik dihasilkan oleh lempeng kapasitor yang dipasang secara vertikal, maka akan terbentuk garis lurus vertikal dinding gambar. Selanjutnya jika pada lempeng horizontal dipasang tegangan periodik, maka elektron yang pada mulanya 12
bergerak secara vertikal, kini juga bergerak secara horizontal dengan laju tetap. Sehingga pada gambar terbentuk grafik sinusoidal.
Gambar 12. Prinsip Kerja Osiloskop
Kerja 13. Osiloskop
13
BAB III PENUTUP
A. KESIMPULAN
Rangkaian RC (Resistor-Capasitor), atau sering dikenal dengan istilah RC filter atau RC network , adalah rangkaian listrik yang tersusun dari resistor dan kapasitor. Rangkaian RC orde satu ( first order ) tersusun dari satu resistor dan satu kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling sederhana. Untuk pengintegralan RC , sinyal keluaran rangkaian merupakan integral dari sinyal masukan. Sedangkan pendiferensial RC , sinyal keluaran rangkaian merupakan diferensial dari sinyal masukan. Pengukuran adalah suatu pembandingan antara suatu besaran dengan besaran lain yang sejenis secara eksperimen dan salah satu besaran dianggap sebagai standar. Pengukuan listrik merupakan pengukuran besaran-besaran listrik yang menggunakan alat bantu (alat ukur) sebagai instrumen yang berfungsi menunjukkan nilai besaran listrik yang diukur. Adapun cara melakukan pengukuran listrik bergantung pada besaran yang diukur. Karena masing-masing besaran memiliki cara tersendiri dalam peletakan posisi alat ukur, yakni ada yang dipasang seri dan ada yang dipasang paralel. B. SARAN
Adapun beberapa hal yang disarankan pemakalah dalam hal pengintegralan RC , pendiferensial RC , dan pengukuran listrik sebagai berikut. 1. Rangkaian RC merupakan rangkaian sederhana, namun dalam melakukan percobaan maupun menganalisis rangkaiannya diperlukan konsep yang matang dan kejelian yang sangat tinggi. Jadi, kita hendaknya teliti, jeli, dan hati-hati dalam melakukan percobaan maupun menganalisis rangkaian RC . 2. Dalam melakukan pengukuran besaran listrik kita hendaknya memerhatikan berbagai faktor yang dapat memengaruhi hasil pengukuran agar didapat hasil pengukuran yang memiliki ketelitian tinggi, efesien, dan efektif. Serta kita juga harus memerhatikan jenis besaran yang diukur agar dapat menentukan cara dan peletakan posisi alat ukur.
14
Daftar Pustaka
1. Sapie, S. 1994. Pengukuran dan Alat-Alat Ukur Listrik . Jakarta: Pradnya Paramita. 2. Sutrisno. 1986. Elektronika Teori & Penerapannya. Bandung: ITB. 3. Tim Dosen Elektronika Dasar. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar I. Banjarmasin: Unlam.
15
