1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

Mempelajari perilaku (response) rangkaian terhadap sinyal elektrik;

respons alami atau natural response, respon dengan sinyal atau forced

response, dan respon rangkaian secara menyeluruh atau complete response.

Mengadakan pengukuran arus serta tegangan pada saat transient (peralihan,

perubahan, transien, transisi ) pada rangkaian RC, RL.

1.2. Teori Dasar

Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung

komponen penyimpan energi seperti induktor dan/atau kapasitor. Gejala ini

timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan oleh komponen tersebut

tidak dapat berubah seketika (arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor).

A. Respons Rangkaian

1. Respons Paksa (Forced Response)

Arus atau tegangan yang terbentuk karena Arus atau tegangan yang

terbentuk karena adanya energi yang masuk atau keluar dari adanya energi

yang masuk atau keluar dari sumber tegangan atau sumber arus pada sumber

tegangan atau sumber arus pada rangkaian

2. Rangkaian Respons Natural (Natural Response)

Arus atau tegangan yang terbentuk karena Arus atau tegangan yang

terbentuk karena adanya energi yang masuk atau keluar dari adanya energi

yang masuk atau keluar dari komponen penyimpan energi kapasitif atau

komponen penyimpan energi kapasitif atau induktif pada rangkaian induktif

pada rangkaian

3. Respons Lengkap (Complete Response)

Gabungan respons natural dan respon paksa.

B. Kapasitor

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat

yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara

2

mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator

memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator

juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai

hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia

pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan

kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding

komponen lainnya. Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua

kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya

berbentuk tabung.

Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih

rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan

berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet

atau kancing baju.

Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara

tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan

orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan

digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering

disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika

disingkat dengan huruf (C).

1. Fungsi Kapasitor

Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :

a. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain

(pada PS)

b. Sebagai filter dalam rangkaian PS

c. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna

d. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon

e. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar

2. Tipe Kapasitor

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan

dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu

kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.

3

a. Kapasitor Electrostatik

Kapasitor electrostatik adalah kelompok kapasitor yang dibuat

dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika

adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang

kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa µF, yang

biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi.

Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material

seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan

mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan

lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang

untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor

kelompok ini adalah non-polar.

b. Kapasitor Electrolytik

Kelompok kapasitor electrolytik terdiri dari kapasitor-kapasitor yang

bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang

termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di

badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses

pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif anoda

dan kutub negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti

tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc)

permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida

(oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti

pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup ke dalam larutan

elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan

electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte

terlepas dan mengoksidasi permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan

Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada

permukaannya.

Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-

oksida dan electrolyte (katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-

metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui besar kapasitansi

4

berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat

tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya

cukup besar.

c. Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk

kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery dan accu

adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan

arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga

masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun

kecil dan ringan, misalnya untuk aplikasi mobil elektrik dan telepon selular.

C. Induktor

Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika

pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan

magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan

induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam

satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang

dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang

kuat didalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah

salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang

arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk

memproses arus bolak-balik.

Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau

kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya

merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas

kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi

sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada

resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya didalam inti

karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas

karena penjenuhan. Induktor sering digunakan pada sirkuit analog dan pemroses

sinyal. Induktor berpasangan dengan kondensator dan komponen lain

5

membentuk sirkuit tertala. Penggunaan induktor bervariasi dari penggunaan

induktor besar pada pencatu daya untuk menghilangkan dengung pencatu daya,

hingga induktor kecil yang terpasang pada kabel untuk mencegah interferensi

frekuensi radio untuk dprd melalui kabel. Kombinasi induktor-kondensator

menjadi rangkaian tala dalam pemancar dan penerima radio. Dua induktor atau

lebih yang terkopel secara magnetik membentuk transformator.

Induktor digunakan sebagai penyimpan energi pada beberapa pencatu

daya moda sakelar. Induktor dienergikan selama waktu tertentu, dan dikuras

pada sisa siklus. Perbandingan transfer energi ini menentukan tegangan

keluaran. Reaktansi induktif XL ini digunakan bersama semikonduktor aktif

untuk menjaga tegangan dengan akurat.

Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk

melawan fluktuasi arus yang melewatinya. Aplikasinya pada rangkaian dc salah

satunya adalah untuk menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap

fluktuasi beban arus. Pada aplikasi rangkaian ac, salah satu gunanya adalah bisa

untuk meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak dinginkan. Akan lebih

banyak lagi fungsi dari induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian filter,

tuner dan sebagainya.

1. Jenis-jenis lilitan

a. Lilitan ferit sarang madu

Lilitan sarang madu dililit dengan cara bersilangan untuk mengurangi

efek kapasitansi terdistribusi. Ini sering digunakan pada rangkaian tala pada

penerima radio dalam jangkah gelombang menengah dan gelombang

panjang. Karena konstruksinya, induktansi tinggi dapat dicapai dengan

bentuk yang kecil.

b. Lilitan inti toroid

Sebuah lilitan sederhana yang dililit dengan bentuk silinder

menciptakan medan magnet eksternal dengan kutub utara-selatan. Sebuah

lilitan toroid dapat dibuat dari lilitan silinder dengan menghubungkannya

menjadi berbentuk donat, sehingga menyatukan kutub utara dan selatan.

6

Pada lilitan toroid, medan magnet ditahan pada lilitan. Ini menyebabkan

lebih sedikit radiasi magnetik dari lilitan, dan Induktansi Induktor

2. Aplikasi Gejala Transien

a. Sistem Kendali

b. Umpan Balik (feedback)

1.3 Alat-alat yang digunakan

2. Kit praktikum gejala transien

3. Pencatat atau Recorder X-Y

4. Sumber daya searah (DC)

5. Multimeter

6. Kabel Penghubung

1.4 Prosedur Percobaan

A. Percobaan 1

Gambar 1.1 Rangkaian Percobaan 1

a. Buatlah rangkaian seperti diatas sebagai berikut :

V = 5 Volt R = 10 kΩ C = 1000µF

Keadaan mula, saklar S1 terbuka, C tidak bermuatan ( bagaimana caranya agar

dapat diperoleh keadaan ini ?). Pada t = 0, saklar S1 kemudian ditutup dan

selanjutnya dibiarkan tertutup.

b. Persiapan Recorder X-Y

Saklar fungsi Y pada posisi tetap ; saklar skala Y pada posisi 1000 mV/cm.

Saklar fungsi X pada posisi time base ( sec/cem ) dengan tombol pada posisi,

kira-kira, ½ konstanta waktu.

7

c. Menggambar Grafik VR(t)

Pasanglah a-b pada masukan-Y dari rekorder. Sumber V = 5 Volt dipersiapkan

dan S1 masih terbuka. Saklar time base ( sec/cm ) dibuat menyala (on). Dan

tunggulah hingga pena menggambarkan grafik sepanjang kira-kira 2 cm,

kemudian saklar S1 tertutup. Jagalah agar pena jangan menyentuh posisi

maksimum ( maksimum kanan atau maksimum atas ) dengan mengatur saklar.

Time base ( sec/cm ) sedemikian hingga siperoleh gambar dengan lengkungan

yang cukup baik dan jelas. Kemudian bukalah saklar S1.

d. Menggambar Grafik Vc (t)

Pada keadaan saklar S terbuka. Hilangkan muatan pada C dengan cara

menghubungkan resistor = 100Ω, posisi saklar sumber pada volt. Tutuplah S1

selama beberapa saat. Pasanglah ground pada masukan-Y dari recorder.

Sumber V = 5 volt dipersiapkan, sedangkan S1 masih terbuka.

Saklar time base ( seec/cm ) dibuat (on), dan tunggulah beberapa saat sampai

pena menggambarkan grafik sepanjang kira-kira 2 cm, kemudian barulah

saklar S1 ditutup. Pena akan menggambarkan grafik Vc (t) yang diinginkan.

Sebelum pena mencapai posisi maksimum ( maksimum kanan atau maksimum

atas ), ubahlah time base ( sec/cm ) ke (off).

Pilihlah kombinasi kedudukan skala Y (mV/cm) dan skala time base (sec/cm)

sehingga diperoleh gambar dengan kelengkungan yang cukup baik dan jelas.

Bukalah saklar S1.

B. Percobaan 2

Rangkaian Serupa Dengan Percobaan 1 :

Gambar 1.2 Rangkaian Percobaan 2

8

a. Keadaan mula, saklar S1 terbuka, kapasitor C mula-mula tidak bermuatan

dengan Vc (t) = 2 volt. Cara memberi tegangan mula-mula pada C adalah

dengan memasang Rs = 100Ω dan V = 2 volt. Saklar S2 kemudian ditutup untuk

beberapa saat ( kira-kira 30 detik ) kemudian dibuka kembali.

b. Dengan cara yang sama percobaan 1, ukurkah dengan recorder X-Y tegangan

Vc (t) dan VR sebagai fungsi t sebelum, pada waktu dan setelah S1 ditutup.

C. Percobaan 3

Buatlah rangkaian sebagai berikut :

Gambar 1.3 Rangkaian Percobaan 3

a. V = 5 volt R1 = R2 = 20KΩ R3 = 10 KΩ C = 2200 µF

Keadaan mula, saklar S1 teerbuka, kapasitor C mula-mula tidak bermuatan

(pastikan keadaan ini ). Pada saat t = 0, saklar S1 ditutup dan selanjutnya

dibiarkan tertutup.

b. Dengan cara yang sama dengan percobaan 1, ukurlah dengan recorder X-Y,

tegangan VR (t) dan Vc(t) setelah S ditutup.

D. Percobaan 4

Buatlah rangkaian sebagai berkut :

Gambar 1.4 Rangkaian Percobaan 4

9

a. V = 5 volt R1 = 100Ω C1 = 2200µf R2 = 10 KΩ C2 = 1000 µF

b. Pada rangkaian C1-R2-C2.

Keadaan mula, saklar S1 terbuka, tegangan mula pada C1 = V0 dan C2 = 0

( tidak mempunyai tegangan mula ). Rangkaian V – S1 – R1 digunakan untuk

memberikan tegangan mulai pada C1. Dengan cara menutup S1 sebentar

kira.kira 30 detik ). Pada saat t = 0, S2 ditutup dan selanjutnya dibiarkan

tertutup. Carilah i(t), VR(t),VC(t) dan Vc2(t) setelah ditutup.

c. Percobaan

Dengan recorder X-Y tegangan VR(t) sebelum, pada waktu, dan setelah S2

ditutup. Ukurlah dengan multimeter tegangan Vc1 dan Vc2 dalam keadaan

mantap ( steady state ), setelah S2 ditutup.

V = 5 Volt R = 10 kΩ C = 1000µF

Keadaan mula, saklar S1 terbuka, C tidak bermuatan ( bagaimana caranya agar

dapat diperoleh keadaan ini ?). Pada t = 0, saklar S1 kemudian ditutup dan

selanjutnya dibiarkan tertutup.