PRAKTIKUM IV

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR

YANG DIALIRI ARUS AC

1. TUJUAN

Untuk mempelajari pengaruh frekuensi dan melihat bentuk gelombang

keluaran akibat pengaruh frekuensi terhadap induktor yang dialiri arus AC.

2. ALAT DAN BAHAN

Electromagnetism Trainer 12-100

Osiloskop 2 channel

Milliammeter, 0-10 mA AC

Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine

3. DASAR TEORI

Sebelum lebih jauh membahas tentang pengaruh frekuensi terhadap

induktor mari kita mengingat terlebih dahulu rumus dari suatu impedansi. Nilai

impedansi dapat dihitung dengan rumus :

|Z|=V rms

I rms

Impedansi seperti yang kita ketahui terdiri dari nilai resistor, inductor dan

kapasitor, sering kali kita kenal dengan R, XL dan XC . Dalam praktikum ini lebih

kita tekankan pada nilai XL atau nilai induktansi dari sebuah inductor. Induktansi

dapat digolongkan seperti padapenjelasan berikut :

a. Induktansi diri

Induktansi diri merupakan suatu besaran yang menyatakan kemampuan

membangkitkan ggl akibat arus yang berubah terhadap waktu. Sedangkan

insduktansi diri merupakan induktansi yang dihasilkan oleh arus kumparan

menginduksi kumparan itu sendiri. Dasar teori medan elektromagnetik dari

induktansi merupakan akibat dari persamaan Maxwell mengenai hukum ggl

induksi Faraday. Persamaan maxwell tersebut adalah sebagai berikut.

Kerapatan fluks magnet B yang berubah terhadap waktu dihasilkan oleh

arus listrik. Arus listrik yang berubah terhadap waktu ini menghasilkan ggl.

Induktansi memiliki satuan H. Hubungan ggl yang muncul akibat perubahan arus

dinyatakan dalam persamaan berikut.

ε : ggl induksi yang muncul pada induktor (Volt)

L : induktansi diri (H)

I : arus pada induktor (A)

Komponen atau benda yang memiliki induktansi diri disebut induktor.

Induktor layaknya seperti sebuah kapasitor, sama-sama menyimpan energi. Hanya

saja induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet sedangkan kapasitor

menyimpan dalam bentuk medan listrik.

b. Induktansi murni yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal

Sebuah induktor apabila dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal

maka akan mengalir arus yang tertinggal sebesar 900 terhadap tegangan. Arus

yang terjadi merupakan arus bolak-balik. Rangkaian ini disebut rangkaian induktif

murni. Penyimpanan energi dan pelepasan energi dalam medan magnet pada

induktor terjadi secara periodik.

Tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut

Bila tegangan ini mencatu induktor maka dapat dituliskan sebagai berikut

Arus yang terjadi berbeda fase sebesar 900 terhadap tegangan.

c. Rangkaian induktor dan resistor yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal

Apabila induktor dan resistor disusun secara seri dan dicatu dengan tegangan

bolak-balik sinusoidal maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.

Sehingga arus yang dihasilkannya adalah sebagai berikut

Sedangkan tegangan jatuh pada induktor dapat diturunkan dari persamaan

arus dengan hubungannya dengan ggl seperti pada persamaan sebelumnya

Bila dinyatakan dalam tegangan efektif

Dimana

f adalah frekuensi tegangan masukan

Dari persamaan tersebut dapat dilihat pengaruh frekuensi terhadap

tegangan pada induktor. Semakin besar frekuensi akan menyebabkan semakin

besarnya tegangan induktor.

Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang

waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan

jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini

dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz

(Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan

fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang

terjadi satu kali per detik. Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara

dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu

memperhitungkan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti

nampak dari rumus di bawah ini :

Arus Bolak-Balik pada Induktor

Bilamana sebuah induktor dialiri arus bolak-balik, maka pada induktortersebut

akan timbul reaktansi induktif resistansi semu atau disebut jugadengan istilah

reaktansi induktansi dengan notasi XL. Besarnya nilai reaktansi induktif

tergantung dari besarnya nilai induktansi induktor L(Henry) dan frekuensi (Hz)

arus bolak-balik. Gambar dibawah ini memperlihatkanhubungan antara reaktansi

induktif terhadap frekuensi arus bolak-balik

Gambar . Hubungan reaktansi induktif terhadap frekuensi

Besarnya reaktansi induktif berbanding langsung dengan perubahan frekuensi

dan nilai induktansi induktor, semakin besar frekuensi arus bolak-balik dan

semakin besar nilai induktor, maka semakin besar nilai reaktansi induktif XL pada

induktor sebaliknya semakin kecil frekuensiarus bolak-balik dan semakin kecil

nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XLpada

induktor tersebut.Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan berikut :

4. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Periksalah kelayakan dan kelengkapan alat sebelum menggunakan alat-alat

tesebut untuk praktikum.

2. Mulailah dengan merangkai Electromagnetism Trainer 12-100 terlebih

dahulu. Rangkilah dengan menggunakan jumper (kabel penghubung) yang

tersedia sehingga rangkaian pada papan ET 12-100 sesuai dengan petunjuk

gambar yang tertera pada praktiku ini.

3. Setelah jumper telah selesai dirangkai diatas ET 12-100, maka pastikan

kembali apakah rangkain yang dipasang dalam keadaan benar.

4. Hidupkan osiloskop dengan menggunakan channel yang berfungsi dengan

baik untuk melihat hasil bentuk gelombang. Letakkan pengait (steak) dan

jumper osiloskop ke posisi sesuai dengan gambar.

5. Lakukan hal yang sama terhadap Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-

pk sine. Setelah rangkain sudah benar, maka alat bisa dihidupkan secara

bersama.

6. Kemudian aturlah Vpk-pk di Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk

sine sesuai dengan nilai yang telah ditentukan pada tabel dibawah ini.

7. Lakukan pengamatan terhadap bentuk gelombang yang didapat pada

osiloskop dan lihat apa pengaruh yang terjadi selama frekuensi yang yang

digunakan berbeda-beda.

8. Setelah percobaan selesai dilakukan, maka matikan alat-alat percobaan

sesuai dengan prosedur dari asisten yang mengajar.

Gambar 4.1. Diagram Rangkaian

Induktor atau kumparan adalah salah satu komponen pasif elektronika

yang tersusun dari lilitan kawat dan bisa menghasilkan medan magnet bila dialiri

arus listrik dan sebaliknya bisa menghasilkan listrik  bila diberi medan magnet.

Induktor termasuk komponen elektronika yang bisa menyimpan muatan listrik.

Pada umumnya induktor dibuat dari kawat penghantar tembaga yang berbentuk

kumparan atau lilitan. Induktor bersama kapasitor dapat berfungsi sebagai

rangkaian resonator yang dapat beresonansi pada frekuensi tertentu. Henry disebut

satuan induktansi dimana ( h=henry, mh=mili henry, uh=mikro henry, nh=nano

henry ) dengan notasi penulisan huruf l.

Suatu induktor disebut ideal jika mempunyai induktansi, namun tanpa

resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan energi. Pada kenyataanya

sebuah induktor adalah kombinasi dari induktansi, beberapa resistansi dan

beberapa kapasitansi. Lantaran kapasitas parasitnya itu induktor bisa menjadi

sirkuit resonansi pada suatu frekuensi. Induktor berinti magnet tak hanya

memboroskan energi pada resistansi kawat, namun bisa memboroskan energi di

dalam inti karena dampak histeresis, dan bisa mengalami non linearitas karena

adanya penjenuhan pada arus tinggi.

Ada beberapa kegunaan induktor, diantaranya :

Sebagai pemroses sinyal pada rangkaian analog

Dapat menghilangkan noise ( dengung )

Dapat mencegah interferensi frekuensi radio

Sebagai komponen utama pembuatan transformator

Sebagai filter pada rangkaian power supply

Berdasarkan kegunaannya tersebut induktor bekerja pada:

Frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator

Frekuensi menengah pada spul MF

Frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga,

spul relay dan spul penyaring

Sedangkan fungsi induktor adalah :

Penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet

Menahan arus bolak-balik ( AC )

Meneruskan/meloloskan arus searah ( DC )

Sebagai penapis (filter) Sebagai penalaan (tuning)

Kumparan/coil ada yang memiliki inti udara, inti besi, atau inti ferit

Tempat terjadinya gaya magnet

Pelipat ganda tegangan

Pembangkit getaran

Berdasarkan prinsip kerja dan fungsi induktor, banyak perangkat dan komponen

elektronika yang dibuat dengan mengunakan kumparan induktor seperti relay,

speaker, trafo, buzzer , dan komponen lain yang terkait dengan frekuensi dan

medan magnet.

(Dikutip dari : http://dasarelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-induktor/)

Induktansi Bolak-balik

Bila dua kumparan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan salah satu

kumparan (L1) diberi arus listrik AC, pada L1 akan terjadi fluks magnet. Fluk

magnet ini akan melalui kumparan kedua (L2) dan akan membangkitkan emf

(elektro motorive force) pada kumparan L2. Efek seperti ini disebut induksi timbal

balik (mutual induction).

Perlawanan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi induktif.

Reaktansi Induktif ini diberi simbol XL dalam satuan Ohm.

Pengisian Induktor

Bila kita mengalirkan arus listrik I, maka terjadilah garis-garis gaya magnet . Bila

kita mengalirkan arus melalui spul atau coil ( kumparan ) yang dibuat dari kabel

yang digulung,a akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama membangkitkan

medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya

magnet dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam

kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut

Bila arus bolak – balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak

listrik (ggl) induksi Hal ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar

Л /2 = 900 dan arus tertinggal (lag) dari tegangan sebesar 900. 2Лf merupakan

perlawanan terhadap aliran arus.

Pengosongan Induktor

Bila arus listrik l sudah memenuhi lilitan , maka terjadilah arus akan bergerak

berlawanan arah dengan proses pengisian sehingga pembangkitan medan magnet

dengan garis gaya magnet yang sama akan menjalankan fungsi dari lilitan tersebut

makin tinggi nilai L ( induktansi) yang dihasilkan maka makin lama proses

pengosongannya.

(Dikutip dari: http://m-edukasi.net/online/2008/kapasitor/prinsipind.html)

Fungsi Induktor

Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan

flutuasi 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 diinginkan.  Akan lebih banyak lagi fungsi

dari induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian filter, tuner dan sebagainya.

Induktor (kumparan) merupakan salah satu komponen pasif elektronika yang bisa

menghasilkan medan magnet bila dialiri oleh arus listrik dan sebaliknya bisa

menghasilkan listrik bila ia diberi medan magnet. Pada umumnya induktor ini

dibuat dari bahan kawat penghantar tembaga yang dibentuk menjadi kumparan

atau lilitan. satuan induktansinya disebut henry ( h=henry, mh=mili henry,

uh=mikro henry, nh=nano henry ) dengan notasi penulisan huruf l.

Gambar Induktor

Berdasarkan fungsi dari induktor, maka terdapat bermacam-macam induktor :

- Induktor dengan inti isolator.

- Induktor dengan inti udara.

- Induktor dengan perubahan inti.

- Induktor dengan inti besi.

Atas dasar fungsi tersebut terdapat dua macam rangkaian induktor, yaitu :

Rangkaian Seri

Gambar Rangkaian Seri

Rumus : Lt = L1+L2+:3

Rangkaian Paralel

Gambar Rangkaian Paralel

Rumus : 1/Lt = 1/L1+1/L2+1/L3

Selain mempunyai fungsi khusus, induktor pun memiliki sifat-sifat tersendiri,

diantaranya :

Induktor mempunyai sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan

magnet.

Jika induktor dipasang arus konstan/DC, maka tegangan sama dengan nol.

Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short

circuit.

(Dikutip dari : http://rangkaianelektronika.info/fungsi-induktor/)

Elektromagnet

Listrik dan magnet adalah dua hal yang tidak dapat dipisahkan, setiap ada

listrik tentu ada magnet dan sebaliknya. Misalnya ada gulungan kawat tembaga

dan pada gulungan tersebut kita alirkan listrik, maka akan timbul medan magnet,

sebaliknya apabila kita menggerakkan magnet dekat gulungan tersebut, akan

timbul listrik dalam gulungan itu.

Kalau kita mempelajari sifat-sifat listrik, maka kita bayangkan listrik itu

sebagai air. Ia dapat tertampung dan diam pada suatu tempat dan bisa juga

mengalir melalui suatu pipa. Listrik akan mengalir bila ada perbedaan potensial

atau perbedaan tekanan (voltage). Gaya yang menyebabkan listrik mengalir

dinamakan Elektromotive Force (EMF).

Kalau listrik mengalir akan timbul gaya yang menahan lajunya aliran itu,

gaya ini disebut Resistansi. Bahan yang mudah sekali mengalirkan listrik

dinamakan Konduktor dan yang tidak bisa mengalirkan listrik dinamakan Isolator.

Perak, tembaga, emas dan aluminum berturutturut adalah konduktor yang baik.

Bahan yang pada kondisi tertentu menjadi konduktor dan pada kondisi lain

menjadi isolator disebut Semikonduktor.

Komponen elektronik yang dibuat untuk menahan aliran listrik dinamakan

Resistor. Suatu Kondensator adalah komponen elektronik yang dibuat untuk dapat

mewadahi listrik. Suatu kumparan kalau dialiri listrik bisa menimbulkan medan

magnet dan timbulnya medan magnet, komponen elektronik ini disebut Induktor.

Listrik bisa mengalir ke satu arah saja dinamakan arus searah atau DC dan

bisa juga alirannya bolak balik disebut arus bolak balik atau AC. Jumlah bolak-

balik arah setiap detiknya dinamakan Frekuensi. Magnet

Apabila kawat tembaga yang dililitkan pada sebatang besi dialiri listrik,

batang besi tersebut akan menjadi magnetis. Tetapi kalau aliran listrik diputus,

besi tidak magnetis lagi. Batang besi itu disebut megnet temporer, misalnya

terdapat pada reley. Bila setelah listrik diputus, besi masih magnetis, maka batang

besi itu disebut magnet permanen.

Solenoid

Arah medan magnet sesuai hukum Corkscrew dari Maxwell, kalau diputar ke

kanan menuju ke depan (yang depan itu kutub utara magnet).

(Dikutip dari: http://opensource.telkomspeedy.com/wiki/index.php/Circuit_Dasar

_dan Perhitungan_Elektronika)

Berikut Jenis-Jenis Induktor

a. Choke

Piranti ini di gunakan untuk menahan sinyal (AC) frekuensi tinggi agar

tidak melewati satu bagian tertentu dari rangkaian. Sinyal-sinyal frekuensi rendah

atau tegangan DC akan di biarkan lewat. Choke-shake berukuran besar memiliki

bentuk seperti trafo, namun h hanya memiliki satu buah kumparan. Choke-

choke yang lebih kecil terdiri dari butiran-butiran atau gelang-gelang yang

terbuat dari bahan ferit, yang dirangkaikan dengan seutas kawat yang membawa

sinyal-sinyal frekuensi tinggi. Ferit adalah sebuah bahan yang mengandung besi

sehingga bahan ini berfungsi sebagai inti yang menyediakan saluran bagi garis-

garis gaya magnet di sekitar kawat. Terkadang, sebuah coke di buat dengan cara

melilitkan kawat pada sebuah cincin ferit.

b. Kumparan Penala

Piranti ini di gunakan pada pesawat pemancar dan penerima radio, untuk

menala ( tuning) rangkaian elektronik di dalamnya agar bekerja pada suatu

frekuensi radio tertentu. Kumparan di lilitan pada sebuah wadah plastik dan ini

memiliki sebuah inti ferit atau inti keramik debu besi yang dapat di putar keluar

masuk kumparan untuk Menala rangkaian. Dua buah kumparan atau lebih dapat

dilitkan pada sebuah wadah untuk membentuk sebuah trafo .

c. Toroid

Ada satu jenis induktor yang kenal dengan nama toroid. Jika biasanya

induktor berbentuk silinder memanjang, maka toroid berbentuk lingkaran.

Biasanya selalu menggunakan inti besi (core) yang juga berbentuk lingkaran

seperti kue donat.   

Salah satu keuntungan induktor berbentuk toroid, dapat induktor dengan

induktansi yang lebih besar dan dimensi yang relatif lebih kecil dibandingkan

dengan induktor berbentuk silinder. Juga karena toroid umumnya menggunakan

inti (core) yang melingkar, maka medan induksinya tertutup dan relatif tidak

menginduksi komponen lain yang berdekatan di dalam satu pcb.

d. Ferit dan Permeability

Besi lunak banyak digunakan sebagai inti (core) dari induktor yang

disebut ferit. Ada bermacam-macam bahan ferit yang disebut ferromagnetik.

Bahan dasarnya adalah bubuk besi oksida yang disebut juga iron powder. Ada

juga ferit yang dicampur dengan bahan bubuk lain seperti nickle, manganase, zinc

(seng) dan mangnesium. Melalui proses yang dinamakan kalsinasi yaitu dengan

pemanasan tinggi dan tekanan tinggi, bubuk campuran tersebut dibuat menjadi

komposisi yang padat. Proses pembuatannya sama seperti membuat keramik.

Oleh sebab itu ferit ini sebenarnya adalah keramik. 

Penggunaan ferit juga disesuaikan dengan frekeunsi kerjanya. Karena

beberapa ferit akan optimum jika bekerja pada selang frekuensi tertentu. Berikut

ini adalah beberapa contoh bahan ferit yang dipasar dikenal dengan kode nomer

materialnya. Pabrik pembuat biasanya dapat memberikan data kode material,

dimensi dan permeability yang lebih detail. 

Tabel 9.4 Data Material Ferit

MATERIAL NOMOR Permability Freq.Optimun (MHz)

67

68

77

F

J

W

H

40

20

2000

3000

5000

10.000

15.000

10-80

80-180

0.5-50

0.5-50

<1 span="">

<1 span="">

<200 khz="" span="">

Permeability bahan bisa juga diketahui dengan kode warna tertentu.

Misalnya abu-abu, hitam, merah, biru atau kuning. Sebenarnya lapisan ini bukan

hanya sekedar warna yang membedakan permeability, tetapi berfungsi juga

sebagai pelapis atau  isolator. Biasanya pabrikan menjelaskan berapa nilai

tegangan kerja untuk toroida tersebut.  Untuk membuat induktor biasanya tidak

diperlukan kawat tembaga yang sangat panjang. Paling yang diperlukan hanya

puluhan sentimeter saja, sehingga efek resistansi bahan kawat tembaga dapat

diabaikan. Ada banyak kawat tembaga yang bisa digunakan. Untuk pemakaian

yang profesional di pasar dapat dijumpai kawat tembaga dengan standar AWG

(American Wire Gauge). Standar ini tergantung dari diameter kawat, resistansi

dan sebagainya. Misalnya kawat tembaga AWG32 berdiameter kira-kira 0.3mm,

AWG22 berdiameter 0.7mm ataupun AWG20 yang berdiameter kira-kira 0.8mm.

Biasanya yang digunakan adalah kawat tembaga tunggal dan memiliki isolasi.

(Dikutip dari : http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/07/jenis-jenis-induktor.html)