Rangkaian Seri RC AC

14
RANGKAIAN SERI R-C AC Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas praktikum Rangkaian Listrik Di Susun Oleh : FAJAR JUNIARTO 2009420010 LABOLATORIUM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA 2013

Transcript of Rangkaian Seri RC AC

Page 1: Rangkaian Seri RC AC

RANGKAIAN SERI R-C AC Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas praktikum Rangkaian Listrik

Di Susun Oleh :

FAJAR JUNIARTO 2009420010

LABOLATORIUM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA

2013

Page 2: Rangkaian Seri RC AC

Kata Pengantar

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penyusunan tugas makalah ini dapat

diselesaikan dengan baik tanpa kendala apapun. Tugas ini disusun untuk memenuhi tugas

Praktikum Rangkaian Listrik dengan judul :

“ Rangkaian Seri R-C AC”

Terima kasih kami haturkan kepada semua pihak yang membantu kelancaran dalam

penyusunan makalah ini.

Demikianlah makalah ini disusun semoga bermanfaat, agar dapat memenuhi tugas

Praktikum Rangkaian Listrik.

Jakarta, Maret 2013

Penyusun

Page 3: Rangkaian Seri RC AC

1

LANDASAN TEORI

Rangkaian Seri.

Deskripsi

Rangkaian Seri adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara sejajar

(seri) serta memiliki sistem kerja dengan membagi arus yang dihasilkan dari

komponen lainnya. Atau rangkaian seri adalah suatu rangkaian, di mana input suatu

komponen berasal dari output komponen lainnya. Hal inilah yang menyebabkan

rangkaian seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel penghubung). Selain

memeliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki suatu kelemahan, yaitu jika

salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tidak akan

berfungsi sebagaimana mestinya. Persamaan dalam ramgkaian seri dapat dilihat pada

gambar dibawah ini.

Page 4: Rangkaian Seri RC AC

2

Resistror.

Deskripsi

Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan

arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai

tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan

hukum Ohm :

V = Tegangan yang terdapat antara 2 titik.

I = Arus yang melalui 2 titik tersebut.

R = Nilai resistansi konstan dari 2titik tersebut.

Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit

elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan.

Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat

resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang

dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan

induktansi.

Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak,

bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit,

kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus

rangkaian agar tidak terbakar.

Warna.

Identifikasi empat pita adalah skema kode warna yang paling sering digunakan.

Ini terdiri dari empat pita warna yang dicetak mengelilingi badan resistor. Dua pita

pertama merupakan informasi dua digit harga resistansi, pita ketiga merupakan faktor

pengali (jumlah nol yang ditambahkan setelah dua digit resistansi) dan pita keempat

merupakan toleransi harga resistansi. Kadang-kadang terdapat pita kelima yang

menunjukkan koefisien suhu, tetapi ini harus dibedakan dengan sistem lima warna

sejati yang menggunakan tiga digit resistansi.

Page 5: Rangkaian Seri RC AC

3

Warna Pita pertama

Pita kedua

Pita ketiga (pengali)

Pita keempat (toleransi)

Pita kelima (koefisien suhu)

Hitam 0 0 × 100 Cokelat 1 1 ×101 ± 1% (F) 100 ppm Merah 2 2 × 102 ± 2% (G) 50 ppm

Jingga (oranye) 3 3 × 103 15 ppm Kuning 4 4 × 104 25 ppm Hijau 5 5 × 105 ± 0.5% (D) Biru 6 6 × 106 ± 0.25% (C) Ungu 7 7 × 107 ± 0.1% (B)

Abu-abu 8 8 × 108 ± 0.05% (A) Putih 9 9 × 109 Emas × 10-1 ± 5% (J) Perak × 10-2 ± 10% (K)

Kosong ± 20% (M)

Spesifikasi.

Kapasitor

Deskripsi

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat

menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara 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.

Page 6: Rangkaian Seri RC AC

4

Kapasitansi dari kondensator dapat ditentukan dengan rumus :

C = Kapasitansi. A = Luas plat.

= Permitivitas hampa. d = Jarak antara plat/tebal dielektrik

= Permitivitas relatif.

Spesifikasi

ALTERNATING CURRENT (ARUS BOLAK-BALIK) AC.

Deskripsi

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya

dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah

dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk

gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida,

karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam

aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan,

misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi

empat (square wave).

Page 7: Rangkaian Seri RC AC

5

RANGKAIAN SERI R-C AC

Rangkaian R AC

Rangkaian AC resistif Murni : Tegangan Serta arus resistor berada dalam satu fase.

Jika kita plot arus dan tegangan untuk rangkaian AC sangat sederhana yang terdiri

dari sumber dan resistor (Gambar di atas), maka akan terlihat seperti ini: (Gambar di

bawah)

Tegangan dan arus berada pada satu fase dalam rangkaian resistif.

Karena resistor secara sederhana dan langsung menahan aliran elektron pada

semua periode waktu. Kita bisa melihat setiap saat sepanjang sumbu horisontal dari plot

dan membandingkan nilai-nilai dari arus dan tegangan dengan satu sama lain (setiap

"gambaran" dapat dilihat nilai dari gelombang disebut sebagai nilai-nilai sesaat, yang

berarti nilai-nilai pada saat itu instan dalam waktu). Ketika nilai sesaat selama berada di

posisi nol, tegangan sesaat pada resistor juga nol. Demikian juga, pada saat waktu di

mana arus melalui resistor pada puncaknya positif, tegangan resistor juga di puncak

positif, dan sebagainya. Pada salah titik waktu tertentu sepanjang gelombang, Hukum

Ohm berlaku untuk nilai-nilai sesaat tegangan dan arus.

Kita juga dapat menghitung daya yang dihamburkan oleh resistor ini, dan plot

nilai-nilai pada grafik yang sama: (Gambar di bawah)

Page 8: Rangkaian Seri RC AC

6

Secara instan daya listrik AC dalam rangkaian resistif murni selalu positif.

Catatan bahwa daya tidak pernah bernilai negatif. Bila arus yang positif (di atas

garis), tegangan juga positif, sehingga daya (p = yaitu) dari nilai positif. Sebaliknya,

ketika arus negatif (di bawah garis), tegangan juga negatif, yang menghasilkan nilai

positif bagi daya (angka negatif dikalikan dengan angka negatif sama dengan angka

positif). Ini "polaritas" konsisten daya memberitahu kita bahwa resistor selalu

menghamburkan daya, mengkonsumsinya dari sumber dan melepaskannya dalam

bentuk energi panas.

Rangkaian C AC.

Kapasitor tidak berperilaku sama dengan resistor. Sedangkan resistor

mengizinkan aliran elektron yang melaluinya berbanding lurus dengan penurunan

tegangan, kapasitor menahan perubahan tegangan dengan memanfaatkan atau memasok

arus karena mereka bertanggung jawab atau pelepasan ke tingkat tegangan yang baru.

Aliran elektron "melalui" kapasitor berbanding lurus dengan laju perubahan tegangan

kapasitor. Ini bertentangan dengan perubahan tegangan adalah bentuk lain dari

reaktansi, namun satu yang justru yang berlawanan dengan tipe yang ditunjukkan oleh

induktor.

Dinyatakan secara matematis, hubungan antara arus "melalui" kapasitor dan laju

perubahan tegangan kapasitor adalah seperti :

= Perubahan tegangan sesaat dari waktu ke waktu dalam satuan

Page 9: Rangkaian Seri RC AC

7

C = Kapasitansi dalam satuan Farad (F).

i = Arus sesaat

Kadang-kadang Anda akan menemukan laju perubahan tegangan sesaat dari

waktu ke waktu dinyatakan sebagai bukan menggunakan huruf "V" bukan "e"

untuk mewakili tegangan, tetapi itu berarti hal yang sama persis. Untuk menunjukkan

apa yang terjadi dengan arus bolak-balik, mari kita menganalisis rangkaian kapasitor

sederhana. (Gambar di bawah)

Rangkaian Kapasitif murni : tegangan kapasitor tertinggal 900 dari arus.

Jika kita plot arus dan tegangan selama rangkaian ini sangat sederhana, itu akan terlihat

seperti ini: (Gambar di bawah)

Gelombang rangkaian kapasitif.

Ingat, arus melalui kapasitor adalah reaksi terhadap perubahan tegangan di

atasnya. Oleh karena itu, arus sesaat adalah nol setiap kali tegangan sesaat berada di

puncak (nol perubahan, atau kemiringan tingkat, pada gelombang sinus tegangan), dan

arus sesaat pada puncaknya di mana pun tegangan sesaat adalah pada perubahan

maksimum (titik-titik curam kemiringan pada gelombang tegangan, di mana ia melintasi

garis nol). Hal ini menghasilkan gelombang tegangan yang 900 keluar dari fase dengan

gelombang arus. Melihat grafik, gelombang saat ini tampaknya memiliki "start awal"

Page 10: Rangkaian Seri RC AC

8

pada gelombang tegangan, arus yang "lead" tegangan, dan tegangan "tertinggal" di

belakang saat ini. (Gambar di bawah)

Tegangan tertinggal 900 pada rangkaian kapasitif murni.

Seperti yang sudah bisa anda duga, gelombang kekuatan yang sama biasa yang

kita lihat dengan rangkaian induktor sederhana hadir dalam rangkaian kapasitor

sederhana: (Gambar di bawah)

Dalam rangkaian kapasitif murni, daya sesaat mungkin bisa positif atau negatif.

Sebagaimana dengan sirkuit induktor sederhana, pergeseran fasa 90 derajat antara

hasil tegangan dan arus dalam gelombang daya yang bergantian sama antara positif dan

negatif. Ini berarti bahwa kapasitor tidak menghilangkan daya karena bereaksi terhadap

perubahan tegangan, namun hanya menyerap dan melepaskan daya, secara bergantian.

Sebuah kapasitor menentang untuk perubahan tegangan berarti ke bertentangan

dengan bolak tegangan pada umumnya, yang secara definisi selalu berubah besarnya

seketika dan arah. Untuk setiap besaran yang diberikan tegangan AC pada frekuensi

tertentu, kapasitor dari ukuran tertentu akan "melakukan" magnitude tertentu dari arus

AC. Sama seperti arus melalui resistor merupakan fungsi dari tegangan di resistor dan

perlawanan yang ditawarkan oleh resistor, arus AC melewati kapasitor merupakan

Page 11: Rangkaian Seri RC AC

9

fungsi dari tegangan AC di atasnya, dan reaktansi ditawarkan oleh kapasitor. Seperti

induktor, reaktansi kapasitor dinyatakan dalam ohm dan dilambangkan dengan huruf X

(atau XC untuk lebih spesifik).

Pada bagian terakhir, kita belajar apa yang akan terjadi di sederhana sirkuit AC

resistor dan kapasitor. Sekarang kita akan menggabungkan dua komponen bersama-

sama dalam bentuk seri dan menyelidiki efeknya.

Kapasitor : tegangan tertinggal dengan arus 00 sampai 900.

Resistor ini akan menawarkan 5 Ω perlawanan terhadap arus AC terlepas dari frekuensi, sedangkan kapasitor akan menawarkan 26,5258 Ω dari reaktansi untuk arus AC pada 60 Hz. Karena resistensi resistor adalah bilangan real (5 Ω ∠ 00, atau 5 + j0 Ω), dan reaktansi kapasitor ini merupakan bilangan imajiner (26,5258 Ω ∠-900, atau 0 - j26.5258 Ω), efek gabungan dari dua komponen akan menjadi oposisi terhadap arus yang sama dengan jumlah yang kompleks dari dua angka. Istilah ini dinyatakan dengan arus impedansi yang bersimbol Z, dan juga dinyatakan dalam satuan ohm, seperti resistansi dan reaktansi. Dalam contoh di atas, impedansi total rangkaian adalah :

Impedansi berhubungan dengan tegangan dan arus seperti yang Anda duga, dalam

cara yang mirip dengan hambatan dalam Hukum Ohm:

Page 12: Rangkaian Seri RC AC

10

Pada kenyataannya, ini adalah bentuk yang jauh lebih komprehensif Hukum Ohm

dari apa yang diajarkan di DC elektronik (E = IR), seperti impedansi adalah ekspresi

yang jauh lebih komprehensif bertentangan dengan aliran elektron dibandingkan

resistensi sederhana. Setiap resistensi dan reaktansi apapun, secara terpisah atau dalam

kombinasi (seri/paralel), dapat dan harus diwakili sebagai impedansi tunggal.

Untuk menghitung arus dalam rangkaian di atas, pertama-tama kita perlu

memberikan referensi sudut fase untuk sumber tegangan, yang umumnya dianggap nol.

(Sudut fase impedansi resistif dan kapasitif selalu 00 dan 900, terlepas dari sudut fase

yang diberikan untuk tegangan atau arus).

Seperti dengan sirkuit murni kapasitif, gelombang arus memimpin gelombang

tegangan ( sumber), meskipun saat ini perbedaannya adalah 79.3250 bukannya 900

penuh. (Gambar di bawah)

Tegangan tertinggal arus (arus memimpin tegangan) dalam rangkaian RC seri.

Page 13: Rangkaian Seri RC AC

11

Seperti yang kita pelajari dalam bab induktansi AC, metode tabel

pengorganisasian jumlah rangkaian adalah alat yang sangat berguna untuk analisis AC

seperti untuk menganalisis DC. Mari kita menempatkan angka keluar yang dikenal

untuk rangkaian seri ke tabel dan melanjutkan analisis menggunakan alat ini :

Saat ini dalam rangkaian seri dibagi secara merata oleh semua komponen,

sehingga angka di kolom "Total" untuk arus dapat didistribusikan ke semua kolom lain

juga :

Melanjutkan dengan analisa kita, kita dapat menerapkan Hukum Ohm (E = IR)

vertikal untuk menentukan tegangan pada resistor dan kapasitor :

Page 14: Rangkaian Seri RC AC

12

Perhatikan bagaimana tegangan resistor memiliki sudut fase yang sama persis

seperti arus melewatinya, memberitahu kita bahwa E dan I berada dalam fase (untuk

resistor saja). Tegangan pada kapasitor memiliki sudut fase -10.6750, tepatnya kurang

dari 900 sudut fase arus. Ini memberitahu kita bahwa tegangan kapasitor dan arus masih

900 keluar dari fase satu sama lain.