Laporan Resonansi RLC Elektronika Dasar

Laporan Praktikum Resonansi RLC

RESONANSI R-L-C

Muhammad Rizal Fahlepy*), Nur Reskiana, Sahrul Sani
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi
2016


LATAR BELAKANG

Setiap kali kita menyalakan televisi, sistem stereo, ataupun kebanyakan peralatan elektronik di rumah, kita sedang menggunakan arus bolak-balik untuk menghasilkan daya untuk menjalankannya. Kebanyakan dari peralatan elektronik tersebut memiliki komponen-komponen resistor, induktor, dan kapasitor di dalamnya. Di dalam sebuah rangkaian, masing-masing komponen memiliki fungsi dan perannya masing-masing sehingga rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik. Demikian pula halnya dengan rangkaian yang tersusun atas resistor, induktor, dan kapasitor. Kombinasi pasif dan aktif elemen resistor R, induktor L, dan kapasitor C (R-L-C) yang disusun secara seri mapun paralel disebut sebagai rangkaian R-L-C. Konfigurasi ini membentuk suatu sistem osilator harmonik. Rangkaian R-L-C sering disebut rangkaian penalar (tuner) dan rangkaian resonansi. Rangkaian R-L-C banyak digunakan dalam perangkat-perangkat osilator harmonik dan pesawat radio penerima sinyal. Rangkaian R-L-C berfungsi untuk memilih suatu rentang frekuensi yang cukup sempit dalam spektrum total gelombang radio yang sangat lebar. Perubahan frekuensi yang dialirkan pada rangkaian RLC akan memberikan pengaruh terhadap karakteristik masing-masing komponen. Frekuensi ini nantinya akan mencapai suatu keadaan yang disebut sebagai frekuensi resonansi.

Rangkaian RLC seri adalah suatu rangkaian yang dihubungkan dengan sumber tegangan Vs dan terdiri atas komponen kapasitor (C), induktor (L), dan resistor (R) yang dirangkai secara seri. Tedapat tiga kemungkinan sifat yang terjadi pada rangkaian tersebut. Jika , maka rangkaian bersifat induktif dimana tegangan mendahului arus. Kemungkinan yang kedua jika , maka rangkaian bersifat kapasitif dimana tegangan terlambat terhadap arus. Kemungkinan yang ketiga adalah ketika , inilah yang disebut dengan keadaan resonansi.

Resonansi adalah suatu gejala yang terjadi pada suatu rangkaian bolak-balik yang mengandung elemen induktor dan kapasitor. Resonansi terjadi jika suatu frekuensi tersebut mempunyai frekuensi yang sama. Resonansi dalam rangkaian seri disebut resonansi seri, sedangkan resonansi pada rangkaian parallel disebut resonansi paralel. Resonansi parallel terjadi apabila reaksi kapasitif sama dengan reaksi induktif. Sedangkan parallel terjadi jika suspektansi induktif di suatu cabang sama dengan suseptansi kapasitif pada cabang lainnya. 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

Untuk lebih memahami tentang bagaimanakah sifat resonansi pada rangkaian RLC dan karakteristik masing-masing komponen-komponennya, maka dilakukanlah percobaan ini agar lebih mudah memahami apa itu resonansi dengan tujuan untuk menyelidiki pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian RLC seri, menginterpretasi kurva respon frekuensi, dan menentukan frekuensi resonansi serta faktor kualitas rangkaian RLC.


RUMUSAN MASALAH

  1. Bagaimana cara menyelidiki pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian R-L-C seri
  2. Bagaimana cara menginterpretasikan kurva respon frekuensi rangkaian R-L-C seri
  3. Bagaimana cara menentukan frekuensi resonansi dan faktor kualitas rangkaian R-L-C seri.

TUJUAN PRAKTIKUM

  1. Menyelidiki pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian R-L-C seri.
  2. Menginterpretasikan kurva respon frekuensi rangkaian R-L-C seri
  3. Menentukan frekuensi resonansi dan faktor kualitas rangkaian R-L-C seri.

KAJIAN TEORI

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 VS adalah tegangan rms kompleks sumber. Dalam rangkaian seri RLC impedansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai berikut:

Gambar 1. Rangkaian Resonansi RLC

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 (Bakri, 2015). Pada rangkaian RLC digunakan sumber tegangan tetap Vs. Sumber tegangan tetap artinya bahwa nilai rms Vs tak bergantung pada arus yang mengalir dalam rangkaian (Sutrisno, 1986). 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).


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”) (Haris & Saleh, 2016). Plot antara kuat arus (efektif) sebagai fungsi dari frekuensi sumber pada rangkaian RLC seri untuk berbagai nilai R ditunjukkan pada gambar berikut.


Gambar 2. plot antara kuat arus dan frekuensi sumber


Dengan faktor kualitas yang ditentukan oleh :



Dimana:








METODE PERCOBAAN


Alat dan Bahan
1. Audio Function Generator (AFG), 1 buah
2. Multimeter AC, 1 buah
3. Papan rangkaian, 1 buah
4. Resistor, 1 buah
5. Kapasitor, 1 buah
6. Induktor, 1 buah
7. Kabel penghubung.

Identifikasi Variabel

Variabel kontrol : Hambatan R (Ω), Kapasitor C (F), dan Induktor L (H)
Variabel manipulasi : frekuensi f (Hz)
Variabel respon : Kuat arus I (mA)

Definisi Operasional Variabel

  1. Hambatan R merupakan variabel resistor (transformator) yang digunakan sebagai penghambat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Satuan dari hambatan R adalah Ohm (Ω).
  2. Kapasitor C merupakan komponen yang dalam rangkaian R-L-C berfungsi sebagai hambatan Xc dan sebagai variabel kontrol . Satuan dari kapasitor adalah F.
  3. Induktor L merupakan komponen yang dalam rangkaian R-L-C berfungsi sebagai hambatan XL dan sebagai variabel kontrol. Satuannya adalah H.
  4. Frekuensi f merupakan variabel manipulasi dimana besar nilai frekuensi ini diubah-ubah atau dimanipulasi dari Audio Function Generator.
  5. Kuat arus I adalah nilai kuat erupakan nilai kuat arus yang terukur pada multimeter AC pengukur arus dan merupakan variabel respon dengan satuannya adalah ampere (A).

Prosedur Kerja

Dalam melakukan praktikum ini, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan. Dari alat dan bahan yang telah disiapkan, dirangkai sebuah rangkaian R-L-C seperti pada Gambar 4.3.Setelah itu VIN rangkaian dihubungkan dengan output AFG pada gelombang sinus dengan amplitudo 5 Vrms(diukur secara langsung dengan menggunakan digital AC voltmeter). Digital AC voltmeter dihubungkan pada keluaran rangkaian di titik a dan b. sebelum melakukan pengukuran, nilai R ditentukan terlebih dahulu dengan cara mengukur R secara langsung pada multimeter.
Gambar 3. Rangkaian seri R-L-C

Perlu diingat bahwa nilai resistor R pada data kegiatan pertama berbeda dengan data pada kegiatan kedua dan ketiga. Setelah rangkaian siap dan dipastikan berfungsi dengan baik, dilakukan pengukuran dengan cara menaikkan frekuensi AFG dengan interval 200 Hz. Besar arus terukur pada resistor R untuk setiap interval dicatat pada tabel hasil pengukuran. Pengukuran dilakukan hingga diperoleh nilai arus yang kurang lebih sama pada saat frekuensi mula-mula.


HASIL PENGAMATAN

Laporan Praktikum Rangkaian Resonansi RLC





Tabel 1. Pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian RLC seri untuk R1

No
f (Hz)
v0 (volt)
1
100
0,007
2
300
0,021
3
500
0,034
4
700
0,048
5
900
0,063
6
1100
0,076
7
1300
0,090
8
1500
0,103
9
1700
0,117
10
1900
0,130
11
2100
0,143
12
2300
0,156
13
2500
0,168
14
2700
0,181
15
2900
0,193
16
3100
0,205
17
3300
0,217
18
3500
0,228
19
3700
0,239
20
3900
0,250
21
4100
0,262
22
4300
0,273
23
4500
0,284
24
4700
0,294
25
4900
0,305
26
5100
0,316
27
5300
0,327
28
5500
0,338
29
5700
0,348
30
5900
0,359
31
6100
0,370
32
6300
0,381
33
6500
0,392
34
6700
0,404
35
6900
0,415
36
7100
0,427
37
7300
0,44
38
7500
0,455
39
7700
0,469
40
7900
0,483
41
8100
0,497
42
8300
0,511
43
8500
0,527
44
8700
0,544
45
8900
0,56
46
9100
0,578
47
9300
0,597
48
9500
0,617
49
9700
0,637
50
9900
0,66
51
10100
0,685
52
10300
0,710
53
10500
0,737
54
10700
0,766
55
10900
0,798
56
11100
0,831
57
11300
0,868
58
11500
0,907
59
11700
0,950
60
11900
0,996
61
12100
1,045
62
12300
1,099
63
12500
1,155
64
12700
1,216
65
12900
1,278
66
13100
1,339
67
13300
1,402
68
13500
1,46
69
13700
1,512
70
13900
1,552
71
14100
1,584
72
14300
1,593
73
14500
1,578
74
14700
1,548
75
14900
1,501
76
15100
1,438
77
15300
1,369
78
15500
1,298
79
15700
1,222
80
15900
1,149
81
16100
1,078
82
16300
1,009
83
16500
0,946
84
16700
0,887
85
16900
0,834
86
17100
0,783
87
17300
0,737
88
17500
0,695
89
17700
0,656
90
17900
0,619
91
18100
0,586
92
18300
0,555
93
18500
0,526
94
18700
0,500
95
18900
0,475
96
19100
0,452
97
19300
0,429
98
19500
0,406
99
19700
0,389
100
19900
0,371
101
20100
0,354
102
20300
0,339
103
20500
0,324
104
20700
0,312
105
20900
0,299
106
21100
0,286
107
21300
0,275
108
21500
0,264
109
21700
0,253
110
21900
0,244
111
22100
0,234
112
22300
0,225
113
22500
0,217
114
22700
0,208
115
22900
0,201
116
23100
0,194
117
23300
0,187
118
23500
0,18
119
23700
0,173
120
23900
0,167
121
24100
0,161
122
24300
0,155
123
24500
0,150
124
24700
0,145
125
24900
0,140
126
25100
0,135
127
25300
0,130
128
25500
0,126
129
25700
0,121
130
25900
0,117
131
26100
0,113
132
26300
0,109
133
26500
0,105
134
26700
0,102
135
26900
0,098
136
27100
0,095
137
27300
0,092
138
27500
0,088
139
27700
0,085
140
27900
0,082
141
28100
0,080
142
28300
0,077
143
28500
0,074
144
28700
0,072
145
28900
0,069
146
29100
0,066
147
29300
0,064
148
29500
0,062
149
29700
0,060
150
29900
0,057
151
30100
0,055
152
30300
0,053
153
30500
0,051
154
30700
0,05
155
30900
0,048
156
31100
0,046
157
31300
0,044
158
31500
0,042
159
31700
0,04
160
31900
0,039
161
32100
0,037
162
32300
0,036
163
32500
0,034
164
32700
0,033
165
32900
0,031
166
33100
0,03
167
33300
0,029
168
33500
0,027
169
33700
0,026
170
33900
0,024
171
34100
0,024
172
34300
0,022
173
34500
0,021
174
34700
0,02
175
34900
0,019
176
35100
0,018
177
35300
0,018
178
35500
0,017
179
35700
0,016
180
35900
0,015
181
36100
0,014
182
36300
0,014
183
36500
0,013
184
36700
0,012
185
36900
0,012
186
37100
0,012
187
37300
0,011
188
37500
0,011
189
37700
0,01
190
37900
0,01
191
38100
0,009
192
38300
0,009
193
38500
0,009
194
38700
0,009
195
38900
0,009
196
39100
0,008
197
39300
0,008
198
39500
0,007
199
39700
0,007

Tabel 2. Pengaruh perubahan frekuensi sumber terhadap karakteristik rangkaian RLC seri untuk R2
No
f (Hz)
Vo (volt)
1
100
0,014
2
300
0,039
3
500
0,065
4
700
0,090
5
900
0,116
6
1100
0,141
7
1300
0,166
8
1500
0,190
9
1700
0,215
10
1900
0,239
11
2100
0,261
12
2300
0,285
13
2500
0,308
14
2700
0,329
15
2900
0,356
16
3100
0,376
17
3300
0,395
18
3500
0,415
19
3700
0,437
20
3900
0,460
21
4100
0,479
22
4300
0,498
23
4500
0,518
24
4700
0,537
25
4900
0,556
26
5100
0,574
27
5300
0,592
28
5500
0,609
29
5700
0,631
30
5900
0,648
31
6100
0,666
32
6300
0,684
33
6500
0,701
34
6700
0,723
35
6900
0,741
36
7100
0,760
37
7300
0,778
38
7500
0,797
39
7700
0,816
40
7900
0,836
41
8100
0,855
42
8300
0,876
43
8500
0,897
44
8700
0,918
45
8900
0,946
46
9100
0,969
47
9300
0,992
48
9500
1,016
49
9700
1,040
50
9900
1,065
51
10100
1,091
52
10300
1,118
53
10500
1,145
54
10700
1,173
55
10900
1,202
56
11100
1,232
57
11300
1,262
58
11500
1,288
59
11700
1,324
60
11900
1,355
61
12100
1,389
62
12300
1,406
63
12500
1,423
64
12700
1,458
65
12900
1,483
66
13100
1,511
67
13300
1,527
68
13500
1,546
69
13700
1,547
70
13900
1,549
71
14100
1,547
72
14300
1,540
73
14500
1,529
74
14700
1,511
75
14900
1,49
76
15100
1,458
77
15300
1,437
78
15500
1,387
79
15700
1,360
80
15900
1,324
81
16100
1,284
82
16300
1,240
83
16500
1,188
84
16700
1,166
85
16900
1,106
86
17100
1,071
87
17300
1,035
88
17500
1,002
89
17700
0,970
90
17900
0,922
91
18100
0,897
92
18300
0,864
93
18500
0,820
94
18700
0,802
95
18900
0,758
96
19100
0,749
97
19300
0,702
98
19500
0,686
99
19700
0,646
100
19900
0,630
101
20100
0,619
102
20300
0,595
103
20500
0,583
104
20700
0,548
105
20900
0,533
106
21100
0,518
107
21300
0,492
108
21500
0,490
109
21700
0,463
110
21900
0,454
111
22100
0,436
112
22300
0,420
113
22500
0,414
114
22700
0,395
115
22900
0,380
116
23100
0,365
117
23300
0,350
118
23500
0,335
119
23700
0,329
120
23900
0,320
121
24100
0,310
122
24300
0,301
123
24500
0,287
124
24700
0,284
125
24900
0,278
126
25100
0,265
127
25300
0,261
128
25500
0,250
129
25700
0,246
130
25900
0,234
131
26100
0,230
132
26300
0,219
133
26500
0,214
134
26700
0,209
135
26900
0,202
136
27100
0,200
137
27300
0,190
138
27500
0,187
139
27700
0,178
140
27900
0,175
141
28100
0,168
142
28300
0,164
143
28500
0,160
144
28700
0,156
145
28900
0,152
146
29100
0,148
147
29300
0,142
148
29500
0,137
149
29700
0,132
150
29900
0,127
151
30100
0,122
152
30300
0,124
153
30500
0,121
154
30700
0,119
155
30900
0,118
156
31100
0,110
157
31300
0,108
158
31500
0,106
159
31700
0,101
160
31900
0,096
161
32100
0,095
162
32300
0,094
163
32500
0,091
164
32700
0,09
165
32900
0,087
166
33100
0,081
167
33300
0,077
168
33500
0,072
169
33700
0,071
170
33900
0,070
171
34100
0,069
172
34300
0,068
173
34500
0,067
174
34700
0,066
175
34900
0,065
176
35100
0,064
177
35300
0,063
178
35500
0,062
179
35700
0,061
180
35900
0,060
181
36100
0,059
182
36300
0,058
183
36500
0,057
184
36700
0,056
185
36900
0,055
186
37100
0,054
187
37300
0,053
188
37500
0,052
189
37700
0,051
190
37900
0,050
191
38100
0,049
192
38300
0,048
193
38500
0,047
194
38700
0,046
195
38900
0,045
196
39100
0,044
197
39300
0,041
198
39500
0,040
199
39700
0,039
200
39900
0,038
201
40100
0,036
202
40300
0,034
203
40500
0,033
204
40700
0,030
205
40900
0,028
206
41100
0,025
207
41300
0,024
208
41500
0,023
209
41700
0,020
210
41900
0,019
211
42100
0,017
212
42300
0,016
213
42500
0,015
214
42700
0,014

ANALISIS DATA

Untuk hasil analisis data dan grafik hasil praktikum elektronika dasar unit Arus Transien, silahkan download di sini pdf

PEMBAHASAN

Pada grafik 1, dan grafik 2, terlihat bahwa resonansi rangkaian terjadi pada saat frekuensi input masing-masing fIN= 14300 Hz dan fIN= 13900 Hz . Nilai frekuensi resonansi yang diperoleh berdasarkan teori adalah sebesar fteori = 14700 Hz. Jika dibandingkan nilai frekuensi resonansi antara teori dan praktikum maka akan terlihat bahwa nilai frekueni yang diperoleh berdasarkan praktikum menyimpang dari nilai teori. Berdasarkan analisis perhitungan, persen kesalahan antara nilai frekuensi resonansi teori dan praktikum untuk data pada kegiatan 1, dan 2 adalah 2,8% dan 5,6%. Dari perbedaan yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa nilai frekuensi resonansi secara teori dan praktikum tidak menyimpang terlalu jauh. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa praktikum ini cukup berhasil, dalam hal menentukan frekuensi resonansi rangkaian.

Dari grafik juga dapat dilihat faktor kualitas dari resonansi rangkaian. Secara praktikum faktor kualitas untuk nilai resistor 100 Ω dan 200 Ω adalah 4,77 dan 2,044118 . Semakin sempit lengkung resonansinya, maka semakin tinggi kualitas resonansinya. Dari grafik terlihat bahwa data pertama dan data kedua memiliki lengkung resnonansi yang sempit. Hal ini menjelaskan bahwa data kegiatan pertama dengan nilai R = 100 Ω memiliki kualitas resonansi yang lebih tinggi dibandingkan data kegiatan kedua. Secara teori, nilai faktor kualitas pada kegiatan 1 dan kegiatan 2 secara berturut-turut adalah 4,91121 dan 2,044118. Jika dibandingkan antara nilai Q yang diperoleh berdasarkan teori dan praktikum, maka akan terlihat bahwa nilai Q berdasarkan praktikum menyimpang dari nilai teori. Besar kesalahan yang diperoleh pada data kegiatan 1 dan kegiatan 2 adalah 2,91%, dan 18,28%

Besarnya nilai persen kesalahan yang diperoleh baik dalam menentukan nilai frekuensi resonansi maupun faktor kualitas Q, kemungkinan disebabkan oleh peralatan yang digunakan dalam praktikum kurang mendukung sehingga data yang diperoleh tidak akurat dan menyebabkan hasil analisis kurang tepat


KESIMPULAN

1. Berdasarkan hasil praktikum dan analisis perhitungan dapat disimpulkan bahwa pengaruh perubahan frekuensi terhadap karakteristik rangkaian R-L-C akan menimbulkan terjadinya resonansi dimana nilai Xc=XL, semakin besar nilai resistor maka nilai faktor kualitas Q semakin kecil yang sekaligus memperlihatkan nilai f0 yang semakin kecil.

2. Berdasarkan hasil interpretasi kurva respon frekuensi rangkaian RLC terlihat bahwa terjadi pola resonansi.

3. Berdasarkan analisis grafik, adapun besar nilai f0 yang diperoleh untuk nilai resistor 100 Ω , 200 Ω berturut-turut adalah 14300 Hz dan 13900. Nilai Q yang diperoleh untuk nilai resistor 100 Ω , 200 Ω, berturut-turut adalah 4,77 dan 2,044.


DAFTAR PUSTAKA

Bakri, Abdul Haris, M. Agus Martawijaya & Muh.Saleh. 2015. Dasar-Dasar Elektronika. Makassar: Edukasi Mitra Grafika

Bakri, Abdul Haris., Saleh, Muh.2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar. Makassar: Laboratorium Elektronika dan Instrumen UNM

Sutrisno. 1986. Elektronika. Jilid 1. Bandung : Penerbit ITB.

Tipler,P.A.. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta: Penerbit Erlangga