Gejala Transien - Labdasar Teknik Elektro STEI ITBlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL2101 - Rangkaian Elektrik/2013-2014... · Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
•• Mempelajari responMempelajari respon alamialami ((naturalnatural response)response),,Mempelajari respon Mempelajari respon alamialami ((naturalnatural response)response), , respon paksarespon paksa (forced response)(forced response), dan respon , dan respon lengkap lengkap (complete response) (complete response) suatu rangkaian suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan yang mengandung komponen penyimpan energienergi
•• MelakukanMelakukan pengukuran arus dan tegangan pengukuran arus dan tegangan transient pada rangkaian RCtransient pada rangkaian RC dandan RCLRCL
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Respons RangkaianRespons RangkaianRespons RangkaianRespons Rangkaian
•• Respons Paksa (Forced Response)Respons Paksa (Forced Response)–– Arus atau tegangan yang terbentuk karena Arus atau tegangan yang terbentuk karena
adanya energi yang masuk atau keluar dariadanya energi yang masuk atau keluar dariadanya 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 rangkaianrangkaian
•• Respons Natural (Natural Response)Respons Natural (Natural Response)Respons Natural (Natural Response)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 ataukomponen penyimpan energi kapasitif ataukomponen penyimpan energi kapasitif atau komponen penyimpan energi kapasitif atau induktif pada rangkaianinduktif pada rangkaian
•• Respons Lengkap (Complete Response)Respons Lengkap (Complete Response)Gabungan kedua respons di atasGabungan kedua respons di atas
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Respons Komponen EnergiRespons Komponen EnergiRespons Komponen EnergiRespons Komponen Energi
•• Energi pada komponen penyimpan energiEnergi pada komponen penyimpan energiEnergi pada komponen penyimpan energi Energi pada komponen penyimpan energi tidak bisa diubah tibatidak bisa diubah tiba--tibatiba
•• Hubungan arusHubungan arus tegangantegangan
dvCi C
•• Hubungan arusHubungan arus--tegangantegangan–– KapasitorKapasitor
dit
∫1
dtCi C
C = dtiC
vo
CC ∫=
–– InduktorInduktor
dtdiLv L
L = dtvL
it
LL ∫=1
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Respons RangkaianRespons RangkaianRespons RangkaianRespons Rangkaian
•• Rangkaian dengan RC RL atau RLCRangkaian dengan RC RL atau RLCRangkaian dengan RC, RL, atau RLC Rangkaian dengan RC, RL, atau RLC akan tetap mempertahankan sifat akan tetap mempertahankan sifat komponen energikomponen energikomponen energikomponen energi
•• Persamaan arusPersamaan arus--tegangan rangkaian akan tegangan rangkaian akan menjadi persamaan diferensial analisismenjadi persamaan diferensial analisismenjadi persamaan diferensial, analisis menjadi persamaan diferensial, analisis rangkaianrangkaian
h kt d dif i lh kt d dif i l–– ranah waktu dengan persamaan diferensialranah waktu dengan persamaan diferensial–– ranah frekuensi dengan Transformasi Fourrierranah frekuensi dengan Transformasi Fourrier
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• Persamaan diferensial orde 2 atau lebihPersamaan diferensial orde 2 atau lebih•• Persamaan diferensial orde 2 atau lebih Persamaan diferensial orde 2 atau lebih dapatdapat memberikan respons resonansi/ memberikan respons resonansi/ osilasiosilasiosilasiosilasi
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• Persamaan arus teganganPersamaan arus tegangan–– vvLL = L di/dt, v= L di/dt, vRR = R i dan V = v= R i dan V = vRR + v+ vLL
–– V = R i + L di/dt V = R i + L di/dt V DC (konstan) persamaan diferensial ordeV DC (konstan) persamaan diferensial orde--11
S l i i KS l i i K KK (K(K t)t)•• Solusi umum i = KSolusi umum i = K11 + K+ K22 exp(Kexp(K33 t)t)–– kondisi batas i(t=0)=0, i(t=kondisi batas i(t=0)=0, i(t=∞∞)=V/R)=V/R
Respons lengkap i = V/RRespons lengkap i = V/R V/R exp(V/R exp( Lt/R)Lt/R)–– Respons lengkap i = V/R Respons lengkap i = V/R –– V/R exp(V/R exp(--Lt/R)Lt/R)–– Respons paksa iRespons paksa iff = V/R= V/R–– Respons natural iRespons natural inn = V/R exp(= V/R exp(--Lt/R)Lt/R)
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• PersamaanPersamaan arusarus tegangantegangan•• PersamaanPersamaan arusarus tegangantegangan–– ii = C = C dvdvCC//dtdt, , vvRR = R I = R I dandan V = V = vvRR + + vvCC
–– V = RCV = RC dvdvCC//dtdt ++ vvCCV RC V RC dvdvCC//dtdt vvCCV DC (V DC (konstankonstan) ) persamaanpersamaan diferensialdiferensial ordeorde--11
•• SolusiSolusi umumumum vvCC = K= K11 + K+ K22 exp(Kexp(K33 t)t)11 22 33–– kondisikondisi batasbatas vvCC(t=0)=0, (t=0)=0, vvCC(t=(t=∞∞)=V)=V–– ResponsRespons lengkaplengkap vvCC = V = V –– V exp(V exp(--t/CR)t/CR)–– ResponsRespons paksapaksa VVff = V= V–– ResponsRespons natural natural vvnn = V exp(= V exp(--t/RC)t/RC)
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• v = V (1v = V (1 exp(exp( t/t/ττ))))•• v = V (1v = V (1––exp(exp(--t/t/ττ))))•• dv/dt = V/dv/dt = V/τ τ exp(exp(--t/t/ττ))•• dv/dt|dv/dt| = V/= V/τ τ
V
•• dv/dt|dv/dt|t=0t=0 = V/= V/τ τ
00 τ t
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian RLCRangkaian RLCRangkaian RLCRangkaian RLC
PersamaanPersamaan arusarusPersamaanPersamaan arusarusV/R = V/R = vvoo/R + L /R + L 00∫∫tt vvoo dtdt + C + C dvdvoo//dtdt
HasilHasil d/d/dtdt0 = 1/R0 = 1/R dvdv //dtdt + L+ L vv + C d+ C d22vv /dt/dt220 1/R 0 1/R dvdvoo//dtdt + L+ L vvoo + C d+ C d vvoo/dt/dt
PersamaanPersamaan diferensialdiferensial ordeorde--22 solusisolusi untukuntukPersamaanPersamaan diferensialdiferensial ordeorde 2, 2, solusisolusi untuk untuk underdamped:underdamped:
vv =exp(K=exp(K11t)[Kt)[K22 coscos(K(K33t) + Kt) + K44 sin(Ksin(K33t)]t)]Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• Kurva mengikuti fungsi Kurva mengikuti fungsi turun/ decay turun/ decay (merah (merah putusputus--putus)putus)putusputus putus)putus)v=v=VVmm exp(exp(--t/t/ττ))
•• BagaimanaBagaimana mengukurmengukur/ /
Vm
menghitungmenghitung τ τ ??
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Cara 2: Gunakan titik dalam Cara 2: Gunakan titik dalam KurvaKurva
•• Pada Pada osiloskop digital osiloskop digital gunakan SINGLE sweep pada TRIGGER, gunakan SINGLE sweep pada TRIGGER, kenudian manfaatkan kursor untuk menentukan kenudian manfaatkan kursor untuk menentukan tt00 VV00 dan dan VVmmntuntu
•• Untuk fungsi tegangan naikUntuk fungsi tegangan naik Perhatikan gambar, garis menunjukkan letak kursor kursor juntuk menentukan Δt, ΔV1 dan ΔV2
t = Δt
kursor
ΔV1
to = Δt
Vm = ΔV1
V = ΔVΔV2
V0 = ΔV2
τ =-t0/ln(1-v0/Vm)
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Cara 2: Gunakan titik dalam Cara 2: Gunakan titik dalam KurvaKurva
•• Pada Pada osiloskop digital osiloskop digital gunakan SINGLE sweep pada TRIGGER, gunakan SINGLE sweep pada TRIGGER, kenudian manfaatkan kursor untuk menentukan kenudian manfaatkan kursor untuk menentukan tt00 VV00 dan dan VVmm
•• Untuk fungsi tegangan naikUntuk fungsi tegangan naik
Perhatikan gambar gariskursor Perhatikan gambar garis letak kursor
to = Δt
kursor
ΔV1 ΔV2
Vm = Δ V1
V0 = Δ V2V0 Δ V2
τ =-t0/ln(1-v0/Vm)
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Cara 3: Cara 3: GunakanGunakan TitikTitik dalamdalam Plot Plot KK T k lT k l ( il k l )( il k l )KurvaKurva TerskalaTerskala (osiloskop analog)(osiloskop analog)
•• Agar vAgar v00//VVmm, , misalnyamisalnya 4/5, 4/5, terkalibrasi, terkalibrasi, Vo tidak pada garistidak pada garis
mudahmudah dibacadibaca gunakangunakan skalaskalavertikalvertikal (V) (V) taktak terkalibrasiterkalibrasi dandanletakkanletakkan vv00 padapada titiktitik temutemukk dd ii b t db t dkurvakurva dengandengan garisgaris bertandabertandaukurukur (tick)(tick)ττ ==--tt00//lnln(1(1--vv00//VVmm))
VmV0
taktak terkalibrasiterkalibrasi, , Vm dandan Vo tepattepatpadapada garisgaris, swing , swing padapada sejumlahsejumlah n n skalaskala divisidivisi
Cara 3: Gunakan Titik dalam Cara 3: Gunakan Titik dalam Kurva TerskalaKurva Terskala
•• Untuk mengubah skala tekan tombol V/divUntuk mengubah skala tekan tombol V/divUntuk mengubah skala tekan tombol V/div Untuk mengubah skala tekan tombol V/div hingga indikator merah menyala dan putar hingga indikator merah menyala dan putar tombol tersebut sesuai skala yang diinginkantombol tersebut sesuai skala yang diinginkan
Nonidealitas dan ParasitikNonidealitas dan ParasitikNonidealitas dan ParasitikNonidealitas dan Parasitik
•• Menggunakan analog switchMenggunakan analog switchgg ggg gCMOS, RCMOS, RONON=80=80Ω, Ω, Pmaks=200mWPmaks=200mW
•• Menggunakan resistor proteksi untuk switch Menggunakan resistor proteksi untuk switch di hdi hdischargedischarge
•• Induktor 2.5mH dengan resistansi 50Induktor 2.5mH dengan resistansi 50ΩΩK t l it h d ik k t lK t l it h d ik k t l•• Kontrol switch dengan mikrokontrolerKontrol switch dengan mikrokontroler–– t0 sd t1 discharge C1, C2t0 sd t1 discharge C1, C2–– t1 sd t2 switch ke R1 ON lainnya OFF charge C1t1 sd t2 switch ke R1 ON lainnya OFF charge C1t1 sd t2 switch ke R1 ON, lainnya OFF, charge C1t1 sd t2 switch ke R1 ON, lainnya OFF, charge C1–– t2 sd t3 swicth ke R2 ON, lainnya OFF, discharge C1 t2 sd t3 swicth ke R2 ON, lainnya OFF, discharge C1
ke C2 atau LC tank LC2ke C2 atau LC tank LC2
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
•• SinyalSinyal kontrolkontrol switch switch bukanbukan untukuntuk dianalisisdianalisisyy•• Salah satu hasil yang diharapkan pada praktikan adalah Salah satu hasil yang diharapkan pada praktikan adalah
kemampuan membaca konstanta waktu dari kurva kemampuan membaca konstanta waktu dari kurva t i tt i ttransient.transient.
•• Konstanta waktu harus diukur saat praktikum dengan Konstanta waktu harus diukur saat praktikum dengan cara yang telah diberikan. Pada percobaan ini tidakcara yang telah diberikan. Pada percobaan ini tidakcara yang telah diberikan. Pada percobaan ini tidak cara yang telah diberikan. Pada percobaan ini tidak diperkenankan menggunakan foto tampilan osiloskop.diperkenankan menggunakan foto tampilan osiloskop.
•• Pada BCL hanya dicatat bentuk kasar pola sinyal saat Pada BCL hanya dicatat bentuk kasar pola sinyal saat t i t il i t l d khi t k t tt i t il i t l d khi t k t ttransient, nilai tegangan awal dan akhir, serta konstanta transient, nilai tegangan awal dan akhir, serta konstanta waktu hasil pengamatan.waktu hasil pengamatan.
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika