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
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
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
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.
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.
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.
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).
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)
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
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"
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
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:
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.
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 :
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.