PRAKTIKUM OSCILLOSCOPE DAN RANGKAIAN RLC DIHUBUNGKAN SECARA SERI
LAPORAN
Disusun Oleh : HIMAWAN WIRA BUDITAMA NIM. 1331120082 KELAS 2E
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 201
BAB I TUJUAN 1.1 Tujuan praktikum Oscilloscope : 1.1.1 Melihat bentuk gelombang percobaan 1.1.2 Mengukur tegangan bolak balik dan tegangan searah 1.1.3 Mengukur frekuensi 1.1.4 Mengukur beda fasa dengan metode simultan dan lissajous 1.2 Tujuan praktikum rangkaian RLC dihubungkan secara seri : 1.2.1 Menentukan nilai impedansi (Z) pada rangkaian RLC dalam hubungan seri 1.2.2 Menghitung besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian 1.2.3 Menggambar vector diagram tegangan dan arus 1.2.4 Menghitung besarnya sudut fasa () antara tegangan dan arus menggunakan trigonometri, operasi J (komplek) dan bentuk polar 1.2.5 Menganalisis rangkaian RLC ditinjau dari arus, tegangan maupun sudut fasanya
BAB II TEORI DASAR 2.1 Teori dasar praktikum oscilloscope :
Oscilloscope adalah alat ukur listrik yang menunjukkan besaran tegangan maksimumnya, berbeda dengan alat ukur listrik lainnya (alat ukur analog dan digital) yang mengukur besaran efektif untuk tegangan boalk-balik. Dari besaran terukur sesungguhnya dapat dihitung tegangan efektif dan frekuensinya. Untuk melihat bentuk gelombang tegangan listrik diperlukan oscilloscope satu saluran (chanel), jika diperlukan melihat 2 bentuk gelombang tegangan listrik sekaligus diperlukan oscilloscope 2 chanel.
2.2 Teori dasar praktikum rangkaian RLC dihubungkan secara seri :
Setiap komponen pada rangkaian RLC hubungan seri mempunyai pengaruh yang berbeda jika diberi sumber tegangan bolak-balik. Untuk komponen R (resistor), arus dan tegangannya digambarkan sefasa,, komponen L (induktor) untuk tegangan mendahului arus sebesar 90 , sedangakan komponen C (capasitor) untuk tegangan tertinggal arusnya sebesar 90 . Sehingga tegangan pada kapasitor dan tegangan pada induktor dapat dikatakan saling berlawanan. Vektor diagram impedansi dapat dilihat seperti gambar di bawah ini.
Rangkaian RLC Hubungan Seri Diagram Vektor Impedansi
Impedansi rangkaian RLC hubungan seri sesuai persamaan berikut:
≡ | | < | | ≡
+ ( ) = < 0 + < 90 + < 90
Hukum Kirchoff II (Tegangan)
∑=0 ≡ 0 Jika > maka akan positif Jika < maka akan negatif
Gambar Beda Fasa Dua Gelombang Sinusoidal
BAB III ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum oscilloscope
1. Oscilloscope
: 1 buah
2. Probe
: 1 buah
3. Trafo 220 V / 6 V
: 1 buah
4. Baterai 9 V
: 1 buah
5. Resistor
: 1 buah
6. Protoboard
: 1 buah
7. Kabel
: secukupnya
3.2 Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum RLC hubungan seri
1. Trafo 220 V/ 6 V
1 buah
2. Osiloskop
1 buah
3. Kabel Probe
2 buah
4. Dekade Kapasitor
1 buah
5. Induktor 1 H (Ballast)
1 buah
6. Resistor 270 Ω
1 buah
7. Resistor 180 Ω
1 buah
8. Protoboard
1 buah
9. Kabel banana
5 buah
10. Kabel jepit buaya
5 buah
BAB IV GAMBAR RANGKAIAN 4.1 Gambar rangkaian praktikum oscilloscope
Pengukuran tegangan DC tanpa beban
9V
Oscilloccope
Pengukuran tegangan DC dengan beban 100
100
9V
Ω
oscilloscope
Pengukuran tegangan DC dengan beban 10 k
9V
10 kΩ
Oscilloccope
Pengukuran tegangan AC tanpa beban
220 V
6V
Oscilloccope
Pengukuran tegangan AC dengan beban 100
220V
6V
100
Ω
oscilloscope
Pengukuran tegangan AC dengan beban 10 k
220 V
6V
10 kΩ
Oscilloccope
4.2 Gambar rangkaian praktikum RLC hubungan seri Rangkaian RLC hubungan seri menggunakan R = 180 Ω dan C = 7.5 µF
Rangkaian RLC hubungan seri menggunakan R = 270
Ω dan
C = 6 µF
BAB V LANGKAH PERCOBAAN 5.1 Langkah percobaan praktikum oscilloscope
1. Persiapkan alat dan bahan percobaan dan periksa semua fungsi masing-masing serta pastikan dalam keadaan baik. 2. Operasikan oscilloscope dengan menombol saklar ON, maka akan tampak garis sinar mendatar pada layar oscilloscope. 3. Apabila garis sinar belum tampak, lakukan beberapa hal sebagai berikut, periksa intensitas mungkin terlampau kecil, maka putar agar keluar sinar, atau Y potition terlampau ke kanan atau ke kiri sehingga garis sinar terlampau ke atas atau ke bawah. 4. Sebelum menggunakan oscilloscope untuk mengukur tegangan, lakukan kalibrasi terlebih dahulu dengan cara memasang probe pada chanel 1 atau chanel 2. Perhatikan besarnya tegangan kalibrasi. 5. Untuk pengukuran tegangan DC, buatlah rangkaian percobaan 1 (a). 6. Ukurlah besarnya tegangan keluaran baterai tanpa beban, masukkan hasil pengukuran pada table 1. 7. Selanjutnya hubungkan resistor R sebagai beban baterai dan ukur tegangan keluaran baterai. 8. Untuk pengukuran tegangan AC, buatlah rangkaian percobaan 1 (b). 9. Ukurlah besarnya tegangan maksimum keluaran trafo tanpa beban, hitung besarnya tegangan efektifnya, dan masukkan hasil pengukuran pada table 2. 10.
Selanjutnya hubungkan resistor R sebagai beban trafo dan ukur tegangan keluaran trafo.
11. Ukurlah frekuensi keluaran trafo, masukkan dalam table 2. 12. Gambarkan bentuk gelombang tegangan pada percobaan 1 (a) dan 1 (b). 13. Setelah selesai, kembalikan semua peralatan ke laboran.
5.2 Langkah percobaan praktikum RLC hubungan seri
1. Buat konsep perhitungan untuk percobaan rangkaian RLC hubungan seri dengan ketentuan sebagai berikut : setiap kelompok merancang dan menentukan dua sudut yang berbeda dan besarnya sudut tersebut tidak boleh lebih kecil dari 15 ( > 1 5 ) dengan memilih komponen resistor R dan kapasitor C. R sesuai dengan interval 12 dan C nilainya sesuai dengan dekade kapasitor dan L diketahui 1 H. Ketentuan yang kedua, drop tegangan pada masing-masing komponen RLC tidak boleh lebih kecil dari 1 volt. Yang perlu diperhatikan pula dalah daya pada masing-masing resistor yang telah dipilih supaya tidak melampaui kapasitas yang ada. 2. Dari konsep tersebut hitunglah tegangan masing-masing komponen, arus dan impedansi rangkaian sesuai dengan tabel 1. 3. Sesuai dengan kmponen yang telah ditentukan, masing-masing kelompok dapat meminjam alat dan bahan ke laboran. 4. Pastikan semua alat dan bahan yang dipinjam dalam kondisi baik. 5. Hidupkan osiloskop dengan menghubungkan kabel suplai pada panel tegangan 220VAC. 6. Hubungkan kabel probe 1 ke channel 1 (CH1) dan kabel probe 2 ke channel 2 (CH2) pada osiloskop dual trace. 7. Kalibrasi terlebih dahulu channel 1 dan channel 2 osiloskop untuk memastikan bahwa volt/div masing-masing channel sudah benar dan sekaligus melakukan pengecekan kabel probe dalam kondisi baik. 8. Rakitlah rangkaian pengukuran seperti gambar 3, tegangan keluaran trafo pilih 6 volt. 9. Ukur tegangan sumber (output trafo) dan tegangan pada masing-masing komponen R, L, C dan catat semua hasil pengukuran masukan pada tabel 2. 10. Ukur sudut fasa dengan metode simultan atau lissajous. 11. Jika mengukur beda fasa dengan metode simultan, lakukan urututan sebagai berikut ; pertama posisi saklar pilih pada ground untuk channel 1 dan channel 2 dan kedua garis sinar akan tampak pada layar osiloskop supaya disatukan pada sumbu salib mendatar, yang kedua yaitu dengan memindah saklar pilih dari posisi ground ke posisi AC, maka pada layar osiloskop akan nampak gmabar 2 gelombang tegangan
yang mempunyai beda fasa seperti pada gambar 2. Tentukan besarnya sudut fasa kedua gelombang tegangan tersebut. 12. Jika mengukur beda fasa dengan metode lissajous, lakukan urutan berikut ini; pertama posisi saklar pilih pada ground untuk channel 1 dan channel 2, yang kedua dengan memposisikan semua saklar yang ada tanda X-Y, maka akan tampak pada layar osiloskop sebuah titik sinar dan posisikan agar titik sinar tersebut berada tepat ditengah-tengah sumbu salib dengan cara memutar potensio vertikal dan horisontal. Selanjutnya pindah posisi saklar posisi ground, ke posisi AC maka akan tampak gambar pada layar osiloskop, dan tentukan besarnya sudut beda fasa .
BAB VI PERHITUNGAN Perhitungan RLC hubungan seri
BAB VII DATA PERCOBAAN 6.1 Data percobaan praktikum oscilloscope
Tabel 1. Data Pengukuran Tegangan DC
R (Ω)
Tegangan Tanpa
Tegangan
I (mA)
Beban (V)
Berbeban (V)
-
9.2
-
10k
-
9.2
0.92
100
-
7.2
72
̴
Catatan CAL 1V V/Div = 2V
Cara Mencari I Berdasarkan Hukum Ohm kita dapatkan V = I x R maka = = = ,
̴
, = = . = 7, = = =
9,2 x 10-4 A = 0,92 mA
7,2 x 10-2 A = 72 mA
=
Keterangan
Tabel 2. Data pengukuran tegangan AC
R (Ω)
Tegangan
Tegangan
Tanpa Beban
Berbeban
I (mA)
Frekuensi (Hz)
Vmaks
Veff
Vmaks
Veff
-
9V
6.36 V
-
-
∞
50 Hz
10k
-
-
8.5
6.01
60.1
50 Hz
100
-
-
8.4
5.94
59.4
50 Hz
Keterngan
Catatan : CAL 1V Time/Div = 20 ms Volt/Div = 5 V = = = 6.36 √ √
= = = .
̴
. = = = 6.01 √ √
. = = . =
. = = = 5.94 √ √
= = . =
= = − = 50 Hz
9,2 x 10-4 A = 60.1 mA
7,2 x 10-2 A = 59.4 mA
6.2 Data percobaan praktikum RLC hubungan seri
Tabel hasil perhitungan RLC hubungan seri Beban
()
()
()
()
I (mA)
(... )
Z(Ohm)
6
4.68
5.45
9.2
17.35
-38.66
345.78
6
5.12
8.94
12.06
28.44
-31.42
210.93
R=270Ω L=1 H C= 6 R=180Ω L=1 H C= 7,5
Tabel hasil pengukuran RLC hubungan seri Beban
()
()
()
()
I (mA)
(... )
Z(Ohm)
5.6
4.38
6.36
8.4
16.22
25.2
345.25
5.6
4.52
9.89
10.96
25.11
13.31
223.02
R=270Ω L=1 H C= 6 R=180Ω L=1 H C= 7,5
BAB VIII PERTANYAAN DAN JAWABAN 7.1 Pertanyaan 7.1.1 Pertanyaan praktikum oscilloscope 1. Gambarkan bentuk gelombang tegangan yang tampak pada layar oscilloscope untuk gambar 1(a) dan 1 (b). 2. Pada percobaan gambar 1 (a), apakah ada perbedaan tegangan tanpa beban dengan berbeban? Beri penjelasan. 3. Pada percobaan gambar 1(b), apakah ada perbedaan tegangan tanpa beban dengan berbeban? Beri penjelasan. 4. Berapa besar frekuensi yang dapat diukur oleh oscilloscope yang anda pakai?
7.1.2 Pertanyaan praktikum RLC hubungan seri 1. Bandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran yang meliputi tegangan
masing-masing komponen R, L, C, sudut fasa dan arus I, berikan komentarnya. 2. Adakah pengaruhnya perubahan nilai kapasitansi kapasitor pada sudut fasa , uraikan penjelasannya. 3. Buatlah vektor diagram tegangan dan arus dari hasil pengukuran dengan skala yang benar
7.2 Jawaban 7.2.1 Jawaban pertanyaan praktikum oscilloscope
1. Diagram tegangan praktikum oscilloscope sumber DC V = 9,2 Volt ; R = 10 kOhm
V = 7,2 Volt ; R = 100 Ohm
Diagram tegangan praktikum oscilloscope sumber AC
2. Terjadi perbedaan antara tegangan tanpa beban dengan tegangan berbeban : a. Dalam tegangan tenpa beban terukur 9,2 volt bukan 9 volt karena 9 volt merupakan tegangan yang tertera pada nameplate, sedangkan baterai memiliki toleransi yang dapat menyebabkan tegangan melebihi atau kurang dari tegangan yang tertera pada nameplate. b. Pada percobaan dengan R = 10 kΩ baterai masih mempunyai daya sehingga tegangan yang terukur masih 9,2 volt, sama seperti tegangan tanpa beban. c. Sedangkan pada percobaan dengan R = 100 Ω daya baterai mulai berkurang karena baterai telah di pakai pada percobaan sebelumnya. Sehingga supply baterai pada beban berkurang. Akibat berkurangnya supply baterai, maka tahanan dalam pada baterai meningkat sehingga menimbulkan drop tegangan pada baterai dan terukur tegangan sebesar 7,2 volt. 3. Pada percobaan kedua, terjadi perbedaan pada tegangan tanpa beban dengan tegangan berbeban : a. Pada saat tanpa beban, tegangan rangkaian sama dengan tegangan sumber. b. Sedangkan pada saat berbeban, tegangan menjadi berkurang. Hal ini dikarenakan adanya rugi-rugi pada penghantar (rugi tembaga) sehingga menyebabkan drop tegangan. 4.
T
= 10 div x 2 ms/div
= 20 ms = 20 x 10 - 2 s f
=1/T = 1 / 20 x 10 – 2 = 50 Hz
7.2.2 Jawaban pertanyaan praktikum RLC hubungan seri
1. Dari hasil perhitungan dan hasil percobaan yang telah di laksanakan, terdapat perbedaan nilai yang di dapat. Hal ini di akibatkan karena adanya rugi-rugi pada penghantar, sehingga terjadi drop tegangan dan mengakibatkan supply yang di terima oleh rangkaian berkurang serta adanya kesalahan pembacaan (human error). 2. Nilai kapasitansi kapasitor sangat berpengaruh terhadap sudut fase. Semakin kecil nilai kapasitor maka semakin besar nilai kapasitansi kapasitonya sehingga menyebabkan besarnya sudut fase. Seperti yang tertulis pada rumus : = ... ( ) − sehingga, = − 3. Vector diagram pada percobaan 1 :
= 6,36 ∠ 90°
= 4,38 ∠ 0° ( )
= 8,4 ∠ 90°
= 16,22 ∠ 0° mA
= 5,6 ∠ 25,11°
BAB IX ANALISA 9.1 Analisa praktikum oscilloscope
Dalam percobaan pengukuran tegangan DC, diperoleh data bahwa Vsumber = Vtanpa beban sebesar 9,2 Volt. Dalam prakteknya batrai yng digunakan memiliki kapasitas tegangan sebesar 9 Volt. Hal ini disebabkan karena dalam baterai terdapat toleransi tegangan. Setelah di lakukan percobaan berbebab r esistor 10k Ω dan 100 Ω, diperleh data yang tidak valid, yaitu pada saat rangakaian dibebani yaitu 9,2 Volt. Seharusnya tegangan tersebut lebih kecil dari Vsumber, karena resistor hambatan / beban sehingga menimbulkan drop tegangan. Gambar / bentuk tegangan DC adalah garis lurus mendatar. Dalam percobaan pengukuran tegangan AC, data yang diperoleh sudah valid. Dalam percobaan ini saat tanpa beban, V sama dengan V sumber. Dalam mengukur tegangan menggunakan osiloskop. Kita dapat memperoleh tegangan maksimum / puncak. Dari tegangan puncak ini kita dapat memperolehtegangan efektif dengan cara menghitung
. V max dan V √
efektif dari masing-masing percobaan memnggunakan resistor 100 Ω dan 100k Ω tidak jauh berbeda / selisih sedikit. Selain itu juga dapat mengukur frekuensi, bentuk gelombang yang digambarkan adalah bentuk sinusoida.
9.2 Analisa praktikum RLC hubungan seri
Dari data kedua tabel masing-masing hasil perhitungan di banding dengan hasil perhitungan seddikit berbeda. Vsumber pada percobaan saat di ukur tidak sama dengan 6 Volt. Hal ini kemungkinan di sebabkan oleh trafo itu sendiri atau human error dala memprakteknya. Nilai dari yang masing VR, VC, VR dari perhitungan dengan data percobaan juga sedikit berbeda. Hal ini kemungkinan juga disebabkan karena suplai / V sumber yang tidak mencapai nilai sebesar 6 Volt, begitu juga nilai I pada masing-masing data perhitungan dan percobaan sedikit berbeda namun hampir mendekati sama. Nilai sudut fasa Ɵ juga tidak sama, bahkan jauh berbeda. Hal ini dimungkinkan di sebabkan oleh induktor yaitu Ballast yang tidak mengandung induktor murni karena Ballast juga memiliki tahanan dalm. Dalam percobaan dngan beban R = 220, C = 6 F, nilai Z sama dengan nilai perhitungan. Ketidak saan dari data-data yang di peroleh kemungkinan disebabkan oleh praktm itu itu sendiri karena kurangnya ketelitian.
BAB X PENUTUP 8.1 Kesimpulan praktikum oscilloscope
Tegangan pada baterai tidak selalu sama dengan dengan nilai tertera. Hambatan / beban memiliki drop tegangan yang berbeda – beda tergantung pada nilai resistornya.
Bentuk gelombang DC pada osiloskop adalah garis horizontal.
Mengukur teganaan AC menggunakan osiloskop memperoleh V maksimal saja.
Mengukur tegangan AC menggunakan osoloskop dapat melihat besarnya frekuensi.
Bentuk gelombang AC pada osiloskop adalah sinusoida.
Dalam melakukan percobaan, sebaiknya harus bisa mengkalibrasi peralatan dengan tepat, jika tidak maka data yang diperoleh tidak valid.
8.2 Kesimpulan praktikum RLC hubungan seri
Dalm rangakaiaan RLC seri, arus terbagi sama dan tegangan berbeda pada masing-masing komponen.
Nila Xc sangat berpengaruh terhadap sudut fasa Ɵ. Semaikin kecil nilai Xc maka Ɵ akan semakin kecil. Nilai Xc dan Xl saling mengurangi. Apabila dalam suatu rangkaian RLC seri, nilai Xc Xl dan tegangan dalam Vr adalah sama dengan tegangan sumber.
Rangkaian bersifat induksi apabila Xl > Xc atau Vl > Vc.
Rangkaian bersifat kapasitiv apabila Xl, Xc atau Vl < Vc.
Bila Xl = Xc atau Vl = Vc amaka rangkaian bersifat resonansi.
Jika Xl > Xc, I tertinggal dari tegangan sebesar dari sudut fasa Ɵ.
Jika X < Xc, I mendahului tegangan sebesar sudat Ɵ.
