Gelombang Listrik AC Bentuk Gelombang AC Arus listrik searah atau biasa disebut DC (Direct Current) adalah sebuah bentuk arus atau tegangan yang mengalir pada rangkaian listrik dalam satu arah saja. Pada umumnya, baik arus maupun tegangan listrik DC dihasilkan oleh pembangkit daya, baterai, dinamo, dan sel surya. Tegangan atau arus listrik DC memiliki besaran nilai (amplitudo) yang tetap dan arah mengalirnya arus yang telah ditentukan. Sebagai contoh, +12V menyatakan 12 volt pada arah positif, atau -5V menyatakan 5 volt pada arah negatif. Telah kita ketahui bahwa power supply DC tidak mengubah nilainya berdasarkan waktu, listrik DC menyatakan arus yang mengalir pada nilai konstan secara terus-menerus pada arah yang tetap. Dengan kata lain, listrik DC selalu mempertahankan nilai yang tetap dan aliran listrik yang satu arah. Listrik DC tidak pernah berubah atau arahnya menjadi negatif ne gatif kecuali apabila dihubungkan terbalik secara fisik. Contoh rangkaian DC sederhana dapat digambarkan seperti ilustrasi di bawah.
Rangkaian dan Bentuk Gelombang DC Di sisi lain, fungsi bolak-balik atau gelombang AC didefinisikan sebagai gelombang yang bervariasi dalam hal baik besarnya daya dan arah arus dengan cara yang kurang lebih berdasarkan waktu. Hal tersebut menjadikan AC sebagai gelombang “Bi -directional” atau dua arah. Fungsi gelombang AC dapat digunakan pada catu daya maupun sumber sinyal dalam bentuk gelombang AC yang pada umumnya mengikuti bentuk sinusoidal pada persamaan matematika yang ditentukan sebagai: A= Amax x sin(2πƒt) Istilah AC (Alternative Current), pada umumnya mengacu kepada gelombang yang berubah terhadap waktu dengan bentuk yang umumnya menyerupai sinusoidal yang lebih dikenal sebagai gelombang sinusoidal (sinus). Gelombang sinus adalah bentuk gelombang listrik AC yang paling sering digunakan dalam elektronika. ele ktronika. Bentuk gelombang sinus terbentuk dengan menggambarkan nilai-nilai ordinat sesaat tegangan atau arus terhadap waktu. Gelombang AC mengubah polarisasi secara konstan p ada setiap setengah lingkaran menyeberangi garis normal di antara nilai maximum positif dan nilai maximum negatif terhadap waktu. Dengan kata lain gelombang listrik AC adalah sinyal yang bergantung pada waktu, jenis gelombang seperti ini secara umum disebut sebagai gelombang periodik. Gelombang periodik atau listrik AC adalah hasil dari perputaran generator elektrik. Secara umum, bentuk dari gelombang periodik apapun dapat dibuat menggunakan sebuah frekuensi sebagai dasar dan menggambungkannya dengan sinyal harmoni dari berbagai macam frekuensi dan amplitudo. Tegangan dan arus bolak-balik tidak dapat disimpan dalam baterai atau sel seperti arus searah, karena listrik AC lebih mudah dan murah dibangkitkan (dibuat) menggunakan alternator (pembalik) dan generator (penghasil) gelombang jika d iperlukan. Bentuk dan jenis gelombang listrik AC bergantung pada generator atau perangkat yang digunakan, tetapi semua gelombang listrik AC terdiri dari sebuah garis nol volt yang membagi gelombang ke dalam dua bagian yang simetris. Ciri utama gelombang listrik AC dinyatakan sebagai berikut : Karakteristik Gelombang AC
Periode (T) adalah lamanya waktu dalam detik yang dibutuhkan gelombang untuk mengulang (pembentukan satu gelombang, satu bukit dan satu lembah) dari awal hingga akhir. Pada gelombang kotak, periode disebut juga sebagai Lebar Pulsa. Frekuensi ( f ) adalah besaran yang menyatakan berapa kali gelombang berulang selama satu detik. Dengan kata lain banyaknya gelombang yang terbentuk dalam satu detik. Frekuensi adalah kebalikan dari periode waktu, ( f ( f = 1/T ) dengan besaran standar Hertz (Hz). Amplitudo adalah nilai besaran atau intensitas gelombang sinyal yang diukur dalam satuan volt atau ampere. Gelombang secara mendasar merupakan gambaran visual dari perubahan tegangan atau arus yang disesuaikan terhadap waktu. Secara umum, garis tengah horizontal menyatakan kondisi “nol” baik pada tegangan maupun arus. Bagian di atas axis (sumbu x) menyatakan tegangan atau arus yang mengalir pada suatu arah. Dan bagian di bawah axis menyatakan tegangan atau arus yang mengalir pada arah kebalikannya. Pada umumnya untuk gelombang sinusoidal yang ideal bentuk bagian atas dan bawahnya equivalen (sama). Akan tetapi pada sebagian besar sinyal listrik non-AC termasuk gelombang audio hal ini tidak selalu terjadi. Bentuk sinyal gelombang yang paling sering digunakan dalam ilmu listrik dan elektronika adalah gelombang sinusoidal. Meskipun begitu, gelombang AC tidak selalu memiliki bentuk yang halus seperti fungsi sinus dan cosinus pada matematika. Gelombang AC juga bisa berbentuk Gelombang Kompleks, Gelombang Persegi, dan Gelombang Segitiga seperti pada gambar di bawah ini.
Jenis-Jenis Gelombang Periodik Waktu yang diperlukan gelombang AC untuk menyelesaikan sebuah gelombang (satu bukit dan satu lembah) dari setengah lingkaran positif dan setengah lingkaran negatif. Waktu yang dibutuhkan bagi gelombang untuk menyelesaikan satu lingkaran disebut Waktu Periode, disimbolkan sebagai T. Jumlah lingkaran yang terbentuk dalam satu detik (putaran/detik) disebut frekuensi, disimbolkan f disimbolkan f . Frekuensi diukur dalam satuan Hertz (Hz), yang berasal dari nama seorang ahli fisika Jerman Heinrich Hertz. Hubungan Antara Frekuensi dan Periode Waktu
atau
Contoh 1. Berapa periode gelombang yang berfrekuensi 50 Hz? 2. Berapa frekuensi gelombang AC yang memiliki waktu periode 10 ms (milisekon)? Jawaban
1.
2.
Frekuensi pada awalnya disebut sebagai “putaran per detik” yang disingkat “cps” (cycle per second), tetapi saat ini lebih dikhususkan ke dalam unit khusus yang disebut “Hertz”. Untuk pasokan daya domestik frekuensi yang digunakan digunakan adalah 50 Hz atau 60 Hz tergantung pada ketetapan negara dan kecepatan generator. Tetapi satu hertz adalah unit yang sangat kecil sehingga untuk menunjukkan nilai frekuensi yang lebih tinggi pada umumnya digunakan prefiks seperti kHz, MHz, bahkan GHz. Prefiks
Definisi
Penulisan
Waktu Periode
Kilo
Ribu
kHz
1mS
Mega
Juta
MHz
1uS
Giga
Miliar
GHz
1nS
Terra
Triliun
THz
1pS
Amplitudo Gelombang AC Setelah mengetahui waktu periode dan frekuensi dari nilai yang bolak-balik, parameter penting yang lain pada gelombang AC adalah Amplitudo, yang lebih dikenal sebagai nilai puncak atau nilai maksimum yang diistilahkan sebagai Vmax untuk tegangan atau Imax untuk arus. Nilai puncak adalah nilai terbesar pada tegangan maupun arus yang dicapai gelombang pada setiap setengah lingkaran yang diukur menggunakan garis 0 volt. Tidak seperti arus atau tegangan listrik DC yang memiliki nilai yang tetap setelah dihitung menggunakann hukum Ohm, listrik AC memiliki nilai yag berubah seiring dengan waktu. Pada bentuk sinusoidal murni, nilai puncak akan selalu sama pada kedua bagian atau pada arah positif dan negatif (+Vm = -Vm) tetapi pada bentuk non-sinusoidal atau gelombang kompleks, nilai maksimum bisa menjadi sangat berbeda pada kedua arah. Pada arus bolakbalik biasanya menggunakan nilai peak-to-peak (puncak ke puncak), yang dituliskan sebagai nilai Vp-p . Vp-p adalah jarak atau jumlah tegangan puncak maksimum, +Vmax dan te gangan puncak minimum, -Vmax pada sebuah gelombang. Nilai Rata-Rata pada Gelombang AC Nilai rata-rata pada arus DC akan selalu sama dengan nilai maksimumnya sebagaimana kita ketahui bahwa arus DC memiliki nilai yang konstan. Nilai rerata tersebut hanya akan berubah jika siklus kerja arus DC berubah. Pada gelombang sinus ideal, nilai rerata dihitung dengan berdasarkan sebuah gelombang penuh sehingga nilai rata-rata akan menjadi nol karena bagian positif dan negatif saling menghilangkan. Jadi nilai rata-rata gelombang AC dihitung dengan hanya menggunakan setengah putaran sesuai gambar di bawah ini. Nilai Rata-Rata Gelombang Non-Sinusoidal
Untuk mencari nilai rata-rata gelombang tersebut, kita perlu menghitung daerah di bawah gelombang menggunakan aturan mid-ordinat, aturan trapesium atau aturan Simpson yang ditemukan dalam matematika. Perkiraan daerah di bawah gelombang yang tidak teratur dapat dengan mudah ditemukan dengan menggunakan aturan mid-ordinat. Garis d asar 0 volt dibagi menjadi beberapa bagian yang sama, sesuai pada contoh di atas, garis dasar dibagi menjadi sembilan (V 1 hingga V9). Semakin banyak garis ordinat yang digunakan, semakin akurat hasil nilai rerata yang didapatkan. Nilai rerata dinyatakan sebagai jumlah total semua nilai sesaat yang kemudian dibagi dengan jumlah nilai sesaat yang digunakan. Perhatikan persamaan berikut.
Keterangan : n = jumlah mid-ordinat yang digunakan Pada gelombang sinusoidal ideal, nilai rata-rata akan selalu sama dengan 0.637 x V max dan hubungan ini juga berlaku pada nilai rerata arus. Nilai Efektif Gelombang AC Nilai rata-rata dari sebuah gelombang AC tidaklah sama dengan nilai rata-rata yag dimiliki oleh sebuah gelombang DC. Hal ini disebabkan karena gelombang AC berubah secara konstan terhadap waktu dan energi panas yang diberikan oleh rumus (P= I 2.R) juga akan berubah sehingga akan menghasilkan pemakaian daya yang positif. Nilai rerata sebuah sistem arus bolak-balik yang memiliki daya yang sama terhadap beban dengan rangkaian DC yang equivalen disebut “nilai efektif”. Daya efektif dalam sebuah sistem arus bolak-balik sama dengan : (rata-rata dari I 2 . R). Karena daya berbanding lurus dengan arus yang diakarkuadratkan, maka arus efektif sama saja dengan: (rata-rata (rata-rata dari √ I √ I 2) Nilai efektif pada arus bolak-balik diukur berdasarkan nilai arus searah sehingga menghasilkan jumlah energi panas yang sama dalam nilai tahanan yang sama. Nilai efektif bagi gelombang AC dapat ditemukan dengan rumus nilai rerata yang telah dimodifikasi berikut ini :
Keterangan : n = jumlah mid-ordinat yang digunakan
Pada gelombang sinusoidal ideal, nilai efektif akan selalu sama dengan 1/√2 x Vmax atau 0,707 x Vmax dan hubungan ini juga berlaku bagi nilai efektif arus. Nilai efektif gelombang sinusoidal selalu lebih besar dari pada nilai rerata kecuali pada gelombang persegi. Dalam hal ini energi panas dikatakan konstan sehingga nilai rerata dan nilai efektif akan sama. Hampir seluruh multimeter, baik itu digital maupu analog selalu hanya akan mengukur nilai efektif pada tegangan dan arus, bukan nilai reratanya. Akan tetapi penggunaan multimeter pada sebuah arus searah maka hasil perngukuran akan sama dengan I = V/R dan pada arus bolak-balik adalah I efektif = = Vefektif /R. /R. Selain itu, diluar perhitungan daya, pada penghitungan nilai efektif atau nilai puncak tegangan, hanya nilai V efektif yang yang digunakan untuk mencari nilai I efektif dan dan menggunakan nilai tegangan puncak (V p) untuk mencari nilai arus puncak (I p). Jangan menggabungkan nilai rerata, nilai efektif, atau nilai puncak keduanya karena nilai-nilai tersebut sangatlah berbeda sehingga hasil yang diperoleh menjadi tidak tepat.
Listrik Arus Bolak balik (AC) 1. Tegangan dan Arus bolak-balik. Arus bolak-balik (Alternating curent) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah secara periodik dan tegangan bolak-balik adalah tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah ubah secara periodik. Besarnya arus dan tegangan bolak balik diukur dengan ampermeter dan voltmeter AC. Arus dan tegangan yang ditunjukkan merupakan harga efektifnya bukan harga maksimumnya. Berbeda dengan voltmeter dan ampermeter DC yang menunjukkan tegangan dan kuat arus searah yang sesungguhnya. a. Bentuk Tegangan dan Arus Bolak-Balik Listrik bolak-balik dihasilkan oleh generator listrik bolak-balik atau generator AC. Prinsip dasar generator arus bolak balik adalah sebuah kumparan berputar dengan kecepatan sudut ω yang berada di dalam medan magnet. Generator menghasilkan tegangan dan arus listrik induksi yang berbentuk sinusoida. Grafik tegangan berbentuk sinusoida maka secara matematis dirumuskan:
Contoh soal Hitung arus sesaat ketika sudut fase = 30° dan 200° dari suatu arus AC pada gambar berikut :
b. Kuat Arus dan Tegangan pada Fasor Hubungan amplitudo tegangan atau arus bolak balik dengan sudut fase dapat dinyatakan secara grafik dalam diagram fasor. Fasor digunakan untuk melukiskan tegangan atau arus listrik bolak balik. Panjang atau besar fasor menyetakan tegangan/arus maksimum. Arah fasor menyatakan sudut fase gelombang pada saat itu.
Dari diagram tersebut, sudut fase diukur terhadap sumbu mendatar berlawanan berlawanan arah putaran jarum jam. Karena arah fasor selalu berubah maka perlu ditentukan acuannya. Dalam acuan, nilai tegangan dan arus sesaat sama dengan proyeksi fasor pada sumbu Y yaitu:
Contoh Soal Misalkan ada dua tegangan listrik bolak-balik A dan B yang berbeda fase 90° dari fasor A. Seperti gambar dibawah, gambarlah fasornya :
Pembahasan 1). Fasor B sebagai acuan. Fasor B ketinggalan 90° dari fasor A. Panjang kedua fasor diambil dari perbandingan nilai maksimum kedua tegangan.
2). Fasor A sebagai acuan. Fasor A dgambarkan mendatar. Fasor B vertikal karena B ketinggalan dari A maka arah arah fasor B digambarkan kebawah.
Nilai Rata-rata dan Nilai Efektif Untuk menentukan nilai rata-rata dan nilai efektif suatu arus dan tegangan bolak-balik Anda harus mengetahui dulu pengertian tegangan maksimum dan arus maksimum. Tegangan maksimum (Vm) merupakan nilai terbesar tegangan listrik bolak-balik, sedangkan kuat arus maksimum (Im) merupakan nilai maksimum dari arus bolakbalik. 1) Nilai Rata-rata Arus Bolak-Balik (Ir) Nilai rata-rata arus bolak-balik adalah kuat arus bolak-balik yang nilainya setara dengan kuat arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama. Dirumuskan:
Im= arus maksimum (A) Ir= arus rata-rata (A) 2) Tegangan Dirumuskan:
Rata-rata
Arus
Bolak-Balik
(Vr)
dengan: Vr = tegangan rata-rata (volt) Vm = tegangan maksimum (volt) 3) Nilai Efektif Arus Bolak-Balik, Nilai efektif arus bolak-balik adalah arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah kalor
yang sama Dirumuskan:
ketika
melalui
suatu
resistor,dalam
waktu
yang
sama.
dengan: Ief= arus efektif (A) Im= arus maksimum (A) 4) Nilai Efektif Tegangan Bolak-Balik Nilai efektif tegangan bolak-balik adalah tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama. Dirumuskan: Keterangan : Vm= tegangan maksimum (A) Vef= tegangan efektif (V) Contoh Soal: 1. Suatu tegangan bolak-balik mempunyai nilai maksimum 140 V. Hitung tegangan efektif dan tegangan rata-ratanya! Pembahasan: 2. Suatu gelombang sinusoida arus bolak-balik mempunyai nilai maksimum 2 A. Berapa arus DC yang akan menghasilkan efek panas yang sama dengan arus bolak-balik ini? Pembahasan: Diketahui : Im = 2A Ditanya IDC = … ? Jawa b I D C = 0 , 7 0 7 . I m . = (0,707)(2) = 1,4 A Hubungan antara Arus, Tegangan, dan Hambatan pada Rangkaian Arus Bolak-Balik a. Resistor pada Rangkaian Arus Bolak-Balik Berikut merupakan sebuah rangkaian arus bolak-balik yang terdiri dari sebuah resistor dan generator AC.
Menurut hukum II Kirchoff, jumlah aljabar potensial dalam suatu loop = nol
b. Induktor pada Rangkaian Arus Bolak-Balik 1) Induktor Induktor adalah kumparan kawat yang dililitkan pada inti besi. Suatu induktor idealnya memiliki hambatan kawat nol. Hambatan induktor muncul jika induktor dialiri arus bolak-balik. Saat induktor dialiri listrik bolak-balik, terjadi perubahan fluk magnetik dalam kumparannya. Menurut Lenz, perubahan fluks magnetik menimbulkan GGL induksi yang melawan arus semula. Arus inilah yang menghambat arus yang datang, sehingga muncul hambatan pada induktor. Dari pengamatan suatu percobaan, besarnya GGL induksi pada kumparan sebanding dengan laju kenaikan arus yang masuk. Konstanta pembandingnya tergantung pada karakteristik induktor, yang dinamakan induktansi diri. Dirumuskan:
2) Induktor dalam Rangkaian AC Berikut merupakan suatu rangkaian arus bolak-balik yang terdiri dari sebuah induktor dan sumber listrik bolak-balik.
Gambar 2.9 Rangkaian seri induktor L dengan sumber Gambar 2.10 Grafik arus dan tegangan sebagai fungsi terlambat ½ π rad
tegangan AC waktu, arus
Dari grafik di atas diperoleh: Arus pada induktor merupakan fungsi sinus, maka GGL induksi yang dihasilkan adalah fungsi cosinus. Dirumuskan V = Vm sin ωt I = Im sin (ωt — 90°) — 90°) Hubungan antara arus maksimum Im dan tegangan induksi maksimum Vm adalah:
dengan: ωL = XL = 2πfL ω = kecepatan sudut L = induktansi diri kumparan Berbeda dengan resistor, reaktansi induktif besarnya tergantung pada frekuensi . Semakin tinggi frekuensi semakin besar reaktansi induktif. Untuk arus efektif, berlaku hubungan:
Contoh Soal 1. Dalam suatu rangkaian induktif listrik bolak-balik terdapat kumparan kawat kawat dengan L = 60 mH dan tegangan efektif 100 V. Hitung reaktansi induktif dalam rangkaian jika frekuensi listrik bolak-balik 60 Hz dan juga arus efektifnya!
c. Kapasitor pada Rangkaian Arus Bolak Balik Gambar berikut merupakan suatu rangkaian listrik bolak-balik dengan sebuah kapasitor.
Kuat arus yang mengalir melalui kapasitor dirumuskan
Bila didefinisikan reaktansi kapasitif ( XC ) sebagai
Bila didefinisikan reaktansi kapasitif ( XC ) sebagai
Contoh Soal Suatu kapasitor 6 μF dihubungkan dengan suatu listrik bolak balik, yang tegangan efektifnya 220 volt dan frekuensinya 60 Hz. Hitung reaktansi kapasitif dan arus efektif dalam rangkaian !
d. Rangkaian Seri RL
Gambar di atas merupakan suatu rangkaian yang terdiri dari induktor, resistor, dan sumber listrik bolak-balik. Dengan induktor dan resistor dihubungkan seri, sehingga arus yang mengalir pada kedua komponen ini sama besar. Tegangan pada resistor = VR= I.R Tegangan pada induktor= VL=I.XL Dari pembahasan sebelumnya, untuk induktor arus ketinggalan 90° dari VL dan untuk resistor arus sefase dengan VR. Maka gambar fasor untuk VR, VL dan I adalah:
Kesimpulan: Pada rangkaian RL, tegangan total mendahului arus dengan sudut fase θ. Impedansi rangkaian RL V = I.R VL = I.XL Pada persamaan diatas VT/I mempunyai satuan sama dengan hambatan. Besaran ini didefinisikan sebagai impedansi Z.
e. Rangkaian Seri RC Gambar berikut suatu rangkaian yang terdiri dari kapasitor, resistor, dan sumber listrik bolakbalik. Dari gambar berikut.
Gambar 2.13 Rangkaian seri resistor dan kapasitor Tegangan pada resistor VR = I.R Tegangan pada capasitor VC = I.XC Dar i pembaha san sebelumn ya, untuk kapasitor arus/mendahului 90° dari Vc dan resistor arus/sefase dengan VR. Maka gambar fasor untuk VR, VC, dan I adalah
Pada rangkaian RC, tegangan total ketinggalan dari arus dengan sudut fase θ Impedansi Impedansi rangkaian RC
Contoh Soal Suatu resistor dari 30 Ω dan kapasitor XC = 40Ω dihubungkan seri dengan arus bolak -balik dari 120 V. Hitung Z, θ , I, VR ,dan Vc! Pembahasan:
f. Rangkaian Seri RLC Gambar berikut suatu rangkaian yang terdiri dari kapasitor, resistor, dan sumber listrik bolakbalik. Dari gambar berikut.
Tegangan pada resistor:VR = I.R Tegangan pada kapasitor: VC = I.Xc Tegangan pada kapasitor: VL = I.XL Telah kita pelajari bahwa: 1) . Tegangan r esi st or sefa se dengan arus yang melal ui r es i st or . 2) . Tegangan indukt or mendahului arus yang melal ui indukt or 90 ° . 3) . Tegangan ka pa si t or ket inggalan dar i arus sebesar 90 ° . Diagram fasor VR, VL, dan VC
1. Ji ka VL > VC ata u (XL > XC ) r angkaian ber si fat induktif sehingga θ pos i t ip dan VT akan mendahului arus.
2. Ji ka VL < VC ata u (XL < XC ) r angkaian ber sifat capasitif sehingga θ negat ip dan VT akan ket inggalan arus.
Contoh Soal Suatu rangkaian terdiri dari resistor 8 Ω, induktor XL= 3 Ω dan kapasitor XC=9 Ω. Hitung impedanzi totalnya!.
g. Resonansi Pada rangkaian RLC besar impedansi tergantung pada frekuensi. Ketika frekuensi dinaikkan XL bertambah tetapi XC berkurang be rkurang sehingga impedanzi. Akan berubah nilainya. Frekuensi dapat diatur sehingga XL = XC yang disebut rangkaian dikatakan berada dalam resonansi
Ketika frekuensi pada posisi resonansi
C. Uji Kompetensi 1. Persamaan kuat arus (I) dan tegangan (V) untuk rangkaian kapasitor dengan sumber tegangan bolak balik adalah ….. A. I = Imax sin ωt dan V = Vmax sin ωt B. I = Imax cos ωt dan V = Vmax cos ωt C. I = Imax sin (ωt – 90°) dan V = Vmax sin ωt D. I = Imax sin (ωt + 90o) dan V = Vmax sin ωt E. I = Imax sin (ωt – 90o) dan V = Vmax sin (ωt – 90o) 2. Arus bolak balik yang melalui hambatan 10 mempunyai mempunyai tegangan maksimum 100√2 V. Besar arus efektif yang melalui hambatan ialah ….. A. 10 A B. 10√2 A C. 5 A D. 5√2 A E. √2 A Sebuah resistor (R) dan sebuah kumparan (L) dihubungkan secara seri pada sumber tegangan AC 100V. Besar tegangan antara kedua ujung kumparan dan resistor sama. Maka masing-masing masing-masing tegangannya adalah … A. 25√2 V B. 50 V C. 50√2 V D. 5√2 V E. √2 V 4. Suatu rangkaian seri resistor 20 dan kapasitor 1μF dihubungkan ke s umber AC dengan frekuensi anguler 250 rad/s. Besar induktansi induktor yang harus dipasang seri dengan rangkaian agar terjadi resonansi adalah ……. A. 4 H B. 8 H C. 16 H D. 4π H E. 8π H 5. Pada rangkaian seri RLC frekuensi resonansi reso nansi dapat diperkecil dengan …… A. memperkecil R B. memperbesar L C. memperbesar tegangan D. memperkecil C E. memperkecil arus
6. Suatu tegangan bolak-balik mempunyai nilai maksimum 160 V. Besar tegangan efektif dan tegangan rata-ratanya rata-ratanya adalah…. A. 80√2 dan 320/π B. 100√2 dan 320/π C. 80√2 dan π D. 320√2 dan 320/π E. 320√2 dan π 8. Suatu kumparan kawat yang menghasilkan men ghasilkan GGL induksi sebesar 12 volt dialiri arus yang berubah dari 6 Ampere menjadi 12 Ampere dalam waktu 3 detik. Besar induktansi diri kumparan tersebut adalah ………….. A. 6 H B. 10 H C. 12 H D. 20 H E. 24 H 9. Sebuah hambatan, sebuah induktor dan sebuah kapasitor dihubungkan seri. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Jika terjadi te rjadi resonansi dalam rangkaian itu maka ……. A. XL=R B. XL=ωL C. XL>XC D. XC<ωC E. XL=XC 10. Pada rangkaian AC terlukis dibawah, impedansinya adalah ……..
A. 13 ohm B. 17 ohm C. 20 ohm D. 25 ohm E. 35 ohm 11. Pada rangkaian dibawah ini pembacaan ampermeter A adalah 0,2 Ampere dan pembacaan voltmeter V adalah 10 volt. Kalau kumparan dilepaskan dari rangkaian kemudian hambatannya diukur dengan ohm meter hasilnya adalah 30 ohm. Dari semua daftar tersebut reaktansi re aktansi induktif kumparan adalah …………
A. 20 ohm, B. 30 ohm C. 40 ohm D. 50 ohm E. 80 ohm 12. Grafik berikut ini menggambarkan hubungan I dan V terhadap t untuk induktor yang dialiri arus adalah ……….
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5 13. Faktor yang berpengaruh terhadap rektansi induksi adalah …….
A. Tegangan listriknya B. Jenis bahan induktor C. Kuat arus listriknya D. Tebal kawat induktor E. Frekuensi arus 14. Rangkaian seri RLC dengan nilai R=30 ohm, L = 40 mH dan C= 50 μF dihubungkan pada sumber listrik. Rangkaian Rang kaian ini akan beresonansi pada frekuensi ………
15. Sebuah kapasitor dialiri arus bolak balik dengan frekuensi f, tegangan V dan mengalirkan arus I. Jika V tetap dan f dijadikan 2 kali semula, maka kuat arus yang mengalir menjadi.. A. ½ I B. I C. 2I D. 4I E. 8I II Kerjakan soal-soal dibawah ini dengan baik dan benar! 1. Sebuah volt meter menunjukkan angka 100V, tentukan tegangan efektif dan tegangan maksimumnya ! Jawab: ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 2. Berapa induktansi diri suatu kumparan kawat yan g menginduksikan GGL sebesar 12 Volt ketika arus yang mengalir melalui kumparan berubah dari 6 Ampere sampai 12 Ampere dalam waktu 2 detik ? Jawab: ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 3. Reaktansi kapasitif sebuah kapasitor pada frekuensi 50 Hz adalah 200 Ohm. Tentukan kapasitas kapasitor! Jawab: ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 4. Suatu rangkaian R-L-C dipasang pada tegangan te gangan listrik bolak balik yang nilai efektifnya efe ktifnya 100 Volt dan frekuensinya 60 Hz. Bila R=100 Ohm, L=26,5 mH, dan C=106 F. Tentukan beda potensial dalam Volt antara ujung-ujung L ! Jawab: ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… 5. Suatu rangkaian resonansi disusun secara seri mempunyai induktor 0,1 H, kapasitor 1,014 F dan hambatan 5 Ohm dihuungkan dari sumber 50 V. Hitunglah: a. impedansi b. fase, arus, dan tegangan tiap-tiap elemen/komponen dalam rangkaian itu. Jawab: a. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… b…………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………. Iklan Report this ad Report this ad Acara Akan Datang Tak ada acara mendatang Materi telah lalu Materi telah lalu
Komponen Pasif di Rangkaian AC
Rangkaian listrik dan elektronik terdiri dari berbagai komponen yang terhubung bersama untuk membentuk rangkaian yang lengkap dan tak terbatas. Tiga komponen pasif utama yang digunakan dalam rangkaian adalah: Resistor, Kapasitor dan Induktor. Ketiga komponen pasif ini memiliki satu kesamaan, mereka membatasi aliran arus listrik melalui rangkaian namun dengan cara yang sangat berbeda. Arus listrik bisa mengalir melalui rangkaian dengan dua cara. Jika mengalir dalam satu arah tetap hanya itu digolongkan sebagai arus searah, (DC). Jika arus listrik bergantian di kedua arah bolak-balik maka digolongkan sebagai arus bolak-balik, (AC). Meskipun mereka menyajikan impedansi dalam suatu rangkaian, komponen pasif di rangkaian AC berperilaku sangat berbeda dengan rangkaian dengan rangkaian DC. Komponen pasif mengkonsumsi energi listrik dan oleh karena itu tidak dapat menambah atau memperkuat kekuatan sinyal listrik apa pun yang diterapkan pada mereka, hanya karena bersifat pasif dan karena itu akan selalu memiliki gain kurang dari satu. Komponen pasif yang digunakan dalam rangkaian listrik dan elektronik dapat dihubungkan dalam jumlah tak terbatas seperti yang ditunjukkan di bawah ini, dengan pengoperasian rangkaian ini bergantung pada interaksi antara sifat listriknya yang be rbeda. Komponen Pasif di Rangkaian AC
Dimana:
R
adalah
resistansi,
C
adalah
kapasitansi
dan
L
adalah
induktansi.
Resistor yang digunakan di rangkaian DC atau AC akan selalu memiliki nilai resistansi yang sama, tidak peduli frekuensi supply. Hal ini karena resistor digolongkan menjadi murni yang memiliki sifat parasit seperti kapasitansi tak berhingga C = ∞ dan nol induktansi L = 0. Juga untuk rangkaian resistif, tegangan dan arus selalu dalam fase sehingga daya yang dikonsumsi pada setiap saat dapat ditemukan dengan mengalikan tegangan dengan arus pada saat itu juga.
Kapasitor dan induktor di sisi lain, memiliki tipe resistansi AC yang berbeda yang dikenal sebagai reaktansi , ( XL, XC ). Reaktansi juga menghambat arus, namun jumlah reaktansi bukanlah kuantitas tetap untuk satu induktor atau kapasitor dengan cara yang sama seperti resistor yang memiliki nilai resistansi tetap. Nilai reaktansi dari induktor atau kapasitor bergantung pada frekuensi arus supply dan juga pada nilai DC komponen itu sendiri. Berikut ini adalah daftar komponen pasif yang biasa digunakan di rangkaian AC bersamaan dengan persamaan yang sesuai yang dapat digunakan untuk menemukan nilai atau arus rangkaianya. Perhatikan bahwa kapasitor atau induktor (murni) yang benar-benar sempurna tidak memiliki hambatan. Namun di kenyataanya mereka akan selalu memiliki nilai resistif sekecil apa pun.
Rangkaian Resistif yang Murni Resistor - Resistor menyetel, menghambat atau mengatur aliran arus melalui jalur tertentu atau memaksakan pengurangan tegangan pada rangkaian listrik sebagai akibat aliran arus ini. Resistor memiliki bentuk impedansi yang secara sederhana disebut resistansi , ( R ) dengan nilai resistif resistor yang diukur dalam Ohm, Ω. Resistor bisa berupa nilai tetap atau nilai variabel (potensiometer).
Rangkaian Kapasitif Murni Capacitor - Kapasitor adalah komponen yang memiliki kemampuan atau "kapasitas" untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik seperti baterai kecil. Nilai kapasitansi dari sebuah kapasitor diukur dalam Farads, F. Pada kapasitor DC memiliki impedansi tak terbatas (open-circuit), ( X C ) sedangkan pada frekuensi sangat tinggi kapasitor memiliki impedansi nol (hubung pendek).
Rangkaian Induktif Murni Inductor - Induktor adalah kumparan kawat yang menginduksi medan magnet di dalam dirinya sendiri atau di dalam inti pusat sebagai akibat langsung dari arus yang melewati kumparan. Nilai induktansi dari sebuah induktor diukur dalam henrie, H. Pada DC sebuah
induktor memiliki impedansi nol (hubung pendek), sedangkan pada frekuensi tinggi induktor memiliki impedansi tak terbatas (open-circuit), ( X L ).
Rangkaian AC Seri Komponen pasif dalam rangkaian AC dapat dihubungkan bersama dalam kombinasi seri untuk membentuk rangkaian RC, RL dan LC seperti yang ditunjukkan. Rangkaian RC Seri
Rangkaian RL Seri
Rangkaian LC Seri
Rangkaian AC paralel Komponen pasif di rangkaian AC juga dapat dihubungkan bersamaan dalam kombinasi paralel untuk membentuk rangkaian RC, RL dan LC seperti yang ditunjukkan. Rangkaian RC Paralel
Rangkaian RL Paralel
Rangkaian LC Paralel
Rangkaian
RLC
Pasif
Ketiga komponen pasif di rangkaian AC juga dapat dihubungkan bersamaan dalam rangkaian RLC dan kombinasi RLC paralel seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Rangkaian RLC Seri
Rangkaian RLC Paralel
Kita telah melihat di atas bahwa komponen pasif di rangkaian AC berperilaku sangat berbeda daripada saat dihubungkan dalam rangkaian DC karena pengaruh frekuensi, ( ƒ ). Dalam rangkaian resistif murni, arus dalam-fase dengan tegangan. Dalam rangkaian kapasitif murni arus di kapasitor memimpin tegangan pada 90 o dan dalam rangkaian induktif murni, arusnya tertinggal pada tegangan 90 o. Perlawanan terhadap arus yang mengalir melalui komponen pasif dalam rangkaian AC disebut: Resistansi, R untuk sebuah resistor, Reaktansi kapasitif , XC untuk sebuah kapasitor
dan Reaktansi induktif , XL untuk sebuah induktor. Kombinasi resistansi dan reaktansi disebut Impedansi. Dalam rangkaian seri, jumlah fasor dari tegangan di seluruh komponen rangkaian adalah sama dengan supply tegangan, VS. Pada rangkaian paralel, jumlah fasor dari arus yang mengalir di setiap cabang dan karena itu melalui masing-masing komponen rangkaian adalah sama dengan arus supply, I S.
Untuk kedua paralel dan seri terhubung rangkaian RLC, ketika arus supply “dalam -fase” dengan supply tegangan rangkaian resonansi terjadi sebagai X L = XC. Sebuah Rangkaian Resonasi Seri dikenal sebagai Rangkaian Akseptor . Sebuah Rangkaian Resonasi Paralel dikenal sebagai Rangkaian Rejecter .
