112440787-gejala-transien.docx

GEJALA TRANSIEN Praktikan: Andika Mahendra (13110053) Asisten: Rizaldy Azhar (13208036) Waktu Percobaan: 22 September 2011 EL 2193-Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB

Abstrak Pada praktikum ini dilakukan pengamatan tentang gejala transien yang terjadi pada suatu rangkaian penyimpan energi. Gejala tersebut timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan rangkaian tersebut tidak dapat berubah seketika. Respon tersebut diantaranya yaitu respon natural, respon paksa, dan respon lengkap suatu rangkaian. Percobaan ini menggunakan rangkaian yang terdiri dari kapasitor, inductor, resistor dan dua saklar yang sudah mempunyai pengatur otomatis yang dikendalikan oleh suatu rangkaian. Kemudian dilakukan pembacaan tegangan terhadap waktu melalui osiloskop. Pada akhir dari percobaan diperoleh kesimpulan bahwa respon lengkap terjadi pada rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi.

𝑉𝑡 = 𝑉𝑛 + 𝑉𝑓 𝑡

𝑉𝑡 = 𝑉𝑠𝑠 + (𝑉0 − 𝑉𝑠𝑠 )𝑒 −τ Ket:

Vt = Respon Lengkap Vn = Respon Natural Vf = Respon Paksa

Pada kapasitor terdapat dua kejadian yang berpengaruh pada gejala transien, yaitu pengisian energy (charging) dan pengosongan energy (discharging).

Kata kunci: Gejala transien, respon, tegangan. Pendahuluan

Pada percobaan ini dilakukan pengamatan terhadap gejala transien yang terjadi pada rangkaian yang memiliki komponen penyimpanan energi seperti induktor dan kapasitor. Kemudian dilakukan perbandingan terhadap hasil percobaan dengan teoriteori yang terkait. Percobaan ini memiliki tujuan sebagai berikut: Mempelajari respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga.



Menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari respons waktu rangkaian.



Mengamati pengaruh sumber tegangan bebas terhadap tegangan transien rangkaian RC.

2.

𝑉𝑡 = 𝑉𝑠𝑠 (1 − 𝑒 −𝑡/τ ) Sedangkan pada pengosongan tegangan kapasitor ditunjukkan pada gambar di bawah.

pada

Dasar Teori

Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi seperti induktor dan/atau kapasitor. Gejala ini timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan oleh komponen tersebut tidak dapat berubah seketika (arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor). Pada rangkaian tersebut terjadi suatu respon rangkaian yang disebut dengan respon lengkap. Respon lengkap terdiri dari respon alami (natural response) dan respon paksa (forced response), dimana hal tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

Keadaan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan sbb: 𝑉𝑡 = 𝑉𝑠𝑠 + (𝑉0 − 𝑉𝑠𝑠 )𝑒 −𝑡/τ

1



Gambar di atas menggambarkan tentang perubahan tegangan terhadap waktu pada saat pengisian tegangan kapasitor, hal tersebut dapat dirumuskan sbb:

Halaman

1.

3.

3.3 Percobaan 3

Metodologi

Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:      

Kit Transien Osiloskop Sumber daya DC Multimeter Kabel 4mm-4mm Kabel BNC-4mm

amati hasil pada osiloskop

(1 buah) (1 buah) (1 buah) (1 buah) (max. 10 buah) (max. 3 buah)

buat rangkaian seperti gambar dibawah ini

variasikan nilai sumber tehgangan, R1, R2, C1 dan C2

Pada percobaan ini dilakukan beberapa langkap berikut: 3.1 Percobaan 1

kosongkan kapasitor dengan menghubungsingkatkan kakinya

amati hasil pada osiloskop

Gambar 3.3-1 Rangkaian untuk Percobaan 3

set nilai R1, R2, C1, dan C2

3.4 Percobaan 4

kalibrasi osiloskop dan sambungkan ke rangkaian

ukur nilai RL

buat rangkaian seperti gambar dibawah ini catat Rvar saat critically damped

pasang oscilator pada Vc di channel 1

amati hasil pada osiloskop

pasang generator sinyal pada channel 2

variasikan nilai Rvar

Gambar 3.1-1 Rangkaian untuk Percobaan 1 dan Percobaan 2

3.2 Percobaan 2

Hasil dan Analisis

4.1

Percobaan 1 dan Percobaan 2

Pada percobaan ini digunakan tegangan AC dari jalajala dan tegangan sumber DC sebesar 5 volt. Komponen-komponen yang digunakan memiliki nilai sbb: R1 = 2,2 kΩ R2 = 4,7 kΩ C1 = 220 nF C2 = 470 nF Pada percobaan 1 didapatkan data pembacaan osiloskop dan output pada osiloskop seperti gambar di bawah ini.

2

variasikan nilai R1, R2, C1 dan C2

Halaman

gunakan rangkaian percobaan 1

amati hasil pada osiloskop

4.

C2= 470nF Chanel 1 Vmax= 5 V Vt= 4 V t = 1 ms

τ lab τ t1= 2,48 x 10-4 s τ t0= 1,27 x 10-3 τ t2= 5,77 x 10-4

Vmax= 3,2 V V0= 2 V t0= 0,4 ms

R1= 4,7kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 470nF

Chanel 2 Vmax= 1,6 V Vt= 0,8 V t = 0,4 ms

τ lab τ t1= 1,12 x 10-3 s τ t0= 8,51 x 10-4 s τ t2= 8,65 x 10-3 s Dari data tersebut dapat dilakukan perhitungan terhadap nilai τ pada setiap keadaan. Pada pegisian kapasitor 1 berlaku rumus: 𝑉 = 𝑉 (1 − 𝑒 −𝑡/τ ) −𝑡 𝜏= Vmax − Vt 𝑙𝑛 𝑉𝑚𝑎𝑥 τ= 4,97x 10-4 s

τ= RC = 4,84 x 10-4 s Pada pengosongan kapasitor 1 berlaku rumus: 𝑉𝑡 = 𝑉𝑠𝑠 + (𝑉0 − 𝑉𝑠𝑠 )𝑒 −𝑡/τ −𝑡 𝜏= Vt 𝑙𝑛 𝑉𝑚𝑎𝑥

τ= 8,51 x 10-4 s Pada pegisian kapasitor 2 berlaku rumus: 𝑉 = 𝑉 (1 − 𝑒 −𝑡/τ ) 𝑡

Teori:

τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 4,25 x 10-4 s τ t2= 2,88 x 10-4 s R1= 2,2kΩ R2= 10kΩ C1= 220nF C2= 470nF

τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 1,27 x 10-3 s τ t2= 1,73 x 10-3 s

Vmax= 1,6V Vt= 0,8V t = 0,6ms

Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,4ms τ hitung τ t1=1,034 x 10-3 s τ t2= 2,209 x 10-3 s

Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms

Vmax= 1,6V Vt= 1,2V t = 0,4ms

Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,2ms τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 1,034x 10-3 s

Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms

Vmax= 1,6V Vt= 0,8V t = 1,2ms

Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,6ms τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 4,7 x 10-3 s

𝑠𝑠

τ= 5,7 x 10-3 s τ= RC = 2,209 x 10-3 s

Sedangkan pada percobaan 2 didapatkan data pembacaan osiloskop sbb. Komponen Chanel 1 Chanel 2 R1= 1kΩ Vmax= 5V Vmax= 1,6V R2= 4,7kΩ Vt= 4V Vt= 0,8V C1= 220nF t = 0,4ms t = 0,4ms

R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 100nF C2= 470nF

τ lab τ t1= 2,79 x 10-4 s τ t0= 5,77 x 10-4 τ t2= 5,77 x 10-4 s

Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 0,5ms

Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,4ms

Vmax= 4V V0= 2V t0= 0,4ms τ hitung τ t1= 2,2 x 10-4 s τ t2= 2,209 x 10-3 s

3

Teori:

𝑠𝑠

Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 2ms

Halaman

𝑡

R1= 2,2kΩ R2= 2,2kΩ C1= 220nF C2= 470nF

Vmax= 3,2V V0= 2V t0= 0,6ms τ hitung τ t1= 2,2 x 10-4 s τ t2= 2,209 x 10-3 s

4.2

R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 220nF

τ lab τ t1= 5,58 x 10-4 s τ t0= 5,46 x 10-4 s τ t2= 2,72 x 10-4 s R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 220nF C2= 1000nF

τ lab τ t1= 6,21 x 10-4 s τ t0= 8,65 x 10-4 s τ t2= 4,32 x 10-4 s

Vmax= 2,4V Vt= 2V t = 2ms

Vmax= 2,2V V0= 2V t0= 0,5ms τ hitung τ t1= 1,034 x 10-3 s τ t2= 2,209 x 10-3 s

Vmax= 4,8V Vt= 4V t = 1ms

2V

Vmax= 2,6V Vt= 2V t = 0,4ms

Ket: τ t1= pengisian C1 τ t0= pengosongan C1 τ t2= pengisian C2 Pada percobaan ini terjadi beberapa nilai penyimpangan antara hasil perhitungan dengan hasil pengamatan. Penyimpangan ini terjadi karena beberapa faktor diantaranya pengaturan time/div yang terlalu besar, sehingga skala yang terbaca kurang presisi, selain itu penyimpangan tersebut terjadi disebabkan karena terkadang kapasitor yang digunakan tidak dihubungsingkatkan terlebih dahulu, sehingga data yang didapatkan kurang presisi. Namun pada umumnya dari percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa semakin kecil nilai resistor maupun kapasitor, semakin kecil juga time respon, sehingga konstanta waktu semakin kecil.

Vmax= 2,6V V0= 1,6V t0= 0,4ms Vmax= 2V Vt= 1,2V t = 0,4ms

Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,6ms

τ perc1 : τ 4v : τ 2V = 4,97x 10-4 s: 5,7 x 10-4 s : 4,36 x 10-4 s = 1,13 : 1,30 : 1 Dari data tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa besarnya V tidak berpengaruh terhadap besar τ. Namun karena beberapa kesalahan, hal tersebut tidak dapat dibuktikn pada percobaan ini, hal ini karena sebelum digunakan kapasitor tidak dihubung-singkatkan terlebih dahulu sehingga hal tersebut berpengaruh pada hasil data yang didapatkan.

Vmax= 0,8V Vt= 0,4V t = 0,6ms

Vmax= 4V V0= 2V t0= 0,6ms τ hitung τ t1=4,84 x 10-4 s τ t2= 4,7 x 10-3 s

Chanel 2 Vmax= 1,2V Vt= 0,8V t = 0,8ms

Vmax= 1,2V V0= 0,8V t0= 0,4ms

Vmax= 2,4V V0= 0,8V t0= 0,6ms τ hitung τ t1= 4,84 x 10-4 s τ t2= 1,034 x 10-4 s

Vmax= 5V Vt= 4V t = 1ms

Chanel 1 Vmax= 4V Vt= 2V t = 0,4ms

4.3

Percobaan 4

Besar R variabel saat critical dumped = 1 kΩ Pada percobaan ini dapat kita amati bahwa harga R dan C berpengaruh pada gejala transient baik itu pada kasus over dumped, underdumped maupun critically damped. 5.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh, dapat ditarik kesimpulan bahwa 

Gejala transien akan terjadi pada rangakain yang mengandung komponen penyimpan eneriy.



Semakin kecil nilai resistor dan kapasitor, semakin kecil juga time respon, sehingga konstanta waktu semakin kecil.

4

τ lab τ t1= 9,81 x 10-4 s τ t0= 5,24 x 10-3 s τ t2= 1,11 x 10-3 s

Vmax= 4,6V Vt= 4V t = 2ms

Halaman

R1= 2,2kΩ R2= 4,7kΩ C1= 470nF C2= 470nF

Percobaan 3

Sumber Tegangan 4V



Pada rangkaian yang memiliki komponen penyimpan energy terdapat respon yang terdiri dari respon natural dan paksa.



Terjadinya dumping pada rangkaian orde dua.

[1]

Alexander, Charles K.,and Sadiku, Matthew N.O. Fundamentals of Electric Circuit. New York: The McGraw Hill Companies, 2007.

[2]

Mervin T.Hutabarat, dkk ,Petunjuk Pratikum Rangkaian Elektrik, 37-41, Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI - ITB, 2009.

5

Daftar Pustaka

Halaman

6.