KuliMaya: MATERI PELAJARAN : RANGKAIAN RLC

Rangkaian R L C - Rangkaian RLC adalah rangkaian elektronika yang didalamnya terdapat tiga buah komponen, yakni resistor, induktor, dan kapasitor. Rangkaian tersebut bisa dihubungkan dalam bentuk seri maupun paralel sesuai kebutuhan dari si pembuat rangkaian itu sendiri. Karakteristik Resistor, Induktor dan Kapasitor

1. Karakteristik Resistor

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat diboroskan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi.

Fungsinya :

Menghambat arus listrik
Pembagi tegangan
Pengatur volume (potensiometer)
Pengatur kecepatan motor (rheostat)
Dll tergantung disain komponen

2. karakteristik induktor

karakteristik dari induktor adalah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday
Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya

3. karakteristik kapasitor:

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.
fungsinya:menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik

Penamaan rangkaian RLC ini bukan tanpa alasan, karena nama RLC menjadi sebuah simbol listrik untuk ketahanan, induktansi, serta kapasitansi. Pada kesempatan kali ini belajarelektronika akan membahas lebih lanjut terkait rangkaian RLC beserta dengan jenis-jenisnya. Oleh karena itu bagi anda yang penasaran dengan informasi lengkapnya, simak baik-baik ulasan belajarelektronika.net berikut ini.

Rangkaian RLC dapat membentuk sebuah sistem persamaan diferensial orde kedua atau bisa juga dua persamaan diferensial orde pertama, dimana persamaan diferensial tersebut diselesaikan secara simultan. Berikut adalah rumus frekwensi resonansi dari rangkaian RLC yang harus anda ketahui.

Dalam rangkaian RLC, kita mengenal dua jenis bagiannya yakni rangkaian RLC seri dan rangkaian RLC paralel. Perbedaan dari kedua rangkaian tersebut tentunya terletak pada penyusunan komponen resistor, induktor, dan kapasitornya, dimana yang satu dipasang secara seri, dan yang satunya lagi dipasang secara paralel.

Perbedaan model pemasangan tersebut bukan tanpa maksud. Terdapat beberapa perbedaan hasil yang ditampilkan oleh kedua rangkaian tersebut. Berikut ini adalah penjabaran lebih lanjut mengenai rangkaian RLC seri dan rangkaian RLC paralel secara lebih lengkap.

A. Rangkaian RLC Seri

Rangkaian seri RLC adalah rangkaian elektronika yang tersusun atas resistor, induktor, dan kapasitor yang dihubungkan secara seri, dengan sumber tegangan bolak-balik atau tegangan AC. Pada rangkaian RLC seri, hambatan arus tegangan sefase, induktor tegangan mendahului arus, serta kapasitor tagangan didahului arus.

Rangkaian R-L-C seri, sifat rangkaian seri dari sebuah resistor dan sebuah induktor yang dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik sinusioda adalah terjadinya pembagian tegangan di (vR), (vL) dan (vC) secara vektoris. Arus (i) yang mengalir pada hubungan seri adalah sama besar. Arus (i) tertinggal 90 derajad terhadap tegangan induktor (v_L). Tidak terjadi perbedaan fasa antara tegangan jatuh pada resistor (v_R) dan arus (i). Gambar dibawah memperlihatkan rangkaian seri R-L-C dan hubungan arus (i), tegangan resistor (v_R), tegangan kapasitor (v_C) dan tegangan induktor (v_L) secara vektoris.

Suatu alat listrik arus bolak-balik dapat juga memiliki berbagai macam reaktansi, seperti misalnya hubungan seri yang terdiri dari resistor (R), reaktansi induktif (XL) dan raktansi kapasitif (XC). Dengan demikian besarnya tegangan total (v) sama dengan jumlah dari tegangan pada resistor (vR), kapasitor (vC) dan tegangan pada induktor (vL). Dengan banyaknya tegangan dengan bentuk gelombang yang serupa, sehingga terjadi hubungan yang tidak jelas. Oleh karena itu hubungan tegangan lebih baik dijelaskan dengan menggunakan diagram fasor.

Melalui ketiga resistansi (R), (XL) dan (XC) mengalir arus (i) yang sama. Oleh sebab itu fasor arus diletakkan pada t = 0. Tegangan (v) pada resistor (R) berada satu fasa dengan arus (i). Tegangan (vL) pada reaktansi induktif (XL) mendahului sejauh 90o terhadap arus (i), sedangkan tegangan (vC) pada reaktansi kapasitif (XC) tertinggal sejauh 90o terhadap arus (i). Kedua tegangan reaktif mempunyai arah saling berlawanan, dimana selisihnya ditunjukkan sebagai tegangan (vS). Tegangan total (v) merupakan fasor jumlah dari tegangan (vL) dan tegangan (vC) sebagai hasil diagonal persegi panjang antara tegangan (vL) dan tegangan (vC).

Bila tegangan jatuh pada reaktif induktif (vL) lebih besar dari tegangan jatuh pada reaktif kapasitif (vC), maka tegangan total (v) mendahului arus (i), maka rangkaian seri ini cenderung bersifat induktif. Sebaliknya bila tegangan jatuh pada reaktif induktif (vL) lebih kecil dari tegangan jatuh pada reaktif kapasitif (vC), maka tegangan total (v) tertinggal terhadap arus (i), maka rangkaian seri ini cenderung bersifat kapasitif.

Untuk menghitung hubungan seri antara R, XL dan XC pada setiap diagram fasor kita ambil segitiga tegangan. Dari sini dapat dibangun segitiga resistor, yang terdiri dari resistor (R), reaktif (X) dan impedansi (Z).

Berdasarkan tegangan reaktif (vS) yang merupakan selisih dari tegangan reaktif induktif (vL) dan tegangan reaktif kapasitif (vC), maka resistor reaktif (X= XLS=XCS) merupakan selisih dari reaktansi (XL) dan (XC). Sehingga didapatkan hubungan tegangan (v) seperti persamaan vektoris berikut;

Maka untuk resistansi semu (impedansi Z) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

dimana

Dalam rangkaian seri ada 3 kemungkinan yang terjadi, yaitu:

XL>XC => maka tg θ positif berarti tegangan mendahului arus (rangkaian bersifat induktif).

XL<XC => maka tg θ negatif berarti arus mendahului tegangan (rangkaian bersifat kapasitif/reduktif).

XL=XC => maka tg θ = 0 sehingga Z = R Jadi di dalam rangkaian hanya ada hambatan R, dan dikatakan pada rangkaian terjadi resonansi seri (rangiaian bersifat resistif).

Ketiga kemungkinan tersebut terjadi disebabkan oleh frekuensi. Jika frekuensi besar maka XL besar dan XC rendah. Jika frekuensi kecil maka XL kecil dan XC tinggi

§ Rangkaian RLC seri memiliki sebuah induktansi dan capasitansi

§ Besar arus yang mengalir dalam rangkaian adalah sama

Dalam rangkaian ini, tiga komponen adalah dalam seri dengan sumber tegangan

Dimana

adalah tegangan di R, L dan C masing-masing
dan
adalah waktu bervariasi tegangan dari sumber

Karena XL>XC maka rangkaian bersifat induktif

B. Rangkaian RLC Paralel

Rangkaian seri RLC adalah rangkaian elektronika yang tersusun atas resistor, induktor, dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel, dengan sumber tegangan bolak-balik atau tegangan AC. Pada rangkaian RLC paralel, terjadi pembagian arus listrik dari sumber menjadi tiga, yakni mengarah ke resistor, induktor, dan kapasitor.

Rangkaian R-L-C paralel, sifat dari rangkaian paralel adalah terjadi percabangan arus dari sumber (i) menjadi tiga, yaitu arus yang menuju arus yang menuju resistor (iR), induktor (iL) dan kapasitor (iC). Sedangkan tegangan jatuh pada resistor (vR), pada induktor (vL) dan pada kapasitor (vC) sama besar dengan sumber tegangan (v). Gambar rangkaian R-L-C parallel dibawah memperlihatkan hubungan arus secara vektoris pada rangkaian R-L-C paralel.

Suatu rangkaian arus bolak-balik yang terdiri dari resistor (R), reaktansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC), dimana ketiganya dihubungkan secara paralel. Fasor tegangan (v) sebagai sumber tegangan total diletakan pada ωt = 0. Arus efektif (iR) berada sefasa dengan tegangan (v). Arus yang melalui reaktansi induktif (iL) tertinggal sejauh 900 terhadap tegangan (v) dan arus yang melalui reaktansi kapasitif (iC) mendahului sejauh 900 terhadap tegangan (v). Arus reaktif induktif (iL) dan arus reaktif kapasitif (iC) bekerja dengan arah berlawanan, dimana selisih dari kedua arus reaktif tersebut menentukan sifat induktif atau kapasitif suatu rangkaian. Arus gabungan (i) adalah jumlah geometris antara arus efektif (iR) dan selisih arus reaktif (iS) yang membentuk garis diagonal empat persegi panjang yang dibentuk antara arus efektif (iR) dan selisih arus reaktif (iS). Posisi arus (i) terhadap tegangan (v) ditentukan oleh selisih kedua arus reaktif (iS).

Bila arus yang melalui reaktansi induktif (iL) lebih besar daripada arus yang melalui reaktansi kapasitif (iC), maka arus total (i) tertinggal sejauh 900 terhadap tegangan (v), maka rangkaian paralel ini cenderung bersifat induktif. Sebaliknya bilamana arus yang melalui reaktansi induktif (iL) lebih kecil daripada arus yang melalui reaktansi kapasitif (iC), maka arus total (i) mendahului sejauh 900 terhadap tegangan (v), maka rangkaian paralel ini cenderung bersifat kapasitif.

Untuk menghitung hubungan seri antara R, XL dan XC pada setiap diagram fasor kita ambil segitiga yang dibangun oleh arus total (i), arus.selisih (iS) dan arus efektif (iR). Dari sini dapat dibangun segitiga daya hantar, yang terdiri dari daya hantar resistor (G), daya hantar reaktif (B) dan daya hantar impedansi (Y).

Sehingga hubungan arus (i) terhadap arus cabang (iR), (iL) dan (iC) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan kuadrat berikut;

Sehingga

Oleh karena arus reaktif (iS) adalah selisih dari arus reaktif (iL) dan arus reaktif (iC), maka daya hantar reaktif (B) adalah selisih dari daya hantar reaktif (BL) daya hantar reaktif (BC).