68062276-gejala-transien

Hal

aman

1

GEJALA TRANSIEN

Praktikan: Wigati Agdy Surya (13208105) Asisten: Khrisna D.

Waktu Percobaan: 16 Oktober 2009EL2193

Laboratorium Dasar Teknik ElektroSekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB

Abstrak

Percobaan rangkaian operational amplifier bertujuan untuk mengetahui penggunaan operational amplifier dan rangkaian-rangkaian standar yang bisa dibangun dengan operational amplifier. Percobaan ini meliputi penyusunan beberapa macam rangkaian dengan operational amplifier, pengukuran tegangan input dan pengukuran tegangan output dari rangkaian yang telah disusun. Hasil dari percobaan ini menunjukkan bahwa berbagai macam jenis rangkaian operatinoal amplifier memiliki karkateristik masing-masing jika dilihat dari perubahan yang terjadi antara teganagan input dan tegangan output.

Kata kunci: operational amplifier

1. Pendahuluan

Sebuah rangkaian yang terdiri atas resistor dan kapasitor atau induktor memiliki karakteristik tertentu. Kemampan transistor dan kapasitor untuk menyimpan energi menyebabkan komponen ini mampu untuk menjadi sumber tegangan pada kondisi tertentu. Pelepasan energi oleh komponen tersebut ternyata merupakan satu fenomena tersendiri dan sering disebut sebagi gejala transien.

Praktikum ini mencoba menggambarkan gejala transien yang terjadi pada rangkaian RC. Tujuan dari praktikum kali ini antara lain mempelajari respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga. Tujuan kedua adlah melakukan pengukuran arus dan tegangan transient pada rangkaian RC.

2. Dasar Teori

Ada beberapa dasar teoretis yang berkaitan dengan percobaan kali ini

2.1 Gejala Transien

Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang memililki komponen

penyimpan energi di dalamnya seperti induktor atau kapasitor. Gejala ini muncul karena energi yang diterima oleh komponen tersebut tidak bisa berubah seketika. Energi yang dimaksud berupa arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor.

3. Metodologi3.1 Alat dan Bahan

a. Kit transien (1 buah)b. Osiloskop (1 buah)c. Sumber daya DC (1 buah)d. Multimeter (2 buah)e. Kabel 4mm-4mm (max.10

buah)f. Kabel BNC-4mm (max.3 buah)

3.2 Langkah kerja3.2.1 Percobaan 1

a. Pastikan kapasitor dalam keadaan kosong dengan menghubungsingkatkan kedua kakinya.

b. Susun rangkaian seperti gambar di bawah ini dengan nilai komponen sesuai tabel 3.1.

Gambar 3.1 Skema rangkaian percobaan

R1 2,2KR2 4,7KC1 220nFC2 470nF

Tabel 3.1 Nilai komponenc. Siapkan osiloskop dan kalibrasi dulu.d. Hubungkan kabel power supply AC

dari kit transien ke jala-jala.e. Pergunakan sinyal “Vcontrol S1”

sebagai sinyal sinkronisasi.

Hal

aman

2

f. Gunakan channel 1 osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C1 (Vc1), catat plot tegangan waktu.

g. Gunakan channel 2 osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C2 (Vc2), catat plot tegangan waktu.

h. Gunakan kedua channel osiloskop dengan fungsi “DUAL”, plot secara detail gabungan antara Vc1,Vc2, dan waktu.

i. Catat hasil percobaan.

3.2.2 Percobaan 2

a. Lakukan kembali percobaan 1 dengan 2 nilai R1 berbeda dan komponen lain tetap.

b. Lakukan kembali percobaan 1 dengan 2 nilai R2 berbeda dan komponen lain tetap.

c. Lakukan kembali percobaan 1 dengan 2 nilai C1 berbeda dan komponen lain tetap.

d. Lakukan kembali percobaan 1 dengan 2 nilai C2 berbeda dan komponen lain tetap.

e. Catat hasil percobaan.

3.2.3 Percobaan 3

a. Susun rangkaian di bawah ini.

Gambar 3.3 Skema rangkaian percobaan 3

b. Amati tegangan pada titik E (petunjuk: atur setting pada osiloskop menjadi 0,2V/div,x5 40mikrosekon,slope turun, dan external trigger dari VCS4).

c. Amati perubahan tegangan untuk nilaiC2 yang berbeda.

d. Catat hasil percobaan.

4. Hasil dan AnalisisBerikut ini adalah hasil dan analisis dari percobaan yang telah dilakukan.

4.1 Percobaan 1Hasil:

Tegangan

Gambar

Vc1 1V/div

4.4ms 5V

1.8V

0.2ms/div

Vc2 1V/div

4.4ms

1.8V

0.2ms/div

Vc1-Vc2

1V/div

4.4ms 5V

1.8V

0.2ms/div

τVC1t1 aktual = 0.62ms, τVC1t1 = 0.48ms


τVC2t2 aktual = 0.82ms,τVC2t2 = 0.7ms

Tabel 4.1 Hasil percobaan 1 dengan R1=2,2KΩ, R2=4,7KΩ, C1=220nF,

C2=470nFAnalisis:Pada saat saklar 1 ‘on’ dan saklar 2 ‘off’ C1 diisi sehingga tegangannya naik hingga 5 volt. Ketika saklar 2 ‘on’ dan sakalr 1 ‘off’ maka C1 akan melepas energinya dan mengisi C2 hingga tercapai tegangan yang sama (steady state). Tercapainya tegangan yang sama ini kemungkinan karena pada tegangan yang sama antara kedua kapasitor tidak akan terjadi arus sehingga muatan tidak akan mengalir lagi. EWB memberikan hasil yang berbeda dengan tegangan steady state tercapai pada 1,6 volt. Pada tabel juga terdapat perbedaan antara time constant pada C1 dan C2 saat saklar 2 ‘on’ yang seharusnya

Hal

aman

3

keduanya memiliki nilai yang sama. Hal ini mungkin disebabkan adanya kesalahan pembacaan hasil pada layar osiloskop atau adanya perbedaan antara nilai aktual dan ideal resistor. EWB memungkinkan kita untuk melihat nilai dengan ketelitian yang lebih tinggi dan nilai-nilai ideal.

4.2 Percobaan 2Berikut hasil dari percobaan ini.

R1 (Ω)

Gambar

1K 2V/div

4.4ms 5V

1.8V

1ms/div

Saat t1=1ms nilai Vc1=4.8V

Saat t2=1ms dari t1 nilai Vc1=2.7V


τVC1t1 aktual =0.31ms ,τVC1t1 = 0.48ms

τVC1t2 aktual =0.78ms , τVC1t2 = 0.70ms


4.7K 2V/div

4.4ms 5V

1.8V

1ms/div





τVC1t2 aktual =0.72ms , τVC1t2 = 0.70ms


Tabel 4.2 Tabel Hasil Percobaan dengan R1 diubah-ubah

Melihat data time constant di atas, tampak bahwa dengan adanya perubahan nilai resistor nilai time constant juga berubah. Semakin besar nilai resistor semakin besar pula nilai time constant yang dihasilkan. Pada grafik, hal ini dibuktikan dengan bentuk gelombang yang lebih curam pada nilai resistor yang lebih kecil. Bentuk grafik yang lebih curam menunjukkan perubahan tegangan terhadap waktu yang lebih cepat. Ini sesuai dengan nilai time constant yang lebih kecil akan memberikan nilai konstanta ‘s’ pada fungsi tegangan yang lebih besar sehingga perubahan tegangan terhadap waktu lebih besar. Perbedaan antara nilai aktual dengan nilai ideal time constant pada tabel di atas mungkin disebabkan kesalahan pembacaan pada layar osiloskop atau nilai komponen yang tidak persis sama dengan yang tertera pada badan komponen. Perbedaan hasil dengan EWB hanya terletak pada ketelitian nilai tegangan dan time constant. Namun perubahan time constant yang menjadi lebih besar juga terjadi pada simulasi dengan EWB.

Hal

aman

4

R2 (Ω)

Gambar

2.2K2V/div

5V

1.8V

1ms/div

Saat t2=1ms dari t1 nilai Vc1=2V





10K2V/div

5V

1.8V

1ms/div






Tabel 4.3 Tabel hasil percobaan dengan R2 diubah-ubah

Hasil pada tabel 4.3 juga memberi gambaran yang kurang lebih sama sama dengan hasl pada tabel 4.2.

C1 Gambar

(F)

100n2V/div

5V

1.2V

1ms/div







470n2V/div

5V

2.4V

1ms/div







Tabel 4.4 Hasil percobaan dengan nilai C1 diubah-ubah

Secara teoretis, time constant berhubungan langsung dengan nilai R dan C. Hal ini terlihat pada percobaan ini bahwa perubahan nilai kapasitor memang merubah nilai time constant. Nilai

Hal

aman

5

kapasitor yang lebih besar memberikan nilai time constant yang lebih besar. Hal ini terlihat dengan grafik yang lebih landai. Resistor juga memiliki efek seperti ini pada percobaan sebelumnya.Namun, kapasitor juga memiliki pengaruh pada aspek lain. Pada percobaan pertama nilai tegangan akhir antara C1 dan C2 sama. Pada saat nilai resistor diubah-ubah tidak ada perubahan pada tegangan akhir. Namun, pada saat nilai kapasitor diubah-ubah nilai tegangan akhir juga ikut berubah. Hal ini tidak terjadi ketika nilai resistor diubah-ubah. Hal ini mungkin disebabkan kapasitor adalah komponen yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dan mengalirkannya pada kondisi tertentu. Perubahan nilai kapasitor tentu akan merubah kemampuannya dalam menyimpan dan menyaluran energi (muatan). Hal ini berakibat langsung pada tegangan akhir yang bisa dicapai oleh kedua kapasitor. Nilai kapasitor yang lebih besar memberikan tegangan akhir yang lebih besar.

C2 (F)

Gambar

220n2V/div

5V

2.4V

1ms/div






1000n

2V/div

5V

0.8V

1ms/div






Tabel 4.5 Hasil percobaan dengan nilai C2 diubah-ubah

Hasil pada tabel 4.3 kurang lebih memberikan gambaran yang sama dengan uraian hasil tabel 4.4. Perbedaannya ada pada nilai tegangan akhir. Untuk C2 yang lebih besar nilai kapasitornya, tegangan akhir yang tercapai menjadi lebih kecil. Hal ini mungkin disebabkan karena kondisinya adalah C2 menerima muatan dari C1 sehingga kapasitansi yang lebih besar pada C2 menuntut C1 untuk melepas lebih banyak energi dalam bentuk muatan sehingga tegangan akhir yang tercapai mengecil (C1 menurunkan tegangan lebih besar). Perbedaan hasil percobaan dengan perhitungan secara teoretis pada time constant mungkin disebabkan oleh dua hal yaitu kesalahan pembacaan pada osiloskop karena ketelitian yang tidak cukup tinggi dan nilai aktual tiap-tiap komponen berbeda dengan nilai idelanya. Pada percobaan 1 dan 2 digunakan sinyal sinkronisasi. Hal ini ditujukan untuk mengatur saklar otomatis yang digunakan pada percobaan kali ini sehingga kombinasi ‘on’ dan ‘off’ bisa secara otomatis terjadi.

4.3 Percobaan 3Berikut hasil percobann rankgaian summer.

C2 Gambar

Hal

aman

6

(F)

220n0.2V/div

30µs 0.7V

40µs/div

470n0.2V/div

56µs 0.5V

40µs/div

1000n

0.2V/div

80µs

0.32V

40µs/div

Tabel 4.6 Tabel Hasil Percobaan 3

Pada percobaan ketiga ini rangkaian resistor dihilangkan lalu dilakukan pengukuran. Hasil yang terlihat adalah gambar pada tabel di atas.Secara teoretis tidak adanya resistor menyebabkan rangkaian tidak memiliki komponen yang menghabiskan energi. Adanya kapasitor yang sudah terisi penuh akan melepaskan energi yang kemudian diserap oleh induktor. Namun ketika induktor menjadi short (steady state) dan kapasitor kehabisan energi maka induktor akan berganti menjadi sumber energi dan mengisi kapasitor hingga penuh. Hal ini menyebabkan energi yang ada selalu berputar antara dua komponen. Pada akhirnya, kondisi ini menghasilkan semacam gelombang sinusoidal sempurna. Hal ini didukung dengan hasil simulasi pada EWB di mana muncul gelombang sinusoid sempurna pada pembacaan osiloskop.Namun, hasil yang tampak tetap menunjukkan bahwa gelombangnya teredam. Hal ini menunjukkan adanya resistansi di dalam rangkaian. Kemungkinan besar resistansi kontak on

pada rangkaian analog switch 4066 yang menyebabkan hal ini. Adanya resistansi ini menyebabkan energi dari kapasitor tidak sepenuhnya terserap oleh induktor tetapi sebagian dipakai oleh analog switch tersebut.

5. KesimpulanRangkaian yang memiliki komponen penyimpan energi di dalamnya akan mengalami gejala transien karena komponen tersebut diisi energinya sehingga mngalami kenaikan (tegangan atau arus) ataupun komponen tersebut melepas energinya sehingga mengalami penurunan (tegangan atau arus). Time constant suatu rangkaian yang memiliki komponen penyimpan energi ditentukan oleh kapasitansi, resistansi, dan induktansi pada rangkaian tersebut. Time constant ini memengaruhi seberapa besar perubahan tegangan atau arus terhadap waktu. Suatu rangkaian yang teridiri dari komponen resistor, kapasitor dan induktor akan menghasilkan gelombang sinusoid yang teredam. Pereedaman yang terjadi disebabkan oleh adanya komponen resistor yang menghabiskan energi.

6. Daftar Pustaka

[1] Alexander, Charles K. Dan Matthew N.O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits. McGraw-Hill,2001.

[2] Tim Penyusun Praktikum Sistem Digital, Buku Petunjuk Praktikum EL-2195 Sistem Digital. Laboratorium Dasar Sekolah Teknik Elektro dan Infrormatika,Bandung,2009.

68062276-gejala-transien

Documents