Twenty Gamping

Chapter Four

 

Kapasitor Induktor dan Rangkaian AC

 

• Bentuk Gelombang Isyarat   ( Signal )

Isyarat adalah merupakan informasi dalam bentuk perubahan arus atau tegangan. Perubahan bentuk isyarat terhadap fungsi waktu atau bentuk gelombang merupakan bagian yang sangat panting pada elektronika. Bentuk Gelombang isyarat yag sering di jumpai antaranya :

 



Arus pulsa jika sebuah saklar dinyalakan (ON) kemudian dimatikan (OFF), digunakan untuk sistem informasi pada komputer. Gelombang gergaji naik secara linier kemudian reset. Arus eksponensial (menurun) mengalir saat energi disimpan dalam medan listrik pada suatu kapasitor dan dibiarkan bocor melalui sebuah resistor. Tegangan sinus diperoleh saat sebuah kumparan diputar dengan kecepatan konstan pada suatu medan listrik.

 

• Kapasitor

 

Kapasitor merupakan dua keping konduktor yang dipisahkan oleh suatu insulator (udara, hampa udara atau suatu material tertentu).



Saat baterai terhubung, titik dimana kawat pada ujung kutub negatif dihubungkan akan menolak elektron, sedangkan titik dimana kutub positif terhubungkan menarik elektron. Elektron-elektron tersebut akan tersebar ke seluruh keping kapasitor. Sesaat, elektron mengalir ke dalam keping sebelah kanan dan elektron mengalir keluar dari keping sebelah kiri; pada kondisi ini arus mengalir melalui kapasitor walaupun sebenamya tidak ada elektron yang mengalir melalui celah kedua keping tersebut.
Setelah bagian luar dari keping termuati, berangsur-angsur akan menolak muatan baru dari baterai. Karenanya arus pada keping tersebut akan menurun besarnya terhadap waktu sampai kedua keping tersebut berada pada tegangan yang dimiliki baterai. Keping sebelah kanan akan memiliki kelebihan elektron yang terukur dengan muatan -Q dan pada keping sebelah kiri temuati sebesar +Q. Besarnya muatan Q ini karenanya proporsional dengan V atau

Q ∞V

Konstanta proporsionalitas tersebut dinyatakan sebagai kapasitansi atau C

Q = C V

(4.1)

dimana satuan kapasitansi ini dinyatakan dengan farad (F). Secara umum hubungan antara muatan dan tegangan untuk sebuah kapasitor dapat dituliskan sebagai

q = C v

(4.2)

dengan demikian arus i yang mengalir diberikan oleh

i = dq / dt = C dv / dt

(4.3)

atau

• Induktor

 

Telah diketahui bahwa elektron yang bergerak atau arus listrik yang mengalir akan menghasilkan medan magnet. Namm kebalikannya untuk menghasilkan arus listrik (arus induksi) perlu dilakukan perubahan medan magnet.

Saat saklar (switch) ditutup dan arus mengalir secara tetap pada kumparan di bagian bawah, maka tidak ada arus induksi yang mengalir pada kumparan bagian atas. Namun sesaat saklar ditutup (atau dibuka) sehingga medan magnet yang dihasilkan berubah, maka voltmeter akan menunjukkan adanya perubahan tegangan induksi. Besamya tegangan yang dihasilkan adalah sebanding dengan perubaban arus induksi, dapat dituliskan sebagai:

v = L di / dt

dimana harga proporsinalitas L disebut induksi diri atau induktansi dengan satuan henry (H).

 

• Arus Transien Pada Rangkaian RC 

 

Jika mula-mula saklar berada pada posisi 1 dalam waktu yang relatif lama maka kapasitor akan termuati sebesar V volt. Pada keadaan ini kita catat sebagai t = 0. Saat saklar dipindah ke posisi 2, muatan kapasitor mulai dilucuti (discharge) sehingga tegangan pada kapasitor tersebut mulai menurun. Saat tegangan pada kapasitor mulai menurun, energi yang tersimpan akan dilepas menjadi panas melalui resistor. Karena tegangan pada kapasitor adalah sama dengan tegangan pada resistor maka arus yang lewat rangkaian juga akan menurun. Proses ini terus berlangsung sampai seluruh muatan terlucuti atau tegangan dan arus menjadi nol sehingga rangkaian dalam keadaan stabil (steady-state). Untuk menentukan persamaan tegangan dan arus saat muatan kapasitor dilucuti dapat digunakan hk Kirchhoff tentang arus sebagai berikut.

 



Dengan menggunakan hubungan V-I pada C dan R diperoleh :



Dibagi dengan C dan dengan mendifinisikan τ = RC , didapat



Persaman 4.7 berlaku untuk t > 0 dan mempunyai persyaratan kondisi awal V_c(0)= V₁ Solusi dari persamaan tersebut untuk t > 0 dapat ditunjukkan sebagai :



merupakan persamaan eksponensial dimana

V_c(t)     = merupakan harga sesaat

V₁        = amplitudo atau harga maksimum

e          = 2,718..................

t           = waktu dalam detik

τ          = konstanta waktu dalam detik

Persamaan eksponensial ini menggambarkan bagaimana kondisi kapasitor saat muatannya dilucuti

 

• Rangkaian Diferensiator