Praktikum Rangkaian Listrik 2

Unit 3 Pengisian dan Pengosongan kapasitor Tujuan

1. Mahasiswa mengetahui bagaimana karakteristik pengisian dan pengosongan

kapasitor

2. Mahasiswa dapat menggambar dan menjelaskan kurva pengisian dan

pengosongan kapasitor.

Alat dan Bahan

1. Komponen

• Saklar SPDT 1 Buah

• Capasitor 470𝜇𝐹/ 50𝑉 dan 1000𝜇𝐹/50 𝑉 1 Buah

• Resistor 68 𝑘Ω dan 100 𝑘Ω 1 Buah

2. Instrumen

• Sumber tegangan DC (Power supply) 1 Buah

• Multimeter 1 Buah

• Galvanometer 1 Buah

• Stop watch 1 Buah

• Osiloscop 1 Buah

Dasar Teori

Kapasitor merupakan elemen pasif yang di desain untuk menyimpan energi

dalam bentuk medan listrik. Kapasitor banyak digunakan sebagai komponen pada

rangkaian elektronik, komunikasi, komputer dan sistem tenaga listrik. Apabila suatu

rangkaian diubah dari satu kondisi ke kondisi yang lain, maka akanada periode

transisi dimana dalam periode ini arus-arus cabang dan tegangan-tegangan elemen

berubah dari nilai awalnya menjadi nilai yang baru. Periode ini dinamakan transien.

Setelah keadaan transien dilampaui, rangkaian dikatakan berada dalam keadaan

tunak (steady state). Jika sebuah kapasitor memiliki beda tegangan 𝑉! diantara plat-

Praktikum Rangkaian Listrik 2

platnya diberi suatu lintasan konduksi 𝑅, maka muatan pada kapasitor akan bergerak

pada lintasan konduksi dan menimbulkan arus 𝑖, sehingga:

𝑅. 𝑖 = 𝑣 .............................................................................................. (2.1)

𝑖 = −𝐶 !"!"

.................................................................................... (2.2)

Dengan mengeliminasi 𝑖 dalam kedua persamaan dihasilkan:

!"!"+ !

!"𝑣 = 0 ............................................................................. (2.3)

Jika diketahui 𝑣 0 = 𝐴 = 𝑉!, maka 𝑣(𝑡) dan 𝑖(𝑡) adalah:

𝑉! = 𝐸(1− 𝑒!! !"), 𝑡 > 0 ..................................................................... (2.4)

𝐼! = −𝐶 !"!"= !

!𝑒!! !" , 𝑡 > 0 .................................................................. (2.5)

Tegangan dan arus dari kapasitor adalah eksponensial dengan nilai awal

masing-masing adalah 𝐸 dan 𝐸 𝑅. Seiring bertambahnya waktu, tegangan dan arus

akan turun menjadi nol dengan konstanta waktu sebesar

𝜏 = 𝑅𝐶 .............................................................................................. (2.6)

t=0

R Cv

Gambar 2.1 Rangkaian RC pengosongan

Sedangkan pada pengosongan kapasitor, untuk 𝑡 > 0,KVL pada loop

memberikan 𝑅𝑖 + 𝑣 = 𝑉! dimana setelah mensubstitusikan 𝑖 = 𝐶(𝑑𝑣 𝑑𝑡) akan

menjadi: !"!"+ !

!"𝑣 = !

!"𝑉!𝑡 > 0 .......................................................................... (2.7)

Dengan kondisi awal

𝑉! = 𝑉!. 𝑒!!

!" ..................................................................................... (2.8)

𝐼! =!!!𝑒!! !" ...................................................................................... (2.9)

Praktikum Rangkaian Listrik 2

R

CvDC

i

Gambar 2.2 Rangkaian RC pengisian

Langkah Percobaan

1. Rangkai komponen berdasarkan gambar topografi rangkaian dibawah,

2. Periksa rangkaian anda kepada dosen pembimbing. Apabila telah disetujui

hubungkan powersupply dengan sumber tegangan 220 V, hidupkan power dan

atur output tegangan DC sebesar 12 Vdc.

Gambar 2.1 Rangkaian percobaan pengisian kapasitor

3. Secara bersamaan tutup Switch dan tekan tombol stopwatch, amati penunjukan

pada amperemeter dengan interval waktu seperti yang tertera pada Tabel 2.1

dan masukkan hasilnya pada tabel pengisian.

4. Apabila telah selesai, matikan stopwatch, buka Switch.

5. Tanpa merubah rangkaian, secara bersamaan pindahkan sakelar spdt pada

posisi seperti pada gambar 2.2 dan tekan tombol stopwatch, amati perubahan

amperemeter dengan interval waktu seperti yang tertera pada Tabel 1.1,

masukkan hasil pengukuran tersebut kedalam tabel pengosongan.

spdt

Key = Space

R1

100kΩ

C1470µFVdc

12 V

Switch

Key = A

Amperemeter

DC 1e-009Ohm

0.000 A+ -

VoltmeterDC 10MOhm0.000 V

+

-

𝑉!𝑢(𝑡)

Praktikum Rangkaian Listrik 2

Gambar 2.2 Rangkaian percobaan pengosongan kapasitor

6. Bila telah selesai matikan stopwatch, kembalikan stopwatch pada posisi nol.

7. Ulangi proses pengisian dan pengosongan kapasitor diatas, dengan harga

resistor 68 𝑘Ω dan kapasitor 1000 𝜇𝐹, masukkan hasil pengukuran kedalam

Tabel 2.2

Hasil Pengukuran

𝑪 : 470 𝜇𝐹

𝑹 : 100 𝑘Ω

Tabel 2.1 Hasil pengukuran pengisian dan pengosongan kapasitor

Waktu (s) Pengisian Pengosongan Tegangan Arus Tegangan Arus

0 15 30 45 60 75 90 120 150 180 210 240 270 300

spdt

Key = Space

R1

100kΩ

C1470µFVdc

12 V

Switch

Key = A

Amperemeter

DC 1e-009Ohm

0.000 A+ -

VoltmeterDC 10MOhm0.000 V

+

-

Praktikum Rangkaian Listrik 2

𝑪 : 1000 𝜇𝐹

𝑹 : 68 𝑘Ω

Gambar 2.2 Hasil pengukuran pengisian dan pengosongan kapasitor

Waktu (s) Pengisian Pengosongan Tegangan Arus Tegangan Arus

0 15 30 45 60 75 90 120 150 180 210 240 270 300

Pertanyaan

1. Berapakah tetapan waktu dari masing-masing percobaan!

2. Buat tabel hasil perhitungan berdasarkan kapasitansi kapasitor yang digunakan.

3. Bandingkan hasil pengukuran dan perhitungan, analisa hasil tersebut.

4. Gambarlah grafik dari :

a. 𝑉 = 𝑓(𝑡), pada pengisian maupun pengosongan kapasitor

b. 𝐼 = 𝑓(𝑡), pada pengisian maupun pengosongan kapasitor

Analisis grafik tersebut.

Kesimpulan