TP M4

 TUGAS PENDAHULUAN

MODUL IV: RLC SERI DAN PARALEL

1. Soal no(1). Jelaskan prinsip kerja rangkaian RLC seri dan RLC Paralel!  
Jawab:

Dalam rangkaian RLC, elemen paling mendasar seperti resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C) dihubungkan melalui suplai tegangan (Vsumber). Semua elemen bersifat linear dan pasif

Komponen dan Fungsinya:

1. Resistor (R): Memberikan hambatan tetap terhadap aliran arus listrik.
2. Induktor (L): Menyimpan energi dalam bentuk medan magnet saat arus mengalir.
3. Kapasitor (C): Menyimpan energi dalam bentuk medan listrik saat terisi muatan.

• Pada rangkaian RLC seri

Resistor, induktor, dan kapasitor dihubungkan secara seri dengan sumber tegangan (salah satu kaki pada tiap tia kompenen saling berikatan . Arus yang mengalir pada setiap elemen(resistor, induktor, dan kapasitor)  besar nilainya sama. sedangkan tegangan total  pada rangkaian RLC seri tidak sama dengan  jumlah aljabar tegangan pada resistor, induktor, dan kapasitor, tetapi merupakan penjumlahan vektor, dikarekan  tegangan resistor sefasa dengan arus, tegngan induktor mendahului arus sebesar 90 derajat, dan tegangan kapasitor tertinggal 90 derajat.

• Ketika dihubungkan ke sumber tegangan AC, arus yang mengalir akan berubah-ubah sesuai frekuensi sumber.
• Resistor (R): Nilai hambatannya tetap, tidak terpengaruh frekuensi.
• Induktor (L): Semakin tinggi frekuensi, semakin besar hambatannya (impedansi naik) karena perubahan medan magnet yang cepat menghambat arus.
• Kapasitor (C): Semakin tinggi frekuensi, hambatannya justru turun karena kapasitor lebih cepat mengisi dan mengosongkan muatan.

• Pada rangkaian RLC Paralel

Resistor, induktor, dan kapasitor dihubungkan secara paralel. Tegangan yang diberikan tetap sama di semua komponen dan arus suplai terbagi. Arus total yang diambil dari suplai tidak samaa dengan jumlah matematis dari arus yang mengalir pada masing-masing komponen, tetapi merupakan penjumlahan vektor semua arus.

Saat dihubungkan ke sumber tegangan AC, arus listrik akan mengalir melalui jalur dengan impedansi terendah, tergantung frekuensinya.

Resistor (R): Memberikan jalur dengan hambatan tetap, tidak terpengaruh frekuensi.

Induktor (L): Impedansinya naik seiring frekuensi meningkat karena medan magnetnya lebih sulit berubah cepat.

Kapasitor (C): Impedansinya turun saat frekuensi naik karena muatan lebih cepat mengisi dan mengosong.

Soal no(2). Jelaskan pengaruh harga reaktansi kapasitif terhadap sudut phasa dengan resistansi yang konstan!  

Jawab:

Reaktansi kapasitif dapat kita hitung dengan rumus :

Sudut fasa adalah perbedaan sudut antara arus dan tegangan dalam suatu rangkaian:

Pengaruh Xc terhadap Sudut Fasa (R tetap):

Kenaikan Xc membuat sudut fasa lebih negatif (arus semakin mendahului tegangan), menunjukkan dominasi efek kapasitif. Sebaliknya, penurunan Xc membuat sudut fasa mendekati nol (arus dan tegangan lebih sefase), menandakan dominasi resistif. Semakin besar Xc, semakin tidak sefase arus dan tegangan.

Hubungan ekstrim:

• Xc > R → θ ≈ -90° (kapasitif murni)
• Xc < R → θ ≈ 0° (resistif dominan)

Soal no(3). Jelaskan apa itu resonansi dan frekuensi resonansi serta kenapa terjadi peristiwa resonansi, serta Jelaskan bagaimana perubahan frekuensi mempengaruhi impedansi dan arus di rangkaian RLC seri!

Jawab:

        Resonansi adalah keadaan dimana reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif memiliki nilai yang sama (XL = XC). Dalam rangkaian RLC seri, resonansi terjadi saat impedansi total menjadi minimum dan arus mencapai nilai maksimumnya . Reaktansi indutif akan meningkat seiring meningkatnya frekuensi, sedangkan reaktansi kapasitif akan menurun jika frekuensi meningkat. Jadi hanya ada satu nilai frekuensi dimana nilai kedua reaktansi tsb sama. dan hanya terdapat nilai resitif murni.

    Frekuensi resonansi adalah frekuensi dimana nilai kedua reaktansi tersebut bernilai sama (keadaan resonasi). di suatu sistem, seperti rangkaian RLC seri, memberikan respons maksimum.Frekuensi resonansi adalah frekuensi dimana nilai kedua reaktansi tersebut bernilai sama (keadaan resonasi). di suatu sistem, seperti rangkaian RLC seri, memberikan respons maksimum.

Pengaruh perubahan frekuensi terhadap impedansi dan arus dalam rangkaian RLC seri:

1. Impedansi vs Frekuensi

Di bawah resonansi: XL dominan → rangkaian bersifat induktif

Di atas resonansi: XC dominan → rangkaian bersifat kapasitif

Saat resonansi: XL=XC → impedansi minimum (=R)

2. Arus vs Frekuensi

Di bawah resonansi: Arus tertinggal (sifat induktif)

Di atas resonansi: Arus mendahului (sifat kapasitif)

Saat resonansi: Arus maksimum & sefase dengan tegangan

Inti:

Frekuensi menentukan sifat rangkaian (induktif/kapasitif) dan karakteristik arus (lagging/leading). Resonansi terjadi saat XL=XC dengan arus maksimum dan impedansi minimum.

Soal no(4). Jelaskan hubungan antara resistansi, kapasitansi, induktansi dan impedansi pada rangkaian RLC seri dan RLC paralel!  

Jawab:

Hubungan R, L, dan C dalam Rangkaian RLC

Resistansi (R), kapasitansi (C), dan induktansi (L) merupakan tiga komponen utama yang menentukan impedansi (Z) dalam rangkaian RLC, baik seri maupun paralel. Impedansi merupakan hasil gabungan ketiga komponen ini, dihitung melalui akar kuadrat dari kontribusi masing-masing elemen. Secara umum, semakin besar nilai R, L, atau C, semakin besar pula impedansi total rangkaian.

Pada rangkaian RLC seri, ketiga komponen terhubung berurutan:

• R memberikan hambatan tetap terhadap arus,

• L menyimpan energi dalam medan magnet,

• C menyimpan energi dalam medan listrik.

Impedansi total rangkaian (Z) merupakan kombinasi resistansi (R) dengan reaktansi induktif (XL) dan kapasitif (XC), yang bersama-sama menentukan respons rangkaian terhadap sinyal AC. Dalam kondisi tertentu (seperti resonansi), XL dan XC dapat saling meniadakan, sehingga impedansi hanya ditentukan oleh R.

Intinya: Nilai R, L, dan C secara kolektif memengaruhi impedansi, dengan pola hubungan yang berbeda tergantung konfigurasi rangkaian (seri/paralel) dan frekuensi operasi.

Contoh:

• RLC Seri: $Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C{)}^2}$

• RLC Paralel: $\frac{1}{Z}=\sqrt{{\left(\frac{1}{R}\right)}^2+{(\frac{1}{X_L}-\frac{1}{X_C})}^2}$

Semakin besar R, L, atau C, semakin kompleks pengaruhnya terhadap Z, tergantung dominasi reaktansi (XL atau XC) pada frekuensi tertentu.

Aplikasi: Filter frekuensi, tuning sirkuit, dan stabilisasi sinyal

Soal no(5). Pada rangkaian RLC seri, XL = 40 , XC = 70 dan R = 40 . Hitung reaktansi (X) dan impedansi (Z) dari rangkaian.  

Jawab:

X= XL - XC

X= 40-70

X= -30 ohm

Jaddi impedansi (Z) dari rangkaian adalah 50Ω

Download Tugas Pendahuluan (disini)