Lewati ke isi

Rangkaian RC pada osiloskop

Kurikulum: Tle, APC, Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Mengamati pengisian dan pengosongan kapasitor pada osiloskop serta mengukur konstanta waktunya.

Rangkaian

Sumber tegangan bolak-balik — gelombang kotak dari 0 hingga 5 V (amplitudo 2,5 V, offset DC 2,5 V), 10 Hz. Resistor 1 kΩ dan kapasitor 10 µF disusun seri (\(\tau\) = 10 ms). Osiloskop: CH1 — sumber, CH2 — kapasitor, mode DUAL, 2 V/div, 20 ms/div, picu dari CH1 pada level 2,5 V.

Langkah kerja

  1. Amati kedua bentuk gelombang.
  2. Dengan kenop WAKTU/DIV, atur 5 ms/div.
  3. Ukur waktu yang diperlukan tegangan pada kapasitor untuk naik dari 0 ke 3,16 V (63% dari 5 V).
  4. Di kartu parameter kapasitor, ubah 10 µF menjadi 22 µF dan ukur lagi waktu hingga 63%.
  5. Kembalikan ke 10 µF dan naikkan frekuensi sumber menjadi 50 Hz.
Hasil yang diharapkan

Pada setiap tepi naik gelombang kotak kapasitor terisi, dan pada tepi turun kapasitor melepas muatannya, secara eksponensial. Tegangan mencapai 63% dalam 10 ms — 2 divisi pada 5 ms/div. Dengan 22 µF, \(\tau\) bertambah menjadi 22 ms, dan dalam setengah periode kapasitor tidak lagi melepas muatannya sampai nol — nilai minimumnya sekitar 0,5 V. Pada 50 Hz setengah periode (10 ms) lebih pendek daripada beberapa \(\tau\), dan kapasitor tidak sempat terisi penuh.

Pertanyaan

  1. Mengapa tegangan pada kapasitor tidak dapat berubah seketika?
  2. Frekuensi gelombang kotak berapa yang harus Anda pilih agar kapasitor sempat terisi hampir penuh?
Jawaban
  1. Tegangan pada kapasitor ditentukan oleh muatannya, \(U = Q / C\), dan muatan hanya berubah secepat arus membawanya ke keping kapasitor. Resistor membatasi arus itu paling besar 5 V / 1 kΩ = 5 mA, sehingga tegangan berubah secara bertahap; lompatan tegangan memerlukan arus yang besarnya tak hingga.
  2. Setengah periode harus berlangsung paling sedikit \(5\tau\); setelah itu kapasitor terisi lebih dari 99%. Dengan \(\tau\) = 10 ms, itu berarti 50 ms, periode 100 ms, sehingga \(f \le 1 / (10\tau)\) = 10 Hz: frekuensi 10 Hz yang diatur pada rangkaian ini adalah frekuensi tertinggi yang memenuhi syarat tersebut.