Lewati ke isi

Rangkaian RL pada osiloskop

Kurikulum: APC, Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Mengamati kenaikan dan penurunan arus pada rangkaian RL serta mengukur konstanta waktu \(L / R\).

Rangkaian

Sumber tegangan bolak-balik — gelombang kotak dari 0 hingga 5 V (amplitudo 2,5 V, offset DC 2,5 V), 10 Hz. Induktor 1 H (kumparan 10 Ω) dan resistor 100 Ω disusun seri. Osiloskop: CH1 — sumber, CH2 — resistor (tegangan pada resistor sebanding dengan arus), mode DUAL, 2 V/div, 5 ms/div, picu dari CH1 pada level 2,5 V.

Langkah kerja

  1. Amati bentuk gelombang CH2.
  2. Ukur waktu yang diperlukan tegangan pada resistor untuk mencapai 63% dari nilai stabilnya.
  3. Di kartu parameter resistor, ubah 100 Ω menjadi 220 Ω dan ulangi.
Hasil yang diharapkan

Arus naik dan turun secara eksponensial. Tegangan stabil pada resistor sekitar 4,5 V (5 V · 100 / 110); 63% darinya — sekitar 2,9 V — tercapai setelah \(\tau = L / R\) ≈ 9 ms, sedikit kurang dari dua divisi. Setengah periode 50 ms lebih dari lima \(\tau\), sehingga arus sempat stabil; pada frekuensi yang lebih tinggi arus tidak akan mencapai 4,5 V, dan 63% harus diambil dari nilai yang lebih kecil. Dengan 220 Ω, \(\tau\) turun menjadi sekitar 4,4 ms.

Pertanyaan

  1. Mengapa konstanta waktu mengecil ketika hambatan bertambah?
  2. Apa kesamaan rangkaian RL dengan rangkaian RC, dan apa perbedaannya?
Jawaban
  1. Pada saat pertama seluruh tegangan sumber berada pada induktor, sehingga arus mulai naik dengan laju \(U / L\) berapa pun hambatannya. Hambatan yang lebih besar menurunkan arus stabil \(U / R\), dan dengan laju awal yang sama arus lebih cepat mendekatinya, karena itu \(\tau = L / R\). Dengan 220 Ω hambatan total sekitar 230 Ω, bukan 110 Ω, dan \(\tau\) turun menjadi sekitar 4,4 ms.
  2. Pada kedua rangkaian tegangan dan arus berubah secara eksponensial dengan suatu konstanta waktu: 63% perubahan terjadi setelah satu \(\tau\), dan perubahan praktis selesai setelah lima konstanta waktu; bentuk gelombang resistor di sini sama bentuknya dengan bentuk gelombang kapasitor pada rangkaian RC. Perbedaannya terletak pada besaran yang tidak dapat melompat dan pada keadaan stabil: pada RC tegangan kapasitor kontinu dan arus meluruh hingga nol, pada RL arus induktor kontinu dan menetap di \(U / R\). \(\tau = R \cdot C\) bertambah dengan hambatan, \(\tau = L / R\) berkurang.