Rangkaian RL pada osiloskop
Kurikulum: APC, Sek II
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¶
- Amati bentuk gelombang CH2.
- Ukur waktu yang diperlukan tegangan pada resistor untuk mencapai 63% dari nilai stabilnya.
- 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¶
- Mengapa konstanta waktu mengecil ketika hambatan bertambah?
- Apa kesamaan rangkaian RL dengan rangkaian RC, dan apa perbedaannya?
Jawaban
- 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.
- 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.