Mengenal Rangkaian RLC, R (resistif), L (Induktif), C ( Kapasitif)

Rangkaian RLC merupakan rangkaian yang dapat dihubungkan baik secara paralel maupun seri, namun harus terdiri dari kapasitor, induktor, dan resistor. Nama RLC sendiri berasal dari simbol listrik untuk kapasitansi, induktansi, dan resistansi masing-masing komponen tersebut. Rangkaian ini akan beresonansi dengan cara yang sama seperti rangkaian LC, menghasilkan osilator harmonik.

Setiap osilasi akan menyebabkan sirkuit mati seiring waktu jika tidak terus-menerus dipasok sumber energi. Hal ini mencerminkan peran resistor dalam sirkuit, yang dikenal sebagai redaman. Selain itu, resistansi dari resistor dalam sirkuit nyata tidak dapat dihindari, bahkan jika komponen tersebut tidak dimasukkan secara spesifik.

Oleh karena itu, rangkaian LC murni hanya ideal secara teori. Rangkaian RLC terdiri dari dua jenis, yaitu rangkaian seri dan paralel, masing-masing dengan karakteristik sebagai berikut.

Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel memiliki karakteristik di mana tegangan pada setiap beban adalah sama, dan arus pada masing-masing cabang bergantung pada besar tahanannya.

Rangkaian Seri

Rangkaian seri memiliki karakteristik di mana jumlah tegangan dibagi oleh jumlah tahanan seri, dan arus yang mengalir ke beban adalah sama.

Rangkaian RLC Seri

Rangkaian RLC seri adalah rangkaian elektronik yang terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan sumber tegangan bolak-balik (AC). Dalam rangkaian RLC seri, hambatan arus tegangan sefase, tegangan induktor mendahului arus, dan tegangan kapasitor didahului oleh arus.

Penggunaan arus AC dalam rangkaian RLC seri menyebabkan arus listrik mengalami hambatan dari resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C). Hambatan ini dikenal sebagai impedansi (Z). Penggabungan vektor antara R, XL (induktansi), dan XC (kapasitansi) disebut impedansi, dan dinyatakan dalam satuan Z.

Rangkaian RLC Paralel

Rangkaian RLC paralel adalah rangkaian elektronik yang terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel dengan sumber tegangan bolak-balik (AC). Dalam rangkaian RLC paralel, arus listrik dari sumber terbagi menjadi tiga jalur yang mengarah ke resistor, induktor, dan kapasitor.

Dalam rangkaian paralel, setiap komponen menerima tegangan yang sama dari sumber, tetapi arus yang mengalir melalui masing-masing komponen berbeda dan tergantung pada nilai resistansi, induktansi, dan kapasitansi mereka. Ini membuat analisis rangkaian paralel lebih kompleks dibandingkan dengan rangkaian seri karena perlu menghitung kontribusi arus dari masing-masing cabang untuk mendapatkan total arus.

Rangkaian RLC, baik yang disusun secara seri maupun paralel, memiliki peranan penting dalam berbagai aplikasi elektronik. Pemahaman yang baik tentang karakteristik dan perilaku mereka sangat penting bagi mereka yang bekerja dalam bidang elektronika dan telekomunikasi.

Analisis Rangkaian RLC

Analisis rangkaian RLC diawali dengan keadaan arus yang mengalir pada resistor, induktor dan kapasitor. 

1. Arus Bolak-Balik (Alternating currenT) pada Resistansi

Arus bolak-balik yang mengalir melalui resistor akan muncul tegangan seperti persamaan berikut.

Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa besarnya arus yang mengalir melalui resistor berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan. Artinya, jika arus yang masuk besar maka tegangan yang dihasilkan juga akan besar. Arus dan tegangan dikatakan sefasa. Lihat diagram di bawah ini.

Gambar paling kiri adalah contoh tata letak resistor, gambar tengah adalah diagram sinus antara tegangan dan arus, dan gambar paling kanan adalah diagram fasa antara tegangan dan arus. Gambar tengah menunjukkan bahwa tegangan dan arus bergerak dalam fase yang sama.

2. Arus Bolak-Balik (Alternating Current) pada Induktor

Ketika arus bolak-balik mengalir melalui induktor, yang besarnya berubah setiap kali, tegangan induksi VL dihasilkan. Secara matematis, hubungan antara arus dan tegangan induksi dirumuskan sebagai berikut.

Persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin besar perubahan arus terhadap waktu, semakin besar pula tegangan induksi. Tegangan induksi muncul setelah arus berubah dalam interval waktu tertentu. Dari kondisi tersebut dapat dikatakan bahwa arus yang mengalir tidak bersamaan dengan tegangan atau tegangan tidak sefase dengan arus. Tegangan mendahului arus dengan beda sudut fasa 90o. 

Gambar paling kiri adalah contoh susunan kumparan, gambar tengah adalah diagram sinus antara tegangan dan arus, dan gambar paling kanan adalah diagram fasa antara tegangan dan arus. Gambar tengah menunjukkan tegangan mendahului arus dengan beda sudut fasa 90o dan arus tertinggal 90o dari tegangan.

Baca juga: Hubungan Antara Arus Listrik, Tegangan, dan Hambatan

3. Arus Bolak-Balik (Alternating Current) pada Kapasitor

Ketika arus bolak-balik IC melewati kapasitor, tegangan VC muncul. Tegangan kapasitor perlahan-lahan meningkat menjadi Vt. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.

Ketika kapasitor dilewatkan oleh arus, tegangan melintasi kapasitor meningkat. Sebaliknya, saat arus dikurangi menjadi nol, tegangan melintasi kapasitor perlahan-lahan berkurang. Situasi ini menunjukkan bahwa arus dan tegangan tidak bekerja pada saat yang bersamaan. Artinya, arus dan tegangan tidak dalam fase yang sama. Arus mendahului tegangan dengan beda sudut fasa 90o.

Gambar paling kiri adalah contoh tata letak kapasitor, gambar tengah adalah diagram sinus antara tegangan dan arus, dan gambar paling luar adalah diagram fasa antara tegangan dan arus. Gambar tengah menunjukkan bahwa arus mendahului tegangan dengan beda fasa 90° dan tegangan tertinggal 90° dari arus.

Berikut adalah beberapa rumus yang terkait dengan rangkaian RLC, R (resistif), L (induktif), dan C (kapasitif):

1. Persamaan Kirchhoff:
1. Persamaan Kirchhoff arus (KVL): ΣI = 0
2. Persamaan Kirchhoff tegangan (KCL): ΣV = 0
2. Hukum Ohm: V = IR, di mana V adalah tegangan (volt), I adalah arus (ampere), dan R adalah resistor (ohm).
3. Persamaan impedansi Z: Z = R + jX, di mana Z adalah impedansi (ohm), R adalah resistor (ohm), dan X adalah reaktansi (ohm). Reaktansi adalah hambatan yang diberikan oleh indikator (L) atau kapasitor (C) terhadap perubahan arus.
4. Persamaan indikator: L = Φ / I, di mana L adalah indikator (henry), Φ adalah fluks magnet (weber), dan I adalah arus (ampere).
5. Persamaan kapasitor: C = Q / V, di mana C adalah kapasitor (farad), Q adalah muatan (coulomb), dan V adalah tegangan (volt).
6. Persamaan resonansi: f = 1 / (2π √(LC)), di mana f adalah frekuensi resonansi (hertz), L adalah indikator (henry), dan C adalah kapasitor (farad).
7. Persamaan fasor: V = ZI, di mana V adalah fasor tegangan (volt), Z adalah fasor impedansi (ohm), dan I adalah fasor arus (ampere). Fasor adalah representasi sinusoidal dari sinyal listrik yang memiliki frekuensi dan fase yang tetap. Fasor dapat digunakan untuk menganalisis sistem listrik yang beroperasi pada frekuensi tinggi atau untuk menggambarkan sinyal listrik yang terdiri dari banyak frekuensi.

Itu adalah beberapa rumus yang terkait dengan rangkaian RLC, R (resistif), L (induktif), dan C (kapasitif). Rumus-rumus ini dapat digunakan untuk menganalisis dan mengontrol sistem listrik yang menggunakan komponen-komponen tersebut. Selain itu, rumus-rumus ini juga dapat membantu dalam menghitung tegangan, arus, dan hambatan yang terjadi di dalam sistem listrik.