Rangkaian Penala

1. Pengertian Rangkaian Penala

Rangkaian penala terdiri dari induktansi dan kapasitansi, dan beresonansi pada frekuensi tertentu (frekuensi resonansi). Rangkaian LC bisa digunakan untuk menghasilkan sinyal pada frekuensi tertentu atau mengambil sinyal pada frekuensi tertentu dari sebuah sinyal yang lebih kompleks. Rangkaian LC merupakan komponen penting pada alat-alat elektronik, seperti osilator, filter, tuner, dan frekuensi mixer.

2. Rangkaian Penala Seri

Rangkaian penala seri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. terdiri dari induktansi, kapasitansi, dan resistansi. Reaktansi induktif dan kapasitif besarnya tergantung pada frekuensi dari tegangan yang diberikan. Resonansi terjadi ketika reaktansi induktif dan kapasitansi bernilai sama. Sebuah grafik antara reaktansi dan frekuensi, dijelaskan pada Gambar 2., di mana Fr adalah frekuensi resonansi.

Gambar 1. Rangkaian Penala Seri

Gambar 2. Variasi Antara Reaktansi dengan Frekuensi.

Impedansi total pada rangkaian di atas dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ketika X_L = X_C, keduanya akan saling menghilangkan, menyisakan resistansi pada rangkaian yang berbanding terbalik dengan arus. Saat beresonansi, impedansi total merupakan nilai dari semua resistansi seri pada rangkaian. Rumus untuk frekuensi resonansi adalah sebagai berikut.

Pada rumus di atas, frekuensi dalam satuan Hertz (Hz), induktansi dalam Henry (H), dan kapasitansi dalam Farad (F).

Pada frekuensi yang sangat rendah, reaktansi kapasitif jauh lebih besar daripada reaktansi induktif; karena itu arus di dalam rangkaian sangatlah kecil karena tingginya impedansi. Pada saat itu, karena rangkaian lebih bersifat kapasitif, maka arus mendahului tegangan hampir 90^O. Saat frekuensi semakin tinggi, X_C menurun dan X_L makin besar.  Saat nilai reaktansi keduanya mendekati satu sama lain, maka arus makin besar. Pada saat X_C = X_L, keduanya saling menghilangkan dan impedansi rangkaian menjadi sebesar nilai resistansinya (Z = R), arus menjadi maksimum. Saat frekuensi terus makin tinggi, X_L, menjadi lebih besar daripada X_C, rangkaian menjadi lebih induktif. Impedansi rangkaian makin besar dan arus makin kecil,

Gambar 3. Kurva Respon Frekuensi dan Frekuensi Pada Rangkaian Penala Seri.

3. Rangkaian Penala Paralel

Rangkaian penala paralel adalah suatu rangkaian yang terdiri dari inductor dan kapasitor yang terhubung secara paralel. Secara umum, resonansi pada rangkaian penala paralel dapat didefinisikan di mana reaktansi induktif dan kapasitif bernilai sama. Jika kita menganggap tidak ada resistansi pada rangkaian, maka arus pada inductor sama dengan arus pada kapasitor:

I_L = I_C

Meskipun arus bernilai sama, tetapi keduanya berbeda fasa sebesar 180­^O. Tegangan mendahului arus pada konduktor sebesar 90⁰, dan arus pada kapasitor mendahului tegangan sebesar 90^O. Dengan menerapkan Hukum Kirchoff Arus kepada rangkaian, jumlah dari arus masing-masing cabang sama dengan jumlah arus yang menuju cabang. Saat beresonansi, rangkaian penala paralel mempunyai nilai resistansi tidak terbatas, tidak menarik arus dari sumber, dan bertindak sebagai open circuit.

Gambar 4. Rangkaian Penala Paralel.

Gambar 5. Hubungan Arus Pada Rangkaian Penala Paralel.

Kurva respon frekuensi dan fasa rangkaian penala paralel ditunjukkan pada Gambar 6. Di bawah frekuensi resonansi, X_L lebih kecil dibandingkan X_C. Demikian, arus induktif lebih besar dibandingkan dengan arus kapasitif, rangkaian bersifat induktif, dan tegangan mendahului arus. Di atas frekuensi resonansi, X_C lebih kecil dibandingkan X_L. Demikian, arus kapasitif lebih besar dibandingkan dengan arus induktif, rangkaian bersifat kapasitif, dan arus mendahului tegangan. Sudut fasa impedansi akan mendahului ketika di bawah frekuensi resonansi dan terlambat ketika di atas frekuensi resonansi. Pada frekuensi resonansi, impendansi akan mencapai puncaknya, arus mempunyai nilai minimum, dan rangkaian mempunyai nilai resistansi yang tinggi.

Gambar 6. Respon Rangkaian Penala Paralel.

Referensi:

[1] Frenzel, Louis E., Fourth Edition. 2015, Principles of Electronic Communication Systems, McGraw-Hill Inc.