Bentuk Gelombang Arus RLC Jauh dari Resonansi
1 · Memprediksi
Rangkaian RLC ini digerakkan secara off-resonansi (pada setengah frekuensi resonansinya), sehingga arusnya tertinggal atau mendahului tegangan penggerak dengan sudut fasa tetap. Apakah arus sesaat masih berosilasi secara sinusoidal pada frekuensi yang sama dengan penggerak?
- Tidak — arus berosilasi pada frekuensi yang berbeda dari frekuensi konverter.
- Ya - arus berosilasi pada frekuensi penggerak yang tepat, hanya pergeseran fasa relatif terhadap tegangan.
- Arusnya tidak sinusoidal sama sekali dalam kondisi stabil.
2 · Pengaturan
- Buka preset rlc-off-resonance dan tekan Reset. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, drive ω = 5 rad/s (setengah dari resonansi ω₀ = 10 rad/s), V₀ = 10 V.
- Aktifkan pembacaan arus sesaat.
- Baca arus sesaat pada setiap waktu yang tercantum.
3 · Kumpulkan Data
| Waktu t (s) | Arus sesaat i(t) (A) |
|---|---|
| 0.10 | |
| 0.30 | |
| 0.60 |
Plot arus i(t) (sumbu y) terhadap waktu t (sumbu x) untuk tiga pembacaan Anda, dan buat sketsa siklus penuh untuk menunjukkan jeda fase relatif terhadap gelombang sinus sefasa dengan tegangan penggerak.
4 · Analisis
- Pertama hitung Z = √(R² + X²) dan φ = atan2(X, R) dengan X = ωL − 1/(ωC), menggunakan R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F, ω = 5 rad/s (menghasilkan Z = 25 Ω, φ ≈ −0.64 rad). Kemudian hitung i(t) = (V₀/Z)sin(ωt − φ) menggunakan V₀ = 10 V. Bandingkan dengan tabel.
- Sudut fasa di sini negatif, artinya rangkaian didominasi kapasitor pada frekuensi ini (di bawah resonansi). Jelaskan arti φ negatif terhadap apakah arus mendahului atau tertinggal dari tegangan penggerak.
5 · Perluas
- Amplitudo arus di sini (V₀/Z = 10 /25 = 0.4 A) lebih kecil daripada yang seharusnya pada resonansi (V₀/R = 10 /20 = 0.5 A). Jelaskan mengapa menggerakkan rangkaian RLC off-resonance selalu menghasilkan amplitudo arus yang lebih kecil daripada menggerakkannya pada resonansi.
- Karena frekuensi off-resonansi menghasilkan amplitudo arus yang lebih kecil, rangkaian RLC bertindak sebagai filter frekuensi alami. Jelaskan mengapa rangkaian ini akan merespons dengan lemah terhadap sinyal frekuensi sangat tinggi atau frekuensi sangat rendah yang dicampur dengan frekuensi resonansinya.