Rangkaian Pengosongan RC dan Konstanta Waktu RC (Resistor Kapasitor)
Ketika sumber tegangan dilepas dari rangkaian RC yang terisi penuh, Kapasitor, C akan mengalir kembali melalui resistansi Resistor, R.
Dalam tutorial rangkaian Pengisian RC (Resistor-Kapasitor) sebelumnya, kami melihat bagaimana kapasitor, C mengisi melalui Resistor, R hingga mencapai jumlah waktu yang sama dengan 5 konstanta waktu atau 5T dan kemudian tetap terisi penuh.
Jika kapasitor yang terisi penuh ini sekarang terputus dari tegangan supply baterai DC-nya, ia akan menyimpan energinya yang dibangun selama proses pengisian tanpa batas waktu (dengan asumsi kapasitor ideal dan mengabaikan segala kerugian internal), menjaga tegangan di terminalnya konstan.
Jika baterai sekarang dilepas dan diganti dengan short circuit, ketika sakelar ditutup lagi kapasitor akan melepaskan dirinya kembali melalui resistor, R seperti kita sekarang memiliki rangkaian pengosongan RC. Ketika kapasitor melepaskan arusnya melalui resistor seri, energi yang tersimpan di dalam kapasitor diekstraksi dengan tegangan Vc melintasi kapasitor yang membusuk ke nol seperti ditunjukkan di bawah ini.
Seperti yang kita lihat di rangkaian pengisian RC sebelumnya, dalam Rangkaian Pengosongan RC, konstanta waktu ( τ ) masih sama dengan nilai 63%. Kemudian untuk rangkaian pengosongan RC yang awalnya terisi penuh, tegangan melintasi kapasitor setelah satu kali konstan, 1T, telah turun sebesar 63% dari nilai awalnya yaitu 1 - 0.63 = 0.37 atau 37% dari nilai awalnya.
Konstanta waktu dari rangkaian diberikan sebagai waktu yang diperlukan kapasitor untuk melepaskan ke dalam 37% dari nilai terisi penuh. Jadi satu konstanta waktu untuk rangkaian pengosongan RC diberikan sebagai tegangan melintasi plat yang mewakili 37% dari nilai akhir yang akan menjadi nol volt (sepenuhnya habis), dan dalam kurva kami ini diberikan sebagai 0.37Vs.
Saat kapasitor dilepaskan, kapasitor akan kehilangan daya pada tingkat yang menurun. Pada awal debit kondisi awal dari rangkaian, yang t = 0. i = 0 dan q = Q. Tegangan di plat kapasitor adalah sama dengan tegangan supply dan Vc = Vs. Karena tegangan melintasi plat berada pada nilai tertinggi, arus pengosongan maksimum mengalir di sekitar rangkaian.
Dengan sakelar ditutup, kapasitor sekarang mulai keluar seperti yang ditunjukkan. Laju peluruhan kurva pengosongan RC lebih curam di awal karena laju pengosongan tercepat di awal dan kemudian berkurang secara eksponensial ketika kapasitor kehilangan muatan pada laju yang lebih lambat. Saat pengosongan berlanjut, Vc turun dan arus debit semakin sedikit.
Kita melihat di rangkaian pengisian sebelumnya bahwa tegangan melintasi kapasitor, C sama dengan 0.5Vc pada 0.7T dengan nilai stabil yang sepenuhnya habis akhirnya tercapai pada 5T.
Untuk rangkaian pengosongan RC, tegangan melintasi kapasitor ( Vc ) sebagai fungsi waktu selama periode pengosongan didefinisikan sebagai:
Dimana:
Vc adalah tegangan melintasi kapasitor
Vs adalah tegangan supply
t adalah waktu yang telah berlalu sejak pemindahan tegangan supply
RC adalah konstanta waktu dari rangkaian pengosongan RC (Resistor-Kapasitor)
Sama seperti rangkaian Pengisian RC sebelumnya, kita dapat mengatakan bahwa dalam Rangkaian Pengosongan RC, waktu yang diperlukan kapasitor untuk melepaskan diri ke satu konstanta waktu diberikan sebagai:
Di mana, R berada di Ω dan C di Farad.
Kemudian kita dapat menunjukkan dalam tabel berikut persentase tegangan dan nilai arus untuk kapasitor dalam rangkaian pengosongan RC untuk konstanta waktu tertentu.
Perhatikan bahwa karena kurva pengosongan untuk rangkaian pengosongan RC adalah eksponensial, untuk semua tujuan praktis, setelah lima konstanta waktu, kapasitor dianggap sepenuhnya habis.
Jadi konstanta waktu rangkaian RC adalah ukuran seberapa cepat pengisian atau pengosongan.
Konstanta waktu, τ ditemukan menggunakan rumus T = R*C dalam detik.
Oleh karena itu konstanta waktu τ diberikan sebagai: T = R*C = 100k x 22uF = 2.2 Detik
a) Berapa nilai tegangan pada kapasitor pada konstanta waktu 0.7?
Pada 0.7 konstanta waktu (0.7 T ) Vc = 0.5Vc. Oleh karena itu, Vc = 0.5 x 10V = 5V
b) Berapa nilai tegangan pada kapasitor setelah 1 kali konstan?
Pada 1 waktu konstan ( 1T ) Vc = 0.37Vc. Oleh karena itu, Vc = 0.37 x 10V = 3.7V
c) Berapa lama yang dibutuhkan kapasitor untuk "sepenuhnya melepaskan" itu sendiri, (sama dengan 5 konstanta waktu)
Konstanta 1 waktu ( 1T ) = 2.2 detik. Oleh karena itu, 5T = 5 x 2.2 = 11 Detik
Dalam tutorial rangkaian Pengisian RC (Resistor-Kapasitor) sebelumnya, kami melihat bagaimana kapasitor, C mengisi melalui Resistor, R hingga mencapai jumlah waktu yang sama dengan 5 konstanta waktu atau 5T dan kemudian tetap terisi penuh.
Jika kapasitor yang terisi penuh ini sekarang terputus dari tegangan supply baterai DC-nya, ia akan menyimpan energinya yang dibangun selama proses pengisian tanpa batas waktu (dengan asumsi kapasitor ideal dan mengabaikan segala kerugian internal), menjaga tegangan di terminalnya konstan.
Jika baterai sekarang dilepas dan diganti dengan short circuit, ketika sakelar ditutup lagi kapasitor akan melepaskan dirinya kembali melalui resistor, R seperti kita sekarang memiliki rangkaian pengosongan RC. Ketika kapasitor melepaskan arusnya melalui resistor seri, energi yang tersimpan di dalam kapasitor diekstraksi dengan tegangan Vc melintasi kapasitor yang membusuk ke nol seperti ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Pengosongan RC (Resistor-Kapasitor)
Seperti yang kita lihat di rangkaian pengisian RC sebelumnya, dalam Rangkaian Pengosongan RC, konstanta waktu ( τ ) masih sama dengan nilai 63%. Kemudian untuk rangkaian pengosongan RC yang awalnya terisi penuh, tegangan melintasi kapasitor setelah satu kali konstan, 1T, telah turun sebesar 63% dari nilai awalnya yaitu 1 - 0.63 = 0.37 atau 37% dari nilai awalnya.
Konstanta waktu dari rangkaian diberikan sebagai waktu yang diperlukan kapasitor untuk melepaskan ke dalam 37% dari nilai terisi penuh. Jadi satu konstanta waktu untuk rangkaian pengosongan RC diberikan sebagai tegangan melintasi plat yang mewakili 37% dari nilai akhir yang akan menjadi nol volt (sepenuhnya habis), dan dalam kurva kami ini diberikan sebagai 0.37Vs.
Saat kapasitor dilepaskan, kapasitor akan kehilangan daya pada tingkat yang menurun. Pada awal debit kondisi awal dari rangkaian, yang t = 0. i = 0 dan q = Q. Tegangan di plat kapasitor adalah sama dengan tegangan supply dan Vc = Vs. Karena tegangan melintasi plat berada pada nilai tertinggi, arus pengosongan maksimum mengalir di sekitar rangkaian.
Kurva Rangkaian Pengosongan RC (Resistor-Kapasitor)
Dengan sakelar ditutup, kapasitor sekarang mulai keluar seperti yang ditunjukkan. Laju peluruhan kurva pengosongan RC lebih curam di awal karena laju pengosongan tercepat di awal dan kemudian berkurang secara eksponensial ketika kapasitor kehilangan muatan pada laju yang lebih lambat. Saat pengosongan berlanjut, Vc turun dan arus debit semakin sedikit.
Kita melihat di rangkaian pengisian sebelumnya bahwa tegangan melintasi kapasitor, C sama dengan 0.5Vc pada 0.7T dengan nilai stabil yang sepenuhnya habis akhirnya tercapai pada 5T.
Untuk rangkaian pengosongan RC, tegangan melintasi kapasitor ( Vc ) sebagai fungsi waktu selama periode pengosongan didefinisikan sebagai:
VC = VS x e-t/RC
Dimana:
Vc adalah tegangan melintasi kapasitor
Vs adalah tegangan supply
t adalah waktu yang telah berlalu sejak pemindahan tegangan supply
RC adalah konstanta waktu dari rangkaian pengosongan RC (Resistor-Kapasitor)
Sama seperti rangkaian Pengisian RC sebelumnya, kita dapat mengatakan bahwa dalam Rangkaian Pengosongan RC, waktu yang diperlukan kapasitor untuk melepaskan diri ke satu konstanta waktu diberikan sebagai:
τ ≡ R x C
Di mana, R berada di Ω dan C di Farad.
Kemudian kita dapat menunjukkan dalam tabel berikut persentase tegangan dan nilai arus untuk kapasitor dalam rangkaian pengosongan RC untuk konstanta waktu tertentu.
Tabel Pengosongan RC (Resistor-Kapasitor)
Waktu Konstanta
|
Nilai RC
|
Persentase Maksimum
|
|
Tegangan
|
Arus
|
||
0.5 waktu konstan
|
0.5T = 0.5RC
|
60,7%
|
39,3%
|
0.7 waktu konstan
|
0.7T = 0.7RC
|
49,7%
|
50,3%
|
1.0 waktu konstan
|
1T = 1RC
|
36,6%
|
63,4%
|
2.0 waktu konstan
|
2T = 2RC
|
13,5%
|
86,5%
|
3.0 waktu konstan
|
3T = 3RC
|
5.0%
|
95,0%
|
4 waktu
konstan
|
4T = 4RC
|
1,8%
|
98,2%
|
5.0 waktu
konstan
|
5T = 5RC
|
0,7%
|
99,3%
|
Jadi konstanta waktu rangkaian RC adalah ukuran seberapa cepat pengisian atau pengosongan.
Contoh: Rangkaian Pengosongan RC (Resistor-Kapsitor) No.1
Kapasitor terisi penuh hingga 10 volt. Hitung konstanta waktu RC, τ dari rangkaian pengosongan RC berikut saat sakelar ditutup.Oleh karena itu konstanta waktu τ diberikan sebagai: T = R*C = 100k x 22uF = 2.2 Detik
a) Berapa nilai tegangan pada kapasitor pada konstanta waktu 0.7?
Pada 0.7 konstanta waktu (0.7 T ) Vc = 0.5Vc. Oleh karena itu, Vc = 0.5 x 10V = 5V
b) Berapa nilai tegangan pada kapasitor setelah 1 kali konstan?
Pada 1 waktu konstan ( 1T ) Vc = 0.37Vc. Oleh karena itu, Vc = 0.37 x 10V = 3.7V
c) Berapa lama yang dibutuhkan kapasitor untuk "sepenuhnya melepaskan" itu sendiri, (sama dengan 5 konstanta waktu)
Konstanta 1 waktu ( 1T ) = 2.2 detik. Oleh karena itu, 5T = 5 x 2.2 = 11 Detik