Rangkaian Penggeser Fasa Rangkaian AC

Untuk rangkaian RC, RL, dan RLC memiliki beberapa aplikasi ac; seperti rangkaian kopling, rangkaian penggeser fasa, filter, rangkaian resonansi, rangkaian jembatan ac, dan trafo. Dari sekian banyak aplikasi, beberapa aplikasi sederhana adalah rangkaian penggeser fasa RC dan rangkaian jembatan ac. Prinsip operasi penggeser fasa adalah diagram fasor.

Sekarang kita akan mempelajari rangkaian penggeser fasa.

Rangkaian Penggeser Fasa

Rangkaian penggeser fasa sering digunakan untuk membetulkan pergeseran fasa yang tidak diinginkan yang muncul di rangkaian atau muncul karena efek khusus. Sebuah rangkaian RC mampu untuk memenuhi tujuan ini karena kapasitor menyebabkan arus pada rangkaian mendahului tegangan. Dua contoh umum dapat dilihat di Gambar.(1). (Rangkaian RL atau rangkaian reaktif lain dapat digunakan untuk tujuan yang sama.)

Gambar 1. Rangkaian seri RC : (a) mendahului output, (b) tertinggal output

Pada Gambar.(1a), rangkaian menunjukkan I mendahului tegangan V_i sebesar sudut fasa θ, dimana 0 < θ < 90^o, bergantung pada nilai R dan C. Jika X_C = -1/ωC, maka impedansi total adalah Z = R + jX_C, dan pergeseran fasanya adalah

(1)

Perhatikan bahwa besar pergeseran fasa bergantung pada nilai R, C, dan frekuensi yang bekerja. Karena tegangan output V_o pada resistor memiliki fasa yang sama dengan arus, V_o memimpin (pergeseran fasa positif) V_i seperti di Gambar.(2a).

Gambar 2. Pergeseran fasa di rangkaian RC : (a) output mendahului, (b) output tertinggal

Pada Gambar.(1b), output diperoleh pada kapasitor. Arus I memimpin tegangan input V_i sebesar θ, tetapi tegangan output v_o(t) pada kapasitor tertinggal (pergeseran fasa negatif) tegangan input v_i(t) seperti di Gambar.(2b).

Perlu kita perhatikan bahwa rangkaian sederhana RC di Gambar.(1) juga bekerja sebagai pembagi tegangan. Maka dari itu, bila pergeseran fasa θ mendekati 90^o, tegangan output V_o mendekati nol. Untuk alasan ini, rangkaian sederhana RC hanya digunakan untuk pergeseran fasa bernilai kecil.

Jika kita membutuhkan pergeseran fasa lebih dari 60^o, jaringan sederhana RC disusun secara cascaded, dimana rangkaian ini dapat memberikan pergeseran fasa setara dengan jumlah tiap penggeser fasa. Dalam praktiknya, pergeseran fasa yang disusun tidak setara, karena beban yang disalurkan ke tingkat berikutnya mempengaruhi tingkat sebelumnya kecuali op amp digunakan untuk memisahkan tiap tingkat.

Baca juga : komponen dasar rangkaian listrik

Contoh Rangkaian Penggeser Fasa

Untuk pemahaman yang lebih baik mari kita simak contoh di bawah :
1. Buatlah rangkaian untuk menghasilkan fasa yang mendahului 90^o.
Solusi :
Jika kita memilih komponen rangkaian dengan satuan ohm yang sama, misalnya R = |X_C| = 20 Ω, dengan frekuensi tertentu, sesuai Persamaan.(1), pergeseran fasa tepat 45^o. Dengan menyusun penggeser fasa secara cascaded sebanyak dua rangkaian RC di Gambar.(1a), kita peroleh rangkaian di Gambar.(3)

Gambar 3

menyediakan positif atau pergeseran fasa yang memimpin 90^o, yang sedikit lagi akan kita lihat. Menggunakan kombinasi seri-paralel, Z di Gambar.(3) diperoleh dari

(1.1)

Dengan pembagi tegangan,

(1.2)

dan

(1.3)

Substitusi Persamaan.(1.2) ke (1.3)

Jadi, output mendahului input sebesar 90^o, tetapi nilainya hanya 33% dari input.

2. Untuk rangkaian RL di Gambar.(4a), hitung nilai pergeseran fasa yang dihasilkan di 2 kHz.

Gambar 4

Solusi :
Pada 2 kHz, kita ubah 10 mH dan 5mH menjadi impedansi berikut :

Lihat pada Gambar.(4b). Impedansi Z adalah kombinasi paralel dari j125.7 Ω dan 100 + 62.83 Ω. Jadi,

(2.1)

Dengan pembagi tegangan,

(2.2)

dan

(2.3)

Kombinasikan Persamaan.(2.2) dan (2.3),

menunjukkan bahwa output hanya senilai 19% dari input tetapi mendahului input sebesar 100^o. Jika rangkaian diakhiri beban, maka beban akan mempengaruhi pergeseran fasa.

For English read How to Calculate Phase Shifter Formula and Operation.