Prinsif Dasar Jembatan Wheatstone

Jembatan Wheatstone pada awalnya dikembangkan oleh Charles Wheatstone untuk mengukur nilai tahanan (resistor) yang tidak diketahui, selain itu juga sebagai sarana kalibrasi alat ukur seperti voltmeters, ammeters, dan lain-lain. Meskipun saat ini multimeter digital menyediakan cara yang mudah untuk mengukur tahanan. Jembatan Wheatstone masih dapat digunakan untuk mengukur nilai tahanan yang sangat kecil nilainya dalam unit mili-Ohm. Jembatan Wheatstone dapat digunakan dalam sejumlah aplikasi peralatan instrumentasi yang berkaitan dengan transduser dan transmitter. Jembatan Wheatstone (Wheatstone Bridge) disusun  dari dua rangkaian tahanan seri-paralel  yang terhubung antara terminal sumber tegangan dan ground,  perbedaan tegangan antara dua cabang paralel saat seimbang akan menghasilkan nilai nol volt. Sirkuit jembatan Wheatstone memiliki dua terminal input dan dua terminal output yang terdiri dari empat tahanan. Perhatikan gambar jembatan Wheatstone dibawah ini, di buat dalam bentuk yang khas menyerupai bentuk segi empat berlian.

Ketika dalam keadaan setimbang, jembatan Wheatstone dapat dianalisa secara sederhana sebagai dua rangkaian komponen yang disusun secara paralel. Sifat aliran arus serta penurunan tegangan karena adanya tahanan pada jaringan jembatan wheatstone merupakan  salah satu sifat fisik yang memenuhi hokum Ohm.

Karena dua tahanan disusun secara seri (berurutan) maka  arus yang sama (i) mengalir pada keduanya, yaitu memenuhi persamaan;

I = V ÷ R = 12V ÷ (10Ω + 20Ω) = 0.4A

Dengan diketahuinya besaran arus yang mengalir maka tegangan pada titik C dapat dihitung, yaitu merupakan penurunan tegangan karena adanya tahanan, tegangan pada titik tersebut ditunjukkan pada persamaan berikut :

VR2 = I × R2 = 0.4A × 20Ω = 8 volts

Kemudian kita dapat melihat bahwa sumber tegangan VS dibagi di antara dua resistor seri secara proporsional tergantung dari pada besarnya tahanan yaitu  VR1 = 4V dan VR2 = 8V. Ini adalah prinsip dasar pembagian tegangan, yang  disebut rangkaian pembagi potensial atau jaringan pembagi tegangan.

Sekarang jika kita menambahkan rangkaian tahanan seri lainnya menggunakan nilai-nilai tahanan yang sama secara paralel dengan yang pertama, maka akan berlaku beberapa rumus dari  hukum Ohm seperti yang diterangkan melalui beberapa percobaan berikut ini:

Percobaan pertama kita tambahkan rangkaian seri secara paralel seperti gambar dibawah

Karena rangkaian seri kedua memiliki nilai tahanan  yang sama dengan yang pertama, maka nilai tegangan pada titik D, juga memiliki nilai tegangan yang besarnya sama  yaitu 8 volt, pengukuran dilakukan dengan meletakkan probe di titik D dan di titik ground atau titik negative baterai.

Percobaan tersebut diatas menjelaskan bahwa perbedaan potensial antara titik C dengan titik D bisa bernilai 0 Volt bila perbandingan tahanan pada rangkaian parallel yang menyusunnya seimbang.

Sekarang mari kita lanjutkan dengan percobaan kedua,  yaitu membalikkan posisi tahanan R3 dengan tahanan R4 seperti pada gambar dibawah ini:
Jembatan wheatstone-2
Dengan tahanan  R3 dan R4 terbalik, arus yang mengalir melalui rangkaian seri  tetap sama yaitu 0,4 A, tetapi tegangan pada titik D akan berubah karena efek dari nilai R4 yang berubah, yaitu menjadi; VR4 = 0.4A × 10Ω = 4 volts

Sekarang dengan VR4 nilainya 4 volt maka jadi ada   perbedaan tegangan antara titik C dan D yaitu sebesar 4 volt, hasil dari perhitungan C = 8 volts dikurangi dengan   D = 4 volt  ( 8 – 4 = 4 volts).

Kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini bahwa “dua rangkaian seri yang disusun paralel akan menghasilkan perbedangan tegangan  meskipun arus yang melalui keduanya sama,  apabila perbandingan nilai tahanan yang menyusunnya tidak seimbang”

Dari kedua percobaan diatas dapat kita lihat bahwa variasi nilai-nilai  tahanan pada rangkaian parallel  ACB dan   ADB dapat menghasilkan perbdaan tegangan antara 0 Volt  (setimbang) hingga tegangan maksimum yang nilainya sebesar tegangan power supply, dalam hal ini sama dengan  tegangan battere, inilah prinsip dasar daripada jembatan wheatstone

Setelah kita mengetahui prinsif kerja jembatan wheatstone, mari kita simak bagaimana  jembatan wheatston dapat mengetahui nilai sebuah tahanan yang tidak diketahui nilainya.
Jembatan wheatstone-3

Siapkan rangkaian seperti pada gambar diatas, dimana R1 dan R2 adalah tahanan dengan nilai tetap, R3 merupakan tahanan geser yang nalainya dapat diatur, dan Rx adalah tahanan yang mau diketahui berapa nilainya. Adapun langkah yang harus dilakukan adalah dengan mengamati nilai daripada alat pengukur tegangan yang probenya dipasang antara titik C dan titik D, alat pengukur tegangan bisa berupa AVO meter atau Galvanometer. Lakukan perubahan nilai tahanan pada tahanan variabel R3 hingga alat pengukur tegangan membaca nilai 0 Volt, setelah diperoleh nilai 0 Volt catat berapa nilai R3 sehingga dapat diketahui nilai Rx dengan melakukan perhitungan berdasarkan rumus hukum Ohm.

R1/R2 = R3/Rx
Rx = (R2 X R3)/ R1

Demikian pembahasan mengenai prinsif dasar jembatan wheatstone semoga bermanfaat. Rangkaian jembatan wheatstone ini hingga sekarang masih banyak dipakai sebagai rangkaian elektronik pada perangkat instrumentasi seperti transmitter, tranduser,analyser dan lain-lain. Untuk memudahkan dalam memahami jembatan wheatstone sebaiknya simak dasar-dasar perhitungan tahanan, arus dan tegangan pada artikel “Teori dasar listrik”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *