jasaservis

Tag: resistor

  • Prinsif Dasar Jembatan Wheatstone

    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”

  • Rangkaian Tahanan Seri

    Rangkaian Tahanan Seri

    Rangkaian  Tahanan Seri

    Yang dimaksud dengan rangkaian tahanan seri adalah gabungan beberapa buah tahanan yang disambungkan secara seri yaitu salah satu ujung tahanan di hubungkan dengan ujung tahanan lain sehingga arus hanya mengalir melalui satu jalan, dalam ilustrasi dibawah ini aliran arus terjadi dari terminal negatip daripada sumber arus yaitu batere kemudian mengalir ke sisi positip daripada batere melalui tahanan R5, R4, R3, R2, dan R1.

    Nilai tahanan yang digabungkan secara seri memenuhi rumus sebagai berikut;

    Rt = R1 + R2 + R3 + R4 + R5…..+ Rn

    Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa nilai tahanan yang digabungkan secara seri jumlahnya akan bertambah, misalnya R1 yang nilainya 4 Ohm digabungkan secara seri dengan R2 yang nilainya 5 Ohm maka nilai total kedua tahan tersebut menjadi 9 Ohm.

    Dibawah ini adalah contoh rangkaian seri dengan 5 buah tahanan beserta hasil perhitungan tahanan totalnya.

    Sifat ARUS  listrik pada rangkaian seri

    Setelah menyimak hasil perhitungan tahanan total pada rangkaian tahanan seri maka dapat disimpulkan bahwa gabungan dari beberapa tahanan yang disusun seri dapat disedrhanakan menjadi gambar rangkaian dengan satu tahanan saja seperti pada ilustrasi dibawah ini;

    Cara mengukur arus pada rangkaian tertutup adalah dengan menempatkan alat ukur seperti AVO meter secara seri, adapun besarnya arus yang mengalir pada sebuah rangkaian memenuhi hukum Ohm. Untuk contoh rangkaian diatas hasilnya adalah sebagai berikut:

    Sifat TEGANGAN  listrik pada rangkaian seri

    Cara mengukur tegangan listrik yaitu dengan menempatkan probe alat ukur tegangan misalnya AVO meter pada titik positip dan titik negatip dari sebuah sumber tegangan, dalam hal ini adalah sumber tegangan DC seperti batere atau accu, perlu diperhatikan bahwa probe alat pengukur tidak boleh terbalik polaritasnya, probe bertanda positip pada AVO di letakkan pada sisi positip daripada sumber dan prob negatip ditempatkan pada sisi negatip, jika terbalik maka akan menunjukkan angka yang berlawanan misalnya untuk tegangan 12 Volt menjadi minus12 volt.

    Selain daripada tegangan total, tegangan listrik pada trangkaian  juga dapat diukur dengan menempatkan probe alat ukur diantara resistor, hasil untuk pengukuran dengan metode ini akan menghasilkan nilai tegangan yang menurun. Hal ini sesuai dengan hokum kirschof yang menyatakan bahwa:

    Nilai tegangan listrik pada rangkaian tertutup yang diukur antara tahanan akan menunjukkan nilai penurunan yang hasil penjumlahannya  akan sama dengan tegangan total  pada loop tertutup tersebut.

    Perhatikan ilustrasi dibawah sebagai penjabaran dari hukum kirchof tentang tegangan pada rangkaian seri

    Mengacu pada gambar diatas jika probe di tempatkan pada titik angka 3 dan angka 4 maka nilainya 20 Volt, lalu jika probe AVO meter di pindahkan ke titik angka 3 dan titik angka 5 maka nilainya menjadi 35 Volt,nilai yang sama dengan tegangan sumber ketika probe di tempatkan pada titik dengan angka 1 dan titik angka 2.

    Contoh lain yang menunjukkan teori kirchoff diperlihatkan dengan menyimak gambar di bawah ini

    Empat buah tahanan yang masing –masing bernilai 1.5 Volt disusun secara seri kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan DC 12 Volt.  Jika dilakukan pengukuran tegangan antara masing-masing tahanan maka nilainya akan menurun dalam hal ini dihasilkan 3 Volt. Kemudian bila dijumlahkan hasil pengukuran pada keempat tahanan tersebut maka hasilnya sama dengan besarnya tegangan total yaitu 12 Volt.

    Simak penjelasan lebih terperinci dibawah ini:

    Langkah pertama, hitung nilai total tahanan

    Rt = R1 + R2 + R3 + R4
    Rt = 1.5 + 1.5 + 1.5 + 1.5
    Rt = 6 Ω

    Langkah kedua, hitung nilai arus yang mengalir

    I = V/R
    I= 12/6
    I = 2 Amps

    Langkah ketiga hitung nilai tegangan diantara tahanan

    E = I x R
    E = 2 x 1.5
    E = 3 Volts

    Kesimpulan; nilai tegangan yang diukur diantara tahan R1 hasilnya adalah 3 Volt, jika di ukur diantara R1 dan R2 maka hasilnya adalah 6 Volt, jika diukur diantara R1, R2 dan R3 maka hasilnya 9 volt, kemudian jika diukur antara R1, R2, R3 dan R4 maka nilainya adalah 12 Volt, nilai yang sama dengan tegangan yang dikeluarkan oleh sumber tegangan.

    Contoh aplikasi rangkaian seri.

    Rangkaian seri banyak dipakai pada  modul-modul elektronik daripada peralatan instrumentasi, seperti contohnya pada motherboard kontroler, transmitter, analyser, alat kalibrasi dan lain-lain. Alat-alat tersebut seringkali membutuhkan tegangan yang besarnya tidak sama dengan besarnya tegangan sumber, misalnya sumber tegangan besarnya 50 volt tetapi module hanya membutuhkan tegangan yang besarnya 40 volt, untuk kebutuhan  ini maka diperlukan komponen penurun tegangan, yaitu rangkaian elektronik dengan rangkaian model seri.

    Dibawah ini adalah ilustrasi bagaimana cara untuk menurunkan tegangan dari 50 Volt menjadi 40 Volt

    Hitung tahanan pada rangkaian yang dibutuhkan untuk mengubah tegangan 50 Volt menjadi 40 Volts

    Rt = R1 + R2
    Rt = 5 + 20
    Rt = 25 Ω

    langkah kedua, hitung arus listrik yang mengalir pada rangkaian

    I= Ein / Rt
    I= 50 / 25
    I= 2 ampere

    Langkah ketiga, hitung tegangan

    = I X R
    = 2 X 20
    = 40 Volts

    Demikian pembahasan mengenai rangkaian seri pada arus DC smoga bermanfaat. Simak artikel terkait “Teori dasar listrik-3”