Potensiometer
Gambar 1 Potensiometer berfungsi sebagai pembagi tegangan
Resistor variabel dapat digunakan sebagai potensiometer seperti pada gambar 1 untuk mengatur tegangan pada rangkaian yang lain.
Pengatur volume pada receiver atau pada radio adalah contoh penggunaan resistor variabel sebagai potensiometer. Ketika terminal yang dapat bergeser berada pada posisi paling atas, tegangan yang tampak diantara terminal b dan c dapat dihitung secara sederhana dengan menggunakan aturan pembagi tegangan
Vbc = (120 V) × (50 kΩ)/(50 kΩ+ 50kΩ) = 60 V
Namun, ketika terminal yang bisa bergeser ini berada pada posisi paling bawah, tegangan antara terminal b dan c adalah Vbc = 0 V, karena kedua terminal menjadi short circuit dan tegangannya menjadi nol
Rangkaian pada gambar 1 menunjukkan sebuah potensiometer yang mempunyai tegangan output yang bisa disetel antara 0–60 V. Output ini adalah nilai output tak berbeban, karena tidak ada resistansi beban yang dihubungkan ke terminal b dan c. Bila sebuah resistansi beban dihubungkan ke terminal ini, tegangan outputnya, disebut output berbeban, yang tak akan lagi sama. Contoh berikut ini akan mengilustrasikan rangkaian berbeban.
Contoh
Untuk rangkaian pada gambar 2, hitunglah range tegangan dari Vbc sebagai sebuah potensiometer yang nilainya bervariasi antara nilai minimum dan maksimumnya.
Gambar 2 Potensiometer dapat digunakan untuk mengatur nilai tegangan
Solusi: Tegangan minimum antara terminal b dan c akan terjadi saat kontak geser berada pada posisi paling bawah dari resistor variabel. Pada posisi ini, tegangan Vbc = 0 V, karena terminal b dan c terhubung singkat (short circuit).
Tegangan maksimum Vbc terjadi ketika kontak geser berada pada posisi paling atas dari resistor variabel. Pada posisi ini, rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3 Output tegangan potensiometer, Vbc, bernilai maksimum saat kontak wiper berada paling atas (titik a)
Pada gambar 3, kita lihat resistansi R2 paralel dengan beban resistor RL. Tegangan antara terminal b dan c dapat dengan mudah dihitung dari aturan pembagi tegangan:
Vbc = E × (R2||RL) /[(R2||RL) + R1] = (120 V) (25 kΩ) / (25 kΩ + 50 kΩ) = 40 V
Kita simpulkan bahwa tegangan output dari potensiometer dapat disetel dari 0 V hingga 40 V untuk beban resistansi RL = 50 kΩ.
Dengan melihat sekilas, kita lihat bahwa potensiometer yang tak berbeban pada rangkaian 2 akan memiliki tegangan output antara 0 V hingga 60 V.
Rangkaian jembatan
Gambar 4 Rangkaian jembatan wheatstone
Rangkaian jembatan adalah adalah suatu meteran keseimbangan yang digunakan untuk membandingkan dua tegangan, seperti suatu neraca timbangan yang digunakan uuntuk membandingkan dua berat benda. Tidak seperti rangkaian “potensiometer” yang digunakan untuk menyederhanakan pengukuran tegangan, rangkaian jembatan dapat digunakan untuk mengukur semua nilai dalam besaran listrik.
Jembatan sederhana adalah jembatan Wheatstone, biasanya tampak seperti pada gambar berikut:
Ketika tegangan antara titik 1 dan terminal negatif baterai adalah sama dengan tegangan antara titik 2 dengan terminal negatif baterai, maka detector akan menunjukkan angka nol dan jembatan dikatakan “seimbang”. Pada saat jembatan seimbang, analisa rangkaiannya adalah
Karena jembatan seimbang, maka tegangan pada titik 1 sama dengan tegangan titik 2. Maka karena tegangannya sama, tidak akan ada arus yang mengaliri detektor, atau bisa dibilang titik 1 dan titik 2 adalah open circuit.
Resistor Ra dan Rb dirangkai seri maka rangkaian penggantinya : Rs1 = Ra + RbResistor R1 dan R2 dirangkai seri maka rangkaian penggantinya : Rs2 = R1 + R2
Karena tegangan E paralel dengan Rs1 dan Rs2, maka
VRs1 = VRs2 = E
Arus yang mengalir pada masing-masing cabang dapat dihitung
I1 = E / (Ra + Rb) dan
I2 = E / (R1 + R2)
I1 × Rb = I2 × R2
Dengan mensubsitusikan I1 dan I2 diperoleh
Rb / (Ra + Rb) = R2 / (R1 + R2) ,kalikan silang
R1Rb + R2Rb = R2Ra + R2Rb
R1Rb = R2Ra
Gambar 5 Penurunan rumus untuk rangkaian jembatan wheatstone pada saat kondisi seimbang
Kesetimbangan jembatan ditentukan dari rasio Ra/Rb dan R1/R2 dan tidak dipengaruhi oleh sumber tegangan E (misal baterai). Untuk mengukur resistansi menggunakan jembatan wheatstone, resistansi yang akan diukur ditempatkan pada Ra atau Rb, sementara ketiga resistor yang lainnya diketahui nilai resistansinya. Salah satu dari ketiga resistor dapat disetel nilainya (nilainya dapt berubah-ubah) hingga kesetimbangan rangkaian didapatkan, dan saat kesetimbangan diperoleh, resistor yang tidak diketahui nilainya ini dapat dihitung menggunakan rumus
R1 / R2 = Ra / Rb
Berarti untuk membuat jembatan ini, kita butuh resistor yang dapat disetel nilainya yaitu resistor variabel, yang digunakan sebagai standar referensi. Sebagai contoh, bila kita menyambungkan sebuah resistor yang resistansinya tidak diketahui, Rx, pada jembatan ini, kita membutuhkan nilai resistansi dari ketiga resistor yang lainnya untuk mendapatkan nilai resistansi Rx.
Pada rangkaian ini, nilai rasio R1/R2 diketahui dan nilainya tetap (merupakan resistor fixed). Tetapi resistor Ra, merupakan resistor yang nilainya dapat diubah-ubah,umumnya disebut rheostat. Misalkan detektor yang digunakan adalah ammeter, maka nilai Ra harus diubah-ubah hingga ammeter menunjukkan nilai 0 A yang menandakan bahwa jembatan sudah seimbang.
Akurat dan stabil, rangkaian ini tidak sulit untuk dibuat. Berikut ini contoh dari jembatan wheatstone:
Resistansi dari resistor yang digunakan haruslah presisi dan detektornya juga harus memiliki sensiitivitas yang cukup baik, maka hasil pengukuran resistansi dengan menggunakan metode ini bisa memiliki akurasi hingga kurang lebih 0.05%. Karena memberikan hasil pengukuran yang akurat, bisanya peralatan ini digunakan di laboraturium untuk kepentingan kalibrasi.
Ada banyak variasi yang bisa dibuat dari jembatn wheatstone ini. Kebanyakan jembatan dc digunakan untuk mengukur resistansi, sementara jembatan ac biasanya digunakan untuk mengukur induktansi (pada induktor), kapasitansi (pada kapasitor), dan frekuensi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar