MODUL VI RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE

MODUL VI RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE Sukma Sewiji (H1E014046) Asisten: Rahmat Maulana Yasin Tanggal Percobaan: 02/06/2016 PAF15211P - Praktikum Elektronika Dasar 2

Laboratorium Elektronika, Instrumentasi, dan Geofisika – Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Unsoed Abstrak Rangkaian Jembatan Wheatstone merupakan acara keenam dari serangkaian acara praktikum Elektronika Dasar 2. Praktikum Rangkaian Jembatan Wheatstone melibatkan alat dan bahan seperti CRO, generator isyarat, breadboard, MMD, resistor 1 kΩ dan 2 kΩ, variabel resistor (VR) 5 kΩ, serta baterai 9,31 V. Praktikum ini bertujuan agar praktikan dapat membuat dan memahami prinsip kerja dari rangkaian Jembatan Wheatstone. Langkah kerja yang dilakukan yaitu merangkai dengan menggunakan R1, R2, dan R3 1 kΩ; menguhungkan titik AB dengan sumber tegangan; mengukur tegangan di titik CD; mengatur potensiometer agar tegangan di titik CD minimum; memvariasikan tegangan lalu mencatat nilai VR setiap perubahan tegangan. Kemudian mengganti R1, R2, dan R3 dengan hambatan 2 kΩ. Langkah tersebut dilakukan untuk tegangan DC dan AC. Hasil dari praktikum rangkaian Jembatan Wheatstone berupa nilai VR untuk tegangan DC dengan R1, R2, dan R3 1 kΩ yaitu sebesar 1 kΩ; 1,05 kΩ; dan 2,86 kΩ. Sedangkan nilai VR untuk tegangan DC dengan R1, R2, dan R3 2 kΩ yaitu sebesar 1,926 kΩ; 3,16 kΩ; dan 4,8 kΩ. Nilai VR untuk tegangan AC dengan R1, R2, dan R3 1 kΩ yaitu sebesar 0,7 kΩ; 3,47 kΩ; dan 4,85 kΩ. Sedangkan nilai VR untuk tegangan AC dengan R1, R2, dan R3 2 kΩ yaitu sebesar 1 kΩ; 2,96 kΩ; dan 4,88 kΩ. Kata kunci : Jembatan Wheatstone, nilai variabel tegangan. 1.

PENDAHULUAN

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 lalu meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dan rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan [1]. Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω.Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1, R2, R3 dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur [2].

Jembatan wheatstone merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mengukur hambatan yang belum diketahui. Selain itu jembatan wheatstone digunakan untuk mengoreksi kesalahan yang dapat terjadi dalam pengukuran hambatan menggunakan hukum ohm [3]. Sedangkan salah satu aplikasinya yaitu dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan digunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge tersebut direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge [4].

2.

STUDI PUSTAKA

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listriknya dengan menyeimbangkan rangkaian jembatan. Satu kaki yang menjadi komponen pada rangkaian tersebut diketahui kerjanya mirip dengan potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan seimbang. Contoh rangkaian jembatan wheatstone ada pada Gambar 6. 1. Berdasarkan gambar tersebut, R1 dan R2 serta R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan Rx adalah hambatan yang akan dicari besarnya [1]. Gambar 6. 1. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed

1

Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone, yaitu: a. Hukum ohm Hukum ohm menyatakan: “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar,maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding lurus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Secara sistematis dapat ditulis sebagai berikut. V=IxR

(1)

dimana V adalah tegangan, I adalah arus, dan R adalah hambatan. Hukum Kirchoff Dipertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff I berbunyi: “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.” Secara sistematis dapat ditulis sebagai berikut.

Besarnya tegangan pada titik C dan D adalah VCD = VCB - VDB dimana

(2)

dimana I adalah arus yang mengalir pada rangkaian. Sedangkan Hukum Kirchoff II berbunyi: “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.” Secara sistematis dapat ditulis sebagai berikut. V = 0 atau

+ IR = 0

(3)

dimana V adalah tegangan, I adalah arus, dan R adalah hambatan. Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak adanya energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa digunakan atau diserap [5]. Rangkaian jembatan wheatstone seperti pada Gambar 6. 1 memberikan tegangan pada titik AB sehingga arus mengalir melewati R1 sebesar I1 dan melewati R2 sebesar I2. Besarnya arus yang mengalir dapat dihitung menggunakan persamaan berikut. I1 =

(4)

I2 =

(5)

VCB = I2 x Rx

(7)

VDB = I1 x R3

(8)

Sehingga jika persamaan (4) disubstitusikan ke persamaan (8) dan persamaan (5) disubstitusikan ke persamaan (7) akan didapat persamaan untuk mencari nilai tegangan pada titik CD.

b.

I = I1 + I2 + I3 + ...

(6)

VCB =

x Rx

(9)

VDB =

x R3

(10)

Prinsip dasar dari jembatan wheatstone adalah keseimbangan. Sifat umum dari arus listrik adalah arus akan mengalir menuju polaritas yang lebih rendah. Jika terdapat persamaan polaritas antara kedua titik maka arus tidak akan mengalir dari kedua titik tersebut. Hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/konduktor yang dapat di gunakan untuk mengatur besarnya arus listrik yang melewati suatu rangkaian. Hambatan sebuah konduktor di antara dua titik diukur dengan memasang sebuah beda potensial diantara titik-titik tersebut dan membandingkannya dengan arus listrik yang terukur [6]. Salah satunya aplikasi jembatan wheatstone yaitu dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan digunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge [4].

3.

METODOLOGI

3.1 ALAT DAN BAHAN a) b) c) d) e) f) g)

Osiloskop atau CRO Generator isyarat Breadboard MMD Baterai 9,31 V VR 5 kΩ Resistor 1 kΩ dan 2 kΩ.

dan


2

3.2 CARA KERJA a) Membuat rangkaian seperti Gambar 6. 1 dengan R1, R2, dan R3 1 kΩ pada papan rangkaian; b) Menghubungkan titik AB dengan sumber tegangan DC 9,31 V; c) Mengukur tegangan pada titik CD dengan MMD; d) Mengatur potensiometer (VR) agar tegangan pada titik CD bernilai minimum; e) Memvariasikan tegangan pada titik CD mulai dari minimum setiap 1 volt dengan cara mengatur potensiometer; f) Mencatat nilai VR setiap perubahan tegangan; g) Mengganti nilai R1, R2, dan R3 dengan hambatan 2 kΩ; h) Melakukan pengukuran seperti langkah c) sampai f); i) Melakukan langkan a) sampai h) tetapi dengan menggunakan tegangan AC. (Menggunakan generator isyarat sebagai sumber arus dan CRO untuk mengukur tegangan).

4.

HASIL DAN ANALISIS

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan diperoleh beberapa data, yaitu :

potensiometer atau VR. Tetapi, nilai VCD juga dapat dicari secara analitik menggunakan persamaan (6), (9), dan (10). Hasil perhitungan analitik tertera pada Tabel 6. 3 dan Tabel 6. 4. Tabel 6. 3. Data Perhitungan Analitik VCD untuk Tegangan DC VAB (V)

9,31

Vsumber (V) 9,31 9,31 9,31

R1, R2, dan R3 2 kΩ VR VCD (Ω) (V) 1,926

0,0

3,160

1,0

4,800

1,8

Tabel 6. 2. Data Pengukuran untuk Tegangan AC

Vsumber (V) 9

R1, R2, dan R3 1 kΩ VR VCD (kΩ) (V) 0,70 1,2

R1, R2, dan R3 2 kΩ VR VCD (kΩ) (V) 1,00 1,6

9

3,47

2,2

2,96

2,6

9

4,85

3,2

4,88

3,2

Berdasarkan Tabel 6. 1 dan Tabel 6. 2 dihasilkan nilai VCD dengan cara mengatur

Perhitungan Analatik VCB VDB VCD (V) (V) (V) 4,66 4,66 0,00

1050

1,0

4,77

4,66

0,11

2800

2,0

6,90

4,66

2,24

2000 Ω VR VCD (V) (V) 1926 0,0

Perhitungan Analatik VCB VDB VCD (V) (V) (V) 4,57 4,66 -0,09

3160

1,0

5,70

4,66

1,05

4800

1,8

6,57

4,66

1,92

Tabel 6. 4. Data Perhitungan Analitik VCD untuk Tegangan AC VAB (V)

Tabel 6. 1. Data Pengukuran untuk Tegangan DC R1, R2, dan R3 1 kΩ VR VCD (Ω) (V) 1,00 x 0,0 103 1,05 x 1,0 103 2,86 x 2,0 103

1000 Ω VR VCD (V) (V) 1000 0,0

9

1000 Ω VR VCD (V) (V) 700 1,2 3470

2,2

Perhitungan Analatik VCB VDB VCD (V) (V) (V) 3,71 4,50 -0,79 6,99 4,50 2,49

4850

3,2

7,46

4,50

2,96

4870

3,6

7,47

4,50

2,97

2000 Ω VR VCD (V) (V) 1000 1,6

Perhitungan Analatik VCB VDB VCD (V) (V) (V) 3,00 4,50 -1,50

2960

2,6

5,37

4,50

0,87

4880

2,2

6,38

4,50

1,88

Pada Tabel 6. 3 dan Tabel 6. 4 terlihat bahwa nilai VCD dengan resistor 1 kΩ dan 2 kΩ untuk tegangan DC dan AC berbeda. Tetapi, rentang nilainya tidak begitu tinggi. Rentang nilai tersebut dikarenakan adanya batas toleransi dan error pada komponen rangkaian. Pada praktikum Rangkaian Jembatan Wheatstone digunakan resistor dengan nilai yang berbeda, yaitu 1 kΩ dan 2 kΩ. Berdasarkan Tabel 6. 1 dan Tabel 6. 2, terlihat bahwa semakin besar nilai VCD maka nilai VR semakin besar. Hal ini sesuai dengan persamaan (6), (9), dan (10) dimana jika dihitung secara analitik, maka nilai V CD berbanding lurus dengan nilai VR. Terdapat perbedaan saat menggunakan dua resistor dengan nilai yang berbeda. Perbedaan


3

menggunakan resistor 1 kΩ dan 2 kΩ terletak pada nilai yang dihasilkan. Resistor 1 kΩ menghasilkan nilai VR yang lebih besar dibanding resistor 2 kΩ. Hal ini sesuai dengan Hukum Ohm dimana nilai tegangan berbanding terbalik dengan nilai hambatan [5]. Selain terdapat perbedaan menggunakan dua resistor dengan nilai yang berbeda, ada pula perbedaan saat menggunakan tegangan AC dan DC. Saat menggunakan tegangan DC, sinyal keluaran hanya berupa garis lurus. Sedangkan saat menggunakan tegangan AC, sinyal keluaran berbentuk sinusoidal. Selain itu, jika sumber arusnya adalah AC, jembatan wheatstone akan dapat digunakan untuk mengukur induktansi, kapasitas, impedensi, dan frekuensi resonansi dengan terlebih dahulu diadakan perubahan kecil dalam lengan-lengannya [7].

5.

LAMPIRAN 1.

Gambar 6. 2. Lembar Kerja (1)

2.

Gambar 6. 3. Lembar Kerja (2)

3.

Gambar 6. 4. Rangkaian Jembatan Wheatstone untuk Tegangan DC

KESIMPULAN

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa prinsip dasar dari jembatan wheatstone adalah keseimbangan. Sifat umum dari arus listrik adalah arus akan mengalir menuju polaritas yang lebih rendah. Jika terdapat persamaan polaritas antara kedua titik maka arus tidak akan mengalir dari kedua titik tersebut. Hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/konduktor yang dapat di gunakan untuk mengatur besarnya arus listrik yang melewati suatu rangkaian. Hambatan sebuah konduktor di antara dua titik diukur dengan memasang sebuah beda potensial diantara titik-titik tersebut dan membandingkannya dengan arus listrik yang terukur [6].

DAFTAR PUSTAKA [1] Pramudita, Saras Dian, Jurnal Jembatan Wheatstone, UHAMKA, Jakarta, 2011. [2] http://ariirawan4.blogspot.co.id/2014/05/jembatanwheatstone.html, 8 Juni 2016, 20.10 WIB. [3] Susilawati, Eka, Jembatan Wheatstone, Universitas Negeri Medan, Medan, 2014. [4] Hough, D Young, Fisika Universitas, Erlangga, .Jakarta, 2003. [5] Darmali, Ari, Panduan Lengkap Eksperimen Fisika, Wahya Media, Jakarta, 2007. [6] Minarti, Jurnal Jembatan Wheatstone, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar, Makassar, 2014. [7] http://asia_hw/RangkaianJembatanWheatsto ne.htm , 8 Juni 2016, 20.20 WIB.


4

4.

Gambar 6. 5. Rangkaian Jembatan Wheatstone untuk Tegangan AC


5

MODUL VI RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE

Recommend Documents