Modul Lab Pengukuran dan RL - TOLI PNJ (teknik otomasi listrik

PRAKATA
Alhamdulillah puji syukur kepada Allah SWT atas selesainya Diktat ini sesuai
waktunya. Diktat ini disusun untuk melengkapi materi praktek Laboratorium
Pengukuran dan Rangkaian Listrik yang dapat digunakan oleh mahasiswa Teknik
Elektro, khususnya program studi Teknik Otomasi Listrik Industri.
Selama ini mahasiswa hanya memperoleh petunjuk praktek (jobsheet) dengan
sedikit teori dasar. Pada diktat ini teori dasar yang diberikan jauh lebih banyak
dan lebih jelas daripada yang terdapat pada jobsheet sebelumnya. Materi praktek
laboratorium pengukuran dan rangkaian listrik ini ada 10, yaitu : multimeter,
resistor dan rangkaian tahanan seri, paralel dan kombinasi, hukum Ohm, hukum
arus Kirchoff, hukum tegangan Kirchoff, karakteristik resistor, daya pada
rangkaian dc, transformasi segitiga bintang, jembatan Wheatstone, dan
potensiometer.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada rakan-rekan di
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta, yang telah membantu hingga
terwujudnya diktat ini.
Diktat ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu saran serta kritik yang
membangun akan penulis terima dengan sengan hati.
Depok, September 2012
Murie Dwiyaniti, ST
i
DAFTAR ISI
PRAKATA
i
DAFTAR ISI
ii
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
vii
1. MULTIMETER
1
1.1
TUJUAN
1
1.2
DASAR TEORI
1
1.2.1
OHMMETER
2
1.2.2
VOLTMETER
3
1.2.3
AMMETER
4
1.2.4
PEMBACAAN MULTIMETER
6
1.3
DAFTAR PERALATAN YANG DIGUNAKAN
7
1.4
PROSEDUR PERCOBAAN
8
1.4.1
MULTIMETER SEBAGAI OHM METER
8
1.4.2
MULTIMETER SEBAGAI VOLT METER
9
1.4.3
MULTIMETER SEBAGAI AMPERE METER
9
1.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
10
1.6
TABEL
13
2. RESISTOR DAN RANGKAIAN SERI, PARALEL, KOMBINASI
16
2.1
TUJUAN
16
2.2
DASAR TEORI
16
2.2.1
RESISTOR
16
2.2.2
HUBUNGAN RANGKAIAN
20
2.3
DAFTAR PERALATAN
22
2.4
PROSEDUR PERCOBAAN
22
2.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
23
2.6
TABEL
24
3. HUKUM OHM
27
3.1
TUJUAN
27
3.2
DASAR TEORI
27
ii
3.3
DAFTAR PERALATAN
29
3.4
PROSEDUR PERCOBAAN
30
3.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
30
4. HUKUM ARUS KIRCHOFF
32
4.1
TUJUAN
32
4.2
DASAR TEORI
32
4.3
DAFTAR PERALATAN
34
4.4
PROSEDUR PERCOBAAN
34
4.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
37
4.6
TABEL
38
5. HUKUM TEGANGAN KIRCHOFF
41
5.1
TUJUAN
41
5.2
PENDAHULUAN
41
5.3
DAFTAR PERALATAN
43
5.4
PROSEDUR PERCOBAAN
44
5.5
PERTANYAAN
46
5.6
TABEL
47
6. KARAKTERISTIK RESISTOR
49
6.1
TUJUAN
49
6.2
DASAR TEORI
49
6.3
DAFTAR PERALATAN
53
6.4
PROSEDUR PERCOBAAN
54
6.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
56
6.6
TABEL
57
7. DAYA PADA RANGKAIAN DC
60
7.1
TUJUAN
60
7.2
DASAR TEORI
60
7.3
DAFTAR PERALATAN
60
7.4
PROSEDUR PERCOBAAN
61
7.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
62
7.6
TABEL
62
iii
8. TRANSFORMASI SEGITIGA BINTANG
64
8.1
TUJUAN
64
8.2
DASAR TEORI
64
8.3
DAFTAR PERALATAN
65
8.4
PROSEDUR PERCOBAAN
66
8.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
69
8.6
TABEL
70
9. JEMBATAN WHEATSTONE
72
9.1
TUJUAN
72
9.2
DASAR TEORI
72
9.3
DAFTAR PERALATAN
73
9.4
PROSEDUR PERCOBAAN
74
9.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
76
9.6
TABEL
77
10. POTENSIOMETER
78
10.1
TUJUAN
78
10.2
DASAR TEORI
78
10.3
DAFTAR PERALATAN
80
10.4
PROSEDUR PERCOBAAN
80
10.5
TUGAS DAN PERTANYAAN
81
10.6
TABEL
82
DAFTAR PUSTAKA
84
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Rangkaian pengukuran tahanan
13
Tabel 1.2 Rangkaian pengukuran tahanan seri dan paralel
14
Tabel 1.3 Pengukuran tegangan
14
Tabel 1.4 Pengukuran arus
15
Tabel 2.1 Nilai warna pada cincin resistor
17
Tabel 2.1 Nilai Resistor
24
Tabel 2.2 Nilai tahanan geser dan potensiometer
25
Tabel 2.3 Nilai tahanan dekade
25
Tabel 2.4 Nilai R total pada Gambar rangkaian a,b,c,d,e
25
Tabel 3.1 Data pengukuran arus dan tegangan
31
Tabel 4.1 Data rangkaian seri
38
Tabel 4.3 Data rangkaian paralel
38
Tabel 4.4 Data rangkaian paralel
39
Tabel 4.5 Data rangkaian kombinasi seri-paralel
39
Tabel 4.6 Data rangkaian kombinasi seri-paralel
39
Tabel 5.1 Data pada Gambar 5.4
47
Tabel 5.2 Data pada Gambar 5.4 dengan R = 100Ω
47
Tabel 5.3 Data pada Gambar 5.5
48
Tabel 5.4 Data pada Gambar 5.5 (Polaritas V2 dibalik)
48
Tabel 5.5 Data pada Gambar 5.6
48
Tabel 5.6 Data pada Gambar 5.7
49
Tabel 6.1 Simbol-simbol resistor
53
Tabel 6.1 NTC
57
Tabel 6.2 PTC
57
Tabel 6.3 LDR
57
Tabel 6.4 VDR
58
Tabel 6.5 Karbon film
58
Tabel 6.6 Air ledeng
58
Tabel 6.7 Wire wound
59
v
Tabel 7.1 Rangkaian Gambar 7.1
62
Tabel 7.2 Rangkaian Gambar 7.2
63
Tabel 7.3 Rangkaian Gambar 7.3
63
Tabel 8.1 Rangkaian 1
70
Tabel 8.2 Rangkaian 2
70
Tabel 8.3 Rangkaian 3
70
Tabel 8.4 Rangkaian 4
70
Tabel 9.1 Rangkaian 1
77
Tabel 9.2 Rangkaian 2
77
Tabel 9.3 Rangkaian 3
77
Tabel 10.1 Potensiometer sebagai pembagi tegangan untuk RL = 47 Ω
82
Tabel 10.2 Potensiometer sebagai pembagi tegangan untuk RL = 100 Ω
82
Tabel 10.3 Potensiometer sebagai rheostat
83
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Multimeter (a) Digital dan (b) Analog
2
Gambar 1.2 Multimeter sebagai Ohmmeter
3
Gambar 1.3 Multimeter sebagai Voltmeter
4
Gambar 1.4 Multimeter sebagai Amperemeter
5
Gambar 1.5 Skala multimeter analog
6
Gambar 1.6 Rangkaian pengukuran tahanan
8
Gambar 1.7 Rangkaian pengukuran tahanan seri
8
Gambar 1.8 Rangkaian pengukuran tahanan paralel
8
Gambar 1.10 Rangkaian pengukuran tegangan dan arus
9
Gambar 2.1 Urutan warna pada cincin resistor
17
Gambar 2.2 Tahanan geser atau rheostat
19
Gambar 2.3 Potensiometer
19
Gambar 2.4 Tahanan decade
20
Gambar 2.2 Rangkaian resistor secara seri
20
Gambar 2.3 Rangkaian resistor secara paralel
21
Gambar 2.3 Rangkaian resistor secara kombinasi seri-paralel
21
Gambar 3.1 Diagram Hukum Ohm
28
Gambar 3.2 Rangkaian Pembagi Tegangan
29
Gambar 4.1 Rangkaian Seri
33
Gambar 4.2 Rangkaian Paralel
33
Gambar 4.3 Rangkaian seri
35
Gambar 4.4 Rangkaian paralel
35
Gambar 4.5 Rangkaian kombinasi seri-paralel
36
Gambar 4.6 Rangkaian kombinasi seri-paralel
37
Gambar 4.7 Rangkaian kombinasi seri-paralel
38
Gambar 5.1 Rangkaian Seri
42
Gambar 5.2 Rangkaian Paralel
42
Gambar 5.3 Rangkaian Seri dengan dua sumber tegangan
43
Gambar 5.4 Rangkaian satu loop dengan satu sumber tegangan
44
Gambar 5.5 Rangkaian satu loop dengan dua sumber tegangan
45
vii
Gambar 5.6 Rangkaian dua loop
45
Gambar 5.7 Rangkaian tiga loop
46
Gambar 6.1 Karakteristik NTC
50
Gambar 6.2 Termistor (Thermally sensitive resistor)
51
Gambar 6.3 CDS photocell
51
Gambar 6.4 Resistor jenis Carbon Composite
52
Gambar 6.5 Resistor jenis Carbon Film
52
Gambar 6.6 Resistor jenis wire wound
53
Gambar 6.7 Rangkaian praktek NTC
54
Gambar 6.8 Rangkaian praktek PTC
55
Gambar 6.9 Rangkaian praktek LDR
55
Gambar 6.10 Rangkaian praktek VDR
55
Gambar 6.11 Rangkaian praktek resistor karbon film
56
Gambar 6.12 Rangkaian praktek air ledeng
56
Gambar 6.13 Rangkaian praktek resistor wire wound
56
Gambar 7.1 Rangkaian praktek 1
61
Gambar 7.2 Rangkaian praktek 2
61
Gambar 7.3 Rangkaian praktek 3
62
Gambar 8.1 (a) Bentuk bintang ; (b) Bentuk segitiga
64
Gambar 8.2 Rangkaian 1
66
Gambar 8.3 Rangkaian 2
67
Gambar 8.4 Rangkaian 3
67
Gambar 8.5 Rangkaian 4
68
Gambar 9.1 Rangkaian Jembatan Wheastone
72
Gambar 9.2 Rangkaian 1
74
Gambar 9.3 Rangkaian 2
75
Gambar 9.4 Rangkaian 3
76
Gambar 10.1 Rangkaian potensiometer sebagai pembagi tegangan
80
Gambar 10.2 Rangkaian Potensiometer sebagai rheostat
81
viii
1. MULTIMETER
1.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Mempelajari fungsi dan sifat multimeter
•
Mempelajari penggunaan multimeter dan keterbatasan kemampuan
•
Mengunakan multimeter sebagai pengukuran tegangan (Voltmeter), sebagai
pengukur arus (Amperemeter), sebagai pengukur resistansi (Ohmmeter)
1.2 DASAR TEORI
Multimeter adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur
beberapa besaran listrik. Pada dasarnya alat ini merupakan gabungan dari alat
ukur tegangan searah, arus searah (DC), resistansi, tegangan bolak-balik dan arus
bolak-balik (AC). Sebelum menggunakan alat ukur, perlu mempelajari hal-hal
sebagai berikut:
 Cara membaca skala alat ukur
 Cara melakukan “zero adjustment” (membuat jarum pada kedudukan nol)
 Cara memilih batas ukur
 Cara memilih terminal, yaitu mempergunakan polaritas (tanda + dan -) pada
pengukuran tegangan dan arus searah.
Dalam memilih batas ukur tegangan atau arus perlu diperhatikan faktor
keamanan dan ketelitian. Mulailah dari skala yang cukup besar untuk keamanan
alat, kemudian turunkanlah batas ukur sedikit demi sedikit. Ketelitian akan paling
baik bila jarum menunjuk pada daerah dekat dengan skala maksimum.
Pada
pengukuran
tegangan
searah
maupun
bolak-balik,
perlu
diperhatikan sensitivitas meter yang dinyatakan dalam ohm per volt. Sensitivitas
meter sebagai pengukur tegangan bolak-balik lebih rendah daripada sensitivitas
sebagai pengukur tegangan searah.
Resistensi dalam voltmeter (dalam ohm)=batas ukur x sensitivitas
MD 2012
1
Pada pengukuran tegangan bolak-balik perlu diperhatikan pula
spesifikasi daerah frekuensi (frequency converege/range). Perlu diketahui bahwa
multimeter mempunyai kemampuan yang terbatas, dan bahwa harga efektif (rms
= root mean square) tegangan bolak-balik umumnya dikalibrasi (ditera) dengan
gelombang sinusoida murni bila kita ingin mengukur tegangan tegangan bolakbalik yang mengandung tegangan searah, misalnya pada anoda suatu penguat
tabung trioda atau pada kolektor suatu penguat transistor, maka terminal kita
hubungkan seri dengan sebuah kapasitor dengan kapasitas 0,1 mikrofarad.
Kapasitor ini akan mencegah mengalirnya arus searah, tetapi tetap dapat
mengalirkan arus bolak-balik. Pada multimeter tertentu, kadang-kadang kapasitor
ini telah terpasang didalamnya.
(a)
(b)
Gambar 1.1 Multimeter (a) Digital dan (b) Analog
Pemasangan multimeter harus disesuaikan dengan fungsinya, yaitu sebagai
ohmmeter, voltmeter, dan amperemeter.
1.2.1 OHMMETER
Ohmmeter dipasang PARALEL dengan tahanan yang akan diukur (Rx)
dan Rx harus tidak bertegangan. Pada awal pemakaian, Rx harus dihubungkan
terlebih dahulu dengan terminal Ohmmeter, barulah alat ukur diposisikan pada
batas ukurnya. Lakukanlah set nol setiap mengganti skala pengali.
Ohmmeter ada dua macam, yaitu :
MD 2012
2
a.
Tipe Seri
Tipe ini memiliki skala yang khas dan berbeda dengan skala lainnya, yaitu
skala nol (0 Ω) di sebelah kanan dan skala tak berhingga (~) di sebelah kiri.
Selain itu juga memiliki skala pengali (10x, 100x , 1kx), sehingga tipe ini
cocok untuk mengukur nilai resistansi yang besar (dalam kΩ). Perlu
diingat pada awal pemakaian harus dilakukan set nol (menempatkan jarum
penunjuk tepat pada posisi nol), yaitu dengan menghubungsingkatkan kedua
terminal Ohmmeter. Demikian juga bila skala pengali yang digunakan
dirubah (misalnya 10x menjadi 100x), perlu dilakukan set nol ulang.
b.
Tipe Paralel
Tipe ini memiliki skala sama dengan alat ukur yang lain, yaitu skala nol
(0Ω) di sebelah kiri dan tipe ini cocok untuk mengukur nilai tahanan yang
kecil (0-500Ω).
Gambar 1.2 Multimeter sebagai Ohmmeter
1.2.2 VOLTMETER
Voltmeter dipasang PARALEL terhadap rangkaian atau komponen yang
akan diukur tegangannya.
Langkah-langkah
yang
harus diperhatikan
dalam
menggunakan
Voltmeter adalah:
MD 2012
3
•
Periksa polaritas yang benar, Untuk pengukuran tegangan
DC
perlu
diperhatikan polaritas (+ dan -) alat ukur . Jika polaritas tegangan yang akan
diukur tidak sama dengan polaritas alat ukur, akan menyebabkan jarum
bergerak ke kiri. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan jarum pada alat ukur.
•
Bila menggunakan Voltmeter dengan batas ukur ganda, gunakan selalu batas
ukur yang tertinggi dan kemudian turunkan sampai diperoleh pembacaan yang
baik.
Gambar 1.3 Multimeter sebagai Voltmeter
1.2.3 AMMETER
Biasanya skala Ammeter sama dengan skala Voltmeter, dan batas ukur
yang tersedia juga bermacam-macam seperti halnya Voltmeter.
Langkah-langkah
yang
harus
diperhatikan
dalam
menggunakan
Amperemeter adalah:
•
Jangan sekali-kali menghubungkan amperemeter ke sumber tegangan
karena tahanan dalam amperemeter kecil sekali sehingga arus yang mengalir
sangat besar, hal ini mengakibatkan fuse pada amperemeter putus.
•
Pemasangan amperemeter adalah SERI dengan beban.
•
Periksa polaritas yang tepat. Polaritas terbalik akan menyebabkan
penyimpangan jarum yang berlawanan yang dapat merusak jarum penunjuk.
MD 2012
4
•
Hitunglah terlebih dahulu besar arus yang akan diukur, sehingga kita dapat
mengetahui batas ukur yang akan dipakai. Hal ini dilakukan untuk
menghindari kesalahan penggunaan batas ukur, jika salah menggunakan
batas ukur (batas ukur lebih kecil dari arus yang terukur) mengakibatkan
kerusakan amperemeter (fuse putus).
Gambar 1.4 Multimeter sebagai Amperemeter
Beberapa catatan tentang Penggunaan Multimeter
•
Dalam keadaan tidak dipakai, selector sebaiknya pada kedudukan AC volt
pada harga skala cukup besar (misalnya 250 volt). Hal ini dimaksudkan
untuk menghindari kesalahan pakai yang membahayakan multimeter.
•
Sebelum mulai mengukur suatu besaran listrik perhatikanlah lebih dahulu
besaran apakah yang hendak diukur dan kira-kira berapakah besarannya,
kemudian pilihlah kedudukan selector dan skala manakah yang akan
dipergunakan. Perhatikan pula polaritas (tanda + dan -) bila perlu.
•
Pada waktu mulai melakukan pengukuran arus dan tegangan, bila tidak
dapat dipastikan besarnya arus/ tegangan tersebut, maka mulailah dari batas
ukur yang paling besar. Setelah itu selector dapat dipindahkan ke batas ukur
yang lebih rendah untuk memperoleh ketelitian yang lebih baik.
MD 2012
5
•
Pada pengukuran tegangan dan arus, pembacaan meter akan paling teliti bila
penunjukan jarum terletak di daerah dekat skala penuh, sedangkan pada
pengukuran resistansi bila penunjukan jarum terletak di daerah pertengahan
skala.
•
Harus diperhatikan: pengukuran resistansi hanya boleh dilakukan pada
komponen atau rangkaian tidak mengandung sumber tegangan.
1.2.4 PEMBACAAN MULTIMETER
Gambar 1.5 Skala multimeter analog
Langkah pertama yang harus dilakukan dalam pembacaan adalah
mengecek pada batas ukur berapa kedudukan selector switch, setelah itu lihat
skala pembacaan mana yang harus digunakan sesuai dengan batas ukurnya.
Sebagai contoh, marilah kita melakukan pembacaan pada Gambar 1.5.

Pengukuran tegangan DC
Misalkan, Posisi selector switch berada pada batas ukur (range) 1 V, maka
skala pembacaan yang digunakan adalah skala 0 - 10 V DC. Jadi tegangan
DC pada Gambar 5 =
MD 2012
1
x 4,4 = 0,44 Volt
10
6
Misalkan, Posisi selector switch berada pada batas ukur (range) 50 V,
maka skala pembacaan yang digunakan adalah skala 0 - 50 V DC. Jadi
tegangan DC pada Gambar 5 =

50
x 22 = 22 Volt
50
Pengukuran arus searah
Misalkan, Posisi selector switch berada pada batas ukur (range) 10 mA,
maka skala pembacaan yang digunakan adalah skala 0 - 10 A DC. Jadi
Arus DC pada Gambar 5 =
10
x 4,4 = 4,4 mA
10
Misalkan, Posisi selector switch berada pada batas ukur (range) 0,5 A,
maka skala pembacaan yang digunakan adalah skala 0 - 50 A DC. Jadi
Arus DC pada Gambar 5 =

0,5
x 22 = 0,22 A
50
Pengukuran tahanan
Untuk mengukur tahanan gunakan skala 0 - ~ , posisi penunjukan angka
nol (0) berada di kanan.
Misalkan, Posisi selector switch berada pada pengali 10x Ω.
Tahanan pada Gambar 5 =10 x 28 = 280 Ω
Misalkan, Posisi selector switch berada pada pengali 1K xΩ.
Tahanan pada Gambar 5 =1K x 28 = 28 K Ω
1.3 DAFTAR PERALATAN YANG DIGUNAKAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power supply DC 0 - 40 V
•
Multimeter merk Sanwa dan Metrix
•
Resistor, 47Ω, 100Ω, 470Ω, 1kΩ, 10kΩ
•
Protoboard
•
Kabel penghubung
MD 2012
7
1.4 PROSEDUR PERCOBAAN
1.4.1 MULTIMETER SEBAGAI OHM METER
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
1.
Buat rangkaian seperti Gambar 1.6.
2.
Ukurlah dengan Ohmmeter Resistor, 47Ω, 100Ω, 470Ω,1kΩ, 10kΩ
Gambar 1.6 Rangkaian pengukuran tahanan
3.
Catat data hasil pengukuran pada Tabel 1.1 Pastikan bahwa range (batas
ukur) berada pada range pengukuran tahanan, dan lakukan set nol setiap
mengganti skala pengali.
4.
Buatlah rangkaian seperti Gambar 1.7.
Gambar 1.7 Rangkaian pengukuran tahanan seri
5.
Ukurlah dengan ohmmeter nilai tahanan total pada rangkaian seri dan
catat hasilnya pada Tabel 1.2.
6.
Buatlah rangkaian seperti Gambar 1.8.
Gambar 1.8 Rangkaian pengukuran tahanan paralel
MD 2012
8
7.
Ukurlah dengan ohmmeter nilai tahanan total pada rangkaian paralel
dan catat hasilnya pada Tabel 1.2
1.4.2 MULTIMETER SEBAGAI VOLT METER
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
1. Buat rangkaian seperti Gambar 1.9.
Gambar 1.9 Rangkaian pengukuran tegangan
2. Ukur besar tegangan pada Power Supply DC Vs mulai dari 2 sampai 15 V.
3. Pergunakanlah batas ukur yang terbesar dahulu, lalu turunkanlah batas
ukurnya. Catat hasilnya pada Tabel 1.3.
1.4.3 MULTIMETER SEBAGAI AMPERE METER
1. Buat rangkaian seperti Gambar 1.10 dengan R = 47kΩ
2. Atur tegangan sumber 2V, 4V, 6V, 8V. Ukur tegangan dan arus yang
mengalir pada rangkaian, hasil pengukuran masukkan pada Tabel 1.4.
Pastikan selector switch berada pada posisi tegangan dan arus pada
pengukuran DC. Dan pergunakanlah batas ukur yang terbesar dahulu.
Gambar 1.10 Rangkaian pengukuran tegangan dan arus
3. Seperti prosedur diatas (1) ganti nilai tahanan dengan 100Ω, 470Ω, 1kΩ.
MD 2012
9
1.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1.
Tentukanlah hasil pembacaan pada gambar dibawah ini !
Arus
Batas Ukur
Tegangan
Hasil Bacaan
Batas Ukur
1A
100 V
5A
500 V
10 A
1 KV
Pengukuran Resistansi
MD 2012
Hasil Bacaan
10 x Ω
10
2.
Tentukanlah hasil pembacaan pada gambar dibawah ini !
Arus
Batas Ukur
Tegangan
Hasil Bacaan
Batas Ukur
50 mA
1V
100 mA
0,5 K V
500 mA
10 KV
Pengukuran Resistansi
MD 2012
Hasil Bacaan
100 x Ω
11
3.
Tentukanlah hasil pembacaan pada gambar dibawah ini !
Arus
Batas Ukur
Tegangan
Hasil Bacaan
1 mA
5V
5 mA
0,05 K V
0,01 A
0,1 KV
Pengukuran Resistansi
4.
Batas Ukur
Hasil Bacaan
1xΩ
Jelaskanlah bagaimana cara penggunaan multimeter untuk mengukur
tegangan, arus dan tahanan!
5.
Bandingkanlah data hasil pengukuran pada Tabel 1 dengan nilai yang tertera
pada resistor. Apakah ada perbedaan antara hasil pengukuran dengan nilai
yang tertera pada resistor ? Jika ada, Mengapa hal ini terjadi, jelaskan!
MD 2012
12
6.
Bandingkanlah data hasil pengukuran pada Tabel 2 dengan hasil
perhitungan. Mengapa terjadi perbedaan antara hasil pengukuran dengan
hasil perhitungan ?
7.
Berdasarkan data yang anda dapat, Menurut pendapat anda, apakah alat ukur
yang anda gunakan dalam praktek masih baik? Jelaskan!
8.
Berdasarkan data, Menurut pendapat anda, apakah komponen-komponen
yang anda gunakan dalam praktek masih dalam batas toleransi yang
diperbolehkan? Jelaskan!
9.
Langkah-langkah apa saja yang harus dilakukan agar hasil pengukuran anda
valid!
1.6 TABEL
Tabel 1.1 Rangkaian pengukuran tahanan
Resistor
(Ω)
Batas Ukur
Hasil
Pengukuran
47
100
470
1k
4k7
10k
100k
220k
MD 2012
13
Tabel 1.2 Rangkaian pengukuran tahanan seri dan paralel
Resistor (Ω)
Batas Ukur
R1
R2
R3
47
100
470
470
1k
47k
10k
100k
220k
47
100
470
470
1k
47k
10k
100k
220k
Rangkaian
Hasil
Pengukuran
Perhitungan
Seri
Paralel
Tabel 1.3 Pengukuran tegangan
Vs
(V)
Batas Ukur
1,5 V
5V
15 V
50 V
150 V
2
4
6
8
10
12
MD 2012
14
Tabel 1.4 Pengukuran arus
Hasil Pengukuran
Vs
R
(V)
(Ω)
Hasil Perhitungan
Tegangan
Arus
Arus
(V)
(A)
(A)
4,7
2
100
470
1k
4,7
4
100
470
1k
4,7
6
100
470
1k
4,7
8
100
470
1k
MD 2012
15
2. RESISTOR DAN RANGKAIAN SERI, PARALEL, KOMBINASI
2.1 TUJUAN
Setelah selesai melakukan percobaan diharapkan, praktikan dapat :

Mengenali bentuk dan jenis resistor.

Mengetahui dan memahami cara pengukuran bermacam-macam resistor
(tahanan karbon, tahanan geser, potensiometer dan tahanan dekade)
•
Menghitung nilai resistansi resistor melalui urutan cincin warnanya.
•
Merangkai resistor secara seri, paralel, dan kombinasi.
•
Menghitung nilai tahanan total pada hubungan seri, paralel, dan kombinasi.
•
Mengukur nilai tahanan total pada hubungan seri, paralel, dan kombinasi
menggunakan ohmmeter.
2.2 DASAR TEORI
2.2.1 RESISTOR
Resistor atau yang biasa disebut (bahasa Belanda) werstand, tahanan atau
penghambat, adalah suatu komponen elektronik yang memberikan hambatan
terhadap perpindahan elektron (muatan negatif).
Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuan resistor
adalah Ohm yang dilambangkan dengan simbol Ω (Omega), ditemukan oleh
George Ohm (1787-1854), seorang ahli fisika bangsa Jerman.
Kemampuan resistor untuk menghambat disebut juga resistensi atau
hambatan listrik. Jadi resistor digunakan untuk membatasi jumlah arus yang
mengalir dalam suatu rangkaian. Jenis resistor (tahanan) antara lain tahanan
karbon, tahanan geser, decade resistor dan potensiometer.
2.2.1.1 TAHANAN KARBON
Resistor ini terbuat dari bahan karbon, bentuk resistor yang umum adalah
seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat
lingkaran membentuk cincin kode warna untuk mengetahui besar resistansi tanpa
mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar
MD 2012
16
manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti
yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Gambar 2.1 Urutan warna pada cincin resistor
Tabel 2.1 Nilai warna pada cincin resistor
Warna
Cincin I
Cincin II
Cincin III
Cincin IV
Cincin V
Cincin
Angka ke-1
Angka ke 2
Angka ke-3
pengali
Toleransi
Hitam
0
0
0
X100
Coklat
1
1
1
X101
±1%
Merah
2
2
2
X102
±2%
Jingga
3
3
3
X103
Kuning
4
4
4
X104
Hijau
5
5
5
X105
Biru
6
6
6
X106
Ungu
7
7
7
X107
Abu-abu
8
8
8
X108
Putih
9
9
9
X109
Emas
X10-1
±5%
Perak
X10-2
± 10 %
Tanpa
± 20 %
warna
Besarnya ukuran resistor sangat tergantung watt atau daya maksimum
yang mampu ditahan oleh resistor. Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1,
2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki daya maksimum 5, 10 dan 20 watt
MD 2012
17
umumnya berbentuk balok berwarna putih dan nilai resistansinya dicetak
langsung dibadannya, misalnya 1K_5W.
Contoh :
1. Urutan cincin warna (resistor 4 cincin warna): merah Ungu biru emas
merah
ungu
biru
emas
hasilnya
2
7
X106
±5%
27MΩ ± 5 %
2. Urutan cincin warna (resistor 5 cincin warna): coklat merah hitam jingga coklat
coklat
merah
hitam
jingga
coklat
hasilnya
1
2
0
X103
±1%
120kΩ ± 1 %
Selain dinyatakan dengan kode warna ada pula resistor yang nilainya
dinyatakan dengan angka dan toleransi dinyatakan dengan huruf . Resistor jenis
ini terbuat dari kawat yang ditutup dengan porselin / keramik.
Toleransi disandikan / dikodekan dengan huruf seperti di bawah ini :
F=±1%
G=±2%
K = ± 10 %
M = ± 20 %
MD 2012
J=±5%
Maksud
dari
gambar
Resistor
memiliki
ini
adalah
:
:
22
Ω
Toleransi
:
5
%
Kemampuan daya
: 5 watt
hambatan
18
2.2.1.2 TAHANAN GESER
Gambar 2.2 Tahanan geser atau rheostat
Terdiri dari tiga terminal, yaitu terminal A, B dan C. Nilai tahanan geser
dapat diubah-ubah dengan menggeser kontak geser D. Terminal A dan B
digunakan untuk mengukur nilai tahanan dari minimum ke maksimum.
2.2.1.3 POTENSIOMETER
Nilai tahanan dari suatu potensiometer dapat diubah dengan cara memutar
saklar pemilih D dari kiri ke kanan. Tahanan ini memiliki tiga terminal yaitu
terminal A dan C sebagai terminal maksimum dan minimum tahanan, dan
terminal B sebagai terminal pengatur variabel tahanan.
Gambar 2.3 Potensiometer
2.2.1.4 TAHANAN DEKADE
Nilai tahanan dekade dapat diatur dengan memutar sakelar pemilih ke
posisi x1, x10, x100 dan x 1000 sesuai dengan kebutuhan. Tahanan ini memiliki
tiga terminal dimana tempat pengukuran adalah terminal A dan terminal B.
MD 2012
19
Gambar 2.4 Tahanan decade
2.2.2 HUBUNGAN RANGKAIAN
Dalam suatu rangkaian, biasanya terdapat sebuah tahanan atau lebih, yang
dapat dirangkaikan dalam beberapa cara antara lain :
1. Tahanan yang dihubung seri
2. Tahanan yang dihubung paralel
3. Tahanan yang dihubung kombinasi.
2.2.2.1 HUBUNGAN SERI
Rangkaian disebut hubungan seri karena tahanannya dihubungkan secara
berderet.
Gambar 2.2 Rangkaian resistor secara seri
Rangkaian resistor secara seri akan mengakibatkan nilai resistansi total semakin
besar.
Pada rangkaian resistor seri berlaku rumus:
R total = R 1 + R 2 + R 3
MD 2012
20
2.2.2.2 HUBUNGAN PARALEL
Rangkaian paralel yaitu semua tahanan dihubungkan berjajar. Rangkaian
resistor secara paralel akan mengakibatkan nilai resistansi pengganti semakin
kecil.
Gambar 2.3 Rangkaian resistor secara paralel
Pada rangkaian paralel berlaku rumus sebagai berikut:
R Pengganti =
1
1
1
+
+
R1 R2 R3
2.2.2.3 HUBUNGAN SERI - PARALEL
Rangkaian Seri - Paralel adalah gabungan dari hubungan seri dan paralel.
Gambar 2.3 Rangkaian resistor secara kombinasi seri-paralel
Berdasarkan rumus seri dan paralel maka,
RPengganti =
MD 2012
R2 .R3
+ R1
R2 + R3
21
2.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Multimeter
•
Resistor 10 Ω, 47 Ω, 220 Ω, 470 Ω, 1k Ω, 10k Ω
•
Tahanan geser (rheostat)
•
potensiometer
•
Tahanan dekade
•
Protoboard
•
Kabel Penghubung
2.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkah percobaan yang akan dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Tentukan nilai tahanan karbon yang tersedia berdasarkan kode warnanya dan
masukkan kedalam Tabel 2.1.
3. Ukurlah tahanan karbon tersebut menggunakan multimeter, lalu masukkan
hasil pengukuran kedalam Tabel 2.1.
4. Ukurlah nilai tahanan geser (rheostat) dan potensiometer untuk posisi saklar
yang diberikan pada Tabel 2.2.
5. Ukurlah nilai tahanan dekade untuk posisi sakelar pemilihan yang diberikan
pada Tabel 2.3.
6. Hitunglah dan ukurlah menggunakan multimeter tahanan total pada Gambar
a,b,c,d,e. Masukkan hasilnya pada Tabel 2.4.
(a)
MD 2012
(b)
22
(c)
(d)
(e)
Ket: R1= 10 Ω, R2= 47 Ω, R3=220 Ω, R4=470 Ω, R5=1k Ω, R6= 10k Ω
2.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Hitung beberapa nilai resistansi resistor 4 cincin dibawah ini.
a. Coklat – Hitam – Coklat - Emas
b. Biru - Abu-abu – Hijau - Emas
c. Jingga – Jingga – Merah - Perak
d. Jingga – Putih – Coklat - Perak
2. Hitung beberapa nilai resistansi resistor 5 cincin dibawah ini.
a. Coklat - Abu-abu – Hitam – Hitam - Coklat
b. Kuning – Ungu – Hitam – Merah - Coklat
c. Merah – Merah – Hitam – Merah - Merah
MD 2012
23
d. Jingga – Biru – Hitam – Jingga - Merah
3. Sebutkan warna-warna urutan cincin resistor dengan nilai resistansi
a. 82 K _ ± 1 %
b. 100 K _ ± 5 %
c. 330 _ ± 10 %
d. 120 _ ± 1 % (5 cincin)
e. 27 K _ ± 1 % (5 cincin)
4. Apa maksud tulisan pada resistor ini :
a. 5W2R J
b. 5W27R K
c. 5W3KR F
5. Sebutkan beberapa perbedaan pada dua buah resistor yang dirangkai seri
dengan resistor yang dirangkai paralel.
6. Bandingkan hasil pembacaan tahanan berdasarkan kode warna dengan hasil
pengukuran. Apakah terdapat perbedaan? Jika ya, mengapa terjadi perbedaan,
jelaskan!
2.6 TABEL
Tabel 2.1 Nilai Resistor
No
Warna
1
Coklat-Hitam-Orange-Emas
2
Coklat-Hitam-Hitam-Emas
3
Coklat-Hitam-Merah-Emas
4
Merah-Merah-Coklat-Emas
5
Kuning-Ungu-Hitam-Emas
6
5W1kΩJ
7
5W2.2kΩJ
8
5W3.3kΩJ
MD 2012
Nilai Tahanan
Hasil Pengukuran
24
Tabel 2.2 Nilai tahanan geser dan potensiometer
No
Posisi Sakelar
1
Minimum
2
Setengah
3
Maksimum
Tahanan geser
Potensiometer
Tabel 2.3 Nilai tahanan dekade
No
Posisi Sakelar
X1000
X100
X10
X1
1
2
2
0
0
2
0
4
7
0
3
0
0
6
8
4
1
5
0
0
5
6
8
0
0
Hasil Pengukuran
Tabel 2.4 Nilai R total pada Gambar rangkaian a,b,c,d,e
No
Gambar
1
Gambar a
2
Gambar b
3
Gambar c
4
Gambar d
5
Gambar e
MD 2012
Hasil perhitungan
Hasil pengukuran
25
MD 2012
26
3. HUKUM OHM
3.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Mengukur dan menghitung nilai resistor
•
Menghitung arus dan tegangan dengan menggunakan hukum Ohm
•
Menggambarkan karakteristik hubungan antara tegangan, arus dan resistor.
•
Menghitung tegangan dengan rangkaian pembagi tegangan
3.2 DASAR TEORI
Arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron bebas yang bergerak
terus-menerus melalui penghantar dari sebuah rangkaian. Besarnya arus listrik
diukur dengan satuan banyaknya elektron per detik, namun demikian ini bukan
satuan yang praktis karena harganya terlalu kecil. Satuan yang dipakai adalah
ampere, dimana
i = dq/dt
1 ampere = 1coulomb/det
Biasanya arus diberi tanda dengan huruf I satuannya Amper.
Gaya yang menyebabkan elektron mengalir dalam sebuah rangkaian
disebut tegangan (voltage). Biasanya tegangan diberi tanda dengan huruf V
satuannya volt. Tegangan pada prinsipnya adalah mengukur energi potensial
antara dua buah titik. Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah
besarnya beda potensial, semakin besar beda potensial akan semakin besar pula
arus yang mengalir.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk
membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor bersifat
resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu
resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol
Ω), (biasanya di beri
tanda dengan huruf R.
MD 2012
27
Hubungan antara arus (I), tegangan (V) dan resistor (R) pada rangkaian
listrik dinyatakan dalam Hukum Ohm, dimana besar tegangan yang mengalir pada
sebuah hambatan (tahanan murni) akan sebanding dengan besar arus yang
mengalir dikalikan dengan nilai tahanan yang dialiri arus tersebut.
Gambar 3.1 Diagram Hukum Ohm
Di mana :
V
= Tegangan pada tahanan (Volt)
I
= Arus yang mengalir pada tahanan (Ampere)
R = Besar nilai resistor (Ohm)
P
= Daya dengan satuan Watt
Dalam pemakaian resistor perlu diperhitungkan besar tegangan maksimum
resistor, agar tegangan yang diberikan tidak melebihi dari daya resistor tersebut.
Misalnya, sebuah resistor 10 Ω mempunyai daya 5 Watt, berapakah tegangan
maksimum yang diijinkan ?
MD 2012
28
Jawab :
V max = P x R
= 5 x 10 = 7,07 V
Jadi tegangan dapat diatur dari 0 V sampai 7 V.
•
Pembagi Tegangan
Hubungan seri dapat dinamakan sebagai “Pembagi Tegangan. Pembagi
tegangan dapat dipergunakan bila tegangan yang akan dipergunakan lebih kecil
dari sumber. Biasanya pembagi tegangan terdiri dari dua resistor.
Gambar 3.2 Rangkaian Pembagi Tegangan
Tegangan keluaran dari pembagi tegangan :
V = I ⋅ R2 =
E
.R2
R1 + R2
3.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power supply DC 0 - 40 V
•
Multimeter
•
Resistor, 10Ω, 47Ω, 100Ω,150Ω, 470
Ω
•
Protoboard
•
Kabel penghubung
MD 2012
29
3.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti gambar dibawah ini dengan R = 10 Ω
A
+
Vs
-
R
V
2. Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 2 volt sampai tegangan
maksimum pada resistor (hitung dahulu tegangan maksimum dari resistor
yang akan dipakai).
3. Catat hasil pengukuran pada Tabel 3.1.
4. Ulangi prosedur 1 dan 2 dengan mengganti nilai tahanan seperti pada
daftar peralatan.
5. Rencanakanlah
rangkaian
Pembagi tegangan, dibutuhkan
tegangan
keluaran sebesar 10 Volt bila tegangan sumber 24 Volt.
3.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Bagaimana hubungan antara V dan I pada rangkaian yang telah diberikan
? Jelaskan dengan grafik !
2. Bagaimana pula hubungan I dan R bila tegangan yang diberikan konstan ?
Jelaskan dengan grafik !
3. Bandingkan hasil pengukuran dengan perhitungan !
4. Jelaskan kejelekan dari sumber tegangan yang diambil dari pembagi
tegangan !
MD 2012
30
Tabel 3.1 Data pengukuran arus dan tegangan
Vs
(Volt)
MD 2012
R= 10 Ω
R= 47 Ω
R= 100 Ω
R= 150 Ω
R= 470 Ω
I
VR
I
VR
I
VR
I
VR
I
VR
(mA)
(V)
(mA)
(V)
(mA)
(V)
(mA)
(V)
(mA)
(V)
31
4. HUKUM ARUS KIRCHOFF
4.1 TUJUAN
Selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Membuktikan hukum kirchoff I tentang arus
•
Menyelesaikan masalah dengan mempergunakan hukum kirchoff I.
•
Menguasai cara mengukur arus total dan arus cabang dalam suatu rangkaian
listrik.
4.2 DASAR TEORI
Di pertengahan abad 19 Gustav Robert Kirchoff (1824 – 1887)
menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang
kemudian di kenal dengan Hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff secara keseluruhan
ada 2, hukum kirchoff 1 dan 2.
Hukum kirchoff 1 berbunyi “ Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik
percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.
Secara matematis dinyatakan :
Bila digambarkan dalam bentuk rangkaian bercabang maka akan diperoleh
sebagai berikut :
Contoh penerapan hukum kirchoff pada rangkaian seri
MD 2012
32
Gambar 4.1 Rangkaian Seri
Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada masing-masing beban
sama besarnya dengan arus pada rangkaian.
I = I R1 = I R2 = I R3
Dimana :
I=
VSUMBER
RTOTAL
Contoh penerapan hukum kirchoff pada rangkaian paralel
Gambar 4.2 Rangkaian Paralel
MD 2012
33
Hukum Kirchhoff pada rangkaian paralel: arus yang mengalir menuju suatu titik
berbanding lurus dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut.
I TOTAL − (I R1 + I R 2 + I R 3 ) = 0
I TOTAL = I R1 + I R 2 + I R 3
Dimana:
I Rn =
VSUMBER
; I Rn arus yang mengalir pada beban R n
Rn
Sehingga:
I R1 =
VSUMBER
; I R1 arus yang mengalir pada beban R 1
R1
I R2 =
VSUMBER
; I R2 arus yang mengalir pada beban R 2
R2
I R3 =
VSUMBER
; I R3 arus yang mengalir pada beban R 3
R3
4.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power Supply DC
•
Multimeter
•
Resistor 100 Ω, 680 Ω, 820 Ω, 1K Ω, 1K2 Ω, 1K8 Ω, 2K2 Ω
•
Kabel Penghubung.
4.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 4.3!
MD 2012
34
Gambar 4.3 Rangkaian seri
2. Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 0 - 10 volt. Ukur dan baca
penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 4.1.
3. Ulangi langkah 2 dengan mengganti tahanan masing-masing 1KΩ. Catat
datanya pada Tabel 4.2.
4. Buatlah rangkaian seperti Gambar 4.4!
Gambar 4.4 Rangkaian paralel
4
Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 0 - 12 volt. Ukur dan baca
penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 4.3.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
MD 2012
35
Titik-titik pengukuran arus harus di hubung singkat pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
5
Ulangi langkah 5 dengan mengganti tahanan masing-masing 100Ω. Ukur dan
baca penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 4.4.
6
Buatlah rangkaian seperti Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Rangkaian kombinasi seri-paralel
7
Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 0 - 12 volt. Ukur dan baca
penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 4.5.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
Titik-titik pengukuran arus harus di hubung singkat pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
8
Buatlah rangkaian seperti Gambar 4.6.
MD 2012
36
Gambar 4.6 Rangkaian kombinasi seri-paralel
9
Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 0 - 12 volt. Ukur dan baca
penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 4.6.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
Titik-titik pengukuran arus harus di hubung singkat pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
4.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Jelaskan tentang hukum hukum kirchhoff arus!
2. Hitunglah besar arus total dalam masing-masing rangkaian!
3. Hitunglah besar arus yang mengalir pada It, I1, I2, I3, I4, I5, I6 pada
Gambar 4.7!
Dimana nilai Vs=20V, R1= 100 Ω, R2= 50 Ω, R3=100 Ω, R4=50 Ω
R5=20 Ω, dan R6=100 Ω
MD 2012
37
Gambar 4.7 Rangkaian kombinasi seri-paralel
4.6 TABEL
Tabel 4.1 Data rangkaian seri
E1 (Volt)
Tabel 4.2 Data rangkaian seri
I (mA)
E1 (Volt)
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12
I (mA)
Tabel 4.3 Data rangkaian paralel
E1 (Volt)
I (mA)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
2
4
6
8
10
12
MD 2012
38
Tabel 4.4 Data rangkaian paralel
E1 (Volt)
I (mA)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
2
4
6
8
10
12
Tabel 4.5 Data rangkaian kombinasi seri-paralel
E1 (Volt)
I (mA)
I1 (mA)
I2 (mA)
2
4
6
8
10
12
Tabel 4.6 Data rangkaian kombinasi seri-paralel
E1 (Volt)
I (mA)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
I4 (mA)
2
4
6
8
10
12
MD 2012
39
MD 2012
40
5. HUKUM TEGANGAN KIRCHOFF
5.1 TUJUAN
Selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Membuktikan hukum kirchoff II tentang tegangan
•
Menyelesaikan masalah dengan mempergunakan hukum kirchoff II.
•
Menguasai cara mengukur arus dan tegangan dalam rangkaian listrik satu
loop, dua loop, dan tiga loop.
5.2 PENDAHULUAN
Hukum Kirchoff 2 dipakai untuk menentukan kuat arus yang mengalir
pada rangkaian bercabang dalam keadaan tertutup (saklar dalam keadaan
tertutup). Perhatikan gambar di bawah ini!
Hukum Kirchoff 2 berbunyi : ” Dalam rangkaian tertutup, Jumlah
aljabbar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol”. Maksud dari
jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik yang
hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik bisa
digunakan atau diserap.
Contoh penerapan hukum kirchoff pada rangkaian seri
MD 2012
41
Gambar 5.1 Rangkaian Seri
VSUMBER − (VR1 + V R 2 + VR 3 ) = 0
VSUMBER = VR1 + V R 2 + VR 3
Dimana :
VRn = I x Rn ; V Rn = tegangan jatuh pada beban R n
Sehingga
VR1 = I x R1 ; V R1 = tegangan jatuh pada beban R 1 .
VR 2 = I x R2 ; V R2 = tegangan jatuh pada beban R 2 .
VR 3 = I x R3 ; V R3 = tegangan jatuh pada beban R 3 .
Contoh penerapan hukum kirchoff pada rangkaian paralel
Gambar 5.2 Rangkaian Paralel
MD 2012
42
Pada rangkaian paralel, tegangan yang jatuh pada masing-masing beban sama
dengan tegangan sumber.
V = V R1 = V R2 = V R3
Contoh penerapan hukum kirchoff pada rangkaian seri dengan dua
sumber tegangan.
Gambar 5.3 Rangkaian Seri dengan dua sumber tegangan
ΣE = 0
− E1 + I .R1 + I .R2 + E 2 + I .R3 = 0
I .R1 + I .R2 + I .R3 = E1 − E 2
I (R1 + R2 + R3 ) = E1 − E 2
I=
E1 − E 2
R1 + R2 + R3
5.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power Supply DC
•
Multimeter
•
Resistor
•
Kabel Penghubung
•
Protoboard
MD 2012
43
5.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1.
Buatlah rangkaian seperti Gambar 5.4!
Gambar 5.4 Rangkaian satu loop dengan satu sumber tegangan
2. Nyalakan catu daya DC, aturlah tegangan dari 0 - 12 volt. Ukur dan baca
penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 5.1.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
•
Titik-titik pengukuran tegangan harus di biarkan terbuka pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
3. Ulangi langkah 2 dengan mengganti tahanan masing-masing 100Ω. Ukur dan
baca penunjukan alat ukur, catat datanya pada Tabel 5.2.
4. Buatlah rangkaian seperti Gambar 5.5!
MD 2012
44
Gambar 5.5 Rangkaian satu loop dengan dua sumber tegangan
5. Nyalakan catu daya DC, atur tegangan E1 = 5V, 10V, 15V dan E2 = 3V, 6V,
12 V. Ukur besar arus dan tegangan masing-masing tahanan, catat datanya
pada Tabel 5.3.
6. Ulang langkah 8 dengan membalik polaritas V2. Ukur besar arus dan tegangan
masing-masing tahanan, catat datanya pada Tabel 5.4.
7. Buatlah rangkaian seperti Gambar 5.6.
Gambar 5.6 Rangkaian dua loop
8. Nyalakan catu daya DC, atur tegangan E1 = 5V ,10V dan E2=3V, 6V, 12V.
Ukur besar arus dan tegangan di titik A - B , catat datanya pada Tabel 5.5.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
Titik-titik pengukuran arus harus di hubung singkat pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
9. Buatlah rangkaian seperti Gambar 5.7
MD 2012
45
Gambar 5.7 Rangkaian tiga loop
10. Nyalakan catu daya DC, atur tegangan E1 = 5V ,10V dan E2=3V, 6V, 12V.
Ukur besar arus dan tegangan di titik A - B , catat datanya pada Tabel 5.6.
Perhatikan cara mengukur parameter dengan menggunakan satu
multimeter sebagai berikut:
Titik-titik pengukuran arus harus di hubung singkat pada saat
multimeter digunakan untuk mengukur titik yang lain.
5.5 PERTANYAAN
1. Jelaskan tentang hukum kirchhoff tegangan !
2. Hitunglah besar arus yang mengalir pada masing-masing beban rangkaian,
E1=15V, E2=20V, R1= 100 Ω, R2= 50 Ω dan R3=120 Ω
3. Hitunglah besar arus yang mengalir di R1 dan R4 dari rangkaian di bawah
ini, dimana
MD 2012
46
E1=15 V, E2 = 9 V, E3 = 6 V
R1= 68 Ω, R2 = 100 Ω,
R3 = 220 Ω, R4 = 120 Ω,
R5 = 150 Ω, R6 = 180 Ω
5.6 TABEL
Tabel 5.1 Data pada Gambar 5.4
E1 (Volt)
I (mA)
V1 (V)
V2 (V)
V3 (V)
V2 (V)
V3 (V)
2
4
6
8
10
12
Tabel 5.2 Data pada Gambar 5.4 dengan R = 100Ω
E1 (Volt)
I (mA)
V1 (V)
2
4
6
8
10
12
MD 2012
47
Tabel 5.3 Data pada Gambar 5.5
E1 (V)
E2 (V)
I (mA)
V1 (V)
V2 (V)
V3 (V)
3
5
6
12
3
10
6
12
3
15
6
12
Tabel 5.4 Data pada Gambar 5.5 (Polaritas V2 dibalik)
E1 (V)
E2 (V)
I (mA)
V1 (V)
V2 (V)
V3 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
3
5
6
12
3
10
6
12
3
15
6
12
Tabel 5.5 Data pada Gambar 5.6
E1 (V)
E2 (V)
VAB (V)
3
5
6
12
10
MD 2012
3
48
6
12
Tabel 5.6 Data pada Gambar 5.7
E1 (V)
E2 (V)
VAB
I1
I2
I3
I4
I5
I6
(V)
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
(mA)
3
5
6
12
3
10
6
12
6. KARAKTERISTIK RESISTOR
6.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Menggambarkan karakteristik dari bermacam-macam resistor (NTC, PTC,
VDR, LDR, Carbon film, Wire Wound, Air Ledeng )
•
Mempergunakan resistor dalam praktek sesuai kebutuhan.
6.2 DASAR TEORI
Resistor ialah komponen elektronika yang sering dijumpai dalam
rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menahan arus listrik, menurunkan
tegangan dan membagi tegangan. Adapun bentuk, ukuran dan nilai resistansinya
beragam tapi mudah dikenali. Jenis bahan yang digunakan untuk membuat
resistor antara lain :
1. Metal film resistor
2. Metal okside resistor
MD 2012
49
3. Carbon film resistor
Berdasarkan penggunaanya, resistor dapat dibagi:
1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus,
yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini
biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.
2. Resistor Berubah (variabel), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat
berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut.
Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan.
Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan
Trimpot (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan
rangkaian (Printed Circuit Board, PCB).
3. Resistor NTC dan PTC
NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan
bertambah kecil bila terkena suhu panas.
Gambar 6.1 Karakteristik NTC
MD 2012
50
PTC (Positive Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan
bertambah besar bila terkena suhu panas.
Gambar 6.2 Termistor (Thermally sensitive resistor)
4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah
hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya
semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.
Banyak sekali komponen jenis ini tergantung pada sensivitas cahaya, ukuran,
nilai hambatan dan lain sebagainya. Salah satu contoh LDR adalah CDS
photocell seperti
yang terlihat pada Gambar 6.3. CDS ini mempunyai
diameter 8 mm, tinggi 4 mm, dengan bentuk silinder. Pada kondisi ruangan
yang terang nilai hambatannya adalah 200 ohm, sedangkan saat kondisi
ruangan gelap maka nilai hambatannya 2 M ohm.
Gambar 6.3 CDS photocell
5. Resistor jenis Carbon Composite merupakan salah satu tipe resistor yang
banyak sekali dijual dipasaran. Biasanya untuk nilai hambatan yang besar,
misalnya 1K2, 2K2, dan 4K7 mudah mencarinya. Tetapi untuk nilai hambatan
yang kecil, misalnya Ω,
2 3 Ω susah dicari.
MD 2012
Resistor ini memiliki koefisien
51
temperature dengan batas 1000 ppm/°C terhadap nilai hambatannya, dimana
nilai hambatannya akan turun ketika suhunya naik. Selain itu resistor ini juga
memiliki koefisien tegangan, dimana nilai hambatan akan berubah ketika
diberi tegangan. Semakin besar tegangan maka semakin besar perubahannya.
Voltage Rating dari resistor Carbon Composition ditentukan berdasarkan
ukuran fisik, nilai, dan dayanya. Pada saat menggunakan resistor jenis ini
diharapkan agar berhati – hati didalam perancangan, karena dapat
menghasilkan noise dimana noise ini tergantung pada nilai dari resistor dan
ukurannya.
Gambar 6.4 Resistor jenis Carbon Composite
6. Resistor jenis Carbon Film mempunyai karakteristik yang sama dengan
resistor carbon composition tetapi noise, voltage coeficient, temperature
coeficient nilainya lebih rendah. Carbon Film Resistor dibuat dengan
memotong batangan keramik yang panjang dan kemudian dicampur dengan
material karbon. Frekuensi respon dari resistor ini jauh lebih bagus
dibandingkan dengan wirewound dan lebih bagus lagi dibandingkan dengan
carbon composition. Dimana wirewound akan menjadi suatu induktansi ketika
frekuensinya rendah dan akan menjadi kapasitansi apabila frekuensinya
tinggi. Dan untuk carbon composite hanya menjadi kapasitansi apabila dilalui
oleh frekuensi tinggi dan rendah.
Gambar 6.5 Resistor jenis Carbon Film
MD 2012
52
7. Resistor jenis wirewound digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan daya
yang yang sangat besar. Komponen ini dapat mengatasi daya yang besar
dibandingkan dengan resistor yang lain. Karena panas yang ditimbulkan
cukup besar biasanya resistor ini dilapisi oleh bahan seperti caramic tube,
ceramic rods, anodized alumunium, fiberglass mandels, dan lain-lain.
Gambar 6.6 Resistor jenis wire wound
Tabel 6.1 Simbol-simbol resistor
6.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
MD 2012
53
•
Power Supply 0 - 40 V
•
Multimeter
•
Resistor : NTC, PTC, LDR, VDR, 3k3Ω, 150Ω, 100Ω, Air.
•
Kabel Penghubung
•
Lux Meter
•
Termometer
•
Lampu pijar
•
Power Supply AC
6.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.7 dan beri tegangan sumber DC 5 V.
Catat penunjukan alat ukur terhadap perubahan suhu pada Tabel 6.1.
Gambar 6.7 Rangkaian praktek NTC
2. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.8 dan beri tegangan sumber DC 5 V.
Catat penunjukan alat ukur terhadap perubahan suhu pada Tabel 6.2.
MD 2012
54
Gambar 6.8 Rangkaian praktek PTC
3. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.9 dan beri tegangan sumber DC 5 V.
Autotrafo digunakan untuk mengatur cahaya lampu. Catat penunjukan alat
ukur terhadap perubahan intensitas cahaya pada Tabel 6.3.
Gambar 6.9 Rangkaian praktek LDR
4. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.10, atur tegangan sumber mulai dari 2 V
sampai 12 V.
Catat
penunjukan alat
ukur,
masukan
pada
data
Tabel 6.4.
Gambar 6.10 Rangkaian praktek VDR
MD 2012
55
5. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.11 atur tegangan sumber dari 2 V sampai
12 V. Catat penunjukan alat ukur, masukan data pada Tabel 6.5.
Gambar 6.11 Rangkaian praktek resistor karbon film
6. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.12 atur tegangan sumber mulai dari 2 V
sampai
12
V.
Catat
penunjukan
alat
ukur,
masukkan
data pada Tabel
6.6.
Gambar 6.12 Rangkaian praktek air ledeng
7. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.13 atur tegangan sumber dari 2 V sampai
12 V. Catat penunjukan alat ukur, masukkan data pada Tabel 6.7
Gambar 6.13 Rangkaian praktek resistor wire wound
6.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
MD 2012
56
1. Buatlah grafik fungsi temperatur terhadap tahanan R=f(T) pada NTC dan PTC
berdasarkan data pada percobaan 1 (NTC) dan 2 (PTC)!
2. Pada suhu 600 berapakah nilai tahanan ( R) untuk NTC dan PTC?
3. Buatlah grafik fungsi intensitas cahaya terhadap tahanan LDR!
4. Buatlah grafik fungsi tegangan terhadap tahanan VDR, Karbon film, air
ledeng, dan wire wound!
6.6 TABEL
Tabel 6.1 NTC
Temperatur
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
Suhu awal
400
500
600
700
800
900
Tabel 6.2 PTC
Temperatur
Suhu awal
400
500
600
700
800
900
Tabel 6.3 LDR
MD 2012
57
Temperatur
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
50
100
150
200
250
300
Tabel 6.4 VDR
Vs
I1 (A)
I2(A)
V (V)
R (Ω)
2
4
6
8
10
12
Tabel 6.5 Karbon film
Temperatur
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
2
4
6
8
10
12
Tabel 6.6 Air ledeng
MD 2012
58
Temperatur
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
Arus (A)
Tegangan (V)
R (Ω)
2
4
6
8
10
12
Tabel 6.7 Wire wound
Temperatur
2
4
6
8
10
12
MD 2012
59
7. DAYA PADA RANGKAIAN DC
7.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Menerangkan daya dari tahanan yang dihubung seri maupun parallel.
•
Menggambarkan grafik daya
7.2 DASAR TEORI
Power atau daya adalah berapa besar gaya yang dapat dilakukan dalam
setiap waktu. Daya secara mekanik yang biasa digunakan di Amerika adalah
menggunakan horsepower. Horsepower dan watt adalah dua hal yang berbeda
namun menjelaskan hal yang sama dalam menjelaskan persamaan fisika, dengan 1
horsepower setara dengan 747,5 watt.
Daya listrik biasanya diberi satuan watt, dan bisa dihitung dengan
persamaan :
P =V ⋅I
P = I2 ⋅R
V2
P=
R
Jika akan menggunakan resistor, faktor penting yang perlu diketahui dari
tahanan adalah nilai tahanan dan daya dari tahanan tersebut. Nilai daya pada
tahanan harus diketahui karena pada saat tahanan tersebut dialiri arus Listrik, akan
terjadi panas yang kemudian disebar (disipasi daya). Dengan demikian daya dari
tahanan harus lebih besar dari daya yang timbul dalam tahanan berupa panas.
7.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power Supply DC 0-40 Volt
MD 2012
60
•
Multimeter
•
Resistor 100Ω dan 150Ω / 5 Watt
•
Rheostat 320Ω
•
Protoboard
•
Kabel Penghubung
7.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 7.1, tegangan tetap 10 Volt. Atur rheostat
dari 10% s/d 100%. Masukkan hasil pengukurannya pada Tabel 7.1 serta
hitung dayanya.
A
+
-
320Ω
Vs
V
Gambar 7.1 Rangkaian praktek 1
2. Buatlah rangkaian seperti Gambar 7.2, atur tegangan dari 4 Volt sampai 20
Volt. Masukkan hasil pengukuran pada Tabel 7.2 dan hitung dayanya.
A
100Ω
V
150Ω
V
+
-
Vs
Gambar 7.2 Rangkaian praktek 2
MD 2012
61
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 7.3, atur tegangan dari 4 Volt sampai 20
Volt. Masukkan hasil pengukuran pada Tabel 7.3 dan hitung dayanya.
A
+
-
A
Vs
100Ω
150Ω
Gambar 7.3 Rangkaian praktek 3
7.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Buatlah Grafik I = f(P) dan R = f(P) dari rangkaian Gambar 6.1!
2. Buatlah Grafik I = f(V) dari rangkaian Gambar 6.2 dan 6.3!
3. Mengapa nilai tahanan dan rating daya merupakan faktor terpenting dari
tahanan?
4. Apa yang dimaksud dengan disipasi daya ?
7.6 TABEL
Tabel 7.1 Rangkaian Gambar 7.1
Rheostat
Arus (A)
Tegangan (V)
Daya (W)
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
MD 2012
62
80%
90%
100%
Tabel 7.2 Rangkaian Gambar 7.2
Vs
Arus (A)
V1 (V)
V2 (V)
Daya (W)
V1 (V)
V2 (V)
Daya (W)
4
8
12
16
20
Tabel 7.3 Rangkaian Gambar 7.3
Vs
Arus (A)
4
8
12
16
20
MD 2012
63
8. TRANSFORMASI SEGITIGA BINTANG
8.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
Menerangkan dan menyelesaikan rangkaian listrik dengan mempergunakan
transformasi Bintang - segitiga dan sebaliknya.
8.2 DASAR TEORI
Untuk menyederhanakan bentuk suatu rangkaian listrik, seringkali kita
tidak dapat menyederhanakan rangkaian tersebut dengan bentuk kombinasi seri
dan paralel saja. Sebagai alternatif untuk menyelesaikan bentuk suatu rangkaian
listrik yang sering dipergunakan adalah transformasi bintang - segitiga atau
sebaliknya.
Rangkaian segitiga adalah tiga tahanan yang dirangkai menyerupai bentuk
segitiga dan rangkaian bintang adalah tiga tahanan yang dirangkai menyerupai
bintang. Perhatikan Gambar 8.1 . Rangkaian segitiga dapat dikonversi kebentuk
rangkaian bintang dan rangkaian bintang dapat juga dikonversi ke bentuk segitiga.
Rangkaian segitiga dilambangkan dengan Δ dan rangkaian bintang dilambangkan
dengan Y. Lambang transformasi dari bintang ke segitiga adalah Y-Δ dan
lambang transformasi segitiga ke bintang adalah Δ-Y.
(a)
(b)
Gambar 8.1 (a) Bentuk bintang ; (b) Bentuk segitiga
MD 2012
64
Untuk melakukan transformasi digunakan persamaan bintang segitiga dan
persamaan segitiga bintang.
Transformasi ∆ - Υ
Ra =
R1 ⋅ R3
R1 + R2 + R3
Rb =
R2 ⋅ R3
R1 + R2 + R3
Rc =
R1 ⋅ R2
R1 + R2 + R3
Transformasi Υ - ∆
•
R1 =
Ra ⋅ Rb + Rb ⋅ Rc + Rc ⋅ Ra
Rb
R2 =
Ra ⋅ Rb + Rb ⋅ Rc + Rc ⋅ Ra
Ra
R3 =
Ra ⋅ Rb + Rb ⋅ Rc + Rc ⋅ Ra
Rc
Bila nilai resistansi pada rangkaian bintang atau segitiga adalah sama, maka
nilai resistansi pada hasil tranformasinya akan sama.
8.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power Supply DC 0-40 Volt
•
Multimeter 2 buah
•
Resistor 1 set
•
Rheostat 320Ω
MD 2012
65
•
Protoboard
•
Switch
•
Kabel Penghubung
8.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 8.2
R1= 47Ω, R2 = R3 = R4 = 150 Ω, R5 = 68 Ω, R6 = 82 Ω
Gambar 8.2 Rangkaian 1
2. Nyalakan sumber tegangan DC, atur tegangan pada 5 V; 10 V; dan 15 V.
Perhatikan penunjukan Ammeter dan catat hasilnya di Tabel 8.1.
3. Dengan menggunakan multimeter, tentukan tahanan total dari rangkaian
diatas. Catat di Tabel 8.1.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan : Tidak ada sumber tegangan di
rangkaian dengan mematikan power supply.
4. Transformasikan hubungan segitiga yang terdiri dari R2; R3; R4 menjadi
hubungan bintang sebagai penggantinya. Tentukan nilai Ra; Rb; Rc.
5. Hasil perhitungan nilai Ra, Rb, dan Rc pada langkah 4 digunakan untuk
rangkaian pada Gambar 8.3, nilai R1, R5, dan R6 sama dengan langkah 1.
MD 2012
66
Gambar 8.3 Rangkaian 2
6. Nyalakan sumber tegangan DC, atur tegangan pada 5 V; 10 V; dan 15 V.
Perhatikan arus yang melalui Ammeter. Catat datanya di Tabel 8.2.
7. Dengan menggunakan multimeter, tentukan tahanan total dari rangkaian di
atas. Catat datanya di Tabel 8.2.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan : Tidak ada sumber tegangan
di rangkaian dengan mematikan power supply.
8. Buat rangkaian seperti Gambar 8.4
Gambar 8.4 Rangkaian 3
MD 2012
67
9.
Nyalakan sumber tegangan DC, atur tegangan pada 5 V; 10 V; dan 15 V.
Perhatikan penunjukan Ammeter dan catat hasilnya di Tabel 8.3.
10.
Dengan menggunakan multimeter, tentukan tahanan total dari rangkaian
diatas. Catat di Tabel 8.3.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan : Tidak ada sumber tegangan
di rangkaian dengan mematikan power supply.
11.
Transformasikan hubungan Υ pada gambar rangkaian 8.4 ke ∆. Tentukan
R2; R3; dan R4. Buat rangkaian penggantinya.
12.
Buat rangkaian seperti Gambar 8.5
Gambar 8.5 Rangkaian 4
Nilai R2, R3, dan R4 menggunakan hasil perhitungan pada langkah 11.
13.
Nyalakan sumber tegangan DC, atur tegangan pada 5 V; 10 V; dan 15 V.
Perhatikan penunjukan Ammeter dan catat hasilnya di Tabel 8.4.
14.
Dengan menggunakan multimeter, tentukan tahanan total dari rangkaian
diatas. Catat di Tabel 8.4.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan : Tidak ada sumber tegangan
di rangkaian dengan mematikan power supply.
MD 2012
68
8.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Diketahui rangkaian seperti gambar di bawah ini :
Hitung besarnya arus yang mengalir pada tahanan 56 Ω !
Tentukan juga R total rangkaian !
2. Diketahui rangkaian seperti gambar di bawah ini :
R1 = 68 Ω
C
R2 = 100 Ω
R9
R3 = 150 Ω
R4 = 270 Ω
R4
R5 = 220 Ω
R6 = 390 Ω
R7 = 100 Ω
R2
R1
R5
R6
R8
R7
A
R8 = 56 Ω
B
R3
R9 = 150 Ω
Tentukan tahanan ekivalen AB; BC; CA !
MD 2012
69
8.6 TABEL
Tabel 8.1 Rangkaian 1
Tegangan
5 Volt
10 Volt
15 Volt
Keterangan
Arus (mA)
Tahanan Total (Ω)
Hasil perhitungan
Tahanan Total (Ω)
Hasil pengukuran
Tabel 8.2 Rangkaian 2
Tegangan
5 Volt
10 Volt
15 Volt
Keterangan
Arus (mA)
Tahanan Total (Ω)
Hasil perhitungan
Tahanan Total (Ω)
Hasil pengukuran
Tabel 8.3 Rangkaian 3
Tegangan
5 Volt
10 Volt
15 Volt
Keterangan
Arus (mA)
Tahanan Total (Ω)
Hasil perhitungan
Tahanan Total (Ω)
Hasil pengukuran
Tabel 8.4 Rangkaian 4
Tegangan
5 Volt
10 Volt
15 Volt
Keterangan
Arus (mA)
Tahanan Total (Ω)
Hasil perhitungan
Tahanan Total (Ω)
Hasil pengukuran
MD 2012
70
MD 2012
71
9. JEMBATAN WHEATSTONE
9.1 TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
1. Menentukan nilai tahanan dalam suatu rangkaian jembatan.
2. Menerangkan prinsip kerja jembatan wheatstone.
9.2 DASAR TEORI
Prinsip kerja jembatan Wheatstone sering digunakan dalam menentukan
suatu nilai tahanan atau impedansi dalam suatu rangkaian Listrik. Jembatan
wheatstone pada dasarnya terdiri dari empat buah komponen. Komponenkomponen tersebut dapat berupa tahanan atau berupa kapasitor, induktor,
transistor dan tabung vacum.
Gambar 9.1 Rangkaian Jembatan Wheastone
Gambar 9.1 memperlihatkan rangkaian jembatan Wheatstone untuk pengukuran
resistansi. Resistor X adalah resistansi yang dicari, R adalah resistansi variabel
yang dapat diketahui harganya, sedangkan a dan b adalah resistansi pembanding,
µA adalah alat ukur mikro amperemeter atau galvanometer yang fungsinya untuk
MD 2012
72
mengukur keseimbangan resistansi lengan pembanding a/b dan resistansi lengan
terukur X/R. E adalah sumber tegangan.
Untuk harga a dan b yang ditentukan, harga R dapat diatur-atur sampai alat ukur
mikro amperemeter atau galvanometer menunjukan harga nol pada saat saklar S1
ditutup. Pada keadaan seimbang, dapat diperoleh
hubungan :
Pada prakteknya cukup sulit memperoleh arus µA yang harga nol.
9.3 DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
• Power Supply DC 0-40 Volt
• Multimeter
• Resistor 1 set
• Potensiometer
• Rheostat 110Ω dan 320Ω atau 11Ω dan 42Ω
• Protoboard
• Lampu
• Kabel Penghubung
MD 2012
73
9.4 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 9.2
R1
R3
R2
R4
+
-
Vs
Gambar 9.2 Rangkaian 1
R1/R2 dan R3/R4 adalah rheostat. Rheostat yang digunakan dapat dipilih
nilainya yaitu:
•
110Ω dan 320Ω atau
•
11Ω dan 42Ω
•
Vs = 6 Volt
2. Mula-mula posisi rheostat berada di tengah dengan menggeser kotak geser
sampai posisi tengah.
3. Aturlah rheostat dengan cara menggeser kotak geser sampai jarum di mikro
ampere menunjukkan angka nol (0).
4. Lepaskan rangkaian dari sumber tegangan, dan ukur satu per satu nilai
resistansi dengan menggunakan ohmmeter. Hasilnya masukan dalam Tabel
9.1.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan :
•
Tidak ada sumber tegangan di rangkaian dengan mematikan power
supply
MD 2012
74
•
Resistor tidak terhubung seri/paralel dengan resistor lain dengan
melepas semua koneksi di sekitar resistor itu.
5. Buatlah rangkaian seperti Gambar 9.3
R1
R3
R1 = 10Ω
+
R2 = 47 Ω
Vs
-
R3/R4 = 42Ω (rheostat)
R4
R2
Vs = 6 Volt
Gambar 9.3 Rangkaian 2
6. Mula-mula posisi rheostat berada di tengah dengan menggeser kotak geser
sampai posisi tengah.
7. Atur rheostat sampai lampu padam.
8. Lepaskan rangkaian dari sumber tegangan, dan ukur satu per satu nilai
resistansi dengan menggunakan ohmmeter. Hasilnya masukan dalam Tabel
9.2.
Perhatian: Ketika mengukur resistor, pastikan :
•
Tidak ada sumber tegangan di rangkaian dengan mematikan power
supply
•
Resistor tidak terhubung seri/paralel dengan resistor lain dengan
melepas semua koneksi di sekitar resistor itu.
9. Buat rangkaian seperti gambar di bawah ini :
Rx belum diketahui
Rx
R2
+
-
R2 = 100Ω
Vs
R1
MD 2012
R1 = 47 Ω
R3
R3 = 1kΩ atau 320 Ω
(rheostat atau potensiometer)
75
Vs = 6 Volt
Gambar 9.4 Rangkaian 3
10. Atur potensiometer/rheostat sampai sampai jarum di mikro ampere
menunjukkan angka nol (0).
11. Lepaskan rangkaian dari sumber tegangan, dan ukur nilai resistansi R3 dengan
menggunakan ohmmeter. Hasilnya masukan dalam Tabel 9.3. tentukanlah Rx
dengan perhitungan. (Perhatian: Rx tidak boleh diukur menggunakan
ohmmeter).
9.5 TUGAS DAN PERTANYAAN
1.
Jelaskan prinsip kerja jembatan wheastsone!
2.
Sebutkan satu buah contoh aplikasi dari penggunaan jembatan wheastone!
3.
Jelaskan penggunaan mikro ampere atau galvanometer pada jembatan
wheastone!
4.
Apakah yang menyebabkan mikro ampere atau galvanometer menunjuk nol
ketika rangkaian jembatan wheastone setimbang? Jelaskan dengan rinci!
5.
Pada percobaan Gambar 1, sesuaikan perbandingan R1 : R2 = R3 : R4!
Jelaskan!
6.
Jelaskan mengapa lampu padam pada Gambar rangkaian 2! Buktikan
dengan perhitungan!
7.
Bandingkanlah data pengukuran resistor pada percobaan gambar rangkaian
1 dengan gambar rangkaian 2, mana yang lebih sesuai dengan perbandingan
R1 : R2 = R3 : R4! Jelaskan mengapa!
MD 2012
76
9.6 TABEL
Tabel 9.1 Rangkaian 1
No
R1 Ω
R2 Ω
R3 Ω
R4 Ω
Hasil
R3 Ω
R4 Ω
Hasil
1
2
3
Tabel 9.2 Rangkaian 2
No
R1 Ω
R2 Ω
1
2
3
Tabel 9.3 Rangkaian 3
No
R1 Ω
R2 Ω
R3 Ω
Hasil
1
Rx=
2
Rx=
3
Rx=
MD 2012
77
10. POTENSIOMETER
TUJUAN
Setelah selesai percobaan praktikan diharapkan dapat :
•
Menggambarkan karakteristik arus dan tegangan.
•
Menggambarkan grafik :
 Vout = f (α)
 Rin
= f (α)
 I
= f (α)
DASAR TEORI
Potensiometer adalah resistor yang dipergunakan sebagai voltage devider
(pembagi tegangan) atau sebagai rheostat pada rangkaian Listrik.
Potensiometer sebagai pembagi tegangan
a. Potensiometer tanpa beban
Vo = Vs ⋅ α
R1 = R ⋅ (1 − α )
R2 = R ⋅ α
Bila potensiometer dirangkai sebagai pembagi tegangan pada kondisi tanpa
beban, maka potensiometer mempunyai tahanan dalam sebesar tahanan
dalam power supply.
Dalam kenyataannya rangkaian seri R1 & R2 dapat dirubah menjadi suatu
rangkaian paralel.
Rin =
MD 2012
R1 ⋅ R2
R ⋅ (1 − α ) ⋅ R ⋅ α
=
R1 + R2 R ⋅ (1 − α ) + R ⋅ α
Rin = R ⋅ (α − α 2 )
78
b. Potensiometer dengan beban
I=
Vs
Rin + RL
Vo = Vs ⋅ α
Vo1 = I ⋅ RL1
Vo2 = I ⋅ RL 2
Vo1 =
Vs ⋅ α
⋅ RL
Rin + RL
Vo2 = Vs
α ⋅ RL
R ⋅ (α − α 2 ) + RL
Potensiometer sebagai Rheostat.
Pada
gambar
rangkaian
disamping,
rheostat dipakai untuk mengatur besar
arus.
I=
MD 2012
Vs
α .RV + RL
79
DAFTAR PERALATAN
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini adalah :
•
Power Supply DC
•
Multimeter
•
Potensiometer
•
Tahanan 47Ω , 100Ω
•
Kabel penghubung
PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah :
Gambar 10.1 Rangkaian potensiometer sebagai pembagi tegangan
•
Gunakanlah jumper untuk menggabungkan rangkaian berbeban
•
Beban (RL) yang digunakan ada 2 (dua), yaitu
RL = 47Ω dan RL = 100Ω
2. Atur posisi potensiometer (α) dari 0 s/d 100%, pada saat tanpa beban
(perhatian: jumper di lepas) Ukur tegangan keluaran (Vo), arus rangkaian I1
dan catat penunjukan alat ukur serta hitung tahanan dalamnya (Rin) pada
Tabel 10.1.
3. Sesuia dengan posisi potensiometer (α) pada langkah 1, Hubungkan jumper
ke rangkaian berbeban, ukur tegangan keluaran (Vo), arus rangkaian I1 dan I2
dan catat penunjukan alat ukur pada Tabel 10.1.
MD 2012
80
(Perhatian: pengaturan posisi potensiometer dilakukan pada saat kondisi
tanpa beban)
4. Buatlah rangkaian seperti Gambar 10.2
Gambar 10.2 Rangkaian Potensiometer sebagai rheostat
5. Bebani dengan RL1= 47Ω, RL2= 100Ωsecara bergantian.
6. Atur posisi potensiometer (α) dari 0 s/d 100%, Ukur tegangan keluaran (Vo),
arus dan catat penunjukan alat ukur pada Tabel 10.3
Perhatian: Ketika mengukur posisi potensiometer (α), pastikan :
•
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan ohmmeter
•
Tidak ada sumber tegangan di rangkaian dengan mematikan power
supply
•
Potensiometer tidak terhubung seri/paralel dengan resistor lain dengan
melepas semua koneksi di sekitar potensiometer itu.
TUGAS DAN PERTANYAAN
1. Gambarlah grafik dari :
•
Vo
•
Vo1 = f (α) dengan beban RL1 = 47 Ω
•
Vo2 = f (α) dengan beban RL2 = 100 Ω
•
Rin = f (α)
•
I
= f (α) tanpa beban
= f (α) Rheostat
2. Jelaskan cara kerja potensiometer sebagai pembagi tegangan!
MD 2012
81
TABEL
Tabel 10.1 Potensiometer sebagai pembagi tegangan untuk RL = 47 Ω
α (%)
Vs (v)
Tanpa Beban
Vo (v)
I1 (mA)
Berbeban
Rin
Vo(V)
I1 (mA)
I2 (mA)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tabel 10.2 Potensiometer sebagai pembagi tegangan untuk RL = 100 Ω
α (%)
Vs (v)
Tanpa Beban
Vo (v)
I1 (mA)
Berbeban
Rin
Vo(V)
I1 (mA)
I2 (mA)
0
10
20
30
40
50
60
70
MD 2012
82
80
90
100
Tabel 10.3 Potensiometer sebagai rheostat
α (%)
Vs (v)
Beban RL=47 Ω
Vo (v)
I (mA)
Beban RL=100Ω
Vo (v)
I (mA)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
MD 2012
83
DAFTAR PUSTAKA
Charles A. Schuler, Richard J Fowler, “ Electric Circuit Analysis”, Mc. Graw-hill
book Company, UK, 1990.
Malvino Barnawi, “Prinsip-prinsip Elektronika”,2000
Robert, Boylestad, “Electronic Devices And Circuit Theory”, Prentice Hall.inc,
USA,1999
Symonds, Alan, “Electrical Power Equipment and Measurement”, Mc. Graw-hill
book Company, UK, 1980.
William D. Cooper, “Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran”, Mc.
Graw-hill book Company, UK, 1990
MD 2012
84