RANGKAIAN PEMBAGI TEGANGAN 1.1. Tujuan percobaan Setelah melakukan percobaan percobaan ini, anda dapat : 1. Menghitung tegangan pada tiap – tiap – tiap tiap resistor dari pembagi tegangan resistif tetap tanpa beban 2. Menentukan secara analisis tegangan pada tiap – tiap – tiap tiap titik ke common (ground) dari pembagi tegangan resistif variabel 3. Membuktikan hasil perhitungan dengan melakukan percobaan ( pengukuran) untuk rangkaian pembagi tegangan tanpa beban 1.2. Dasar Teori Rangkaian pembagi tegangan hubungan seri Gambar 9.1 menunjukkan rangakaian pembagi tegangan dc terdiri atas dua resistor R1 dan R2 yang dihubungkan seri
Anggaplah bahwa V = 100 V, R1 = 75kΩ, dan R2 = 25kΩ. Tegangan V1 pada R1 dan V2 pada R2 dapat diukur dengan menggunakan voltmeter atau dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm. Arus I dapat ditentuan dengan subtitusi harga – harga – harga harga V dan RT dalam persamaan 9.1
I = ............................................ .................................................................. ............................................ ......................9.1 9.1
Dengan V adlaah tegangan yang dipakai dan RT adalah tahanan total = R1+ R2 Karena V = 100 100 V dan R1 + R2 = 100kΩ Maka : I=
= 0,001 A
.
Sekarang V1 = I x R1 dan V2 = I x R2........................................ R2.............................................................. ...........................................9 .....................9.2 .2 , karena itu V1 = (0,001)(75000) = 75 V, dan V2 = (0,001)(25000) = 25 V Untuk memudahkan pekerjaan, dapat dicari penyelesaian (rumus) umum sebagai berikut: misalkan pada gambar 9.2 tegangan yang perlu dicari adalah V1, V2, V3, dan V4. Anggap bahwa I adalah arus pada rangkaian ini. Maka : V = I x RT........................................ RT.............................................................. .........................................9. ...................9.3 3 Dengan : RT = R1 +R2 + R3 + R4 Karena V1 = I x R1 V2 = I xR2 V3 = I x R3 V4 = I x R4 Maka kiita dapat mencari perbandingan V1, V2, dan seterusnya dengan V, jadi
( )
( )
=
=
.......................................... ................................................................ ............................................ ........................9.5 ..9.5
V1 = V x
................................................................................9.6
Dengan cara yang sama V2 = V x V3 = V x V4 = V x
2 3 4
.................................................................................9.7
Persamaan 9.6 dan 9.7 merupakan rumus sederhana yang dapat dipakai untuk mencari tegangan pada suatu resistor dalam rangkaian seri Dinyatakan dalam kata bahwa tegangan V1 pada resistor R1 sama dengan hasil kali V dengan tahanan R1, dibagi dengan tahanan total RT dari rangkaian seri. Rumus ini dipakai untuk rangkaian seri yang terdiri atas beberapa resistor. Sebagai contoh, lihat gambar 9.1 Dan V1 = V x
= 100 x
75
= 75 V
Dengan cara yang sama V2 = V x
2
= 100 x
25
= 25 V
Tinjauan lain dari pembagi tegangan biasanya menggunakan titik pusat (sentral) yang disebut titik common (ground), yaitu teganagn pada titik sambung jaringan relatif terhadap titik common. Sebagai contoh pad agambar 9.1, titik common atau groundnya adalah titik C, sedangkan pada gambar 9.2, titik G sebagi titik groundnya. Sekarang lihat gambar 9.2 Berapa tegangan pada A relatif terhadap ground (G)? B dengan ground C dengn ground? D dengan ground ? Tegangan ini dapat ditentukan dengan modifikasi persama an 9.6 dan 9.7. pertama tegangan dari A ke G adalah sama dengan tegangan V. Sekarang tegangan VBG dari B ke ground adalah : VBG = V x VCG = V x VDG = V x
2+3+4 3+4 4
Cara lain untuk menentukan VBG dan VCG pada gambar 9.2 adalah dengan mencari tegangan V1, V2 , V3, dan V4 dengan rumus 9.6 dan 9.7, kemudian VBG = V2 +V3 + V4 VCG = V3 + V4 VDG = V4 Rangkaian pembagi tegangan (tanpa beban) Jika resistor R1 dan R2 pada gambar 9.1 diganti dengan potensiometer yang tahanan totalnya 10000, seperti pada gambar 9.3. Tahanan antara dua terminl luar adalah tetap pada harga nominal potensiometer. Terminal tengah atau lengannya dihubungkan dengan kontak geser yang membuat kontak dengan bahan tesistif dari potensiometer. Lengannya dapat diatur secara manual dengan memiluh harga – harga berbeda dari tahanan totalnya.
Apabila lengan B kita gerakkan menuju A, tahanan R1 (AB) turun, sedangan tahanan R2 (BC) naik. Apabila lengan B kita geser menuju C, R1 naik dan R2 turun Apabila B pada A, R1 = 0 dan R2 = 10000Ω Apabila B pada C, R2 = 0 dan R1 = 10000 Ω Jadi, dengan mengatur posisi kontak geser kita bisa mendapatkan perbadingan R1 / R2, dengan demikian kita bisa memperoleh pergeseran tegangan antara 0 (nol) dampai harga maksimumnya. Dengan memasang satu atau lenih resistor yang diseri dengan potensioeter (gambar 9.4), akan diperoleh variasi tegangan (range) dari harga tertentu.
Pada gambar 9.4, variasi tegangan (range) dari B sampai C adalah 25 sampai 75 V, dengan catatan tidak ada arus yang diambil dari tap pembagi. Pembagi tegangan variabel ini biasnaya digunakan untuk mengatur volume pada radio, mengatur kontras pada pesawat penerima televisi, pengaturan kecepatan pada rangkaian kontrol motor elektronik, pengaturan regulator tegangan dan sebagainya. Ringkasan a. Tegangan tiap resistor pada pembagi tegangan resistif hubungan seri dapat ditentukan dengan rumus : V1 = V x
Dengan, V1 adalah tegangan pada R1. RT adalah jumlah R1, R2, R3, dst dan V adalah tegangan baterai b. Cara lain untuk menentukan tegangan pada suatu resistor pada pembagi hubungan seri, katakan V1 pada R1 dalam gambar 9.2 adalah dengan mencari tahanan totalnya. Jadi RT = R1 + R2 + R3 + R4, Kemudian cari arus I pada rangkaian. I=Vx
Setelah I diketahui, cari drop tegangan pada R1 V1 = I x R1 c. Jika diperlukan mencari tegangan ke common (refrensi), dari suatu titik sambung pada pembagi tegangan hubungan seri, cara 1 dan 2 dapat digunakan. Sebagai contoh, untuk mencari teganagn VCG dari C ke G pada gambar 9.2, dpat dicari tegangan pada R3 dan R4 dengan menggunakan rumus VCG = V x
3+4
d. Rangkaian pembagi tegangan variabel dapat dibentuk dengan menggunakan potensiometer yang dihubungkan dengan sumber tegangan, sepi gambar 9.3. disini tegangan dari B ke C dapat diatur dari V volt (apabila B pada A) sampai 0 V (apabila B pada C) e. Range variasi tegangan dari pembagi tegangan dapat dibatasi hatganya dengan menghubungkan potensiometer dengan resistor yang diser, seperti pada gambar 9.4 . Disini range tegangan VBC adalah selisih antara drop teganga VDC dan drop tegangan VFC dan variasi range VBC adalah VFC < VBC
Langkah Percobaan 1. Hubungkan rangkaian seperti gambar 9.2 dengan menggunakan R1 = 2000 , R2 = 3300, R3= 4600, R4= 5600. Power off 2. Aturlah catudaya sehingga tegangan V = 35 V. Ukur dan catat pada tabel 9.1 tegangan , aris dan teganan V1, V2, V3, masing – masing pada R1, R2, R3, dan R4. Ukur dan catat Vbg, Vcg, dan Vdg 3. Hitung dan catat pada tabel 9.1 V1, V2, V3, dst ( seperti langkah kerja 9.2) dengan menggunakan persamaan 9.7, 9.7, 9.10 4. Atur level catu daya sehungga arus yang diukur I = 0,001A. Ukur dan catat tegangan V1, V2, V3, dan V4 , serta Vbg, Vcg, Vdg
1.5. Data percobaan dan hitungan Langkah V I V1 V2
V3
V4
Vbg
Vcg
Vdg
Ket
4.2
35
0,002
4,4
7,2
10,2
12,5
30
22
12,5
Pengukuran
4.3
35
0,002
4,5
7,45
10,38
12,64
30,47
22,85
12,64
Perhitungan
4.4
18
0,001
1,95
3,1
4,4
5,3
12,9
9,5
5,1
Pengukuran
4.5
15,6
0,001
2
3,3
4,6
5,6
13,5
10,2
5,6
perhitungan
Perhitungan 1.) Langkah 4.3
35
-
I=
-
V1 = Vs x
-
V2 = Vs x
-
V3 = Vs x
-
V4 = Vs x
-
VBG = V2 + V3 + V4 VBG = 7,45 + 10,38 + 12,64 = 30,47 V VCG = V3 + V4 VCG = 10,38 + 12,64 = 22,85 V VDG = V4 VDG = 12,64 V
-
,I=
= 0,002 A
55
2 3 4
, V1 = 35 x
, V2 = 35 x , V3 = 35 x , V4 = 35 x
2
= 4,5 V
55 33
= 7,45 V
55 46
= 10,38 V
55 56
= 12,64 V
55
2.) Langkah 4.5 - V=I.R V = 0,001 . 15500 = 15,5 V - V1 = I . R1 , V1 = 0,001 . 2000 = 2 V - V2 = I . R2 , V2 = 0,001 . 3300 = 3,3 V - V3 = I . R3 , V3 = 0,001 . 4600 = 4,6 V - V4 = I . R4 , V4 = 0,001 . 5600 = 5,6 V - VBG = V2 + V3 + V4 VBG = 3,3 + 4,6 + 5,6 =13, 5 V - VCG = V3 + V4 VCG = 4,6 + 5,6 = 10,2 V - VDG = V4 VDG = 5,6 V
1.6. tugas dan pertanyaan 1. pada rangkaian Gambar 9.1, jika posisi resistor R1 dan R2 dibalik, tegangan pada resistor 75 menjadi 75 V 2. Pada gambar 9.2, Rt = 150 K dan R3= 30K, jika tegangan V = 225 V, tegangan R3 = 45 V 3. Pada gambar 9.2, RT = 150 K dan R1 = 35 K, Jika tegangan V = 300 V, tegangan Vbg = 230 V 4. Pada gambar 9.2, Rt = 100 K, Vbc = 20 V, dan V = 80 V, harga R2 = 25.000 Ω 5. Pada pembagi tegangan variabel (Gambar 9.3), V = 35. Range variasi Vac adalah dari 35 V (maksimum) sampai 70 V (minimum) 6. Pada pembagi tegangan variabel (gambar 9.4) tegangan baterai V = 60 V. Harga resistor sama seprti yang ditunjukkan. Range Vbc adalah dari 22,5 V maksimum sampai 7,5 V minimum 7. Pada gambar 9.2, R1 = 10k, R2 = 22k, R3 = 6.800, R4 = 2200, dan V = 164 V. Tegangan V1 = 40 V, V2= 88 V, V3 = 27,2 V , dan V4 = 8,8 V 8. Untuk kondisi sama seperti pertanyaan no.7, Vbg = 124 V ,Vcg = 36 V =,Vdg = 8,8 V 9. Lihat tabel 9.1, langkah 2 dan 3 jelaskan perbedaan hasil pengukuran dan perhitungan harga – harga V1, V2, V3, dan V4 Perbedaan hasil pengkuran 10. Lihat tabel 9.1, langkah 2 dan 3 jelaskan perbedaan hasil pengukuran dan perhitungan harga – harga Vbg, Vcg, dan Vdg 11. Apakah yang dimaksud dengan rangkaian pembagi tegangan tanpa beban ? maksud dari rangakaian pembagi tegangan adalah suatu rangkaian sederhana yang mengubah tegangan besar ke tegangan yang lebih kecil 12. Buatlah desain ( rancangan ) suatu rangkaian pembagi tegangan yang dapat diatur range 15 sampai 30 V. Dambarkand iagram rangkaiannya yang menunjukkan harga – harga V dan resistor yang dibutuhkan. Tunjukkan perhitungan anda.
1.7 Jawaban
1. 75 V
VR2 =
75
100
= 75 V 2. RT = 150K R3 = 30K V = 225 V VR3…? 3
VR3 = =
X V3
3
X 225 = 45 V
5
3. RT = 150K R1 = 35K V = 300K VBG…..? RBG = RT – R1 = 150 – 35 = 115K ῼ VBG = =
X V
5 5
X 300
= 230 V 4. RT = 100K VBC = V2 = 20 V Vs = 80 V R2…..? VBC = .
X Vs
= RBC
.2 8
= RBC
RBC = 25K 5. V = 35V Vmaks = Vs = 35 V Vmin = 70 V 6. V = 60 V V maks = Vmin = 7.
75
=
75
2 25 25
=
2
x 60 = 22, 5 V
X 60 = 7,5 V
