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
Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed
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
Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed
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.
Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed
4
4.
Gambar 6. 5. Rangkaian Jembatan
Wheatstone untuk Tegangan AC
Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed
5