Makalah Jembatan Wheatstone

1.1         Latar Belakang Masalah

Dalam umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut. (Suryatmo, 1986).

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone. (Pratama, 2010)

1.2   Tujuan Penyususan Makalah

Maksud dari praktikum fisika dasar tentang Jembatan Wheatstone adalah agar para praktikan mengetahui bagaimana cara merancang rangkaian Jembatan Wheatstone dengan baik dan benar, serta dapat mengetahui bagian-bagian Jembatan Wheatstone.

Tujuan dari praktikum fisika dasar tentang Jembatan Wheatstone adalah agar dapat menentukan tahanan suatu penghantar/ besarnya suatu hambatan dengan rangkaian Jembatan Wheatstone, serta dapat mengetahui bagian-bagian Jembatan Wheatstone.

1.3   Metode Penulisan

Penulisan makalah ini penulis susun melalui prosedur studi pustaka, dimana informasi yang ada diperoleh dari berbagai macam sumber, baik itu media cetak (buku-buku) maupun media elektronik (internet).  Semua informasi dan gagasan yang telah diperoleh dalam makalah ini, kami gabungkan menjadi satu kesatuan yang tersusun secara sistematis dan objektif berdasarkan metode penulisan yang telah ditetapkan, dengan demikian tersusunlah makalah ini yang mampu menjelaskan tentang penerapan hukum Instrumentasi.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1       Landasan Teori

            Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. 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

Metode Jembatan Wheatstone adalah susunan komponen-komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya seperti tampak pada gambar berikut:

Hasil kali antara hambatan hambatan berhadapan yang satu akan sama dengan hasil kai hambatan hambatan berhadapan lainnya jika beda potensial antara c dan d bernilai nol. Persamaan R1x R3 = R2xR4 dapat diturunkan dengan menerapkan Hukum Kirchoff dalam rangkaian tersebut. Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang secara matematis dapat dituliskan:

R = p. (L/A)

Dimana:

           R : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)

ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)

L : Panjang penghantar (m)

            A : Luas penghantar ( m²)

2.2. Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone:

1.  Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-larus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.

Hukum Ohm :

• Tegangan dinyatakan dengan nilai volt, disimbolkan E dan V.
• Arus dinyatakan dengan Ampere, disimbolkan I
• Hambatan dinyatakan dengan Ohm, disimbolkan R.

Jika luas penampang A yang diperhatikan cukup kecil dan tegak lurus kearah J (misalnya panjang konduktor besar sekali dibanding dengan luas penampangnya), maka J dapat dianggap sama pada seluruh bagian penampang hingga I = J . A maka untuk beda potensial berlaku ΔV = ∫E . dl dan juga integrasi diambil sepanjang suatu garis gaya ΔV = ∫E . dl. Terlihat bahwa faKtor yang berupa integrasi hanya tergantung dari konduktornya dan merupakan sifat khusus konduktornya dan biasa disebut sebagai tahanan (R) atau resistansinya. Dapat dituliskan V = I .

Rumus Hukum Ohm

Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan

V = I.R

atau

I = V / R

Dimana:

I  = arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)

V = tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (Volt)

R = hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (Ohm)

     2.3  Pengertian Galvanometer

        Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk deteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat itu kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan ketika berada dalam di dalam medan magnet. Bentuk mula-mula dari galvanometer adalah seperti alat yang dipakai Oersted yaitu jarum kompas yang diletakkan dibawah kawat yang dialiri arus yang akan diukur. Kawat dan jarum diantara keduanya mengarah utara-selatan apabila tidak ada arus di dalam kawat. Kepekaan galvanometer semacam ini bertambah apabila kawat itu dililitkan menjadi kumparan dalam bidang vertical dengan jarum kompas ditengahnya. Dan instrument semacam ini dibuat oleh Lord Kelvin pada tahun 1890, yang tingkat kepekaanya jarang sekali dilampaui oleh alat-alat yang ada pada waktu ini.

      2.4.Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone

•    Hubungan antara resitivitas dan hambatan, yang berarti setiap penghantar memiliki besar hambatan tertentu. Dan juga menentukan hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu.
•      Hukum Ohm yang menjelaskan tentang hubungan antara hambatan, tegangan dan arus listrik. Yang mana besar arus yang mengalir pada galvanometer diakibatkan oleh adanya suatu hambatan.
•     Hukum Kirchoff 1 dan 2, yang mana sesuai dari hukum ini menjelaskan jembatan dalam keadaan seimbang karena besar arus pada ke-2 ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan

   2.5  Aplikasi Jembatan Wheatstone

Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunakan 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. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam strain gauge.

      2.6.  Kelebihan Jembatan Wheatstone

Dapat mengukur perubahan hambatan yang sangat kecil pada penghantar.
Contoh aplikasi : strain gauge, yang digunakan untuk mengukur regangan material (baja atau beton) didasarkan pada perubahan kecil penghantar yang berdeformasi akibat gaya eksperimen. Perubahan kecil dimensi penampang dihitung dari peribahan hambatan pada rangkaian jembatan wheatstone yang dihubungkan sensor ke alat pencatat data logger untuk setiap transducer.

    2.7   Manfaat Jembatan Wheatstone di bidang Perikanan

Perancangan dan pembuatan perhitungan ikan secara otomatis diciptakan alat-alat yang bertujuan untuk mempermudah tugas manusia dalam pekerjaan sehari-hari. Dalam bidang perikanan perlu diciptakan suatu alat yang dapat menmggantikan tugas manusia untuk menghitung jumlah ikan-ikan saat beri makan ikan-ikan, akan menjaga jumlah ikan-ikan dalam jumlah banyak sehingga tugas manusia dapat digantikan oleh alat ini juga dapat mempercepat proses perhitungan ikan otomatis ini dapat dihitung jumlah ikan dalam jumlah banyak, dalam waktu yang relatif cepat..Kawat mikron  sebagai media stabilitas arus listrik (hambatannya konstan)

   2.8 Kesalahan Dalam Jembatan wheatstone

• Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup
•  Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I²R) dari arus-arus lengan jembatan dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya mempengaruhi tahanan selama pegukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal ini tidak boleh terjadi, karena pengukuran-pengukuran selanjutnya akan menjadi salah karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.
• GGL termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal. 
• Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar memegang peranan dalam pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah.

Untuk menentukan apakah galvanometer mempunyai sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi kondisi setimbang atau tidak, arus galvanometer perlu ditentukan. Galvanometer-galvanometer yang berbeda bukan hanya memerlukan arus satu per satuan defleksi yang berbeda (sensivitas arus), tetapi juga dapat mempunyai tahanan dalam yang berbeda. Adalah tidak mungkin mengatakan tanpa menghitung sebelumnya, galvanometer mana yang akan membuat rangkaian jembatan lebih sensitif terhadap suatu kondisi tidak setimbang. Sensitivitas ini dapat ditentukan dengan memecahkan “persoalan” rangkaian jembatan pada ketidaksetimbangan yang kecil. Pendekatan ini didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone menjadi rangkaian Thevenin.

2.9 Metodologi Percobaan

Gambar Rangkaian

Ket:

- Ps      :  Power supply

- RS     :  Hambatan yang telah diketahui nilainya

- 6        :  Galvanometer

- Rx     :  Hambatan yang akan ditentukan nilainya

Alat dan Fungsi

•         Rangkaian jembatan wheatstone jenis kawat geser untuk menentukan nilai suatu hambatan (L₁ dan L₂)
•        Power supply -->  untuk mengubah arus AC bolak-balik menjadi arus DC (searah)
•        Galvanometer --> untuk mendeteksi arus listrik kecil yang mengalir 
•           RS (Resistor standart) -->tahanan standart yang telah diketahui nilainya (10Ω, 12 Ω, 15 Ω, 33 Ω, 47 Ω)  
•       RX (Resistor Variable)--> (tahanan yang akan ditentukan besarannya) untuk sebagai resistor yang akan dicari nilainya
•       Kabel penghubung --> untuk menghubungkan arus listrik yang mengalir
•        Kontak geser--> untuk memutuskan atau mengalirkan arus listrik (saklar)
•        Kawat mikron --> sebagai media stabilitas arus listrik (hambatannya konstan)  

Skema Kerja

BAB III

PENUTUP

       3.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang diperoleh dalam praktikum ini adalah: 

• Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan dari suatu komponen elektronik               (misalnya resistor) dengan arus yang melewatinya.
• Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut R = v/t
• Data perhitungan polariotas A dan polaritas B adalah Rs 10Ω (L₁ dan L₂=15,5 dan 84,5),          Rs 12 Ω (L₁ dan L₂=41,7 dan 58,3), Rs 15Ω (L₁=0,5 dan L₂=99,5). Pada polaritas A, dan          pada polaritas B adalah Rs 10Ω (L₁=13 dan L₂=87), Rs 12 Ω (L₁ dan L₂=30 dan 70, Rs            47Ω (L₁=4 dan L₂=96)
• Data perhitungan Rx polaritas A&B= Rs 10Ω (Rx_A=54,52 dan Rx_B=66,92). RS 12Ω                (Rx_A=16,78 dan Rx_B=28), RS 15Ω (Rx_A=2985 dan Rx_B=27,86). RS 33Ω (Rx_A=474,6              dan Rx_B=1067) dan RS 47Ω (Rx_A=47 dan Rx_B=1128). Rata-rata RxA=706,18 dan                     RxB=463,56.
• Data perhitungan ralat mutlak polaritas A SX_A=573,6, polaritas B SX_B=259,1. Ralat              nisbi pada polaritas A dan B, I_A=80% dan I_B=60%. Keseksamaan K_A=20% dan K_B=40%.
• Resistor adalah suatu komponen dengan bahan konduktor yang dibuat sedemikian                       sehingga mempunyai hambatan tertentu
•  Galvanometer adalah alat ukur yang memiliki kepekaan tinggi oleh karena itu                              galvanometer dipakai pengukuran dengan tegangan kecil.

3.2  Saran

Dengan adanya praktikum fisika dasar tentang jembatan wheatstone sebaiknya pada praktikan untuk lebih sabar dalam mengukur rangkaian jembatan wheatstone agar mendapatkan hasil yang maksimal, praktikan lebih berhati-hati dalam menggunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Fredick J. dan Eugene Hecht. 2006. Fisika Universitas. Jakarta :

Erlangga.

Flink, R.J dan O.G Brink. 1984. Dasar-dasar Ilmu Instrumen. Jakarta : Binacipta.

Lister, Eugene C. 1993. Mesin dan Rangkaian Listrik. Jakarta : Erlangga.

Mars. 2010. Jembatan Wheatstone. http://marausna.wordpress.com/. Diakses pada

tanggal 8 Maret 2015 pukul 17.40 WIB.

Petra. 2010. http://deweypetra.ac.id. Diakses pada tanggal 16 November 2010

pukul 16.40 WIB.

Pratama, Luffi. 2009. http://sebuahnamauntukcinta.blogspot.com. Diakses pada

tanggal 8 maret 2015 pukul 17.15 WIB.

Suryatmo, F. 1986. Teknik Listrik Pengukuran. Jakarta : Bina aksara.

Van der wol, G. 1985. Rangkaian Eletro Teknik. Jakarta : Erlangga.

Wikipedia. 2010. Hambatan Listrik. http://id.wikipedia.org.com/wiki/hambatan-listrik. Diakses pada tanggal 8 Maret 2015 pukul 17.37 WIB.

PENGUAT PENJUMLAH ( SUMMING ) OP-AMP

Penguat operasional ( Operational Amplifier ) adalah suatu alat ( device ) zat padat yang berisi beberapa rangkaian di dalam suatu kemasan tunggal yang memiliki kemampuan mengindera dan memperkuat sinyal masukan ( Input ). Op-amp dapat digunakan untuk berbagai fungsi rangkaian elektronik dengan hanya menambahkan sedikit komponen luar. Misalnya untuk membuat suatu rangkaian penguat.

Salah satu penguat operasi (Op-Amp) adalah penguat penjumlah ( summing ). Penguat penjumlah adalah sebuah penguat inverting dengan dua atau lebih input yang dihubungkan bersama-sama (jadi satu), rangkaian summing dapat berupa non-inverting atau inverting. Tipe inverting lebih mudah dalam perencanaan dan pembuatan daripada non-inverting. Bila output yang diinginkan terbalik, maka sabuah inverting voltage follower (pengikut tegangan membalik) dapat digunakan setelah penguat penjumlah (summing Amplifier)

Tegangan output pada penguat penjumlah pembalik akan terbalik dan sama dengan jumlah aljabar pada masing-masing selisih waktu tegangan input dan tiap resistor input maupun resistor feedback, dapat diekspresikan

Bila semua nilai resistor luar sama, maka untuk semua resistor yang terpasang (RF = R1 = R2 = R3 = ... Rn) tegangan output akan diperoleh dari penjumlahan aljabaar tegangan input dengan tanda terbalik, diekspresikan dengan :Bila semua nilai resistor luar sama, maka untuk semua resistor yang terpasang (RF = R1 = R2 = R3 = ... Rn) tegangan output akan diperoleh dari penjumlahan aljabaar tegangan input dengan tanda terbalik, diekspresikan dengan :

Arus yang mengalir pada resistor feedback (Rf) merupakan penjumlahan dari arus yang mengalir pada seluruh tahanan input. Arus input yang melewati RF yang berjumlah nol pada input inverting, diacukan sebagai titik penjumlahan arus. Penguat penjumalah dapat juga digunakan sebagai suatu pencampur sinya audio ( audio signal mixer ). Penguat penjumlah harus mempunyai resistor feedback (Rf) yang lebih besar dari resistor inputnya. Skala penjumlahan akan dibedakan oleh nilai resistor inputnya, sehingga tegangan input akan diperkuat daripada yang lainnya.

             Penguat penjumlah berfungsi menjumlahkan beberapa level input signal yang masuk ke operational amplifier. Penggunanan dari operational amplifier ini ialah sebagai penguat penjumlah sering dijumpai pada rangkaian mixer audio.

Persamaan besarnya penguatan Gain pada masing-masing titik input tegangan adalah :

Cara Kerja Dari suatu Penguat Penjumlah ( Summing ) Op-Amp adalah sebagai berikut;

1.  Tegangan input, Vin diaplikasikan pada resistor input, Rin 
2. Amplifier, dengan lambang segitiga, akan menguatkan tegangan input yang diterimanya   kemudian membalikkan kutubnya
3. Tegangan output diproduksi
4.  Hasil output tersebut kemudian diaplikasikan pada resistor umpan balik, Rf, yang terhubung dengan amplifier dan resistor input, Rin
5. Amplifier itu mampu menguatkan nilai tegangan
6. Potensial pada penghubung antar dua resistor, yang juga merupakan amplifier input, bernilai netral sementara tegangan yang tak bernilai nol akan diperkuat sinyalnya sampai outputnya mendekati batas maksimal
7. Di saat yang bersamaan, amplifier membutuhkan arus input (Vin/Rin) yang nilainya sama dengan arus umpan balik (Vout/Rf) dan mendekati nol
8. Nilai penguatan efektif dari suatu rangkaian yang memiliki umpan balik merupakan nilai dari rasio resistansinya, Rf/Rin
9. Amplifier ternyata mampu mengontrol nilai dari setiap inputnya menggunakan sebuah resistor

Sensor Dan transduser

Makalah running led

running led

Instrumentasi Penguji Elektronik

Alat ukur Instrumen merupakan peralatan yang diperlukan oleh manusia. Karena besaran listrik seperti : tegangan, arus, daya, frekuensi dan sebagainya tidak dapat secara langsung ditanggapi oleh panca indera. Untuk mengukur besaran listrik tersebut, diperlukan alat pengubah. Atau besaran ditransformasikan ke dalam besaran mekanis yang berupa gerak dengan menggunakan alat ukur. Perlu disadari bahwa untuk dapat menggunakan berbagai macam alat ukur listrik perlu pemahaman pengetahuan yang memadai tentang konsep – konsep teoritisnya.
Meter Digital
Semua jenis meter digital pada dasarnya diubah dalam bentuk voltmeter digital (DVM), terlepas dari kuantitas yang dirancang dalam mengukur. Multimeter digital juga merupakan voltmeter digital yang berisi beberapa sirkuit konversi, sehingga memungkinkan pengukuran tegangan, arus dan resistansi dalam satu instrumen.
Meter digital telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan untuk akurasi pengukuran tinggi dan kecepatan lebih cepat dari respon terhadap perubahan tegangan yang bisa dicapai dengan instrumen analog. secara teknis meter analog lebih unggul di hampir segala hal. Namun, memiliki biaya yang lebih besar karena biaya produksi lebih tinggi dibandingkan dengan meter analog. Sifat biner dalam output dari instrumen digital dapat segera diterapkan pada layar yang berupa angka diskrit. Di mana operator manusia diperlukan untuk mengukur dan sinyal rekor level tegangan, bentuk output membuat kontribusi penting untuk keandalan pengukuran dan akurasi.
Multimeter Digital
Multimeter merupakan alat ukur yang paling banyak dipergunakan oleh para praktisi, hobist dan orang yang bekerja berkaitan dengan rangkaian listrik dan elektronika. Multimeter dapat dipergunakan untuk mengukur besaran listrik, seperti : hambatan, arus, tegangan. Karena dirancang untuk mengukur tiga besaran tersebut, maka multimeter sering disebut AVO meter (Amper Volt Ohm). Ada beberapa fungsi multimeter, yaitu sebagai berikut :
Mengukur hambatan (Ohmmeter),
Mengukur arus (Ampermeter),
Mengukur tegangan (Voltmeter).
Adapun fungsi tambahan dari suatu multimeter adalah sebagai berikut :
Amperemeter AC
Penguji diode
Penguji transistor
Pengukur temperature
Pengukur kapasitansi
Bagian-bagian Multimeter Digital
Pencacah/peraga
Bagian ini terdiri pencacah 3 ½ digit, memory, decoder dan piranti peraga. Bagian ini memiliki input, count, transfer dan reset. Dari bagian pencacah juga memberikan keluaran untuk mengontrol fungsi pengukuran analog.
Control Logic
Bagian ini berfungsi membangkitkan pulse yang diperlukan oleh rangkaian untuk perputaran masukan, dihitung dan mengontrol fungsi pencacah.
Master Lock
Rangkaian ini terdiri Kristal osilator, pembagi frekuensi untuk pewaktuan semua pengukuran.
Pembentuk gelombang masukan (Input wave shaper)
Rangkaian ini difungsikan selama pengukuran frekuensi, perioda mengubah sinyal masukan ke dalam bentuk yang tepat untuk dihubungkan ke rangkaian logic.
Time Control
Fungsi bagian ini digunakan untuk memulai dan menghentikan pencacah pada saat pengukuran.
Voltmeter dan pengubah Analog ke Digital
Bagian ini berisi rangkaian impedansi masukan yang tinggi, penyearah, pengubah tegangan ke waktu dual-ramp digunakan untuk pengukuran tegangan dan resistansi.

Unit Resistansi dan Kapasitansi
Terdiri dari sumber arus digunakan untuk pengukuran resistansi dan kapasitansi, juga rangkaian yang diperlukan untuk mengubah kapasitansi ke dalam fungsi waktu. Hubungan pengawatan antar blok tergantung fungsi yang akan dibangun.Pengawatan tergantung fungsi yang diinginkan.

Prinsip Dasar Pengukur Multimeter Digital
Voltmeter
Digital voltmeter (DVM) menggunakan sebuah pengubah tegangan analog ke digital (ADC) kemudian tegangan masukan DC diolah menjadi bentuk biner yang dikodekan dalam decimal (BCD). Kebanyakan voltmeter digital atau digital multimeter menerapkan integrator dual-slope sebagai rangkaian ADC, karena DVM dualslope atau DMM relative lebih tahan terhadap nois tegangan masukan, juga kesalahan kecil. Dalam sistem DMM dengan pengubah analog ke digital dual ramp (atau dual slope) yang banyak digunakan ditunjukkan pada gambar 3. Penguat Op Amp A1, R1 dan C1 merupakan kombinasi rangkaian integrator. Pada saat siklus pengukuran dimulai kapasitor C1 melakukan pengosongan muatan. Tegangan masukan integrator dihubungkan ke masukan tegangan negatip (- V1), sehingga kapasitor C1 mulai mengisi dengan arus – (V1/R1). Sementara itu keluaran integrator V01 mulai naik meninggalkan nol dan pencacah mulai menghitung pulsa clock dari pembangkit sinyal clock 100 KHz. Pengisian muatan C1 berlangsung sampai perhitungan pencacah mencapai 2000 ( misal untuk 2K/100K atau 20ms). Pada akhir perioda ini beda tegangan kapasitor C1 akan menjadi sama dengan ;

Jadi, V1T1 = Vref T2 atau Vi = (T1/T2) Vref.

Ohmmeter
Sistem pengukuran resistansi ditunjukkan pada gambar 5. Metode yang digunakan dengan melewatkan arus pada R yang tidak diketahui besarnya, kemudian diukur besarnya tegangan drop pada R tersebut. Oleh karena itu sistem ini hanya dapat digunakan untuk mengukur R dalam cakupan 100? Sampai 100K? dengan tingkat ketelitian yang cukup.

Pengukuran Frekuensi
Sinyal yang akan diukur frekuensinya kita hubungkan ke rangkaian input wave shaper, dalam bagian ini sinyal diperkuat atau dibatasi tergantung besarnya amplitude sinyal masukan. Kemudian sinyal diubah ke dalam bentuk (A) gelombang kotak dengan tegangan 5 Vp-p. Frekuensi mater clock (B) mempunyai perioda yang sama dengan durasi perhitungan yang dipilih. Misalnya jika durasi penguuran dipilih 10 ms, dipilih frekuensi 100Hz. Gerbang penghitung akan terbuka untuk waktu benar, frekuensi clock dibagi dua (C) sebelum diterapkan ke gerbang penghitung dan juga untuk mengontrol rangkaian pembangkit pulsa untuk membangkitkan komando store atau reset.
Asumsikan bahwa pencacah telah diatur nol, urutan operasinya sebagai berikut. Gerbang pencacah dilumpuhkan untuk satu perioda clock dengan keluaran dibagi dua. Shaped input waveform dihubungkan ke pencacah sehingga menghitung jumlah siklus selama satu perioda clock. Pada akhir perioda sinyal pewaktu berada pada ujung menuju negatip (C) menyebabkan generator pulsa membangkitkan dua pulsa berturut turut. Pulsa pertama mengkomando (E) pencacah untuk menyimpan dan memperagaan keadaan bagian penghitung. Pulsa kedua (F) mereset bagian penghitung sehingga keadaan nol untuk operasi pada siklus berikutnya. Proses ini akan restart bila sinyal pewaktu ( C) kembali berayun ke positip. Dengan demikian maka peraga hasil hitungan akan selalu diupdate sengan frekuensi masukan yang konstan dihasilkan pembacaan yang stabil.

Meter  Analog
Alat Ukur Kumparan Putar
Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang bekerja atas dasar prinsip kumparan listrik yang ditempatkan dalam medan magnet yang berasal dari magnet permanen. Alat ukur jenis ini tidak terpengaruh magnet luar, karena telah memiliki medan magnet yang kuat terbuat dari logam alniko yang berbentuk U.
Prinsip kerja alat ukur kumparan putar menggunakan dasar percobaan Lorentz. Percobaan Lorentz dikatakan, jika sebatang penghantar dialiri arus listrik berada dalam medan magnet, maka pada kawat penghantar tersebut akan timbul gaya. Gaya yang timbul disebut dengan gaya Lorentz.

Gambar 7. Menggambarkan magnet permanen yang berbentuk seperti tapal kuda yang dilengkapi dengan sepatu kutub. Diantara sepatu kutub ditempatkan sebuah inti dengan lilitan kawat yang dapat bergerak dan berputar dengan bebas melalui poros. Pada waktu melakukan pengukuran, arus mengalir pada kumparan dan menyebabkan adanya magnet. Magnet tersebut ditolak oleh medan magnet tetap. Berdasarkan hukum tangan kiri Fleming, kumparan tersebut akan berputar sehingga jarum penunjuk akan bergerak atau menyimpang dari angka nol. Semakin besar arus yang mengalir dalam kumparan, makin kuatlah gaya tolak yang mengenai kumparan dan menyebabkan penyimpangan jarum bergerak semakin jauh. Jika arus yang mengalir pada kumparan adalah I amper, maka besarnya gaya pada tiap sisi kumparan adalah :
F = B .I . l Newton
Dengan pengertian :
B = kerapatan fluks dalam Wb/m2
l = panjang kumparan dalam meter

Alat Ukur Besi Putar

Alat ukur tipe besi putar adalah sederhana dan kuat dalam konstruksi. Alat ukur ini digunakan sebagai alat ukur arus dan tegangan pada frekuensi – frekuensi yang dipakai pada jaringan distribusi. Instrumen ini pada dasarnya ada dua buah bentuk yaitu tipe tarikan (attraction) dan tipe tolakan (repulsion). Cara kerja tipe tarikan tergantung pada gerakan dari sebuah besi lunak di dalam medan magnit, sedang tipe tolakan tergantung pada gaya tolak antara dua buah lembaran besi lunak yang telah termagnetisasi oleh medan magnet yang sama.
Apabila digunakan sebagai ampermeter, kumparan dibuat dari beberapa gulungan kawat tebal sehingga ampermeter mempunyai tahanan yang rendah terhubung seri dengan rangkaian. Jika digunakan sebagai voltmeter, maka kumparan harus mempunyai tahanan yang tinggi agar arus yang melewatinya sekecil mungkin, dihubungkan paralel terhadap rangkaian. Kalau arus yang mengalir pada kumparan harus kecil, maka jumlah kumparan harus banyak agar mendapatkan amper penggerak yang dibutuhkan.

Untuk tipe tarikan, terlihat bahwa jika lempengan besi yang belum termagnetisasi digerakkan mendekatai sisi kumparan yang dialiri arus, lempengan besi akan tertarik di dalam kumparan. Hal ini merupakan dasar dalam pembuatan suatu pelat dari besi lunak yang berbentuk bulat telur, bila dipasangkan pada batang yang berada diantara "bearings" dan dekat pada kumparan, maka pelat besi tersebut akan terayun ke dalam kumparan yang dialiri arus. Kuat medan terbesar berada ditengah - tengah kumparan, maka pelat besi bulat telur harus dipasang sedemikian rupa sehingga lebar gerakannya yang terbesar berada di tengah kumparan.
Untuk tipe tolakan, Apabila arus yang akan diukur dilewatkan melalui kumparan, maka akan membangkitkan medan magnit memagnetisir kedua batang besi. Pada titik yang berdekatan sepanjang batang besi mempunyai polaritas magnit yang sama. Dengan demikian akan terjadi gaya tolak menolak sehingga penunjuk akan menyimpang melawan momen pengontrol yang diberikan oleh pegas. Gaya tolak ini hamper sebanding dengan kuadrat arus yang melalui kumparan; kemanapun arah arus yang melalui kumparan, kedua batang besi tersebut akan selalu sama – sama termagnetisasi dan akan saling tolak-menolak.

Alat Ukur Elektrodinamis
Alat ukur elektrodinamis adalah sebuah alat ukur kumparan putar, medan magnit yang dihasilkan bukan dari magnit permanen, tetapi oleh kumparan tetap/berupa kumparan diam didalamnya. Alat ukur elektrodinamis dapat dipergunakan untuk arus bolakbalik maupun arus searah, kelemahannya alat ukur tersebut menggunakan daya yang cukup tinggi sebagai akibat langsung dari konstruksinya. Karena arus yang diukur tidak hanya arus yang mengalir melalui kumparan putar, tetapi juga menghasilkan fluksi medan. Untuk menghasilkan suatu medan magnit yang cukup kuat diperlukan gaya gerak magnit yang tinggi, dengan demikian diperlukan sumber yang mengalirkan arus dan daya yang besar pula. Prinsip kerja dari alat ukur elektrodinamis diperlihatkan pada gambar 10, kumparan putar M ditempatkan diantara kumparankumparan tetap (fixed coil) F1 dan F2 yang sama dan saling sejajar. Kedua kumparan tetap mempunyai inti udara untuk menghindari efek histerisis, bila instrumen tersebut digunakan untuk sirkuit ac. Jika arus yang melalui kumparan tetap I1 dan arus yang melalui kumparan putar I2. Karena tidak mengandung besi, maka kuat medan dan rapat flux akan sebanding terhadap I1.
Jadi : B = k . I1

Di mana :
B : Rapat flux
k : kontanta

Alat Ukur Elektrostatis
Alat ukur elektrostatis banyak dipergunakan sebagai alat ukur tegangan (volt meter) untuk arus bolak-balik maupun arus searah, khususnya dipergunakan pada alat ukur tegangan tinggi. Pada dasarnya kerja alat ukur ini adalah gaya tarik antara muatan-muatan listrik dari dua buah pelat dengan beda tegangan yang tetap. Gaya ini akan menimbulkan Momen penyimpang, bila beda tegangan ini kecil, maka gaya ini akan kecil sekali. Mekanisme dari alat ukur elektrostatis ini mirip dengan sebuah capasitor variabel; yang mana tingkah lakunya bergantung pada reaksi antara dua benda bemuatan listrik (hukum coulomb).

Gaya yang merupakan hasil interaksi tersebut, pada alat ukur ini dimanfaatkan untuk penggerak jarum penunjuk. Salah satu konfigurasi dasar alat ukur elektrostatis diperlihatkan gambar 11. Pelat X dan Y membentuk sebuah kapasitor varibel. Jika X dan Y dihubungkan dengan titik-titik yang potensialnya berlawanan (Vab), maka antara X dan Y akan terjadi gaya tarik-menarik; karena X dan Y mempunyai muatan yang sama besarnya, tetapi berlawanan (hukum coulomb).
Gaya yang terjadi ini dibuat sedemikian rupa hingga bisa menimbulkan Momen (momen putar) yang digunakan untuk menggerakkan jarum pada pelat X ke kanan. Jika harga Vab semakin besar, maka muatan kapasitor semakin bertambah; dengan bertambahnya muatan ini akan menyebabkan gaya tarik menarik menjadi besar pula, sehingga jarum akan bergerak ke kanan. Momen putar yang disebabkan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya reaksi dari pegas.
Apabila Momen dari kedua gaya ini sudah sama/seimbang, maka jarum yang berada pada pelat X akan berhenti pada skala yang menunjukkan harga Vab. Untuk menentukan Momen (momen putar) yang dibangkitkan oleh tegangan yang masuk adalah sebagai berikut : misal simpangan jarum adalah 2, jika C adalah kapasitansi pada posisi tersimpang, maka muatan instrumen akan menjadi CV coulomb. Dimisalkan tegangannya berubah dari V menjadi V + dV, maka akibatnya 2, C, dan Q akan berubah menjadi 2+ d2; C + dC dan Q+ dQ. Sekarang energi yang tersimpan dalam medan elektrostatis akan bertambah dengan :
dE = d (1/2 CV2) = 1/2 V2 . dC + CV . dV joule
Keterangan :
dE : Energi yang tersimpan
CV : Muatan instrument

Multimeter Analog
Dasar multimeter elektronik analog dapat dikelompokkan ke dalam tiga bagian utama yaitu jaringan pengukuran, rangkaian penguat dan penggerak meter analog (seperti jenis PM-MC). Dalam kasus pengukuran arus dan tegangan jaringan kerja berupapembagi tegangan yang membatasi tegangan yang diberikan pada penguat terutama berkaitan dengan pengaturan cakupan instrumen.

Multimeter Elektronik Fungsi Tegangan DC
Voltmeter elektronik menggunakan penggerak meter analog yang dikendalikan oleh suatu rangkaian elektronik seimbang seperti ditunjukkan pada gambar 13 di bawah ini.

Multimeter Elektronik Fungsi Tegangan AC
Rangkaian dasar voltmeter elektronik seperti di atas hanya digunakan untuk tegangan DC. Untuk memenuhi kebutuhan pengukuran tegangan AC beberapa bagian harus ditambahkan pengubah tegangan AC ke DC.

Rangkaian penyearah ditunjukkan pada gambar 14. Menggunakan rangkaian Op-Amp sebagai penyearah presisi. Karakteristik non linier dari dioda PN-junction D1 dan D2 dalam arah maju memberi umpan balik negatip. Low pass filter mengeluarkan pulsa DC diumpankan ke rangkaian analog penyeimbang atau Voltmeter ke digital. Kebanyakan voltmeter AC dikalibrasi dalam rms, ini tidak akan terbaca harga rms sebenarnya, tanpa sinyal masukan berbentuk gelombang sinus murni.

Multimeter Elektronik Fungsi Ohm
Jika arus konstan mengalir pada R yang tidak diketahui, nilai tegangan drop pada R akan memberikan data yang tidak diperlukan untuk dihitung nilai resistansinya dengan persamaan RX = V/I sesuai dengan rangkaian ohmmeter elektronik dapat dibentuk seperti dalam gambar 15. arus keluaran dari sumber arus konstan dan besarnya penguat tegangan dari penguat DC diatur dengan saklar pemilih sehingga dapat mengakomodasi pengukuran resistansi skala penuh dari milli ohm hingga mega ohm.
Ohmmeter menggunakan baterai 1,5V atau lebih akan memberi bias maju dioda bila instrument digunakan dalam rangkaian solid state, mengingat rangkaian 15. menggunakan level tegangan rendah tidak mampu memberi bias maju dioda. Bila demikian ohmmeter elektronik menjadi pilihan untuk digunakan menguji komponen yang membutuhkan tegangan bias seperti dioda, transistor. Beberapa Voltmeter elektronik yang diproduksi meliputi skala Ohmmeter daya tinggi sehingga dapat digunakan untuk pengetesan dioda dan transistor.

Tabung Sinar Katoda (CRT)
Komponen utama CRT untuk pemakaian pada umumnya berisi:
Senapan elektron yang terdiri dari katoda, filamen, kisi pengatur, anoda pemercepat
Perlengkapan pelat defleksi horisontal dan vertical
Layar flouresensi
Tabung gelas dan dasar tabung.
Senapan elektron menghasilkan suatu berkaselektron sempit dan terfokus secara tajam pada saat meninggalkan senapan pada kecepatan yang sangat tinggi dan bergerak menuju layar flourescent. Pada saat elektron membentur layar energi kinetic dari elektron-elektron berkecepatan tinggi diubah menjadi pancaran cahaya dan berkas menghasilkan suatu bintik cahaya kecil pada layar CRT. Dalam perjalanannya menuju layar, berkas elektron melalui diantara dua pelat defleksi elektrostatik sehingga berkas akan dibelokkan ke arah resultante defleksi horisontal dan vertikal sehingga membentuk jejak gambar pada layar sesuai dengan tegangan masukan.

Bila berkas elektron membentur layar CRT yang berlapiskan fosfor akan menghasikan bintik cahaya. Bahan dibagian dalam CRT berupa fosfor sehingga energy kinetik tumbukan elektron pada layar akan menyebabkan perpendaran cahaya. Fosformenyerap energi kinetik dari elektron-elektron pembombardir dan memancarkan kembali energy tersebut pada frekuensi yang lebih rendah dalam spektrum cahaya tampak. Bahan-bahan flourescen memiliki karakteristik fosforesensi yaitu memancarkan cahaya walaupun sumber eksitasi telah dihilangkan. Lama waktu cahaya yang tinggal setelah bahan yang bersinar hilang disebut ketahanan atau persistansi. Ketahanan  biasanya diukur berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh bayangan CRT agar berkurang ke suatu persistansi tertentu biasanya 10 persen dari keluaran cahaya semula.
Intensitas cahaya yang dipancarkan CRT disebut luminansi tergantung beberapa faktor. Pertama intensitas cahaya dikontrol oleh jumlah elektron pembombardir yang membentur layar setiap detik. Jika arus berkas diperbesar atau arus berkas dengan jumlah yang sama dipusatkan pada daerah yang lebih kecil dengan mengurangi ukuran bintik maka luminansi akan bertambah. Kedua luminansi bergantung pada energi benturan elektron pembombardir pada layar, energi benturan dapat ditingkatkan melalui penambahan tegangan pada anoda pemercepat.
Ketiga luminansi merupakan fungsi waktu benturan berkas pada permukaan lapisan fosfor ini berarti kecepatan penyapuan akan mempengaruhi luminansi. Akhirnya luminansi merupakan fungsi karakteristik fisik dan fosfor itu sendiri. Oleh karena itu hampir semua pabrik melengkapi pembeli dengan pilihan bahan fosfor, tabel di bawah ini menyajikan karakteristik beberapa fosfor yang lazim digunakan.

Pengukuran Resistansi Dan Induktansi

Nama : Alfandi Gulo
NIM : 4133240004
Jurusan : Fisika 2013
M. kuliah : Instrumentasi Elektronika

PENGUKURAN RESISTANSI DAN INDUKTANSI
PENGUKURAN RESISTANSI
Pengukuan  resistansi  dapat  dilakukan  dengan  mudah,  namun  kelemahannya adalah  kurang  akurat.  Pengukuran  resistansi  yang  lebih  baik  dapat  dilakukan dengan cara:

Metode Ammeter danVoltmeter
Salah satu cara untuk mengukur resistansi menggunakan metode ammeter dan voltmeter adalah dengan rangkaian sbb.

Menggunakan rangkaian di atas, maka nilai resistansi dapat diperoleh dengan rumusan:

Oleh karena besarnya R sama dengan E/I, maka adanya Iv menimbulkan eror pada perhitungan besarnya R. Namun jika I >>> Iv, maka eror ini dapat diabaikan. Rangkaian yang pertama ini akan mengukur besarnya scr akurat jika R mempunyai nilai yang jauh lebih kecil dari pada resistansi voltmeter, sehingga Iv <<< I dan

Cara lain utk mengukur resistansi adalah menggunakan rangkaian berikut.

Menggunakan rangkaian di atas, maka nilai resistansi dapat diperoleh dengan rumusan:

Oleh karena besarnya R sama dengan E/I, maka adanya EA menimbulkan eror pada perhitungan besarnya R. Namun jika E >>> EA, maka eror ini dapat diabaikan. Rangkaian yang kedua ini akan mengukur besarnya scr akurat jika R mempunyai nilai yang jauh lebih besar drpd resistansi ammeter, sehingga EA <<< E dan

Metode Substitusi
Pengukuran resistansi dengan metode subtitusi dilakukan dengan cara yg diilustrasikan dengan dua gambar berikut.

Pada gambar (a), sebuah resistor yg tdk diketahui besarnya dihubung seri dengan ammeter, lalu dicatat penunjukkan skala ammeter yang ditunjuk. Kemudian resistor yg tdk diketahui besarnya tadi diganti dgn suatu variable resistor presisi (decade resistor box) seperti pd gambar (b). Awalnya variable resistor hrs berada pd posisi nilai tertinggi, lalu diatur sdmk shg ammeter menunjuk pd skala yg sama spt yg ditunjuk pd saat digunakan gambar (a). Maka dgn dmk besarnya resistansi dapat diketahui yaitu sama dgn besarnya resistansi yg ditunjuk oleh variable resistor.

Jembatan Wheatstone
Pengukuran resistansi yg sangat akurat dpt dilakukan menggunakan jembatan Wheatstone. Gambar berikut menunjukkan jembatan Wheatstone yg terdiri atas resistor yg tdk diketahui besarnya (R), dua buah resistor presisi P dan Q, sebuah resistor yg dapat diatur S, dan sebuah galvanometer G. Catu daya E akan menghasilkan arus yg mengalir melalui resistor.
Untuk menentukan resistansi R, variable resistor diatur hingga galvanometer menunjuk angka nol atau tegangan nol.

Rangkaian jembatan Wheatstone

Arus dan tegangan jatuh pada rangkaian jembatan Wheatstone
Saat galvanometer menunjuk nol, maka tegangan pada setiap terminalnya akan sama besar, sehingga
Vp=Vq dan Vr=Vs
Oleh karena tdk ada arus yg mengalir pada galvanometer, maka I1 mengalir melalui P dan R, dan I2 mengalir melalui Q dan S, sehingga
IrR=I2S
IrP=I2Q
Dan
atau
Yang memberikan nilai resistansi R:

Karena S, P, dan Q nilainya diketahui dgn akurat maka besarnya resistansi R dapat ditentukan dgn akurat pula. Terlihat bahwa tegangan catu E tdk muncul pd perhitungan sehingga besarnya tegangan catu tdk mempengaruhi sensitivitas jembatan Wheatstone.

PENGUKURAN INDUKTANSI
Jembatan Perbandingan Induktansi
Rangkaian jembatan perbandingan i nduktansi diperlihatkan pada gambar berikut. Induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam L s dan Rs (menggunakan rangkaian ekivalen seri). L1 adalah induktor standar dan R1adalah resistor variabel standar untuk menyeimbangkan R s, sedangkan R3, dan R4 adalah resistor standar. Keadaan seimbang dicapai dengan cara mengatur R1dan R3 atau R4.

Saat jembatan berada dalam keadaan seimbang maka:

Atau

Sehingga dengan menyamakan bagian riil dari persamaan di atas maka diperoleh:

Jembatan Maxwell
Kapasitor standar murni yang akurat lebih mudah dibuat daripada inductor standar. Karena itu seringkali digunakan kapasitor standar untuk mengukur induktansi daripada menggunakan induktor standar. Jembatan Maxwell (atau juga dikenal sebagai jembatan Maxwell -Wein) diperlihatkan pada gambar berikut. Dalam rangkaian tsb, kapasito r standar C3 dihubung paralel dengan resistor variabel R3. R1 adalah resistor standar variabel, R4 juga dapat menggunakan resistor variabel (dapat diatur). L s dan Rs adalah induktansi yang akan diukur. Jembatan Maxwell paling sesuai digunakan untuk menguku r koil (lilitan) dengan faktor Q rendah (yaitu jika  Ls tidak terlalu besar dibandingkan Rs).

Dengan menyamakan bagian Imajinernya maka diperoleh

Jembatan Induktansi Hay
Jembatan Hay sama dengan jembatan Maxwell, kecuali bahwa R 3 dan C3 dihubung secara paralel dan induktansi yang akan diukur dinyatakan dalam rangkaian paralel LR.

Dengan menyamakan bagian Imajinernya maka diperoleh

Q Meter
Q meter digunakan untuk mengukur faktor Q dari lilitan dan untuk mengukur induktansi, kapasitansi, dan resistansi pada frekuensi radio (RF). Rangkaian dasar dari sebuah Q meter diperlihatkan pada gambar berikut.

Q meter terdiri atas capasitor variabel, sumber tegangan ac yang dapat diatur frekuensinya, dan koil (lilitan) yang akan diketahui faktor Q -nya. Semua komponen dihubungkan secara seri. Tegangan kapasitor V C dan tegangan sumber E dipantau dengan voltmeter. Tegangan sumber diset ke frekuensi yang dikehendaki dan kapasitor C diatur supaya terjadi resonansi (ditandai dengan tegangan C maksimum).
Pada keadaan resonansi maka :
Vc=Vl dan juga dan