Pembagi Tegangan

BAGIAN DAN BAHAN

• Kalkulator (atau pensil dan kertas untuk berhitung)
• Baterai 6 volt
• Berbagai macam resistor dengan nilai antara 1 KΩ dan 100 kΩ

Saya sengaja membatasi nilai resistansi antara 1 kΩ dan 100 kΩ demi mendapatkan pembacaan voltase dan arus yang akurat dengan meteran Anda.

Dengan nilai resistansi yang sangat rendah, resistansi internal ammeter memiliki dampak yang signifikan terhadap akurasi pengukuran.

Nilai resistansi yang sangat tinggi dapat menyebabkan masalah untuk pengukuran tegangan, resistansi internal voltmeter secara substansial mengubah resistansi rangkaian ketika dihubungkan secara paralel dengan resistor bernilai tinggi.

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 1, bab 6:“Rangkaian Pembagi dan Hukum Kirchhoff”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Penggunaan voltmeter
• Penggunaan amperemeter
• Penggunaan ohmmeter
• Penggunaan Hukum Ohm
• Penggunaan Hukum Tegangan Kirchhoff (“KVL”)
• Desain pembagi tegangan

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Ditampilkan di sini adalah tiga metode konstruksi sirkuit yang berbeda:pada papan tempat memotong roti, pada strip terminal, dan "bentuk bebas".

Cobalah membangun sirkuit yang sama di setiap cara untuk membiasakan diri Anda dengan teknik konstruksi yang berbeda dan kelebihannya masing-masing.

Metode "bentuk bebas"—di mana semua komponen dihubungkan bersama dengan kabel jumper gaya "buaya-"—adalah yang paling tidak profesional, tetapi sesuai untuk eksperimen sederhana seperti ini.

Konstruksi papan tempat memotong roti serbaguna dan memungkinkan kepadatan komponen yang tinggi (banyak bagian dalam ruang kecil), tetapi cukup sementara.

Strip terminal menawarkan bentuk konstruksi yang jauh lebih permanen dengan biaya kepadatan komponen yang rendah.

Pilih tiga resistor dari berbagai resistor Anda dan ukur resistansi masing-masing dengan ohmmeter.

Catat nilai resistansi ini dengan pena dan kertas, untuk referensi dalam perhitungan sirkuit Anda.

Hubungkan ketiga resistor secara seri, dan ke baterai 6 volt, seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi.

Ukur tegangan baterai dengan voltmeter setelah resistor dihubungkan, catat juga angka tegangan ini di atas kertas.

Dianjurkan untuk mengukur tegangan baterai saat memberi daya pada rangkaian resistor karena tegangan ini mungkin sedikit berbeda dari kondisi tanpa beban.

Kami melihat efek ini dilebih-lebihkan dalam eksperimen "baterai paralel" saat menyalakan lampu watt tinggi:tegangan baterai cenderung "melorot" atau "turun" di bawah beban.

Meskipun rangkaian tiga resistor ini seharusnya tidak memberikan beban yang cukup berat (tidak cukup arus yang ditarik) untuk menyebabkan tegangan "sag" yang signifikan, mengukur tegangan baterai di bawah beban adalah praktik ilmiah yang baik karena menyediakan data yang lebih realistis.

Gunakan Hukum Ohm (I=E/R) untuk menghitung arus rangkaian, lalu verifikasi nilai yang dihitung ini dengan mengukur arus dengan ammeter seperti ini ("strip terminal" versi rangkaian yang ditampilkan sebagai pilihan sembarang dalam metode konstruksi):

Jika nilai resistor Anda memang antara 1 kΩ dan 100 kΩ, dan tegangan baterai kira-kira 6 volt, arusnya harus sangat kecil, dalam kisaran miliamp (mA) atau mikroamp (µA).

Saat Anda mengukur arus dengan pengukur digital, pengukur mungkin menunjukkan simbol awalan metrik yang sesuai (m atau ) di beberapa sudut layar.

Tanda awalan metrik ini mudah diabaikan saat membaca tampilan meteran digital, jadi perhatikan baik-baik!

Nilai arus yang terukur harus sesuai dengan perhitungan Hukum Ohm Anda.

Sekarang, ambil nilai yang dihitung untuk arus dan kalikan dengan resistansi masing-masing resistor untuk memprediksi penurunan tegangan (E=IR).

Alihkan multimeter Anda ke mode “tegangan” dan ukur tegangan yang turun di setiap resistor, memverifikasi keakuratan prediksi Anda.

Sekali lagi, harus ada kesepakatan yang erat antara angka tegangan yang dihitung dan diukur.

Setiap penurunan tegangan resistor akan menjadi beberapa fraksi atau persentase dari tegangan total, maka nama pembagi tegangan diberikan ke sirkuit ini.

Nilai pecahan ini ditentukan oleh resistansi resistor tertentu dan resistansi total.

Jika resistor menurunkan 50% dari total tegangan baterai dalam rangkaian pembagi tegangan, proporsi 50% itu akan tetap sama selama nilai resistor tidak diubah.

Jadi, jika tegangan totalnya adalah 6 volt, tegangan pada resistor itu akan menjadi 50% dari 6, atau 3 volt. Jika tegangan totalnya adalah 20 volt, resistor itu akan turun 10 volt, atau 50% dari 20 volt.

Bagian selanjutnya dari eksperimen ini adalah validasi Hukum Tegangan Kirchhoff.

Untuk ini, Anda perlu mengidentifikasi setiap titik unik di sirkuit dengan angka.

Titik-titik yang memiliki kesamaan listrik (langsung terhubung satu sama lain dengan hambatan yang tidak signifikan antara) harus memiliki nomor yang sama.

Contoh penggunaan angka 0 sampai 3 ditunjukkan di sini dalam bentuk ilustrasi dan skema.

Dalam ilustrasi, saya menunjukkan bagaimana titik-titik di sirkuit dapat diberi label dengan potongan kecil pita, angka yang tertulis di pita:

Menggunakan digital voltmeter (ini penting!), ukur penurunan tegangan di sekitar loop yang dibentuk oleh titik 0-1-2-3-0.

Tulis di atas kertas masing-masing tegangan ini, bersama dengan tandanya masing-masing seperti yang ditunjukkan oleh meteran.

Dengan kata lain, jika voltmeter mencatat tegangan negatif seperti -1.325 volt, Anda harus menuliskan angka tersebut sebagai angka negatif.

Jangan jangan membalikkan koneksi probe meter dengan sirkuit untuk membuat angka terbaca “dengan benar”.

Tanda matematika sangat penting dalam fase percobaan ini! Berikut adalah urutan ilustrasi yang menunjukkan cara "melangkah" loop sirkuit, mulai dan berakhir di titik 0:

Menggunakan voltmeter untuk "melangkah" di sekitar rangkaian dengan cara ini menghasilkan tiga angka tegangan positif dan satu negatif:

Angka-angka ini, ditambahkan secara aljabar (“aljabar” =menghormati tanda-tanda angka), harus sama dengan nol.

Ini adalah prinsip dasar Hukum Tegangan Kirchhoff:bahwa jumlah aljabar dari semua tegangan yang turun dalam sebuah “lingkaran” dijumlahkan dengan nol.

Penting untuk disadari bahwa “lingkaran” yang diinjak tidak harus menjadi jalur yang sama dengan yang diambil arus di sirkuit, atau bahkan jalur arus yang sah sama sekali.

Loop tempat kita menghitung penurunan tegangan dapat berupa kumpulan titik apa pun , asalkan dimulai dan diakhiri dengan titik yang sama.

Misalnya, kita dapat mengukur dan menambahkan tegangan pada loop 1-2-3-1, dan tegangan tersebut akan membentuk jumlah nol juga:

Cobalah melangkah di antara kumpulan titik mana pun, dalam urutan apa pun, di sekitar sirkuit Anda dan lihat sendiri bahwa jumlah aljabar selalu sama dengan nol.

Hukum ini berlaku tidak peduli apa konfigurasi sirkuitnya:seri, paralel, seri-paralel, atau bahkan jaringan tak tereduksi.

Hukum Tegangan Kirchhoff adalah konsep yang kuat, memungkinkan kita untuk memprediksi besaran dan polaritas tegangan dalam suatu rangkaian dengan mengembangkan persamaan matematis untuk analisis berdasarkan kebenaran semua tegangan dalam satu lingkaran yang dijumlahkan hingga nol.

Eksperimen ini dimaksudkan untuk memberikan bukti empiris dan pemahaman yang mendalam tentang Hukum Tegangan Kirchhoff sebagai prinsip umum.

SIMULASI KOMPUTER

Netlist (buat file teks yang berisi teks berikut, kata demi kata):

Pembagi tegangan v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * Tegangan sekitar 0-1-2-3-0 loop aljabar tambahkan ke nol:.print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * Tegangan sekitar 1-2-3-1 loop aljabar tambahkan ke nol:.cetak dc v(2,1) v(3,2) v(1,3) .akhir 

Simulasi komputer ini didasarkan pada nomor titik yang ditunjukkan pada diagram sebelumnya untuk mengilustrasikan Hukum Tegangan Kirchhoff (titik 0 hingga 3).

Nilai resistor dipilih untuk memberikan proporsi tegangan total 50%, 30%, dan 20% pada R₁ , R₂ , dan R₃ , masing-masing. Jangan ragu untuk mengubah nilai sumber tegangan (dalam “.dc ”, ditunjukkan di sini sebagai 6 volt), dan/atau nilai resistor.

Saat dijalankan, SPICE akan mencetak sebaris teks yang berisi empat angka tegangan, lalu baris teks lain yang berisi tiga angka tegangan, bersama dengan banyak baris teks lain yang menjelaskan proses analisis. Tambahkan angka tegangan di setiap baris untuk melihat bahwa jumlahnya nol.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

Lembar Kerja Rangkaian Pembagi Tegangan