Voltmeter Potensiometrik: Pengukuran Tegangan Tepat dengan Beban Minimal
Bagian & Bahan
- Dua baterai 6 V
- Potensiometer linier satu putar 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
- Dua resistor nilai tinggi (≥1 MΩ masing-masing)
- Detektor tegangan sensitif (dari eksperimen sebelumnya)
- Voltmeter analog (dari eksperimen sebelumnya)
Nilai potensiometer fleksibel—di mana saja dari 1 kΩ hingga 100 kΩ akan berfungsi. Jika Anda telah membuat potensiometer presisi yang dijelaskan sebelumnya dalam bab ini, ini ideal untuk latihan ini. Demikian pula, nilai resistor yang lebih besar meningkatkan akurasi; mereka tidak perlu identik.
Jika Anda belum membangun detektor tegangan sensitif, kami merekomendasikan untuk melakukannya terlebih dahulu. Detektor buatan sendiri murah, namun menunjukkan cara melakukan pengukuran tegangan yang tepat tanpa peralatan mahal. Multimeter digital yang diatur ke range DC milivolt dapat menjadi pengganti, namun detektor berbasis headphone lebih disarankan untuk tujuan pembelajaran.
Referensi Silang
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Bab 8: "Rangkaian Metering DC"
Tujuan Pembelajaran
- Memahami beban voltmeter: penyebabnya dan cara mengataminya
- Menggunakan potensiometer sebagai sumber tegangan variabel
- Menerapkan metode potensiometrik (null-balance) untuk pengukuran tegangan yang akurat
Diagram Skematik
Ilustrasi
Instruksi
1. Rangkai pembagi tegangan dua resistor yang ditampilkan di sisi kiri skematik.
2. Jika resistor nilai tinggi sama, baterai 6 V harus terbagi menjadi dua penurunan 3 V.
3. Ukur tegangan baterai dengan volmeter, lalu ukur penurunan di setiap resistor.
Anda kemungkinan akan memperhatikan ketidakcocokan: jumlah penurunan individu tidak sama dengan tegangan baterai total. Ini bukan pelanggaran Hukum Tegangan Kirchhoff; ini contoh klasik dari beban voltmeter.
Analogi: Penghitung ban mengeluarkan sedikit udara saat terhubung, sedikit menekan tekanan ban. Demikian pula, volmeter memberikan jalur arus yang sedikit mengubah tegangan di komponen yang diukur.
Dalam rangkaian ini efeknya jelas karena resistor uji bernilai tinggi. Ganti dengan unit 100 kΩ, lalu dengan 10 kΩ, dan amati bagaimana bacaan tegangan berubah. Resistensi yang lebih rendah mengurangi dampak beban, namun dengan biaya akurasi pengukuran.
Coba ukur setiap resistor dengan volmeter digital alih-alih analog. Meter digital biasanya memiliki impedansi input yang lebih tinggi (sering >10 MΩ), sehingga menarik arus lebih sedikit dan menghasilkan bacaan yang lebih dekat ke tegangan sebenarnya.
Untuk pendekatan yang lebih akurat, gunakan metode potensiometrik (null-balance). Teknik ini menyeimbangkan tegangan uji dengan sumber tegangan yang dapat disesuaikan (potensiometer) dan menggunakan detektor null yang sangat sensitif untuk menunjukkan keseimbangan. Setelah seimbang, tegangan potensiometer—yang dibaca dengan volmeter—sama dengan tegangan uji, bebas dari kesalahan beban.
Rangkaian Voltmeter Potensiometrik
Lingkaran yang bertuliskan "null" mewakili detektor null. Gerak meter sensitif apa pun atau indikator tegangan dapat berfungsi sebagai detektor; peran utamanya hanya untuk menunjukkan selisih tegangan nol.
Bangun rangkaian seperti diilustrasikan dan gunakan untuk mengukur penurunan tegangan di salah satu resistor nilai tinggi. Awalnya, multimeter biasa dapat berfungsi sebagai detektor null sambil Anda terbiasa dengan proses ini. Jika Anda menyukai detektor berbasis headphone, buat kontak singkat dengan setiap titik uji dan dengarkan klik khas yang memudar hingga diam pada titik seimbang.
Catatan: Potensiometer satu putar mungkin terlalu kasar untuk nulling yang presisi. Pertimbangkan unit multi-putar atau rangkaian potensiometer presisi yang dijelaskan sebelumnya.
Simulasi Komputer
Skematik SPICE dengan nomor node:
Netlist (salin berikut ke dalam file teks bernama potentiometric.cir):
Potensiometer voltmeter v1 1 0 dc 6 v2 3 0 r1 1 2 1meg r2 2 0 1meg rnull 2 3 10k rmeter 3 0 50k .dc v2 0 6 0.5 .print dc v(2,0) v(2,3) v(3,0) .end
Simulasi menunjukkan bahwa tegangan uji hanya akurat ketika detektor null membaca nol—yaitu, ketika potensiometer sepenuhnya seimbang. Pada titik itu, sumber yang dapat disesuaikan membaca tepat 3.000 V, cocok dengan penurunan tegangan sebenarnya di resistor uji.
Lembar Kerja Terkait
- Lembar Kerja Metrologi DC
