APA PEMBAGI TEGANGAN? (DENGAN CONTOH) - FISIK - 2025

The tegangan pembagi atau tegangan pembagi terdiri dari asosiasi resistor atau impedansi dalam seri terhubung ke sumber. Dengan cara ini tegangan V yang disuplai oleh sumber -tegangan input- didistribusikan secara proporsional di setiap elemen, sesuai dengan hukum Ohm:

Di mana V _i adalah tegangan yang melintasi elemen rangkaian, I adalah arus yang mengalir melaluinya dan Z _i adalah impedansi yang sesuai.

Gambar 1. Pembagi tegangan resistif terdiri dari resistor secara seri. Sumber: Wikimedia Commons.

Saat mengatur sumber dan elemen dalam rangkaian tertutup, hukum kedua Kirchhoff harus dipenuhi, yang menyatakan bahwa jumlah semua tegangan turun dan naik sama dengan 0.

Misalnya, jika rangkaian yang akan dipertimbangkan murni resistif dan ada sumber 12 volt, cukup dengan menempatkan dua resistor identik secara seri dengan sumber tersebut, tegangan akan dibagi: masing-masing resistansi akan memiliki 6 Volt. Dan dengan tiga resistor identik Anda mendapatkan 4 V di masing-masing resistor.

Karena sumber mewakili kenaikan tegangan, maka V = +12 V. Dan di setiap resistor terdapat penurunan tegangan yang diwakili oleh tanda negatif: - 6 V dan - 6 V. Sangat mudah untuk melihat bahwa hukum kedua Kirchoff terpenuhi:

+12 V - 6 V - 6 V = 0 V.

Dari sinilah nama pembagi tegangan berasal, karena dengan menggunakan resistor seri, tegangan yang lebih rendah dapat dengan mudah diperoleh mulai dari sumber dengan tegangan yang lebih tinggi.

Persamaan pembagi tegangan

Mari lanjutkan mempertimbangkan rangkaian resistif murni. Kita tahu bahwa arus yang melalui rangkaian resistor secara seri yang terhubung ke sumber seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, adalah sama. Dan menurut hukum Ohm dan hukum kedua Kirchoff:

V = IR ₁ + IR ₂ + IR ₃ +… IR _i

Dimana R ₁ , R ₂ … R _i mewakili masing-masing resistansi rangkaian rangkaian. Jadi:

V = I ∑ R _i

Jadi arusnya ternyata:

I = V / ∑ R _i

Sekarang mari kita hitung tegangan di salah satu resistor, resistor R _i misalnya:

V _i = (V / ∑ R _i ) R _i

Persamaan sebelumnya ditulis ulang dengan cara berikut dan kita sudah memiliki aturan pembagi tegangan untuk baterai dan resistor N dalam seri siap:

Pembagi tegangan dengan 2 resistor

Jika kita memiliki rangkaian pembagi tegangan dengan 2 resistor, persamaan di atas menjadi:

Dan dalam kasus khusus di mana R ₁ = R ₂ , V _i = V / 2, terlepas dari arusnya, seperti yang dikatakan di awal. Ini adalah pembagi tegangan yang paling sederhana dari semuanya.

Pada gambar berikut adalah diagram pembagi ini, di mana V, tegangan input, disimbolkan sebagai V _in , dan V _i adalah tegangan yang diperoleh dengan membagi tegangan antara resistor R ₁ dan R ₂ .

Gambar 2. Pembagi tegangan dengan 2 resistor secara seri. Sumber: Wikimedia Commons. Lihat halaman untuk penulis / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

Contoh yang Berhasil

Aturan pembagi tegangan akan diterapkan di dua rangkaian resistif untuk mendapatkan tegangan yang lebih rendah.

- Contoh 1

Sumber 12 V tersedia, yang harus dibagi menjadi 7 V dan 5 V oleh dua resistor R ₁ dan R ₂ . Ada resistansi tetap 100 Ω dan resistansi variabel yang kisarannya antara 0 dan 1kΩ. Pilihan apa yang ada untuk mengkonfigurasi rangkaian dan mengatur nilai resistor R ₂ ?

Larutan

Untuk menyelesaikan latihan ini, aturan pembagi tegangan untuk dua resistor akan digunakan:

Misalkan R ₁ adalah resistansi yang ada pada tegangan 7 V dan di situ ditempatkan resistansi tetap R ₁ = 100 Ω

Resistensi yang tidak diketahui R ₂ harus berada pada 5 V:

YR ₁ sampai 7 V:

5 (R ₂ +100) = 12 R ₂

500 = 7 R ₂

R ₂ = 71,43 Ω

Anda juga dapat menggunakan persamaan lain untuk mendapatkan nilai yang sama, atau mengganti hasil yang diperoleh untuk memeriksa persamaan.

Jika sekarang resistansi tetap ditempatkan sebagai R ₂ , maka R ₁ berada pada 7 V:

5 (100 + R ₁ ) = 100 x 12

500 + 5R ₁ = 1200

R ₁ = 140 Ω

Dengan cara yang sama, dimungkinkan untuk memverifikasi bahwa nilai ini memenuhi persamaan kedua. Kedua nilai berada dalam kisaran resistansi variabel, oleh karena itu dimungkinkan untuk mengimplementasikan rangkaian yang diminta dengan kedua cara.

- Contoh 2

Voltmeter arus searah DC untuk mengukur tegangan dalam kisaran tertentu, didasarkan pada pembagi tegangan. Untuk membangun voltmeter seperti itu, diperlukan galvanometer, misalnya D'Arsonval's.

Ini adalah meteran yang mendeteksi arus listrik, dilengkapi dengan skala ukur dan jarum penunjuk. Galvanometer banyak sekali modelnya, salah satunya pada gambar sangat sederhana, dengan dua terminal sambungan yang ada di bagian belakang.

Gambar 3. Galvanometer tipe D'Arsonval. Sumber: F. Zapata.

Galvanometer memiliki hambatan R internal yang _G maksimum saat ini, yang mentolerir hanya saat kecil, yang disebut I _G . Akibatnya, tegangan galvanometer adalah V _m = I _G R _G .

Untuk mengukur tegangan apapun, voltmeter ditempatkan secara paralel dengan elemen yang akan diukur dan resistansi internalnya harus cukup besar untuk tidak menarik arus dari rangkaian, jika tidak maka akan mengubahnya.

Jika kita ingin menggunakan galvanometer sebagai meteran, maka tegangan yang akan diukur tidak boleh melebihi maksimum yang diperbolehkan yaitu defleksi maksimal dari jarum yang dimiliki alat tersebut. Tetapi kami berasumsi bahwa V _m kecil, karena I _G dan R _G adalah.

Namun, ketika galvanometer dihubungkan seri dengan resistor lain R _S , yang disebut resistor membatasi, kita dapat memperluas jangkauan pengukuran galvanometer dari kecil V _m beberapa ε tegangan yang lebih besar. Saat tegangan ini tercapai, jarum instrumen mengalami defleksi maksimum.

Skema desainnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4. Desain voltmeter menggunakan galvanometer. Sumber: F. Zapata.

Pada gambar 4 di sebelah kiri, G adalah galvanometer dan R adalah resistansi yang ingin Anda ukur tegangannya V _x .

Gambar di sebelah kanan menunjukkan bagaimana rangkaian dengan G, R _G dan R _S setara dengan voltmeter, yang ditempatkan sejajar dengan resistansi R.

1V Voltmeter Skala Penuh

Misalnya, misalkan resistansi internal galvanometer adalah R _G = 50 Ω dan arus maksimum yang didukungnya adalah I _G = 1 mA, resistansi pembatas RS untuk voltmeter yang dibangun dengan galvanometer ini untuk mengukur tegangan maksimum 1 V dihitung Begitu:

I _G (R _S + R _G ) = 1 V.

R _S = (1 V / 1 x 10 ^-3 A) - R _G

R _S = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω

Referensi

1. Alexander, C. 2006. Dasar-dasar Sirkuit Listrik. 3. Edisi. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, R. 2011. Pengantar Analisis Sirkuit. 2nd. Edisi. Pearson.
3. Dorf, R. 2006. Pengantar Sirkuit Listrik. 7. Edisi. John Wiley & Sons.
4. Edminister, J. 1996. Sirkuit Listrik. Seri Schaum. 3. Edisi. Mc Graw Hill
5. Figueroa, D. Seri Fisika untuk Sains dan Teknik. Vol.5 Elektrostatika. Disunting oleh D. Figueroa. USB.
6. Hiperfisika. Desain voltmeter. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
7. Wikipedia. Pembagi tegangan. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.