Jembatan Arus Bolak-Balik (AC) [PDF]

Citation preview

Alat Ukur dan Pengukuran



Jembatan Arus Bolak-Balik



Oleh Kelompok X Prabarisma Dewantara



A 241 12 067



Yulinar Astari



A241 12 050



Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Tadulako 2014 1. Pengertian dan Kegunaan



Rangkaian jembatan terutama digunakan sebagai sebuah alat pengukur perubahan tahanan yang akurat. Rangkaian seperti ini terutama berguna bila perubahan fraksional dalam impedansi sangat kecil. Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial. Dalam rangkaian ini, seperangkat impedansi yang telah diketahui secara akurat diatur nilaianya dalam hubungannya terhadap satu yang belum diketahui sampai suatu kondisi yang ada dimana perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian adalah nol, yaitu setimbang. Kondisi ini menetapkan sebuah persamaan yang digunakan untuk menemukan impedansi yang tidak diketahui berkenaan dengan nilai-nilai yang diketahui. Bila kita ingin mengukur harga induktansi dan kapasitansi, maka metode yang mudah dan baik menggunakan jembatan arus bolak balik. Jembatan AC ini hampir sama dengan jembatan DC, tetapi menggunakan sumber AC dengan frekuensi tertentu. Konsep jembatan yang dijelaskan dalam bagian ini dapat dipakai untuk penyesuaian impedansi secara umum seperti tahanan-tahanan. Dalam keadaan ini, jembatan direpresentasikan seperti dalam Gambar 2.8 dan memakai sebuah eksitasi a-c, biasanya sebuah sinyal tegangan gelombang sinus. Analisa tingkah laku jembatan pada dasarnya sama seperti pada cara sebelumnya tetapi tahanan diganti impedansi. Kemudian tegangan offset jembatan direpresentasikan sebagai



(2-21) Dimana E = tegangan eksitasi gelombang Z1, Z2, Z3,Z4 = impedansi jembatan



Kondisi setimbang ditetapkan seperti sebelumnya dengan sebuah tegangan offset zero ΔV = 0. Dari Persamaan (2-21) kondisi ini dijumpai jika impedansi memenuhi hubungan Z3Z2 = Z1Z4 (2-22) Perhatikan bahwa kondisi ini sama seperti Persamaan (2-9) untuk jembatan resistif.



Gambar 2.8 Sebuah jembatan a-c yang umum Catatan khusus adalah perlu berkenaan dengan pencapaian kondisi setimbang dalam jembatan a-c. Dalam beberapa kasus, sistem deteksi setimbang adalah phase sensitive mengenai sinyal eksitasi jembatan. Dalam hal ini, perlu untuk memberikan sebuah kondisi setimbang dari kedua sinyal inphase dan quadrature (keluaran fase 900) sebelum Persamaan (2-22) dipakai.



Jembatan pembanding kapasitansi Dalam bentuk dasarnya jembatan arus bolak-balik dapat digunakan untuk pengukuran



induktansi



atau



kapasitansi



yang



tidak



diketahui



dengan



membandingkannya terhadap sebuah induktansi atau kapasitansi yang diketahui. Sebuah jembatan pembanding kapasitansi dasar ditunjukkan pada gambar 7.2.



Gambar 7.2 Jembatan pembanding kapasitansi



Kedua lengan perbandingan adalah resistif dan dinyatakan oleh R 1 dan R2. lengan standar terdiri dari kapasotor Cs seri dengan tahanan Rs, di mana Cs adalah kapasitor standar kualitas tinggi dan R s adalah tahanan variabel. C x menyatakan kapasitansi yang tidak diketahui dan R x adalah tahanan kebocoran kapasitor. Dua bilangan komplek adalah sama bila bagian-bagian nyata dan bagianbagian khayalnya adalah sama. Dengan menyamakan bagian-bagian nyata diperoleh R1 R X = R 2 R s



atau



R X = Rs



R2 ………………. (7.6) R1



samakan bagian-bagian khayal diperoleh jR1 jR 2 = ωCx ω Cs



atau



Cx = Cs



R1 ………………. (7.7) R2



Agar memenuhi kedua syarat setimbang dalam konfigurasinya, jembatan harus mengandung dua elemen variable. Setiap dua dari empat elemen yang tersedia dapat dipilih walaupun dalam praktek kapasitor C s merupakan kapasitor standar presisi tinggi dengan nilai yang tetap dan tidak dapat diatur. Pemeriksaan terhadap persamaan-persamaan setimbang menunjukkan bahwa R s tidak muncul dalam bentuk Cx. jadi untuk menghilangkan setiap interaksi antara kedua



pengontrol kesetimbanga, Rs merupakan pilihan yang tepat sevagai elemen variabel kedua seperti ditunjukkan pada gambar 7.2. Karena kita mengukur kapasitor yang tidak diketahui yang efek tahanannya bisa kecil sekali, pengaturan pertama sebaiknya dilakukan pada bagian kapasitif yang berarti mengatur R1 agar menghasilkan suara paling kecil dalam telepon kepala. Dalam kebanyakan hal suara tersebut tidak akan hilang seluruhnya, sebab syarat setimbang kedua belum dipenuhi. Maka R s diatur untuk kesetimbangan bagian resistif dan suara dibuat agar semakin mengecil. Ternyata bahwa pengaturan kedua tahanan secara bergantian adalah perlu untuk menghasilkan keluaran nol dalam telepon kepala dan untuk mencapai kondisi setimbang yang sebenarnya. Perlunya pengaturan secara bergantian menjadi jelas bila kita sadari bahwa setiap perubahan dalam R 1 bukan hanya mempengaruhi persamaan setimbang kapasitif, tetapi juga mempengaruhi persamaan setimbang resistif, sebab R1 muncul dalam kedua bentuk persamaan tersebut. Jembatan pembanding induktansi Konfigurasi umum jembatan pembanding induktansi mirip dengan jembatan pembanding kapasitansi. Induktansi yang tidak diketahui ditentukan dengan membandingkan terhadap sebuah induktor standar yang diketahui seperti ditunjukkan pada diagram gambar 7.3.



Gambar 7.3 Jembatan pembanding induktansi



Penurunan persamaan setimbang pada dasarnya mengikuti langkah-langkah yang sama seperti pada jembatan pembanding kapasistansi dan tidak akan dikemukakan secara lengkap. Dapat ditunjukkan bahwa persamaan setimbang induktansi memberikan L x = Ls



R2 ……………….(7.8) R1



dan persamaaan setimbang resistif memberikan : R x = Rs



R2 ……………….(7.9) R1



Dalam jembatan ini, R2 dipilih sebagai pengontrol kesetimbangan induktif, dan R s adalah pengontrol kesetimbangan resistif. Jembatan Maxwell Jembatan Maxwell, yang diagram skemanya ditunjukkan pada gambar 7.4, mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam kapasistansi yang diketahui.



Gambar 7.4 Jembatan Maxwell Salah satu lengan perbandingan mempunyai sebuah tahanan dan sebuah kapasistansi dalam hubungan pararel, dan untuk hal ini adalah lebih mudah untuk menuliskan persamaan kesetimbangan dengan menggunakan admitansi lengan 1 sebagai pengganti impedansi.



Dengan menyusun kembali persamaan umum kesetimbangan jembatan, diperoleh Zx = Z2Z3Y1……………….(7.10) Di mana Y1 adalah admitansi lengan 1. Dengan melihat kembali ke gambar 7.4 ditunjukkan bahwa Zx = R2; Z3 = R3; dan Y1 =



1 + jω C1 ……………….(7.11) R1



Substitusi harga-harga ini ke dalam persamaan (7.11) memberikan Z x = R x + jω L x = R 2 R 3 (



1 + jω C1 ) ……………….(7.12) R1



Pemisahan bagian nyata dan bagian khayal memberikan Rx =



R 2 R3 ……………….(7.13) R1



Jembatan Maxwell terbatas pada pengukuran kumparan dengan Q menengah (1