Di dalam kebanyakan rangkaian listrik, kita menyambung-nyambungkan berbagai komponen rangkaian dengan menggunakan kawat-kawat tembaga. Hal ini disebabkan karena tembaga adalah sebuah bahan konduktor listrik yang sangat baik. Tembaga memiliki tahanan listrik yang sangat rendah.
Akan tetapi, sejumlah
sambungan pada rangkaian membutuhkan tahanan listrik yang lebih besar daripada
yang dapat diberikan oleh kawat tembaga. Inilah alasan mengapa kita menggunakan
resistor.
Foto disamping memperlihatkan sebuah resistor tetap (fixed resistor) yang tipikal. Resistor-resistor jenis ini dijual pada suatu kisaran nilai tahanan tertentu, mulai dari kurang dari 1Ω hingga maksimum 10 M Ω.
Nilai-nilai prefensi
Resistor-resistor ini dibuat dengan nilai-nilai tahanan tertentu (dalam satuan ohm):
1.0, 2.0, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1
Setelah 24 nilai
ini, urutan nilai yang sama akan diulangi dalam kelipatan-kelipatan puluhan:
10 11 12 13 ... hingga ... 82 91, kemudian 100 110 120 ... hingga ... 820 910, selanjutnya 1k 1,1k 1,2k ... hingga ... 8,2k 9,1k (‘k’ berarti kilohm) lalu 10k 11k 12k ... hingga ...820k 910k 1M. Rangkaian 24 nilai tahanan ini disebut sebagai seri E24.
Kode warna resistor
- Cincin pertama : Digit pertama dari nilai tahanan
- Cincin kedua : Digit kedua dari nilai tahanan
- Cincin ketiga : Faktor pengali-sebuah nilai pemangkatan bilangan 10, atau banyaknya angka nol dibelakang kedua digit pertama.
Contoh 1
Warna cincin-cincin pada badan resistor adalah kuning, ungu dan merah.
Kuning berarti ‘4’, Ungu berarti ‘7’, Merah berarti ‘2’
Tuliskan ‘4’,
kemudian ‘7’ selanjutnya ikuti kedua angka ini dengan dua buah angka nol. Hasil
yang didapatkan adalah :
4700 Ω Umumnya, kita menuliskan nilai ini sebagai : 4,7 k Ω
Contoh 2
Cincin-cincin
pada badan resistor memiliki warna-warna putih, cokelat, dan kuning.
Putih berarti ‘9’, Cokelat berarti ‘1’, Kuning berarti ‘4’
Tuliskan ‘9’,
kemudian ‘1’, selanjutnya ikuti kedua angka ini dengan empat buah angka nol.
Hasil yang didapatkan adalah :
910,000 Ω atau
910 k Ω
Terdapat pula
sebuah sistem pengkodean yang serupa, yang menggunakan empat buah cincin, untuk
mengindikasikan nilai-nilai tahanan pada resistor-resistor presisi-tinggi.
Protoboard
Sebuah protoboard
(atau breadboard)
memungkinkan kita menyusun sebuah rangkaian listrik dengan mudah dan cepat. Protoboard
adalah sebidang papan plastik berbentuk persegi yang memiliki baris-baris
lubang-tancap. Lubang-lubang yang ada pada tiap-tiap baris saling tersambung
secara elektris satu sama lainnya, sebagaimana diperlihatkan pada foto dibawah
ini.
Apabila anda menancapkan dua buah komponen rangkaian
atau lebih ke lubang-lubang pada satu baris yang sama, arus dapat mengalir dari
satu komponen ke komponen lainnya.
Tahanan listrik pada sebuah meteran analog
Skala ini untuk
tahanan listrik pada sebuah meteran analog dibaca dari kanan ke kiri dan tidak
bersifat linear. Hal ini berarti bahwa, semakin mendekati ujung tertinggi
(kiri) skala, titik-titik nilai menjadi semakin banyak dan saling berdekatan.
Resistor variabel
Apabila kita
ingin dapat mengubah-ubah nilai tahanan pada salah satu bagian rangkaian listrik,
kita membutuhkan sebuah resistor
variabel. salah satu jenis resistor variabel adalah potensiometer. Jenis ini seringkali digunakan untuk mengaplikasikan
aplikasi pengaturan volume suara pada perangkat-perangkat audio. Potensiometer seringkali
disebut sebagai ‘pot’ saja,
Foto disamping memperlihatkan sebuah potensiometer geser, yang memiliki sebuah pita film, disebut sebagai ‘jalur’ (track), yang terbuat dari karbon. Pada jenis-jenis potensiometer yang lebih tahan lama dan akurat, jalur ini terbuat dari bahan keramik yang bersifat konduktif. Ujung-ujung jalur terhubung ke dua buah terminal potensiometer.
Terminal ketiga dari komponen ini disambungkan ke apa yang disebut sebagai wiper. Wiper adalah sebuah strip (lempengan kecil dan tipis) logam bersifat lentur, yang menempel dan menekan kuat jalur karbon untuk membentuk suatu hubungan listrik. Wiper terpasang pada sebuah kenop geser, yang digunakan untuk memindah-mindahkan posisi wiper disepanjang jalur karbon. Dengan berpindahnya wiper pada jalur karbon, jarak antara salah satu ujung jalur (misalnya, ujung A) dengan posisi wiper (W) mengalami perubahan. Perubahan jarak ini berdampak pada berubahnya nilai tahanan listrik antara A dan W.
Tips perancangan :
Pot harus digunakan secara berhati-hati. Apabila
posisi wiper telah berada didekat salah satu ujung jalur, nilai tahanan antara
wiper dengan ujung terdekat menjadi sangat kecil Sebagai akibatnya, arus
listrik yang melewati bagian jalur itu menjadi terlalu besar dan dapat
menghanguskan jalur karbon. Apabila memungkinkan, pasanglah sebuah resistor
tetap berukuran kecil secara seri terhadap wiper atau jalur karbon karbon, guna
membatasi arus listrik agar tetap berada pada taraf aman.
Rating daya
Banyak resitor
tetap yang dirancang untuk menghantarkan listrik pada rating daya yang tidak
lebih dari seperempat watt (250mW). Daya maksimum ini tidak boleh dilampui.
Contoh 1
Arus yang
mengalir melalui sebuah resistor 250mW
adalah 10 mA dan tegangan yang bekerja pada ujung-ujungnya adalah 5V. Daya
resistor, oleh karenanya, adalah 0,01x5 = 0,05 W = 50 mW. Karena memiliki
rating 250 mW, resistor ini dapat bekerja dengan aman pada daya 50 mW. Resitor
ini hanya akan menjadi sedikit panas akibat arus yang mengalir melewatinya.
Beberapa
resistor dibuat dengan rating daya yang lebih tinggi/besar, seperti misalnya
0,5 A; 1 A; 5 A. Beberapa diantaranya bahkan mampu bekerja dengan daya hingga
beberapa ratus watt. Rating ini lebih besar dibandingkan dengan yang dipakai
untuk resistor-resistor daya rendah pada umumnya. Resistor-resistor dengan
rating setinggi ini biasanya terdiri dari sebuah kumparan kawat tipis yang
dililitkan pada sebuah inti keramik.
Pot-pot tipikal
dirancang untuk bekerja pada rating daya maksimum sebesar 0,2 W hingga 0,5 W.
Pot-pot dengan rating yang lebih tinggi, hingga 3 W, biasanya terdiri dari
sebuah kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah inti keramik.
Toleransi
Pada umumnya
badan resistor terdapat cincin warna keempat, yang ditempatkan pada ujung yang
berlawanan dengan ketiga cincin lainnya. Cincin warna ini menjadikan toleransi
atau tingkat kepresisian resistor. Cincin ini memberitahukan pada kita,
seberapa jauh nilai tahanan aktual resistor akan menyimpang (atau berbeda) dari
nilai tahanan nominal yang
dinyatakan oleh kode warna resistor.
Contoh 1
Sebuah
resistor 470 Ω memiliki sebuah cincin toleransi berwarna emas. Hal ini berarti
bahwa toleransi resistor adalah ±5%. Dengan menghitung 5% dari 470 Ω, kita
mendapatkan nilai 470 x 5/100 = 23,5 Ω. Dengan demikian, nilai tahanan aktual
resistor dapat berubah-ubah antara :
470
– 23,5 = 466,5 Ω
hingga
470 + 23,5 = 493,5 Ω
contoh 2
Sebuah
resistor 22 kW tidak memiliki cincin toleransi pada badannya. Tingkat
kepresisian resistor ini, oleh karenanya, adalah ±20%. Menghitung 20% dari 220
kΩ, kita mendapatkan nilai 220 x 20/100 = 44 kΩ.
Nilai
tahanan aktual resistor dapat berubah-ubah antara :
220
– 44 = 176 kΩ
hingga
220 + 44 = 264 kΩ
Alasan penggunaan seri
E24
Akan
menghabiskan biaya yang sangat besar kita harus membuat dan menyediakan semua
nilai tahanan yang mungkin ada bagi resistor, mulai 1 W hingga 1 mW. Demikian
pula, karena toleransi sebesar 5% dirasakan cukup untuk penerapan pada
kebanyakan rangkaian listrik, nilai-nilai tahanan yang ada pada seri E24 telah
dianggap memadai untuk mencakup semua nilai tahanan yang digunakan dalam
aplikasi sesungguhnya. Sebagai contoh, perhatikan empat nilai tahanan nominal
berikut ini :
Kisaran
tiap-tiap nilai diatas sedikit berimpit dengan kisaran nilai terdekat sesudah
dan sebelumnya. Pada toleransi 5%, membuat resistor-resistor dengan nilai
diantara nilai-nilai E24 ini sama sekali tidak ada gunanya.
Rangkaian resistor
Apabila
dua buah resistor atau lebih disambungkan satu sama lainnya, terbentuklah
sebuah rangkaian resistor. Topik ini
akan mengupas beberapa jenis rangkaian resistor yang umum dijumpai, dengan berbagai
karakteristiknya.
Resistor-resistor dalam
hubungan seri
Apabila
dua buah resistor atau lebih disambungkan pada ujung-ujungnya sehingga arus
listrik mengalir melewati masing-masing resistor secara bergiliran, maka
resistor-resistor ini dikatakan terhubung secara seri. Bandingkanlah hal ini dengan sel-sel listrik yang dihubungkan
secara seri. Kita dapat menentukan nilai
tahanan efektif resistor-resistor seri dengan menjumlahkan nilai-nilai tahanan dari semua resistor tersebut.
Contoh
Untuk
tiga buah resistor yang dirangkaikan secara seri pada gambar diatas, tahanan
efektifnya adalah 380 + 68 + 270 = 668Ω. Untuk memastikan kebenaran perhitungan
ini, perhatikan bahwa tahanan efektif selalu lebih besar dari nilai tahanan
masing-masing resistor secara terpisah.
Aturan-aturan arus
Tiga kawat atau lebih didalam sebuah rangkaian listrik bertemu pada satu titik. Muatan-muatan listrik tidak mungkin berkumpul dan menumpuk menjadi semakin besar pada titik persambungan ini. Muatan-muatan listrik yang tidak mungkin hilang dan menjadi semakin kecil pada titik persambungan ini. Dengan demikian :
Arus listrik total yang datang ke sebuah titik persambungan adalah sama dengan arus listrik total yang meninggalkan titik persambungan tersebut.
Contoh
Arus listrik total yang datang ke titik persambungan adalah 2,1 + 2,4 = 4,5 A. Arus listrik total yang meninggalkan titik persambungan adalah 1,5 + 3,0 = 4,5 A.
Didalam sebuah rangkaian seri (rangkaian dimana semua komponennya terhubung secara seri), tidak terdapat satu titik pun dimana muatan dapat masuk atau meninggalkan rangkaian. Dengan demikian :
Besarnya
arus listrik sama disetiap titik pada sebuah rangkaian seri.
Contoh
Apabila kita bergerak disepanjang rangkaian listrik dengan mengikuti arah aliran arus, kita akan mengetahui bahwa terdapat sebuah jatuh tegangan pada tiap-tiap resistor. Sebaliknya, terdapat sebuah kenaikan tegangan pada tiap-tiap sel listrik yang ada di dalam rangkaian. Besarnya jatuh tegangan pada masing-masing resistor ditentukan oleh Hukum Ohm. Aturan tegangan yang berlaku adalah :
Jumlah
jatuh tegangan dari semua resistor yang ada didalam sebuah rangkaian seri sama
dengan jumlah kenaikan tegangan pada sel-sel listrik didalam rangkaian.
contoh
·
Diagram dibawah ini
memperlihatkan sebuah rangkaian listrik, dimana resistor-resistor terhubung secara paralel.
Didalam
sebuah rangkaian paralel, terdapat jatuh tegangan yang sama besarnya pada
tiap-tiap komponen.
Rangkaian pembagi
tegangan
Rangkaian
semacam ini disebut juga sebagai rangkaian pembagi potensial (potential divider). Input ke sebuah
rangkaian pembagi tegangan adalah tegangan Vin.
Tegangan ini menggerakkan arus i
untuk mengalir melewati kedua resistor. Karena kedua resistor terhubung secara
seri , arus yang sama besarnya mengalir melewati tiap-tiap resistor (aturan
arus kedua).
Tahanan
efektif dari kedua resistor seri ini adalah R1 + R2.
Jatuh tegangan pada gabungan kedua resistor ini adalah Vin,
Menurut hukum ohm, arus yang
mengalir adalah :
Dengan
sekali lagi menggunakan hukum ohm, tegangan pada resistor R2 adalah
:
Mensubtitusikan
i dengan persamaan pertama
menghasilkan :
Persamaan
ini adalah persamaan untuk menghitung tegangan output yang dihasilkan oleh
sebuah rangkaian pembagi tegangan. Dengan memilih dua buah resistor dengan
nilai tahanan yang sesuai, kita dapat memperoleh nilai tegangan output manapun
didalam kisaran 0V hingga Vin.
Contoh
Pada
sebuah rangkaian pembagi tegangan, Vin
= 6V, R1 = 220 Ω
dan R2 = 390 Ω. Hitunglah Vout
yang dihasilkan .
Resistor-resistor
dalam hubungan pararel
Tahanan efektif dari dua buah resistor atau lebih yang
terhubung secara pararel, dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
Banyaknya kuantitas pada sisi sebelah kanan persamaan sama dengan banyaknya resistor yang disambungkan secara pararel.
Tahanan efektif dari rangkaian di sebelah ini dapat
ditentukan dengan menghitung:
Perhatikan: Tahanan efektif dari sebuah rangkaian
pararel selalu lebih kecil daripada nilai tahanan terkecil yang ada di dalam
rangkaian.
Rangkaian
campuran
Di dalam sebuah rangkaian campuran sebagian di antara
resistor-resistor yang ada didalamnya terhubung secara seri sedangkan bagian
lainnya terhubung secara pararel. Carilah kelompok-kelompok tahanan didalam
rangkaian tersebut, yang semuanya terhubung secara seri atau yang semuanya
terhubung secara pararel. Gambarkan kembali rangkaian itu, dengan menggantikan
tiap-tiap kelompok resistor dengan sebuah tahanan ekivalen. Secara bertahap,
sederhanakanlah rangkaian tersebut hingga menghasilkan sebuah tahanan akhir
tunggal.
Contoh 1.
Contoh 2.
Kode cetak resistor
Kode ini terkadang digunakan untuk menggantikan kode warna resistor. Kode semacam ini disebut juga sebagai kode BS1852. Kode ini menggunakan salah satu diantara ketiga huruf dibawah ini untuk mengindikasikan satuan titik decimal dari nilai tahanan. Ketiga huruf tersebut adalah:
Contoh
Sebuah huruf kedua ditambahkan di akhir kode untuk mengindikasikan toleransi:
Contoh
9K1J mengindikasikan sebuah resistor bernilai tahanan
9,1 kΩ dengan toleransi ±5%.
12KK mengindikasikan sebuah resistor bernilai tahanan
12kΩ dengan toleransi ±10%
Multiturn trimmer
Komponen ini
digunakan ketika kita perlu menyesuaikan tahanan resistor variabel dengan
kepresisian yang tinggi. Wiper digeser dengan menggunakan sebuah mekanisme
sekrup. Untuk menggeser wiper dari ujung-ke-ujung pada jalur karbon, kita harus
memutar sekrup beberapa kali.
‘kepala’ sekrup
dapat dilihat berada pada sisi trimmer dalam foto diatas. Kita harus memutar
sekrup sebanyak 10 kali untuk menggeser wiper dari satu ujung jalur ke ujung
lainnya. Trimmer-trimmer yang akurat bahkan membutuhkan 18 hingga 25 putaran.
Kita mulai dengan membahas apa yang akan terjadi apabila kita menggunakan nilai-nilai tegangan listrik yang berbeda untuk mengalirkan arus melalui sebuah konduktor. Kita akan menggunakan sebuah bahan konduktor yang buruk, semisal karbon, sehingga arus yang mengalir tidak akan terlalu besar untuk dapat diukur dengan sebuah multimeter biasa.
Hukum Ohm
Hasil dari pengkajian diatas memperlihatkan bahwa :
Arus yang mengalir melewati batang karbon sebanding dengan beda tegangan antara ujung-ujung batang karbon
Hal ini pertama kali diketahui, dengan menggunakan sepotong kawat, oleh Gregor Ohm, sehingga fakta ini disebut sebagai Hukum Ohm. Hukum ohm berlaku terhadap semua konduktor. Kita dapat menuangkannya ke dalam persamaan :
Anda mungkin dapat memperhatikan didalam kelas anda bahwa orang-orang yang berbeda, ketika menggunakan batangan-batangan karbon yang berbeda, memperoleh hasil perhitungan (konstanta) yang juga berbeda. Nilai konstanta yang didapatkan merupakan karakteristik yang spesifik dan unik dari batang karbon yang digunakan. Kita menyebut nilai konstanta ini sebagai tahanan listrik atau resistansi batang karbon. Sekarang kita dapat menuliskan persamaan diatas sebagaimana berikut ini :
Satuan tahanan listrik
Apabila tegangan listrik dinyatakan dalam satuan volt dan arus listrik dalam amp, maka satuan untuk tahanan listrik adalah Ohm, dengan simbol Ω. Simbol ini adalah huruf latin kapital omega.
Satuan-satuan yang lebih besar untuk tahanan adalah kilohm (k) dan megaohm (M)
1 kΩ = 1000 Ω
1MΩ = 1000 kΩ
Persamaan-persamaan Hukum Ohm
Persamaan yang diberikan dihalaman sebelah dapat dituliskan dalam tiga bentuk
Tahanan = Tegangan / Arus
Arus = Tegangan / Tahanan
tegangan = arus x tahanan
Apabila kita mengetahui dua diantara ketiga besaran diatas, kita dapat menghitung besaran ketiga. Ketiga persamaan ini adalah yang paling sering muncul didalam elektronika sehingga anda harus sering mengingatnya. Cara termudah untuk melakukan hal tersebut adalah dengan menghafalkan diagram berikut :
untuk menggunakan diagram ini, tutuplah besaran yang hendak anda cari. Diagram akan memperlihatkan dua besaran yang anda ketahui nilainya, dengan susunan sebagaimana terlihat didalam persamaan.
Contoh
Untuk menghitung arus listrik :
Arus sama dengan ‘tegangan diatas tahanan’. Cobalah lakukan hal ini untuk menentukan kedua besaran lainnya.
Simbol-simbol untuk ketiga besaran
Anda telah mengetahui simbol-simbol untuk satuan-satuan besaran listrik, seperti misalnya A, V, dan W. Akan sangat membantu kiranya kita juga mengetahui simbol-simbol untuk besaran-besaran listrik itu sendiri. Hal ini memungkinkan kita menuliskan persamaan-persamaan dengan lebih cepat dan lebih sederhana. Simbol-simbol untuk besaran-besaran listrik adalah :
I untuk besaran arus listrik
V untuk besaran tegangan listrik
R untuk besaran tahanan listrik
Simbol-simbol untuk besaran-besaran listrik dituliskan dalam bentuk huruf-huruf cetak miring (italic). Dengan menggunakan simbol-simbol ini sebagai pengganti kata-kata, ketiga persamaan Hukum Ohm dapat dituliskan sebagai :
R=V/I
I=V/R
V=IR
Mengukur Tahanan Listrik (Resistor)
Pembahasan ini mengupas cara lain untuk mengukur tahanan listrik. Metode ini menggunakan dua buah perangkat meteran yang terpisah, yaitu sebuah ammeter untuk mengukur arus (I) dan sebuah voltmeter untuk mengukur tegangan (V).
R adalah tahanan yang hendak diukur. Ammeter mengukur arus yang mengalir melewati R. Voltmeter mengukur tegangan pada R. Nilai-nilai yang dituliskan dekat tiap tiap meteran dalam diagram diatas adalah simpangan skala penuh dari meteran yang bersangkutan. Kedua nilai ini adalah nilai arus maksimum dan nilai tegangan maksimum yang dapat diukur oleh meteran yang bersangkutan.
Catu V+ dapat berubah-ubah hingga maksimum 10V. Gunakan sebuah PSU atau sambungan beberapa sel listrik yang berbeda untuk mendapatkan tegangan yang bervariasi ini. Cobalah 4 atau 5 nilai tegangan yang berbeda. Ukurlah I dan V untuk masing-masing nilai tegangan dan hitunglah R=VI.
Akan muncul sedikit galat (error) dalam percobaan ini. Sebagian arus yang melewati ammeter terpecah dan mengalir ke arah voltmeter, namun tidak melewati R. Dengan demikian, pembacaan arus listrik yang diperlihatkan ammeter adalah terlalu besar, Akan tetapi, voltmeter hanya menarik arus relative sangat kecil dibandingkan dengan arus yang melewati R, sehingga galat ini juga relative kecil.