Rumus Rangkaian Pembagi Tegangan dan Contoh Soal
Rangkaian pembagi tegangan (voltage divider) merupakan suatu hal dasar yang harus dikuasai apabila ingin mendesain sirkuit elektronik.
Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk menghasilkan level tegangan yang berbeda dari sumber tegangan yang sama, tetapi karena pembagi tegangan menggunakan rangkaian seri maka arusnya tetap sama.
Pembagi tegangan atau sering juga disebut sebagai pembagi potensial adalah rangkaian pasif sederhana yang memanfaatkan efek tegangan yang dijatuhkan pada komponen yang dihubungkan secara seri.
Ini karena dalam aturan rangkaian seri, tegangan total sama dengan jumlah penurunan tegangan individu.
Potensiometer merupakan resistor variabel dengan kontak geser adalah contoh paling dasar dari pembagi tegangan karena kita dapat menerapkan tegangan pada terminalnya dan menghasilkan tegangan output sebanding dengan posisi mekanis kontak gesernya.
Walau begitu, untuk membuat pembagi tegangan dapat juga menggunakan resistor (biasa), kapasitor, dan induktor.
Hal utama yang harus dipahami dari pembagi tegangan:
- Pembagi tegangan didefinisikan sebagai rangkaian yang digunakan untuk mengurangi nilai tegangan yang besar ke nilai yang lebih kecil.
- Rangkaian pembagi tegangan memberikan tegangan keluaran yang diperlukan sebagai pecahan dari tegangan masukan yang dapat dimanipulasi menggunakan rumus.
- Rangkaian pembagi tegangan adalah rangkaian yang membagi nilai tegangan tunggal menjadi beberapa nilai keluaran.
Baca Juga: Rumus Listrik Dasar Tegangan, Arus, Hambatan, dan Daya
Rangkaian Pembagi Tegangan Sederhana
Bentuk paling sederhana, paling mudah dipahami, dan paling dasar dari rangkaian pembagi tegangan adalah dua resistor yang dihubungkan secara seri.
Kombinasi dasar tersebut memungkinkan kita untuk menggunakan aturan pembagi tegangan untuk menghitung penurunan tegangan pada setiap resistor.
Dengan tegangan suplai atau tegangan sumber (VS) yang diterapkan pada rangkaian seri, kita dapat menerapkan Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL) dan juga menggunakan Hukum Ohm untuk menemukan tegangan yang mengalami penurunan pada setiap resistor dalam bentuk arus total yang mengalir melaluinya.
Untuk lebih jelas lagi pahami di bawah ini bagaimana rumus pembagi tegangan didapat.
Contoh soal
Soal No.1
Dalam sebuah rangkaian terdapat dua resistor, R1 = 20 Ω dan R2 40 Ω yang dirangkai secara seri dengan sumber tegangan baterai 12 V. Hitunglah besarnya arus yang mengalir pada sirkuit dan tegangan resistor 2 (VR2).
Soal no.2
Desainlah sebuah rangkaian dengan tegangan output 8V dan memiliki besar arus 80 mA. Sementara itu, sumber tegangannya menggunakan baterai 12 V.
Soal no.3
Dalam sebuah rangkaian terdapat dua resistor yang dirangkai secara seri, R1 = 100 Ω dan R2 = 100 Ω. Hitunglah besarnya tegangan pada resistor dua (R2) apabila pada R2 disambungkan (secara paralel) dengan hambatan sebesar 1K Ohm?
Baca Juga: Hukum Kirchhoff 1 dan 2: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya
Titik Penyadapan Tegangan dalam Rangkaian Pembagi Tegangan
Dalam suatu rangkaian, sering kali membutuhkan beberapa titik tengangan output. Oleh karena itu, dalam rangkaian pembagi tegangan umum dilakukan memasang hambatan secara seri untuk mendapatkan tegangan berbeda-beda sesuai kebutuhan.
Pada gambar di atas merupakan rangkaian seri di mana terdapat empat hambatan yang terhubung dengan tegangan sumber.
Di sepanjang rangkaian seri terdapat titik sadap tegangan yang berbeda, yaitu A, B, C, D, dan E.
Resistansi total dalam rangkaian seri dapat ditentukan hanya dengan menjumlahkan seluruh nilai resistansi dari setiap hambatan.
Pada gambar di atas nilai total resistansinya adalah 26K Ω.
Sementara itu, tegangan individu yang turun melintasi hambatan dapat ditentukan menggunakan persamaan VR1 = VAB, VR2 = VBC, VR3 = VCD, dan VR4 = VDE.
Level tegangan pada setiap titik sadap diukur tentu dengan memperhatikan ground (0V).
Dengan demikian, level tegangan pada titik D akan sama dengan VDE, dan level tegangan pada titik C akan sama dengan VCD + VDE.
Dengan kata lain, tegangan pada titik C adalah jumlah dari dua penurunan tegangan pada R3 dan R4.
Pembagi Tegangan Negatif dan Positif
Dalam rangkaian pembagi tegangan sederhana, semua tegangan keluaran direferensikan dari titik ground (tegangan nol) yang sama, tetapi kadang-kadang perlu untuk menghasilkan tegangan positif dan negatif dari suplai tegangan sumber tunggal.
Misalnya, tingkat tegangan yang berbeda dari PSU komputer, -12V, +3.3V, +5V dan +12V, sehubungan dengan terminal ground referensi umum.
Contoh soal
Dengan menggunakan Hukum Ohm, tentukan nilai resistor R1, R2, R3, dan R4 yang diperlukan untuk menghasilkan level tegangan -12V, +2V, +6V, dan +12V jika daya total yang disuplai ke rangkaian pembagi tegangan tanpa beban adalah 24 volt DC, 60 watt.
Dalam contoh pada gambar di atas, titik referensi ground tegangan nol telah dipindahkan untuk menghasilkan tegangan positif dan negatif yang diperlukan, sambil mempertahankan jaringan pembagi tegangan di seluruh suplai.
Dengan demikian, keempat tegangan diukur sehubungan dengan titik referensi umum ini sehingga titik D berada pada potensial negatif yang diperlukan -12V sehubungan dengan ground.
