Voltmeter merupakan alat ukur yang umum digunakan untuk mengukur tegangan. Voltmeter dibagi menjadi 2, yaitu voltmeter AC dan voltmeter DC. Pada dasarnya, voltmeter AC dan voltmeter DC sama prinsipnya yaitu mengukur beda tegangan.

Saat ini, alat ukur dibedakan menjadi 2 juga, yaitu alat ukur digital dan alat ukur analog. Masing-masing memiliki keunggulan yang tidak dimiliki lainnya. Sehingga, walaupun alat ukur analog sudah lebih dahulu dikenal, tapi saat ini masih dipakai sebagai alat ukur.

Untuk mengukur tegangan DC, kita bisa langsung membaca dengan ADC internal dari AVR. Namun perlu diketahui, bahwa tegangan maksimal input ke ADC adalah sebesar Vcc AVR. Sehingga jika ingin mengukur tegangan yang nilainya melebihi +5V, maka diperlukan sebuah pembagi tegangan. Pembagi tegangan ini berfungsi untuk menurunkan tegangan sampai batas kemampuan pembacaan ADC AVR.

Misalnya, kita akan mengukur tegangan DC dari 20V – 60V, maka kita mendesain pembagi tegangan yang hasilnya adalah maksimal +5V. Dengan Hukum Ohm, Hukum Kirchoff Tegangan dan Arus, maka kita dapat membuat range tegangan 20V-60V menjadi sekitar 0V-5V.

Pembagi Tegangan

Bagaimanakah caranya kita akan mendapatkan output tegangan dengan input tegangan 60V?

Caranya adalah kita membuat rangkaian pembagi tegangan yang sederhana dari dua buah resistor yang diseri. Sesuai dengan hukum Ohm, maka pada rangkaian seri, besar arus yang mengalir adalah sama, tegangan tergantung dari nilai hambatan yang dilaluinya. Secara matematik, dapat dituliskan:

V = I.R

Kemudian, jika ada dua buah resistor yang terpasang seperti gambar skema di bawah ini,

maka kita bisa menghitung nilai masing-masing tegangannya.

R1 = 11 k ohm

R2 = 1 k ohm

V = 60 Volt

maka arusnya:

I = V/R1+R2

= 60/12k

= 5 mA.

sesuai dengan hukum ohm di atas, maka arus yang mengalir pada tiap hambatan sama besarnya, sehingga tegangan masing-masing hambatan dapat dihitung:

VR1 = I . R1

= 5 mA . 11 k Ohm

= 55 Volt

VR2 = I . R2

= 5 mA . 1 k Ohm

= 5 Volt.

Jika menggunakan simulasi dengan software Altium, didapatkan grafik sebagai berikut:

Grafik tegangan VR2



Grafik IR1 dan IR2

Nampak oleh kita, bahwa antara perhitungan dengan simulasi menunjukkan persamaan. Sehingga kita bisa menggunakan nilai R1 = 11 kOhm dan R2 = 1 kOhm untuk membaca range tegangan maksimal 60VDC. Karena arus yang mengalir adalah sebesar 5mA, maka resistor yang kita pakai adalah 1/4 watt dengan toleransi 1%.

Bagimanakan jika kita ingin mengukur tegangan AC 220V?

Pada dasarnya, untuk mengukur tegangan AC 220V memiliki konsep yang sama. Tegangan AC yang akan kita ukur, kita searahkan (AC/DC) kemudian kita turunkan tegangannya sampai batas pembacaan ADC AVR.  Cara lain yang bisa dipakai adalah, menurunkan tegangan dari 240 VAC ke tegangan 5VDC baru kemudian disearahkan. Perbedaan pada kedua cara tersebut adalah penentuan dan pemilihan komponen yang dipakai. Jika cara pertama yang dipakai, maka penyearah (diode) yang dipakai harus memiliki kemampuan tegangan input lebih besar, sementara  hambatan yang dipakai bisa lebih kecil watt-nya. Jika cara yang kedua yang dipilih, maka hambatan yang dipakai harus mampu melewatkan arus yang lebih besar, sedangkan penyearah (diode) cukup memiliki kemampuan yang kecil.

Misalnya, kita tentukan batas atas pembacaan tegangan adalah 240 VAC, maka nilai ini kita konversi menjadi nilai 5VDC. Kita gunakan cara yang kedua, maka langkahnya:

1. Kita turunkan tegangan dari 240 V menjadi 5V

nilai hambatan yang dipakai adalah:

R1 = 1 MOhm

R2 = 22 KOhm.

Kita pilih R1 dengan nilai yang besar agar arus yang mengalir kecil, sehingga hambatan yang dipakai cukup dengan daya yang kecil.

sehingga kita bisa menghitung:

I = V/R1

= 240/1

= 24o uA

Jika menggunakan simulasi pada software Altium, kita mendapatkan hasil grafik berikut:

Gambar Grafik Output R2

Gambar Grafik setelah penyearah


dari gambar, kita melihat bahwa tegangan maksimal adalah 4,5V, sehingga tegangan inii bisa langsung dibaca oleh AVR.

Untuk melihat bagaimana konsep pembagi tegangan, silakan merujuk simulasi pembagi tegangan di sini.

Foto Sistem Voltmeter AC/DC

Tampilan Display Voltmeter AC/DC

Video Tes Voltmeter AC 1

Video Tes Voltmeter AC 2

Video Tes Voltmeter AC 2

Gambar Layout PCB

Gambar Schematic Voltmeter AC


Selamat mencoba!

untuk source code dan rangkaian silakan dicoba.

Iklan