Arus
dan voltan a.u. (arus-ulangalik) berbeza dari arus dan voltan a.t. (arus-terus)
kerana
nilainya
sentiasa berubah terhadap masa pada setiap ketika. Oleh kerana itu nilai
a.u.
dinyatakan
dalam 3 bentuk iaitu:
(i)-
Nilai puncak >> nilai yang paling positif yang dicapai
(ii)-
Nilai purata >> nilai pertengahan
(iii)-Nilai
r.m.s./nilai efektif >> nilai berkesan nilai yang sama dengan pemanasan
satu
rintangan.
Ketiga-tiga
nilai tersebut boleh dikira melalui graf dan melalui persamaan. Ia juga
mempunyai
hubungan
antara satu sama lain.
Gelombang sinus
Rajah 3.1: Gelombang sinus
, f: isyarat gelombang sinus
jika f = Vp sin a , Vp: Amplitud voltan
maka berpandukan Rajah 1:
Vpurata = 0 (bahagian positif = bahagian negatif)
Gelombang Penuh
Gelombang Separuh
Jadual
1 di bawah menunjukkan perkaitan antara gelombang penuh , gelombang separuh
penuh
dan
gelombang separuh penuh dan gelombang sinus untuk perbandingan:
Jenis gelombang
Vpurata
Vrms
Sinus
0.0
0.707 Vp
Separuh
0.318 Vp
0.5 Vp
Jadual 1
3.2 Instruments pengukuran a.u.
Pergerakan
meter
Pengunaan dc Pengunaan ac
Aplikasi
Elektro-dinamometer
Ya
Ya
Meter ‘standard’, meter watt
dan meter frekuensi
Meter
Elektro statik
Ya
Ya
Mengukur voltan tinggi dimana
sedikit arus dapat dibekalkan oleh
litar
Termokopel
Ya
Ya
Mengukur frekuensi ac isyarat radio
Meter
d’Arsonval(MKGB)
Ya
Ya
Digunakan paling luas mengukur arus,
voltan terus dc dan ac dan rintangan
Meter MKGB dan penerus
Meter MKGB (Magnet Kekal Gelung Bergerak)boleh digunakan dalam pengukuran
arus ulang alik
dengan
menambah penerus yang akan menyebabkan gelombang pada kitar positif sahaja
supaya
pengukuran
boleh dibuat .
Arus/voltan a.u. tidak tetap dan sentiasa berubah dan apabila membaca bacaan
penunjuk akan
sentiasa
bergerak dari nilai yang negatif ke nilai yang paling positif. Sementara
sekiranya frekuensi yang
terlibat
ialah frekuensi tinggi maka penunjukakan hanya bergetar pada nilai sifar
kerana penunjuk tidak dapat
mengekor
bacaan. Terdapat dua jenis penerus iaitu penerus gelombang separuh dan
penerus gelombang penuh.
Terdapat
dua jenis meter voltan au iaitu meter voltan au gelombang separuh dan meter
voltan au gelombang
penuh.
Diod digunakan sebagai penerus dan hanya membenarkan arus mengalir satu
arah sahaja. Semasa
kitar
positif diod berkeadaan litar pintas dan pada kitarnegatif berkeadaan litar
buka. Voltan yang diperlukan
untuk
untuk mengoperasi diod jenis silikon ialah 0.7V manakala bagi diod Germaniu
memerlukan 0.3V.
Meter voltan a.u. gelombang separuh
Jika
kita menambah diod ke dalam litar voltan dc,seperti di rajah bawah , kita
peroleh satu litar yang
dapat
ukur voltan ac.
Kepekaan
metervolt dc,
Sdc = 1 / Ifs = 1/ 1mA = 1000k ohm/V
Dari
jadual 1 hubungan Vp, Vrms dan Vpurata:
Vpurata
= Va.t. = 0.318Vp = 0.45 Vrms
Maka
untuk voltan 10Vrms meter akan memberikan bacaan
4.5Va.t.
sahaja, kerana meter hanya membaca bacaan purata(a.t.) sahaja.
*Nota
>>diod dianggap unggul dimana rintangannya tidak diambil kira ialah
Kepekaan
meter voltan au gelombang separuh ialah
Sa.u. = 0.45 Sa.t.
Rumus
yang boleh diguna,
Rs = Edc /Idc - Rm
Contoh
3.1
Bagi
litar separuh gelombang diatas, kirakan nilai perintang pekali (Rs) bagi
meter voltan gelombang
separuh
berjulat 10Vrms. Diberi Ifs = 2mA dan Rm = 500 ohm .
Cara
1:
Dapatkan
kepekaan meter MKGB
a) Sdc
= 1/ Ifs = 500 ohm/V
Rs =
Sdc x julat dc – Rm
= 500 ohm/V x 0.45 Erms - 500 ohm
= 1750 ohm
b) Sac
= 0.45 Sdc = 450 ohm/V
Rs =
Sac x julat ac – Rm
=1750 ohm
c) Rs
= 0.45Erms/Ifs – Rm
= 1750 ohm
Ketiga-tiga
cara di atas memberi nilai Rs yang sama.
Pengeluaran
voltmeter ac dengan penerus separuh gelombang menggunakan tambahan satu
diod dan
satu
lagi perintang Rsh yang disambung secara selari dengan Rm.. Fungsi Rsh
adalah untuk meninggikan
arus
melalui D1 semasa kitar positif masukan,dengan itu diod akan beroperasi
dalam bahagian julat linearnya.
Dengan
ini akan memperbaiki lagi kelinearan meter au ketika pengukuran voltan
pada nilai rendah.
Manakala
D2 dipincang songsang semasa kitar positif masukan dan mempunyai rintangan
infiniti.
Pada
kitar negatif masukan D2 akan pincang hadapan dan
menyediakan
jalan altenatif kepada arus bocor dari melalui meter MKGB dan D1.
Rajah 3.7: Meter voltan a.u. gelombang separuh dengan Rsh dan D2
Contoh 2.
Berpandukan
rajah di atas, kirakan nilai rintangan Rs, kepekaan meter Sa.u. dan Sa.t.
yang setara
jika
nilai Rm = 500 ohm , Ifsd = 100µA, Rsh = 500 ohm , rintangan
pincang hadapan diod 100 ohm
dan
pincang belakang infiniti. Julat meter 10Vrms.
a) Ish
= Vm/Rsh
= ImRm/ Rsh
= 100mA
It = Im + Ish
= Idc = 200mA
Vdc = 0.45Vpmkd = 4.5V
Rt = Vdc/ Idc
= 22.5k ohm
Rt = Rs + Rd + Rm//Rsh
Rs = 22.375k ohm
b) Sac
= Rt / Vfs = 2250k ohm
c) Sdc
= 2250/0.45 = 5000k ohm
Meter
voltan gelombang penuh
Meter
voltan gelombang penuh mempunyai empat empat penerus atau diod. Ia berupaya
menukar
semua
gelombang masukan, samaada kitar negatif ataupun positif kepada kitar positif
sahaja..
Rajah 3.8: Meter voltan a.u. gelombang penuh
Pada
kitar positif , arus melalui D2>>meter?>>D3. Pada kitar negatif , arus
melalui D4>> meter>>D1.
Vpurata = Va.t. = 0.707Vp = 0.9 Vrms
Maka,
masukan voltan 10Vrms akan memberikan bacaan 9.0 Va.t. kerana meter
hanya membaca
bacaan
purata (a.t.) sahaja tetapi lebih baik daripada meter separuh gelombang,.
Rumus
yang diguna untuk mencari Rs
Rs = Vat / Iat – Rm
Kepekaan
meter voltan a.u. gelombang penuh ialah
Sa.u. = 0.9 Sa.t.
Contoh 3.
Merujuk
rajah meter voltan gelombang penuh di atas , Meter MKGB yang digunakan
mempunyai
Rm =
200 ohm dan Ifsd = 2mA . Jika Rsh yang digunakan bernilai 200 ohm , kirakan
nilai perintang pekali
Rs yang
diperlukan supaya meter mempunyai julat 10Vrms. Setiap diod mempunyai rintangan
purata
rintangan
hadapan 100 ohm dan rintangan pincang belakang infiniti.
a) cari
Rs
b) Sac
c) Sdc
Ish =
Em/ Rsh
= 2mA
It=
Ish + Im
= 4mA
Edc
= 9.0V
Rt =
Edc/ It
= 2250 ohm
maka,
Rs = Rt – 2Rd - Rm//Rsh
= 2250 ohm - 200 ohm - 100 ohm
= 1950 ohm
b) kepekaan
ac,
Sac = Rt/ julat
= 225 ohm/V
c) kepekaan
dc,
Sdc = 225/ 0.9
= 250 ohm