Resistor: Cara Membaca, Menghitung, Memilih, dan Memakainya

Resistor membatasi aliran arus dalam rangkaian. Ia adalah salah satu komponen paling umum di papan mana pun, dan muncul di hampir setiap rangkaian yang akan Anda buat, dari satu LED sampai catu daya. Artikel ini menjelaskan apa yang dilakukan resistor, bahan pembuatnya, cara membaca pita warnanya, cara menghitung arus, tegangan, dan daya dengan hukum Ohm, cara resistor digabungkan secara seri dan paralel, serta cara memilih satu untuk rangkaian nyata. Contoh perhitungannya memakai angka yang bisa Anda periksa di atas kertas atau spreadsheet.

Yang Anda butuhkan

Anda memerlukan aritmetika dasar dan gambaran tentang apa itu tegangan dan arus. Multimeter sederhana berguna untuk mengukur resistansi dan tegangan, dan papan percobaan kecil dengan baterai 9 V atau catu daya USB sudah cukup untuk mencoba contoh-contohnya. Jangan pernah mengukur resistor saat ia terhubung dalam rangkaian yang sedang dialiri, dan jangan pernah menyambungkan resistor langsung ke baterai tanpa beban atau rencana untuk arusnya.

Ilustrasi

Topik 1: Apa yang dilakukan resistor

Resistor menentang aliran arus listrik. Besarnya penentangan itu disebut resistansi, diukur dalam ohm (Ω). Resistansi yang lebih besar membiarkan arus lebih sedikit mengalir pada tegangan yang sama. Resistor dipakai untuk membatasi arus, membagi tegangan, menetapkan waktu dalam rangkaian, dan menghasilkan panas pada pemanas.

Resistansi, tegangan, dan arus

Tegangan mendorong arus melalui rangkaian, dan resistansi melawannya. Arus mengalir lebih mudah melalui resistansi kecil dan lebih sulit melalui resistansi besar. Satu ohm adalah resistansi yang membiarkan satu ampere mengalir ketika satu volt diberikan padanya. Kebanyakan resistor dalam rangkaian berada di antara beberapa ohm dan beberapa megohm (MΩ).

Simbol skematik

Pada diagram rangkaian, resistor digambar sebagai garis zigzag atau persegi panjang, dengan nilainya ditulis di sebelahnya, misalnya 220 Ω atau 4,7 kΩ. Simbolnya tidak menunjukkan ukuran fisik atau peringkat daya, jadi periksa daftar komponen untuk detail tersebut.

Resistor tidak semuanya sama

Dua resistor dengan nilai yang sama bisa berperilaku berbeda jika peringkat daya, toleransi, atau perilaku suhunya berbeda. Resistor 220 Ω berperingkat 1/4 W adalah komponen yang berbeda dari resistor 220 Ω berperingkat 5 W, meskipun nilainya sama.

Topik 2: Bahan dan jenis

Resistansi sebuah resistor berasal dari bahan pembuatnya dan bentuk bahan itu. Produsen memilih bahan untuk mendapatkan keseimbangan yang tepat antara biaya, presisi, stabilitas, dan kemampuan menahan daya.

Komposisi karbon dan film karbon

Resistor komposisi karbon adalah campuran bubuk karbon dan pengikat. Dulu resistor ini umum, tetapi kurang stabil dan kurang akurat dibanding jenis yang lebih baru. Resistor film karbon melapisi batang keramik dengan lapisan karbon tipis, lalu memotong alur spiral untuk menetapkan nilainya. Harganya murah, dengan toleransi sekitar 5 persen, dan merupakan resistor yang biasa dipakai untuk proyek hobi.

Film logam dan oksida logam

Resistor film logam memakai lapisan tipis paduan logam, sering nikel-kromium, pada batang keramik. Resistor ini lebih akurat, dengan toleransi 1 persen atau lebih baik, dan berubah lebih sedikit terhadap suhu. Resistor oksida logam memakai lapisan oksida logam, seperti timah oksida, dan menahan panas lebih baik daripada film karbon dengan ukuran yang sama.

Gulungan kawat dan SMD

Resistor gulungan kawat melilitkan kawat logam, sering nikelin, di sekitar inti. Resistor ini menangani daya tinggi, dari beberapa watt sampai ratusan watt, dan dipakai dalam catu daya dan beban. Resistor pemasangan permukaan (SMD) adalah chip persegi panjang kecil yang disolder langsung ke papan, dengan nilainya dicetak sebagai kode, misalnya 472 untuk 4,7 kΩ.

Topik 3: Membaca kode warna

Kebanyakan resistor berlubang menggunakan pita berwarna untuk menunjukkan nilainya. Warnanya sama untuk setiap produsen, jadi setelah Anda memahami tabelnya, Anda bisa membaca resistor apa pun. Warna badan bukan bagian dari kode, dan pita dibaca dari ujung yang paling dekat satu sama lain.

Tabel warna

Hitam adalah 0, cokelat 1, merah 2, oranye 3, kuning 4, hijau 5, biru 6, ungu 7, abu-abu 8, dan putih 9. Untuk resistor 4 pita, pita pertama adalah digit pertama, pita kedua adalah digit kedua, pita ketiga adalah pengali (jumlah nol), dan pita keempat adalah toleransi. Emas adalah pengali 0,1 dan perak adalah 0,01.

Contoh perhitungan

Kuning, ungu, merah, emas berarti 4 dan 7, lalu dua nol dari merah, yang menghasilkan 4.700 Ω. Pita emas berarti toleransi ±5 persen, jadi nilai sebenarnya berada antara sekitar 4.465 Ω dan 4.935 Ω. Cokelat, hitam, hitam, emas berarti 10 dan tanpa nol, yang menghasilkan 10 Ω ±5 persen.

Warna toleransi

Cokelat adalah ±1 persen, merah ±2 persen, emas ±5 persen, dan perak ±10 persen. Resistor 5 pita menambahkan digit ketiga, jadi resistor presisi bisa berupa cokelat, hitam, hitam, hitam, cokelat untuk 100 Ω ±1 persen. Periksa jumlah pita terlebih dahulu, karena pembacaan 5 pita salah jika Anda memperlakukannya sebagai 4 pita.

Membaca dalam praktik

Pegang resistor sehingga pita toleransi berada di kanan, atau pita emas atau perak berada di ujung. Pita sering sulit terlihat dalam foto, jadi jika Anda tidak yakin, ukur resistor dengan multimeter sebelum memakainya.

Topik 4: Hukum Ohm: menghitung arus, tegangan, dan daya

Hukum Ohm menghubungkan tegangan, arus, dan resistansi: V = I × R. Jika Anda mengetahui dua dari ketiganya, Anda bisa mencari yang ketiga. Daya, energi yang diubah resistor menjadi panas, adalah P = V × I, dan juga bisa ditulis sebagai P = I² × R atau P = V² ÷ R.

Tiga bentuknya

Untuk mencari arus, I = V ÷ R. Untuk mencari tegangan, V = I × R. Untuk mencari resistansi, R = V ÷ I. Satuannya harus cocok: volt dengan ohm menghasilkan ampere, jadi 9 V pada 1.000 Ω menghasilkan 0,009 A, yaitu 9 mA.

Daya dan peringkat daya

Resistor yang menghilangkan terlalu banyak daya menjadi panas dan bisa berubah nilainya atau terbakar. Peringkat daya adalah jumlah maksimum yang bisa ditangani resistor secara terus-menerus tanpa rusak. Pilih peringkat dengan margin keamanan, sering minimal dua kali daya yang dihitung, karena resistor di dalam kotak yang hangat bekerja lebih panas daripada peringkatnya di udara terbuka.

Contoh perhitungan

Catu daya 9 V memberi daya pada LED merah yang turun sekitar 2 V. Resistor harus menanggung sisa 7 V. Dengan memilih 220 Ω, arusnya adalah 7 ÷ 220 = 0,0318 A, yaitu 31,8 mA, dan dayanya adalah 7 V × 0,0318 A = 0,22 W. Resistor 1/4 W hanya cukup pas, jadi pilih komponen 1/2 W untuk memberi margin.

Topik 5: Resistor seri dan paralel

Resistor digabungkan dengan dua cara dasar. Secara seri, mereka berbagi satu jalur untuk arus, dan resistansinya dijumlahkan. Secara paralel, mereka berbagi tegangan yang sama, dan resistansi gabungannya lebih kecil daripada yang paling kecil.

Seri

Untuk resistor yang diseri, R_total = R1 + R2 + R3. Dua resistor 220 Ω dan 330 Ω yang diseri menghasilkan 550 Ω. Arus yang sama mengalir melalui setiap resistor, dan tegangannya terbagi di antara mereka sebanding dengan nilainya.

Paralel

Untuk resistor yang diparalel, 1 ÷ R_total = 1 ÷ R1 + 1 ÷ R2. Dua resistor 100 Ω yang diparalel menghasilkan 50 Ω, karena arus memiliki dua jalur. Untuk hanya dua resistor, R_total = (R1 × R2) ÷ (R1 + R2). Resistor paralel juga berbagi daya, dan ini salah satu alasan memakainya untuk daya yang lebih tinggi.

Memakai keduanya bersama

Banyak jaringan nyata menggabungkan bagian seri dan paralel. Sederhanakan kelompok terkecil terlebih dahulu, gantikan dengan nilai ekuivalennya, dan ulangi sampai tersisa satu resistor. Selalu periksa daya di setiap bagian fisik, bukan hanya resistansi totalnya.

Topik 6: Pembagi tegangan dan resistor pull-up

Dua resistor yang diseri membentuk pembagi tegangan. Tegangan di titik di antara keduanya adalah pecahan dari tegangan masukan. Pembagi dipakai untuk membuat tegangan referensi yang lebih rendah bagi sensor atau pin mikrokontroler, dan resistor pull-up serta pull-down menetapkan level awal pada masukan digital.

Rumus pembagi

V_out = V_in × R2 ÷ (R1 + R2), di mana R1 adalah resistor di sisi masukan dan R2 adalah yang terhubung ke ground. Dengan masukan 12 V, R1 = 10 kΩ dan R2 = 4,7 kΩ, V_out = 12 × 4,7 ÷ 14,7 = 3,84 V. Pembagi menarik arus dari masukan, jadi hanya akurat jika beban pada keluaran menarik arus yang sangat kecil.

Pull-up dan pull-down

Resistor pull-up menghubungkan pin masukan ke catu, sehingga pin membaca tinggi ketika tidak ada yang menggerakkannya. Pull-down menghubungkan pin ke ground, sehingga pin membaca rendah. Nilai khasnya adalah 10 kΩ. Nilai yang lebih kecil menahan level dengan lebih kuat tetapi membuang lebih banyak daya, dan nilai yang lebih besar menghemat daya tetapi lebih peka terhadap derau.

Sensor yang berupa resistor

Termistor berubah resistansinya dengan suhu, resistor peka cahaya (LDR) berubah dengan cahaya, dan potensiometer adalah resistor variabel dengan penggeser. Setiap jenis dipakai dalam pembagi, sehingga tegangan keluarannya memberi tahu rangkaian apa yang sedang diukur sensor.

Topik 7: Memilih resistor untuk rangkaian nyata

Nilai hanyalah salah satu hal yang perlu dipilih. Peringkat daya, toleransi, perilaku suhu, ukuran, dan biaya semuanya penting, dan pilihan yang tepat bergantung pada pekerjaannya. Pilihan yang baik membuat rangkaian bekerja andal selama bertahun-tahun.

Mulai dari nilai dan daya

Hitung nilai yang Anda perlukan dari hukum Ohm, lalu hitung daya di resistor. Pilih nilai standar terdekat dari seri E12 atau E24, yang dijual di sebagian besar toko. Lalu pilih peringkat daya dengan margin minimal dua kali lipat.

Toleransi dan stabilitas

Untuk pembagi tegangan yang menetapkan referensi akurat, gunakan resistor film logam 1 persen. Untuk pembatas arus LED yang sederhana, film karbon 5 persen sudah baik. Presisi lebih mahal, jadi keluarkan uang di tempat ketepatan memengaruhi hasil.

Suhu dan lingkungan

Resistansi berubah dengan suhu. Resistor di dalam kotak yang panas, dekat regulator, atau di dalam mobil mungkin memerlukan koefisien suhu yang lebih rendah, peringkat daya yang lebih tinggi, atau jenis yang berbeda. Periksa lembar data untuk rentang suhu kerjanya.

Topik 8: Pengukuran dan kesalahan umum

Banyak masalah resistor berasal dari pengukuran di tempat yang salah, memakai nilai yang salah, atau lupa bahwa panas mengubah segalanya. Pelajari kebiasaan di bawah ini sebelum men-debug rangkaian.

Ukur resistansi dengan daya dimatikan

Multimeter mengukur resistansi dengan mengirim arus kecil melalui komponen. Matikan rangkaian dan lepaskan setidaknya satu ujung resistor, jika tidak jalur lain dalam rangkaian akan mengubah pembacaan. Pembacaan dalam rangkaian sering lebih rendah dari nilai sebenarnya karena adanya jalur paralel.

Kesalahan umum

Kesalahan umum termasuk membaca pita dengan urutan yang salah, memakai resistor 1/4 W di tempat daya memerlukan komponen yang lebih besar, lupa bahwa kelompok paralel lebih rendah daripada resistor tunggal mana pun, dan memasang resistor langsung ke baterai, yang menghasilkan arus besar yang bisa memanaskan dan merusak komponen.

Periksa hasilnya

Setelah membuat rangkaian, ukur tegangan di resistor dan arus yang melaluinya, lalu bandingkan dengan perhitungan Anda. Perbedaan kecil adalah hal yang wajar karena toleransi. Perbedaan besar berarti nilai yang salah, sambungan yang salah, atau komponen yang terlalu panas.

Topik 9: Contoh rangkaian dengan perhitungan

Contoh-contoh ini memakai hukum Ohm dan rumus seri serta paralel dengan nilai nyata. Setiap contoh menunjukkan langkahnya, sehingga Anda bisa memeriksanya dengan kalkulator.

Contoh 1: LED hijau dari catu 5 V

LED hijau turun sekitar 2,2 V dan memerlukan 15 mA. Resistor menanggung 5 − 2,2 = 2,8 V, jadi R = 2,8 ÷ 0,015 = 186,7 Ω. Nilai standar terdekat adalah 180 Ω, yang memberi 2,8 ÷ 180 = 15,6 mA. Dayanya adalah 2,8 × 0,0156 = 0,044 W, jadi komponen 1/4 W sudah cukup.

Contoh 2: membagi tegangan dengan resistor seri

Pasang 100 Ω dan 200 Ω secara seri pada catu 12 V. Totalnya 300 Ω, jadi arusnya adalah 12 ÷ 300 = 40 mA. Tegangan di 100 Ω adalah 4 V dan di 200 Ω adalah 8 V, yang jika dijumlahkan menjadi 12 V catu. Tegangan terbagi sebanding dengan resistansi.

Contoh 3: arus terbagi dalam rangkaian paralel

Pasang 100 Ω secara paralel dengan 200 Ω pada catu 12 V. Resistansi totalnya 66,7 Ω dan arus totalnya 180 mA. Arus terbagi menjadi 120 mA melalui cabang 100 Ω dan 60 mA melalui cabang 200 Ω, yang jika dijumlahkan kembali menjadi 180 mA sesuai hukum arus Kirchhoff.

Contoh 4: potensiometer sebagai pembagi yang dapat diatur

Potensiometer 10 kΩ pada catu 5 V memberi 1,25 V ketika penggeser berada di 25 persen jangkauannya, dan 2,5 V di tengah. Ini membuat tegangan yang bisa diatur dengan sederhana, berguna untuk kecerahan atau level sinyal.

Contoh 5: tombol tekan dengan pull-up 10 kΩ

Hubungkan pull-up 10 kΩ dari 5 V ke pin masukan, dan tombol dari pin masukan ke ground. Ketika tombol ditekan, arusnya 0,5 mA dan resistor menghilangkan daya 2,5 mW. Pin membaca rendah saat ditekan dan tinggi saat dilepas.

Topik 10: Memakai resistor di rangkaian lain

Dalam rangkaian nyata, resistor bekerja bersama kapasitor dan sensor. Bagian ini menunjukkan pemakaian umum.

Rangkaian tunda RC

Pasang resistor 100 kΩ secara seri dengan kapasitor 10 µF. Konstanta waktunya adalah τ = R × C = 100.000 × 0,00001 = 1 detik. Kapasitor terisi sekitar 63 persen dari catu dalam satu detik dan sekitar 99 persen dalam lima detik. Ini adalah pewaktu tunda atau kedip yang sederhana.

Termistor dalam pembagi

Pakai termistor NTC 10 kΩ pada 25 °C yang diseri dengan resistor tetap 10 kΩ pada catu 5 V. Titik tengahnya adalah 5 × 10 ÷ 20 = 2,5 V. Ketika suhu berubah, resistansi NTC berubah dan tegangan keluaran juga berubah, sehingga rangkaian bisa membaca suhu.

Setiap LED memerlukan resistornya sendiri

Jangan berbagi satu resistor di antara beberapa LED yang diparalel. Tegangan maju setiap LED berbeda, dan yang turun paling rendah menarik sebagian besar arus. Beri setiap LED resistornya sendiri.

Latihan di papan percobaan

Anda belajar resistor dengan membuat rangkaian kecil dan memeriksa angkanya. Gunakan baterai 9 V atau catu daya USB 5 V, LED merah, beberapa resistor, papan percobaan, dan multimeter.

1. Baca pita warna dari lima resistor, tulis setiap nilainya, lalu ukur masing-masing dengan multimeter dan bandingkan.

2. Hitung resistor yang diperlukan untuk membatasi LED merah sekitar 15 mA dari catu 9 V, lalu pilih nilai standar terdekat dan periksa dayanya.

3. Hubungkan dua resistor secara seri, ukur resistansi totalnya, lalu lakukan hal yang sama secara paralel dan bandingkan dengan rumusnya.

4. Buat pembagi tegangan dari 10 kΩ dan 4,7 kΩ pada catu 12 V, ukur keluarannya dan bandingkan dengan 3,84 V.

5. Periksa rangkaian LED dengan multimeter, lalu catat arus dan suhu resistor setelah lima menit.

Langkah berikutnya

Setelah resistor, pelajari kapasitor dan induktor, yang menyimpan energi alih-alih mengubahnya menjadi panas, lalu bagaimana keduanya digabungkan dengan resistor dalam filter dan pewaktu. Simpan catatan perhitungan Anda, dan periksa setiap desain dengan lembar data sebelum membuatnya.

Ringkasan

Resistor membatasi arus, dan nilainya ditentukan oleh bahan dan bentuknya. Baca pita warna secara berurutan, gunakan hukum Ohm untuk mencari arus, tegangan, dan daya, gabungkan resistor secara seri dan paralel dengan rumus yang tepat, dan gunakan pembagi tegangan serta resistor pull-up untuk menetapkan level dalam rangkaian. Pilih nilai, peringkat daya, dan toleransi bersama-sama, lalu periksa hasilnya dengan multimeter.