PENGUKURAN INDUKTANSI SALURAN KOAKSIAL

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM SALURAN TRANSMISI RF PENGUKURAN INDUKTANSI SALURAN KOAKSIAL Disusun Oleh : Angga Setyawan NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PRODI JARINGAN TELEKOMUNIKASI DIGITAL POLITEKNIK NEGERI MALANG 2011/2012

2 Tanggal Percobaan : PERCOBAAN - 2 PENGUKURAN INDUKTANSI SALURAN KOAKSIAL 1 Tujuan Percobaan : 1.1 Merangkai jembatan Maxwell dan mengerti fungsinya. 1.2 Menyeimbangkan jembatan Maxwell dengan mengatur tegangan dan fasa. 1.3 Mengevaluasi syarat-syarat pengukuran kabel dan menentukan besarnya Lx dan Rx. 1.4 Menentukan harga-harga L, L' dan R, R' denga jembatan Maxwell dan mengetahui pengaruh frekuensi yang digunakan dalam pengukuran. 2 Diagram Rangkaian 3 Alat-alat dan Komponenyang Digunakan : Jumlah Nama Alat 1 Generator Fungsi 1 Oscilloscope Dual Trace 1 Frequency Counter* 1 Test probe, 10:1/1:1, switchable 2 2 Probe adapter 2 Resistor 100 W; 1%; 0,5 W 1 Potensiometer 1 kw, 10 putaran 2 Saluran koaksial 1 Kapasitor 10 nf, 1% 1 Jembatan Universal 1 1 Kabel BNC/4mm banana 1 Set kabel penghubung dan plug 1 Tee konector BNC* 4 Landasan Teori Singkat

3 Pada percobaan pertama diperlihatkan bahwa pada frekuensi pengukuran yang lebih tinggi dan hanya satu besaran untuk keseimbangan (besaran tegangan), suatu nilai minimum tidak dapat diperoleh. Komponen reaktif dari obyek pengukuran harus diperhitungkan, yakni besaran fasa harus disetimbangkan pula. Syarat tambahan untuk kesetimbangan diperlihatkan oleh jembatan Maxwell. Kesetimbangan tegangan dibuat dengan R2 seperti sebelumnya dan fasa diseimbangkan oleh R4. Prosedur keseimbangan diulang bergantian antara R2 dan R4 beberapa kali hingga didapatkan kondisi paling minimum didapatkan. Untuk posisi setimbang Lx = R2.R3.C (1) dan Rx = (R2.R3)/R4 (2) Komponen reaktif kecil, sehingga frekuensi yang lebih tinggi digunakan (20 khz) untuk pengukuran. Disamping itu faktor Q dapat ditentukan dengan, Q = (L/R) << 1 (3) Tugas Individu : Buatlah ringkasan tentang jembatan Maxwell Jembatan Maxwell, berfungsi untuk mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam kapasitansi yang diketahui. Salah satu lengan perbandingan mempunyai sebuah tahanan dan sebuah kapasitansi dalam hubungan paralel, dan untuk hal ini adalah lebih mudah untuk menuliskan persamaan kesetimbangan dengan menggunakan admitansi lengan 1 sebagai pengganti impedansi. Dengan menyusun kembali persamaan umum kesetimbangan jembatan, diperoleh: Zx= Z2.Z3.Y1 Di mana Y1 adalah admitansi lengan 1. Dengan melihat kembali ke Gambar diatas ditunjukkan bahwa :

4 Z2 = R2; Z3=R3; dan Y1 = (1/R1) + j C1 Substitusi harga-harga ini ke dalam persamaan Zx= Z2Z3Y1 memberikan : Zx = Rx +j Lx = R2R3(1/R + j C1) Pemisahan bagian nyata dan bagian khayal memberikan Rx = (R2R3)/R1 & Lx = R2.R3.C1 Di mana tahanan dinyatakan dalam ohm, induktansi dalam henry, dan kapasitansi dalam farad. Jembatan Maxwell terbatas pada pengukuran kumparan dengan Q menengah (1 < Q <10). Ini dapat ditunjukkan dengan memperhatikan syarat setimbang kedua yang menyatakan bahwa jumlah sudut fasa satu pasang lengan yang berhadapan harus sama dengan jumlah sudut-sudut fasa pasangan lainnya. Karena sudut fasa dari elemen-elemen resistif dalam lengan 2 dan lengan 3 berjumlah 0, jumlah sudut-sudut lengan 1 dan lengan 4 juga hams berjumlah 0. Sudut fasa sebuah komponen dengan Q tinggi akan sangat mendekati 90 (positif), yang menghendaki bahwa sudut fasa lengan kapasitif juga harus sangat mendekati 90 (negatif). Ini selanjutnya berarti bahwa tahanan R i harus sungguh-sungguh sangat tinggi, yang bisa sangat tidak praktis. Dengan demikian kumparan-kumparan Q tinggi umumnya diukur dalam jembatan Hay. Jembatan Maxwell juga tidak sesuai untuk pengukuran dengan nilai Q yang sangat rendah (Q < 1) karena masalah perumusan kesetimbangan. Misalnya, nilai Q sangat rendah terdapat dalam tahanan induktif atau dalam kumparan frekuensi radio (RF) jika diukur pada frekuensi rendah. Sebagaimana dapat dilihat dari persamaan Rx dan Lx, pengaturan kesetimbangan induktif oleh R3 akan bergeser. Setimbang bergeser menjelaskan interaksi antara pengkontrolan-pengkontrolan sehingga bila menyetimbangkan dengan R1 dan kemudian dengan R3 dan kembali lagi ke R1, maka akan mendapatkan titik setimbang yang baru. Titik setimbang nampaknya bergerak atau bergeser menuju titik akhir melalui banyak pengaturan. Interaksi tidak terjadi dengan menggunakan R1 dan C1 sebagai pengatur kesetimbangan, tetapi sebuah kapasitor variable tidak selalu memenuhi. Prosedur yang biasa untuk meyetimbangkan jembatan Maxwell adalah dengan mengatur R3 untuk kesetimbangan induktif dan kemudian mengatur R1 untuk mengatur kesetimbangan resesif. Kembali kepengaturan R3, ternyata bahwa kesetimbangan resesif telah terganggu dan berpindah ke suatu nilai baru. Proses ini diulangi dan memberikan pemusatan yang lambat ke setimbangan akhir. Untuk kumparankumparan Q menengah, efek tahanan tidak dinyatakan dan kesetimbangan tercapai melalui beberapa pengaturan. 5 Langkah Kerja

5 5.1 Buat rangkaian seperti diagram 2.1. Hubungkan saluran ke terminal Lx, Rx dengan akhir saluran dihubung singkat. Gunakan tegangan U1 = 4 Vpp, 20 khz, sinus pada jembatan. Pengaturan Oscilloscope : Y1 (0,2... 0,005 V/div; DC), TB disesuaikan keperluan. Seimbangkan jembatan dengan mengatur potensiometer 10 putaran R2 dan R4 bergantian (UY1<20 mvpp). Rekomendasi : dimulai dengan R4 diatur 100 Ω, kemudian mulai prosedur keseimbangan dengan R2. Ukur nilai resistansi R2 dan R Dari persamaan (1), Lx = R2.R3.C dan persamaan (2), Rx = (R2/R3)/R4, hitung Lx dan Rx. 5.3 Dari hasil tersebut, hitung faktor Q, Q = L/R 5.4 Tentukan induktansi karakteristik L' dan impedansi karakteristik R' dari Hasil Percobaan Untuk 5.1 Pada keseimbangan optimum R2 = 40 Ω R4 = 100 Ω Tegangan sisa UY1 < 20 mvpp Untuk 5.2 Dari persamaan (1) dan (2), hitung Lx dan Rx Lx = 40 Ω x 100 Ω x 10-8 H =40 µh Rx = = 40 Ω Untuk 5.3 Q = = = 0,04 π = 0,04 x 3,14 = 0,126 Untuk 5.4 L' = L/l = 40 µh/ 100 meter = 0,4 µh/meter R' = R/l = 40 Ω / 100 meter = 0,4 Ω /meter

6 7 Analisa Data Dari hasil percobaan diatas, dimana harus menentukan besarnya Lx dan Rx, serta menentukan faktor Q, induktansi karakteristik dari L', dan R'. Dimana dalam menentukan besarnya Lx dan Rx harus mengunakan teorema dari Jembatan Maxwell. Dengan menyusun kembali persamaan umum kesetimbangan jembatan, diperoleh: Zx= Z2.Z3.Y1 Di mana Y1 adalah admitansi lengan 1. Dengan melihat kembali ke Gambar diatas ditunjukkan bahwa : Z2 = R2; Z3=R3; dan Y1 = (1/R1) + j C1 Substitusi harga-harga ini ke dalam persamaan Zx= Z2Z3Y1 memberikan : Zx = Rx +j Lx = R2R3(1/R + j C1) Pemisahan bagian nyata dan bagian khayal memberikan Rx = (R2R3)/R1 & Lx = R2.R3.C1 Di mana tahanan dinyatakan dalam ohm, induktansi dalam henry, dan kapasitansi dalam farad. 8 Kesimpulan Dengan demikian dapat simpulkan bahwa jembatan Maxwell atau bisa juga disebut jembatan Maxwell-wien dapat digunakan untuk mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam kapasitansi yang diketahui. Dengan rangkaian (gambar rangkaian jembatan Maxwell) dimana kapasitor standart C1 dihubung parelel dengan resistor variable R1. R2 dalah resistor standart variable, demikian juga R3 merupakan resistor variable (dapat diatur). Lx dan Rx adalah induktansi yang akan diukur. Jembatan Maxwell paling sesuai digunakan untuk mengukur lilitan dengan faktor Q rendah (yaitu jika Lx tidak terlalu besar dibandingkan Rx). Prosedur yang biasa untuk menyetimbangkan jembatan Maxwell adalah dengan pertama-tama mengatur R3 untuk kesetimbangan induktif dan kemudian mengatur R1 untuk kesetimbangan resitif. Sehingga dapat diperoleh besaran Lx dan Rx. Serta nilai L' dan R' sebagai berikut : L x = R 2 R 3 C 1 = 40 µh/m R x = R 2 R 3 /R 1 = 40 Ω/m L' = L/I = 40 µh/ 100 meter = 0,4 µh/meter R' = R/I = 40 Ω / 100 meter = 0,4 Ω /meter

7 Buku Referensi Pengukuran Besaran Listrik (TC22082) Pertemuan-11 Teori-Modul-Jembatan2 Pertanyaan Paska Praktikum 1. Mengapa untuk mengukur induktansi saluran, ujung beban saluran harus dihubung singkat? Jelaskan dengan teori saluran! 2. Mengapa frekuensi saluran 20 khz? Dapatkan frekuensi ini diganti misalkan 500 khz? Jelaskan dengan teori saluran. Jawab 1. Untuk mengukur induktansi saluran, ujung beban saluran harus dihubung singkat dikarenakan Jembatan Maxwell akan bekerja bila dihubung singkat. Saat ujung beban dihubung singkat maka akan ada tegangan yang mengalir dari sumber menuju ujung tegangan. Sedangkan apabila dihubung terbuka maka arus tidak dapat lewat. Sehingga tidak dapat diukur induktansi tsb. 2. Karena jembatan Maxwell tidak sesuai dengan pengukuran kumparan dengan nilai Q yang sangat rendah karena masalah pemusatan kesetimbangan. Jadi, saat frekuensi diatur kembali maka pengaturan kesetimbangan induktif oleh R 3 akan mengganggu kesetimbangan resistif sebesar R 1. Dengan demikian apabila menggunakan frekuensi 500 khz maka jembatan Maxwell tidak seimbang. Sehingga faktor Q lebih dari 1.