Pengukuran Besaran Listrik (TC22082) Pertemuan 12 OSILOSKOP (CRO : CATHODE-RAY OSCILLOSCOPES) Osiloskop mrpk instrumen dasar utk mempelajari semua tipe bentuk gelombang (waveform). Osiloskop dapat digunakan utk mengukur besaran-besaran: - tegangan puncak - frekuensi - beda fase - lebar pulsa (pulse width) - tunda waktu (delay time) - waktu bangkit (rise time) Sebuah osiloskop terdiri atas tabung katoda atau CRT (Cathode Ray Tube) dan rangkaian input serta rangkaian kontrol. Panel kontrol depan sebuah osiloskop dual trace diperlihatkan pd gambar berikut. Panel kontrol depan sebuah osiloskop dual trace 1
Gelombang yang akan diamati ditampilkan pada layar. Gelombang pada arah vertikal dibagi-bagi (vertical divisions) utk keperluan pengukuran amplitude gelombang. Pada arah horisontal, gelombang dibagi-bagi (horizontal divisions) utk keperluan pengukuran periode waktu gelombang. Pada bagian bawah layar terdapat saklar Power ON/OFF, kendali Intensitas (Intensity) utk mengatur kecerahan (brightness) penampil, kendali Focus untuk mengatur kefokusan garis pd penampil, dan sebuah tombol tekan Beam Finder utk menemukan tampilan (yg sebelumnya telah digeser dari layar penampil). Untuk keperluan menampilkan dua gelombang sekaligus, tersedia dua kanal yaitu CHANNEL A dan CHANNEL B. Kegunaan tombol kendali POSITION adalah utk menggeser masing-masing gelombang secara vertikal (ke atas atau ke bawah) sehingga memungkinkan utk mengamati kedua gelombang dengan posisi yang paling baik. Saklar pemilih (selektor) Volts/div utk setiap kanal menentukan sensitivitas tampilan pada tegangan input. Saat Volts/div diset 1 V, sebuah sinyal yang mempunyai amplitude puncak-ke-puncak 1 V akan menempati satu bagian kotak (division) pd layar (disebut screen graticule). Sebuah sinyal yang menempati empat bagian kotak (division) maka berarti sinyal tsb mempunyai amplitude puncak-ke-puncak 4 V. Saklar pemilih HORIZONTAL Time/div menentukan jumlah pembagian pada arah horisontal yang diduduki oleh satu siklus gelombang yang ditampilkan pada layar. Kendali oleh saklar pemilih ini akan mempengaruhi kedua sinyal masukan (CHANNEL A dan CHANNEL B). Dengan Time/div = 1 ms, maka sinyal yang menduduki tepat 1 kotak pada arah horisontal akan mempunyai periode waktu 1 ms. Demikian juga jika sinyal menduduki tepat 3,5 kotak pada arah horisontal akan mempunyai periode waktu 3,5 x 1 ms = 3,5 ms. Knob HORIZONTAL Position digunakan utk menggeser posisi gelombang yang ditampilkan pada arah horisontal (ke kiri atau ke kanan). 2
Pengukuran Tegangan, Frekuensi, dan Fase Pengukuran Tegangan Puncak ke Puncak Amplitude puncak ke puncak dari sebuah gelombang dapat diukur dengan mudah menggunakan osiloskop. Gambar berikut menunjukkan dua sinyal sinus yang berbeda amplitude dan periode waktunya. Dua sinyal sinus yang berbeda amplitude dan periode waktunya Untuk mengukur amplitude puncak ke puncak sinyal sinus digunakan formula: V pp = (jumlah div arah vertikal) x (Volts/div) Time/div = 0,5 ms/div Volts/div = 100 mv/div Sinyal sinus A Amplitude puncak ke puncak yang tampak pd layar = 4,6 kotak (= 4,6 div) Maka tegangan puncak ke puncak sinyal A adalah V pp = (4,6 div) x (100 mv/div) = 460 mv 3
Sinyal sinus B Amplitude puncak ke puncak yang tampak pd layar = 2 kotak (= 2 div) Maka tegangan puncak ke puncak sinyal A adalah V pp = (2 div) x (100 mv/div) = 200 mv Menentukan Frekuensi Sinyal Periode waktu dari sebuah sinyal sinus ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus pada arah horisontal (jumlah kotak atau div) dengan memperhatikan kendali Time/div. T = (jumlah div arah horisontal utk 1 siklus) x (Time/div) Kemudian frekuensi ditentukan dengan melakukan inversi dari periode T, atau f = 1/T Pada gambar di atas, maka dapat ditentukan periode waktu dan frekuensi sbb: Sinyal sinus A (8,8 div) 0,5 ms T = = 2, 2 ms 2 siklus f 1 1 = = = Hz T 2,2 ms 455 Sinyal sinus B (8,8 div) 0,5 ms T = = 0, 73 ms 6 siklus f 1 1 = = = 1, khz T 0,73 ms 36 Pengukuran Fase Beda fase antara dua gelombang diukur dengan metode yang diilustrasikan pada gambar berikut. Setiap gelombang mempunyai periode waktu 8 div (arah horisontal) dan beda waktu antara titik awal (commencement) setiap siklus 4
gelombang adalah 1,4 div. Satu siklus = 360. Dengan demikian maka 8 div = 360, ini juga berarti bahwa o 360 1 div = = 45 8 o Dua sinyal sinus yang berbeda fasenya Maka beda fase antara kedua gelombang adalah φ = (1,4 div) x (45 /div) = 63 Atau secara umum diformulakan sbg: φ = (beda fase dalam div) x (derajat/div) Pengukuran Pulsa Pulse Amplitude (PA), Pulse Width (PW) dan Space Width (SW) Dua gelombang berbentuk pulsa diperlihatkan pada gambar berikut. Amplitude pulsa (PA = Pulse Amplitude) dapat dengan mudah diketahui seperti telah dibahas sebelumnya. Jika Volts/div = 0,1 V/div maka pulsa pertama mempunyai amplitude 0,2 V dan pulsa kedua mempunyai amplitude 0,24 V. 5
Dua gelombang berbentuk pulsa utk mengukur PA, PW, SW, dan T Pada gambar juga diperlihatkan mengenai lebar pulsa (PW = Pulse Width), lebar spase (SW = Space Width) dan Periode pulsa T. Jika Time/div yang dipilih adalah 1 μs, maka dari gambar dapat diketahui bahwa: Pulse Width = PW = 4,5 μs Space width = SW = 3,5 μs Periode = T = 8 μs Rise Time, Fall Time, Delay Time Pada gambar di atas, pulsa yang pertama (atas) mempunyai lereng yang sangat curam ( tegak) saat berubah dari level rendah ke level tinggi. Sedangkan pada gambar kedua (bawah), pada gelombang dapat diukur besaran-besaran rise time t r (waktu bangkit), dan fall time t f. Jika gelombang pulsa yang pertama mrpk input suatu rangkaian dan gelombang pulsa yang kedua adalah outputnya, maka dapat ditentukan besarnya delay time t d (tunda waktu). 6
Rise time adalah waktu yang dibutuhkan untuk pulsa mempunyai level 10% harga akhir hingga naik ke level 90% harga akhir (yaitu saat pulsa beranjak naik atau leading edge). Sedangkan fall time adalah waktu yang dibutuhkan untuk pulsa dari level 90% harga akhir hingga turun ke level 10% harga akhir (yaitu saat pulsa jatuh atau trailing edge). Tunda waktu adalah waktu yang dibutuhkan hingga output mempunyai level 10% harga akhir (dihitung dari awal pulsa input). Pada gambar di atas, jika Time/div = 1 μs, maka dari gambar dapat diketahui bahwa: t r = 0,7 μs t f = 0,9 μs t d = 1 μs Soal Latihan 1. Untuk dua gelombang yang ditampilkan menggunakan osiloskop seperti pada gambar berikut, maka tentukanlah: a. Amplitude kedua gelombang b. Frekuensi kedua gelombang c. Beda fase antara kedua gelombang Gambar untuk soal no.1 7
2. Untuk gelombang pulsa yang ditampilkan menggunakan osiloskop seperti pada gambar berikut, maka tentukanlah: a. Amplitude pulsa b. Frekuensi pulsa c. Waktu bangkit pulsa d. Fall time Gambar untuk soal no.2 8