P4 [PDF]

Citation preview

PERCOBAAN 4 PENGGUNAAN OSILOSKOP



TUJUAN PERCOBAAN 1. Praktikan dapat mengetahui prinsip kerja osiloskop, fungsi, tata cara kalibrasi dan batas operasinya. 2. Praktikan dapat menggunakan osiloskop untuk mengetahui bentuk gelombang dari suatu sinyal tegangan serta mengukur amplitudo, frekuensi, dan beda fasa sinyal tersebut. 3. Praktikan mampu menganalisis keakuratan pengukuran berdasarkan rumusan matematika yang tersedia. ALAT PERCOBAAN No



Nama Alat



Jumlah



1



Digital Storage Oscilloscope (DSO) BK-2542/2542B



1 set



2



Arbitrary/Function Generators BK-4086AWG



2 set



3



Digital Multi Meter BK-2709B



1 set



4



Bread Board + Komponen Percobaan P5 + Kabel



1 set



5



Datasheet Peralatan



1 set



KONSEP DASAR Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Secara umum osiloskop berfungsi untuk menganalisis tingkah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu yang ditampilkan pada layar, serta melihat bentuk sinyal yang sedang diamati. Dengan osiloskop kita dapat mengetahui besarnya nilai frekuensi, periode dan tegangan dari sinyal. Dengan sedikit pengaturan kita juga dapat mengetahui beda fasa antara dua buah sinyal. Terdapat dua tipe osiloskop berdasarkan prinsip kerjanya, yakni tipe analog (ART - analog real time oscilloscope) dan tipe digital (DSO-digital storage osciloscope) yang masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan berkas elektron dalam tabung sesuai bentuk sinyal kemudian menampilkannya pada layar. Osiloskop ini menggambar bentuk-bentuk gelombang listrik melalui gerakan pancaran elektron (electron beam) dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT - cathode ray tube) dari kiri ke kanan. Osiloskop analog pada prinsipnya memiliki keunggulan seperti harganya yang relatif lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di



layar. Selain itu jenis ini mampu memeragakan bentuk sinyal yang lebih baik untuk gelombang-gelombang yang kompleks seperti sinyal video di TV dan sinyal RF yang dimodulasi amplitudo. Keterbatasannya adalah tidak dapat menangkap bagian gelombang sebelum terjadinya event picu serta adanya kedipan (flicker) pada layar untuk gelombang yang frekuensinya rendah (sekitar 10-20 Hz). Diagram blok osiloskop jenis ini disajikan pada gambar 4.1.



Gambar 4. 1 Diagram blok osiloskop analog Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur kemudian mengubah besaran tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital menggunakan ADC (Analog to Digital Converter). Dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling (dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai tegangan ini bersama dengan skala waktu gelombangnya di memori sesuai diagram blok pada gambar 2. Pada prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang proses ini secara terus menerus sampai dihentikan. Beberapa DSO memiliki kemampuan untuk menyesuaikan jumlah cuplikan yang disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan diukur. Osiloskop ini memberikan kemampuan ekstensif serta kemudahan dalam akuisisi gelombang dan pengukurannya.



Gambar 4. 2 Diagram blok osiloskop digital



Pada saat menggunakan osiloskop perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut: 1. Memastikan alat yang diukur dan osiloskop ditanahkan (digroundkan). Disamping untuk kemanan, hal ini juga untuk mengurangi suara dari frekuensi radio atau jala-jala. 2. Memastikan probe dalam keadaan baik. 3. Kalibrasi tampilan bisa dilakukan dengan panel kontrol yang ada di osiloskop. 4. Tentukan skala sumbu Y (tegangan) dengan mengatur posisi tombol Volt/Div pada posisi tertentu. Jika sinyal masukannya diperkirakan cukup besar, gunakan skala Volt/Div yang besar. Tampilan Volt/Div ditunjukkan oleh sumbu vertikal. Jika sulit memperkirakan besarnya tegangan masukan, gunakan attenuator 10 x (peredam sinyal) pada probe atau skala Volt/Div dipasang pada posisi paling besar. 5. Tentukan skala Time/Div untuk mengatur tampilan frekuensi sinyal masukan. Tampilan Time/Div ditunjukkan oleh sumbu horizontal. 6. Gunakan tombol Trigger atau hold-off untuk memperoleh sinyal keluaran yang stabil. 7. Gunakan tombol pengatur fokus jika gambarnya kurang fokus. 8. Gunakan tombol pengatur intensitas jika gambarnya sangat/kurang terang. PANEL OSILOSKOP YANG DIGUNAKAN (DSO BK-2542B)



Gambar 4.3 Front/Back Panel osiloskop digital



PANEL DEPAN No.



PANEL BELAKANG



Nama



Fungsi



No.



Nama



Fungsi



1



Power On/Off



Menyalakan atau mematikan DSO BK2542B



1



Security loops



Keamanan (Non Teknis)



2



LCD Display Screen



Menampilkan sinyal dan parameter terukur



2



Carrying Handle



Alat bantu untuk memindahkan osiloskop



3



Carrying Handle



Alat bantu untuk memindahkan osiloskop



3



Power On/Off



Menyalakan atau mematikan DSO BK2542B



4



Menu On/Off



Menampilkan atau menyembunyikan menu



4



AC Line Input



Terminal kabel power dari sumber AC/PLN



5



Adjusment Knob



Memilih item atau merubah nilai parameter terpilih



5



Pass/Fail Output



Mengeluarkan sinyal sisa pemfilteran



6



Auto Set



Pen-skalaan otomatis kanal yang dipilih



6



LAN Interface Port



Terminal untuk kabel LAN



7



Utility & Save/Load



Akses I/O/Languange/Print Setup dan Penyimpanan



7



RS232 Serial Interface Port



Terminal untuk kabel jenis serial



8



Measure & Cursor



Pengukuran nilai parameter secara otomatis atau manual



8



USB Device Interface Port



Terminal untuk komunikasi dengan port USB PC



9



Acquire & Display



Pengaturan proses akuisisi dan tampilan pada DSO



9



Rear Rubber Feet



Penyangga osiloskop (Non Teknis)



10



Run Control



Menjalankan atau menghentikan akuisisi sinyal



10



Ventilation Fan



Pendingin utama DSO



11



Trigger Control



Mengatur mekanisme trigger pada sinyal



12



Shortcut & Local



Mempercepat tahap tertentu (optional)



13



Horizontal Control



Mengatur mekanisme pengukuran pada sumbu X



14



EXT TRIG BNC



Terminal input trigger dari sumber luar



15



Channel 2 BNC Input



Kanal 2 osiloskop



16



Vertical Control



Mengatur mekanisme pengukuran pada sumbu Y



17



Channel 1 BNC Input



Kanal 1 osiloskop



18



Function Buttons



Memilih menu yang ditampilkan pada layar



19



Print Button



Mengatur dan menjalankan fungsi “Print”



20



Probe Comp. Terminal



Terminal sumber sinyal internal untuk kalibrasi probe



21



USB Host Interface



Terminal USB Device (Flash Disk, dll)



22



Tilt Feet



Kaki penyangga



4.1 MEMPERSIAPKAN PIRANTI OSILOSKOP Pada percobaan ini akan dilakukan hal-hal sebagai berikut: 1. Bacalah datasheet atau user manual osiloskop yang digunakan (BK 2542/2542B) kemudian catatlah pada laporan sementara data terkait: bandwidth, real time sample rate, maximum input voltage, dan input impedance. 2. Nyalakan osiloskop. 3. Lakukan proses kalibrasi probe dengan tahapan sebagai berikut : pilih penguatan 10X pada probe  pasang probe pada salah satu kanal (Channel BNC 1 atau 2)  kaitkan terminal positif probe ke terminal kompensasi (Probe Comp. Terminal)  tekan tombol Auto Set  putarlah knop kalibrator hingga menghasilkan kondisi under compensating & over compensating ( simpan data)  putarlah kembali knop kalibrator hingga kondisi normal (simpan data). 4. Matikan osiloskop. 5. Lepas terminal positif probe dari terminal kompensasi lalu kembalikan pada posisi penguatan 1X. 4.2 MENGUKUR TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK (AC). Pada percobaan ini akan dilakukan hal-hal sebagai berikut: 1. Persiapkan Multimeter, Osiloskop, dan Function Generator. 2. Nyalakan Function Generator. 3. Atur amplitudo dan frekuensi keluaran Function Generator pada level 14 Vpp – 50 Hz (Ikutilah petunjuk asisten serta cermati dan ingatlah tata caranya). 4. Ukur nilai amplitude dan frekuensi sinyal luaran pada terminal “Output” menggunakan multimeter yang tersedia, catat hasil pengukurannya. 5. Ubah nilai frekuensi ke level 25 Hz, 100 Hz, dan 250 Hz kemudian ulangi langkah pada poin 3. 6. Kembalikan level frekuensi pada 50 Hz. 7. Nyalakan osiloskop dan rapikan multimeter. 8. Hubungkan terminal “Output” function generator dengan terminal “Channel BNC 1 atau 2” osiloskop. 9. Tekan tombol “Auto Set” pada osiloskop. 10. Perhatikan bentuk sinyal yang muncul kemudian catat dan simpan data pengukuran (measurement all). 11. Ubah nilai frekuensi keluaran Function Generator ke level 25 Hz, 100 Hz, dan 250 Hz kemudian ulangi langkah pada poin 9.



12. Matikan osiloskop dan function generator kemudian rapikan. 4.3 MENGUKUR BEDA FASA ANTAR DUA FUNGSI SINYAL TEGANGAN LISTRIK. 4.3.1 Beda fasa dari dua komponen pasif Pada percobaan ini akan dilakukan hal-hal sebagai berikut: 1. Persiapkan osiloskop, function generator, dan modul lissajous (resistor, induktor/kapasitor, kabel, bread board). 2. Ukur nilai resistor, inductor, dan kapasitor kemudian catat. 3. Susunlah modul lissajous sesuai rangkaian berikut:



KE TERMINAL OSILOSKOP 1 (CH-1) RESISTOR FUNCTION GENERATOR



KE TERMINAL OSILOSKOP 2 (CH-2) INDUKTOR (BISA DIGANTI KAPASITOR )



i.



GROUND



ii. Gambar 5. 3 Lissajous dan rangkain pengukurannya 4. Nyalakan function generator kemudian atur amplitudo dan frekuensi luarannya pada level 10 Vpp – 50 Hz. 5. Nyalakan osiloskop, tekan tombol “Horizontal – Menu”  pada layar sebelah kanan akan muncul mode pengukuran horizontal yang digunakan, pilih “X-Y”. 6. Ukur jarak A dan B masing-masing dari titik pusat koordinat dengan tahapan sebagai berikut: Tekan tombol “Cursor”  pada layar sebelah kanan akan muncul “Cursor Menu”, tekan menu “Mode” kemudian pilih “Manual”  tekan menu “Source” kemudian pilih “CH2”  tekan Y1  putar knob



untuk memilih kursor



untuk memindahkan kursor Y1 ke puncak A



atau B  tekan



untuk memilih kursor Y2  putar



knob untuk memindahkan kursor Y2 ke sumbu x yang sejajar dengan titik pusat koordinat  catat nilai ∆Y yang terbaca kemudian simpan gambar lissajous (kecuali pada saat frekuensi 50 Hz). 7. Ubahlah frekuensi keluaran function generator menjadi 25 Hz dan 100 Hz kemudian ulangi langkah 5. 8. Matikan osiloskop dan function generator kemudian rapikan seluruh piranti yang ada. 4.3.2 Beda fasa dari dua Function Generator 1. Siapkan dua function generator dan satu ossiloscope 2. Pasang probe CH-1 ossiloscope pada function generator 1, dan probe CH-2 ossiloscope pada function generator 2. 3. Setting ossiloscope untuk menampilkan gambar lissajous sesuai panduan Beda fasa dari dua komponen pasif di atas pada poin 5. 4. Atur dua function generator dengan panduan berikut: Vpp FG 1 5 Volt 5 Volt 5 Volt 5 Volt



Vpp FG 2 5 Volt 10 Volt 5 Volt 5 Volt



Frekuensi FG 1 Frekuensi FG 2 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 100 Hz 100 Hz 50 Hz *FG = Function Generator



5. Lengkapi data percobaan 6. Matikan osiloskop dan function generator kemudian rapikan seluruh piranti yang ada.



TUGAS MODUL 4.1 PERCOBAAN MEMPERSIAPKAN PIRANTI OSILOSKOP. 1. Mengapa data terkait bandwidth, real time sample rate, maximum input voltage, dan input impedance perlu diketahui dalam percobaan ini? (Jelaskan satu persatu) 2. Mengapa kalibrasi perlu dilakukan dalam percobaan ini? Jelaskan pula mengenai penggunaan penguatan 10X pada proses kalibrasi ini. 3. Jelaskan analisis dari data kalibrasi yang Anda peroleh (dengan katakata Anda sendiri).



4.2 PERCOBAAN MENGUKUR TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK (AC). 1. Jelaskan hasil analisis Anda terkait data percobaan yang diperoleh. 2. Apa fungsi function generator pada percobaan ini? 3. Adakah perbedaan level amplitudo dan frekuensi hasil pengukuran menggunakan multimeter dan osiloskop? Mengapa demikian? 4. Jelaskan hasil analisis Anda tentang pengaruh perubahan frekuensi pada level amplitudo dan frekuensi sinyal (baik pada pengukuran menggunakan multimeter atau osiloskop). 5. Bandingkan nilai amplitudo, periode dan frekuensi hasil perhitungan dengan hasil pengukuran! 4.3 PERCOBAAN MENGUKUR BEDA FASA ANTAR DUA FUNGSI SINYAL TEGANGAN LISTRIK. 4.3.1 Beda fasa dari dua komponen pasif 1. Jelaskan hasil analisis Anda terkait data percobaan yang diperoleh. 2. Hitunglah beda fasa pada masing-masing level frekuensi menggunakan rumusan di bawah ini: XL X  tan 1 C R R  2fL



  tan 1 XL



XC 



1 2fC



3. Hitunglah beda fasa pada masing-masing level frekuensi menggunakan data ∆Y A dan B serta rumusan di bawah ini:   arcsin



A B



4. Adakah perbedaan antara hasil poin 2 dan 3, mengapa demikian? 5. Adakah pengaruh perubahan frekuensi pada bentuk lissajous dan nilai beda fasa? Bila ada, jelaskan bagaimana pengaruhnya? 4.3.2 Beda fasa dari dua function generator 1. Jelaskan hasil analisis Anda terkait data percobaan yang diperoleh. 2. Apa yang menyebabkan perubahan gambar lissajous dari masing masing percobaan? ======================