Praktikum Rangkaian Elektrik

PETUNJUK PRAKTIKUM

Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2013

Petunjuk Praktikum EL2101 Rangkaian Elektrik edisi 2013-2014

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2013

Kata Pengantar Puji syukur ke hadirat Tuhan YME, Buku Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik untuk tahun ajaran 2013-2014 ini dapat diselesaikan jauh sebelum kesibukan perkuliahan dimulai. Dengan demikian, pelatihan asisten sudah dapat menggunakan buku petunjuk dalam bentuk yang sama dengan buku yang akan digunakan praktikan. Sejalan dengan konsep perubahan berkelanjutan dalam proses pendidikan, Praktikum Rangakain Elektrik tahun 2013 juga mengalami perubahan dalam materi dan pola pelaksanaannya. Perbaikan yang dilakukan pada petunjuk praktikum ini adalah 1. Penambahan percobaan alih daya maksimum pada percobaan 2 Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi. 2. Perbaikan langkah praktikum pada percobaan 3 Rangkaian Penguat Operasional. 3. Penambahan percobaan transien orde dua untuk mencari Critically Damped pada percobaan 4 Gejala Transien. 4. Perubahan nilai komponen pada percobaan 5 Rangkaian AC. 5. Penambahan langkah dan petunjuk praktikum pada percobaan 6 Rangkaian Resonansi. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang besar-besarnya pada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan petunjuk praktikum ini. Akhir kata, semoga semua usaha yang telah dilakukan berkontribusi pada dihasilkannya lulusan Program Studi Teknik Elektro sebagai engineer dengan standar internasional.

Bandung, Agustus 2013 Kepala Laboratorium Dasar Teknik Elektro,

Ir. Mervin T. Hutabarat, M.Sc., Ph.D.

i

Daftar Kontributor Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini Mervin Hutabarat Amy Hamidah Salman Narpendyah Wisjnu Ariwadhani Harry Septanto Muhammad Luthfi Rizki Ardianto Sandra Irawan Nina Lestari

ii

Daftar Isi Kata Pengantar ........................................................................................................................... i Daftar Kontributor .....................................................................................................................ii Daftar Isi .................................................................................................................................. iii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ................................................................. v Kelengkapan .......................................................................................................................... v Persiapan/ Sebelum Praktikum .............................................................................................. v Selama Praktikum .................................................................................................................. v Setelah Praktikum .................................................................................................................. v Pergantian Jadwal ................................................................................................................ vi Sanksi ................................................................................................................................... vii Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ............................. ix Keselamatan.......................................................................................................................... ix Sanksi .................................................................................................................................... xi Percobaan 1 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium ........................................................... 1 1.1 Tujuan .............................................................................................................................. 1 1.2 Persiapan ......................................................................................................................... 1 1.3 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 8 1.4 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 8 1.5 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 8 Percobaan 2 Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi ..................................... 19 2.1 Tujuan ............................................................................................................................ 19 2.2 Persiapan ....................................................................................................................... 19 2.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ............................................................................ 22 2.4 Tugas Pendahuluan ....................................................................................................... 22 2.5 Percobaan ...................................................................................................................... 23 Percobaan 3 Rangkaian Penguat Operasional ...................................................................... 32 3.1 Tujuan ............................................................................................................................ 32 3.2 Persiapan ....................................................................................................................... 32 3.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ............................................................................ 36 3.4 Tugas Pendahuluan ....................................................................................................... 36 3.5 Percobaan ...................................................................................................................... 40 Percobaan 4 Gejala Transien ................................................................................................. 43 4.1 Tujuan ............................................................................................................................ 43 4.2 Persiapan ....................................................................................................................... 43 4.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ............................................................................ 46 4.4 Tugas Pendahuluan ....................................................................................................... 46 4.5 Percobaan ...................................................................................................................... 47 Percobaan 5 Rangkaian AC.................................................................................................... 51 5.1 Tujuan ............................................................................................................................ 51 5.2 Persiapan ....................................................................................................................... 51 5.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ............................................................................ 56 5.4 Tugas Pendahuluan ....................................................................................................... 56 5.5 Percobaan ...................................................................................................................... 56 Percobaan 6 Rangkaian Resonansi ........................................................................................ 62 6.1 Tujuan ............................................................................................................................ 62 6.2 Persiapan ....................................................................................................................... 62 6.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ............................................................................ 64 iii

6.4 Percobaan ...................................................................................................................... 64 Lampiran A Akurasi, Presisi dan Nilai Penting ................................................................. 71 Akurasi dan Presisi .............................................................................................................. 71 Error Sistematik dan Error Acak ......................................................................................... 71 Nilai Penting ........................................................................................................................ 72 Angka Penting pada Praktikum ........................................................................................... 72 Lampiran B Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik pada Breadboard ..................... 73 Breadboard .......................................................................................................................... 73 Merangkai Kabel, Komponen dan Instrumen ...................................................................... 75 Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 79 Lampiran C Nilai dan Rating Komponen ........................................................................... 81 Resistor ................................................................................................................................ 81 Kapasitor.............................................................................................................................. 83 Induktor ................................................................................................................................ 86 Dioda.................................................................................................................................... 87 Transistor ............................................................................................................................. 89 Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 89 Lampiran D Instrumen Dasar dan Aksesoris ..................................................................... 91 Instrumen Dasar .................................................................................................................. 91 Generator Sinyal .................................................................................................................. 91 Osiloskop.............................................................................................................................. 92 Power Supply ....................................................................................................................... 92 Kabel Aksesoris.................................................................................................................... 93 Lampiran E Prinsip Kerja Multimeter ............................................................................... 97 Jenis Multimeter................................................................................................................... 97 Multimeter Elektronis .......................................................................................................... 98 Penggunaan Multimeter....................................................................................................... 98 Contoh Rangkaian Multimeter........................................................................................... 106 Multimeter Sebagai Alat Ukur Besaran Lain .................................................................... 107 Spesifikasi Multimeter........................................................................................................ 107 Lampiran F Cara Menggunakan Generator Sinyal ......................................................... 109 Lampiran G Prinsip Kerja Osiloskop ............................................................................... 113 Bagian-bagian Osiloskop................................................................................................... 113 Osiloskop “Dual Trace” .................................................................................................... 117 Kalibrator .......................................................................................................................... 118 Probe dan Peredam ........................................................................................................... 118 Skema Muka Osiloskop ...................................................................................................... 118

iv

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro Kelengkapan Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/ rok, kemeja dan mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan berikut: 1. Modul praktikum 2. Buku Catatan Laboratorium (BCL) 3. Alat tulis dan kalkulator 4. Kartu Nama (Name tag) 5. Kartu Praktikum.

Persiapan/ Sebelum Praktikum Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut: 1. Membaca dan memahami isi modul praktikum, 2. Mengerjakan hal-hal yang harus dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan, misalnya mengerjakan perhitungan-perhitungan, menyalin source code, mengisi Kartu Praktikum dlsb., 3. Mengisi daftar hadir di Tata Usaha Laboratorium, 4. Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker dengan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP).

Selama Praktikum Setelah dipersilahkan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah: 1. Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu sebaikbaiknya, diawali dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu, 2. Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten, 3. Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium. (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) tentang hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.

Setelah Praktikum Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

v

Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus 1. Memastikan BCL telah ditandatangani oleh asisten, 2. Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali), 3. Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan Laporan), 4. Mengirimkan file laporan melalui surat elektronik (E-mail) dalam lampiran ke : [email protected] (lihat Panduan Pengiriman Laporan). Waktu pengiriman paling lambat jam 12.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/ atau Asisten.

Pergantian Jadwal Kasus Biasa Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut: 1. Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman Panduan 2. Setiap praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke [email protected] . Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, sehari sebelum praktikum yang dipertukarkan 3. Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar

Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak pribadi. 1. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui email. 2. Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi.

Kasus ”kepentingan massal” ”Kepentingan massal” terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait vi

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

kegiatan akademis, misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Isilah Form Pergantian Jadwal dan serahkan pada TU Lab. Dasar secepatnya. Jadwal praktikum pengganti satu hari itu akan ditentukan kemudian oleh Kordas praktikum yang bersangkutan.

Sanksi Pengabaian aturan-aturan di atas dapat dikenakan sanksi pengguguran nilai praktikum terkait.


vii

viii


Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium Keselamatan Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman.

Bahaya Listrik Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten. 1. Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll. 2. Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri atau orang lain. 3. Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu. 4. Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum. Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi: 1. Jangan panik, 2. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan di meja praktikan yang tersengat arus listrik, 3. Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik, 4. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik.

Bahaya Api atau Panas berlebih Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum.

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

ix

1. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan. 2. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain. 3. Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas berlebih: 1. Jangan panik, 2. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih, 3. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing, 4. Menjauh dari ruang praktikum.

Bahaya Lain Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan perhatikan juga hal-hal berikut: 1. Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan. 2. Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll. 3. Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai 4. Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum

Lain-lain Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum.

Penggunaan Peralatan Praktikum Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum:

x


1. Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk/ prosedur pengguna-an tiap alat itu. Petunjuk/ prosedur penggunaan beberapa alat praktikum ada di kuliah praktikum bersangkutan dan di http://labdasar.ee.itb.ac.id. 2. Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasanya tertera pada badan alat. 3. Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan. 4. Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan. 5. Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam, api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat tersebut. 6. Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan. 7. Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut.

Sanksi Pengabaian uraian panduan di atas dapat dikenakan sanksi tidak lulus mata kuliah praktikum yang bersangkutan.


xi

xii


Percobaan 1 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 1.1 Tujuan 1. Mengenal multimeter sebagai pengukuran tegangan (Voltmeter), sebagai pengukur arus (Amperemeter) dan sebagai pengukur resistansi (Ohmmeter) 2. Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan jatuh DC dan AC pada resistansi/ impedansi besar. 3. Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan AC dengan frekuensi tinggi. 4. Dapat mengunakan generator sinyal sebagai sumber berbagai bentuk gelombang 5. Dapat menggunakan osiloskop sebagai pengukur tegangan dan sebagai pengukur frekuensi dari berbagai bentuk gelombang. 6. Dapat melakukan pengamatan karakteristik i-v komponen dua terminal dengan osiloskop. 7. Dapat membaca nilai resistor dan mengukurnya.

1.2 Persiapan Baca appendix berjudul “Osiloskop dan Generator Sinyal” dan appendix mengenai kode warna resistor. Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul instrumentasi laboratorium ini. Agar mempermudah saat praktikum, praktikan disarankan untuk menyiapkan tabel-tabel hasil percobaan pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) sebelum praktikum dimulai. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Multimeter Berikut ini beberapa Catatan tentang Penggunaan Multimeter: 

Perhatikan baik-baik beberapa catatan tentang penggunaan multimeter berikut ini. Kesalahan penggunaan multimeter dapat menyebabkan fuse pada multimeter putus. Putusnya fuse dapat mengakibatkan pemotongan nilai sebesar minimal 10.



Dalam keadaan tidak dipakai, selector sebaiknya pada kedudukan AC volt pada harga skala cukup besar (misalnya 250 V) atau posisi “OFF”. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari kesalahan pakai yang membahayakan multimeter.

Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik

1



Sebelum mulai mengukur suatu besaran listrik perhatikanlah lebih dahulu besaran apakah yang hendak diukur dan kira-kira berapakah besaranya, kemudian pilihlah kedudukan selector dan skala manakah yang akan dipergunakan. Perhatikan pula polaritas (tanda + dan -) bila perlu.



Jangan menyambungkan multimeter pada rangkaian, baru kemudian memilih kedudukan selector dan skala yang akan digunakan. Jika arus/tegangan melebihi batas maksimal pengukuran multimeter, fuse dapat putus.



Pada waktu mulai melakukan pengukuran arus dan tegangan, bila tidak dapat dipastikan besarnya arus/ tegangan tersebut, maka mulailah dari batas ukur yang paling besar. Setelah itu selector dapat dipindahkan ke batas ukur yang lebih rendah untuk memperoleh ketelitian yang lebih baik.



Pada pengukuran tegangan dan arus, pembacaan meter akan paling teliti bila penunjukan jarum terletak di daerah dekat skala penuh, sedangkan pada pengukuran resistansi bila penunjukan jarum terletak di daerah pertengahan skala.



Harus diperhatikan: pengukuran resistansi hanya boleh dilakukan pada komponen atau rangkaian tidak mengandung sumber tegangan dan/atau tidak tersambung ke sumber listrik apapun.

Osiloskop Mengukur Tegangan Kesalahan yang mungkin timbul dalam pengukuran tegangan, dapat disebabkan oleh osiloskopnya sendiri seperti kalibrasi osiloskop yang sudah buruk dan kesalahan penggunaan-nya, misalnya pengaruh impendansi input, kabel penghubung serta gangguan parasitik. Untuk mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh impedansi input, dapat digunakan probe yang sesuai (dengan memperhitungkan maupun dengan kalibrasi dari osiloskop). Besar tegangan sinyal dapat langsung dilihat dari gambar pada layar dengan mengetahui nilai volt/div yang digunakan. Gunakan skala tegangan V/div yang terkecil yang masih memberikan gambar sinyal tidak melewati ukuran layar osiloskop. Osiloskop mempunyai impedansi input yang relative besar (1 M, 10-50 pF) jadi dalam mengukur rangkaian dengan impedansi rendah, maka impedansi input osiloskop dapat dianggap open circuit (impedansi input osiloskop tipe CRC 5401, 1 M parallel dengan 30 pF).

Mengukur Beda Fasa Pengukuran beda fasa antar dua buah sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:  2

dengan osiloskop “dual trace”, dan Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik



dengan metoda “lissajous”.

Pengukuran beda fasa hanya dapat dilakukan pada sinyal dengan frekuensi yang tepat sama.

Dengan Osiloskop Dual Trace Sinyal pertama dihubungkan pada kanal A, sedangkan sinyal kedua dihubungkan pada kanal B dari osiloskop. Pada layar osiloskop akan terlihat gambar bentuk tegangan kedua sinyal tersebut. Beda fasa dapat dihitung  = t/T*360o. VA t

0

A

Sinyal A

B

T

Sinyal B VB

t t

0 Gambar ‎1-1 Pengukuran beda fasa dengan dual trace

Dengan Metoda Lissajous Sinyal pertama dihubungkan pada kanal B, dan sinyal kedua dihubungkan pada kanal A osiloskop. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Pada layar akan terlihat suatu lintasan berbentuk lingkaran, garis lurus, atau ellips dimana dapat langsung ditentukan beda fasa antara kedua sinyal tersebut dengan

c   sin 1 d.

c

d

Gambar ‎1-2 Pengukuran beda fasa dengan lissajous

Mengukur Frekuensi Pengukuran frekuensi suatu sinyal listrik dengan osiloskop dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain: 

Cara langsung,



Dengan osiloskop dual trace,


3



Metoda Lissajous,



Metoda cincin modulasi.

Beberapa osilokop yang dimiliki Lab. Dasar memiliki penghitung frekuensi langsungnya. Hati-hati menggunakannya, karena frekuensi yang ditampilkan tidak selalu benar bergantung setting pengukurannya.

Cara Langsung Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal B osiloskop. Frekuensi sinyal langsung dapat ditentukan dari gambar, dimana f = 1/T, untuk T = periode gelombang.

Gambar ‎1-3 Perhitungan perioda Pengukuran langsung hanya dapat dilakukan bila kalibrasi skala waktu osilokop dalam keadaan baik.

Dengan Osiloskop Dual Trace Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A. Generator dengan frekuensi yang diketahui dihubungkan pada kanal B. Bandingkan kedua gelombang tersebut dengan menampilkannya secara bersamaan. Frekuensi generator kemudian diubah sampai perioda sinyal yang diukur sama dengan perioda sinyal generator. Pada keadaan ini, frekuensi generator sama dengan frekuensi sinyal yang diukur. Pengukuran dengan cara dual trace ini dapat dilakukan pada osiloskop yang kalibrasi waktunya kurang baik, tetapi frekuensi generator sinyal harus terkalibrasi baik.

Metoda Lissajous Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A, sedangkan generator dengan frekuensi yang diketahui (sebagai sinyal rujukan) dihubungkan pada kanal B. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Frekuensi generator sinyal kemudian diatur, sehingga pada layar didapat suatu lintasan seperti pada Gambar 1-4.

4


Gambar ‎1-4 Contoh lissajous 1:2 Pada Gambar 1-4 tersebut, perbandingan fx:fy adalah 1:2. Cara ini hanya mudah dilakukan untuk perbandingan frekuensi yang mudah dan bulat (1:2, 1:3, 3:4 dan seterusnya).

Metoda Cincin Modulasi Hubungkan generator sinyal sebagai input rangkaian penggeser fasa. Sambungkan output rangkaian penggeser fasa ini ke input kanal B osiloskop. Hubungkan input kanal A dengan sinyal yang akan diukur. Ubah mode kerja osiloskop menjadi mode x-y. osiloskop

Mode x-y

Rangkaian Penggeser Fasa Kanal A

Kanal B

out

in

Sinyal dari generator fungsi

Sinyal yang akan diukur

Gambar ‎1-5 Rangkaian pembentuk gambar cincin modulasi Pada layar akan didapat lintasan berbentuk ellips atau lingkaran dengan puncak-puncak (lihat Gambar 1-6). Bila jumlah puncak pada gambar adalah n, maka fx = n * fy.

Gambar ‎1-6 Contoh gambar cincin modulasi Metoda ini biasa digunakan pada perbandingan frekuensi yang besar, dimana metoda lissajous sukar digunakan.

Mengukur Faktor Penguatan Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik

5

Ada beberapa cara pengukuran faktor penguatan antara lain: 

Cara langsung,



Dengan osiloskop dual trace.

Cara Langsung Hubungkan keluaran Generator Sinyal pada masukan rangkaian penguat. Input rangkaian penguat ini juga dihubungkan pada kanal 1 osiloskop. Hubungkan keluaran rangkaian penguat pada kanal 2 osiloskop. Gunakan mode ‘X-Y’. osiloskop Mode x-y

Generator Sinyal Konektor T

Kanal A

Kanal B

Rangkaian Penguat

Vin GND

Vout GND

Gambar ‎1-7 Pengukuran penguatan dengan membaca slope pada mode xy Pada layar osiloskop akan didapat suatu garis lurus dengan sudut  terhadap sumbu horizontal. Besar faktor penguatan langsung dapat diketahui dari gambar, dimana penguatan merupakan gradient kemiringan.

Dengan Osiloskop Dual Trace Generator sinyal dihubungkan pada input rangkaian penguat yang akan diamati penguatannya, dan pada kanal A osiloskop. Output rangkaian penguat dihubungkan pada kanal B osiloskop. osiloskop Generator Sinyal Konektor T

Kanal A

Kanal B

Rangkaian Penguat

Vin GND

Vout GND

Gambar ‎1-8 Pengukuran penguatan dengan membaca dan membandingkan dua amplituda 6


Pada layar akan didapat sinyal input dan output rangkaian penguat. Dengan mengukur tegangan sinyal input dan sinyal output rangkaian penguat, maka faktor penguatan dapat ditentukan. Cara ini dapat juga dilakukan dengan osiloskop single trace dengan membaca input dan output bergiliran. Namun untuk ini, perlu diyakinkan pembebanan rangkaian tidak berubah pada kedua pengukuran tersebut.

Mengamati Karakteristik Komponen Dua terminal Osiloskop dapat digunakan untuk mengamati karakteristik tegangan terhadap arus dari suatu komponen dua terminal. Suatu sumber tegangan bolak-balik dihubungkan pada komponen dua terminal ini. Tegangan pada komponen dua terminal dihubungkan pada input X osiloskop, sedangkan tegangan pada resistor R, yang sebanding dengan besarnya arus yang melalui komponen dua terminal adalah I = - VR/R, dihubungkan pada input Y osiloskop. Pada layar osiloskop akan didapat grafik, dimana sumbu Y menyatakan besarnya arus yang melalui komponen dua terminal dan sumbu X menyatakan besarnya tegangan pada komponen dua terminal. Pada sumbu y, arus bernilai terbalik sehingga untuk mendapatkan karakteristik tegangan terhadap arus komponen yang baik, jangan lupa untuk menekan tombol invert.

+ VDUT -

Vs

+ VR -

+ Vx Vy +

Keterangan: DUT = Device Under Test

Gambar ‎1-9 Rangkaian untuk menggambarkan kurva iv


7

1.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Multimeter Analog

(1 buah)

2. Multimeter Digital

(1 buah)

3. Power Supply DC

(1 buah)

4. Generator Sinyal

(1 buah)

5. Osiloskop

(1 buah)

6. Kit Multimeter

(1 buah)

7. Kit Osiloskop & Generator Sinyal (1 buah) 8. Kit Box Osilator

(1 buah)

9. Kabel 4 mm – 4 mm

(min 5 buah)

10. Kabel BNC – 4 mm

(3 buah)

11. Kabel BNC – BNC

(1 buah)

12. Konektor T BNC

(1 buah)

1.4 Tugas Pendahuluan 1. Parameter-parameter apakah yang perlu diperhatikan pada spesifkasi multimeter analog dan digital? 2. Pada pengukuran tegangan bolak-balik, apa yang disebut dengan tegangan efektif? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan osiloskop? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan multimeter? 3. Apakah yang dimaksud dengan kalibrasi? Jelaskan! 4. Apakah yang dimaksud dengan sensitivitas? Jelaskan definisi sensitivitas pada multimeter!

1.5 Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium. 2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 1 8


3. Catatlah pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) spesifikasi-teknik multimeter analog dan digital yang akan dipergunakan! Buatlah dua tabel masing-masing untuk multimeter analog dan untuk multimeter digital, perhatikan contoh Tabel 1-1. Tabel ‎1-1 Data spesifikasi instrumen No. Spesifikasi

Keterangan

1

Sensitivitas 20 k/V DC, 9 k/V Nilai sensitivitas multimeter bergantung pada skala pembacaan tegangan DC250 V UP, 9 k/V AC

2

dst.

Mengukur Arus Searah 4. Gunakan Kit Multimeter. Buatlah rangkaian seri seperti pada Gambar 1-10 dengan Vs=6 V dan R1 = R2 = 120 . 120 1,5 K 1,5 M R1

+ mA

1,5 M

-

120

R2

1,5 K

+ Vs I

Gambar ‎1-10 Rangkaian percobaan pengukuran arus 5. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah I (tidak menggunakan Amperemeter!) dan cantumkan hasil perhitungan tersebut pada Tabel 1-2. 6. Sekarang ukurlah arus searah I tersebut dengan multimeter analog. (Perhatikan polaritas meter!). Sesuaikan batas ukur dengan nilai arus terhitung. Ulangilah pengukuran arus searah I dengan memodifikasi parameter rangkaian menjadi R1 = R2 = 1,5 k R1 = R2 = 1,5 M.


9

7. Sebelum mengubah nilai R (dan menyambungkan amperemeter ke rangkaian), pastikan batas ukur amperemeter terpilih dengan tepat. 8. Lakukan kembali pengukuran arus searah I (dengan tiga harga R yang berbeda) menggunakan multimeter digital. 9. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran arus I dalam Buku Catatan Laboratorium.. Perhatikan contoh pada Tabel 1-2. Tabel ‎1-2 Data pengkuran arus dengan multimeter Parameter Rangkaian yang digunakan VS (V)

R1 ()

R2 ()

5

120

120

Multimeter Analog Nilai Arus Terhitung (A)

Batas Ukur

Nilai Arus Terukur

(mA)

(mA)

dst

2,5

Multimeter Digital Nilai Arus Terukur (mA)

dst.

Mengukur Tegangan Searah 10. Perhatikan rangkaian pada Gambar 1-11. 120

a

1,5 k 1,5 M R1 + V

1,5 M

R2

1,5 k

-

120

Vs

b

Gambar ‎1-11 Rangkaian percobaan pengukuran tegangan

10


11. Buatlah rangkaian tersebut dengan VS = 6 V dan R1 = R2 = 120 . 12. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah tegangan Vab (tidak mengguna-kan Voltmeter!), cantumkan hasil perhitungan tersebut pada Tabel 1-3. 13. Kemudian ukurlah tegangan Vab dengan multimeter analog. (Perhatikanlah polaritas meter!) Sesuaikan batas ukur yang dipilih dengan hasil perhitungan V ab. Batas ukur manakah yang dipilih? Adakah pengaruh resistansi dalam meter terhadap hasil pengukuran ? 14. Ulangilah pengukuran tegangan Vab dengan memodifikasi parameter rangkaian menjadi R1 = R2 = 1,5 k R1 = R2 = 1,5 M 15. Sebelum mengubah nilai R (dan menyambungkan voltmeter ke rangkaian), pastikan batas ukur voltmeter terpilih dengan tepat. 16. Lakukan kembali pengukuran tegangan searah Vab tersebut (dengan tiga harga R yang berbeda) menggunakan multimeter digital. 17. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran tegangan V ab tersebut dalam Buku Catatan Laboratorium. Perhatikan contoh Tabel 1-3. Tabel ‎1-3 Data pengukuran tegangan dengan multimeter Parameter yang digunakan VS (V)

R1

R2

()

()

6

120

120

Multimeter Analog

Multimeter Digital

Batas Ukur (V)

Sensitivitas (/V)

Vab (V)

Vab (V)

10 V

200 k

dst.

dst.

dst


11

Mengukur Tegangan Bolak-balik Pada bagian ini akan digunakan generator sinyal untuk menghasilkan tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang dapat diubah-ubah. 18. Catat dalam Buku Catatan Laboratorium. tipe dan spesifikasi generator sinyal yang dipergunakan. 19. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 1-12. Pada rangkaian ini G (Generator Sinyal) digunakan sebagai sumber tegangan bolak-balik. Voltmeter analog dan digital digunakan bergantian, tidak bersamaan. 120 a

1,5 k 1,5 M R1 +

-

1,5 M

R2

120

G

1,5 k

V

V

Analog

b

Keterangan: G= Generator Sinyal

Gambar ‎1-12 Rangkaian pengukuran tegangan AC 120 a

1,5 k 1,5 M R1 +

Keterangan: G= Generator Sinyal

V

1,5 M

-

R2

120

G

1,5 k

V

Digital

b

Gambar ‎1-13 Rangkaian pengukuran tegangan AC 20. Aturlah frekuensi generator sinyal pada 50 Hz. Ukur dan aturlah amplitude generator sinyal tersebut sebesar 6 V efektif dengan multimeter. 21. Hambatan yang dipiilh adalah R1 = R2 = 1,5 K. Gunakan multimeter analog dan digital secara bergantian untuk mengukur tegangan Vab. 22. Ukurlah tegangan Vab pada multimeter analog dan digital, catat dalam Buku Catatan Laboratorium. Gunakan contoh Tabel 1-3 untuk mencatat hasil pengukuran. 23. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur frekuensi generator pada 500 Hz, 5 kHz, 50 kHz ,500 kHz dan 5 Mhz. Pada bagian pengaturan frekuensi generator ini, tidak perlu terlalu teliti (toleransi sekitar 5%). Perhatikan bahwa tegangan generator harus tetap sebesar 6 V efektif! Apakah 12


terdapat pengaruh frekuensi tegangan yang diukur terhadap kemampuan multimeter yang digunakan? Tetapkah hasil pengukuran V ab untuk bermacammacam frekuensi tersebut? 24. Catatlah semua hasil percobaan di atas pada Tabel 1-4, lakukan analisis data tabel tersebut pada laporan. Tabel ‎1-4 Data pengukuran tegangan AC No. 1

Frekuensi (Hz) 50

2

500

dst.

dst

Vab (Volt) Multimeter Analog Multimeter Digital dst. dst

Membaca dan Mengukur Nilai Resistansi 1. Gunakan Kit Multimeter. Nyalakan multimeter analog pada fungsinya sebagai ohmmeter. Hubung singkatkan kedua probe multimeter dan aturlah dengan pengatur harga nol sehingga Ohmmeter menunjuk nol. (Umumnya langkah ini harus dilakukan setiap kali kita mengubah batas ukur Ohmmeter). 2. Ukurlah resistansi R1, R2, R3, R4 dan R5 pada Kit Multimeter dengan menggunakan Ohmmeter. Tuliskan warna gelang masing-masing resistor! Tentukan nilai toleransinya. (Pilihlah batas ukur yang memberikan pembacaan pada daerah pertengahan skala bila skala ohmmeter tidak linier). Tuliskanlah hasil pengukuran ini pada Tabel 1-5. 3. Lakukan kembali pengukuran kelima resistansi tersebut, dengan menggunakan multimeter digital. 4. Bandingkan hasil pengukuran dengan dua macam multimeter tadi. Tuliskan hasil analisis dan kesimpulan pada laporan. Tabel ‎1-5 Hasil pengukuran resistansi dengan multimeter Nilai Resistansi Tertulis ( )

Warna Gelang

R1

220k

Merah-Merah-CoklatEmas

dst.

dst.


Nilai Tolerans (%)

5

Nilai Resistansi Terukur ( ) Multimeter Analog

Multimeter Digital

218

218.56

13

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 2 5. Catatlah dalam Buku Catatan Laboratorium, spesifikasi-teknik osiloskop yang akan dipergunakan!

Kalibrasi 6. Hubungkan output kalibrator dengan input X osiloskop.

Gambar ‎1-14 Terminal sinyal kalibrasi dan port input osiloskop 7. Ukur tegangan serta periodanya untuk dua harga “Volt/Div” dan “Time/Div”, catat ke dalam Tabel 1-6. 8. Lakukan percobaan ini untuk kanal 1 dan kanal 2. Tabel ‎1-6 Pemeriksaan Kondisi Kalibrasi Osiloskop No.

Harga Kalibrator Tegangan Frekuensi (V) (Hz)

Skala Pembacaan Vert. Hors. (V/div) (s/div)

Hasil Pengukuran Tegangan Perioda Frekuensi (V) (s) (Hz)

1

9. Bandingkan hasil pengukuran dengan harga kalibrator sebenarnya. Tulis analisis dan kesimpulan saudara dalam laporan.

Mengukur Tegangan Searah 10. Atur tegangan output dari power supply DC sebesar 2 V (diukur dengan multimeter). 11. Kemudian ukur besar tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi source coupling pada DC. 12. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1-7 Tabel ‎1-7 Hasil pengukuran tegangan DC dengan multimeter dan osiloskop Tegangan terukur (V) Multimeter

14

Osiloskop


Mengukur Tegangan Bolak-balik 13. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vrms diukur dengan multimeter digital. 14. Kemudian ukur tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi Source Coupling pada AC. 15. Lakukan lagi untuk frekuensi 100 Hz dan 10 kHz. 16. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1-8. Tabel ‎1-8 Hasil pengukuran tegangan DC dengan multimeter dan osiloskop Frekuensi (Hz)

Tegangan Terukur (V) Multimeter Osiloskop

100 1k 10k

Mengukur Beda Fasa 17. Gunakan kit Osiloskop dan Generator Sinyal. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vpp. 18. Hubungkan generator sinyal ini dengan input rangkaian penggeser fasa pada kit praktikum (rangkaian RC). Rangkaian Penggeser Fasa

in

out

Gambar ‎1-15 Rangkaian penggeser fasa


15

19. Ukur beda fasa antar sinyal input dan output rangkaian penggeser fasa dengan menggunakan cara membaca dual trace dan Lissajous. Pada pengukuran beda fasa dengan dual trace, yakinkan Source Trigger bukan vertical. 20. Amatilah untuk beberapa kedudukan potensio R! 21. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1-9, lakukan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan. Tabel ‎1-9 Hasil pengukuran beda fasa dengan osiloskop Posisi Nilai Potensio R

Vinput (Vpp)

finput (kHz)

Minimum

2

1

Maksimum

Pengukuran Beda Fasa Dual Trace (gambarkan)

Lissajous (gambarkan)

Ø=…

Ø=…

Ø=…

Ø=…

dst.

Mengukur Frekuensi 22. Gunakan kit Box Osilator. Hubungkan dengan sumber tegangan DC 5 V. 23. Gunakan keluaran dari osilator dan amati pada osiloskop. 24. Ukur frekuensi osilator f1, f2 dan f3 dengan menggunakan cara langsung dan cara Lissajous. 25. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1-10. Tabel ‎1-10 Hasil pengukuran frekuensi dengan osiloskop Posisi Selektor Frekuensi

Pengukuran frekuensi Cara Langsung Tsinyal (s)

fsinyal (Hz)

Cara Lissajous f - generator sinyal (Hz)

Gambar Tampilan

f - sinyal (Hz)

f1 f2 f3

16


Mengukur Faktor Penguatan 26. Gunakan bagian “Penguat” (pada kit Osiloskop dan Generator Sinyal, jangan lupa menghubungkan catu-daya nya ke jala-jala). Sebagai inputnya, gunakan gelombang sinus 1 kHz 2 Vpp dari Generator Fungsi. 27. Ukur penguatan (Vo/Vi) dari sinyal di input ke output menggunakan cara langsung (mode xy) dan dengan dual trace. 28. Tuliskan hasil pengukuran pada Buku Catatan Laboratorium (Tabel 1-11). Tabel ‎1-11 Hasil pengukuran faktor penguatan dengan osiloskop Vinput

Cara Langsung

Tegangan Frekuensi (kHz) (Vpp)

Faktor Penguatan

2

1

Cara Dual Trace Vout (Vpp)

Faktor Penguatan

dst.

Menggambar Karakteristik Komponen Dua Terminal 29. Gunakan rangkaian/ komponen-komponen pada bagian kanan kit “Osiloskop dan Generator Sinyal”. Hubungkan resistor sebagai komponen dua terminal dengan rangkaian pada Gambar 1-16 dibawah ini. Gunakan gelombang sinusoid dengan frekuensi 150 Hz, 2 Vpp pada generator sinyal. +

GenSinyal

Vx

+

1KΩ

_

_ 1KΩ

-

Vy +

Gambar ‎1-16 Rangkaian karakterisasi resistor


17

30. Atur osiloskop pada mode x-y. Aktifkan tombol “INV” pada kanal Y. Perhatikan karakteristik komponen tersebut. Catat kurva karakteristik i-v komponen tersebut pada Buku Catatan Laboratorium. 31. Ulangilah pengukuran karakteristik di atas dengan memodifikasi komponen dua terminal rangkaian untuk kapasitor dan dioda seperti yang digambarkan pada gambar 1-17 dan 1-18 dibawah ini. +

Vx

_

_

+ GenSinyal

1KΩ

-

Vy +

Gambar ‎1-17 Rangkaian karakterisasi kapasitor +

Vx

_

_

+ GenSinyal

1KΩ

-

Vy +

Gambar ‎1-18 Rangkaian karakterisasi dioda 32. Apa yang terjadi bila bentuk gelombang yang digunakan adalah segitiga, untuk ketiga rangkaian diatas ?. Catatlah pada BCL.

Mengakiri Percobaan 33. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggal-kan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off) dan tertutup kover-nya. 34. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan men-dapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 35. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai

18


Percobaan 2 Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 2.1 Tujuan 1. Memahami penggunaan teorema Thevenin dan teorema Norton pada rangkaian arus searah 2. Memahami Teorema Superposisi 3. Memahami Teorema Resiprositas 4. Dapat merancang Rangkaian Pembagi Tegangan 5. Memahami rangkaian resistor seri dan paralel 6. Memahami nilai statistik resistansi

2.2 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul rangkaian DC ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Teorema Thevenin Suatu rangkaian aktif (dengan sumber tegangan dan/ atau sumber arus dependen maupun independen) yang bersifat linier dengan 2 kutub (terminal) a dan b, dapat diganti dengan suatu tegangan VT seri dengan resistor RT. a

a RT Rangkaian aktif linier

VT b

b

Gambar ‎2-1 Konsep Teorema Thevenin VT = tegangan pada a-b dalam keadaan tanpa beban (open circuit) = V OC RT = resistansi pada a-b “dilihat” kearah rangkaian dengan semua sumber independen diganti dengan resistansi dalamnya.


19

Dengan teorema ini kita dapat menghitung arus beban dengan cepat bila beban diubahubah.

Teorema Norton Suatu rangkaian aktif (dengan sumber tegangan dan atau sumber arus dependen maupun independen) yang bersifat linier dengan 2 kutub (terminal) a dan b, dapat diganti dengan satu sumber arus IN paralel dengan satu resistor dengan resistansi RN. a

a +

Rangkaian aktif linier

RN IN b

b

Gambar ‎2-2 Teorema Norton IN = arus melalui a-b dalam keadaan hubung singkat (short circuit) = ISC RN = resistansi pada a-b “dilihat” ke arah rangkaian dengan semua sumber independen diganti dengan resistansi dalamnya.

Teorema Superposisi Prinsip superposisi menyebabkan suatu rangkaian rumit yang memilki sumber tegangan/arus lebih dari satu dapat dianalisis menjadi rangkaian dengan satu sumber. Teorema ini menyata-kan bahwa respon yang terjadi pada suatu cabang, berupa arus atau tegangan, yang disebab-kan oleh beberapa sumber (arus dan/atau sumber tegangan) yang bekerja bersama-sama, sama dengan jumlah masing-masing respon bila sumber tersebut bekerja sendiri dengan sum-ber lainnya diganti oleh resistansi dalamnya. Ketika menentukan arus atau tegangan dari satu sumber tertentu, semua tegangan indepen-den digantikan dengan hubung singkat dan semua sumber arus independen digantikan dengan hubung terbuka. Tegangan dependen tidak mengalami perubahan. Prinsip superposisi ini dapat diperluas untuk sumber yang bolak-balik, namun hanya berlaku pada rangkaian yang linear. Jadi bila pada suatu rangkaian terdapan n buah sumber, maka akibat total, berupa arus atau tegangan, pada suatu cabang dapat dituliskan sebagai berikut: at = a1 + a2 + ...+ an dimana at = arus atau tegangan pada suatu cabang bila n buah sumber (sumber arus dan/atau sumber tegangan) bekerja bersama-sama 20


a1 = arus atau tegangan pada suatu cabang tersebut bila hanya sumber S 1 yang bekerja, sedangkan sumber S2, S3, ... Sn diganti oleh resistansi dalamnya. ... dan seterusnya hingga a ke n (an) an = arus atau tegangan pada suatu cabang tersebut bila hanya sumber Sn yang bekerja, sedangkan sumber S1, S2, ... Sn-1 diganti oleh resistansi dalamnya.

Teorema Resiprositas Dalam tiap rangkaian pasif yang bersifat linier, bila suatu sumber tegangan V yang dipasang pada cabang k menghasilkan arus I1 = I pada cabang m, maka bila sumber tegangan V tersebut dipindahkan ke cabang m, arus yang mengalir pada cabang k adalah I 2 = I. R1

R2

m

k I1 = I R3

V R4

R5

R6

Gambar ‎2-3 Sumber tegangan v dipasang pada cabang k, dan arus pada cabang m adalah I1=I R1

R2 k

m

I2 = I

V

R3 R4

R5

R6

Gambar ‎2-4 Sumber tegangan v dipindahkan ke cabang m, maka arus pada cabang k ialah I2 = I


21

2.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Kit Teorema Thevenin dan Norton

(1 buah)

2. Kit Multimeter

(1 buah)

3. Kit Osiloskop dan Generator Sinyal

(1 buah)

4. Resistor 1K

(100 buah)

5. Resistor Dekade

(1 set)

6. Power Supply DC

(2 buah)

7. Multimeter

(2 buah)

8. Kabel 4mm – 4mm

(min 10 buah)

2.4 Tugas Pendahuluan 1. Perhatikan rangkaian di bawah ini untuk R1 = 33 K, R2 = 1,5 K, R3 = 2,2 K, dan R4 = 1,5 K. R1

R3 R2 R4

I4

V1 V2

Gambar ‎2-5 Rangkaian percobaan superposisi 2. Hitunglah arus yang melalui R4 (yaitu I4) dan beda potensial pada R1 untuk nilai V1=12 V dan V2 = 6 V. 3. Asumsi di lab hanya tersedia resistor dengan nilai berikut ini: 220 K

1 buah

10

1 buah

33 K

1 buah

2,2 K

1 buah

120

2 buah

1,5 K

2 buah

1,5 M

2 buah

Kombinasikan sebagian dari resistor-resistor tersebut untuk menghasilkan nilai resistansi di bawah ini: 22


70 870 5,2 K 1,72 M 36,7 K

2.5 Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium. 2. Periksa kelengkapan dan kondisi alat ukur serta sumber arus yang tersedia di meja praktikum

Percobaan Teorema Thevenin (Rangkaian 1) 3. Dalam percobaan ini, teorema Thevenin dipergunakan untuk mencari arus pada beban R (R1, R2, atau R3) pada cabang C-D secara tidak langsung, dengan mengukur VT, RT, dan R. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan pengukuran arus melalui beban secara langsung dengan membaca milli Ammeter. 4. Gunakan kit Thevenin dan Norton. Pasanglah sumber tegangan searah 20 V pada A-B. pada cabang C-D pasanglah mA meter seri dengan beban R 1, seperti pada Gambar 2-6. Catat arus yang melalui R1. C

A

A

Rangkaian N

20V

R1 B

I

D

Gambar ‎2-6 Pengukuran arus rangkaian


23

5. Bukalah beban & mA-meter, sehingga C-D terbuka (open circuit). Ukurlah tegangan open circuit C-D dengan Voltmeter Elektronik yang mempunyai impendansi input tinggi,( seperti pada Gambar 2-7. ) catat tegangan open circuit ini sebagai nilai VT. Perhatikan bahwa tegangan sumber A-B harus tetap = 20 V. C

A Rangkaian N

20V

V

B

D

Gambar ‎2-7 Pengukuran tegangan Thevenin 6. Untuk mengukur RT, yaitu resistansi yang “dilihat” pada terminal C-D ke arah kiri, bukalah/lepaskan sumber tegangan dari A-B dan hubung singkatkan A-B, seperti pada Gambar 2-8. Ukurlah resistansi pada terminal C-D dengan ohmmeter (atau jembatan). C

A Rangkaian N

Ohm meter B

D

Gambar ‎2-8 Pengukuran resistansi Thevenin/ Norton (RT) 7. Ukurlah resistansi R1 8. Hitunglah arus melalui R1 dari:

I

VT RT  Ri

C RT R1

VT

I

D

Gambar ‎2-9 Pengukuran arus pada rangkaian pengganti Thevenin 1

24


9. Bandingkan hasil perhitungan tersebut dengan hasil yang saudara peroleh dari pengukuran pada langkah no 3. 10. Ulangilah percobaan Thevenin ini (langkah 3 sampai 7) untuk harga R = R2 dan R = R 3. 11. Tuliskan hasil percobaan di atas dalam bentuk tabel pada Buku Catatan Laboratorium (BCL).

Teorema Thevenin (Rangkaian 2) 12. Susun rangkaian seperti Gambar 2-9. Sumber tegangan menggunakan sumber tegangan yang diatur tegangannya pada nilai VT langkah 5 dan resistor mengguna-kan resistor dekade atau potensiometer yang tersedia pada kit praktikum, dengan nilai RT pada langkah 6. 13. Ukurlah arus yang mengalir melalui R 1 dengan mA-meter. 14. Ulangilah percobaan 11-14 untuk R = R2, R = R3, dan R = 0 (hubung-singkat). 15. Tulislah hasil percobaan di atas dalam Buku Catatan Laboratorium.

Teorema Norton 16. Dalam percobaan ini, rangkaian pada percobaan thevenin 1 di atas diganti dengan se-buah sumber arus IN paralel dengan suatu resistansi RN yang besarnya sama dengan RT. 17. Mencari besar IN. Pasanglah sumber tegangan searah 20 V pada A-B. Ukurlah arus hubung-singkat pada C-D (pasanglah mA-meter pada C-D). C

A Rangkaian N

20V

A I

B

D

Gambar ‎2-10 Pengukuran arus Norton


25

18. RN = RT dapat diperoleh pada langkah 6 pada percobaan sebelumnya. Aturlah sumber arus sehingga menghasilkan arus sebesar IN seperti telah diperoleh dari langkah 17. Buatlah rangkaian seperti di bawah ini: E

C

A

A

Sumber arus IN

Rangkaian N

RT R1

B

F

D

Gambar ‎2-11 Pengukuran arus rangkaian pengganti Norton 19. Ukurlah arus melalui mA-meter untuk R = R1, R2 dan RN2 20. Ubah resistor RN menggunakan resistor dekade, lakukan kempbali pengukuran arus seperti pada langkah 19. 21. Tulislah hasil pengamatan saudara dalam Buku Catatan Laboratorium.

Teorema Superposisi 22. Gunakan Kit Multimeter. Perhatikan rangkaian sebagai berikut untuk R 1 = 33 K, R2 = 1,5 K, R3 =1,5 K, dan R4 = 2,2 K. R1

R3 R2

V1

R4

I4

V2

Gambar ‎2-12 Pengukuran arus rangkaian teorema superposisi

26


23. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas dengan V1= 12 V, dan V2 = 0 V (V2 dihubung singkat). 24. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1. Catat hasilnya pada Buku Catatan Laboratorium. Keterangan: JANGAN menghubung-singkatkan sumber tegangan. Lepaskan sumber tegangan dari rangkaian, baru hubung singkatkan kedua titik pada rangkaian. 25. Kemudian ubah rangkaian di atas menjadi V1 = 0 V (V1 dihubung singkat) & V2 = 6 V. 26. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1. Catat hasilnya dalam Buku Catatan Laboratorium. 27. Kemudian modifikasilah rangkaian di atas menjadi V 1=12 V dan V2 = 6 V. (Petunjuk: Gunakan rangkaian pembagi tegangan menghasilkan V2 = 6V.) 28. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1, catat dalam Buku Catatan Laboratorium. Lakukan perhitungan nilai arus dan tegangan yang seharusnya terjadi dan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Teorema Resiprositas 29. Buatlah rangkaian berikut dengan R1= 1,5 K, R2= 33K, R3= 1,5K, R4= 220K, R5= 2,2K. R1

R3

R5

a

R2

R4

b

Gambar ‎2-13 Rangkaian percobaan teorema resiprositas


27

30. Pasang sumber tegangan V = 12 V pada a-b. Ukurlah arus yang melalui c-d dengan memasang milli Ammeter pada c-d. Perhatikan polaritas milli Ammeter. 31. Pindahkanalah sumber tegangan 12 V tersebut ke c-d (Vcd = 12V) 32. Ukurlah arus melalui a-b dengan memasang milli Ammeter pada a-b.

Transfer Daya Maksimum 33. Gunakan Kit Teorema Norton. Rangkai rangkaian pembagi tegangan seperti gambar di bawah ini dengan nilai resistor R A = resitor variabel metrix x10 K , x1 K , x100 serta RB = 3,3 Kdari kit praktikum. A

RA 10 V

RB

V

Vs

Gambar ‎2-14 Rangkaian percobaan pembagi tegangan 34. Amati dan catat tegangan, arus dan daya yang terjadi pada resistor beban RB sesuai dengan Tabel 2-1 35. Gambarkan grafik daya vs RB pada Buku Catatan Laboratorium dan amati adanya tegangan maksimum 36. Atur RB hingga diperoleh nilai RB yang memberi nilai daya maksimum 37. Sampaikan analisis hasilnya pada laporan Tabel 2- 1 Pengukuran Transfer Daya Maksimum RB(

No 1

200

2

400

3

800

4

1600

5

3200

6

6400

7

12800

8

512000

28

VB(V)

IB (A)

PB (Watt)


Rangkaian Resistor Seri dan Paralel 38. Gunakan Kit Multimeter. Rangkai suatu rangkaian dengan resistor-resistor yang tersedia pada kit, yang menghasilkan resistansi efektif sesuai di bawah ini (pilih hari yang sesuai dengan hari praktikum). 70

(Senin)

870

(Selasa)

5,2 K

(Rabu)

1,72 M

(Kamis)

36,7 K

(Jumat)

39. Ukur resistansi masing-masing resistor yang digunakan dan resistansi efektif rangkaian tersebut dengan menggunakan multimeter digital, catat pada Buku Catatan Laboratorium.

Perilaku Statistik Nilai Resistansi 40. Ukurlah ke 100 resistor 1k dengan menggunakan Multimeter Digital. Catat nilainya dalam Tabel 2-2 Tabel 2-‎2 Data pengukuran resistor No.

Resistansi ()

1

0-967

2

968-972

3

973-977

4

978-982

5

983-987

6

988-992

7

993-997

8

998-1002

9

1003-1007

10

1008-1012

11

1013-1017

12

1018-1022


Cacah

Jumlah

29

13

1023-1027

14

1028-1032

15

1033- …

41. Setelah semua kelompok dalam pengawasan satu asisten selesai mengukur resistansi, gabungkan hasil dalam table berikut. Tabel ‎2-3 Rekapitulasi data pengukuran resistor No.

Resistansi ( )

1

0-967

2

968-972

3

973-977

4

978-982

5

983-987

6

988-992

7

993-997

8

998-1002

9

1003-1007

10

1008-1012

11

1013-1017

12

1018-1022

13

1023-1027

14

1028-1032

15

1033- …

30

Jumlah di Jumlah di Kel ___ Kel ___

Jumlah di Kel ___

Jumlah di Kel ___

Jumlah di Kel ___

Jumlah Keseluruhan


42. Buat statistik dalam bentuk histogram nilai resistansi tersebut dalam laporan. 43. Secara acak ambilah 3 buah resistor, ukur kembali resistansi resistor-resistor tersebut. Berapakah probabilitas ke 3 resistor bernilai dalam antara 999-1001? Jelaskan pengamatan dan kesimpulan dalam laporan.

Mengakhiri Percobaan 44. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggal-kan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 45. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan men-dapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 46. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.


31

Percobaan 3 Rangkaian Penguat Operasional 3.1 Tujuan 1. Dapat menyusun rangkaian pada breadboard 2. Memahami penggunaan operational amplifier 3. Dapat menggunakan rangkaian-rangkaian standar operational amplifier pada komputasi analog sederhana

3.2 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul op amp ini. Tugas pendahuluan pada modul ini adalah menyusun lima buah rangkaian menggunakan IC op amp 741 pada breadboard. Untuk mendukung pengerjaan tugas pendahuluan ini, siswa diharapkan telah membaca “Petunjuk Umum Penggunaan BreadBoard” dan Appendix berjudul “Rating Komponen”. Peralatan dan perlengkapan yang akan digunakan, seperti breadboard, IC, dan kabel penghubung, akan disediakan dari lab dan dapat diambil di Laboratorium Dasar sehari sebelum praktikum dimulai. Buat rangkaian di rumah dan bawa rangkaian ini pada saat praktikum sebagai tugas pendahuluan sekaligus bahan praktikum.

Pengenalan Op Amp Operational Amplifier, sering disingkat dengan sebutan Op Amp, merupakan komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian elektronik berdaya rendah (low power). Istilah operational merujuk pada kegunaan op amp pada rangkaian elektronik yang memberikan operasi aritmetik pada tegangan input (atau arus input) yang diberikan pada rangkaian. Op amp digambarkan secara skematik seperti pada Gambar 3-1.

32


Gambar ‎3-1 Simbol penguat operasional Gambar di atas menunjukkan dua input, output, dan koneksi catu daya pada op amp. Simbol ”-” menunjukkan inverting input dan ”+” menunjukkan non-inverting input. Koneksi ke catu daya pada op amp tidak selalu digambarkan dalam diagram, namun harus dimasukkan pada rangkaian yang sebenarnya.

IC Op Amp 741

Gambar ‎3-2 Konfigurasi pin IC Op amp 741 IC op amp yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 3-2. Rangkaian op amp ini dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah yang benar dari rangkaian. Pada bagian atas DIP biasanya tercetak nomor standar IC. Perhatikan bahwa penomoran pin dilakukan berla-wanan arah jarum jam, dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda bulatan/strip. Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (no connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. Pada percobaan kali ini kita tidak akan menggunakan fitur offset null. Perhatikan bahwa tidak terdapat pin ”ground” pada op amp ini, amp menerima referensi ground dari rangkaian dan komponen eksternal. Meskipun pada IC yang digunakan pada eksperimen ini hanya berisi satu buah op amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih op amp dalam suatu kemasan DIP. Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik

33

IC op amp memiliki kelakukan yang sangat mirip dengan konsep op amp ideal pada analisis rangkaian. Bagaimanapun, terdapat batasan-batasan penting yang perlu diperhatikan. Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, biasanya ±18V, karena akan merusak IC. Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V. Ketiga, arus output dari sebagian besar op amp memiliki batas pada 30mA, yang berarti bahwa resistansi beban yang ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum.

Rangkaian Standar Op Amp Berikut ini merupakan beberapa rangkaian standar op amp. Untuk penurunan persamaannya dapat merujuk ke buku teks kuliah. Jika ingin mendesain rangkaian sederhana, pilihlah resistor dalam range sekitar 1k sampai 200k.

Vout = Vin Gambar ‎3-3 Rangkaian penyangga (voltage follower)

Vout = -(R2/R1)Vin Gambar ‎3-4 Penguat Inverting

Vout = (1+R2/R1)Vin Gambar ‎3-5 Penguat Noninverting 34


Vout = (R2/R1)(Vin,2-Vin,1) Gambar ‎3-6 Penguat Selisih


35

3.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Power Supply DC

(2 buah)

2. Generator Sinyal

(1 buah)

3. Osiloskop

(1 buah)

4. Kabel BNC – probe jepit (2 buah) 5. Kabel BNC – BNC

(1 buah)

6. Kabel 4mm – 4mm

(max. 5 buah)

7. Kabel 4mm – jepit buaya (max. 5 buah) 8. Multimeter Digital

(2 buah)

9. Breadboard

(1 buah)

10. Kabel jumper

(1 meter)

11. IC Op Amp 741

(7 buah)

12. Kapasitor 1 nF

(1 buah)

13. Resistor 1 k

(6 buah)

14. Resistor 1,1 k

(2 buah)


(7 buah)


(4 buah)

3.4 Tugas Pendahuluan 1. Rangkai keempat rangkaian seperti pada Gambar 3-7 di atas breadboard, bawa pada saat praktikum.

36


+ 12 V

3,3k ohm

Vo

2,2k ohm

A B C

2,2k ohm

1k ohm

D

1k ohm

2,2k ohm

- 12 V

3,3k ohm

- 12 V Vin

Gambar ‎3-7 Rangkaian percobaan penguat non-inverting + 12 V

3,3k ohm B 2,2k ohm

1,1k ohm

Vo

1k ohm A 2,2k ohm

- 12 V

- 12 V Vin

Gambar ‎3-8 Rangkaian percobaan penguat inverting


37

+ 12 V

3,3k ohm B 2,2k ohm

1k ohm

Vo

1,1k ohm 1k ohm

A Vin2

2,2k ohm

- 12 V Vin1

Gambar ‎3-9 Rangkaian percoban penguat penjumlah + 12 V

CF = 1nF Rs = 1k ohm

Vo

Vs

- 12 V

Gambar ‎3-10 Rangkaian percobaan integrator 2. Desain dan susunlah suatu rangkaian yang menghasilkan hubungan keluaran dan masukan sebagai berikut t

Kombinasi 1, vO  v A  2,2 v B dt 0 t

Kombinasi 2, vO  1,5v A  4,7  v B dt 0 t

Kombinasi 3, vO  2v A  2,2 v B dt 0 t

Kombinasi 4, vO  1,2v A  4,7  v B dt 0

Dengan Va dan Vb adalah input tegangan, dan nilai kombinasi (x) memenuhi persamaan berikut. 38


x = ((3 digit terakhir NIM salah satu anggota kelompok) mod 4) + 1 Misalkan untuk NIM 128, gunakan Kombinasi 1. Petunjuk: Pastikan untuk menggunakan orde resistor yang tepat (k) sesuai dengan rating daya pada resistor. Kelebihan daya pada resistor dapat menyebabkan resistor dan op amp mengalami kerusakan. Jika ini terjadi maka dapat menyebabkan pengurangan nilai. 3. Turunkan persamaan differensial rangkaian Gambar 3-11 berikut dengan frekuensi osilasinya. 4. Pada Buku Catatan Laboratorium, buatlah tabel untuk data menurut perhitungan dan hasil pengukuran. Hasil pengukuran akan diisi pada saat praktikum


39

3.5 Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium. 2. Pada percobaan ini akan digunakan tegangan catu + 12 V dan -12 V untuk rangkaian op amp. Pastikan tegangan catu OFF ketika menyusun rangkaian. Setelah rangkaian telah dicek (yakin bahwa tidak terdapat kesalahan perangkaian) baru berikan tegangan. Koneksi tegangan yang tidak tepat akan merusak IC dan pengurangan nilai.

Rangkaian Penguat Non-Inverting 3. Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-7 4. Ukur dan catat nilai aktual resistor 1k. 5. Sambungkan VP ke titik A, catat nilai Vin dan Vo. 6. Sambungkan VP ke titik B, catat nilai Vin dan Vo. 7. Sambungkan VP ke titik C, catat nilai Vin dan Vo. 8. Sambungkan VP ke titik D, catat nilai Vin dan Vo. 9. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan lakukan analisa pada laporan.

Rangkaian Penguat Inverting 10. Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-8. 11. Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan. 12. Sambungkan VP ke titik A, catat nilai Vin dan Vo. 13. Sambungkan VP ke titik B, catat nilai Vin dan Vo. 14. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan. 15. Selanjutnya, dengan masih terhubung ketitik B, pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op-amp (Vout)sebesar 4 Vpp.

40


16. Catat besar tegangan Vin peak to peak. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Lakukan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Summer(Penjumlah) 17. Modifikasi rangkaian pada Gambar 3-8 dengan menambahkan input lain (Vin2) dari generator sinyal, seperti pada Gambar 3-9. 18. Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan. 19. Buka sambungan dari titik C ke rangkaian. Pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op amp sebesar 4Vpp. 20. Sambungkan VP ke titik A. Amati dengan menggunakan osiloskop dan catat nilai Vin serta Vo. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. 21. Sambungkan VP ke titik B, catat nilai Vin dan Vo. 22. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Integrator 23. Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-10 24. Rangkai Vs dengan sinyal kotak menggunakan generator sinyal pada frekuensi 1kHz 0,5Vpp. 25. Amati gelombang output dengan menggunakan osiloskop. Plot kedua gelombang input dan output. Apakah hubungan antara gelombang input dan output? Lakukan analisis dan tulis dalam laporan. 26. Lakukan langkah 23 dengan mengubah amplitudo sebesar 0.1Vpp dan bandingkan hasilnya. Lakukan analisis tentang pengamatan anda!

Desain 27. Gunakan rangkaian yang sudah Anda persiapkan dari rumah. 28. Tunjukkan pada asisten bahwa hubungan antara V ouput dengan Vinput pada rangkaian Anda adalah benar. (Petunjuk: Gunakan tegangan input V a sekitar 0,5 V dan tegangan Vb sekitar 0,1Vpp.)


41

Contoh Aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian OpAmp untuk Oscillator. 29. Susunlah rangkaian pada gambar 3-11 dibawah, di breadboard yang disediakan. + 12 V + 12 V CF = 1nF CF =1nF

A

R1 = 12kΩ

B

C R1 = 12kΩ Vout

- 12 V - 12 V + 12 V R4 = 3,9kΩ

R3 = 12kΩ - 12 V

Gambar ‎3-11 Rangkaian percobaan Oscillator 30. Catatlah frekuensi yang dihasilkan di titik C, dan catatlah di BCL. 31. Ubahlah nilai R1 dan R2 menjadi 6,8 K. amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL. 32. Kembalikan R1 & R2 ke nilai awal. Lalu ubahlah nilai C1 menjadi 470 pF. Amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL. 33. Kembalikan C1 ke nilai awal Ubahlah nilai R4 menjadi 12 K.. amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL.

Mengakhiri Percobaan 34. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 35. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 36. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai. 42


Percobaan 4 Gejala Transien 4.1 Tujuan 1. Mengenali adanya respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga. 2. Memahami dan menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari respons waktu rangkaian. 3. Memahami pengaruh tegangan sumber tegangan bebas pada nilai tegangan tegangan transient dalam rangkaian RC.

4.2 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul Gejala Transien ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Pengenalan Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi seperti inductor dan/atau kapasitor. Gejala ini timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan oleh komponen tersebut tidak dapat berubah seketika (arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor).


43

Gambar ‎4-1 Gejala transien pengisian muatan pada kapasitor

Gambar ‎4-2 Gejala transien pengosongan muatan pada kapasitor

Perhatikan Gambar

4-3, pada rangkaian tersebut terdapat dua kapasitor C1 dan C2.

Kapasitor C1 berfungsi untuk menyimpan muatan yang pada awalnya didapat dari power supply, yang lalu akan disimpannya dan dibuang ke C 2 (saklar S2 ‘on’) ketika sudah tidak lagi tersambung dengan power-supply (saklar S1 ‘off’). Saklar S1 dan S2 menggunakan rangkaian terintegrasi analog switch 4066 yang memiliki resistansi kontak (on) sekitar 80 .

44


Gambar ‎4-3 Rangkaian dasar percobaan gejala transient Untuk lebih jelasnya, terdapat tahapan : 1. Titik-titik A, B, C & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S1 ‘on’ & S2 ‘off’), sehingga muatan di C1 akan terisi. Sampai pada akhirnya tegangannya sama dengan 5V. 2. Titik-titik C, D, E & gnd akan membentuk loop tertutup (ketika S1 ‘off’ & S2 ‘on’), maka muatan yang terdapat pada C1 akan mengalir mengisi C2, hingga pada suatu saat tegangan di C2 sama dengan tegangan di C1. Pada percobaan kita kali ini, mekanisme menyala-matikan saklar-saklar (saklar elektrik) akan dikendalikan otomatis oleh sebuah rangkaian kontroller. Sehingga keseluruhan siklus yang akan kita amati : 1. mengisi C1 2. memindahkan sebagian isi C1 ke C2. 3. mengosongkan kedua kapasitor, dan kembali ke 1. Siklus ini dilakukan secara otomatis oleh kontroller selama 20ms agar dapat ditampilkan pada osiloskop.


45

4.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Kit Transien

(1 buah)

2. Osiloskop

(1 buah)

3. Sumber daya DC

(1 buah)

4. Multimeter

(1 buah)

5. Kabel 4mm-4mm

(max. 10 buah)

6. Kabel BNC-4mm

(max. 3 buah)

4.4 Tugas Pendahuluan 1. Perhatikan Gambar 4-3. Jika pada : t0: S1 ‘off’ & S2 ‘off’, t1: S1 ‘on’ & S2 ‘off’, t2: S1 ‘off’ & S2 ‘on’, t3 : sama dengan t0 , dst

46


2. Turunkan persamaan yang menyatakan besaran VC1(t) dan VC2(t) pada setiap saat. 3. Gambarkan grafik yang bersesuaian dengan pertanyaan 1.

4.5 Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium. 2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.

Percobaan 1 3. Pastikan kapasitor dalam keadaan kosong dengan menghubung-singkatkan kakikaki tiap kapasitor. 4. Siapkan rangkaian seperti pada Gambar 4-3, dengan nilai komponen pada Tabel 4-1. Tabel ‎4-1 Nilai komponen RC pada percobaan 1 Komponen Nilai


R1

2,2 K

R2

4,7 K

C1

220 nF

C2

470 nF

47

5. Siapkan Osiloskop (cek dahulu kalibrasinya). 6. Hubungkan kabel power supply AC (outlet) dari kit Transien ke jala-jala. 7. Hubungkan VCC dan Ground ke Power-Supply dengan tegangan 5V dc. 8. Pergunakan sinyal “Vcontrol S1” atau VCS1 sebagai sinyal sinkronisasi. 9. Gunakan kanal-1 Osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C1 (VC1). Dan catat plot tegangan-waktu dari VC1. 10. Gunakan kanal-2 Osiloskop untuk melihat tegangan yang terjadi di C2 (VC2). Dan catat plot tegangan-waktu dari VC2. 11. Gabungkan kedua channel dengan fungsi “DUAL” di osiloskop. Plot secara detail gabungan dari VC1 dan VC2 vs waktu. 12. Tuliskan hasil percobaan di atas dalam bentuk tabel dalam Buku Catatan Laboratorium

Percobaan 2 13. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai R1 lainnya. 14. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai R2 lainnya. 15. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai C1 lainnya. 16. Dengan nilai komponen lain sama seperti percobaan 1, ulangi percobaan dengan 2 nilai C2 lainnya. 17. Analisalah data yang anda dapat dan buatlah kesimpulan dari percobaan ini.

Percobaan 3 18. Susun kembali rangkaian seperti pada Percobaan 1. 19. Ubah tegangan sumber tegangan DC dari 5V menjadi 4V. Baca dan catatlah nilai tegangan keadaan mantap pada C1 dan C2. Baca dan catat juga konstanta waktunya. 20. Lakukan sekali lagi untuk sumber tegangan DC tegangan 2V. Bandingkan nilainilai tegangan mantap pada C1 dan C2 yang diperoleh dengan tegangan dari sumber tegangan yang berbeda-beda tersebut. Bandingkan juga konstanta waktunya. Tulis hasil pengamatan dan analisa dalam laporan. 48


Percobaan 4 21. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 4-4.

Gambar ‎4-4 Rangkaian percobaan gejala transient dengan fungsi orde-2 22. Amati tegangan pada titik E (Petunjuk: atur setting pada osiloskop menjadi 0,2V/div, waktu 40μs, slope turun, dan external trigger dari VCS4). 23. Amatilah perubahan tegangan untuk nilai C2 yang berbeda. 24. Analisalah data yang anda dapat dan buatlah kesimpulan dari percobaan ini.

Percobaan Tambahan Gejala Transien 1. Susunlah rangkaian menggunakan KIT Rangkaian RL & RC sehingga membentuk rangkaian pada gambar 4D dibawah ini. Induktor Rvar

Frekuensi Generator RG 50Ω

+

RL ~50Ω

+ 2,5mH Vc

Gel. Kotak 1Khz ~2Vpp

8,2 nF

-

-

Gambar 4-5 Susunan rangkaian gejala transien orde 2 Catatan : - RL dan RG adalah resistansi internal komponen/perangkat - Rvar adalah blok resistor variabel 2. Ukur nilai RL yang ada pada kit percobaan anda, dan catat pada BCL. 3. Pasang probe oscilator pada posisi Vc di channel 1 dan output dari generator fungsi di channel 2 osiloskop. 4. Ubah-ubah tampilan osiloskop, sehingga untuk nilai Rvar sekitar 50 ohm, Gambar yang terlihat di kanal 1 adalah seperti gambar 4E dibawah. Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik

49

Gambar 4-6 Gelombang transien ‘underdamped’ 5. Ubah ubah nilai Rvar menjadi sekitar 100 ohm, amati bentuk gelombang di osiloskop kanal 1 dan catat di BCL. 6. Ubah ubah nilai Rvar menjadi sekitar 2K ohm, amati bentuk gelombang dan catat di BCL. 7. Carilah nilai Rvar yang membuat kondisi ‘critically damped’. Catat nilai dan gambar di BCL.

Mengakhiri Percobaan 25. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel, matikan osiloskop, power supply DC, dan cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 26. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 27. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

50


Percobaan 5 Rangkaian AC 5.1 Tujuan 1. Memahami konsep impedansi dalam arti fisik 2. Memahami hubungan antara impedansi resistansi dan reaktansi pada rangkaian seri RC dan RL 3. Memahami hubungan tegangan dan arus pada rangkaian seri RC dan RL 4. Mengukur pada fasa tegangan dan arus pada rangkaian seri RC dan RL 5. Memahami “response” terhadap frekuensi pada rangkaian seri RC dan RL

5.2 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul rangkaian AC ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Pendahuluan Dalam arus bolak-balik, untuk bentuk gelombang sinus, impedansi adalah perbandingan phasor tegangan dan phasor arus. Dari hubungan tegangan dan arus seperti v = R i; vL

di dv , iC dt dt

maka akan terlihat bahwa untuk sinyal tegangan sinusoidal (sinus atau kosinus): pada R ; tegangan sefasa dengan arusnya pada L ; tegangan mendahului 90o terhadap arusnya pada C ; tegangan ketinggian 90o dari arusnya Bila perbandingan tegangan dan arus pada R disebut resistansi, dan perbandingan tegangan dan arus pada L dan C disebut reaktansi, maka akan terlihat bahwa resistansi tidak akan “sebanding” dengan reaktansi. Hal ini dinyatakan dengan adanya suatu operator “j” yang besarnya =  1 yang menunjukan perputaran 90o searah atau berlawanan arah dengan jarum jam terhadap besaran semula.


51

Rangkaian RC Perhatikan rangkaian pada Gambar 5-1.

Gambar ‎5-1 Rangkaian RC sederhana Menurut hukum Kirchoff II (KVL), dapat di tulis :

vi  R i 

1 i.dt C

vi  v R  vC Tegangan resistor vR sefasa dengan I sedangkan tegangan kapasitor vC ketinggalan 90o dari arus. Arus total mendahului antara 0o s.d. 90o. Sudut ketertingalan vi () ditentukan oleh perbandingan reaktansi dan resistansinya. Beda fasa antara vC dan i, atau vi dan i dapat dilihat dengan membandingkan beda fasa antara vC dan vR, atau antara vi dan vR (mengapa?)

Diferensiator Masih dari persamaan di atas, bila output diambil pada resistor vO = vR, untuk vC >> vR akan diperoleh vi  vC sehingga

vi 

1 dvt i dt atau i  C  C dt

Dengan demikian diperoleh hubungan output (vO = vR) dengan input (vi) sebagai berikut :

vo  RC

dvt . dt

Rangkaian dengan persyaratan ini dikenal sebagai rangkaian differensiator. Dalam bentuk phasornya, persyaratan di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

vC  vR atau V C  V R

1 I  R I jC 52


CR  1 .

sehingga diperoleh Bila O 

1 1 atau f O  , maka persamaan di atas dapat dituliskan RC 2RC

  1 atau   O . O O disebut frekuensi “cut off”. Kondisi terakhir ini adalah syarat frekuensi dan nilai-nilai kapasitansi dan resistansi untuk memperoleh fungsi diferensiasi yang baik.

High-Pass Filter Dari persamaan VI  V R  V C , bila diambil V O  V R , maka dapat dituliskan

VO R 1 1    1 1  VI R 1 1 j O jC jCR  Ada nilai utama yang diperoleh dari fungsi di atas: 

Untuk   o akan diperoleh

VO 1 VI



Untuk   o akan diperoleh

VO 0 VI



Untuk   o akan diperoleh

Dari,

vo 1  vi 2



dapat

vo 1  vi 2

diturunkan

bahwa

daya

di

R

adalah



2

Vo 2 Vt / 2 Vt 2 1 PR     Pmax . Pmax adalah daya pada R saat   o . Rangkaian R R 2R 2 merupakan High Pass Filter (HPF) yang sederhana.

Integrator Dari persamaan vi  vR  vC atau vi  R i 

1 i dt C

kapasitor ( vo  vC ) dan vR  vC , maka vi  vR


bila tegangan output diambil pada sehingga vi  R i atau i 

vi . Pada R

53

1 1 v 1 i dt   i dt  vi dt . Fungsi rangkaian ini dikenal  C C R RC  sebagai rangkaian integrator. output diperoleh vo  vC 

Syarat terpenuhinya fungsi rangkaian integrator RC yang baik adalah vR  vC . Dalam bentuk phasornya, hubungan di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

1 I jC

V R  V C atau R I 

Sehingga Bila O 

R 

1 atau CR  11 C

1 1 atau f O  , maka persamaan di atas dapat dituliskan RC 2RC

  1 atau   O . O

Low-Pass Filter Dari persamaan V I  V R  V R , bila diambil V O  V C maka dapat dituliskan :

1 VO 1 1 jC    1  jCR 1  j  VI R 1 jC O Ada nilai utama yang diperoleh dari fungsi di atas: 

Untuk   o akan diperoleh

VO 0 VI



Untuk   o akan diperoleh

VO 1 VI



Untuk   o akan diperoleh

vo 1  vi 2

Dengan ketiga keadaan di atas, rangkaian menunjukkan fungsi Low Pass Filter (LPF) sederhana.

Rangkaian RL Analisa pada rangkaian RL seperti pada Gambar 5-2 dapat dilakukan dengan cara yang sama seperti pada rangkaian RC.

54


Gambar ‎5-2 Rangkaian RL sederhana Menurut hukum Kirchoff II (KVL) vi  vR  vL sehingga

Vi  Ri  L

di dt

Untuk sinyal berbentuk sinusoidal, VR sefasa dengan I dan vi mendahului terhadap I (dengan sudut atara 0o dan 90o). Sama seperti pada rangkaian RC, sudut  ditentukan oleh perbandingan reaktansi dan resistansinya. Beda fasa antara V L dan I, atau anata vi dan I dapat dilihat dengan membandingakan beda fasa V L dan VR, atau vi dan VR (mengapa?) Dengan cara yang sama seperti pada rangkaian RC, dapat diturunkan persyaratannya yang harus dipenuhi agar rangkaian RL berfungsi sebagai differensiator, integrator, High Pass Filter, ataupun Low Pass Filter.


55

5.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Kit Rangkaian RC & RL

(1 buah)

2. Generator sinyal

(1 buah)

3. Osiloskop

(1 buah)

4. Multimeter

(1 buah)

5. Resistor : 1 K, 10 K, 100 K, 1M

(masing-masing 1 buah)

6. Kapasitor : 0,1 F, 0,01 F, 0,001 F

(masing-masing 1 buah)

7. Inductor : 2,5 mH

(1 buah)

5.4 Tugas Pendahuluan 1. Turunkan persyaratan yang harus dipenuhi oleh rangkaian RL agar berfungsi sebagai: differensiator integrator high pass filter dan low pass filter 2. Dengan harga R = 10 K; 100 K dan 1M hitunglah harga C dan L dari rangkaian RC dan RL untuk menjadi differensiator, integrator, high pass filter dan low pass filter. Isikanlah syarat ini pada tabel data percobaan 1 dalam Buku Catatan Laboratorium (BCL) saudara.

5.5 Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. 2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.

Rangkaian RC 1. Buatlah rangkaian dengan harga-harga besaran seperti pada Gambar 5-3.

C

Vi

R

Gambar ‎5-3 Rangkaian RC untuk pengukuran fasor 56


Vi = 2 V rms (bentuk gelombang sinus) R = 10 K; C= 0,1F; f = 300 Hz 2. Hitunglah VR dan VC dengan harga besaran yang telah diketahui. 3. Ukurlah VR dan VC dengan multimeter. Cek apakah Vi = VR + VC. 4. Amati Vi, VR dan VC dengan osiloskop. 5. Carilah beda fasa antara Vi dan VR, juga antara VC dan VR dengan bantuan osiloskop. 6. Carilah hasil perhitungan, pengukuran dan pengamatan saudara ke dalam bentuk tabel dalam Buku Catatan Laboratorium (BCL).

Rangkaian RL 7. Buatlah rangkaian dengan harga-harga besaran seperti pada Gambar 5-4

L

Vi

R

Gambar ‎5-4 Rangkaian RL untuk pengukuran fasor Vi = 2 V rms (bentuk gelombang sinus) R = 1 K; L = 2,5 mH; f = 60 kHz


57

8. Hitunglah VR dan VL dengan harga besaran yang telah diketahui. 9. Amati nilai Vi dengan osiloskop, catat pada Buku Catatan Laboratorium. 10. Carilah beda fasa antara Vi dan VR dan VL dengan bantuan osiloskop. 11. Carilah hasil perhitungan, pengukuran dan pengamatan saudara ke dalam bentuk tabel dalam BCL.

Rangkaian Diferensiator 12. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 5-5.

Gambar ‎5-5 Rangkaian percobaan fungsi diferensial dengan RC 13. Aturlah input dengan bentuk gelombang segi empat sebesar 4 V peak to peak (Vpp) pada frekuensi 500 Hz dengan bantuan osiloskop. 14. Hitunglah konstanta waktu RC dengan harga-harga C dan R yang tersedia. Gambarlah bentuk gelombang output (ideal) dengan input bentuk gelombang segi empat. 15. Ukurlah bentuk gelombang output yang terjadi dengan osiloskop. 16. Catatlah hasil perhitungan dan pengukuran serta gambarlah hasil pengamatan saudara dalam bentuk tabel dalam BCL.

Rangkaian Integrator 17. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 5-6.

Input

C

Output

R Gambar ‎5-6 Rangkaian percobaan fungsi integral dengan RC 58


18. Aturlah input dengan bentuk gelombang segi empat sebesar 4 Vpp pada frekuensi 500Hz dengan bantuan osiloskop 19. Hitunglah konstanta waktu RC dengan harga-harga C dan R yang tersedia (lihat table-5) 20. Gambarlah bentuk gelombang output (ideal) dengan input bentuk gelombang segi empat 21. Amati dan ukurlah bentuk gelombang output yang terjadi dengan osiloskop 22. Catatlah hasil perhitungan dan pengukuran serta gambarlah hasil pengamatan saudara dalam bentuk tabel dalam BCL. 23. Ulangi untuk gelombang segitiga

Pengaruh Frekuensi Diamati pada Domain Frekuensi 24. Buatlah rangkaian RC seperti pada percobaan rangkaian diferensiator, dengan harga R = 10 K dan C = 8,2nF. 25. Hitunglah konstanta waktu = RC. 26. Aturlah input dengan bentuk gelombang segi empat sebesar 4 Vpp pada frekuensi 50 Hz dengan bantuan osiloskop. 27. Ukur dan gambarlah bentuk gelombang output untuk harga-harga frekuensi 50 Hz, 500 Hz , 5 KHz, dan 50 KHz 28. Catatlah hasilnya dalam bentuk tabel dalam BCL. 29. Kemudian buatlah rangkaian RC seperti pada percobaan rangkaian integrator, dengan harga R = 10 K, dan C = 8,2nF.Lakukanlah langkah 28, 29, 30, dan 31. 30. pengaruh frekuensi diamati pada domain frekuensi. 31. Buatlah rangkaian RC seperti pada percobaan rangkaian diferensiator dengan harga R = 10 K dan C = 8,2nF.. 32. Hitunglah konstanta waktu ( = RC) serta frekuensi cut-off (fo) = 1/(2). 33. Aturlah bentuk masukan sinusoidal. 34. Ukurlah Vo (tegangan keluaran) /Vi (tegangan masukan) dengan bantuan osiloskop (input di kanal-1 dan output di kanal-2) untuk 5 titik pengukuran yaitu: 

1 titik frekuensi cut off (petunjuk: ubah frekuensi input dimana frekuensi ini di sekitar frekuensi cut off hasil perhintungan sehingga diperoleh V o/Vi = 1/2 atau = 0,7. Kemudian catat frekuensi ini sebagai f o).


59



2 titik untuk zona datar (LPF) atau zona naik (HPF). (petunjuk: pilih titik frekuensi 1/100 fo dan 1/10 fo)



2 titik untuk zona turun (LPF) atau zona datar (HPF). (petunjuk: pilih titik frekuensi 10 fo dan 100 fo)

35. Hitunglah Vo/Vi yang terjadi dalam dB. 36. Catatlah hasilnya dalam tabel dalam BCL. Plot 5 titik pengukuran tersebut dengan skala logaritmik. Hasil plot 5 titik pengukuran adalah seperti grafik pada Gambar 5-7. 37. Ukur beda fasa dengan menggunakan metode Lissajous 38. Plot hasil tersebut ke dalam grafik frekuensi-fasa seperti contoh pada Gambar 5.8

:LPF

:HPF Gambar ‎5-7 Contoh plot Bode untuk magnituda

Gambar ‎5-8 Contoh plot Bode untuk fasa

60


39. Kemudian buatlah rangkaian RC seperti pada percobaan 4.5 (Rangkaian Integrator) dengan harga R = 10 K, dan C = 8,2nF..Lakukanlah langkah b, c, d, e dan f.

Mengakhiri Percobaan 40. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 41. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 42. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.


61

Percobaan 6 Rangkaian Resonansi 6.1 Tujuan 1. Mengenal sifat rangkaian RLC 2. Mengenal resonansi seri, resonansi paralel, resonansi seri paralel 3. Dapat membedakan sifat resonansi seri dan paralel 4. Dapat menghitung dan/ atau memperkirakan frekuensi resonansi rangkaian RLC

6.2 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul rangkaian resonansi ini. Pada modul ini tidak terdapat tugas pendahuluan.

Rangkaian RLC Dalam rangkaian seri RLC impedansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai berikut: Z tot  R  j  X L  X C 

Dari hubungan ini akan terlihat bahwa reaktansi induktif dan kapasitif selalu akan saling mengurangi. Bila kedua komponen ini sama besar, maka akan saling meniadakan, dan dikatakan bahwa rangkaian dalam keadaan resonansi. Resonansinya adalah resonansi seri. Demikian pula halnya pada rangkaian paralel RLC admitansi total rangkaian dapat dituliskan sebagai: Ytot  G  j BC  BX L 

dimana G adalah konduktansi dan B adalah suseptansi Dari hubungan ini juga akan terlihat bahwa suseptansi kapasitif dan induktif akan selalu saling mengurangi. Pada keadaan resonansi, kedua suseptansi tersebut akan saling meniadakan. Resonansinya adalah resonansi paralel. Dari kedua pembahasan di atas, jelas bahwa jenis resonansi tergantung dari macam hubungan L dan C (seri/paralel).

Resonansi Seri Perhatikan rangkaian RLC seri pada Gambar 6-1. Dari hubungan Z tot  R  j  X L  X C  terlihat bahwa pada waktu resonansi dimana XL = XC maka Ztot = R merupakan Zminimum, sehingga akan diperoleh arus yang maksimum. Dalam keadaan ini rangkaian hanya bersifat resistif sehingga fasa arus sama dengan fasa tegangan yang terpasang. 62


I R

V

XL

XC

Gambar ‎6-1 Rangkaian resonansi seri Saat X L  X C terjadi, maka mengingat X L  L dan X C 

L 

1 atau  O   C

resonani



1 LC

atau f O 

1 dapat diperoleh C

1 2 LC

Disini O atau fO adalah frekuensi yang membuat rangkaian bersifat resistif dan terjadi arus maksimum atau tegangan maksimum pada R. Bila dilihat dari impedansi rangkaian Z tot, maka pada ffo rangkaian akan bersifat induktif. Pada waktu resonansi seri, sangat mungkin terjadi bahwa tegangan pada L atau pada C lebih besar dari tegangan sumbernya. Pembesaran tegangan pada L atau pada C pada saat resonansi ini didefinisikan sebagai faktor kualitas Q.


63

6.3 Alat dan Komponen yang Digunakan 1. Generator Sinyal

(1 buah)

2. Osiloskop

(1 buah)

3. Kabel BNC – probe jepit

(2 buah)

4. Kabel 4mm – jepit buaya

(max. 5 buah)

5. Multimeter Digital

(2 buah)

6. Breadboard

(1 buah)

7. Kabel jumper

(1 meter)

8. Induktor 2,5 mH

(2 buah)

9. Kapasitor 470 pF

(5 buah)

10. Resistor 47

(4 buah)

6.4 Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum.

Rangkaian Seri R, L, C (Resonansi Seri) 2. Susun rangkaian pada Gambar 6-2. Perhatikan bahwa hambatan 50 merupakan resistansi dalam Generator Sinyal. 2,5 mH A 50 ohm

O

B 470 pF

1 Vpp 47 ohm

Generator Sinyal

Gambar ‎6-2 Rangkaian percobaan resonansi seri 64


3. Ubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimal dan atau minimum lokal. Catat nilai tegangan Vo maksimal dan atau minimum tersebut. 4. Pada frekuensi yang menyebabkan tegangan Vo maksimal dan atau minimum lokal tersebut, catat besarnya tegangan induktor (VAB) dan kapasitor (VBO). 5. Bagaimana karakteristik rangkaian pada saat resonansi? Lakukan analisis dan sampaikan pada laporan.

Rangkaian Paralel R, L (Resonansi Paralel) Perhatikan rangkaian pada Gambar 6-3. 2,5 mH VO 50 ohm

VA

470 pF 1 Vpp 47 ohm

Generator Sinyal

Gambar ‎6-3 Rangkaian percobaan resonansi paralel


65

6. Ubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimal dan atau minimum lokal. Catat nilai tegangan Vo maksimum dan atau minimum tersebut. 7. Pada frekuensi yang menyebabkan tegangan Vo maksimum dan atau minimum lokal tersebut, catat besarnya tegangan induktor (VAB) dan kapasitor (VBO). 8. Bagaimana karakteristik rangkaian pada saat resonansi? Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Paralel L dengan Seri L dan C 9. Perhatikan rangkaian pada Gambar 6-4. 2,5 mH

470 pF

50 ohm 2,5 mH

1 Vpp 47 ohm

Generator Sinyal

Gambar ‎6-4 Rangkaian percobaan resonansi seri paralel 1

66


10. Ubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimum dan atau minimum lokal. Catat nilai tegangan Vo maksimum dan atau minimum tersebut. 11. Pada frekuensi yang menyebabkan tegangan Vo maksimum dan atau minimum lokal tersebut, catat besarnya tegangan induktor (VAB) dan kapasitor (VBO). 12. Bagaimana karakteristik rangkaian pada saat resonansi? Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Seri C dengan Paralel C dan L 13. Perhatikan rangkaian seperti pada Gambar 6-5.

470 pF 50 ohm

470 pF 2 ,5 m H

1 Vpp 47 ohm

G e n e ra to r S in ya l

Gambar ‎6-5 Rangkaian percobaan resonansi seri paralel 2


67

14. Ubah frekuensi generator sinyal untuk mencari nilai tegangan Vo maksimum dan atau minimum lokal. Catat nilai tegangan Vo maksimum dan atau minimum tersebut. 15. Pada frekuensi yang menyebabkan tegangan Vo maksimum dan atau minimum lokal tersebut, catat besarnya tegangan induktor (VAB) dan kapasitor (VBO). 16. Bagaimana karakteristik rangkaian pada saat resonansi? Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Aplikasi Rangkaian Resonansi dalam Filter 17. Susunlah rangkaian seperti pada gambar 6-6 dibawah, di bread-board yang disediakan. Vi 50 ohm

1 Vpp

47 nF

Vo

2,5 mH

47 ohm

Generator Sinyal

Gambar 6-6 Rangkaian percobaan resonansi seri paralel 1

68


18. Carilah frekuensi dimana Vo menjadi minimum, ini adalah FC. Lalu carilah Vo di FC/10, FC/100, & FC*10, FC*100, seperti pada gambar 6-7 dibawah. 19. Untuk mencari Vo max gunakan frekuensi 50Hz. Kemudian carilah titik-titik frekuensi FL, FH. 20. Petunjuk : gunakan mode X-Y pada osiloskop dengan ch.1 adalah Vin dan ch.2 adalah Vo. (Untuk mempermudah mencari amplituda Vo, ‘ground’kan ch.1) Vo max

(Vo max) /√2

Vo min

FL FC/10

FC/100

10*FC

FC

FH

100*FC

Gambar 6-7 Bode plot untuk rangkaian di gambar 6-6 21. Cari juga beda fasa antara Vin dan Vo pada titik-titik frekuensi tersebut. Dan gambarkan bode-plot serta beda fasa-nya di BCL. 22. Lakukan langkah 1 – 4 untuk rangkaian pada gambar 6-8 dibawah 2,5 mH Vi

Vo

50 ohm

47 nF

1 Vpp 47 ohm Generator Sinyal

Vo max

(Vo max) /√2

FC/100

FC/10

FL

FC

FH

10*FC

100*FC

Gambar 6-8 Rangkaian percobaan resonansi seri paralel 2 Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik

69

Mengakhiri Percobaan 23. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop dan generator sinyal. Pastikan juga multimeter analog, multimeter dan digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 24. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 25. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

70


Lampiran A Akurasi, Presisi dan Nilai Penting Di setiap melakukan pengukuran, selalu saja terdapat error pada hasil pengukuran tersebut. Misalnya, kita akan mendapatkan hasil yang tidak benar-benar sama dari beberapa kali pengulangan pengukuran nilai tegangan dari terminal yang sama dengan Voltmeter. Lantas, bagaimana cara mengetahui error pengukuran sehingga nilai yang sebenarnya dapat diperoleh? Ada dua parameter yang berkaitan dengan error pengukuran tersebut, yaitu akurasi dan presisi.

Akurasi dan Presisi Akurasi menyatakan seberapa dekat nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya (true value) atau nilai yang dianggap benar (accepted value). Jika tidak ada data bila sebenarnya atau nilai yang dianggap benar tersebut maka tidak mungkin untuk menentukan berapa akurasi pengukuran tersebut. Presisi menyatakan seberapa dekat nilai hasil dua kali atau lebih pengulangan pengukuran. Semakin dekat nilai-nilai hasil pengulangan pengukuran maka semakin presisi pengukuran tersebut.

a

b

c

d

Gambar A-1. A. Presisi dan akurasi tinggi; b. Presisi rendah, akurasi tinggi; c. Presisi tinggi, akurasi rendah; d. Presisi dan akurasi rendah

Error Sistematik dan Error Acak Error sistematik akan berdampak pada akurasi pengukuran. Jika error sistematik terjadi maka akurasi pengukuran tidak dapat ditingkatkan dengan melakukan pengulangan

Lampiran A

71

pengukuran. Biasanya, sumber error sistematik terjadi karena istrumen pengukuran tersebut tidak terkalibrasi atau kesalahan pembacaan (error paralax, misalnya). Error acak akan berdampak pada presisi pengukuran. Error acak hadir memberikan hasil pengukuran yang fluktuatif, di atas dan di bawah nilai sebenarnya atau nilai yang diangap benar. Presisi pengukuran akibat error acak ini dapat diperbaiki dengan melakukan pengulangan pengukuran. Biasanya, error ini terjadi karena permasalahan dalam memperkirakan (estimating) nilai pengukuran saat jarum berada di antara dua garis-skala atau karena nilai yang ditunjukan oleh instrumen tersebut berfluktuasi dalam rentang tertentu.

Nilai Penting Nilai penting (signifikan) dari suatu pengukuran bergantung pada unit terkecil yang dapat diukur menggunakan instrumen pengukuran tersebut. Dari nilai penting ini, presisi pengukuran dapat diperkirakan. Secara umum, presisi pengukuran adalah ±1/10 dari unit terkecil yang dapat diukur oleh suatu instrumen pengukuran. Misalnya, sebuah mistar yang memiliki skala terkecil 1mm akan digunakan untuk mengukur suatu panjang benda. Dengan demikian, pengukuran panjang yang dilakukan tersebut dapat dikatakan memiliki presisi sebesar 0.1mm. Perkiraan presisi di atas berbeda bila kita menggunakan instrumen digital. Biasanya presisi pengukuran dengan instrumen digital adalah ±1/2 dari unit terkecil yang dapat diukur oleh suatu instrumen pengukuran tersebut. Misalnya, nilai tegangan yang ditunjukan oleh Voltmeter digital adalah 1.523V ; dengan demikian, presisi pengukuran tegangan tersebut adalah ±1/2 x 0.001 atau sama dengan ±0.0005V.

Angka Penting pada Praktikum Penggunaan jumlah angka penting pada praktikum bergantung pada alat ukur yang digunakan. Hasil pengukuran tegangan, arus, dan resistansi dengan Multimeter Digital 3,5 digit dapat menggunakan 3 angka penting. Namun hasil pembacaan tegangan dengan osiloskop hanya memberikan 2 angka penting. Frekuensi sinyal yang dihasilkan Generator Sinyal biasa dapat dinyatakan dalam 2-3 angka penting, sedangkan frekuensi dari Synthesized Signal Generator dapat dinyatakan hingga 4 angka penting.

72

Lampiran A

Lampiran B Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik pada Breadboard Breadboard

Gambar B-1 Implementasi rangkaian joystick motor driver untuk Robot pada breadboard [1] Breadboard adalah suatu perangkat yang seringkali digunakan untuk melakukan implementasi suatu rancangan rangkaian elektronik secara tidak disolder (solderless, Gambar B-1). Implementasi rancangan yang demikian bertujuan untuk menguji-coba rancangan tersebut yang biasanya melibatkan pasang-bongkar komponen. Bentuk implementasi lainnya adalah implementasi dengan melakukan penyolderan komponen yang dikerjakan pada PCB (Printed Circuit Board, Gambar B-2).

Lampiran B

73

Gambar B-2 Implementasi rangkaian joystick motor driver untuk Robot pada PCB[1] Tampak pada Gambar B-1 bahwa breadboard memiliki lubang-lubang tempat terpasangnya kaki-kaki komponen dan kawat kabel. Lubang-lubang tersebut adalah sesungguhnya soketsoket dari bahan logam (konduktor) yang tersusun sedemikian sehingga ada bagian lubanglubang yang terhubung secara horizontal dan ada yang terhubung secara vertikal.

Gambar B-3 Jenis-jenis breadboard Gambar B-3 adalah gambar jenis-jenis breadboard yang dimiliki oleh Lab Dasar Teknik Elektro STEI ITB. Setidaknya ada empat bagian penting yang harus diperhatikan sebelum menggunakan breadboard (lihat Gambar B-4): 74

Lampiran B

Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara vertikal. Tiap set lubang pada bagian ini terdiri dari lima lubang yang saling terhubung. Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara horizontal. Tiap set lubang pada bagian ini terdiri dari 25 lubang yang saling terhubung. Perhatikan bahwa pada tiap set lubang tersebut terdapat jarak pemisah antar lubang yang lebih besar setiap lima lubang. Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling terhubung secara vertikal di sebelah atas tidak terhubung dengan bagian lubanglubang breadboard di sebelah bawah. Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling terhubung secara horizontal di sebelah kiri tidak terhubung dengan bagian lubanglubang breadboard di sebelah kanan. Pada banyak jenis breadboard, pemisah ini ditandai dengan jarak pemisah yang lebih besar daripada jarak pemisah antar set lubang pada bagian b.

c b a

d Gambar B-4 Bagian-bagian yang harus diperhatikan pada breadboard Breadboard dapat bekerja dengan baik untuk rangkaian ber-frekuensi rendah. Pada frekuensi tinggi, kapasitansi besar antara set lubang yang bersebelahan akan saling berinterferensi.

Merangkai Kabel, Komponen dan Instrumen Lampiran B

75

Kabel Kabel yang digunakan untuk membuat rangkaian pada breadboard adalah kabel dengan isi kawat tunggal (biasanya) berdiameter #22 atau #24 AWG. Untuk menghasilkan pemasangkan yang baik pada breadboard, kupas kedua ujung kabel sehingga diperoleh panjang kawat (yang sudah terkupas) sekitar 12 mm. Kemudian pastikan seluruh bagian kawat yang sudah terkupas tadi masuk ke dalam lubang breadboard. Biasakan memasang kabel pada breadboard dengan rapih sejak awal. Hal ini akan mempermudah penelusuran sebab terjadinya kesalahan akibat salah pasang kabel, misalnya. Berikut ini adalah berbagai petunjuk penting lainnnya yang harus diperhatikan dalam membuat rangkaian pada breadboard:

76

Lampiran B

1. Pastikan Power Supply dalam keadaan mati atau tidak terpasang para breadboard ketika merangkai komponen dan kabel pada breadboard 2. Pahami (jika belum ada, buat) terlebih dahulu skema rangkaian elektronik yang akan diimplementasikan pada breadboard. Dengan demikian, kemungkinan terjadinya kesalahan akan lebih kecil. 3. Tandai setiap kabel atau komponen yang telah terpasang dengan benar, misalnya dengan spidol. 4. Gunakan kabel sependek mungkin. Kabel yang terlalu panjang berpotensi membuat rangkaian pada breadboard menjadi tidak rapih. Selain itu, kabel yang terpasang terlalu panjang dan berantakan dapat menghasilkan interferensi berupa sifat kapasitif, induktif dan elektromanetik yang tidak diharapkan. 5. Usahakan kabel dipasang pada breadboard dengan rapih dan, jika memungkinkan, tubuh kabelnya mendatar pada breadboard. 6. Rangkai komponen (hubungkan suatu komponen dengan komponen-komponen lainnya) secara langsung tanpa menggunakan tambahan kabel jika itu memungkinkan 7. Usahakan tidak menumpuk komponen atau kabel (komponen/ kabel yang akan dipasang tidak melangkahi komponen/ kabel lain yang telah terpasang). Hal ini akan menyulitkan pengecekan rangkain yang telah diimplementasikan pada breadboard. Selain itu, akan menyulitkan bongkar-pasang komponen ketika diperlukan. 8. Usahakan menggunakan warna kabel berbeda untuk membuat koneksi yang berbeda. Misalnya mengunakan kabel warna merah untuk koneksi ke Power Supply dan menggunakan kabel warna hitam untuk koneksi ke ”ground”.

Komponen

Lampiran B

77

Gambar B-5 Pemasangan IC pada breadboard

Pada prinsipnya, komponen-komponen elektronik seperti resistor, kapasitor atau Integrated Circuit (IC) dapat dipasang secara langsung pada lubang breadboard. Khusus untuk resistor, kaki resistor dengan rating daya lebih dari 0.5 W tidak cocok untuk digunakan pada breadboard karena ukuran kakinya yang terlalu besar. Namun ini tidak menjadi masalah karena praktikan hanya menggunakan resistor dengan rating daya 0.25 W di dalam praktikum ini. Di bawah ini adalah beberapa hal penting lainnya yang berkaitan dengan komponen secara khusus :

78

Lampiran B

1. Ingatlah bahwa IC (terutama MOS) dapat rusak akibat listrik statik, termasuk listrik statik di dalam tubuh kita. Di negara subtropis, karena kelembaban sangat rendah, gesekan-gesekan pakaian dengan material lain dapat membangkitkan listrik statik pada tubuh. Listrik statik ini dapat membentuk tegangan tinggi sesaat bila kita menyentuk kaki-kaki komponen dan menyebabkan kerusakan. Tapi, karena kita berada di negara tropis yang berkelembaban tinggi, pengumpulan listrik statik tadi tidak signifikan. 2. Sebelum mencoba dipasang pada breadboard, pastikan kaki-kaki IC lurus. Bila tidak lurus, gunakan tang untuk meluruskan/ memperbaiki kaki-kaki IC tersebut. Demikian juga ketika akan mencopot IC dari breadboard; gunakan pinset dengan cara mencungkil kedua ujung IC tersebut. Usahakan tidak terjadi sudut (antara badan IC dan breadboard) lebih besar dari 10 sehingga dapat meminimalisasi kemungkinan bengkoknya (bahkan patahnya) kaki-kaki IC. 3. Pastikan ikuti Gambar B-5 untuk pemasangan IC pada breadboard. Dengan demikian, kaki-kaki IC tidak saling terhubung. 4. Perhatikan rating tegangan kapasitor. Jika menggunakan kapasitor elektrolit, perhatikan polaritasnya. Pemasangan polaritas yang terbalik akan menyebakan rusaknya kapasitor. 5. Pastikan kapasitor dalam keadaan discharge sebelum dipasang. Jika ragu, hubungkan kedua kaki kapasitornya. Lakukan dua kali untuk kapasitor yang sama karena ada kalanya kapasitor masih memiliki muatan sisa setelah discharging yang pertama.

Instrumen Di bawah ini adalah hal-hal penting yang harus diperhatikan ketika menggunakan/ menghubungkan instrumen laboratorium ke rangkaian di breadboard: 1. Gunakan kabel yang tepat untuk menghubungkan suatu instrumen ke breadboard (lihat Kabel Aksesoris). Pegang badan konektor (bukan badan kabelnya) saat memasang dan mencabut kabel. 2. Untuk percobaan yang menggunakan Generator Signal dan Power Supply: nyalakan Power Supply terlebih dahulu, lalu nyalakan Generator Signal. Jika dilakukan dengan cara sebaliknya, akan menyebabkan kerusakan pada IC. Demikian juga ketika mengakhiri: matikan Generator Signal terlebih dahulu, kemudian matikan Power Supply.

Daftar Pustaka [1]

www.robotroom.com

[2]

Y. Tsividis, A First Lab in Circuits and Electronics, Jons Wiley and Sons, 2001

Lampiran B

79

80

Lampiran B

Lampiran C Nilai dan Rating Komponen Resistor Fungsi Resistor berfungsi untuk mengatur aliran arus listrik. Misalnya, resistor dipasang seri dengan LED (Light-Emitting Diode) untuk membatasi besar arus yang melalui LED.

Kode Warna

Gambar C-1 Resistor Resistor yang biasa kita jumpai memiliki nilai resistansi yang direpresentasikan oleh kode warna pada badan resistor. Resistor tersebut adalah seperti yang ditunjukan pada Gambar C-1. Tabel C-1 Kode warna Warna

A

B

C

D

Angka pertama

Angka kedua

Faktor penggali

Toleransi

Hitam

-

0

1

Coklat

1

1

10

1%

Merah

2

2

102

2%

Jingga

3

3

103

Kuning

4

4

104

Hijau

5

5

105

Biru

6

6

106

Ungu

7

7

Abu-abu

8

8

Putih

9

9

4%

Warna emas

10-1

5%

Warna perak

10-2

10%

Lampiran C

81

Tanpa warna

20%

Label kode warna pada badan resistor ada yang berjumlah 4, 5 atau 6 gelang warna. Aturan pembacaan kode warna tersebut adalah sebagai berikut: 1. warna pertama: angka pertama nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna) 2. warna kedua: angka kedua nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna) 3. warna ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan  (resistor dengan 4 gelang warna) atau angka ketiga nilai resistansi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 4. warna keempat: toleransi (resistor dengan 4 gelang warna) atau faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan  (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 5. warna kelima: toleransi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 6. warna keenam: koefisien temperatur dengan satuan PPM/0C (resistor dengan 6 gelang warna)

Nilai Resitor Resistor tidak tersedia dalam sebarang nilai resistansi. Nilai resistansi setiap resistor mengikuti standard Electronic Industries Association (EIA). Nilai tersebut dikenali dengan E6 dengan 6 nilai berbeda, E12 dengan 12 nilai, E24 dengan 24 nilai dst. Hingga E192 dengan 192 nilai. Nilai resistansi berdasarkan EIA yang paling banyak dijumpai di pasaran adalah seri E6. Nilai seri ini mempunyai toleransi 20%. Keenam nilai itu adalah 1, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7, dan 6.8. Untuk menyatakan nilai resistansi atau misalnya maka nilai resistansi dalam E6 adalah salah satu angka tersebut dikalikan nilai orde dekadenya. Contoh 1, 10, 1 k, 2,2 nF, 2,2 mikro farad. Nilai seri berikutnya adalah seri E12. Nilai seri ini memberikan toleransi 10%. Ke 12 nilai dalam seri ini adalah 6 nilai dari seri E6 ditambah 6 nilai antara. Nilai dalam keluarga E12 adalah 1, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, dan 8.2. Selain nilai-nilai resistansi di atas, ada nilai-nilai resistansi lebih presisi yang sukar dijumpai. Nilai-nilai resistansi itu mengukuti standard EIA seri E24 (toleransi 5% dan 2%), E96 (1%) dan E192 (0.5%, 0.25% dan 0.1%). Secara lengkap, nilai-nilai resistansi tersebut dapat dilihat di [1]. Keluarga nilai komponen ini juga digunakan untuk nilai kapasitansi.

82

Lampiran C

Rating Daya Ketika melewati resistor, energi listrik diubah menjadi energi panas. Tentu saja dampak energi panas yang berlebih akan menimbulkan kerusakan pada resistor. Oleh karena itu, resistor memiliki rating daya yang merepresentasikan seberapa besar arus maksimum yang diperkenankan melewati resistor. Rating daya resistor yang banyak digunakan adalah ¼ Watt atau ½ Watt. Resistor tersebut adalah resistor dengan label kode warna yang banyak dipasaran. Selain itu, ada pula resistor dengan rating tegangan 5 Watt atau lebih besar. Untuk resistor jenis ini nilai resistansi dan rating tegangannya dapat dibaca secara langsung di badan resistornya. Perlu diperhatikan bahwa guna keamanan dan agar resistor tidak mudah rusak (terbakar), pastikan menggunakan resistor yang menghasilkan daya disipasi maksimum sebesar 60% rating daya disipasinya.

Kapasitor Fungsi Kapasitor adalah komponen yang bekerja dengan menyimpan muatan. Aplikasi kapasitor diantaranya digunakan sebagai filter pada rangkaian penyearah tegangan. Ada dua tipe kapasitor, yaitu polar dan nonpolar/ bipolar. Perbedaan dari keduanya adalah pada ketentuan pemasangan kaki-kakinya. Polaritas pada kapasitor polar dapat diketahui melalui label polaritas (negatif atau positif) kaki kapasitornya atau panjang-pendek kakikakinya. Pemasangan kapasitor polar ini harus sesuai dengan polaritasnya. Sementara, untuk pemasangan kapasitor nonpolar, tidak ada ketentuan pemasangan polaritas kakikakinya karena itu pula pada kapasitor nonpolar tidak ada label polaritasnya. Desain kapasitor, baik polar maupun nonpolar, ada dua bentuk, yaitu aksial dan radial. Contoh bentuk kapasitor aksial dan radial ditunjukan pada Gambar C-2 (perhatikan posisi kaki-kakinya).

Gambar C-2 Kapasitor bentuk radial (kiri) [2] dan kapasitor bentuk aksial (kanan) [3]

Lampiran C

83

Kapasitor Polar

Gambar C-3 Dari kiri: simbol kapasitor polar, kapasitor tantlum dan kapasitor elektrolit [2]

Kapasitor elektrolit dan kapasitor tantalum adalah contoh jenis kapasitor polar. Rating tegangan kedua kapasitor tersebut rendah, yaitu 6.3 V – 35 V. Pada badan kapasitor tersebut tercetak label polaritas yang menunjukan polaritas kaki komponen yang sejajar dengan label polaritas tersebut. Saat ini, nilai kapasitansi dan rating tegangan kedua jenis kapasitor tersebut dapat dibaca langsung dari label yang tercetak dengan jelas pada badan kapasitornya. Namun, pada kapasitor tantalum biasanya dicetak dengan kode angka. Dahulu, mungkin saat ini juga masih ditemukan di beberapa toko komponen elektronik, nilai kapasitansi dan rating tegangan kapasitor tantalum dicetak dengan label kode warna. Kode warna tersebut mengikuti kode warna standard (seperti kode warna pada resistor). Besar muatan yang dapat disimpan oleh suatu kapasitor ditunjukan oleh nilai yang tertera pada kapasitor tersebut. Besar muatan tersebut biasanya ditulis dalam besaran piko (p), nano (n) dan mikro () Farad:

 = 10-6, 1000000F = 1F n = 10-9, 1000nF = 1F p = 10-12, 1000pF = 1nF

Kapasitor Nonpolar

Gambar C-4 Dari kiri: simbol kapasitor nonpolar dan jenis-jenis kapasitor nonpolar [5]

Kapasitor nonpolar memiliki rating tegangan paling kecil 50 V. Kapasitor nonpolar yang banyak digunakan biasanya memiliki rating tegangan 250 V atau lebih. Nilai kapasitansi kapasitor nonpolar yang tercetak pada label berupa kode angka atau kode warna. 84

Lampiran C

Nilai Kapasitansi Kapasitor Nonpolar Perhatikan gambar jenis-jenis kapasitor pada Gambar C-3: Label ”0.1” pada kapasitor paling kiri artinya bahwa kapasitor tersebut memilki nilai kapasitansi 0.1F = 100nF. Contoh lain, label “4n7” artinya nilai kapasitansi kapasitor tersebut adalah 4.7nF. Aturan pembacaan kode warna kapasitor (gambar kedua dari kiri) mirip dengan pembacaan kode warna resistor. Kode warna dibaca dari warna paling atas: 1. warna pertama: angka pertama nilai kapasitansi 2. warna kedua: angka kedua nilai kapasitansi 3. warna ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan pF 4. warna keempat: toleransi 5. warna kelima: Rating tegangan Misal, tiga warna pertama kapasitor tersebut adalah coklat-hitam-jingga memiliki arti bahwa nilai kapasitansinya 10x103pF = 10000pF. Aturan pembacaan kode angka pada jenis kapasitor seperti tampak pada gambar ketiga adalah sebagai berikut: 1. angka pertama: angka pertama nilai kapasitansi 2. angka kedua: angka kedua nilai kapasitansi 3. angka ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan pF 4. huruf yang mengikuti angka-angka tersebut adalah nilai toleransi dan rating tegangannya Misalnya, label ”102” artinya 10x102pF=1000pF; ”472” artinya 4700pF dengan toleransi ”J”, yaitu 5%. Label ”470” pada gambar kapasitor nonpolar paling kanan artinya kapasitor tersebut memiliki kapasitansi 470pF. Kapasitor jenis ini, yaitu kapasitor polystyrene sudah jarang digunakan saat ini.

Standard Nilai Kapasitansi Nilai kapasitansi berdasarkan standard EIA yang banyak di pasaran adalah seri E6. Perlu dicatat bahwa, seperti pada resistor, kapasitor tidak tersedia dalam sembarang nilai kapasitansi, melainkan mengikuti standard EIA. Kapasitor seri E6 memiliki toleransi ±20%. Berikut adalah nilai-nilai kapasitansinya 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 220, 330, 470, 680, 1000,... dst. (dengan satuan pF). Terlihat bahwa ada perulangan setiap enam deret angka yang masing-masing angka telah dikalikan 10. Lampiran C

85

Seperti pada resistor, selain nilai-nilai kapasitansi di atas ada pula nilai-nilai kapasitansi yang lebih presisi dengan mengikuti standard EIA.

Kapasitor Variabel

Gambar C-5 Kapasitor variabel [5]

Kapasitor jenis ini biasanya digunakan di dalam rangkaian tuning radio. Nilai kapasitansinya relatif kecil, biasanya diantara 100pF dan 500pF.

Kapasitor Trimmer

Gambar C-6 Kapasitor trimmer [5] Kapasitor trimmer adalah ukuran mini dari kapasitor variabel. Kapasitor ini didesain untuk dapat dipasangkan langsung pada PCB dan untuk diatur nilainya hanya pada saat pembuatan rangkaian. Nilai kapasitansi kapasitor ini biasanya kurang dari 100pF. Di dalam rentang nilai kapasitansinya, kapasitor trimmer memiliki nilai minimum yang lebih besar dari nol.

Induktor Fungsi Pada rangkaian DC, induktor dapat digunakan untuk memperoleh tegangan DC yang konstan terhadap fluktuasi arus. Pada rangkai AC, induktor dapat meredam fluktuasi arus yang tidak diinginkan.

86

Lampiran C

Gambar C-7 Dari kiri: simbol induktor dan jenis-jenis induktor [4]

Kode Warna Ada jenis induktor yang desain fisiknya mirip dengan resistor. Nilai induktansinya dinyatakan dengan kode warna. Induktor jenis ini ditunjukan oleh Gambar C-8.

Gambar C-8 Induktor dengan kode warna [5]

Membaca kode warna pada induktor sama dengan membaca kode warna pada resistor dan kapasitor: 1. warna pertama: angka pertama nilai kapasitansi 2. warna kedua: angka kedua nilai kapasitansi 3. warna ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan H 4. warna keempat: toleransi Induktor memiliki rating arus tertemtu. Dalam suatu rangkaian biasanya digunakan stress ratio 60%.

Dioda

Lampiran C

87

Fungsi Dioda berfungsi untuk membuat arus listrik mengalir pada satu arah saja. Arah arus tersebut ditunjukan oleh arah tanda panah pada simbol dioda (Gambar C-9).

Gambar 1 C-9 Simbol dioda [5]

Forward Voltage Drop Seperti halnya orang yang mengeluarkan energi untuk membuka pintu dan melaluinya, listrik juga mengeluarkan energi saat melalui dioda. Tegangan listrik akan berkurang sekitar 0.7 V saat arus listrik melewati dioda (yang terbuat dari silikon). Tegangan sebesar 0.7 V ini disebut forward voltage drop.

Reverse Voltage Dioda ideal tidak akan melewatkan arus yang mengalir pada arah yang berlawanan (dengan panah pada simbol dioda). Namun, secara praktis terdapat kebocoran, yaitu ada arus dilewatkan maksimum sebesar beberapa A meski dapat diabaikan. Tegangan balik maksimum (maximum reverse voltage) sebesar 50V atau lebih adalah nilai maksimum tegangan (dengan arah arus berlawanan) yang masih dapat ditahan oleh dioda. Bila tegangan balik melebihi rating tegangan balik maksimum ini maka dioda akan rusak, kebocoran arus.

Jenis dioda Dioda Signal Dioda jenis ini digunakan untuk meneruskan arus dengan nilai arus kecil, yaitu hingga 100mA. Contoh dioda jenis ini adalah dioda 1N4148 yang terbuat dari bahan silikon.

Dioda Rectifier Dioda jenis ini digunakan dalam rangkaian Power Supply. Dioda tersebut berfungsi untuk mengubah arus bolak-balik ke arus searah. Rating maksimum arus yang dapat dilewatkan samadengan 1A atau lebih besar dan maximum reverse voltage samadengan 50V atau lebih besar.

Dioda Zener Dioda ini digunakan untuk memperoleh tegangan (dioda zener) yang tetap ketika reverse voltage sudah berada di daerah breakdown. Ketika reverse voltage, meski nilainya berubahubah, asalkan berada di daerah breakdown maka tegangan dioda zener tersebut akan tetap.

88

Lampiran C

Transistor Fungsi Transistor berfungsi sebagai penguat arus. Karena besar arus yang dikuatkan dapat diubah ke dalam bentuk tegangan, maka dapat dikatakan juga bahwa transistor dapat menguatkan tegangan. Selain itu, transistor juga dapat berfungsi sebagai switch elektronik. Ada dua jenis transistor, yaitu NPN dan PNP. Simbol kedua jenis transistor tersebut ditunjukan oleh Gambar C-10.

Gambar C-10 Simbol transistor NPN dan PNP (ket.: B = Base, C = Collector dan E = Emitter) [5] Transistor memiliki tiga kaki yang masing-masing harus dipasang secara tepat. Kesalahan pemasangan kaki-kaki transistor akan dapat merusakan transistor secara langsung. Perlu dicatat bahwa pada badan transistor tidak ada label yang menunjukan bahwa kaki transistor tersebut adalah B, C atau E. Dengan demikian, sebelum memasang sebuah transistor, pastikan dimana kaki B, C dan E dengan membaca datasheet-nya. Di dalam penggunaannya harus pula diperhatikan dua rating: daya disipasi kolektor, yaitu VCE x IC, dan breakdown voltage, yaitu VBE reverse.

Daftar Pustaka [1] www.em.avnet.com/ctf_shared/pgw/ df2df2usa/Resistance%20Decade%20Values.pdf [2]

www.columbia.k12.mo.us

[3]

www.banzaieffects.com

[4]

en.wikipedia.org/wiki/Inductor

[5]

www.kpsec.freeuk.com

Lampiran C

89

90

Lampiran C

Lampiran D Instrumen Dasar dan Aksesoris Instrumen Dasar Multimeter Di dalam praktikum yang akan dilakukan nanti, praktikan akan menggunakan dua macam multimeter, yaitu multimeter analog dan multimeter digital (Gambar D-1).

Gambar D-1 Multimeter digital (kiri) dan multimeter analog (kanan)

Generator Sinyal Generator sinyal adalah instrumen yang menghasilkan/ membangkitkan berbagai bentuk gelombang: sinus, kotak dan gergaji. Gambar D-2 contoh sebuah generator fungsi yang tersedia di Laboratorium Dasar Teknik Elektro.

Lampiran D

91

Gambar D-2 Generator sinyal

Osiloskop Osiloskop adalah instrumen ukur yang dapat menampilkan visualisasi dinamis signal tegangan yang diukurnya. Gambar D-3 menunjukkan sebuah contoh osiloskop analg.

Gambar D-3 Osiloskop

Power Supply Perangkat ini adalah instrumen sumber tegangan dan sumber arus. Gambar D-4 adalah gambar Power Supply yang dimiliki oleh Labdas. Jika anda menggunakan jenis Power Supply seperti yang ditunjukan oleh gambar di sebelah kanan, pastikan lampu ”Output” menyala agar kit praktikum yang telah anda hubungkan pada Power Supply tersebut bekerja.

Gambar D-4 Regulated Power Supply 92

Lampiran D

Kabel Aksesoris Kabel Koaksial Kabel koaksial memiliki jenis konektor yang berbeda-beda untuk fungsi yang berbeda pula. Pada bagian ini akan ditunjukan berbagai jenis kabel koaksial berdasarkan konektor yang terpasang.

BNC – 1 Banana/ 4 mm

Gambar D-5 Kabel koaksial dengan konektor BNC dan 1 banana

Gambar D-6 Konektor BNC (dua gambar kiri) dan 1 banana+lubang untuk kabel ground (paling kanan) Di dalam penggunaanya, kabel seperti tampak pada Gambar D-5 akan digunakan bersamasama dengan kabel seperti pada Gambar D-7. Salah satu ujung kabel Gambar D-7 di dipasangkan pada lubang konektor untuk Ground (Gambar D-5).

Lampiran D

93

Gambar D-7 Kabel isi kawat tunggal berdiameter 4 mm yang terpasang konektor stackable banana di kedua ujungnya

BNC – 2 Unstackble Banana/ 4 mm

Gambar D-8 Kabel koaksial dengan konektor BNC dan 2 buah unstackable banana

Gambar D-9 Konektor unstackabel banana

94

Lampiran D

BNC – Probe Kait dan Jepit Buaya

Gambar D-10 Kabel koaksial dengan konektor BNC dan probe kait + jepit buaya Kabel ini adalah aksesoris Osiloskop. Pada konektor BNC dan probe kait terdapat fasilitas adjustment. adjustment redaman

skrup adjust Gambar D-11 (Dari kiri) konektor BNC dengan skrup adjustment (lubang), probe jepit dengan adjustment redaman dan capit buaya (untuk dihubungkan ke Ground)

Adapter Adapter digunakan untuk menghubungkan dua atau lebih konektor yang berbeda jenis.

BNC T-Connector

Lampiran D

95

Gambar D-12 Adapter BNC T-connector

BNC – Banana/ 4 mm Terminal (Binding Post)

Gambar D-13 Adapter BNC – 4 mm terminal

Kabel 4 mm Selain telah ditunjukan pada Gambar D-7, kabel 4 mm bisa saja memiliki konektor yang lain, misalnya konektor jepit buaya satu atau kedua ujungnya.

96

Lampiran D

Lampiran E Prinsip Kerja Multimeter Jenis Multimeter Berdasarkan rangkaian antar muka pengukurannya, multimeter dapat dibedakan multimeter elektronis dan non elektronis.

Multimeter Non Elektronis Multimeter jenis bukan elektronik kadang-kadang disebut juga AVO-meter, VOM (VoltOhm-Meter), Multitester, atau Circuit Tester. Pada dasarnya alat ini merupakan gabungan dari alat ukur searah, tegangan searah, resistansi, tegangan bolak-balik. Untuk mengetahui fungsi dan sifat multimeter yang dipergunakan pelajarilah baik-baik spesifikasi teknik (technical specification) alat tersebut. Spesifikasi yang harus diperhatikan 1. batas ukur dan skala pada setiap besaran yang diukur: tegangan searah (DC volt), tegangan bolak-balik (AC volt), arus searah (DC amp, mA, A), arus bolakbalik (AC amp) resistansi (, kilo). 2. sensitivitas yang dinyatakan dalam-per-volt pada pengukuran tegangan searah dan bolak-balik. 3. Ketelitian yang dinyatakan dalam % 4. Daerah frekuensi yang mampu diukur pada pengukuran tegangan bolak-balik (misalnya antara 20 Hz sampai dengan 30 KHz). 5. Batere yang diperlukan Sebelum menggunakan alat tersebut, beberapa hal perlu dipelajari: 1. cara membaca skala 2. cara melakukan “zero adjustment” (membuat jarum pada kedudukan nol) 3. cara memilih batas ukur 4. cara memilih terminal, yaitu mempergunakan polaritas (tanda + dan -) pada pengukuran tegangan dan arus searah (perlukah hal ini diperhatikan pada pengukuran tegangan bolak-balik?) Dalam memilih batas ukur tegangan atau arus perlu diperhatikan faktor keamanan dan ketelitian. Mulailah dari batas ukur yang cukup besar untuk keamanan alat, kemudian turunkanlah batas ukur sedikit demi sedikit. Ketelitian akan paling baik bila jarum menunjuk pada daerah dekat dengan skala maksimum. Lampiran E

97

Pada pengukuran tegangan searah maupun bolak-balik, perlu diperhatikan sensitivitas meter yang dinyatakan dalam per volt. Sensitivitas meter sebagai pengukur tegangan bolak-balik lebih rendah daripada sensitivitas sebagai pengukur tegangan searah. Resistansi dalam voltmeter (dalam)=batas ukur x sensitivitas Pada pengukuran tegangan bolak-balik perlu diperhatikan pula spesifikasi daerah frekuensi (frequency converege/range). Perlu diketahui bahwa multimeter mempunyai kemampuan yang terbatas, dan bahwa harga efektif (rms = root mean square) tegangan bolak-balik umumnya dikalibrasi (ditera) dengan gelombang sinusoida murni bila kita ingin mengukur tegangan tegangan bolak-balik yang mengandung tegangan searah, misalnya pada anoda suatu penguat tabung trioda atau pada kolektor suatu penguat, suatu penguat transistor, maka terminal kita hubungkan seri dengan sebuah kapasitor dengan kapasitas 0,1 mikrofarad. Kapasitor ini akan mencegah mengalirnya arus searah, tetapi tetap dapat mengalirkan arus bolak-balik. Pada multimeter tertentu, kadang-kadang kapasitor ini telah terpasang didalamnya.

Multimeter Elektronis Multimeter ini dapat mempunyai nama: Viltohymst, VTM + Vacuum Tube Volt Meter, Solid State Multimeter = Transistorized Multimeter. Alat ini mempunyai fungsi seperti multimeter non elektronis. Adanya rangkaian elektronis menyebabkan alat ini mempunyai beberapa kelebihan. Bacalah spesifikasi alat tersebut. Perhatikan " resistasi dalam" (input resistance, input impedance) pada pengukuran tegangan DC dan AC. Pelajarilah: kedudukan On-Off, cara melakukan zero adjusment, cara memilih batas ukur (range), cara mempergunakan probe dan cara membaca skala. Multimeter/Voltmeter elektronis dapat dibagi atas dua macam yaitu tipe analog dan tipe digital. Apakah perbedaan kedua macam alat tersebut?

Penggunaan Multimeter Mengukur Arus Searah Ammeter arus searah (DC ammeter) dipergunakan untuk mengukur arus searah. Alat ukur ini dapat berupa amperemeter, milliamperemeter dan galvanometer? Dalam mempergunakan ammeter arus searah perlu diperhatikan beberapa hal yaitu:

98

Lampiran E

1. Ammeter tidak boleh dipasang sejajar (paralel) dengan power supply 2. Ammeter harus dipasang seri dengan rangkaian yang diukur arusnya 3. Polaritas (tanda + dan -) Bila kita mempunyai milliamperemeter arus searah, hendak digunakan sebagai ammeter dengan beberapa macam batas ukur, dapat dilakukan sebagai berikut: IX

IM

M

IP

Gambar E-1 Rangkaian dasar Ammeter searah

Misalkan M adalah milliamperemeter dengan batas ukur 1 mA dan resistansi dalam = RM (lihat Gambar E-1). Kita pasang suatu resistor RP paralel dengan meter M. Dari rangkaian, dapat dilakukan perhitungan berikut: I P RP I M RM  I P 

I M RM RP

Arus yang diukur adalah :

Ix  IP  IM 

 R  I M RM I M  I M 1  M  RP RP  

Misalkan IM adalah batas ukur meter M = 1 mA dan dipilih

diukur adalah :

  R I X  I M 1  M 1  RM  9

RP 

1 RM 9 maka arus yang

    10 I M  10 mA  

Jadi dengan memilih harga RP tertentu, kita dapat mengatur besarnya arus IX yang diukur. Resistor RP disebut resistor paralel atau "shunt“ dari rangkaian ammeter.

Mengukur Tegangan Searah Suatu alat ukur tegangan searah umumnya terdiri dari: meter dasar (Amperemeter) dan rangkaian tambahan untuk memperoleh hubungan antara tegangan searah yang diukur dengan arus searah yang mengalir melalui meter dasar. Meter dasar merupakan suatu alat Lampiran E

99

yang bekerja (merupakan stator), dan suatu kumparan yang akan dilalui arus yang bebas bergerak dalam medan magnet tetap tersebut. Rangkaian dasar voltmeter dapat digambarkan seperti pada Gambar E-2. IM

M

VX

M RM

Gambar E-2 Rangkaian dasar Voltmeter searah Dari gambar ini dapat diperoleh: VX = IM RS + IM RM Dengan : VX = tegangan yang diukur RS = resistor seri RM = resistansi dalam meter M = meter dasar (berupa mA-meter) Bila IM adalah batas ukur meter M atau skala penuh maka RS harus dipilih sehingga VX merupakan batas ukur dari seluruh rangkaian sebagai voltmeter.

Mengukur Tegangan Bolak-Balik Multimeter untuk pengukuran tegangan bolak-balik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu multimeter yang True RMS dan non True RMS. True RMS dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan termokopel dan DSP. Sedangkan non True RMS mengukur tegangan rata-rata sinyal yang telah disearahkan dengan dikalikan dengan konstanta 2/(phi) atau 1/(phi) bergantung penyearahnya. Pada dasarnya voltmeter bolak-balik non True RMS terdiri dari: rangkaian penyearah, meter dasar (misalnya A-meter searah) dan resistor seri (lihat Gambar E-3).

100

Lampiran E

Gambar E-3 Rangkaian Dasar Voltmeter Bolak-Balik untuk (a): Arus searah:

IM 

V XM VX 2 V XM 2 VX 2 2 2 VX     0,9  RS  RM  2 R F  RS  RM  RS  RM  RS  RM RS  RM 2

atau V X (h arg a efektif ) 1,11 I M ( RS  RM ) Untuk (b) Arus searah IM 

V XM VX 1 V XM 1 2 VX    0,45  RS  RM  2 R F  RS  RM   RS  RM RS  RM 1

atau V X (h arg a efektif )  2,22 I M ( RS  RM )

Skala multimeter sebagai voltmeter bolak-balik umumnya ditera (dikalibrasi) untuk bentuk gelombang sinusoida murni. Dengan demikian meter akan menunjukan harga yang salah bila kita mengukur tegangan bolak-balik bukan sinus murni

Mengukur Resistansi Pada dasarnya pengukuran resistansi dapat dilakukan dengan menggunakan Hukum Ohm. Ada dua cara yang dapat dipilih: 1. Memompakan arus konstan pada resistor dan mengukur tegangannya (hubungan resistansi-tegangan sebanding) 2. Memberikan tegangan pada resistor dan mengukur arusnya (hubungan resistansi-arus berbanding terbalik)

Multimeter sederhana menggunakan cara yang kedua. Secara umum rangkaian ohmmeter cara kedua ini terdiri dari meter dasar berupa miliammeter/mikroammeter arus searah, Lampiran E

101

beberapa buah resistor dan potensiometer serta suatu sumber tegangan searah/batere. Kita mengenal dua macam ohmmeter, yaitu ohmmeter seri dan ohmmeter paralel. R1

IM

M

+

_

RM

R2 A B RX

Gambar E-4 Rangkaian Dasar Ohmmeter V adalah sumber tegangan searah/batere dan RM adalah resistansi dalam meter dasar M Mula-mula diambil RX = nol atau A-B dihubungkan sehingga diperoleh arus melalui meter M adalah: IM 

V  I maks .......................................................................(1) R1  R2  RM

R1  R2 

V I maks

 RM ...............................................................................(1a)

Pada keadaan tersebut R2 diatur agar meter M menunjukan harga maksimum. Imaks = arus skala penuh (full-scale). Bila diambil RX = tak terhingga atau A-B dalam keadaan terbuka, maka diperoleh:

IM 0 Sekarang dimisalkan suatu resistor RX dipasang pada A-B, maka arus melalui M adalah:]

IM 

V .....................................................................................(3) R1  R2  RM  R X

Sehingga: RX  

V  ( R1  R2  RM ) IM V V  I M I maks

......................................................................................(4)

Dalam persamaan tersebut IM = arus yang mengalir melalui meter M dan RX = resistansi yang diukur.

102

Lampiran E

Kurva Kalibrasi Dari persamaan (4) terlihat bahwa RX dapat dinyatakan dalam IM atau terdapat hubungan antara resistansi RX (yang kita ukur) dengan arus melalui meter IM. Perhatikan pula bahwa grafik hubungan antara RX dan IM disebut sebagai kurva kalibrasi. Gambar E-5 menunjukan contoh bentuk kurva kalibrasi untuk suatu ohmmeter seri.

Gambar E-5 Contoh Bentuk Kurva Kalibrasi Suatu Ohmmeter Seri Dari kurva kalibrasi, terlihat bahwa skala ohmmeter merupakan skala yang tidak linier. Pada daerah dekat dengan harga nol terdapat skala yang jarang dan makin dekat dengan harga tak terhingga diperoleh skala yang makin rapat. Selain itu perlu diperhatikan bahwa skala ohmmeter seri harga nol ohm terletak di sebelah kanan pada simpangan maksimum.

Resistansi Skala Tengah Resistamsi skala tengah Rt ( = Rh = "half scale resistance") adalah harga resistansi Rt = RX yang menyebabkan jarum meter menunjuk pada pertengahan skala.

Keadaan ini sesuai dengan arus meter

IM 

I maks 2

Harga Rt sangat penting karena menunjukan jarum pada daerah sekitar Rt, akan mempunyai ketelitian yang paling baik. Mengapa? Untuk menentukan harga Rt, dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut: Dari persamaan (3), arus melalui meter adalah:

IM 

V R1  R2  RM  R X

Untuk RX = nol, maka Lampiran E

103

IM 

V R1  R2  RM

I maks  I skala

..........................................................(5)

penuh

Untuk RX = Rt = Resistansi skala tengah, maka:

IM 

V R1  R2  RM  R X



I V  maks R1  R2  RM  Rt 2



V 2( R1  R2  RM  R X )

.................................................................(6)

Jadi: R1 +R2 +RM +Rt=2 (R1+R2+RM) Maka: Rt = R1 +R2 + RM Rangkaian Dasar Ohmmeter Paralel R1

R2

IM

A RM

+ V

RX _

S

B

Gambar E-6 Rangkaian Dasar Ohmmeter Paralel

V = sumber tegangan searah/batere RM = resistansi dalam meter M Dalam keadaan tidak dipergunakan, saklar S harus dibuka agar batere V tidak lekas menjadi lemah. Bila ohmmeter dipergunakan, maka saklar S ditutup. Mula-mula diambil RX = tak terhingga atau A-B dalam keadaan terbuka, sehingga diperoleh arus melalui M + IM. Pada keadaan ini pontensiometer R2 diatur agar arus melalui M mencapai harga maksimum (skala penuh), sehingga:

I maks  104

V R1  R2  RM

............................................................(8)

Lampiran E

Kedudukan R2 jangan diubah lagi sehingga selalu terpenuhi persamaan (8) dengan demikian akan diperoleh bahwa skala dengan RX = tak terhingga terletak id sebelah kanan. Untuk RX = nol atau A-B dihubungsingkatkan maka tidak ada arus melalui M atau I M  nol . Jadi skala nol  terletak di sebelah kiri. Apakah perbedaan dengan ohmmeter seri ? Kurva Kalibrasi Bila dipasang resistansi RX pada rangkaian pada Gambar E-6 maka dapat dihitung arus melalui M: IM 

V R R1  R2  RM  M ( R1  R2 ) RX

...............................................................(9)

Dari persamaan (9) dapat dibuat kurva kalibrasi yaitu grafik RX sebagai fungsi IM. Contoh bentuk kurva kalibrasi suatu ohmmeter paralel dapat dilihat pada Gambar E-7.

Gambar E-7 Contoh Bentuk Kurva Suatu Ohmmeter Paralel Resistansi Skala Tengah Seperti pada ohmmeter seri, resistansi skala tengah (Rt) adalah resistansi Rt = RX yang menyebabkan jarum meter menunjuk pada pertengahan skala. Untuk RX = Rt maka harus melalui M dapat dihitung dari persamaan (8) sebagai berikut:

IM 

I maks V  2 2( R1  R2  RM )

............................................................(10)

Sedangkan dari persamaan (9) untuk RX = Rt diperoleh:

IM 

V R R1  R2  RM  M ( R1  R2) Rt

............................................................(11) Maka

dari persamaan (10) dan (11) dapat dihitung resistansi skala penuh: Lampiran E

105

Rt 

RM ( R1  R2 ) RM  R1  R2

........................................................(12)

Perhatikan bahwa dengan rangkaian seperti pada Gambar E-7, kita peroleh Rt selalu lebih kecil dari RM (lihat persamaan 12). Jadi ohmmeter paralel umumnya digunakan untuk mengukur resistansi rendah. Bandingkanlah dengan ohmmeter seri 1.

Contoh Rangkaian Multimeter Gambar E-8 – Gambar E-10 menunjukan contoh rangkaian multimeter yang digambarkan secara terpisah, sebagai voltmeter searah, sebagai voltmeter bolak-balik, dan ammeter searah. 15M

4M

150M

800M

48M M

50V

250V

10V 1000V 80M

5000 Vdc

15M

pos

Gambar E-8 Rangkaian Voltmeter Searah 750K

200K

40K

7500

RS

R13

R7

Rb

50v

250v

Rectifier

R23 M

10v

R24

2000

2,5v 100v

ac

INPUT

Gambar E-9 Rangkaian Voltmeter Arus Bolakbalik

106

Lampiran E

50A 200 3000

225

2

0,475

0,025

100mA 500mA

- 10A

10mA + 10A pos neg

Gambar E-10 Rangkaian Ammeter Arus Searah

Multimeter Sebagai Alat Ukur Besaran Lain Dengan menggunakan prinsip pengukuran yang telah diterangkan di atas (yaitu pengukuran arus searah, tegangan bolak-balik dan resistansi) multimeter dapat juga dipergunakan untuk mengukur besaran-besaran (atau sifat-sifat komponen) secara tidak langsung). Beberapa contoh diantaranya adalah: 1. mengukur polaritas dan baik buruknya dioda secara sederhana 2. mengetahui baik buruknya transistor secara sederhana 3. mengukur kapasitansi 4. mengukur induktansi bila pada multimeter ditambahkan rangkaian tertentu, multimeter tersebut dapat berfungsi sebagai: 1. Transistor tester 2. Wattmeter 3. Pengukur suhu

Spesifikasi Multimeter Yang perlu diperhatikan pada penggunaan multimeter adalah spesifikasi-spesifikasi yang tertera pada badan multimeter. Contoh spesifikasi yang biasa tertera pada multimeter tampak pada Gambar E-11.

Lampiran E

107

Gambar E-11 Sensitivitas multimeter analog Dari spesifikasi tersebut dapat diketahui besar sensitivitas multimeter analog, sehingga dapat dicari besar hambatan dalam multimeter analog pada saat pengukuran pada batas ukur tertentu. Misalnya jika menggunakan besar batas ukur 50V, hambatan dalam voltmeter analog ini adalah 1M (yaitu 20K/V DC * 50V).

Gambar E-12 Besar input maksimum multimeter analog (kiri) dan multimeter digital (kanan) Hal penting lainnya yang harus diperhatikan dari spesifikasi multimeter adalah besar tegangan atau arus maksimum yang dapat diukur multimeter ini. Pada contoh di atas, multimeter analog ini mampu mengukur tegangan DC sampai 1000V. Sedangkan multimeter digital di atas mampu mengukur tegangan AC dan DC sampai 600V, dengan arus tidak melebihi 400mA. Jika besar arus yang melewati multimeter ini melebihi 400mA, maka sekering (fuse) pengaman yang terdapat dalam multimeter ini akan putus.

108

Lampiran E

Lampiran F Cara Menggunakan Generator Sinyal Generator sinyal merupakan suatu alat yang menghasilkan sinyal/gelombang sinus (ada juga gelombang segi empat, gelombang segi tiga) dimana frekuensi serta amplitudanya dapat diubah-ubah. Pada umumnya dalam melakukan praktikum Rangkaian Elektronika (Rangkaian Listrik), generator sinyal ini dipakai bersama-sama dengan osiloskop.

Beberapa tombol/saklar pengatur yang biasanya terdapat pada generator ini adalah:

Lampiran F

109

1. Saklar daya (power switch): Untuk menyalakan generator sinyal, sambungkan generator sinyal ke tegangan jala-jala, lalu tekan saklar daya ini. 2. Pengatur Frekuensi: Tekan dan putar untuk mengatur frekuensi keluaran dalam range frekuensi yang telah dipilih. 3. Indikator frekuensi: Menunjukkan nilai frekuensi sekarang 4. Terminal output TTL/CMOS: terminal yang menghasilkan keluaran yang kompatibel dengan TTL/CMOS 5. Duty function: Tarik dan putar tombol ini untuk mengatur duty cycle gelombang. 6. Selektor TTL/CMOS: Ketika tombol ini ditekan, terminal output TTL/CMOS akan mengeluarkan gelombang yang kompatibel dengan TTL. Sedangkan jika tombol ini ditarik, maka besarnya tegangan kompatibel output (yang akan keluar dari terminal output TTL/CMOS) dapat diatur antara 5-15Vpp, sesuai besarnya tegangan yang kompatibel dengan CMOS. 7. DC Offset: Untuk memberikan offset (tegangan DC) pada sinyal +/- 10V. Tarik dan putar searah jarum jam untuk mendapatkan level tegangan DC positif, atau putar ke arah yang berlawanan untuk mendapatkan level tegangan DC negatif. Jika tombol ini tidak ditarik, keluaran dari generator sinyal adalah murni tegangan AC. Misalnya jika tanpa offset, sinyal yang dikeluarkan adalah sinyal dengan amplitude berkisar +2,5V dan -2,5V. Sedangkan jika tombol offset ini ditarik, tegangan yang dikeluarkan dapat diatur (dengan cara memutar tombol tersebut) sehingga sesuai tegangan yang diinginkan (misal berkisar +5V dan 0V). 8. Amplitude output: Putar searah jarum jam untuk mendapatkan tegangan output yang maksimum, dan kebalikannya untuk output -20dB. Jika tombol ditarik, maka output akan diperlemah sebesar 20dB. 9. Selektor fungsi: Tekan salah satu dari ketiga tombol ini untuk memilih bentuk gelombang output yang diinginkan 10. Terminal output utama: terminal yang mengelurakan sinyal output utama 11. Tampilan pencacah (counter display): tampilan nilai frekuensi dalam format 6x0,3" 12. Selektor range frekuensi: Tekan tombol yang relevan untuk memilih range frekuensi yang dibutuhkan. Tabel F-1 Jangkauan frekuensi Instek GFG8216A

110

Lampiran F

13. Pelemahan 20dB: tekan tombol untuk mendapat output tegangan yang diperlemah sebesar 20dB

Lampiran F

111

112

Lampiran G

Lampiran G Prinsip Kerja Osiloskop Bagian-bagian Osiloskop Osiloskop merupakan alat ukur dimana bentuk gelombang sinyal listrik yang diukur akan tergambar pada layer tabung sinar katoda. Diagram bloknya dilihat pada Gambar G-1.

Gambar G-1 Diagram Blok Osiloskop

Gambar G-2 Tabung Sinar Katoda atau Cathodde Ray Tube (CRT)

Lampiran G

113

1. Elektron diemisikan (dipancarkan) dari katoda yang dipanaskan 2. Tegangan kisi menentukan jumlah elektron yang dapat diteruskan (untuk meintensitaskan gambar pada layer) 3. Tegangan pada anoda 1 dan 2 menentukan percepatan yang diperoleh elektronelektron mempunyai energi kinetik yang cukup tinggi pada saat menunbuk layer 4. Kedua pelat defleksi X dan Y bersifat sebagai kapasitor yang memberikan medan listrik pada aliran elektron yang melaluinya 5. Simpangan (defleksi) elektron pada layer ditentukan oleh besar tegangan yang diberikan pada kedua pelat defleksi ini 6. Tegangan pada pelat defleksi Y didapat dari sinyal input Y, sehingga simpangan vertikal pada layer akan sebanding dengan tegangan sinyal input Y 7. Tegangan pada pelat defleksi X didapat dari generator “time base” yang memberikan tegangan berupa gigi gergaji, mengakibatkan simpangan horizontal bergerak dari kiri ke kanan secara linier 8. Pada layer tabung sinar katoda akan didapatkan gambar sesuai dengan tegangan sinyal input Y yang tergambar secara linier dari kiri ke kanan 9. Lapisan phosphor pada layar osiloskop menyebabkan layar akan berpencar pada tempat-tempat yang dikenal elektron

Penguat Y ( Penguat Vertikal) Penguat Y akan memperkuat sinyal input Y, sebelum diteruskan pada pelat defleksi Y. Pada input penguat ini, ditambahkan peredam yang dinilai redamannya akan menentukan besar simpangan gambar pada layar. Suatu tegangan searah (dc) ditambahkan pada sinyal input Y, untuk dapat mengatur letak gambar dalam arah vertikal

Gambar G-3 Diagram penggerak bean elektron vertikal osiloskop

114

Lampiran G

Generator “Time Base” dan Penguat X (Penguat Horizontal)

Gambar G-4 Pola sinyal sweep (horisontal) dan blanking layar osiloskop Generator “time base” menghasilkan tegangan “sweep” berbentuk gigi gergaji, yang dihasilkan oleh suatu multivibrator untuk diberikan pada pelat defleksi X. Dari bentuk tegangan sweep ini dapat terlihat bahwa simpangan horizontal pada layar akan bergerak dari kiri ke kanan secara linier, kemudian dengan cepat kembali lagi ke kiri. Pergerakan berlangsung berulang kali sesuai dengan frekuensi dari sinyal generator time base ini. Gambar yang diinginkan diperoleh pada layar, hanyalah yang terjadi pada saat pergerakan dari kiri ke kanan (“rise periode”). Gambar yang ingin diperoleh pada layar, hanyalah yang terjadi pada saat pergerakan dari kanan ke kiri (“fly back period”) harus ditiadakan, karena hanya akan mengacaukan pengamatan Untuk dapat memadamkan intensitas gambar selama periode “fly back” ini, maka pada kisi tabung sinar katoda diberikan sinyal “blanking”.

Lampiran G

115

Gambar G-5 Skema konversi waktu ke jarak pada layar Sinyal “blanking” akan menghentikan aliran elektron dalam tabung katoda selama setiap perioda “fly back”. Bila pada pelat defleksi X diberikan tegangan berupa gigi gergaji, dan pada pelat defleksi Y diberikan tegangan sesuai dengan input sinyal Y, maka pada layar akan diperoleh lintasan gambar sinyal input Y sebagai fungsi waktu. Untuk dapat mengadakan persamaan, maka sinyal dari generator “time base” harus dikalibrasi terhadap waktu. Penguat X memperkuat sinyal dari generator “time base” sebelum dihubungkan pada pelat defleksi X. Suatu tegangan dc ditambahkan pada sinyal generator “time base”, untuk mengatur letak gambar dalam arah horizontal (x-pos).

116

Lampiran G

Rangkaian “Trigger” Tugas utama dari rangkaian trigger adalah gambar yang diperoleh pada layar selalu diam (tidak bergerak). Rangkaian trigger mendapat input dari penguat Y, dan outputnya yang berupa pulsa-pulsa, akan menjalankan generator “time base”. Pulsa yang dihasilkan oleh rangkaian ini, selalu bersamaan dengan permulaan perioda dari sinyal input Y. Dengan adanya pulsa “trigger” ini, maka sinyal dari generator “time base” selalu seiring dengan sinyal input Y, sehingga gambar pada layar tidak akan bergerak

Gambar G-6 Diagram pembentukan sinyal sweep

Stabilitas Stabilitas gambar yang diperoleh ditentukan oleh stabilitas antara lain 1. Stabilitas power supply 2. Stabilitas frekuensi generator “time base” 3. Stabilitas fermis setiap komponen 4. Stabilitas terhadap gangguan luar Semua faktor tersebut menentukan hasil yang diperoleh pada layar

Osiloskop “Dual Trace”

Gambar G-7 Digram pembentukan dual trace pada komponen vertikal

Dengan pertolongann suatu saklar elektronik dapat diamati dua sinyal sekaligus pada layar. Saklar elektronik ini mengatur kerja dari pre amplifier A dan B secara bergantian seiring Lampiran G

117

dengan sinyal dari generator time base. Saklar elektronik tak akan bekerja, bila hanya satu kanal saja yang dipergunakan. Ada dua mode untuk dual trace: Chop dan Alternate. Pada mode chop, penggambaran kedua kurva dilakuakn selang seling sepanang sweep kiri ke kanan, sedangkan mode alternate dilakuakn bergiliran satu kanal kiri ke kanan berikutnya kanal ke dua dst.

Kalibrator Osiloskop biasanya dilengkapi dengan suatu sinyal kalibrasi yang mempunyai bentuk tegangan serta periode tertentu. Dengan mengamati sinyal ini pada layar, maka “time/div” dan “volt/div” osiloskop dapat dikalibrasi.

Probe dan Peredam Kabel penghubung seringkali dapat merubah bentuk sinyal serta menyebabkan pergeseran fasa ataupun osilasi disebabkan adanya kapasitas pada kabel yang digunakan. Jenis probe tertentu dapat digunakan di sini untuk mengkompensasikan hal tersebut . Peredam digunakan apabila tegangan sinyal yang akan diukur jauh melampaui kemampuan dari osiloskop

Skema Muka Osiloskop

Gambar G-8 Tampilan Muka Osiloskop Pada tampak muka osiloskop tombol yang ada dikelompokkan dalam tanda garis sesuai sinyal dan besaran yang hendak diatur penampilannya. Berikut tombol-tombol pada osiloskop:

118

Lampiran G

1. Intensitas: mengatur intensitas cahaya pada layar. 2. Fokus : mengatur ketajaman gambar yang terjadi pada layar. 3. Horizontal dan Vertikal: mengatur kedudukan gambar dalam arah horizontal dan vertical. 4. Volt/Div (atau Volts/cm), ada 2 tombol yang konsentris. Tombol ditempatkan pada kedudukan maksimum ke kanan (searah dengan jarum jam) menyatakan osiloskop dalam keadaan terkalibrasi untuk pengukuran. Kedudukan tombol di luar menyatakan besar tegangan yang tergambar pada layar per kotak (per cm) dalam arah vertikal. 5. Time/Div (atau Time/cm), ada 2 tombol yang konsentris. Tombol di tengah pada kedudukan maksimum ke kanan (searah dengan jarum jam) menyatakan osiloskop dalam keadaan terkalibrasi untuk pengukuran. Kedudukan tombol diluar menyatakan factor pengali untuk waktu dari gambar pada layar dalam arah horizontal. 6. Sinkronisasi: mengatur supaya pada layar diperoleh gambar yang tidak bergerak. 7. Slope: mengatur saat trigger dilakukan, yaitu pada waktu sinyal naik (+) atau pada waktu sinyal turun (-). 8. Kopling: menunjukan hubungan dengan sinyal searah atau bolak-balik. 9. External Trigger: Trigger dikendalikan oleh rangkaian di luar osiloskop. Pada kedudukan ini fungsi tombol “sinkronisasi”, “slope” dan “kopling” tidak dapat dipergunakan. 10. Internal Trigger: trigger dikendalikan oleh rangkaian di dalam osiloskop. Pada kedudukan ini fungsi tombol “sinkronisasi”, “slope” dan “kopling” dapat dipergunakan.

Lampiran G

119

Praktikum Rangkaian Elektrik

Recommend Documents