1
RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR
SKRIPSI
RIADY A. P. SITANGGANG 100801064
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
2
RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR SKRIPSI
Diajukan untuk Melengkapi Tugas dan Memenuhui Syarat Mencapai Gelar Sarjana Sains
RIADY A. P. SITANGGANG 100801064
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
3
PERSETUJUAN
Judul
: Rancang Bangun Pembangkit Pulsa Gelombang Linear Pada Perangkat Instrumentasi Nuklir
Kategori
: Skripsi
Nama
: Riady A. P. Sitanggang
Nim
: 100801064
Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara
Diluluskan di Medan, Agustus 2014
Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP.195310301980031003
Pembimbing 1,
Drs.Takdir Tamba, M.Eng,Sc NIP.196006031986011002
Universitas Sumatera Utara
4
PERNYATAAN
PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR
SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, Penulis
Agustus 2014
Riady A. P. Sitanggang 100801064
Universitas Sumatera Utara
5
PENGHARGAAN
Segala Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat , kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Selama perkuliahan sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih kepada :. 1. Bapak Dr. Sutarman, Msc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU. 2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua departemen Fisika USU dan Bapak Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU. 3. Bapak Ir. Ferly Hermana, M.M selaku Kepala Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir yang telah memberikan izin kepada penulis untuk melakukan penelitian di PRFN BATAN 4. Bapak Ir. Atang Susila, M.Eng selaku Kepala Bidang Instrumentasi PRFN BATAN. 5. Drs. Takdir Tamba, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesasian skripsi ini. 6. Bapak Riswal Hanafi Siregar, S.Si, M.Si selaku pembimbing penulis di PRFN BATAN yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan, mengajari, memotivasi dan memberi kepercayaan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini . 7. Bapak Joko Sumanto, ST yang banyak membantu, berbagi ilmu dan memberikan motivasi kepada penulis selama di PRFN BATAN beserta seluruh staf dan karyawan Bidang Instrumentasi PRFN BATAN. 8. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku dosen penguji I. 9. Bapak Dr. Bisman P. M.Eng.Sc selaku dosen penguji II. 10. Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc selaku dosen penguji III 11. Keluarga yang saya sayangi, orang tua saya R. Sitanggang dan N. Sitohang beserta saudara-saudari saya Febry, Dipo, Uli Artha dan Enjelina Merici atas cinta kasih, doa dan dukungannya 12. Keluarga Ridwan Pandiangan yang memberikan tempat berteduh, berbagi kasih beserta doa ,dukungannya dan keluaraga besar Op. Ridwan yang banyak membantu. 13. Teman – teman seperjuangan Marisa Marpaung, Samuel Hutauruk, Kartika dan Gideon yang melakukan penelitian di PRFN BATAN yang selalu memberikan waktu, dukungan, doa dan bercandatawa selama pelaksanaan penelitian.
Universitas Sumatera Utara
6
14. Juliana Sitorus dan Lasmini Sihombing yang memberikan semangat dukungan dan menghabiskan banyak waktu untuk belajar bersama. Salam hangat dan sukses buat kita. 15. Sahabat-sahabatku Eko Manik, Yndra Samosir, Irwan Sihombing, Novalina Sitorus, Feronika Sitanggang, Junita Hutabarat, teman satu kost, Tim Futsal saya GS FC terimakasih atas dukungan, doa dan kebersamaannya. 16. Teman-teman Stambuk Physic Inside yang berbagi kasih dan kebersamaan selama ini. 17. Adik-adikku Stambuk 2011, 2012, 2013 yang memberikan warna di kampus dan kebersamaannya. 18. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi para pemabaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, Penulis
Agustus 2014
Riady A. P. Sitanggang
Universitas Sumatera Utara
7
RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR
ABSTRAK Telah dilakukan rancang bangun pembangkit pulsa gelombang linear pada instrumentasi nuklir. Pelaksanaan kegiatan meliputi pembuatan dan pengujian alat. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian detektor, tegangan tinggi (HV), dan amplifier menggunakan function generator, sumber radioaktif I-125 dan simulasi pada proteus. Dari hasil pengujian didapat detektor memiliki resolusi 7,95 % dan efisiensi 4,08 % dan pulsa keluaran dari detektor dan pre amplifier merupakan pulsa listrik berbentuk eksponensial. HV yang dirancang mampu membangkitkan kinerja detektor dengan linearitas tegangan antara HV dan daerah kerja detektor. Hasil pengujian amplifier menghasilkan pulsa gelombang linear berbentuk Gaussian. Kata kunci : Pembangkit Pulsa, Detektor, HV, Amplifier
Universitas Sumatera Utara
8
PULSE GENERATION DESIGN LINEAR WAVES ON THE NUCLEAR INSTRUMENTATION ABSTRACT
It has been designed linear wave pulse generator on the nuclear instrumentation. The implementation activities include the manufacture and testing tools. The testing was conducted on the test detector, high voltage (HV), and the amplifier using the function generator, source of radioactive I-125 and simulated in proteus.The results obtained from the test is detector has a resolution of 7.95% and efficiency of the detector is 4.08% and the output pulses from the detector and preamplifier is a exponential electric pulses. HV desinged to raise the performance of the detector with the voltage linearity between HV and detector work area. The results of amplifier testing is a linear wave-shaped Gaussian pulse. Keywords: pulse generator, detector, HV, Amplifier
Universitas Sumatera Utara
9
DAFTAR ISI
Persetujuan Lembar Pengesahan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar lampiran
Halaman i ii iii iv vi vii viii x xi xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah 1.2 1.3 Batasan Masalah 1.4 Tujuan Penelitian 1.5 Manfaat Penelitian 1.6 Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan 1.7
1 2 2 2 2 3 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Radiasi 2.2 Instrumentasi Nuklir 2.2.1 Detektor 2.2.2 Preamplifier 2.2.3 Tegangan Tinggi 2.2.4 Amplifier 2.2.5 Single Channel Analyzer (SCA) 2.2.6 Counter ( Pencacah)
5 7 8 9 10 10 11 12
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Sistem Deteksi 3.2 Perancangan Tegangan Tinggi 3.2.1 Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus pada Tegangan Tinggi 3.2.2 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi 3.2.3 Rangkaian Push Pull Pembentuk Tegangan Referensi Pada TeganganTinggi 3.2.4 Pelipat Ganda Tegangan pada Tegangan Tinggi 3.2.5 Rangkaian Pengatur Tegangan pada Tegangan Tinggi 3.3 Perancangan Pembangkit Pulsa 3.3.1 Rangkaian Amplifier
13 15 16 18 18 20 22 23 24
Universitas Sumatera Utara
10
3.3.2 3.3.3 3.3.4
Pole Zero Cancellation Gain Pole Complex
25 27 28
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pengujian Detektor 4.1.1 Pengujian tegangan kerja detektor 4.1.2 Pengujian resolusi detektor 4.1.3 Pengujian efisiensi detektor 4.2 Pengujian Instrumentasi Nuklir 4.2.1 Pengujian Tegangan Tinggi Pensuplay Tegangan Detektor 4.2.1.1 Uji Keluaran Tegangan Tinggi 4.2.1.2 Uji Stabilitas Tegangan Tinggi 4.2.2 Penguat Linear Pembentuk Pulsa Gaussian 4.2.2.1 Uji Pengamatan Hasil Pulsa 4.2.2.2 Uji Linearitas Penguat Linear 4.3 Pengujian Sistem secara Virtual pada Proteus 4.4 Pengujian Sistem Pembangkit Pulsa BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
30 30 32 34 36 36 36 38 41 42 44 46 47 49 49
Daftar Pustaka Lampiran
Universitas Sumatera Utara
11
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7
Hasil Uji Kerja Detektor Hasil uji resolusi detektor Hasil pengujian sumber radioaktif I-125 Data hasil uji HV Data uji HV tanpa beban Data uji HV dengan Beban Data Linearitas Penguat Linear
Halaman 31 33 35 37 38 40 45
Universitas Sumatera Utara
12
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Daya tembus radiasi pengion 6 Gambar 3.1 Blok diagaram pembangkit pulsa gelombang linear 13 Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Deteksi 14 Gambar 3.3 Rancangan Detektor dan Penguat Awal 15 Gambar 3.4 Blok Rancangan Tegangan Tinggi 16 Gambar 3.5 Blok Diagram Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus 16 Gambar 3.6 Rangkaian Pembentuk Gelombang Sinus 17 Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi 18 Gambar 3.8 Rangkaian Push Pull TDA 2004 19 Gambar 3.9 Blok Diagram Pelipat Ganda Tegangan 21 Gambar 3.10 Rangkaian Pelipat Ganda Tegangan 21 Gambar 3.11 Blok Rancangan Umpan Balik 23 Gambar 3.12 Blok Diagram Filter dan Divider keluaran HV 23 24 Gambar 3.13 Diagram Blok Amplifier Gambar 3.14 Skema Rangkaian Amplifier pada Proteus 25 Gambar 3.15 Diagram Blok Pole zero cancellation 26 Gambar 3.16 Skematik Rangkain Pole zero cancelation 26 Gambar 3.17 Digram Blok Diferensiator 26 Gambar 3.18 Skema Rangkaian Diferensiator 27 Gambar 3.19 Diagram Blok Gain 27 Gambar 3.20 Skematik rangkaian Gain 28 28 Gambar 3.21 Blok Diagram Rangkaian Pole Complex Gambar 3.22 Rangkaian Pole Complex 29 Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Detektor 31 Gambar 4.2 Grafik Tegangan Kerja Detektor 31 Gambar 4.3 Blok Diagram Uji Resolusi Detektor 32 Gambar 4.4 Grafik Hasil uji resolusi detektor 33 Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir 36 Gambar 4.6 Grafik Uji Keluaran HV 37 Gambar 4.7 Grafik Uji Stabilitas HV 39 Gambar 4.8 Blok Diagram Uji Stabilitas dengan Beban 39 Gambar 4.9 Grafik Uji Stabilitas HV dengan Beban 40 Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Penguat Linear 41 Gambar 4.11 Pulsa Keluaran Penguat Awal 42 Gambar 4.12 Pulsa Keluaran Pole Zero Cancellation 42 Gambar 4.13 Pulsa keluaran Pulse Shapping 43 Gambar 4.14 Pulsa Keluaran Pole Complex 43 Gambar 4.15 Bentuk Pulsa Keluaran Penguat Awal dan Penguat Linear 44 Gambar 4.16 Grafik Linearitas Penguat Linear 45 Gambar 4.17 Simulasi Sistem pada Proteus 46 Gambar 4.18 Tampilan Gelombang pada Osiloskop Virtual 47 Gambar 4.19.a Pulsa Keluaran Penguat Awal 47 Gambar 4.19.b Pulsa Keluaran Penguat Linear 48
Universitas Sumatera Utara
13
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3
Gambar Pengujian Sistem Gambar rangkaian HV dan Amplifier Data Sheet
Universitas Sumatera Utara
