Elect Measurement Tech.docx

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 1 of 40

BAB I ALAT UKUR LISTRIK KUMPARAN-PUTAR (MOVING-COIL) Seperti telah diketahui bahwa satuan besaran dasar listrik adalah:    

amper untuk besaran arus listrik, volt untuk besaran tegangan listrik, ohm untuk resistansi, dan watt untuk daya listrik.

Besarnya besaran-besaran listrik tersebut tidak dapat secara langsung kita tanggapi dengan panca indera kita. Untuk mengetahui besaran listrik tersebut diperlukan alat ukur yang dapat mentransformasikan besaran tersebut melalui suatu fenomena fisis yang akan memungkinkan pengamatan melalui panca indera kita. Misalnya besaran arus listrik ditransformasikan melalui suatu fenomena kedalam besaran mekanis dalam bentuk gerak rotasi melalui suatu sumbu putar tertentu. Besar sudut rotasi tersebut berhubungan langsung dengan arus listrik yang ingin kita ketahui besarnya. Selanjutnya alat ukur besaran-besaran listrik tersebut dinamakan:    

ammeter untuk mengukur arus listrik, voltmeter untuk mengukur tegangan listrik, ohmmeter untuk mengukur resistansi, dan wattmeter untuk mengukur daya listrik.

I.1 Alat Ukur Kumparan Putar (Moving-Coil Measurement Devices): Prinsip dasar sebagian besar instrument listrik adalah prinsip kerja galvanometer yaitu sebuah alat yang bereaksi terhadap besaran medan listrik disekelilingnya yang terjadi akibat adanya aliran arus listrik seperti diperlihatkan pada gambar I.1.

+ S

N

-

Gambar I.1 Galvanometer Sederhana

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 2 of 40

Demikian pula pada alat ukur kumparan putar yang bekerja atas dasar prinsip adanya suatu kumparan listrik yang ditempatkan pada medan magnit, yang berasal dari suatu magnet permanen. Arus listrik dc (direct-current) yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Komponen utama yang terdapat pada alat ukur tersebut serta posisinya diperlihatkan pada gambar I.2

6

θ

5

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

8 1

N

f

f

S

3 2 7

Magnet Tetap Kutub Sepatu Inti Besi Lunak Kumparan-Putar (Moving-Coil) Pegas Spiral Jarum Penunjuk Rangka Kumparan-Putar Tiang Poros

4

Gambar I.2. Prinsip Kerja Alat Ukur Kumparan Putar. Silinder inti besi (3) ditempatkan diantara kedua kutub magnet (2). Diantara kutub-kutub magnet dan silinder inti besi tersebut akan terbentuk medan magnet yang merata yang masuk melalui kutub-kutub tersebut kedalam silinder secara radial. Dalam celah udara tersebut ditempatkan kumparan putar (4) yang dapat berputar melalui sumbu (8). Bila arus searah mengalir melalui kumparan tersebut, maka timbul gaya elektromagnetis f, sebagai hasil interaksi antara arus dan medan magnet. Besarnya gaya tersebut dapat dihitung sebagai berikut; Jika besarnya medan magnet adalah B, panjang kumparan a, dan lebar kumparan b, maka momen putar TD adalah: TD = B.n.a.b.I

(n = jumlah lilitan dari kumparan)

Momen yang diberikan pegas, berlawanan dengan arah TD. Bila konstanta pegas adalah τ, maka momen pegas adalah: TC = τ.θ

(momen pegas = TC)

Bila berputar sebesar sudut θ0, maka dalam keadaan seimbang TD = TC, sehingga:

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 3 of 40

τ. θ0 = B.n.a.b.I θ0 =

𝐵.𝑛.𝑎.𝑏 τ

𝐵.𝑛.𝑎.𝑏 τ

I

disebut sebagai konstanta alat ukur (Instrument constant)

TD

disebut sebagai momen penggerak (movement moment)

TC

disebut sebagai momen pengontrol (control moment)

I.2 Ammeter Moving-Coil: Alat ukur kumparan putar (moving coil) pada dasarnya adalah alat pengukur arus listrik dc atau dc ammeter. Besarnya arus yang dapat dialirkan melalui koil dibatasi  dibawah 30 mA, karena komponen-komponen berputarnya tidak dapat terlalu berat sehingga kawat penghantar dari kumparan tidak dapat terlalu tebal. Pada beberapa alat ukur ammeter, skala maksimum tersebut mungkin hanya beberapa microampere. High Current Ammeter: Untuk membuat pengukur arus (ammeter) yang mempunyai kemampuan skala maksimum yang lebih besar, maka dilakukan dengan cara menambahkan resistor-shunt (RS) yang dihubungkan parallel pada kumparan putar (moving-coil) seperti diperlihatkan pada gambar I.3. RM = I’

I

resistor (tahanan) keseluruhan dari

kumparan-putar, pegas pengontrol.

RS

RM

I

=

arus yang harus diukur

I’

=

arus yang mengalir ke kumparan

Gambar I.3 Resistor-Shunt Hubungan antara I dan I’ diberikan sebagai berikut: I = m.I’ dimana: m=

Rm+Rs

(m = factor pengali / multiplying factor )

Rs

Sebagai contoh, jika ammeter mempunyai skala maksimum 100 µA dan resistansi movingcoil nya adalah 5 KΩ, maka dengan menggunakan R-shunt 5,005 Ω, sehingga:

m=

5000+5,005 5,005

= 1000

GS Rev: A

sehingga:

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 4 of 40

I = m.I’ = 1000 x 100 µA = 100 mA

Dengan demikian skala maksimum dari ammeter tersebut menjadi 100 mA.

Gambar I.4 Ammeter dengan dua range (batas ukur maksimum)

Gambar. I.5 Contoh Loadmeter dan Ammeter digunakan pada pesawat terbang Pengaruh Temperature Pada Moving-Coil Instruments: Perubahan temperature ruang akan mempengaruhi temperature alat ukur moving-coil. Hal ini disebabkan karena konstanta pegas τ dari pegas pengontrol dan kepadatan flux-magnetic B mempunyai koeffisien temperature negative, walaupun kecil. Sebagai contoh, misalnya pada temperature 20 0C, resistansi dari coil adalah 5 KΩ dan resistansi dari RS adalah 5,005 Ω. Bila temperature berubah menjadi 30 0C dan RS tetap 5,005 Ω sedangkan resistansi kumparan-putar (moving-coil) berubah menjadi 5,2 KΩ, sehingga factor pengali m berubah menjadi: m=

5200+5,005 5,005

= 1040

Dengan demikian maka penunjukkan pada 30 0C akan menjadi 96 mA atau kira-kira berkurang 4 % dari semula untuk pengukur arus yang mempunyai skala maksimum 100 µA dengan RM 5 KΩ dan RS 5,005 Ω.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 5 of 40

Kompensasi Perubahan Temperature: Cara yang paling sederhana untuk mengeliminasi perubahan pembacaan pengukuran karena pengaruh temperature tersebut diatas adalah dengan menggunakan tahanan (resistor) yang dibuat dari manganin yang dirangkai seperti pada gambar I.6. I’

I

RK

RS

Gambar I.6 RK Kompensasi Temperature. RM

Koeffisien temperature dari RM adalah α dan koeffisien dari RS dan RK yang sama-sama dibuat dari manganin adalah nol. Misal: Arus yang akan diukur adalah 1, sedangkan arus yang masuk kumparan-putar (moving-coil) setelah temperature berubah dari t0 ke t adalah 1. Arus I’ dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: I

I’ = 𝑚

sehingga:

Rs

I’ = Rm 1+αt−t0 +Rs+Rk I Rs

α.R1

= Rm+Rs+Rk I  1 - Rm+Rs+Rk t - t0 Jika t = t0, maka

I’ = RS / RM + RS + RK I

Jika t = t1, maka perubahan dari arus yang mengalir ke kumparan-putar (moving-coil) akan terjadi sebesar: 

α.Rm t1−t0 Rm+Rs+Rk

Contoh, jika RM = 5 KΩ dengan α = 0,4 % per 0C, RS = 5,005 Ω dan RK = 45 KΩ, dan temperature berubah dari t0 = 20 0C ke t = 30 0C, bila arus yang akan diukur adalah 100 mA. Maka penunjukkan alat pengukur amper (ammeter) akan berubah dari penunjukkan pada temperature t0 dengan besar sebagai berikut: 

0,004 x 5000 x 30−20 Rm+Rs+Rk

x 100 = 0,4 mA

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 6 of 40

Jadi alat ukur ammeter tersebut, untuk pengukuran yang menunjukkan 100 mA pada saat temperature keliling 20 0C akan menunjukkan (100 - 0,4) = 99,6 mA pada saat temperature keliling 30 0C. Jadi pengaruh temperature keliling tidak terlalu besar (dapat dikurangi) jika menggunakan rangkaian kompensasi tersebut. (Bandingkan dengan penunjukkan 96 mA jika tidak menggunakan rangkaian kompensasi). Kompensasi Perubahan Temperature Dengan Metoda Swinburne: Metoda ini digunakan untuk kompensasi temperature ammeter tipe moving-coil dengan ketelitian yang lebih baik. Rangkaiannya diperlihatkan pada gambar I.7.

I

I5

I3

I1

RK1 Gambar I.7 Rangkaian Metoda Swinburne.

RS2

RS1

RM RK2

RM dan RS1 terbuat dari tembaga sedangkan RK1, RK2, dan RS2 terbuat dari manganin. Bila temperature naik, arus I5 membesar sedangkan I1 dan I3 menurun. I3 turun lebih cepat dari I1 karena RS1 terbuat dari tembaga sedangkan RK1 dari menganin. Perubahan pada I1 dapat dikurangi dengan memilih konstanta-konstanta yang tepat. Jika koeffisien temperature dari RM dan RS1 adalah α dan dari RK1, RK2 dan RS2 adalah nol, sedangkan arus I adalah arus yang akan diukur dan I1 arus yang mengalir pada moving-coil setelah temperature berubah dari t0 ke t, maka hubungan matematis antara I - I1 adalah: I

= I1

=

Rm1+ α t−t0 +Rk1 Rs2

Rm+Rk1 Rs2

+

+

[Rm+Rs11+ α t−t0 +Rk1]Rk2+Rs2 Rs1 Rs2 1+ α (t−t0)

(Rm+Rk1+Rs1)(Rk2+Rs2) Rs1+Rs2

α

+ Rs2 RM -

Rk1 (Rk2−Rs2) Rs1

 t - t0)

Agar persamaan tersebut tidak tergantung pada temperature, maka haruslah;

RM -

Rk1 (Rk2+Rs2) Rs1

=0

Bila dipilih RK2  RS2 sehingga RS2 dapat diabaikan terhadap RK2, maka yang harus dipenuhi agar temperature tidak berpengaruh adalah: RM.RS1 = RK1.RK2

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 7 of 40

Maka persyaratan agar karakteristik temperature dapat diperbaiki seteliti mungkin adalah: RK2  RS2 dan

RM.RS1 = RK1.RK2

Tahanan (resistor) shunt untuk arus besar, karena dimensi (ukuran) nya yang sangat besar, dapat menimbulkan panas akibat dissipasi daya pada resistor tersebut dikonversi menjadi panas, misalnya untuk pengukuran arus hingga 20 Ampere atau lebih. Maka sebaiknya resistor-shunt tersebut tidak ditempatkan dibagian dalam dari kotak alat ukur tetapi dibagian luar agar panas yang ditimbulkannya tidak memanasi komponen lainnya. I.3 Voltmeter Moving-Coil: Basic Configuration (Konfigurasi Dasar): I

R Gambar I.8 Konfigurasi Voltmeter RM

Resistor (tahanan) R dihubungkan seri dengan moving-coil. Bila resistansi moving-coil adalah RM, dan misal suatu tegangan V yang akan diukur ditempatkan pada ujung-ujung alat ukur tegangan, maka arus I adalah: V

I = Rm+R Bila arus melalui moving-coil adalah I, maka skala tegangan harus dinyatakan sebagai volt. Contoh: Jika R = 37,5 KΩ dihubungkan seri dengan moving-coil yang mempunyai skala maksimum 4 mA dan resistansi dalam 3 Ω, maka: V = (3 + 37.500).0,004 = 150 Volt

pada

I = 4 mA

Barapa R jika alat tersebut digunakan untuk mengukur tegangan (Volt) dengan harga skala maksimum 30 Volt. Pada dasarnya alat ukur tegangan (voltmeter) adalah alat ukur arus (ammeter) moving-coil yang dilengkapi dengan sejumlah resistor seri maupun resistor-shunt yang disesuaikan dengan batas-batas ukur yang diinginkan. Untuk meningkatkan kemampuan maksimum voltmeter maka resistansi R harus diperbesar sesuai tegangan maksimum yang diinginkan. Besarnya resistansi R yang harus digunakan dihitung dengan cara seperti pada contoh diatas.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 8 of 40

Gambar I.9 Voltmeter dual range.

I.4 Ohmmeter Moving-Coil: Ohmmeter adalah alat-ukur resistansi. Jenis yang banyak digunakan oleh mekanik dan teknisi elektronik adalah tipe moving-coil seperti yang digunakan pada alat-ukur ammeter dan voltmeter. Untuk menggerakkan jarum penunjuk seperti pada jenis moving-coil lainnya diperlukan sumber listrik. Itu sebabnya pada ohmmeter jenis kumparan-putar (moving-coil) terdapat battery yang digunakan untuk kebutuhan tersebut.

3K ~

0

490 Ω

Gambar I.10 Ohmmeter Sederhana

3 Volt 2K5

TEST PRODS

Rangkaian sederhana dari sebuah ohmmeter diperlihatkan pada gambar I.10. Prinsip kerjanya berdasarkan hukum Ohm, dan sumber tegangan dc diperoleh dari sebuah battery 3-volt. Pada rangkaian tersebut, sensitivitas dari kumparan-putar adalah 1.000 ohm per volt dan resistansi dalamnya 10 ohm. Untuk memperoleh simpangan maksimum dari jarum penunjuk dengan sumber tegangan battery sebesar 3 volt, maka diperlukan resistansi total dari rangkaian sebesar 3.000 ohm. Resistansi total tersebut diperoleh dengan menggunakan sebuah resistor 2.500 ohm dan sebuah variable-resistor 490 ohm yang dirangkai seri dengan battery dan

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 9 of 40

kumparan-putar. Variable-resistor digunakan untuk mengantisipasi jika tegangan battery berkurang setelah digunakan beberapa lama. Jika kedua kabel penguji (test-prods) dihubungkan, maka jarum-penunjuk akan bergerak ke posisi simpangan maksimum. Titik skala posisi tersebut ditandai dengan angka 0, karena posisi tersebut menyatakan resistansi antara kedua test-prods adalah nol ohm. Jika sebuah resistor 3.000 ohm dihubungkan diantara kedua test-proud tersebut, simpangan jarum penunjuk berada pada posisi kira-kira setengah simpangan maksimum. Selanjutnya titik skala pada posisi simpangan tersebut diberi tanda 3.000 ohm. Jika kedua test-proud dipisahkan, berarti tidak terhubung dan media yang ada diantara kedua test-proud hanyalah udara, maka jarum-penunjuk berada pada posisi simpangan minimum. Titik skala pada posisi tersebut ditandai ~ (tak terhingga) karena resistansi udara sangat besar. Gambar I.11 memperlihatkan ohmmeter yang mempunyai beberapa range (kemampuan batas ukur).

Gambar I.11 Multirange Ohmmeter

I.5 Wattmeter: Wattmeter merupakan alat-ukur yang sangat jarang digunakan oleh teknisi perawatan pesawat terbang, namun disini akan diberikan penjelasan singkat mengenai prinsip kerjanya. Satuan dari daya listrik adalah watt dimana daya listrik sebesar 1 (satu) watt dihasilkan jika arus sebesar 1 (satu) amper mengalir dari tegangan listrik sebesar 1 (satu) volt. Dalam suatu rangkaian listrik, watt sama dengan produk dari besarnya tegangan dan besarnya arus. Hal tersebut benar untuk rangkaian dc dan rangkaian ac jika tegangan dan arus se fasa (arus dan tegangan tidak berbeda fasa).

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 10 of 40

I.5.1. Wattmeter Type Electrodinamometer: Karena besarnya daya listrik tergantung dari besarnya tegangan dan besarnya arus, maka wattmeter harus mampu mengalikan kedua besaran tersebut. Diagram skematik sebuah wattmeter diperlihatkan pada gambar I.12. Konstruksi wattmeter seperti pada dynamometer, namun rangkaian untuk medan magnet dan moving-coil berada pada tempat terpisah. Salah satu kumparan digunakan untuk menghasilkan medan-magnet yang besarnya sesuai dengan besarnya arus listrik yang mengalir ke beban yang akan diukur, sedangkan kumparan lainnya untuk menghasilkan medan-magnet yang besarnya sesuai dengan besarnya tegangan. Karena kumparan arus harus mampu dialiri arus yang cukup besar sehingga bentuknya cukup berat, maka kumparan ini ditempatkan stasioner (tidak bergerak). Moving-coil berfungsi sebagai kumparan tegangan yang mendeteksi tegangan sehingga harus mempunyai resistansi yang besar. R: resistor pembatas arus masuk kumparan tegangan

kumparan arus

L : beban / obyek ukur kumparan tegangan

R L

Gambar I.12 Rangkaian Wattmeter Type Electrodinamometer

Rangkaian arus dihubungkan seri dengan rangkaian obyek yang akan diukur, sedangkan rangkaian tegangan dihubungkan parallel dengan rangkaian obyek. Sebuah resistor R dihubungkan seri dengan kumparan tegangan untuk membatasi arus yang masuk ke kumparan-putar (moving-coil) tersebut. Besarnya medan-magnet tetap tergantung dari besarnya arus yang mengalir ke obyek-ukur, sedangkan besarnya medan-magnet moving-coil tergantung dari besarnya tegangan yang pada obyek-ukur. Gerak rotasi jarum-penunjuk tergantung dari besarnya kedua medan-magnet tersebut. 1.5.2. Wattmeter Type Induksi: Seperti pada type electrodynamometer, pada type induksi terdapat juga sepasang kumparan yang bebas (terpisah) antara satu dengan yang lainnya. Susunan tersebut menghasilkan momen yang berbanding lurus dengan hasil kali dari arus listrik yang mengalir melalui kumparan kumparan tersebut sehingga dapat digunakan sebagai alat untuk mengukur watt. Hubungan antar perbedaan fasa tegangan dengan arus diperlihatkan pada gambar I.13.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 11 of 40

V φ α

Gambar I.13. Hubungan Fasa Dua Arus Yang Berbeda. Ø1

Ø2 dari gambar terlihat bahwa sin α = cos φ Untuk memperoleh Ø2 yang sudut fasanya terlambat 900 terhadap V, maka jumlah lilitan dari kumparan dinaikkan sedemikian rupa sehingga kumparan tersebut dapat dianggap induktansi. Dengan demikian, maka Ø2 adalah sebanding dengan V/ω, sehingga: dari persamaan momen gerak : Tα = 2 K’. ω. Ø1. Ø2.sin α : ω. Ø1. Ø2.sin α = K.V.I.cos φ

diperoleh

Wattmeter type induksi ini digunakan untuk pengukuran daya dimana perbedaan sudut fasanya besar, dan banyak digunakan pada panel-panel listrik. I.5.3. Wattmeter Type Thermocouple: T1

i1 + i 2 i1

v

mA

gambar I.14. Wattmeter jenis thermocouple

i1 i1 - i2 T2

2i2

i

Jika arus listrik berbanding lurus dengan tegangan, dan arus beban dinyatakan sebagai i 1 = k1.v dan i2 = k2.i, maka: (i1 + i2)2 - (i1 - i2)2 = 4.i1.i2 = 4.k1.k2.v.i Harga rata-rata dari 4.k1.k2.v.i untuk satu periode, adalah sebanding dengan daya beban.

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 12 of 40

i1 = k1.v adalah arus sekunder dari transformator T1, dan 2i2 = 2k2.i adalah arus sekunder dari transformator T2. Bila sepasang tabung thermocouple dipanaskan dengan arus (i1 + i2) dan (i1 - i2), maka gaya listrik thermos akan berbanding lurus dengan kwadrat dari arus tersebut, yang didapat dari masing-masing thermocouple. Bila kedua thermocouple dihubungkan seri dengan polaritas terbalik (seperti diperlihatkan pada gambar I.14), maka perbedaan tegangan dapat diukur menggunakan milivolt-meter. Penunjukkan mV-meter tersebut sebanding dengan daya yang diukur. Wattmeter tipe ini banyak digunakan untuk pengukuran daya yang kecil, misalnya untuk pengukuran daya RF (Radio Frequency).

I.6 Multimeter Analog: Multimeter merupakan instrument alat ukur yang memanfaatkan satu buah kumparan-putar (moving-coil) yang dapat difungsikan untuk berbagai keperluan pengukuran arus (ammeter), tegangan (voltmeter), dan resistansi (ohmmeter). Multimeter tersebut banyak digunakan oleh teknisi maupun mekanik pesawat terbang. Multimeter dilengkapi dengan tombol-pemilih (selector) untuk memilih fungsi alat ukur sesuai yang dikehendaki. Gambar I.15 memperlihatkan tampilan sebuah multimeter dan bagian-bagian utama dari instrument tersebut. Pada multimeter tersebut terdapat pula fasilitas untuk mengukur tegangan ac (alternating-current). Hal ini dimungkinkan karena multimeter dilengkapi dengan rangkaian penyearah yang mengubah tegangan ac menjadi dc. Fungsi Tombol Multimeter: Papan Skala: Menampilkan skala pembacaan untuk arus, tegangan, dan resistansi sesuai dengan posisi tombol pemilih (selector). Untuk pengukuran arus dan tegangan, skala yang menunjukkan besaran nol berada pada posisi simpangan jarum minimum sedangkan posisi simpangan jarum maksimum menunjukkan besaran arus / tegangan yang ditunjukkan oleh posisi selector. Untuk pengukuran resistansi, skala yang menunjukkan besaran nol ohm berada pada posisi simpangan jarum maksimum sedangkan posisi simpangan jarum minimum menunjukkan besaran resistansi tak terhingga. Setiap besaran angka pada skala yang diperuntukkan untuk resistansi harus dikalikan dengan faktor pengali sesuai posisi tombol pemilih (selector). Lebar skala untuk pengukuran resistansi tidak merata, semakin kearah kiri (berlawanan arah putaran jarum jam) lebar skala semakin kecil. Hal tersebut mengakibatkan pembacaan semakin sulit. Untuk memudahkan pembacaan maka tombol selector perlu dipindah ke range pengkuran yang lebih besar.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 13 of 40

Papan skala Jarum Penunjuk Pengatur Jarum (simpangan minimum) 10KΩ/VDC

KΩ

x100Ω

Sensitivity

Ω

Pengatur Jarum (sim1000

1000

V O 500 L T 250 D C

500 250

Tombol / Selector (pemilih fungsi)

50

50

10

10

COM

pangan maksimum) V O L T

500 mA

50 mA

10 mA

A C

Test Prod (common/-) Test Prod (+)

+

Gambar I.15 Tampilan Multimeter Analog Jarum penunjuk: Pada saat pembacaan hasil pengukuran, diusahakan agar posisi pembaca, jarum penunjuk, dan papan skala membentuk garis yang tegak lurus dengan papan skala. Hal ini untuk menghindari kesalahan pembacaan (parallax). Pengatur Jarum Simpangan Minimum: Pengatur ini dapat diputar dengan menggunakan screw-driver untuk mengatur agar simpangan minimum dari jarum penunjuk berada tepat pada skala minimum. Pengesetan tersebut dilakukan sebelum multimeter digunakan.

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 14 of 40

Pengatur Jarum Simpangan Maksimum: Pengatur ini merupakan tombol potensiometer (variable resistor) yang dapat diputar untuk mengeset agar pada posisi pengukuran resistansi, simpangan jarum maksimum berada tepat pada angka nol untuk resistansi. Caranya adalah dengan menghubungkan kedua kabel testprod, kemudian set potensiometer tersebut sehingga jarum tepat menunjuk pada skala nol. Tombol-Pemilih (Selector-Knob): Tombol ini digunakan untuk merubah fungsi maupun range pengukuran sesuai yang dikehendaki. Jika prakiraan besaran listrik dari obyek yang akan diukur belum diketahui, sebaiknya posisikan tombol ini pada posisi range terbesar. Jika simpangan jarum terlalu kecil, barulah dipindahkan ke posisi range yang lebih kecil secara bertahap sampai pembacaan mudah dilihat. Test-Prod: Test-prod ini adalah jack untuk kabel-kabel penghubung yang akan digunakan dalam pengukuran. Untuk menghindari kesalahan polaritas, terminal positif menggunakan kabel berwarna merah sedangkan terminal negative (common) menggunakan kabel berwarna hitam. Beberapa multimeter dilengkapi dengan switch untuk merubah polaritas. Sensitivitas: Sensitivitas (sensitivity) pada alat-ukur moving-coil menyatakan besarnya arus listrik yang harus mengalir melalui kumparan (coil) agar jarum penunjuk mencapai simpangan maksimum dan dinyatakan dalam satuan ohm/volt. Jika sebuah kumparan-putar membutuhkan arus listrik sebesar 0,00005 amper agar jarum penunjuk mencapai simpangan maksimumnya, maka sensitivitasnya adalah 20.000 ohm per volt karena dibutuhkan resistor 20.000 ohm untuk membatasi arus hingga 0,00005 amper jika digunakan sumber tegangan sebesar 1 (satu) volt. Dalam pekerjaan pengukuran pada rangkaian elektronika dimana arus maupun tegangan yang akan diukur sangat kecil, diperlukan alat ukur dengan sensitivitas yang sangat tinggi. Hal ini diperlukan agar disipasi daya oleh alat-ukur tidak terlalu besar dan memberikan akurasi hasil pengukuran yang baik. I.7 VTVM dan SSVM: Pada pengukuran besaran-besaran listrik menggunakan alat-ukur (instrument), pada umumnya terjadi disipasi daya oleh alat-ukur yang diambil dari obyek yang diukur. Hal tersebut disebabkan karena ketika alat-ukur dihubungkan ke obyek rangkaian yang akan diukur maka rangkaian yang ada pada alat ukur menjadi beban bagi rangkaian obyek-ukur. Semakin kecil sensitivitas dari alat ukur, semakin besar daya yang terdisipasi oleh alatukur tersebut. Jika obyek yang diukur memiliki besaran daya yang sangat kecil, sedangkan sensitivity alat-ukur rendah, maka hasil pengukuran tidak akan akurat atau bahkan jarumpenunjuk sama sekali tidak bergerak. VTVM (Vacuum Tube Volt Meter) dan SSVM (Solid-State Volt Meter) adalah alat-alat ukur listrik yang mempunyai sensitivity yang sangat tinggi dan biasa digunakan untuk

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 15 of 40

pengukuran arus dan tegangan pada rangkaian-rangkaian electronics. Kedua alat-ukur tersebut dibuat untuk mengisolasi rangkaian dari obyek yang diukur dengan rangkaian alatukur sehingga beban listrik yang digunakan alat-ukur sangat kecil. Untuk mengerti mengapa sensitivity alat-ukur sangat penting untuk pengukuran obyek-ukur yang besaran listriknya kecil, perhatikan contoh yang diperlihatkan pada gambar I.16. A R1 100V

B

V Gambar I.16. Pentingnya sensitivitas pada voltmeter

R2 C Sebuah sumber dc 100 volt dihubungkan ke dua buah resistor yang dirangkai seri. Masing resistor bernilai 100.000 ohm, sehingga resistansi totalnya adalah 200.000 ohm. Karena kedua resistor mempunyai resistansi yang sama, maka tegangan jatuh ditiap resistor adalah 50 volt. Jika kita melakukan pengukuran tegangan menggunakan sebuah voltmeter yang mempunyai sensitivity 1000 ohm per volt. Misalkan voltmeter tersebut mempunyai kemampuan skala ukur 100 volt dan dihubungkan seperti pada gambar I.9 untuk mengukur tegangan antara titik A dan B. Karena sensitivity voltmeter 1000 ohm/volt maka resistansi total dari voltmeter adalah 1000 x 100 = 100.000 ohm. Resistansi tersebut berhubungan secara parallel dengan R1 sehingga menghasilkan resistansi parallel sebesar 50.000 ohm. Sehingga resistansi total seluruh rangkaian menjadi 150.000 ohm. Sehingga resistansi antara A dan B menjadi 50.000 ohm dan resistansi antara B dan C 100.000 ohm. Akibatnya tegangan jatuh antara A dan B adalah 33,3 volt sedangkan antara B dan C adalah 66,7 volt. Hal tersebut memperlihatkan bahwa voltmeter tersebut tidak dapat digunakan untuk rangkaian tersebut karena memberikan hasil pengukuran yang jauh dari yang sebenarnya. Jika menggunakan voltmeter yang mempunyai sensitivity 20.000 ohm / volt, akan diperoleh akurasi pengukuran yang jauh lebih baik, yaitu 48,7 volt (coba hitung sendiri), lebih mendekati nilai yang sebenarnya 50 volt. I.8 Kesalahan Alat Ukur: 

Kesalahan alat-ukur dinyatakan dengan: €=M-T dimana: € = kesalahan alat-ukur M = harga yang diperoleh dari pengukuran

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 16 of 40

T = harga yang sebenarnya dari besaran yang diukur 

Kesalahan relative adalah €/T dan harga numeriknya dinyatakan dalam %.

Kesalahan Penunjukkan / Pembacaan Alat-Ukur Moving-Coil Dapat Disebabkan Oleh: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Medan magnet dari luar yang berada disekitar alat-ukur, Temperature, Pemanasan sendiri, Pergeseran dari titik nol, Gesekan, misalkan gesekan sumbu poros putar dan bantalan yang berulang-ulang, Umur, setelah waktu yang lama kinerja komponen akan berubah, Letak alat-ukur, tidak sesuai dengan yang telah ditentukan sesuai peruntukkannya, Paralax, kesalahan pembacaan pada skala karena posisi pengamat, jarum penunjuk, dan skala tidak berada pada posisi yang seharusnya.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 17 of 40

BAB II OSCILLOSCOPE II.1 Pendahuluan: Untuk mengamati perubahan tegangan listrik terhadap perubahan waktu (tegangan sebagai fungsi waktu) dengan periode perubahan yang cepat tidak dapat dilakukan dengan menggunakan alat ukur moving-coil. Besarnya arus atau tegangan listrik yang berubah periodik dengan perubahan waktu (merupakan fungsi dari waktu), misalnya sumber listrik ac, dapat diamati dengan menggunakan oscilloscope. Oscilloscope dilengkapi dengan CRT (Cathode Ray Tube) yang memiliki layar (screen) yang dapat menampilkan bentuk sinyal listrik yang diukur serta perubahannya terhadap perubahan waktu. Dengan oscilloscope kita juga dapat mengamati perbedaan fasa antara dua buah signal. CRT merupakan tabung vakum yang mempunyai sebuah electron gun dan bagian dalam dari layarnya dilapisi phosphorescent dimana electron akan menumbuk lapisan tersebut. Lapisan phosphorescent akan menyala dititik dimanan terjadi tumbukan electron yang datang dari electron gun. Gambar II.1 memperlihatkan komponen dasar yang ada pada sebuah CRT. Katoda yang telah dipanasi melepaskan electron. Besarnya tegangan pada control grid menentukan aliran electron untuk mengendalikan intensitas cahaya. Anoda menaikkan kecepatan electron, sedangkan anoda focus untuk mengatur focus dari electron beam agar tumbukannya membentuk titik yang halus (fokus). Permukaan layar juga merupakan anoda dan akan membantu percepatan dari electron beam. Fungsi dari vertical dan horizontal deflection plate adalah untuk membelokkan electron beam sedemikian agar titik tumbuknya sesuai dengan yang diinginkan. Gambar II.2 memperlihatkan begaimana deflection plates mengarahkan electron beam ke layar. -

Tegangan nol atau netral pada deflection plate tidak mempengaruhi arah aliran electron. Tegangan negative pada deflection plate, mengakibatkan arah aliran electron akan menyimpang menjauhi deflection plate. Tegangan positif pada deflection plate, mengakibatkan arah aliran electron akan tertarik/mendekati deflection plate.

Gambar II.2 juga memperlihatkan berbagai kemungkinan kombinasi tegangan pada deflection plate dan resultante dari arah electron yang terjadi. Defleksi Horizontal Untuk dapat mengvisualisasikan sinyal input, digunakan sebuah generator tegangan gigi gergaji yang dihubungkan ke rangkaian defleksi horizontal. Gambar II.3 memperlihatkan bagaimana sebuah tegangan gigi gergaji digunakan, yang diawali dengan tegangan negative kemudian berubah naik mencapai suatu tegangan positif. Tegangan tersebut mengakibatkan tumbukkan electron pada layar bergeser dari sisi layar paling kiri ke sisi layar paling kanan sehingga menghasilkan garis lurus dari kiri ke kanan layar. Proses tersebut terjadi berulang dengan kecepatan yang cukup tinggi.

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 18 of 40

Perubahan tegangan gigigergaji dari negative ke positif ditentukan oleh frekwensi. Ketika sinyal gigi gergaji tersebut telah mencapai satu perioda/siklus dari kiri ke kanan, maka akan kembali ke kiri layar untuk memulai membentuk siklus baru. Dalam kurun waktu tersebut, suplai electron berhenti sejenak sehingga tidak terjadi cahaya pada layar. Periode kurun waktu tersebut dinamakan flyback.

Gambar II.1 Komponen dasar dari CRT (dengan diagram blok)

Gambar II.2 Kombinasi Tegangan Plate dan Posisi Electron Beam.

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 19 of 40

Defleksi Vertical Jika sinyal yang sama digunakan juga pada rangkaian defleksi vertical, maka akan dihasilkan pula garis lurus namun pada arah vertikal dari layar. Menggambarkan Gelombang Sinus Reproduksi gelombang sinus pada oscilloscope merupakan kombinasi antara defleksi vertical dan defleksi horizontal. (Gambar II.4) Jika sinyal tegangan gelombang sinus digunakan pada rangkaian defleksi vertical, hasilnya pada layar adalah osilasi kearah vertical (keataskebawah). Besarnya simpangan osilasinya tergantung dari besarnya tegangan puncak ke puncak dari sinyal tersebut. Ketika electron beam dikendalikan dari kiri ke kanan oleh horizontal plate, tegangan gelombang sinus diberikan juga pada vertical plate, sehingga mengakibatkan bentuk dari sinyal input tergambar pada layar.

Gambar II.3 Aplikasi Tegangan Gigi Gergaji

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 20 of 40

Gambar II.4 Sinyal Tegangan Gelombang Sinus Berdasarkan kemampuan penampilan gambar sinyal yang diamati, terdapat jenis-jenis oscilloscope sebagai berikut: Dual Trace Oscilloscope: Sebuah Dual Trace Oscilloscope dapat digunakan untuk memperlihatkan dua signal independent dalam dua display pada satu layar tabung CRT. Operasi ini dapat memperlihatkan secara akurat perbandingan besaran amplitude, atau perbedaan waktu antara dua signal. Pada dual trace, kedua signal yang diamati/diukur menggunakan single-beam pada sebuah CRT yang dibagi / diperuntukkan untuk dua kanal. Dual Beam Oscilloscope: Sebuah Dual Beam Oscilloscope adalah oscilloscope yang menghasilkan (memperlihatkan) sekaligus dua electron-beam yang terpisah pada sebuah layar (screen), yang dapat dikendalikan secara individu (masing-masing) maupun secara bersamaan. Untuk aplikasi khusus digunakan multi beam oscilloscope.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 21 of 40

II.2 Metoda Pengolahan Signal Input Pada Oscilloscope: Seperti telah dijelaskan bahwa pada dual trace oscilloscope, single-beam digunakan untuk memperagakan / menunjukkan dua signal independent secara bersamaan. Agar dapat digunakan oleh dua signal secara bersamaan, dilakukan dengan cara pendeteksian bergantian secara periodic dengan frekwensi yang cukup tinggi agar terlihat seolah-olah bersamaan. Ada dua model / metoda yang dilakukan untuk pendeteksian tersebut yaitu: 

CHOP Mode, dan



ALTERNATE Mode

II.2.1. CHOP Mode: Kanal A

AMP

Kanal B

AMP

GATE

CRT SAW TOOTH GENERATOR

100 KHz MULTIVIBRATOR

Gambar II.5 Blok diagram CHOP Mode Pada gambar II.5 diperlihatkan blok diagram system pengolahan signal CHOP Mode. Tegangan output dc dari masing-masing amplifier (penguat signal) dapat diatur / dirubah. Perbedaan tegangan dari masing-masing mengakibatkan pula perbedaan tegangan output dari masing-masing amplifier yang selanjutnya digunakan (dihubungkan) kerangkaian defleksi dari CRT. Switching pada gerbang tersebut dikendalikan oleh sebuah multivibrator yang pada kebanyakan oscilloscope bekerja dengan frekwensi 100 KHz. Karena periode waktu switching yang begitu cepat, maka penampilan pada layar dua garis putus-putus horizontal yang sejajar seperti diperlihatkan pada gambar II.6. A

1___2 5___6

9___10

gambar II.6 B

3___4

7___8 11__

Garis putus-putus A adalah output dari kanal A, dan garis putus-putus B adalah output dari kanal B. Perambatan garis-garis tersebut dari kiri ke kanan dikendalikan oleh generator gigigergaji (saw-tooth generator) yang terhubung ke plate horizontal.

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 22 of 40

Perbedaan posisi vertikal dari A dan B diperoleh karena tegangan referensi yang digunakan kanal A berbeda dengan tegangan referensi kanal B. Jika frekwensi chopper jauh lebih tinggi dari frekwensi horizontal-sweep, maka jumlah garis putus akan menjadi sangat rapat/padat. Sebagai contoh, jika frekwensi chopping = 100 KHz dan frekwensi sweep = 1 KHz, maka satu rangkaian garis horizontal akan terdiri dari 100 potongan garis pendek, sehingga akan terlihat sebagai sebuah untaian titik-titk seperti diperlihatkan pada gambar II.7 A

…………………………

gambar II.7 B

…………………………

Jika frekwensi sweep semakin rendah dibandingkan frekwensi chopper, maka tampilan pada display / layar akan terlihat berbentuk garis lurus yang tak terputus (continue). Oleh karena itu, chope-mode digunakan pada sweep-rate yang rendah (penyetelan / pengaturan time/division yang rendah). Tegangan output berubah sesuai perubahan tegangan signal input. Bentuk signal yang ditampilkan pada layar oscilloscope tergantung dari signal yang masuk, seperti diperlihatkan pada gambar II.8.

………………… …………………

II.8. a) Tanpa Sinyal A & B

Signal Kanal A Signal Kanal B II.8. b) Resultan Signal Kanal A + Kanal B

Gambar II.8 Tampilan Signal Pada Layar Oscilloscope II.2.2 ALTERNATE MODE: Pada alternate-mode, gerbang GATE mengambil sampel signal dari salah satu kanal untuk satu sweep lengkap, kemudian sampel signal dari kanal lainnya pada sweep berikutnya. Pemilihan gerbang (GATE) dikendalikan oleh rangkaian sweep seperti diperlihatkan pada gambar II.9. Pada kecepatan sweep rendah, salah satu kanal terputus sedangkan kanal lainnya terhubung. Oleh karena itu, model alternate tidak digunakan untuk kecepatan sweep yang rendah. Karena chop-mode tidak beroperasi dengan baik (tidak akurat) untuk kecepatan sweep yang tinggi, sedangkan alternate-mode tidak beroperasi dengan baik (tidak akurat) untuk kecepatan sweep yang rendah, maka agar oscilloscope dual-trace dapat beroperasi dengan baik, kedua model tersebut digunakan dengan cara:

GS

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

 

UAMTC

TRAINING MATERIAL Date: 22 - 9 - 2011

Page : 23 of 40

pada kecepatan switching gerbang GATE rendah, menggunakan chop-mode, sedangkan pada kecepatan switching gerbang GATE tinggi, menggunakan alternate-mode.

Kanal A

GATE

AMP

CRT SAW TOOTH GENERATOR

Kanal B

AMP

Gambar II.9 Blok diagram ALTERNATE Mode

II.3 Tombol Pengatur / Pengontrol Pada Oscilloscope: II.3.1. Pengendali / Pengatur Rangkaian CRT (CRT Circuitry-Control):   

ON/OFF : untuk menyalakan / mematikan oscilloscope INTENSITY/GRATICULE : untuk mengatur iluminasi (brightness) dari tampilan gambar signal pada layar CRT. FOCUS : untuk mengatur focus. Kontrol ini saling pengaruh (dependent) dengan ASTIGMATISM-Control (ASTIG).

Tombol pengatur INTENSITY, FOCUS, dan ASTIG saling mempengaruhi ketika salah satu dari tombol-tombol tersebut diputar, sehingga perlu dilakukan penyetelan berulang-ulang untuk mendapatkan hasil / penampilan gambar signal yang terbaik. II.3.2. Bagian Pengendali / Pengatur Vertikal (Vertical Section Control): 

Rangkaian sistim kopel/penyambungan input: AC ke attenuator vertikal DC GND

gambar II.10 Rangkaian Input Penggunaan kapasitor pada posisi untuk pengukuran AC adalah untuk memblok komponen tegangan DC tegangan signal input.

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 24 of 40



VOLT/CM: - Selektor (tombol pemilih) ini berfungsi untuk memilih besaran skala defleksi vertikal sesuai yang dilehendaki, misalnya: pada posisi tombol menunjuk ke 10, berarti satu kotak skala (1 cm) arah vertikal menunjukkan besaran tegangan 10 volt. Dan dua cm arah vertikal = 2 x 10 volt = 20 volt.



VARIABLE-AMPLITUDE: - Tombol ini biasanya ditempatkan sedemikian sehingga letak poros putarnya menyatu dengan tombol VOLT/CM. - Berfungsi untuk mengatur penguatan dari vertical-amplifier. Misal: jika tombol tidak berada pada posisi maksimum (fully-clockwise), berarti defleksi vertikal sebenarnya lebih kecil dari yang tertera / ditunjukkan oleh tombol VOLT/CM.



VARIABLE-POSITION (SHIFT): - Tombol ini untuk mengatur posisi signal arah vertikal (keatas/kebawah) layar.



BAlANCE (BAL): - Biasanya berupa screw-driver-adjusment. - Digunakan ini untuk pengaturan / pencegah “shifting” (gambar bergerak/bergetar dan sulit diamati) dari trace (tampilan gambar signal) ketika melakukan pengesetan/pengaturan VARIABLE-AMPLITUDE.



SET-GAIN: - Berupa screw-driver-adjusment. - Digunakan untuk melakukan kalibrasi vertical-amplifier (VOLT/CM Cal)



X 10 (Jika Ada): - Untuk memperbesar sensitivitas pengukuran defleksi vertikal, dengan cara menambah penguatan (gain) amplifier menjadi 10 X. - Pada posisi ini, amplitude signal masuk ke defleksi arah vertikal dinaikkan 10 kali lipat.



INVERT: - Tombol ini digunakan untuk membalikkan polaritas (berarti fasa) dari tegangan signal yang masuk ke rangkaian defleksi vertikal.



MODE: - Digunakan untuk memilih kanal yang akan dihubungkan ke rangkaian defleksi vertikal. - Tombol Pemilih (selector) ini pada umumnya memiliki posisi pilihan sebagai berikut:

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

-

Page : 25 of 40

CHAN 1, berarti tersambung ke kanal 1 saja, CHAN 2, berarti tersambung ke kanal 2 saja, ALT, pada posisi ini frekwensi / kecepatan sweep harus tinggi, CHOP, pada posisi ini frekwensi / kecepatan sweep harus rendah, ADD, pada posisi ini ditampilkan penjumlahan tegangan dari signal kanal 1 dan signal kanal2.

II.3.3. Bagian Pengendali Trigerring & Horizontal (Trigerring & Horizontal Section Control): 

TRIGGER-SOURCE: - Tombol ini digunakan untuk memilih signal dari kanal mana yang akan digunakan sebagai signal trigger (pemicu).



TRIGGER SELECTION SWITCH: - Untuk memilih sumber signal yang akan digunakan sebagai pemicu (trigger). Ada dua pilihan yaitu INT yang berarti dari internal (yang ada/disediakan oleh oscilloscope) dan EXT yang berarti dari signal input yang masuk ke kanal. - Tombol pemilih (selector) ini pada umumnya mempunyai tiga pilihan/posisi yaitu DC, AC, dan HFAC (High Frequency AC)



TRIGGER-SLOPE SWITCH: - Switch ini digunakan untuk memilih apakah sweep dari sawtooth-generator diinisiasi ke polaritas positif ataukah ke polaritas negative dari signal yang akan diamati / diukur. B

Positif : jika dari A ke B Negatif: jika dari B ke C

A C gambar II.11 Inisiasi Polaritas Sinyal



TRIGGER LEVEL: - Tombol ini digunakan untuk mengatur tegangan yang dibutuhkan untuk men”trigger” sweep.

II.4 Pengukuran Frekwensi Menggunakan Oscilloscope: Oscilloscope digunakan juga untuk mengukur tegangan ac dan untuk mengamati bentuk gelombangnya. Pengukuran frekwensi dan perbedaan sudut fasa sinyal-sinyal tersebut dapat juga dilakukan menggunakan metoda gambar Lissajous.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 26 of 40

Ketika menggunakan metoda Lissajous, kita tidak memanfaatkan sweep internal. Oscilloscope diset untuk menggunakan sweep dari external. Sinyal dari generator yang telah dikalibrasi digunakan sebagai acuan frekwensi “standard” FV dan dihubungkan ke oscilloscope. Sinyal lain yang frekwensinya akan kita ukur/amati dihubungkan ke input vertikal. Frekwensi FH dari sinyal generator yang telah terkalibrasi tadi (sinyal standard) diatur / dirubah sampai gambar yang muncul pada layar benar-benar stabil, gambar tersebut dinamakan pola Lissajous. Perbandingan frekwensi kedua sinyal tersebut dapat diketahui dari bentuk pola Lissajous tersebut. Dengan mengetahui perbandingan tersebut, maka kita dapat mengetahui frekwensi dari sinyal yang ingin kita ketahui dengan perhitungan sederhana, sebagai berikut: misalkan: FV = k FH maka

FV = k.FH

Jika kedua sinyal berbentuk gelombang sinus, bentuk pola Lissajous diperlihatkan pada gambar II.12. Jika kedua sinyal gelombang sinus tersebut mempunyai frekwensi yang sama, artinya FV = FH, maka hasil pola yang ditunjukkan adalah seperti diperlihatkan pada gambar II.8a, sebuah garis lurus, elips, atau lingkaran tergantung dari beda fasa antara kedua sinyal. Pola pada gambar II.12b diberikan jika perbandingan frekwensi kedua sinyal adalah 2 : 1, misalnya, FV / FH = 2, dan FV = 2FH. Angka perbandingan dari frekwensi-frekwensi dapat diketahui dengan cara menarik garis mendatar (H) dan garis vertikal (V) yang mencakup satu bentuk pola Lissajous tertutup, seperti diperlihatkan pada gambar II.12d dan e, dan menghitung jumlah titik potong (TH) pada arah garis mendatar, dan jumlah titik potong (TV) pada arah garis vertikal tadi. Perbandingan kedua frekwensi adalah: 𝐹𝑣 𝐹ℎ

dan

𝑇ℎ

= 𝑇𝑣

𝑇ℎ

FV = FH 𝑇𝑣

Pada gambar II.12d, TH = 3, TV = 2, dan FV = FH x 3/2. Pada gambar II.12e, TH = 3, TV = 4, dan FV = FH x ¾.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 27 of 40

Pada gambar II.12a, FV = FH, dan pada gambar II.12b, FV = ½ FH. Dalam setiap pola dapat dilihat bahwa gambar pola tergantung pula dari fasa antara FV and FH.

gambar II.12a.

gambar II.12b.

gambar II.12c.

Perbandingan Frekwensi 1:1

Perbandingan Frekwensi 2:1

Perbandingan Frekwensi 3:1

H V

H V

TH = 3

TH = 3

TV = 2

TV = 4

gambar II.12d

gambar II.12e

Perbandingan Frekwensi 3 : 2

Perbandingan Frekwensi 3 : 4

gambar II.12 Karakteristik Gambar Pola Lissajous

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 28 of 40

BAB III PENGUKURAN FREKWENSI III.1 Absorption Frequency Meter: Cara paling sederhana untuk mengukur frekwensi resonansi suatu rangkaian adalah dengan menggunakan absorption frequency-meter yang rangkaiannya diperlihatkan pada gambar III.1. Frequency-meter tersebut mempunyai tombol yang dapat diputar untuk memilih (tuned) frekwensi. Tombol putar tersebut dilengkapi dengan jarum penunjuk yang akan menunjuk pada papan skala yang memberikan informasi besaran frekwensi resonansi. Rangkaian X adalah rangkaian yang terdiri dari inductor L dan capacitor C2 yang akan diamati frekwensi resonansinya. Suatu variable-capacitor C2 dan inductor L membentuk rangkaian resonansi yang frekwensi resonansinya dapat diatur (dengan mengatur C2), dimana: 1

f = 2π√CL dimana: f = frekwensi resonansi

(Hertz)

C = kapasitansi capacitor

(Farad)

L = induktansi inductor / koil

(Henry)

π = 3,14 Rangkaian yang akan diukur frekwensi resonansinya diinduksikan ke frequency-meter tersebut, kemudian tombol pengatur frekwensi dari frequency-meter diputar hingga arus pada ammeter menunjukkan penguatan arus terbesar. Pada keadaan tersebut maka frekwensi resonansi dari rangkaian yang diukur sama dengan frekwensi dari frequency-meter yaitu sesuai dengan yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk. gambar III.1 Absorption Frequency Meter, terdiri dari rangkaian resonansi

C1

LC2 yang telah terkalibrasi. C2

L

mA

+

X

Ketika dikopel ke sebuah amplifier (penguat) atau kesebuah oscillator, arus daya keluaran (mA) akan maksimum ketika frekwensi dari frequency-meter beresonansi atau sama dengan frekwensi dari rangkaian LC2.

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 29 of 40

Seperti telah kita ketahui bahwa effisiensi rangkaian LC sangat ditentukan oleh faktor kualitas dari masing-masing komponen pembentuk rangkaian tersebut, dalam hal ini yaitu komponen induktor L dan kapasitor C, dimana: 𝑋

Q=𝑅 dimana:

Q = faktor kualitas masing-masing komponen X = reaktansi masing-masing komponen yang ada dalam rangkaian (ohm) R = resistansi seri masing-masing komponen yang ada dalam rangkaian (ohm)

Akurasi hasil pengukuran frekwensi resonansi dengan menggunakan absorption-frequencymeter sangat dipengaruhi oleh: -

-

Induksi kopel: antara rangkaian yang diukur dan rangkaian tuning LC dari frequencymeter. Hal ini sangat dipengaruhi oleh jarak kopel. Semakin jauh jarak kopel, sensitivitas induksi akan semakin kecil sehingga akurasi pengukuran akan semakin rendah. Faktor kualitas Q: dari komponen-komponen rangkaian tuning (penala frekwensi). Semakin rendah factor kualitas, maka semakin rendah pula akurasi hasil pengukuran.

III.2 Indicating Frequency-Meter: Pada absorption-frequency-meter, jarak kopel yang terlalu jauh akan mengurangi sensitivitas induksi kopel. Sensitivitas tersebut diperbaiki pada indicating-frequency-meter dengan menggunakan sebuah diode dan sebuah miliammeter atau microammeter dc. Rangkaiannya diperlihatkan pada gambar III.2. Sebuah diode kristal dihubungkan dengan rangkaian penala L1C1 melalui kopel-koil L2 yang memiliki jumlah kumparan yang relatif kecil sehingga impedansi rangkaian L2 jauh lebih kecil dibandingkan dengan impedansi rangkaian penala L1. Fungsi seperti pada Step-DownTransformer mengakibatkan perpindahan energi dari L1 yang impedansinya tinggi ke L2 yang impedansinya jauh lebih rendah menghasilkan effisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan pada sistem absorption-frequency-meter. Namun jumlah kumparan pada L2 harus diatur agar tegangan induksi yang ditimbulkan masih cukup untuk dapat menggerakkan mAmeter agar dapat mencapai simpangan maksimum.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 30 of 40

D mA + C2

L1

gambar III.2 Kumparan-Kopel memperbaiki sensitivitas / efisiensi

C1 L2 J2 output

dan akurasi.

J1 input

III.3 Frequency Counter: Frequency Counter adalah instrument yang digunakan untuk menghitung frekwensi berdasarkan teknik rangkaian digital. Jika dibandingkan dengan frequency-meter maka alat ukur ini dapat langsung menampilkan besaran frekwensi yang diukur dalam bentuk angka numerik. Alat ini lebih mudah digunakan dan memberikan hasil yang lebih akurat sehingga lebih banyak digunakan dibandingkan dengan alat pengukur frekwensi lainnya. Akurasi pengukuran frekwensi alat ini dapat mencapai ketelitian 10-7 sampai 10-8 pada daerah frekwensi gelombang-mikro (microwave). Namun alat ini tidak digunakan untuk pengukuran signal yang kecil / lemah. Gelombang signal yang diukur diubah menjadi pulsa-pulsa digital untuk kemudian dihitung oleh rangkaian penghitung (counter). Counter tersebut menghitung jumlah pulsa-pulsa digital dalam suatu periode waktu tertentu. Gambar III.3 memperlihatkan tampilan sebuah frequency-counter 2.5 GHz yang biasa digunakan untuk mengukur frekwensi RF (Radio Frequency). Kemampuan yang dimilikinya antara lain adalah: -

-

Sensitivitas yang tinggi untuk pengukuran frekwensi VHF (Very High Frequency) & UHF (Ultra High Frequency). Range pengukuran sampai dengan 2.6 GHz. Resolusi layar monitor, 0.1 Hz min. untuk 10 MHz range. Menggunakan IC microprocessor dengan kemampuan mengukur: Frequency, Period, Multi Resolution, Data Hold, Relative Measurement, Data Record (Max., Min., Average reading) LCD Display Memberikan akurasi pengukuran yang tinggi. Dilengkapi dengan optional telescoping antenna untuk pengukuran frekwensi dari pemancar RF.

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 31 of 40

Fungsi tombol dan indicator pada frequency-counter 2,6 GHz adalah sebagai berikut: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Display Gate Time Indicator AC/DC 9V Adapter Socket Power ON Button Power OFF Button HOLD (Data Hold) Button REL. Button (Relative Measurement) RESO. Button (Resolution Selecting) RECORD Button (Memory Record) CALL (Memory Data Call) Button Range Selector Gate Time (Fast/Slow) Selector 10 MHz Sensitivity Selector 2500 MHz (Channel A) InputBNC Socket 500 MHz (Channel B) Input BNC Socket 10 MHz (Channel C) Input BNC Socket Tempat / tutup battery 15

14

16

13 11

12

10 9

5

6 7

4 8 3 1 2 17 Gambar III.3 Tampilan panel depan Frequency-Counter 2.5 GHz

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 32 of 40

BAB IV SIGNAL GENERATOR IV.1 Pendahuluan: Sebuah dc-power supply menghasilkan tegangan dc untuk suatu rangkaian elektronik sedangkan sebuah signal generator menghasilkan tegangan ac. Signal generator adalah generator pembangkit tegangan ac yang banyak digunakan oleh teknisi elektronik. Generator sinyal tersebut digunakan untuk pengujian atau kalibrasi berbagai besaran listrik dalam suatu rangkaian dimana diperlukan adanya oscillator yang telah diketahui frekwensi dan tegangan output nya. Untuk menghasilkan generator sinyal yang frekwensi dan tegangan output nya akurat, maka pembuatannya harus memenuhi beberapa ketentuan yaitu: 1. frekwensi oscillasi dan tegangan output harus stabil 2. kebocoran gelombang elektromagnetik pada terminal output harus sangat kecil 3. impedansi output tidak berubah walaupun frekwensi dan/atau tegangan output berubah 4. distorsi gelombang output sangat kecil (hanya ada sedikit komponen gelombang harmonic) 5. jika dimodulasi, tingkat modulasi harus teliti dan distorsinya sangat kecil Bentuk gelombang dari sinyal yang dibangkitkan dapat berbentuk gelombang sinusoid (sinewave), persegi (square-wave), gigi-gergaji (sawtooth-wave), atau segitiga (triangle-wave), dengan lebar frekwensi (frequency range) tertentu. Frekwensi ac meliputi spektrum yang sangat lebar. Tak ada sebuah instrument yang didesain untuk mampu mencakup seluruh range-frekwensi yang ada. Dipasaran tersedia berbagai generator sinyal dengan berbagai range frekwensi. Sesuai range frekwensi dari sinyal yang dihasilkan, signal generator yang biasa digunakan oleh teknisi elektronik, dapat kita kelompokan kedalam dua kelompok yaitu: -

AF Signal Genarator (Audio Oscillator) RF Signal Generator

AF Signal Generator menghasilkan sinyal elektrik dengan frekwensi mulai dari beberapa cps sampai kira-kira 20.000 cps. Range frekwensi tersebut diklasifikasikan sebagai frekwensi audio, karena range frekwensi tersebut sama dengan range frekwensi yang dapat direspon oleh telinga manusia. Tentunya telinga manusia tidak dapat merespon langsung sinyal elektrik namun harus dirubah dahulu menjadi sinyal suara (getaran di udara) menggunakan peralatan konversi sinyal elektrik menjadi sinyal suara misalnya loudspeaker. Sebuah AF generator biasanya mempunyai kemampuan range frekwensi yang lebih lebar dari frekwensi audio yaitu mulai dari frekwensi beberapa cps hingga sekitar 600 kcps yang dibagi kedalam beberapa spektrum frekwensi. RF Signal Generator menghasilkan frekwensi radio dengan frekwensi yang jauh lebih tinggi dari frekwensi yang dihasilkan AF signal generator. Karena frekwensi RF meliputi spektrum yang sangat lebar Generator ini dibuat dengan berbagai spesifikasi sesuai kemampuan range frekwensi nya. Block-diagram sebuah contoh RF Signal Generator diperlihatkan pada gambar IV.1. Frekwensi oscillasi 25 kHz - 25 MHz dibagi dalam 9 band. Untuk sinyal modulasi digunakan oscillator internal dengan frekwensi oscillasi 400 Hz atau 1000 Hz. Sinyal modulasi dapat pula dilakukan dari luar (external modulation). Dilengkapi dengan dua

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 33 of 40

terminal output, dimana satu terminal menghasilkan tegangan output yang besarnya konstan sebesar 1 volt dengan impedansi 150 ohm sedangkan terminal lainnya menghasilkan tegangan output yang variabel (dapat diubah) mulai dari 1 volt sampai 0,1 volt dengan impedansi konstan 75 ohm. Tegangan output berubah dilakukan deng an rangkaian peredam variabel yang mempunyai beberapa langkah mulai dari 0 sampai 100 dB dengan perbedaan tiap langkah sebesar 1 dB.

fc = 25 kHz - 25 MHz

fm = 400 Hz, 1000 Hz

oscillator HF

modulated buffer amplifier

oscillator modulasi

rangkaian peredam berubah

terminal output berubah terminal output konstan

level

level

modulasi

output

Gambar IV.1. RF Signal Generator IV.2. Tombol Kontrol Pada Generator Sinyal: Tombol kontrol dan switch yang biasanya terdapat pada panel depan sebuah generator sinyal adalah: 1. Switch ON-OFF: untuk menyalakan / mematikan aliran listrik ke generator sinyal. Dilengkapi lampu indikator yang akan menyala ketika posisi switch ON dan menandakan bahwa generator sinyal telah bekerja. 2. Selector (pemilih). Untuk memilih range frekwensi, missal: 10 - 1.000 cps, atau 1.000 100 kcps, dll. 3. Frequency. Untuk memilih frekwensi tertentu sesuai dengan penunjukkan pada skala frekwensi. 4. Level (Output) Control. Digunakan untuk mengatur tegangan sinyal-output. Untuk menghubungkan sinyal output dari generator sinyal, digunakan shielded cable yang dihubungkan ke terminal output berupa jack-connector untuk coaxial-cable dengan impedansi 50 atau 70 ohm. Impedansi output generator sinyal harus sesuai dengan impedansi kabel penghubung dan input dari rangkaian beban.

GS Rev: A

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 34 of 40

BAB V PENGUKURAN RADIO FREQUENCY (RF) V.1. RF Current: Alat ukur arus RF (RF Current) menggunakan thermocouple yang dihubungkan dengan instrument alat ukur dc. Thermocouple terbuat dari dua logam berbeda yang jika dipanasi menghasilkan tegangan dc yang kecil. Panas untuk memanasi thermocouple tersebut diperoleh dari kawat resistance yang dialiri arus RF. Jadi kawat resistance tersebut berfungsi sebagai elemen pemanas. Tegangan dc yang dihasilkan thermocouple bergantung pada besarnya kalor panas, namun panas yang ditimbulkan lebih ditentukan oleh besarnya daya yang digunakan elemen pemanas dari pada besarnya arus yang mengalir ke elemen pemanas. Hal ini mengakibatkan akurasi penunjukkan alat ukur menjadi kurang baik pada daerah skala mendekati simpangan minimum, sedangkan pada daerah skala mendekati simpangan maksimumnya akurasi pengukuran semakin baik. Sehingga untuk RF ammeter yang mempunyai skala maksimum 1 ampere, akurasi pengukuran yang masih baik adalah untuk pengukuran arus RF 0,3 sampai 1 ampere, sedangkan RF ammeter yang mempunyai skala maksimum 5 ampere, akurasi pengukuran yang masih baik adalah untuk pemgukuran 1,5 sampai 5 ampere, dan seterusnya. Pada dc ammeter, untuk meningkatkan kemampuan pengukuran, digunakan resistor shunt. Pada RF ammeter, hasil pengukuran sangat dipengaruhi oleh frekwensi RF sehingga penggunaan resistor shunt sangat tidak dianjurkan karena akan mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. METAL BOX

RF IN

RF OUT

CONNECTOR

CONNECTOR

gambar V.1 RF ammeter

Gambar V.1 memperlihatkan sebuah RF ammeter untuk pengukuran arus RF melalui saluran transmisi kabel coaxial. RF ammeter tersebut dibuat menggunakan kotak logam agar transmisi RF tidak teradiasi keluar yang akan mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. Hubungan antara RF IN dan RF OUT dibuat sependek mungkin untuk menghasilkan akurasi yang terbaik.

V.2. RF Voltage:

Sebuah RF Voltmeter merupakan sebuah rectifier-type instrument dimana RF dikonversikan ke dc yang hasilnya diukur menggunakan sebuah voltmeter dc. Pada umumnya rectifier yang digunakan adalah diode kristal, misalnya diode 1N34 atau sejenisnya, karena kapasitansinya yang sangat kecil sehingga pengaruhnya terhadap rangkaian RF sangat kecil. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang akurat, impedansi rangkaian RF Voltmeter harus jauh lebih besar dibandingkan dengan impedansi dari rangkaian RF yang akan diukur. Rangkaian dasar RF Voltmeter diperlihatkan pada gambar V.2 yang terdiri dari sebuah halfwave rectifier, sebuah ammeter dan sebuah resistor, R1 untuk meningkatkan linieritas.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 35 of 40

Konstanta waktu rangkaian C1R1 harus jauh lebih besar dibandingkan dengan perioda dari frekwensi RF yang akan diukur. RFC (Radio Frequency Choke) digunakan untuk mem bypass signal dc yang mungkin ada pada rangkaian yang diukur. Kapasitor C2 digunakan untuk menghasilkan konversi RF ke dc yang lebih baik. 1N34

R1

+ RANGKAIAN YANG DIUKUR

RFC

C1

C2

MA -

gambar V.2. RF Voltmeter menggunakan rectifier kristal dan DC ammeter.

Rangkaian RF Voltmeter pada gambar V.2 pada umumnya digunakan untuk pengukuran tegangan RF sampai sekitar 20 volt. Untuk pengukran tegangan RF yang lebih besar digunakan RF Voltmeter yang memiliki dual-range, 0-20volt dan 0-100 volt, dengan rangkaian seperti diperlihatkan pada gambar V.3. Rangkaian pembagi tegangan R 1R2 digunakan untuk meningkatkan kemampuan pengukuran tegangan.

J1

J2 R1 1000 Ω

LOW

R2 3300 Ω

1000 pf

S1 1N34

22 KΩ + 0-1 mA 1000 pF

gambar V.3 Dual-Range RF Voltmeter

V.3. RF Power: Untuk mengukur daya RF dibutuhkan beban resistive yang telah diketahui besaran resistansinya dan sebuah RF ammeter atau sebuah RF voltmeter yang telah terkalibrasi. Selanjutnya, daya diperoleh dari persamaan I2.R atau E2/R dimana R adalah resistansi beban dalam satuan ohm. Sebelum membahas lebih lanjut mengenai pengukuran daya RF, beberapa hal perlu dipahami terlebih dahulu yaitu mengenai Impedansi dan SWR (Standing Wave Ratio). Impedance & Standing Wave Ratio (SWR): Pengaturan system penyelaras antenna (antenna matching systems) membutuhkan peralatan untuk pengukuran impedansi input antenna maupun impedansi saluran transmisi

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 36 of 40

(transmission lines), atau pengukuran SWR yang merupakan perbandingan antara gelombang pancar terhadap gelombang pantul. Daya transmisi ideal (terbesar) akan diperoleh jika SWR sama dengan 1. Pengukuran yang paling sederhana adalah menggunakan metoda “bridge” (jembatan). Gambar V.4a memperlihatkan prinsip dasar dari metoda “bridge” yang terdiri dari dua rangkaian pembagi tegangan yang disusun parallel untuk dihubungkan ke sumber tegangan. Jika tegangan jatuh di R1 sama dengan tegangan jatuh di RS, maka tegangan jatuh di R2 dan RL juga sama jika tidak ada perbedaan potensial listrik / tegangan listrik antara A dan B. Sehingga penunjukkan voltmeter adalah nol volt dan “bridge” dikatakan berada dalam keadaan “balanced” (setimbang). Jika tegangan jatuh di R1 tidak sama dengan tegangan jatuh di RS, maka tegangan di titik A tidak sama dengan tegangan di titik B, dan voltmeter akan menunjukkan perbedaannya. Gambar V.4b mirip dengan V.4a kecuali salah satu rangkaian pembagi tegangannya merupakan komponen capacitive dan bukan komponen resistive. Dengan pertimbangan praktis, untuk frekwensi radio, kita lebih memilih rangkaian seperti pada gambar V.4a karena resistansi resistor tidak dipengaruhi frekwensi, sehingga besaran R1/R2 merupakan bilangan tetap (konstan). Prinsip kerja rangkaian “bridge” tersebut dimanfaatkan pada pengukuran SWR. Rangkaian pada gambar V.4b, dimana besaran impedansi/resistansi RL belum diketahui, lebih banyak digunakan untuk pengukuran, dengan mempertimbangkan penggunaan variable-capacitor untuk C1 dan C2.

R1 E

RS V

R2

C1 untuk V = 0 R2 RL = RS R1

E

RL

untuk V = 0 C1 RL = RS

V C2

gambar V.4a Rangkaian resistance bridge

RS C2

RL

gambar V.4b Rangkaian resistance-capacitance bridge

SWR Bridge: Pada rangkaian gambar V.4a, jika R1 dan R2 sama, maka “bridge” akan balanced jika RL = RS atau jika RL sebuah resistor atau sebuah saluran transmisi yang impedansinya sesuai dengan resistansi RS. SWR adalah rasio/konstanta yang menyatakan perbandingan antara tegangan gelombang datang/pancar (outgoing atau forward) VO dengan tegangan gelombang pantul (reflected) VR, sebagai berikut: S.W.R. =

Vo+Vr Vo−Vr

dimana: VO adalah tegangan gelombang datang/pancar (forward voltage) VR adalah tegangan gelombang pantul (reflected voltage) Tegangan gelombang datang (forward voltage) sama dengan E/2 jika RS = RL dimana RL adalah impedansi output ZO dari saluran transmisi.

GS Rev: A

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE Date: 22 - 9 - 2011

Page : 37 of 40

Pengukuran Tegangan: Pengamatan SWR yang telah diuraikan diatas, dilakukan melalui pengukuran tegangan dengan memanfaatkan sebuah diode-rectifier yang dirangkai seri dengan sebuah resistor (sekurang-kurangnya 10.000 ohm) dan sebuah miliammeter atau microammeter. Untuk mengetahui tegangan gelombang datang/pancar pada saluran transmisi, diukur dengan cara menghubung-singkat (shorting) atau membuka (disconnecting) RL (RL adalah line-input terminal dari saluran transmisi), sedangkan tegangan gelombang pantul diukur dengan R L terhubung/terpasang. Pada kedua pengukuran tersebut, beban pada sumber tegangan E berbeda. Jika tegangan tidak stabil (karena perubahan beban), maka tegangan E pada kedua pengukuran menjadi tidak sama dan hal ini akan memberikan kesalahan yang cukup besar pada hasil pengukuran. Untuk mengkompensasi hal tersebut dilakukan dengan menggunakan voltmeter lain untuk memonitor tegangan pada rangkaian bridge. Tegangan pada rangkaian bridge tersebut dijaga agar sama dengan hasil pengukuran pertama dengan cara mengatur (readjust) rangkaian sistem coupling nya. in

R*

J1

0,01 F

J2

1N34

47Ω 0,01F

1N34

10KΩ

47Ω

10KΩ

0,01 F

0,01 F + INPUT VM

-

out

R*: 52 atau 75 Ω (tergantung impedansi saluran transmi+ si) BRIDGE VM

gambar V.5 Rangkaian Bridge Untuk Pengukuran SWR

Metoda paling sederhana untuk mengetahui daya dari beban yang diketahui resistansinya adalah dengan menggunakan sebuah rangkaian sistem antenna yang dilengkapi rangkaian penyelaras (matching circuit) seperti yang telah dijelaskan diatas. Dibuatlah rangkaian yang dapat diatur (adjusted), dengan memanfaatkan prinsip-prinsip jembatan SWR (SWR Bridge), untuk memperoleh SWR sebesar 1 : 1 dengan beban resistive yang sesuai, misalnya 52 atau 75 ohm. Setelah proses matching (penyelarasan) dengan menggunakan matching circuit (rangkaian penyelaras), transmitter (pemancar) RF diatur (adjusted) hingga ammeter menunjukkan arus maksimum. RF ammeter dirangkai sesuai dengan posisi voltmeter pada rangkaian SWR Bridge. Sebuah ammeter 0-1 dapat digunakan untuk pengukuran daya antara 5 - 50 watt untuk saluran transmisi 52 ohm, atau antara 7,5 - 75 watt untuk saluran tranmisi 75 ohm. Akurasi terbaik diperoleh pada simpangan jarum 50 % sampai 100 %.

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 38 of 40

BAB VI MULTIMETER DIGITAL VI.1. Pendahuluan: Alat-alat ukur menggunakan moving-coil memberikan hasil pengukuran melalui penunjukkan jarum pada papan skala. Pada alat ukur digital, hasil pengukuran ditampilkan langsung berupa angka/besaran numerik. Hal tersebut dapat mengeliminir kesalahan pembacaan yang terjadi pada pengukuran menggunakan alat ukur analog. Keuntungan lain yang diperoleh dengan menggunakan alat ukur digital adalah penggunaan sinyal digital yang dapat digunakan untuk pencetakkan (printing) atau perekaman langsung ke alat penyimpan data, misalnya: pita magnetic atau penghubungan langsung ke computer untuk pengolahan data. Besaran-besaran obyek yang diukur, biasanya berubah secara teratur dalam bentuk analog. Pada alat ukur digital, besaran-besaran obyek ukur tersebut diubah menjadi besaran digital. Alat pengubah besaran obyek ukur menjadi besaran digital tersebut dinamakan analogdigital converter (A-D Converter) yang merupakan suatu bagian penting pada alat ukur digital. VI.2. Voltmeter Digital: Ada beberapa metoda yang digunakan sebagai prinsip kerja alat dalam pembuatan voltmeter digital yaitu: -

Metoda Perbandingan Metoda Integrasi Metoda Potensiometer Integrasi

VI.2.1. Metoda Perbandingan: Voltmeter yang berdasarkan pada metoda perbandingan memiliki suatu tegangan standar yang dijadikan referensi pembanding bagi tegangan yang diukur menggunakan suatu rangkaian comparator (pembanding). Diagram rangkaiannya diperlihatkan pada gambar VI.1. Tegangan yang dibandingkan oleh comparator mengendalikan suatu rangkaian switching melalui sebuah rangkaian logic sehingga tegangan standard dapat berubah secara otomatis hingga menyamai tegangan yang diukur.

rangkaian logic

rangkaian pengatur

penunjuk digital

pembalik polaritas comparator tegangan yang diukur

+ - VS (tegangan referensi)

gambar VI.1 Voltmeter Digital Metoda Pembanding

GS

TRAINING MATERIAL

UAMTC

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 39 of 40

VI.2.2. Metoda Integrasi: Pada metoda ini, tegangan input (tegangan obyek yang diukur) diintegrasikan oleh rangkaian integrator yang linieritasnya sangat baik, yang hasilnya hasilnya diubah menjadi pulsa-pulsa yang kemudian diukur. Keuntungan metoda integrasi dibandingkan metoda perbandingan adalah, noise dapat dikurangi. Hal tersebut dapat dijelaskan menggunakan gambar VI.2 sebagai berikut:

VX

0 harga2 sesaat yang terukur dengan metoda perbandingan

luas 1 periode dari gelombang diukur dengan metoda integrasi

gambar VI.2. Perbandingan Metoda Perbandingan dan Integrasi

Pada metoda integrasi terdapat tiga jenis / klasifikasi yaitu: a. Jenis pengubah tegangan - frekwensi (voltage-frequency converter) b. Jenis dual slope (voltage-time width converter) c. Jenis modulasi lebar pulsa (feedback type) a. Voltage-Frequency Converter: Jenis ini mempunyai rangkaian pengubah tegangan ke frekwensi dan sebuah frequencycounter (penghitung frekwensi). Tegangan yang diukur diubah menjadi pulsa-pulsa yang frekwensinya sebanding dengan besarnya tegangan yang diukur. Selanjutnya frequencymeter menghitung jumlah pulsa dalam suatu periode waktu tertentu. b. Jenis Dual Slope: Jenis ini mempunyai rangkaian yang mengubah tegangan yang diukur menjadi lebarwaktu (time-width) dengan menggunakan rangkaian integrator. Tegangan yang diukur diperkecil atau diperkuat hingga mencapai suatu harga tegangan tertentu yaitu v1, kemudian diintegrasikan selama periode waktu t1 dan selanjutnya diintegrasikan dengan tegangan referensi v2 yang mempunyai polaritas berlawanan dengan v1. Dengan demikian ketika v1 diintegrasikan maka output integrator yang semula nol akan mencapai suatu harga tertentu tetapi kembali ke nol ketika v2 diintegrasikan. Jika waktu sejak v2 terhubung ke integrator sampai output integrator menjadi nol disebut t2, maka: V2 V1

c. Jenis Feedback:

=

t2 t1

GS

UAMTC

TRAINING MATERIAL

ELECTRONICS MEASUREMENT TECHNIQUE

Rev: A

Date: 22 - 9 - 2011

Page : 40 of 40

Prinsip kerja voltmeter digital jenis feedback digambarkan pada gambar VI.3. Output (keluaran) integrator v1 mempunyai slope yang merupakan “slope” dari tegangan yang diukur vx dan tegangan referensi +vS atau -vS. C integrator

komparator

R1

v1

v2

generator gel segitiga

vx K

generator pulsa

R2 -vS

+vS

rangkaian “gate” penunjuk waktu

Gambar VI.3. Block Diagram Voltmeter Digital Jenis Feedback

v2 adalah tegangan pulsa segiriga. Jika v2 = v1 maka akan terjadi pembalikan polaritas dari sakelar K oleh komparator. Jika periode waktu untuk K berada pada -vS adalah t1 dan berada pada +v2 adalah t2, maka: (vx / vS) (R2 / R1) = (t1 - t2) / (t1 + t2) Karena (t1 + t2) sama dengan periode dari frekwensi gelombang jala-jala, maka vx dapat ditentukan dengan mengukur beda lebar pulsa (t1 - t2).

+vS t1

t2

-vS t Gambar VI.4. Beda Lebar Pulsa

VI.2.3. Metoda Potensiometer Integrasi Metoda ini merupakan kombinasi dari metoda perbandingan dan metoda integrasi. Ketelitian metoda integrasi diperbaiki dengan menggabungkannya dengan metoda potensiometer.