LAPORAN (1) KALIBRASI OSILOSKOP dan SINYAL DIGITAL

PRAKTIKUM I

KALIBRASI OSILOSKOP dan SINYAL DIGITAL

A.    TUJUAN

1.      Mahasiswa mampu memahami cara kerja Osiloskop

2.      Mahasiswa mampu memahami Kalibrasi Osiloskop

3.      Mahasiswa mampu memahami sinyal digital

B.     DASAR TEORI

Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Pada kebanyakan aplikasi, grafik yang ditampilkan memperlihatkan bagaimana sinyal berubah terhadap waktu. Seperti yang bisa anda lihat pada gambar di bawah ini ditunjukkan bahwa pada sumbu vertikal(Y) merepresentasikan tegangan V, pada sumbu horisontal(X) menunjukkan besaran waktu t.

Layar osiloskop dibagi atas 8 kotak skala besar dalam arah vertikal dan 10 kotak dalam arah horizontal. Tiap kotak dibuat skala yang lebih kecil. Sejumlah tombol pada osiloskop digunakan untuk mengubah nilai skala-skala tersebut.

Osiloskop ‘Dual Trace’ dapat memperagakan dua buah sinyal sekaligus pada saat yang sama. Cara ini biasanya digunakan untuk melihat bentuk sinyal pada dua tempat yang berbeda dalam suatu rangkaian elektronik. Kadang-kadang sinyal osiloskop juga dinyatakan dengan 3 dimensi. Sumbu vertikal(Y) merepresentasikan tegangan V dan sumbu horisontal(X) menunjukkan besaran waktu t. Tambahan sumbu Z merepresentasikan intensitas tampilan osiloskop. Tetapi bagian ini biasanya diabaikan karena tidak dibutuhkan dalam pengukuran.

 

Wujud/bangun dari osiloskop mirip-mirip sebuah pesawat televisi dengan beberapa tombol pengatur. kecuali terdapat garis-garis(grid) pada layarnya.

 

Osiloskop sangat penting untuk analisa rangkaian elektronik. Osiloskop penting bagi para montir alat-alat listrik, para teknisi dan peneliti pada bidang elektronika dan sains karena dengan osiloskop kita dapat mengetahui besaran-besaran listrik dari gejala-gejala fisis yang dihasilkan oleh sebuah transducer. Para teknisi otomotif juga memerlukan alat ini untuk mengukur getaran/vibrasi pada sebuah mesin. Jadi dengan osiloskop kita dapat menampilkan sinyal-sinyal listrik yang berkaitan dengan waktu. Dan banyak sekali teknologi yang berhubungan dengan sinyal-sinyal tersebut.

Contoh beberapa kegunaan osiloskop :

·         Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.

·         Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.

·         Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik.

·         Membedakan arus AC dengan arus DC.

Kalibrasi Oscilloscope

Tombol Umum:

On/Off            : Untuk menghidupkan/mematikan Oscilloscope

Ilumination      : Untuk menyalakan lampu latar.

Intensity          : Untuk mengatur terang/gelapnya garis frekuensi

Focus              : Untuk mengatur ketajaman garis frekuensi

Rotation          : Untuk mengatur posisi kemiringan rotasi garis frekuensi

CAL               : Frekuensi Sample yg dpt diukur utk mengkalibrasi Oscilloscope Tombol di Vertikal Block

Position           : Untuk mengatur naik turunnya garis.

V. Mode          : Untuk mengatur Channel yg dipakai

Ch1                 : Menggunakan Input Channel1

Ch2                 : menggunakan Input Channel 2

Alt                   : (Alternate) menggunakan bergantian Channel1 dan Channel 2

Chop               : Menggunakan potongan dari Channel 1 dan Channel2

Add                 : Menggunakan penjumlahan dari Ch1 dan Ch2

Coupling         : Dipilih sesuai input Channel yg digunakan,

Source             : Sumber pengukuran bisa dari Channel1 atau Channel2

Slope               : Normal digunakan yang +. Gunakan yang – untuk kebalikan gelombang.

AC-GND-DC   : Pilih AC utk gelombang bolak-balik (peak to peak) Pilih DC utk gelombang/tegangan searah DC Pilih GND utk menonaktifkan gelombang mis:Utk menentukan posisi awal

VOLTS/DIV    : Untuk menentukan skala vertikal tegangan dlm satu kotak/DIV Vertikal.

Tombol di Horizontal Block :

Position           : Untuk mengatur posisi horizontal dari garis gelombang.

TIME/DIV      : Untuk megatur skala frekuensi dlm satu kotak/DIV Horizontal.

X10 MAG       : Untuk memperbesar/ Magnificient frekuensi menjadi 10x lipat.

Variable           : Untuk mengatur kerapatan gelombang horizontal.

Trigger Level   : Untuk mengatur agar frekuensi tepat terbaca.

Rumus frekuensi dengan Time(Waktu):

Frekuensi satuannya Hertz (Hz)

Time satuannya Detik/Second (s)

Sumber sinyal untuk kalibrasi

Pada umumnya, tiap osiloskop sudah dilengkapi sumber sinyal acuan untuk kalibrasi. Sebagai contoh, osiloskop GW tipe tertentu mempunyai acuan gelombang persegi dengan amplitudo 2V peak to peak dengan frekuensi 1 KHz. Misalkan kanal 1 yang akan dikalibrasi, maka BNC probe dihubungkan ke terminal masukan kanal 1, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

 

Gambar di atas menggunakan probe 1X, dengan ujung probe yang merah dihubungkan ke terminal kalibrasi. Capit buaya yang hitam tidak perlu dihubungkan ke ground osiloskop karena sudah terhubung secara internal. Pada layar osiloskop akan nampak gelombang persegi. Atur tombol kontrol VOLTS/DIV dan TIME/DIV sampai diperoleh gambar yang jelas dengan amplitudo 2 V peak to peak dengan frekuensi 1 KHz, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Panel Kendali

Setelah pentanahan osiloskop, perhatikan bagian depan. Bagian ini dibagi atas 3 bagian lagi yang diberi nama Vertical, Horizontal, and Trigger. Osilosokop anda mungkin mempunyai bagian-bagian tambahan lainnya tergantung pada model dan tipe osiloskop (analog atau digital). Perhatikan bagian input. Bagian ini adalah tempat anda memasukkan  input. Kebanyakan osiloskop paling sedikit mempunyai 2 input dan masing-masing inpu  dapat menampilkan tampilan gelombang di monitor peraga. Penggunaan secara bersamaan digunakan untuk tujuan membandingkan.

Pengendali Vertikal

Pengendali ini digunakan untuk merubah posisi dan skala gelombang secara vertikal. Osiloskop memiliki pula pengendali untuk mengatur masukan coupling dan kondisi sinyal lainnya yang dibahas pada bagian ini. Gambar disamping menunjukkan tampilan panel depan dan menu on-screen untuk kontrol vertikal.

Tombol Posisi

Tombol posisi vertikal digunakan untuk menggerakkan gambar gelombang pada layar ke arah atas atau ke bawah. 

Tombol Volts / Div 

Tombol Volts / div menagtur skala tampilan pada arah vertikal. Pemilihan posisi. Misalkan tombol Volts/Div diputar pada posisi 5 Volt/Div, dan layar monitor terbagi atas 8 kotak (divisi) arah vertikal. Berarti, masing-masing divisi (kotak) akan menggambarkan ukuran tegangan 5 volt dan seluruh layar dapat menampilkan 40 volt dari dasar sampai atas. Jika tombol tersebut berada pada posisi 0.5 Volts/dDiv, maka layar dapat menampilkan 4 volt dari bawah sampai atas, dan seterusnya. Tegangan maksimum yang dapat ditampilkan pada layar adalah nilai skala yang ditunjukkan pada tombol Volts/Div dikali dengan jumlah kotak vertikal. Jika probe yg digunakan menggunakan faktor pelemahan 10x, maka tegangan yang terbaca harus dikalikan 10. Seringkali skala Volts/Div dilengkapi dengan tombol variabel penguatan( variable gain) atau fine gain control. Tombol ini digunakan untuk melakukan kalibrasi tegangan.

Filter Frekuensi

Kebanyakan osiloskop dilengkapi dengan rangkaian filter frekuensi. Dengan membatasi frekuensi sinyal yang boleh masuk memungkinkan untuk mengurangi noise/gangguan yang kadang-kadang muncul pada tampilan gelombang, sehingga didapat tampilan sinyal yang lebih baik.

Operasi Matematik

Osilioskop juga memiliki sistem kerja untuk menjumlahkan dua buah fungsi gelombang bersama-sama, sehingga menciptakan tampilan bentuk gelombang baru. Osiloskop analog menggabungkan sinyal-sinyal sedangkan osiloskop digital membentuk sinyal baru secara matematik.

Pengendali Horizontal 

Pengendali horizontal digunakan untuk mengatur posisi dan skala pada bagian horizontal gelombang. Kontrol Horizontal Tombol Posisi Tombol posisi horizontal menggerakkan gambar gelombang dari sisi kiri ke kanan atau sebaliknya sesuai keinginan kita pada layar. Tombol Time / Div ( time base control) Tombol kontrol Time/div memungkinkan untuk mengatur skala horizontal. Mengubah Time/div membuat kita bisa melihat interval sinyal lebih besar atau lebih kecildari semula, pada layar osiloskop, gambar gelombang akan ditampilkan lebih rapat atau renggang. Seringkali skala Time/Div dilengkapi dengan tombol variabel (fine control) untuk mengatur skala horsiontal. Tombol ini digunakan untuk melakukan kalibrasi waktu.

 

Pengukuran Waktu dan Frekuensi

Pengukuran waktu meliputi perioda, lebar pulsa (pulse width), dan waktu dari pulsa. Frekuensi adalah bentuk resiprok dari perioda, jadi dengan mengukur perioda frekuensi akan diketahui, yatu satu per perioda. Seperti pada pengukuran tegangan, pengukuran waktu akan lebih akurat saat meng-adjust porsi sinyal yang akan diukur untuk mengatasi besarnya area pada layar. 

Pengukuran standard pulsa adalah mengenai pulse width dan pulse rise time. Rise time adalah waktu yang diperlukan pulsa saat bergerak dari tegangan low ke high. Dengan aturan pengukuran rise time ini diukur dari 10% hingga 90% dari tegangan penuh pulsa. Hal ini mengeliminasi ketidakteraturan pada sudut transisi pulsa. Hal ini juga menjelaskan kenapa pada kebanyakan osiloskop memiliki 10% hingga 90% penandaan pada layarnya. Lebar pulsa adalah lamanya waktu yang diperlukan saat bergerak dari low ke high dan kembali ke low lagi. Dengan aturan lebar pulsa terukur adalah 50% tegangan penuh. Untuk lebih jelas anda lihat gambar berikut :

Titik Pengukuran Waktu dan Pulsa

Pengukuran pulsa seringkali memerlukan penalaan yang baik yaitu trigerring. Untuk lebih meguasai pengukuran pulsa, anda harus mempelajari bagaimana menggunakan trigger hold off untuk mengeset osiloskop digital intuk menangkap pretrigger data, sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya pada sesi pembahasan kontrol.

A.    ALAT DAN BAHAN

1.      Osiloskop

2.      Kabel Power

B.     LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

1.      Masukan Kabel Power pada Socket Input 220 V yang terdapat pada bagian belakang Osiloskop.

2.       Masukan Socket Probe Osiloskop pada chanel 1 ( X ) atau chanel 2 ( Y ).

3.      Masukan Kabel Power ( Steker ) pada stop kontak.

4.      Atur MODE pada chanel 1 ( X ) atau chanel 2 ( Y ).

5.      Atur COUPLING pada AC / DC & SOURCE pada chanel 1 ( X ) atau chanel 2 ( Y ).

6.      Hidupkan Osiloskop dengan menekan tombol power & lampu indikatorpun akan menyala.

7.      Kalau di layar osiloskop belum ada tampilan garis horisontal maka atur holdoff pada posisi auto & pada level tombol lock ditekan.

8.      Setelah ada tampilan garis horisontal pada layar osiloskop atur focus & intensitas cahaya agar tampilan gelombang bisa dilihat dengan jelas. 

9.    Hubungkan Ujung Probe Osiloskop pada Calibrasi (CAL) seperti Gambar 4:

Gambar 4. Ujung Probe Osiloskop dihubungkan pada Kalibrasi 

10.   Pada layar akan tampil gambar gelombang (gelombang kotak) seperti gambar 5:

 

Gambar 5. Gambar Gelombang (Sinyal Digital)

1.      Atur posisi vertikal & horisontal gelombang agar mudah dalam melakukan penghitungan (Periode, Frekuensi, Vpp, Vp dan VRMS) untuk pengkalibrasian osiloskop.

2.      Atur Volt / Div pada posisi 1 V & Time / Div pada 0,5 mS ( .5 mS ).

3.      Tinggi gelombang harus 2 Div (2 kotak) karena pada kalibrasi tercatat 2 Vpp, kalau tidak sampai 2 Vpp atur variable pada chanel 1 ( X ) atau chanel 2 ( Y ) untuk mengatur tinggi gelombang agar mencapai 2 Vpp.

4.      Panjang 1 gelombang penuh harus 2 div horisontal (2 kotak horisontal).

5.      Hitung Periode menggunakan rumus :

T = Div Horisontal x Time/Div = …. S

6.      Hitung Frekuensi menggunakan rumus:

F = 1/T = … Hz

7.      Hitung Volt Peak to Peak menggunakan rumus:

Vpp = Div Vertikal x Volt/Div = ... Vpp

8.      Hitung Volt Peak menggunakan rumus:

Vp = Vpp / 2= ... Vp

9.      Hitung Volt RMS (Root Mean Square) menggunakan rumus: 

        VRMS = Vp x 70,7% = Vp x 0,707 = … VRMS