11. Pengukuran Besaran Listrik Instrumen Untuk Pembangkitan Bentuk Bentuk Sinyal1

download 11. Pengukuran Besaran Listrik Instrumen Untuk Pembangkitan Bentuk Bentuk Sinyal1

of 18

description

11. Pengukuran Besaran Listrik Instrumen Untuk Pembangkitan Bentuk Bentuk Sinyal1

Transcript of 11. Pengukuran Besaran Listrik Instrumen Untuk Pembangkitan Bentuk Bentuk Sinyal1

05

11.Pengukuran Besaran Listrik

INSTRUMEN UNTUK PEMBANGKITAN BENTUK - BENTUK SINYAL 11.1Rangkaian Dasar Osilator11.1.1Pendahuluan

Sebuah osilator uji, merupakan sebuah alat yang sangat diperlukan :

dalam pekerjaan perbaikan alat-alat elektronik.

dalam laboratorium penelitian.

pada jalur produksi.

Osilator memperlengkapi para teknisi dengan berbagai jenis sinyal uji, untuk mela-kukan pengukuran, antara lain : pengukuran respons frekuensi dari sebuah penguat

karakteristik pita pelewat ( bandpass ) dari sebuah filter

penyesuaian radio penerima atau pesawat televisi, atau

penyelusuran kerusakan di dalam peralatan elektronikBermacam-macam sumber sinyal, seperti : osilator uji, osilator audio, generator sinyal, generator penyapu, dan lain-lain.Secara umum dapat dikatakan bahwa : osilator adalah sebuah alat yang meng-hasilkan suatu sinyal berbentuk sinusoida dengan frekuensi dan amplitudo tertentu, sedangkan generator sinyal memiliki kapasitas tambahan yaitu : modu-lasi amplitudo sinyal keluaran dan rangkuman penyetalaan yang lebar.Akan tetapi, rangkaian osilator uji merupakan elemen dasar untuk semua sumber sinyal.

Tersedia berbagai jenis rangkaian osilator dengan model rangkaian yang bergantung pada frekuensi yang diinginkan, yaitu : osilator-osilator frekuensi rendah, bekerja pada rangkuman kira-kira berkisar antara 1 Hz - 1 MHz., dan sering didasarkan pada rangkaian jembatan Wien.

Didalam instrumen jembatan Wien yang murah dan terandalkan memberikan suatu kombinasi rangkuman frekuensi yang dapat berubah dan keluaran yang stabil.

osilator-osilator frekuensi tinggi yang mencakup rangkuman frekuensi dari 100 KHz - 500 MHz atau lebih, pada umumnya didasarkan pada variasi dari rangkaian LC.11.1.2Osilator dengan Rangkaian Tangki LCPrisip kerja dari rangkaian tangki LC adalah sederhana, dan dapat dijelaskan sebagai berikut :Sebuah kombinasi paralel LC dieksitasi agar berosilasi, dan tegangan bolak balik ( ac ) pada rangkaian LC ini diperkuat oleh sebuah penguat transisitor.Sebagian dari tegangan ac yang diperkuat tersebut diumpankan kembali ke rangkaian tangki melalui gandengan induktif atau kapasitif, untuk mengimbangi kehilangan daya di dalam rangkaian tangki.

Umpan balik pembaharu i ( regeneratif ) ini akan menghasilkan tegangan keluaran dengan amplitudo yang konstan pada frekuensi resonansi yang dinyatakan oleh persamaan :

1

f = ------------ .( 11-1 )

2 LC

Osilator-osilator rangkaian LC dapat bekerja pada frekuensi-frekuensi yang sangat tinggi, sampai beberapa ratus megahertz. Tabung-tabung yang dirancang secara khusus seperti klystron dan magnetron,memperbesar rangkuman frekuensi dalam daerah gigahertz.

Pada gambar 1, ditunjukkan rangkaian dari osilator Amstrong, merupakan salah satu rangkaian osilator yang terdahulu.

Dari gambar 1, dapat dijelaskan bahwa : Jika tegangan suplai VCC bekerja, transistor menginduksi dan akan mengalirkan arus kolektor. Disebabkan kumparan L2 dan L1 tergandeng secara induktif, maka penambahan arus kolektor akan mengindusir suatu tegangan pada L1 dalam arah sedemikian rupa, sehingga basis transistor dikemudikan positif, yaitu puncak kumparan mempunyai polaritas positip. Hal ini akan menyebabkan bertambahnya arus kolektor dengan laju yang lebih cepat dan tegangan terinduksi akan bertambah.Sebagai akibatnya, sebuah tegangan positip yang tinggi dibangkitkan pada rangkaian tangki, dan kapasitor C1 akan mengisi dengan polaritas positip pada plat atasnya.

Karena pada waktu yang sama basis dikemudikan positif, maka arus basis memuati kapasitor Cb menuju nilai puncak tegangan yang diindusir dengan polaritas seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada waktu transistor mulai saturasi, laju kenaikan arus kolektor berkurang dan akan memperkecil tegangan induksi, yang berarti kapasitor Cb harus mengosong-kan muatan ( discharge ) melalui tahanan Rb, yang membuat basis transistor menjadi negatip, dan ini menyebabkan suatu reaksi berantai. Arus kolektor mulai berkurang dari nilai maksimumnya ( saturasi ), maka medan maknet L2 akan turun, dan ini akan mengindusir suatu tegangan negatip pada kumparan L1. Pada waktu tersebut kapasitor Cb masih mengosongkan muatan dan ini akan mengemudikan transisitor menjadi mati ( cut off ), sehingga kolektor berhenti secara mendadak. Tegangan induksi pada L1 menyebabkan C1 mengosongkan muatan dan kemudian mengisi kembali menuju nilai puncak negatip pada bagian atas plat nya.

Selama setengah siklus berikutnya rangkaian tangki membawa transistor keluar dari kondis cut off. Kapasitor C1 mulai mengisi melalui L1 dan potensial basis transistor dinaikkan sampai konduksi dimulai lagi.

Begitu transistor bekerja ( konduksi ), energi dialihkan dari rangkaian kolektor ke rangkaian tangki, dan C1 mengisi kembali menuju nilai puncak dari tegangan yang sekarang telah positip, dan siklus ini berulang kembali mulai dari awal.

Frekuesi osilator, diatur oleh karakteristik pengisian dan pengosongan muatan dari rangkaian tangki yang diberikan pada persamaan ( 11-1 ). Pada gambar 2, ditunjukkan rangkaian dari osilator Hartley.

Dari gambar 2 dapat dijelaskan bahwa : Osilator hanya menggunakan satu kumparan beserta satu titik pencabangan ( tap ) yang sesuai dengan titik tanah ac yang biasa dari rangkaian Amstrong.

Kapasitor penyetalaan C1 diparalel terhadap seluruh kumparan ( L1 + L2 ).

Karena titik pencabangan kumparan dihubungkan ke tanah, maka rotor dari kapasitor variabel tidak dapat ditanahkan lebih lama.

Sinyal keluaran tersedia melalui rangkaian gandengan RC, sebagai pengganti gandengan induktip seperti halnya pada osilator Amstrong.

Salah satu jenis gandengan keluaran dapat digunakan ( tidak ada sangkut pautnya dengan operasi rangkaian ).

Pada gambar 3, ditunjukkan rangkaian dari osilator Colpitts, yang merupakan variasi lain dari rangkaian dasar Amstrong.

Dari gambar 3, dapat dijelaskan bahwa : Rangkaian tangki terdiri dari sebuah induktor L1 dan dua kapasitor seri (C1 dan C2 ), kecuali pada cara pencabangan di dalam rangkaian tangki, rangkaian osilator Colpitts identik dengan rangkaian osilator Hartley. Nilai relatif dari C1 dan C2 merupakan faktor yang menentukan besarnya umpan balik dalam rangkaian Colpitts.

Semakin kecil nilai C1, umpan balik semakin besar. Jika penyetalaan diubah, kedua nilai kapasitor bertambah atau berkurang secara simultan, akan tetapi perbandingan kedua nilai tersebut tetap sama.

Sinyal keluaran tersedia melalui sebuah gulungan tambahan pada kumparan rangkaian tangki.

11.1.3Osilator Jembatan Wien

Osilator jembatan Wien merupakan salah satu dari rangkaian-rangkaian standar yang digunakan untuk membangkitkan sinyal-sinyal gelombang sinus dalam rangkuman frekuensi audio. Osilator ini konstruksinya sederhana, mempunyai bentuk gelombang yang relatif murni dan stabilitas frekuensi yang sangat baik.

Pada dasarnya osilator ini merupakan penguat umpan balik dengan sebuah jembatan Wien sebagai jaringan umpan balik antara terminal keluaran dan terminal masukan penguat, seperti ditunjukkan pada gambar 4.

Penguat pada gambar 4 ini akan berosilasi jika dua persyaratan dasar yang dikenal sebagai kriteria Barkhausen untuk osilasi dipenuhi

Adapun kedua persyaratan dasar tersebut adalah : Penguatan tegangan sekitar penguat dan simpul umpan balik, yang disebut penguatan simpal ( loop gain ) harus sama dengan satu, atau Av = 1.

Pergeseran fasa antara tegangan masukan vi dan tegangan umpan balik vf yang disebut pergeseran fasa simpal ( loop phase shift ) harus nol.

Jika kedua persyaratan-persyaratan diatas dipenuhi, maka penguat umpan balik pada gambar 4, akan membangkitkan suatu gelombang keluaran berbentuk sinus.

Pada gambar 5, ditunjukkan rangkaian jembatan Wien, dimana dapat dilihat bahwa rangkaian terdiri dari gabungan RC seri dalam satu lengan dan gabungan RC paralel dalam lengan sebelahnya, sedangkan lengan-lengan lainnya adalah tahanan murni.

Persamaan kesetimbangan jembatan mem- berikan :

Z1 Z4 = Z2 Z3 atau z3 = Z1 Z4 Y2 ...( 11-2 )

Dimana :

Z1 = R1 j / C1 ; Y2 = 1/R2 + j C2

Z3 = R3 ; Z4 = R4

Dengan mensubsitusikan harga-harga Z1, Y2, Z3, Z4 kedalam persamaan ( 11-2 ), diperoleh :

R3 = ( R1 j / C1 ) R4 ( 1/R2 + j C2 ) ( 11-3 )

Setelah disederhanakan, menghasilkan :

R1 R4 R4 R4 C2

R3 = --------- + j C2 R1 R4 - j ---------- + ---------- ( 11-4 )

R2 C1 R2 C1

Pada kesetimbangan jembatan, bagian-bagian nyata dan bagian-bagian khayal harus sama, maka dari persamaan ( 11-4 ) diperoleh : untuk bagian nyata :

R1R4 R4 C2

R3 = -------- + ---------

R2 C1

R3 R1 C2

---- = ---- + ---- ..( 11-5 ) R4 R2 C1

Dan untuk bagian khayal : R4 1

C2 R1 R4 - ------------ = 0 atau C2 R1 = ------------ ..( 11-6 )

C1 R2 C1 R2

dimana : = 2 f

Dengan menyelesaikan persamaan ( 11-6 ), diperoleh frekuensi tegangan masukan :

2 C1 C2 R1 R2 = 1 ( 2 f )2 C1 C2 R1 R2 = 1

1 1

( 2 f )2 = --------------- f = ------------------------ ..( 11-7 )

C1 C2 R1 R2 2 C1 C2 R1 R2

Pada umumnya, komponen-komponen jembatan dipilih sedemikian rupa, sehingga : R1 = R2 = R dan C1 = C2 = C, jadi persamaan ( 11- 5 ) menjadi :

R3

----- = 2 ( 11-8 )

R4

Sedangkan frekuensi setimbang atau frekuensi resonansi jembatan menjadi : 1

f = ----------- ( 11-9 )

2 R C

Jadi diperoleh suatu kesimpulan bahwa : jembatan dikatakan setimbang ( tegangan keluaran sama dengan nol ), jika :

-Perbandingan tahanan lengan-lengan yang tidak reaktif memenuhi persamaan ( 11-8 ), dan

Tegangan eksitasi mempunyai frekuensi dinyatakan oleh persamaan ( 11-9 ).

Jika jembatan Wien digunakan sebagai jaringan umpan balik di dalam sebuah osilator seperti pada gambar 4, maka rangkaian harus sedikit dimodifikasi.

Penguatan tegangan penguat adalah suatu besaran yang terbatas ( misalnya Av = 100 ). Syarat Barkhausen dengan penguatan loop =1, maka Av = 1, yang mempunyai arti bahwa tegangan umpan balik yang dipindah dari jembatan Wien juga harus berupa suatu besaran terbatas dan tidak boleh nol.

Jadi jembatan harus diubah agar benar-benar memberikan suatu tegangan keluaran pada frekuensi resonansi, sembari tetap mempertahankan pergeseran fasa sebesar nol.

Pada gambar 6, ditunjukkan rangkaian jembatan Wien yang diperbaharui ( menun-jukkan tegangan-tegangan dalam jembatan Wien )

Impedansi lengan-lengan reaktif pada frekuensi resonansi , f = 1 / ( 2 R C ) dapat dituliskan : j

Z1 = R - ----- = ( 1 - j ) R ..( 11-10 )

C

1 ( 1 - j ) R

Z2 = --------------- = ------------- ( 11-11 )

1/R + j C 2

Penurunan tegangan va pada Z2 adalah : Z2 vi

va = ------------ vi = ----- ( 11-12 )

Z1 + Z2 3

Dan penurunan tegangan pada R4 adalah : R3

vb = ---------- vi ( 11-13 )

R3 + R4

Tegangan keluaran dari jembatan adalah :

v0 = va - vb ( 11-14 )

Jika diinginkan suatu harga nol, tegangan keluaran harus sama dengan nol, jadi va = vb. Untuk mencapai hasil ini R3 dan R4 harus dipilih sedemikian rupa, sehingga vb = vi , yang berarti { R4 / ( R3 + R4 ) } = atau R3 = 2 R4, akan tetapi dalam hal yang dibahas, tegangan keluaran tidak harus nol dan oleh karena itu perbandingan { R4 / ( R3 + R4 ) } harus lebih kecil dari .

Sebagai contoh :

vb R3

--- = ----------- = - 1/ ( 11-15 )

vi R3 + R4

dimana adalah sebuah bilangan yang lebih besar dari 3, maka : v0 va - vb va

= ----- = ---------- = ----- - ( - 1/ ) ( 11-16 )

vi vi vi

Untuk menghasilkan suatu tegangan keluaran pada frekuensi resonansi jembatan ( fa ), sehingga memberikan tegangan umpan balik yang diperlukan bagi osilasi, va / vi = dan = 1/, maka kriteria Barkhausen untuk osilasi, yaitu penguatan loop sebesar satu atau Av = 1, akan dipenuhi dengan membuat penguatan penguat A = .

Dalam kondisi tersebut diatas, dua pengamatan penting dapat dilakukan, yaitu : frekuensi osilasi persis sama dengan frekuensi nol dari jembatan setimbang, yaitu : f0 = 1/( 2 R C ). pada setiap frekuensi lainnya, va tidak sefasa dengan vi, dengan demikian v0 tidak sefasa dengan vi, sehingga persyaratan penguatan loop sebesar satu hanya dipenuhi pada frekuensi resonansi.

Pada gambar 7, ditunjukkan diagram rangkaian sebuah osilator jembatan Wien yang sederhana tetapi praktis ( osilator jembatan Wien dua tingkatan ).

Dari gambar 7 dapat dilihat bahwa : Jembatan terdiri dari R dan C dihubung seri, R dan C dihubung paralel, R1 dan R2. Umpan balik dikembalikan dari kolektor Q2 melalui kapasitor gandeng C1 menuju bagian atas rangkaian jembatan. Kapasitor C1 cukup besar untuk tidak menghasilkan pergeseran fasa pada frekuensi osilasi paling rendah.

Tahanan R2 melayani pemakaian rangkap dari tahanan emitter Q1 dan elemen jembatan Wien.

Amplitudo osilasi ditentukan oleh tingkatan pada mana A lebih besar dari satu. Jika tetap, amplitudo ditentukan oleh A dan bertambah jika A ber-tambah sampai pertambahan selanjutnya yang dibatasi oleh sifat-sifat yang tidak linier dari transistor.

Pengaturan amplitudo dilengkapi oleh tahanan R2 yang melengkapi sebuah yang berubah. Tahanan R2 dapat berupa sebuah lampu filamen tungsten yang bertindak sebagai sebuah elemen tahanan yang berubah. Jika keluaran penguat cenderung bertambah, pertambahan arus melalui R2 akan menaikkan temperatur dan memperbesar tahanannya.

Dari persamaan ( 11-16 ), harga akan berkurang dan akan cenderung mempertahankan hasil perkalian A konstan, sehingga mengatur keluaran penguat pada suatu level yang konstan.

Keterlambatan termal ( thermal lag ) filamen lampu tungsten menyebabkan tahanannya tetap hampir konstan selama berlangsungnya siklus tegangan atau arus keluaran bolak balik. Akan tetapi pada frekuensi-frekuensi yang sangat rendah, keterlambatan termal mungkin tidak cukup besar, sehingga tahanan lampu dapat berubah selama siklus.

Dalam kondisi ini bisa digunakan sebuah termistor, yang memiliki volume yang cukup untuk menghasilkan keterlambatan termal yang diinginkan.

Frekuensi osilator secara kontinyu dapat diubah oleh dua kapasitor udara yang dapat diubah-ubah ( C ) yang dipasang pada sebuah poros bersama.

Rangkuman frekuensi yang berbeda-beda dapat dihasilkan dengan penyakelaran kedua tahanan R pada nilai-nilai yang berbeda.Osilator jembatan Wien menghasilkan osilasi-osilasi yang stabil dengan distorsi keluaran yang rendah.

Dengan penambahan penguat daya untuk memisahkan osilator dengan beban, rangkaian digunakan melengkapi sinyal-sinyal uji untuk berbagai pemakaian.

Frekuensi atas osilator jembatan Wien dibatasi oleh karakteristik amplitudo dan pergesaran fasa dari penguat dan biasanya dalam orde 100 KHz. Diatas frekuensi ini sering digunakan rangkaian osilator RF yang telah dikenal.

11.1.4Osilator Pergeseran Fasa

Pada gambar 8, ditunjukkan diagram rangkaian osilator RC penggeser fasa yang mampu membangkitkan tegangan keluaran berbentuk sinus pada frekuensi-frekuensi sampai beberapa ratus kilohertz.

Dari gambar 8. dapat dijelaskan bahwa : rangkaian terdiri dari sebuah transistor tunggal sebagai tingkat penguat, dan tiga bagian kaskade RC untuk melengkapi umpan balik dari keluaran penguat kembali kemasukan.

Transistor tunggal pada rangkaian menggeser fasa setiap tegangan yang muncul pada basisnya sebesar 1800. Jaringan RC memberikan sejumlah pergeseran fasa tambahan.

Pada beberapa frekuensi tertentu, pergeseran fasa dari ketiga jaringan RC persis sama dengan 1800 dan pada frekuensi ini pergeseran fasa total dari basis transistor sekitar rangkaian, kembali ke basis, akan persis sama dengan 3600. Selanjutnya jika penguatan transistor cukup besar, maka rangkaian akan berosilasi pada frekuensi tersebut.

Faktor umpan balik yang didefinisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran v0 terhadap tegangan masukan vi, dapat diperoleh dengan menggunakan teori jaringan konvensioanl terhadap gabungan RC.

Analisis ini menghasilkan :

v0 1

= ---- = ------------------------------ ( 11-17 ) vi 1 - 5 2 - j ( 6 3 ) 1

dimana : = -------- R C

Jika bagian khayal dari penyebut persamaan ( 11-17 ) sama dengan nol, maka pergeseran fasa antara v0 dan vi akan menjadi 180 0, atau jika 2 = 6.

Frekuensi sehubungan dengan kondisi ini adalah :

1

f= --------------- ( 11-18 ) 2 RC 6

Osilator pergeseran fasa sesuai untuk suatu rangkuman frekuensi yang lebar, yaitu : dari beberapa hertz sampai beberapa ratus kilohertz.

11.1.5Karakteristik Prestasi

Dalam mimilih sebuah osilator untuk melakukan suatu fungsi tertentu di dalam sebuah pengukuran, sebaiknya pemakai memperhatikan karakteristik prestasi ( performance characteristic ) dari instrumen, yaitu :

Rangkuman frekuensi : osilator harus mampu mensuplai frekuensi terendah dan tertinggi dari yang diamati. Rangkuman frekuensi yang dicakup oleh kebanyakan instrumen laboratorium adalah dari 0,00005 Hz sampai 30 MHz atau bahkan lebih tinggi. Daya keluaran dan tegangan keluaran yang tersedia : beberapa penguku-ran memerlukan jumlah daya yang besar, yang lain hanya memerlukan keluaran tegangan yang cukup. Impedansi keluaran : beberapa osilator mempunyai impedansi keluaran yang rendah, yang dapat diubah ke hampir setiap impedansi yang diinginkan, yaitu dengan menggunakan sebuah pembagi tegangan resistif. Instrumen lain mempunyai keluaran yang digandengkan terhadap transformator yang melengkapi rangkaian keluaran yang setimbang dan terisoler. Disebabkan banyak osilator rangkuman audio digunakan dengan sistem impedansi masukan 600 , osilator-osilator ini umumnya dilengkapi dengan pelemah keluaran sebesar 600 . Resolusi cakra dan Ketelitian ( dial resolution and accuracy ) : dalam keadaan ideal, pemakai harus mampu mengatur cakera penyetalaan osilator pada suatu frekuensi tertentu dengan jaminan bahwa instrumen akan mengeluarkan frekuensi tersebut sepanjang waktu.Pada instrumen-instrumen laboratorium cakera penyetalaan dapat diatur dengan tepat melalui sebuah alat kontrol nonius ( vernier ).

Ketelitian dengan mana frekuensi menyelusuri cakera penyetalaan termasuk di dalam hitungan ketelitian secara keseluruhan.

-Stabilitas frekuensi : stabilitas frekuensi menentukan kemampuan osilator dalam mempertahankan frekuensi yang dipilih selama satu periode waktu.

Umur komponen, perubahan temperatur, dan variasi sumber tegangan merupakan faktor yang mempengaruhi stabilitas.

Stabilitas frekuensi dapat diperbaiki dalam beberapa hal, dengan menggunakan umpan balik negatif yang besar dan komponen yang dipilih secara cermat. Stabilitas amplitudo : stabilitas amplitudo penting dalam beberapa pemakai-an. Tanggapan frekuensi ( variasi amplitudo terhadap perubahan frekuensi ) memerlukan perhatian khusus jika osilator digunakan untuk mengukur tanggapan dalam rangkuman frekuensi yang lebar. Distorsi : distorsi di dalam sinyal keluaran osilator, merupakan kebalikan dari pengukuran kemurnian bentuk gelombang. Distorsi ini tidak diinginkan, dikarena-kan adanya suatu harmonik di dalam sinyal uji dapat memasuki rangkaian yang diuji dan mengakibatkan penunjukan yang salah pada keluaran.

Jika osilator digunakan untuk pengukuran distorsi, maka besarnya distorsi yang berkontribusi ke dalam pengukuran harus jauh lebih kecil dari distorsi yang dikontribusikan oleh rangkaian yang diuji.

11.2Generator Pulsa dan Gelombang Persegi11.2.1Pendahuluan

Generator pulsa dan gelombang persegi sering digunakan bersama dengan CRO sebagai peralatan ukur. Bentuk-bentuk gelombang yang diperagakan oleh CRO baik pada keluaran maupun pada titik-titik yang saling berhubungan di dalam sistem yang diuji, keduanya melengkapi informasi kualitatif dan kuantitatif dari sistem atau peralatan yang diuji.

Perbedaan utama antara sebuah generator pulsa dan generator gelombang persegi adalah menyangkut lamanya pembebanan ( duty cycle ).

Lamanya pembebanan didefinisikan sebagai perbandingan nilai rata-rata dari pulsa selama satu periode terhadap nilai puncak pulsa tersebut..

Disebabkan nilai rata-rata dan nilai puncak berhubungan secara terbalik dengan lamanya waktu, maka lamanya pembebanan dapat didefinisikan dalam lebar pulsa ( pulsewidth ) dan perioda atau waktu pengulangan pulsa ( PRT-pulse repetian time ), yaitu : Lebar pulsa

Lamanya pembebanan = ------------------

Perioda

Generator-generator gelombang persegi menghasilkan suatu tegangan keluaran dengan waktu bekerja (ON) dan berhenti ( OFF ) yang sama, sehingga lamanya pembebanan adalah 0,5 atau 50 %, dan lamanya pembebanan tetap pada 50 % jika frekuensi osilasi diubah.

Lamanya pembebanan sebuah generator pulsa bisa berubah ; Pulsa-pulsa yang sangat singkat menghasilkan lama pembebanan yang rendah, dan umumnya generator pulsa dapat menyalurkan lebih banyak daya selama perioda bekerjanya ( ON ) daripada yang dapat dihasilkan oleh sebuah generator gelombang persegi.

Pulsa-pulsa yang waktunya singkat memperkecil disipasi daya di dalam komponen yang di uji, misalnya pengukuran penguatan transisitor dapat dilakukan oleh pulsa-pulsa yang cukup singkat untuk mencegah pemanasan pada titik sambung, dan dengan demikian pengaruh panas yang dihasilkan terhadap penguatan transistor umumnya sangat diperkecil.

Generator gelombang persegi digunakan kapanpun karakteristik frekuensi rendah dari sebuah sistem yang sedang diselidiki, misalnya pengujian audio.

Gelombang-gelombang persegi juga lebih diinginkan pada pulsa-pulsa yang waktunya singkat, yaitu : jika tanggapan transien sebuah sistem memerlukan sejumlah waktu untuk membuatnya diam.11.2.2Karakteristik Pulsa dan Istilah-Istilah yang digunakanDalam pemilihan sebuah generator pulsa atau generator gelombang persegi, kualitas pulsa merupakan hal yang paling penting.

Sebuah pulsa uji dengan kualitas yang tinggi, akan menjamin bahwa setiap ke-merosotan pulsa yang diperagakan berkaitan dengan rangkaian yang di uji dan bukan karena instrumen uji sendiri.Pada gambar 9, ditunjukkan karakteristik yang saling berhubungan pada sebuah pulsa. Spesifikasi mengenai karakteristik ini biasanya disertakan di dalam buku pedoman instrumen atau lembaran spesifikasi dari pabrik.

Dari gambar 9 diatas, dapat dijelaskan :

Waktu naik ( rise time, tr ) : waktu yang dibutuhkan pulsa agar bertambah dari 10 % menjadi 90 % dari amplitudo normalnya.

Waktu jatuh ( fall time, tf ) : waktu yang dibutuhkan pulsa agar turun dari 90 % menjadi 10 % dari amplitudo maksimumnya.

Pada umumnya waktu naik dan waktu jatuh pulsa akan lebih cepat dari rangkaian atau komponen yang di uji.

Jika kenaikan amplitudo awal melebihi nilai sebenarnya, akan terjadi lonjakan ( overshoot ) atau ringing. Lonjakan ini dapat dilihat sebagi pip tunggal.

Jika amplitudo maksimum dari pulsa tidak konstan, akan tetapi berkurang secara perlahan-lahan, pulsa disebut drop atau melengkung ke bawah ( sag )

Setiap lonjakan, ringing atau pelengkungan ke bawah di dalam pulsa uji harus diketahui, untuk menghindari keragu-raguan fenomena yang sama yang disebabkan oleh rangkaian uji. Amplitudo pulsa maksimum menuntut perhatian paling penting, jika rangkaian yang di uji memerlukan daya masukan yang sesuai, misalnya sebuah unit ingatan inti maknetik. Pada waktu yang sama, rangkuman pelemahan instrumen harus sesuai untuk mencegah pengemudian lebih terhadap rangkaian uji maupun dalam mensimulasi persyaratan-persyaratan operasi yang aktual. Rangkuman pengontrolan frekuensi atau laju pengulangan pulsa harus diper-hatikan jika rangkaian yang di uji hanya dapat beroperasi di dalam suatu rangkuman laju pulsa atau jika variasi laju kecepatan pulsa diperlukan.

Beberapa generator pulsa dapat dipicu oleh sinyal-sinyal dari luar , sama seperti pemicu yang ditemukan pada laboratorium CRO. Sebaliknya, keluaran generator pulsa atau generator gelombang persegi dapat digunakan untuk melengkapi pulsa-pulsa pemicu untuk mengoperasikan rangkaian-rangkaian luar.

Impedansi keluaran dari generator pulsa merupakan pertimbangan lainnya di dalam sistem pulsa cepat.

Hal ini disebabkan, generator yang memiliki impedansi sumber yang sepadan dengan kabel penghubung, akan menyerap pantulan yang dihasilkan oleh ketidaksepadanan impedansi di dalam rangkaian luar. Tanpa kesepadanan generator terhadap kabel ini, pantulan-pantulan akan dipantulkan oleh generator, yang memperlihatkan pulsa-pulsa yang palsu atau gangguan terhadap pulsa utama.

Gandengan dc dari rangkaian keluaran diperlukan, jika penyimpanan level pencatu dc di dalam rangkaian uji tetap dikehendaki, walaupun terdapat variasi dalam lebar pulsa, amplitudo pulsa atau PRR. 11.2.3Generator Gelombang Persegi dan Pulsa untuk Laboratorium

pada gambar 10, ditunjukkan diagram balok dari sebuah generator khas untuk pemakaian umum yang menghasilkan pulsa-pulsa negatif dengan frekuensi waktu pembebanan dan amplitudo yang berubah. rangkuman frekuensi dari instrumen ini tersedia dalam tujuh langkah kelipatan sepuluh dari 1 Hz sampai 10 MHz, dengan cakra yang terkalibrasi secara linier untuk pengaturan kontinyu pada semua rangkuman. Lamanya pembebanan dapat berubah dari 25 % sampai 75 %.

Dua keluaran yang saling tidak bergantungan tersedia, yaitu : sebuah sumber 50 yang mensuplai pulsa-pulsa dengan waktu naik dan waktu turun sebesar 70 ms pada amplitudo puncak 30 V.

Instrumen ini dapat dioperasikan sebagai sebuah generator yang berjalan kontinyu ( free running ) atau dapat disinkronkan terhadap sinyal-sinyal luar.Pulsa-pulsa keluaran pemicu untuk mensinkronkan juga tersedia.

Pada gambar 11, digambarkan kembali rangkaian loop pembangkit dasar agar lebih jelas, yang terdiri dari dua sumber arus, kapasitor tanjak, rangkaian pemicu Schmitt,dan rangkaian penyakelar arus (ditunjukkan oleh satu saklar sederhana )

Kedua sumber arus menghasilkan suatu arus yang konstan untuk mengisi dan mengo-songkan kapasitor tanjak.

Perbandingan kedua arus ini ditentukan oleh penyetelan alat kontrol simetri yang kemudian menentukan lamanya pembebanan dari bentuk gelombang keluaran.

Cakera frekuensi mengontrol penjumlahan kedua arus dari sumber-sumber dengan memasukkan tegangan pengontrol yang sesuai ke basis dari transistor pengontrol arus di dalam generator arus.

Ukuran kapasitor tanjak dipilih oleh saklar pengali. Kedua pengontrol yang terakhir ini melengkapi penyakelaran kelipatan sepuluh dan pengontrolan nonius ( vernier ) bagi frekuensi keluaran.

Sumber arus atas ( upper ), menyalurkan suatu arus konstan ke kapasitor tanjak, memuati kapasitor ini pada laju yang konstan dan tegangan tanjak bertambah secara linier.

Jika kemiringan positif dari tegangan tanjak ini mencapai batas atas yang distel oleh komponen-komponen rangkaian internal, pemicu Schmitt berubah keadaan.

Keluaran pemicu yang menuju negatif mengubah kondisi saklar pengontrol arus, dan kapasitor mulai mengosongkan muatan. Laju pengosongan adalah linier dan dikontrol oleh sumber arus bawah.

Jika tanjak negatif mencapai suatu level rendah yang telah ditetapkan sebelumnya, pemicu Schmitt berubah kembali ke keadaan semula.

Melengkapi suatu keluaran rangkaian pemicu positif yang mempertukarkan atau membalik kondisi saklar arus sekali lagi, menghentikan sumber arus rendah dan memindahkan sumber arus atas ke keadaan bekerja ( ON ), dengan demikian satu siklus operasi telah diselesaikan.

Tentunya proses keseluruhan adalah berulang dan rangkaian pemicu Schmitt menghasilkan pulsa-pulsa negatif dengan suatu laju kecepatan yang kontinyu.

Keluaran rangkain Schmitt dilewatkan ke rangkaian keluaran pemicu dan ke penguat 50 dan 600 .

Rangkaian keluaran pemicu mendifferensiasikan keluaran gelombang persegi dari pemicu Schmitt, membalik pulsa yang dihasilkan, dan menyediakan sebuah pulsa pemicuan yang positif.

Penguat 50 dilengkapi dengan sebuah pelemah keluaran untuk memperbolehkan pengontrolan nonius pada tegangan keluaran sinyal.

Disamping modus operandi yang berjalan kontinyu, generator dapat diselaraskan atau dikunci terhadap sinyal luar. Ini dilakukan dengan memicu rangkaian Schmitt dengan sebuah pulsa sinkronisasi luar.

Unit ini diberi daya oleh sebuah sumber daya internal yang menyediakan tegangan-tegangan yang dapat diatur untuk semua tingkatan instrumen.

Daftar Pustaka

1. Wiliam D. Cooper, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran

Jakarta, September 2008

Ir. S.O.D. Limbong

Gambar 5

Gambar 2

Gambar 9

Gambar 7

Gambar 6

Gambar 8

Gambar 11

Gambar 10

Gambar 1

Gambar 3

Gambar 4

PAGE PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. S.O.D. LimbongPENGUKURAN BESARAN LISTRIK 18