Alat Ukur Kumparan Putar

1

MODUL II-1

ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR (AUKP)

SEBAGAI VOLT METER DC

I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mengubah Ampere meter kumparan putar menjadi sebuah Voltmeter DC.

2. Mencari sebab-sebab terjadinya penyimpangan dari Voltmeter.

II. ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Power supply 0- 30 Volt

2. Voltmeter digital

3. Tahanan Shunt (Rsh)

4. Ampere meter kumparan putar

5. Jumper

III. TEORI DASAR

1. Arti Pengukuran

Teknik pengukuran listrik merupakan pengetahuan tentang alat-

alat listrik dan metoda pengukuran untuk menentukan nilai suatu besaran

listrik atau non-listrik. Mengukur bermaksud untuk membandingkan suatu

besaran yang besarnya tak diketahui dengan suatu besaran yang diketahui

nilainya, untuk itu diperlukan suatu alat ukur.

Disamping alat ukur tersebut diperlukan juga metoda yang sesuai

agar nilai besaran yang diukur dapat ditentukan dengan tepat. Dalam

percobaan ini kita akan menentukan besarnya arus dan tegangan DC,

dengan menggunakan alat ukur kumparan putar (AUKP).

2

2. Pengertian Alat Ukur Kumparan Putar

Yang dimaksud alat ukur kumparan putar (AUKP) adalah alat ukur

yang bekerja atas dasar prinsip dari adanya kumparan listrik ditempatkan

pada beban magnet yang berasal dari suatu magnet permanent.

Di dalam alat ukur kumparan putar terdapat magnet permanent,

yang mempunyai kutub-kutub diantaranya ditempatkan di suatu silinder

inti besi yang menyebabkan di celah udaranya terbentuk medan magnet

yang rata, masuk ke kutub-kutub tersebut ke dalam silinder secara radial

sesuai dengan arah panah pada gambar. Di celah udara ditempatkan

kumparan putar yang berputar melalui sumbu tiang poros.

Bila arus tidak diketahui besarnya mengalir melalui kumparan

tersebut, suatu gaya elektromagnetis f yang mempunyai arah tertentu akan

dikenakan pada kumparan putar sebagai hasil interaksi antara arus dan

medan magnet. Arah gaya f ditentukan menurut hukum tangan kiri

Fleming, momen gerak ini diimbangi dengan momen lawan dari pegas

dan posisi seimbang statis ditunjukkan oleh jarum pada skala ukurnya.

Prinsip kerja alat ukur kumparan putar

3

Keterangan gambar :

1. Magnit tetap

2. Kutub sepatu

3. Inti besi lunak

4. Kumparan putar

5. Pegas spiral

6. Jarum penunjuk

7. Rangka kumparan

8. Tiang poros

TD = B.n.a.b.I

Dimana : TD = Momen putar

B = Besar medan magnet dalam celah udara

a = Panjang kumparan

b = Lebar kumparan

n = Banyaknya lilitan

I = Arus

Pada setiap ujung sumbu tiang ditempatkan pegas yang salah satu

ujungnya melekat pada tiang poros tersebut, sedangkan ujung lainnya

melekat pada dasar yang tetap. Pegas pada tiang sumbu memberikan

momen Tc yang berlawanan dengan arah TD.

Tc = σ x θ

Dimana : σ = Konstanta besaran pegas/konstanta alat ukur.

Besaran-besaran seperti (B n a b / σ) disebut sebagai konstanta dari alat

ukur.

Untuk membuat Voltmeter DC dari sebuah alat ukur Ampere

meter kumparan putar, dapat dilakukan dengan memasang tahanan seri

pada kumparan putar tersebut.

4

V = (Rd + R1)

I adalah harga maksimum dari Ampere meter, dengan skala

maksimum Voltmeter dari hasil kali (Rd + R1) x 1. Harga skala

maksimum Voltmeter ini tergantung dari nilai tahanan R1 yang dipasang.

3. Prinsip Kerja Alat Ukur Kumparan Putar

Dari rumus momen putar di atas maka arus (I) yang masuk pada

kumparan dan berjarak (r) dari poros / sumbu putar dengan jumlah lilitan

(n) dan panjang kawat (l). Apabila medan magnet A punya rapat fluksi B

konstan maka kumparan tersebut akan ditolak yang menimbulkan momen

putar.

Makin kuat arus dalam putaran, makin kuat daya tolak yang

mengenai kumparan, maka jarum penunjuk makin menyimpang jauh. Jika

arus terbalik maka arah penunjukan akan terbalik juga tetapi dilindungi

oleh K.

Pegas-pegas alat ukur kumparan putar mempunyai arah putar yang

berlawanan dan jika yang satu menegang maka yang lain akan mengendur,

hal ini akan mengakibatkan :

1. Pada keseimbangan pada kedudukan jarum, yang

membuat jarum kembali ke titik nol setiap kali arus

kumparan lenyap

2. Gerak putar kumparan menjadi teratur (arus diukur

dilewatkan pada pegas-pegas tersebut).

5

Jarum harus berhenti seketika pada keadaan ukur, tanpa

bergoyang-goyang yang menandakan redaman system berjalan baik.

Redaman ini terjadi bila kumparan bergerak berputar didalam keping

kerangka arus pusar.

Arus listik mengalir terkadang menyebabkan panas dan kadang

mempengaruhi kesalahan penunjukan harga. Untuk itu pada kumparan

dideratkan pelawan kecil yang mempunyai koefisien suhu rendah,

misalnya manganin. Dalam praktek kepekaan antara 20 uA s/d 1 mA

tergantung pada konstruksi kuat medan magnet, lebar celah udara kutub

sepatu dan banyaknya lilitan kumparan. Kepekaan ini dapat distel dengan

menggeser carik besi lunak, kalau celah diantara kedua kutub sepatu

terlampau lebar maka jarum tidak akan mampu menunjuk skala penuh.

Kumparan putar sangat peka terhadap pembebanan lebih, yang dapat

mengakibatkan jarum penunjuk tonggak (K) hingga bengkok dan

kumparan akan rusak terbakar. Untuk melindungi hal ini maka arus

dilindungi silicon anti jangkar.

4. Kesalahan Dalam Percobaan

Keakuratan dan kepresisian suatu alat ukur sangat tergantung pada

desain, material dari kumparan pabrik yang membuat alat ukur tersebut.

Masalah yang paling diutamakan pada alat ukur adalah keakuratannya,

makin tinggi nilai keakuratannya makin baik alat tersebut dan makin

mahal harganya.

Perbadaan harga benar dan harga pengukuran dinyatakan sebagai

kesalahan. Sebenarnya kesalahan ini tidak sangat berarti dalam suatu

pengukuran, karena belum menyatakan tingkat keberhasilan suatu

pengukuran. Harga yang paling penting adalah perbandingan nilai

kesalahan terhadap nilai sebenarnya.

6

Harga relatif = terukurnilai

sebenarnyanilai

Kesalahan dari alat ukur dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Kesalahan alat

- Konfigurasi mekanik - Konstruksi

- Kalibrasi - Pengoperasian alat

- Pengaturan nol (zero point)

2. Kesalahan lingkungan

- Temperatur / suhu - Tekanan

- Kelembaban - Medan listrik

- Vibrasi

5. Kesalahan Pengukuran

Suatu desain pengukuran yang baik dapat mengurangi kesalahan,

ini tetapi juga perlu ditunjang keakuratan kerja dan bekerja dibawah batas-

batas yang diperbolehkan. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan

dengan melakukan pengukuran yang berulang kali, sehingga dapat

dilakukan pendekatan statistik untuk mendapatkan hasil pengukuran yang

baik.

Kesalahan dapat dinyatakan dengan rumus :

∑ = M – T

Dimana : T = Harga sebenarnya dari besaran yang diukur

M = Harga yang didapat dari pengukuran

7

∑ = Kesalahan dari alat ukur

Kesalahan relatif = ∑ / T x 100 %

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

IV.1. MEMBANDINGKAN PENGUKURAN VOLTMETER DC YANG

DIBUAT DENGAN VOLTMETER DIGITAL

1. Buat rangkaian seperti gambar 1 pada meja kerja saudara.

2. Periksakan rangkaian percobaan yang telah anda buat ke asisten, tegangan

supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila telah disetujui oleh

asisten.

3. Nilai Rsh : 220 KΩ, 330 KΩ, 440 KΩ.

4. Atur tegangan DC perlahan-lahan dari 5V, 10V, 15V, 20 V.

5. Ukur nilai tegangan digital dan arus untuk masing-masing selektor.

6. Catat hasil pengamatan saudara pada tabel dibawah.

Gambar.1

8

Range VKP yang

digunakan (Volt)

V.Digital (Volt) V.AUKP (Volt)

5

10

15

20

PERTANYAAN :

1. Bandingkan hasil pengukuran tegangan pada percobaan di atas dengan

tegangan Volt meter kumparan putar digital. Terangkan penyebab keadaan

tersebut !

2. Dari hasil pengamatan di atas, tentukan :

- Kesalahan alat ukur yang dibuat

- Kesalahan relatif

IV.2. PEMAKAIAN DAYA SENDIRI PADA VOLTMETER

1. Buat rangkaian seperti gambar.2 pada meja kerja saudara.

2. Perksakan rangkaian percobaan yang telah anda buat ke asisten, tegangan

supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila telah disetujui oleh

aisten

3. Nilai R1 = 680 KΩ dan R2 = 820KΩ.

9

4. Ukur dan catat masing-masing tegangan pada R1 dan R2 dengan

menggunakan voltmeter yang saudara buat untuk range 5V, 10V, 15V,

20V.

5. Catat hasil pengamatan saudara pada tabel di bawah!

Gambar.2

Range

VM (Volt)

V.Digital

(Volt)

R1(KΩ) R2 (KΩ) VR1

(Volt)

VR2

(Volt)

I (uA)

5

10

15

20

10

PERTANYAAN :

1. Untuk pengukuran VR1 dan VR2 pada percobaan di atas selalu terjadi

perbedaan dengan hasil perhitungan, terangkan mengapa terjadi demikian!

2. Berapa sensitivitas alat ukur dan kesalahan relatif dari hasil data

percobaan ?

V. TUGAS AKHIR

1. Bandingkan hasil pengukuran analog dan digital, jika terdapat perbedaan

terangkan dengan jelas!

2. Sebutkan arti dari pengukuran!

3. Sebutkan sebab-sebab dari penyimpangan Voltmeter!

11

MODUL II-2

ALAT UKUR BESI PUTAR SEBAGAI

VOLTMETER DC DAN AC

I. TUJUAN

1. Menentukan tahanan dalam dari AUKP

2. Memperbesar skala maksimum Voltmeter AC dan DC

3. Pengaruh frekuensi pada Voltmeter

II. PENDAHULUAN

Alat Ukur Besi Putar ini sederhana dan kuat dalam kontruksi, juga dapat pula

dipakai alat ukur yang mempunyai sudut yang sangat besar. Gaya elektromagnetis

dapat dibangkitkan dengan berbagai cara yaitu cara tolak menolak dan cara

kombinasi atraksi dan tolak menolak.

Untuk pengukuran tegangan DC, induktansi dari kumparan tetap tidak

berpengaruh.

V

Rangkaian Impedansi dalam AUBP

Untuk memperbesar skala maksimum dari Voltmeter disini dapat dilakukan

dengan menambah tahanan yang dipasang seri dengan impedansi dari Voltmeter.

12

Jika batas ukur sekarang menjadi (n + 1) kali batas ukur semula. Sedangkan

untuk pengukuran tegangan AC akan sama halnya pengukuran tegangan DC bila kita

menambah kapasitor yang dipasang secara paralel dengan Rs untuk menghilangkan

pengaruh frekuensi. Harga C kita dapatkan persamaan C = 0,14 2RsL

Dimana : Rs = Tahanan yang dipasang seri dengan impedansi dalam dari

Voltemeter

L = Induktansi dari Voltmeter

C = Kapasitor yang dipasang paralel dengan Rs untuk

menghilangkan frekuensi dari jala-jala

Gambar rangkaian menghilangkan frekuensi

Pengukuran tegangan AC juga dapat diukur langsung bila kita mengetahui

nilai frekuensi dari sumber tegangan jala-jala AC yang diberikan pada rangkaian yang

akan diukur.

III. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Variac………………………………………………….. 1 buah

2. Power Supply…………………………………….…….. 1 buah

3. Voltmeter digital………………………………………. 1 buah

13

4. Alat Ukur Besi Putar AC/DC 0 – 30 Volt……………… 1 buah

5. Dioda…………………………………………………… 4 buah

6. Resistor-resistor………………………………………... secukupnya

7. Kawat penghubung…………………………………….. secukupnya


A. MENENTUKAN TAHANAN DALAM VMBP DAN KALIBRASINYA

1. Buatlah rangkaian gambar 1 pada papan kerja yang disediakan.

2. Tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian percobaan apabila

sudah disetujui oleh asisten.

3. Atur tegangan DC sebesar 16 Volt (Vdc).

4. Atur perlahan-lahan VR hingga VM menunjukan 5 Volt.

5. Ukur dan catat tegangan pada R1.

6. Hitung arus yang melewati R1.

7. Ukur dan catat tegangan pada VM (Vvm).

8. Hitung harga tahanan dalam (Rv) Voltmeter.

9. Ulangi prosedur diatas untuk harga pengamatan 7V, 9V, 10V dan 11V.

10. Tentukan harga Rv rata-rata.

11. Tulis hasil pengamatan pada tabel 1.

Gambar 1

14

Gambar 2

Gambar 3

B. UNTUK SUMBER TEGANGAN DC

1. Hubungkan pengawatan seperti pada gambar 2 pada papan kerja yang

disediakan untuk alat ukur yang mempunyai range 60V, 90V, 120V, 150V,

200V.

2. Tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian percobaan apabila

sudah disetujui oleh asisten.

3. Hubungkan pengawatan gambar 3 untuk R1 = 240 Ω, R2 = 1 KΩ.

4. Atur Vdc dari variac hingga menunjukan harga 60 Volt dengan Voltmeter

digital.

5. Ukur dan catat tegangan di R1 dan R2 dengan menggunakan VM yang dibuat

pada prosedur a) dengan menggunakan range 150 Volt.

6. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1 KΩ, R2 = 4,12 KΩ untuk

Vdc = 90 Volt dan range 90 Volt.

15

7. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1,5 KΩ, R2 = 28,2 KΩ untuk






10. Tuliskan hasil pengamatan pada tabel 2.

C. UNTUK SUMBER TEGANGAN AC TANPA KAPASITOR

1. Semua prosedur percobaan seperti pada percobaan B hanya saja sumber

tegangan AC untuk nilai tegangan sama. Lihat gambar 4.

Gambar 4

V. TUGAS AKHIR

1. Tentukan tegangan di R1 dan R2 secara perhitungan pada percobaan diatas itu

bandingkan dengan hasil pengukuran yang saudara dapatkan!

2. Hitunglah kesalahan alat ukur dan kesalahan relatifnya dari no.1 diatas!

3. Berapa sensitivitas Voltmeter yang saudara buat!

4. Berapa harga tahanan total Rv Voltmeter tiap range!

VI. DAFTAR PUSTAKA

1. Modul praktikum III-A, Laboratorium Teknik Energi Elektrik, Jurusan Teknik

Elektro, ITENAS, 2002.

16

MODUL II – 3

ALAT UKUR INDUKSI (AUI)

I. Tujuan Percobaan

Mengetahui prinsip kerja alat ukur

Mengetahui tpe-tipe alat ukur induksi

Mengetahui prinsip kerja Wattmeter dan KWh meter

Membandingkan hasil pengukuran dari tipe alat ukur induksi

Mengenal pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi

Mengenal metode pengukuran daya dan membandingkan

II. Teori Pendahuluan

Alat ukur induksi merupakan alat ukur ynag momen geraknya ditimbulkan oleh

suatu fluks magnit dan arus bolak-blik. Alat lazim untuk mengukur energi (KWh

meter) walaupun ada juga untuk arus maupun tegangan.

Arus energi mempunyai dua fluks magnet yang dihasilkan dari suatu arus

mengalir pada kumparan. Kedua magnet fluks tersebut memotong piringan.

Piringna dipotong oleh 2 fluks magnet Φ1 dan Φ2 pada titik P1 dan P2. Fluks ke-1

Φ1 menyebabkan arus pusar 1 (I1). Arus pusar ini melalui titik P2. Interaksi yang

terjadi antara I1 dan Φ1 menyebabkan momen gerak I (Mg1). Demikian juga Φ2

menyebabkan momen arus pusar 2 (I2) yang melalui P1 dan interaksi arus pusar 2 (I2)

dan fluks 2 (Φ2) menyebabkan momen gerak 2 (Mg2).

Gambar 1.

17

Prinsip AUI :

Tegangan efektif yang terjadi : E1 = w . Φ

Bila impedansi lintasan arus pusar sebesar Z maka harga efektif arus pusar :

l1 = el / z = w / z . ǿ1 ................................................................ (1)

Arus pusar ini berbeda sudut fasanya terhadap tegangan induksi sebesar α.

Demikian juga di Φ2 dimana tegangan E2 tertinggal 90° terhadap Φ2 dan I2

tertinggal α terhadap E2 sudut fasanya antara I1 dan Φ2 adalah 90° - β + α.

Mg1 = K. Φ1. Φ2 Cos (90° - β + α) ………………………. (2)

Beda sudut fasa antara I2 dan Φ2 adalah 90° +β + α.

Mg2 = K. Φ1. Φ2 Cos (90° + β + α) ……………………… (3)

Resultan kedua momen tersebut menyebabkan berputarnya piringan :

Mg = Mg1 – Mg2

Mg = K. Φ1. Φ2 Sin β Cos α ……………………………. (4)

Untuk mendapatkan momen gerak yang besar diusahakan :

1. Sin β = 1 : maka beda fasa sudut antara Φ1 dan Φ2 adalah 90°.

2. Cos α = 1 : maka ada beda sudut fasa antara I dan E.

Ada 2 macam tipe AUI, yaitu :

1. Tipe Feraris

18

Seperti dalam gambar terpasang 2 pasang kumparan. Pasangan kumparan

pertama dihubungkan seri dengan induktor besar . Kedua pasang kumparan tersebut

dihubungkan dengan tegangan yang sama. Arus yang mengalir pada kumparan

pertama (IR) mempunyai beda sudut fasa sebesar β terhadap arus kumparan kedua

(IL), harga β hampir mendekati 90°.

Fluksi yang timbul akan merupakan medan putar, medan putar ini akan

menyebabkan arus pusar pada motor. Dan interaksi medan putar dengan arus pusar

akan mengakibatkan, momen gerak yang memutar rotor-rotor tersebut akan

berputar searah putaran medan putar seperti KWh meter. Tetapi bila rotor tersebut

mendapat momen lawan berupa pegas maka rotor tersebut akan berhenti pada saat

terjadi keseimbangan.

Dimana :

V : Tegangan sumber

I : Arus yang melalui I seri dengan R

IL : Arus yang melalui kumparan 2 seri dihasilkan L

ΦR : Fluksi magnetik yang menghasilkan IR

ΦL : Fluksi magnetik yang menghasilkan IL

ER : Tegangan induksi karena ΦR

EL : Tegangan induksi karena ΦL

IER : Arus pusar karena ER

IEL : Arus pusar karena EL

Momen gerak yang ditimbulkan adalah :

Mg = K.Φ1. Φ2 Sin β Cos α

Mg = K. IR. IL Sin β Cos α ……………………... (5)

Harga IR dan IL sebanding dengan arus I dan juga sebanding dengan tegangan

V.

Untuk Amperemeter :

Mg = K. I2. Sin β Cos α …………………………. (6)

Momen lawan Me = S.θ

19

θ = I2 Sin β Cos α …………………………. (7)

Untuk Voltmeter :

Mg = KV2 Sin β Cos α …………………….. (8)

θ = V2 Sin β Cos α …………………………... (9)

2. Tipe Shaded Pole

Pada tipe ini memakai piringan dan satu kumparan yang menimbulkan fluks

magnet. Agar sistem ini terdapat 2 fluks yang mempunyai beda fasa tertentu, maka

fluks utama tersebut dibagi dua dengan membagi pada intinya.

Untuk membuat beda fasanya, di salah satu dari bagian inti yang terbagi dua

tersebut ditambah cincin/ring tembaga. Keadaan ini disebut Shaded Pole.

(a)

Gambar 4. shaped P

Momen gerak yang ditimbulkan :

Mg = K Φt Φs Sin β Cos α …………………….......... (10)

Φt dan Φs sebanding dengan I untuk Amperemeter dan juga sebanding dengan

V untuk Voltmeter.

Untuk Amperemeter

Mg = K. I2. Sin β Cos α ……………………………(1.1)

20

θ = I2 Sin β Cos α ………………………….. (1.2)

Untuk Voltmeter

Mg = KV2 Sin β Cos α ……………………………. (1.3)

θ = V2 Sin β Cos α ……………………………..(1.4)

Prinsip Wattmeter dan KWh meter induksi adalah sama, perbedaannya

adalah letak ada tidaknya momen lawan. KWh meter tidak menggunakan pegas

sebagai momen lawan sehingga piringan akan terus berputar. Jumlah putaran

tersebut akan menunjukkan energi yang diukur. Untuk lebih jelas lagi lihat gambar

konstruksi dasar KWh meter 1 fasa induksi.

Sistem penggerak terdiri dari dua kumparan. Kumparan pertama dihubungkan

dengan tegangan yang disebut dengn kumparan tegangan dan kumparan yang kedua

dihubungkan dengan arus disebut kumparan arus.

Kumparan tegangan mempunyai jumlah lilitan yang banyak sehingga arus (Iv)

yang dihasilkan akan mempunyai beda sudut hampir 90° terhadap tegangan. Untuk

KWh meter momen pengereman yang besarnya sebanding dengan kecepatan

putarnya.

N = K V I Cos α …………………………………. (1.5) Total Putaran = K. Energi

Dengan : energi

tarantotalperpuKtaKons =)(tan

21

Gambar 5. Diagram vektor

Kumparan Tegangan

Shaded

Piringan

Kumparan arus

Magnit seri

Gambar 6. KWh meter 1 fasa

Dari persamaan (11) Wattmeter Φ1 = Φv ; Φ2 dan β = δ - Φ (lihat diagram vector)

Mg = K Φv Φ1 δ Sin (δ-Φ). Cos α Karena Φv sebanding dengan V dan Φ1 dan sebanding dengan I serta f, z dan α. Maka :

22

Mg = K V I Cos ϕ ……………………………… (1.6) Momen lawan karena pegas Me = S θ θ = V I Cos ϕ θ = K V I Cos ϕ …………………………………. (1.7) Daya beban : P = V I Cos ϕ ……………………….. (1.8) Dimana : V : tegangan beban I : arus beban ϕ : sudut fasa beban δ : sudutnya fasa antara Iv dengan V F : frekuensi Z : impedansi arus pusar Φv : fluksi akibat arus Iv

Φi : fluksi akibat arus Ii

Ev : tegangan induksi akibat Φv Ei : tegangan induksi akibat Φi

Ipv : arus pusar akibat Φv Ipi : arus pusar akibat Φi β : sudut fasa antara Φv dan Φ

III. Kesalahan

a. Pengaruh Frekuensi

Alat ukur induksi sangat dipengaruhi oleh frekuensi, mengingat alat ukur ini

hanya untuk arus/tegangan bolak-balik saja. Dari persamaan 4 :

Mg = K. Φ1. Φ2 zf Sin β Cos α

Faktor terpengaruh oleh frekuensi sebagai berikut :

*Z = 22 XR +

X = 2πf.L

Dengan naiknya frekuensi, impedansi Z juga akan naik.

23

* Cos α = ZR , dengan naiknya f, Z naik dan Cos α turun.

Ditinjau dari factor tersebut terlihat bahwa dengan naiknya frekuensi harga

momen akan mengecil.

b. Faktor Temperatur

Dengan naiknya temperatur, baik karena temperature luar maupun arus pusar

akan membesar impedansi Z seperti pada (a) dimana Z ini sangat berpengaruh

pada momen gerak dari alat ukur ini. Sebenarnya yang mempengaruhi kenaikkan

harga Z tersebut adalah tahanan R-nya. Kompensasi dapat dilakukan dengan

tahanan shunt yang mempunyai koefisien tahanan yang positif dan benar.

B. Pengukuran Daya

Dalam pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi sumber

arus/tegangan harus bolak-balik.

P = V I Cos ϕ

Ada beberapa cara pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur

induksinya diantaranya :

1. Pengukuran Daya Satu Fasa

Dengan menggunakan Wattmeter

Suatu Wattmeter satu fasa dapat langsung mengukur daya yang diserap

beban, karena semua besaran arus dan Cos ϕ sydah tercakup di dalamnya.

Rangkaian pengkuran dengan Wattmeter satu fasa dapat dilihat pada gambar

dengan daya yang diukur adalah :

P = E I Cos ϕ

24

Gambar 7. Rangkaian pengukuran daya bolak-balik satu fasa dengan watt

meter.

Kesalahan pada Wattmeter satu fasa antara lain adalah disebabkan oleh sifat

induktif kumparan tegangan. Hal ini menyebabkan arus yang mengalir pada

kumparan tegangan tidak sefasa dengan tegangan yang diukur.

Metoda 3 Voltmeter dan 3 Amperemeter

Pengukuran satu fasa dapat dilakukan memakai 3 Voltmeter (lihat gambar 8)

dari diagram vector didapat :

V1 = V2 + V3 + 2V2 + V3 Cos ϕ

Karena itu daya pada beban dapat dihitung dengan rumus :

PL = R

VVV2

21

22

23 −−

Gambar 8. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 voltmeter dan diagram vektor metoda 3

amperemeter.

25

Pengukuran daya satu fasa dapat juga dilakukan dengan menggunakan 3

Amperemeter.

Gambar 9. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 amperemeter dan diagram vektor.

Dari diagram vector didapat : I1 = I2 +I3 + 2 I2 + I3 Cos ϕ

Dan daya yang dapat dihitung dengan rumus :

PL = )(2

21

22

23 IIIR

−−

2. Pengukuran Daya Tiga Fasa

Metoda ini lazim disebut metoda Aron, dimana tegangan diambil kedua

Wattmeter adalah tegangan-tegangan fasa-fasa dengan menggunakan 2 Wattmeter

dapat diukur daya tiga fasa pengukuran dari beban balik hubungan delta (Δ)

maupun hubungan bintang (Y). Pengukuran daya tiga fasa tersebut dengan

menjumlahkan dua buah pengukuran yang ditunjukkan oleh Wattmeter P1 dan P2,

maka

26

Gambar 10. pengukuran metoda aron hubung bintang

Gambar 11. pengukuran metoda aron hubung delta.

IV. Prosedur Percobaan

A. Alat Ukur Induksi

1. KWh meter

Percobaan 1

1. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!

2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh asisten.

3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!

4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!

27

5. Hitunglah waktu yang ditempuh untuk setiap perputaran piringan pada

KWh meter dengan jumlah putaran yang telah ditentukan oleh asisten!

6. Ulangi langkah 4 dan 5 untuk setiap beban yang berbeda!

• Beban dirangkai seri

• Beban dirankai paralel

7. Catat hasil pengamatan pada table 1!

Tabel 1 Untuk rangkaian seri

Beban (Watt)

V (Volt)

I (A)

Cos φ t (sekon)

Untuk rangkaian paralel

Beban (Watt)

V (Volt)

I (A)

Cos φ t (sekon)

B. Wattmeter

28

Percobaan 2

1. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!

2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh

asisten.

3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!

4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!

5. Ulangi langkah 4 untuk setiap beban yang berbeda!

6. Catat hasil pengamatan pada table 2!

Tabel 2 Untuk rangkaian seri

Beban (Watt)

V (Volt)

I (A)

Cos φ t (sekon)

untuktuk rangkaian paralel

Beban (Watt)

V (Volt)

I (A)

Cos φ t (sekon)

Alat-Alat yang Digunakan

1.kit praktkum AUI……………………………… 1 buah

2. KWh meter ………………………………… 1 Buah

3. Wattmeter ………………………………... 1 Buah

4. Amperemeter ……………………………….. 1 Buah

5. Voltmeter ……………………………….. 1 Buah

6. Stopwatch ……………………………….. 1 Buah

7. jumper ………………………….. secukupnya

29

VII. Tugas Akhir dan Pertanyaan

1. Jelaskan prinsip kerja KWhmeter secara jelas dan singkat?

2. Sebutkan perbedaan KWhmeter dan Wattmeter (minimal 3 buah)?

4. Suatu ampermeter induksi tipe shaded pole mempunyai defleksi

penuh 400º pada arus I = 10 ampere.Beda fasa antara fluks shaded dan tidak

Shaded = 50º.

a. berapa sudut defleksi untuk I = 5 ampere

b. bila antara sudut defleksi shaded dan tidak shaded = 40º,berapa sudut

defleksi untuk = 5 ampere?

5. Gambarkan rangkaian pengukuran 1 fasa pada hubungan bintang dan

Hubungan delta ?serta buktikan Ptotal = P1 + P2 + P3

VII. DAFTAR PUSTAKA

Sapiie,soedjana & Osamu nishiho.1976.Pengukuran dan alat-alat ukur listrik. Jakarta : Pradnya Pramita. Modul Praktikum Dasar teknik Elektro II.2009

30

MODUL II - 4

PENGUKURAN TAHANAN

I. Tujuan

• Mengetahui besarnya tahanan dalam amperemeter dan voltmeter.

• Mengetahui besarnya tahanan dalam lampu.

• Memahami dan mengerti prinsip pengukuran tahanan dengan menggunakan

metoda Voltmeter Amperemeter.

II. Alat-Alat

• Power Supply 0-15 V

• Variac 0 - 250 V

• Multimeter digital

• Voltmeter DC

• Amperemeter DC

• Voltmeter AC

• Amperemeter AC

• Tahanan

• Lampu

• Jumper

III. Dasar Teori

Elektronika merupakan ilmu yang global dalam dunia ini, dimana

didalamnya mencakup bidang-bidang yang satu sama lain saling

berkesinambungan. Tahanan merupakan suatu besaran yang menghambat besarnya

arus atau pada suatu tegangan pada suatu alat, perlu sekali kita mengukur tahanan

yang dimiliki suatu benda.

Pada percobaan yang akan dilakukan, kita akan menyimulasikan tahanan tersebut

pada metoda pengukuran voltmeter-amperemeter

31

Menurut nilai resistansinya, tahanan dapat diklasisfikasikan sebagai

berikut :

- tahanan kecil : R < 1 Ω

- tahanan sedang : 1 Ω < R < 100 kΩ

- tahanan besar : R > 100 kΩ

Pengukuran tahanan kecil dapat dilakukan dengan beberapa cara,

diantaranya metoda voltmeter amperemeter dan metoda jembatan Thomson. Untuk

metoda voltmeter amperemeter dapat dilihat pada rangkaian berikut :

Gambar 1

Rp = IV …(1) R ≈

pV

Vp

RRRR

−

× …(2)

Metoda pengukuran tahanan sedang diantaranya dapat dilakukan dengan

metoda voltmeter amperemeter.

Gambar 2

32

Untuk tipe 1 : ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

RpRaRpR 1 …(3)

Untuk tipe 2 : ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=RvRp

RpR/1

…(4)

Selain itu, tahanan sedang dapat diukur dengan menggunakan metoda substitusi

dan metoda jembatan Wheatstone.

Untuk pengukuran tahanan besar, metodanya antara lain metoda defleksi,

metoda pelepasan muatan, metoda jembatan Mega Ohm.

IV. Tugas Pendahuluan

1. Suatu pengukuran resistansi sedang dengan metoda voltmeter-amperemeter.

Voltmeter membaca 200 volt, amperemeter membaca 2 ampere, resistansi

dalam voltmeter 10 kΩ, dan resistansi dalam amperemeter 50 Ω.

Tentukan resistansi sebenarnya untuk :

a). Voltmeter dipasang pada sumber tegangan.

b). Voltmeter dipasang pada resistansi yang diukur.

2. Buktikan persamaan (3) dan (4) !

3. Tiga buah resistor dipasang secara pararel. Masing-masing memiliki nilai R1

= 243 Ω ± 3 %, R2 = 500 Ω ± 4 %, R3 = 365 Ω ± 4 %.

a. Tentukan resistansi total tanpa toleransi.

b. Tentukan kesalahan resistansi total sebenarnya (ΔR).

c. Tentukan kesalahan relativ resistansi total (er).

V. Prosedur Percobaan

A. Menentukan Besarnya Resistansi dengan Tegangan DC

1. Buatlah rangkaian tipe 1 seperti pada gambar 2.

2. Hubungkan dengan power supply dengan persetujuan asisten.

3. Atur besarnya Vdc dari 5 v sampai 9 v.

4. Catat nilai yang terukur pada voltmeter dan amperemeter.

33

5. Catat nilai tegangan pada amperemeter untuk percobaan tipe 1, dan catat

nilai arus pada voltmeter untuk percobaan tipe 2.

6. Ulangi prosedur 1 – 5 dengan tahanan yang berbeda.

7. Ulangi prosedur 1 – 6 untuk tipe 2.

VDC VM AM Rx

B. Pengukuran Tahanan Lampu dengan Tegangan AC

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Nyalakan variac dengan persetujuan asisten.

3. Atur besarnya tegangan output dari variac

4. Catat nilai yang terukur pada voltmeter dan amperemeter dengan beberapa

nilai tegangan yang berbeda.

5. Hitung nilai tahanan yang diukur.

VAC VM AM Rx

34

VI. TUGAS AKHIR

1. Jelaskan mengenai hasil dari percobaan tadi.

2. Tiga buah resistor dipasang secara seri. Masing-masing memiliki nilai, R1 = 43

Ω ± 5 %, R2 = 70 Ω ± 5 %, R3 = 54 Ω ± 5 %.

a. Tentukan kesalahan resistansi total (ΔR).

b. Tentukan nilai resistansi total sebenarnya.

c. Tentukan kesalahan relativ resistansi total (er).

3. Jelaskan mengenai bahwa semakin besar tahanan dalam voltmeter dan semakin

kecil tahanan dalam amperemeter maka hasil pengukuran akan mendekati nilai

yang sebenarnya.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Sapiie, Soedjana dan Osamu Nishiho.

1976. Pengukuran dan Alat-alat ukur listrik. Jakarta :

Pradnya Paramita.

Catatan kuliah Pengukuran Besaran Elektrik.

Stockl, M. Winterling, K.H. (P. Sankaran dan A. Chandrasekaran)

1978. Electro Technical Measurement. New York : Springer-Verlag Berlin.

35

MODULII-5

POWER SUPPLY

I. TUJUAN

1. Mengenal beberapa metode penyearah pada rangkaian dasar catu daya ( Power

Supply ).

2. Mengamati cara kerja rangkaian penyearah.

3. Mengamati cara pengaruh beberapa komponen elektronika pada sistem

penyearah.

4. Menghitung faktor ripple, faktor regulasi dan nilai kapasitansi filter kapasitor.

5. Mendapatkan tegangan output berupa sinyal negatif.

II. ALAT – ALAT YANG DIGUNAKAN

1. Kit praktikum Power Supply

2. oscilloscope

3. Multimeter

4. Kabel Penghubung

III. DASAR TEORI

Power Supply adalah suatu rangkaian elektronika dengan seperangkat penyearah (

rectifier ) berupa rangkaian dioda yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik

PLN ( AC ) serta mengubahnya menjadi tegangan DC dengan menggunakan

transformator daya.

Rangkaian penyearah dapat digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Rangkaian penyearah ( rectifier ) setengah gelombang

Tegangan DC pada beban dinyatakan dengan persamaan (1) :

πm

DCVV = ……………………………………………………………..... (1)

2. Rangkaian penyearah ( rectifier ) gelombang penuh

36

Penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu :

- Penyearah Bridge ( jembatan )

- Penyearah Center Tap

Tegangan DC pada beban dinyatakan dengan persamaan (2) :

πm

DCVV 2

= ……………………………………………………………... (2)

III. 1. Faktor Ripple

Keefektifan suatu penyearah ditentukan oleh faktor ripple yang sesuai dengan

persamaan (3) :

Faktor ripple = r =VoltageDC

rmspeaktopeakvoltageripple−

−−−−− )( =DC

ripple

VV

……. (3)

Dengan menggunakan persamaan (3) diatas, dapat disimpulkan bahwa

penyearah gelombang penuh memiliki ripple yang lebih kecil daripada penyearah

½ gelombang.

Vripple peak to peak

Vdc

tegangan

Waktu

III. 2. Faktor Regulasi

Faktor regulasi adalah besarnya yang menyatakan perubahan tegangan output

suatu power supply karena perubahan harga beban. Faktor regulasi dinyatakan

dalam persamaan (4) :

Faktor Regulasi = RF = [ ]

%100×−

fullload

fullloadnoload

VVV

………………………..… (4)

37

III. 3. Filter Kapasitor

Filter pada power supply berfungsi untuk memperkecil ripple tegangan

dengan memanfaatkan proses pengisian dan pengosongan ( Charge dan discharge

) muatan pada kapasitor. Harga kapasitansi kapasitor dietntukan dengan

persamaan :

Kapasitansi = C = ripple

DC

VI⋅4,2 =

rippleload

DC

VRV⋅⋅4,2 …………………………………... (5)


V.1. Penyearah ½ Gelombang

Gambar 1. Penyearah ½ Gelombang

1. Buat rangkaian seperti pada gambar diatas pada kit praktikum

2. Pasang tegangan sekunder transfoemator pada 15 volt peak to peak dan

beban pada 5 KΩ. Amati tegangan output pada beban dengan

38

menggunakan oscilloscope. Gambar dan catat besarnya kemudian hitung

besar tegangan DC - nya ( DCV ) !

3. Pasangkan kapasitor C paralel dengan beban. Amati tegangan output pada

beban 5 KΩ. Gambar bentuk gelombang dan catat besar tegangan ripple

peak to peak ( Vr peak to peak ) yang terjadi. Kemudian hitung besar

tegangan DC-nya ( DCV ). Lakukan untuk harga C yang berubah – ubah

sesuai dengan tabel 1.

4. Pasangkan kapasitor C 10 µF. Ubah – ubah nilai resistansi sesuai dengan

tabel 2. Amati tegangan output yang dihasilkan ! Gambar bentuk

gelombang serta catat besar tegangan ripple peak to peak ( Vr peak to

peak ) yang terjadi, kemudian hitung besar tegangan DC-nya ( DCV ) !

Tabel 1. Penyearah ½ gelombang dengan C yang berubah – ubah

No

Kapasitor C

( µF )

Gambar gelombang

output pada beban

Vr peak to peak

( Volt ) DCV

(Volt)

1 1,00

2 10,0

Tabel 2. Penyearah ½ gelombang dengan beban yang berubah – ubah

No

Resistor R

( Ω )

Gambar gelombang

output pada beban

Vr peak to peak

( Volt ) DCV

(Volt)

1 1,00

2 3,00

Pertanyaan V.1. :

1. Jelaskan pengaruh perubahan nilai kapasitansi dan nilai resistansi beban

pada percobaan V.1. diatas !

2. Gambarkan grafik perubahan nilai kapasitansi dan beban terhadap

perubahan nilai DCV !

39

V.2. Penyearah Gelombang Penuh

Beban

+15

0

a

b

Gambar 2. Penyearah Bridge

Gambar 3. Penyearah Center Tap

1. Buatlah rangkaian seperti gambar 2 pada kit praktikum !

2. Atur sedemikian rupa sehingga didapat resistansi beban sebesar 5,00

KΩ ! Amati tegangan output untuk beban ( Vab ) dengan menggunakan

oscilloscope ! Gambar bentuk gelombang yang terjadi, catat besarnya,

kemudian hitung tegangan DC – nya ( DCV ) !

3. Pasangkan kapasitor C paralel dengan beban 5,00 KΩ. Amati tegangan

output untuk beban ( Vcd ) dengan menggunakan oscilloscope ! Gambar

bentuk gelombang dan catat besar tegangan ripple peak to peak ( Vr peak

to peak ) yang dihasilkan ! Kemudian hitung besar tegangan DC-nya

( DCV ). Lakukan untuk harga C yang berubah – ubah sesuai dengan tabel 3

!

4. Pasangkan kapasitor C dengan kapasitansi 2,40 µF. Ubah – ubah nilai

resistansi sesuai dengan tabel 4. Amati tegangan output pada beban ( DCV )

! Gambar bentuk gelombang yang terjadi untuk setiap perubahan nilai

40

resistansi beban, serta catat besar tegangan ripple peak to peak yang

dihasilkan !

5. Atur beban pada posisi maksimum dan pasangkan kapasitor denga

kapasitansi 2,40 µF ! Ukur tegangan output pada beban ( Vfull load ) dengan

oscilloscope, catat hasilnya, kemudian gambar bentuk gelombangnya !

6. Lepaskan beban ! Ukur tegangan outputnya ( Vno load ) dengan oscilloscope

! Gambar bentuk gelombang serta hitung faktor regulasinya !

7. Pindahkan hubungan ground ke titik a ! balik polaritas kapasitor, pasang

beban dengan resistansi 5 KΩ. Ukur tegangan output ( Vba) terhadap

ground dengan menggunakan oscilloscope. Amati, kemudian gambar

bentuk gelombang yang dihasilakan ! Apa yang dapat anda simpulakan ?

8. Lakukan langkah 1 – 6 untuk penyearah Center Tap.

Tabel 3. Penyearah Gelombang Penuh dengan beban tetap

Beban

(KΩ)

Kapasitor C

(µF)

Bridge Center Tap

Vr peak to

peak (Volt) DCV

(Volt)

Vr peak to

peak (Volt) DCV

(Volt)

5,00 1,00

3,00

Tabel 4. Penyearah Gelombang Penuh dengan Kapasitansi tetap

Kapasitor C

(µF)

Beban

(KΩ)

Bridge Center Tap

Vr peak to

peak (Volt) DCV

(Volt)

Vr peak to

peak (Volt) DCV

(Volt)

2,40 1,00

3,00

Pertanyaan V.2. :

Gambar grafik perubahan nilai kapasitansi C dan beban terhadap

perubahan DCV !

41

V. PERTANYAAN DAN TUGAS AKHIR

1. Apa yang menyebabkan ripple tegangan ? Jelaskan !

2. Analisa rangkaian penyearah setengah gelombang. Terangkan sehingga didapat

bentuk output setengah siklus !

3. Analisalah rangkaian penyearah gelombang penuh metode bridge. Terangkan

urutan jalannya arus ! Gambar bentuk gelombangnya sehingga didapat

gelombang searah pada output !

4. a. Apakah fungsi dari regulator ?

b. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari regulator analog, regulator IC dan

regulator zener ?

5. Perhatikan rangkaian power supply dengan metode bridge :

a. Analisa rangkaian diatas menurut jalan arusnya !

b. Bila dioda adalah dioda silikon dan besar hambatan beban R1 = 2,4 KΩ.

Hitung besar tegangan output ( Vout ) yang dihasilkan !

c. Gambarkan bentuk gelombang Vab dan Vcd !

6. Rancanglah sebuah power supply yang menghasilkan tegangan output 15 Volt

serta mempunyai faktor ripple 10 % bila diberi beban dengan impedansi 20 KΩ

!

7. Kesimpulan apa yang didapat dari seluruh rangkaian percobaan diatas

42

DIODA

I. TUJUAN

1. Mempelajari karakteristik dioda beserta sifat – sifatnya

2. Mempelejari dioda dalam beberapa aplikasi


1. Kit praktikum Power Supply

2. oscilloscope

3. Multimeter

4. Generator Nada

5. Kabel Penghubung

III. DASAR TEORI

Dioda adalah komponen semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus dan

tegangan listrik pada satu arah saja. Jenis – jenis dioda ada beberapa macam yaitu :

LED, Dioda Zener, Dioda Varaktor, Step Recovery dan Dioda Stottcky.

Simbol dioda :

Bila terminal negatif sumber DC dihubungkan dengan tipe-n pada dioda dan

terminal positif sumber DC dihubungkan dengan tipe-p pada dioda, maka dioda

forward bias atau apabila dianggap sebagai saklar otomatis, maka saklar dalam

keadaan tertutup. Bila terminal negatif sumber DC dihubungkan dengan tipe-p pada

dioda dan terminal positif pada sumber DC dihubungkan dengan tipe-n pada dioda,

maka dioda reverse bias atau saklar dalam keadaan terbuka.

Secara ideal, dioda berlaku sebagai konduktor sempurna ( tegangan berharga nol )

jika dibias reverse.

Berikut adalah beberapa aplikasi dari dioda :

43

Clipper positif :

Clipper negatif :

Clipper kombinasi :

Clamper positif :

44

Clamper negatif :

Rangkaian detektor puncak ke puncak :


Pengukuran Karakteristik

1. Pelajari rangkaian dioda, dioda zener dan dioda varaktor dibawah ini,

kemudian rangkailah pada kit praktikum yang telah disediakan !

2. Aturlah tegangan dari 0, 2, 4, 6, dan 8 volt lalu hubungkan ke rangkaian.

3. Ukurlah tegangan pada dioda ( VD ), tegangan pada resistor ( VR ), dan ukur

arus yang mengalir pada rangkaian !

4. Lakukan langkah – langkah diatas untuk pengukuran karakteristik pada

rangkaian dioda, dioda dibalik, dioda zener dan dioda varaktor !

5. Tuliskan hasil pengamatan ada tabel dibawah ini :

Vin VD VR I

45

0

2

4

6

8

6. Buatlah grafik karakteristik ( I terhadap VD ) untuk tiap percobaan ! khusus

untuk percobaan karakteristik Dioda Zener buatlah karakteristik Vin terhadap

VD

Rangkaian pengukuran Dioda :

VR

VD

1N4002

Vin 470 Ohm

Rangkaian pengukuran Dioda Zener :

Vin

470 Ohm

VD

Rangkaian pengukuran Dioda Varaktor :

46

V. TUGAS AKHIR

1. Coba bandingkan apa yang terjadi pada posisi sebelum dibalik dan setelah dibalik

untuk tiap percobaan pada pengukuran karakteristik !

2. Apakah ada perbedaan antara karakteristik dioda dengan karakteristik dioda zener

? Jelaskan !

3. Dari hasil pengukuran dapat diketahui berapakah besarnya tegangan dioda zener

yang digunakan ?

4. Khusus untuk pengukuran karakteristik dioda adan dioda zener buatlah analisis

garis bebannya dan tentukan titik kerjadari dioda tersebut tersebut!

5. Apa perbedaan dasar antara clipper dengan clamper pada gelombang output yang

dihasilkannya ?

6. Buatlah output dari setiap aplikasi dioda diatas dengan menggunakan software

Electronic WorkBench ( EWB ) !

7. Coba bandingkan apakah clipper kombinasi merupakan penggabungan antara

clipper positif dan clipper negatif ? Jelaskan!

VI. DAFTAR PUSTAKA

SOEGIJARDJO S DAN WIDOWATI S : Praktek Elektronika 1 1978

DECY N : Diktat Dasar Elektronika 2007.

47

MODUL II-6

DASAR TRANSISTOR

I. TUJUAN

1. Mempelajari cara kerja Transistor Bipolar

2. Menentukan titik kerja Transistor

3. Membuat garis beban DC

II. ALAT-ALAT

1. Kit praktikum Dasar Tansistor

2. Power Supply

3. Multimeter

III. TEORI DASAR

Konstruksi

Dari susunan bahan semikonduktor yang digunakan, transistor dapat dibedakan

menjadi dua buah tipe yaitu transistor tipe PNP dan transistor tipe NPN.

Pada prinsipnya transistor sama dengan dua buah dioda yang disusun saling

bertolak belakang, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :

Struktur PNP Struktur NPN

48

Rangkaian Bias Transistor

Bias Basis

Gambar diatas merupakan rangkaian bias basis. Biasanya catu daya basis sama

dengan catu daya kolektor ; VBB = VCC. Cara pemberian prategangan pada transistor

merupakan cara yang paling buruk dalam operasi linier ini, karena titik Q akan

menjadi tidak stabil.

Sebuah sumber tegangan VBB membias dioda forward emitter melalui resistor yang

membatasi arus pada RB. Hukum tegangan Kirchoff menyatakan tegangan pada RB

adalah VBB-VBE.

Hukum Ohm memberikan arus bias :

B

BEBBB R

VVI −= … (1)

Dimana : VBE = 0,3 Volt untuk transistor germanium.

VBE = 0,7 Volt untuk transistor silicon.

Arus kolektor (IC) = β x IB

Penggunaan utama prategangan basis adalah dalam rangkaian-rangkaian digital

yang transistornya digunakan sebagai sakelar.

Bias Emitter

49

Untuk mengatasi perubahan β dc maka digunakan rangkaian “Prategangan Umpan

Balik Emitter”.

Rangkaiannya sebagai berikut :

RE berfungsi untuk mengimbangi perubahan β dc.

VCC = VRC+VRE … (3)

IC = EC

CECC

RRVV

+− … (4)

Pada saat saturasi maka VCE = 0, sehingga :

IC saturasi = EC

CC

RRV+

… (5)

Pada saat cut-off, maka VCE = maksimum ; IC = 0, sehingga :

VCE = VCC

Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider)

Rangkaian diatas adalah rangkaian pembagi tegangan, disebut juga prategangan

semesta (universal). Rangkaian ini banyak digunakan dalam rangkaian-rangkaian

50

linier. Disebut pembagi tegangan karena berasal dari pembagi tegangan pada R1 dan

R2. Tegangan yang melintasi R2 memberi tegangan maju pada dioda emitter.

Prategangan pembagi tegangan bekerja sebagai berikut, misalkan kita membuka

sambungan basis pada gambar diatas, dengan demikian kita akan melihat pembagi

tegangan tanpa beban yang mempunyai tegangan thevenin sebesar :

VccRR

RVTH12

2

+= … (6)

Dan hambatan thevenin sebesar :

21

2121

.//RR

RRRRRTH +== … (7)

Garis Beban

Persamaan garis beban untuk rangkaian prategangan pembagi tegangan adalah :

IC = EC

CECC

RRVV

+− … (8)

Untuk IC saturasi VCE = 0

IC saturasi = EC

CC

RRV+

… (9)

Untuk VCE cut-off adalah IC = 0

VCE cut-off = VCC …(10)

Rangkaian transistor sebagai switch adalah sebagai berikut :

51

Jika transistor dalam keadaan saturasi maka VCE = 0 artinya pada terminal C dan E

akan terhubung sehingga arus mengalir dan transistor menjadi ON. Jika transistor

dalam keadaan cut-off maka IC = 0, dan terminal C dan E akan terbuka sehingga

tidak ada arus yang mengalir melalui transistor dan transistor menjadi OFF.

Dari rangkaian diatas diketahui :

VCC = ICRC + VLED + VCE …(11)

VBB = IBRB + VBE …(12)

Pada saat transistor dalam keadaan saturasi VCE = 0

VCC = ICRC + VLED + 0 …(13)

IC = C

LEDCC

RVV − …(14)

Pada saat transistor dalam keadaan cut-off IC = 0

VCE = VCC – VLED … (15)


Prategangan Basis (Base Bias) :

1. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini :

2. Untuk setiap perubahan RB, RC, VCC, VBB ukur nilai dari VCE, VBE, IB, IC, IC

saturasi.

3. Catat hasil pengamatan kedalam tabel 1.

52

4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan, kemudian tentukan titik Q

(Queiscent).

Tabel 1 :

No VCE VBE IB (uA) IC (mA) IC sat = VCC/RC

1

VCC = 9 V

VBB = 5 V

RC = 330 Ω

RB = 820 Ω

2

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 510 Ω

RB = 2K2 Ω

3

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 820 Ω

RB = 3K3 Ω

4

VCC = 15 V

VBB = 7 V

RC = 2K2 Ω

RB = 4K7 Ω

5

VCC = 15 V

VBB = 0 V

RC = 4K7 Ω

RB = 12K Ω

Prategangan Umpan Balik Emitter :

53


2. Untuk setiap perubahan VBB, VCC, RC, RB, RE, sesuai tabel 2, ukur VCE, VBE, IB,

IC, IC saturasi.


4. Gambar garis beban dc dan titik Q untuk setiap pengamatan.

Tabel 2 :


1

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 330 Ω

RE = 220 Ω

RB = 2K2 Ω

2

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 510 Ω

RE = 330 Ω

RB = 3K3 Ω

3

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 820 Ω

RE = 330 Ω

RB = 4K7 Ω

54

4

VCC = 15 V

VBB = 6 V

RC = 1K Ω

RE = 510 Ω

RB = 4K7 Ω

5

VCC = 15 V

VBB = 0 V

RC = 820 Ω

RE = 330 Ω

RB = 12 KΩ

Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider) :


2. Untuk setiap perubahan VCC, R1, R2, RC, RE ukur harga : VTH, VCE, VBE, IB, IC,

IC saturasi.


4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan kemudian tentukan titik Q.

Tabel 3 :

No VCE VBE IE (mA) IC (mA) IC sat = VCC/RC

1

VCC = 15 V

R1 = 2K2 Ω

R2 = 510 Ω

RC = 330 Ω

55

RE = 220 Ω

2

VCC = 10 V

R1 = 2K2 Ω

R2 = 510Ω

RC = 820 Ω

RE = 220 Ω

3

VCC = 15 V

R1 = 1M Ω

R2 = 2K2Ω

RC = 3K3 Ω

RE = 220 Ω

4

VCC = 7 V

R1 = 1K Ω

R2 = 220 Ω

RC = 510 Ω

RE = 330 Ω

5

VCC = 0 V

R1 = 2K2 Ω

R2 = 510 Ω

RC = 820 Ω

RE = 220 Ω

Switch Transistor :


56

2. Untuk setiap perubahan VBB, VCC, RB, RC sesuai tabel ukur : VBE, VLED, VCE, IB,

IC, IC saturasi.


4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan.

Tabel 4 :


1

VCC = 10 V

VBB = 5 V

RC = 820 Ω

RE = 3K3 Ω

2

VCC = 15 V

VBB = 0 V

RC = 820 Ω

RE = 3K3 Ω

3

VCC = 6 V

VBB = 3 V

RC = 4K7 Ω

RE = 0 Ω

4

VCC = 10 V

VBB = 15 V

RC = 4K7 Ω

RE = 2K2 Ω

5

VCC = 9 V

VBB = 0 V

RC = 2K2 Ω

RE = 220 KΩ

57

V. TUGAS AKHIR

1. Gambarkan garis beban dc dan tentukan titik kerja Q menurut perhitungan

untuk setiap percobaan, kemudian bandingkan dengan hasil pengamatan.

2. Terangkan cara kerja rangkaian transistor menurut gambar 1, 2, 3, 4.

3. Mengapa pada Bias Basis titik Q-nya tidak stabil? dan bagaimana cara

mengatasinya.

4. Sebutkan keuntungan dan kerugian serta kegunaan dari rangkaian Bias Basis,

Bias Emitter, dan Prategangan Pembagi Tegangan.

5. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari percobaan.

VI. DAFTAR PUSTAKA

- Diktat Kuliah ‘ Dasar Elektronika ‘.

- Diktat Kuliah ‘ Elektronika Analog ‘.

- Boylestad, Robert, ‘ Electronic Devices and Circuit Theory ‘, Prentice Hall.

58

MODUL II-7

FILTER PASIF

VII. TUJUAN

1. Mempelajari karakteristik respon frekuensi dari berbagai macam filter (LPF,

HPF, BPF, BRF).

2. Membandingkan respon frekuensi yang diperoleh dari perhitungan dengan

pengukuran.

VIII. ALAT-ALAT

1. Komponen pasif (resistor, induktor, kapasitor).

2. Oscilloscope.

3. Function Generator.

4. Jumper dan Probe.

5. Project Board.

IX. TEORI DASAR.

Rangkaian Filter adalah rangkaian elektronika yang dapat melewatkan suatu sinyal

dengan frekuensi tertentu dan akan menahan sinyal dengan frekuensi lainnya.

Berdasarkan komponen yang digunakannya, rangkaian filter dapat dikelompokan

menjadi dua jenis, yaitu filter aktif dan filter pasif. Filter aktif disusun dari

komponen aktif dan komponen pasif serta memiliki penguatan pada terminal

outputnya. Sedangkan filter pasif hanya terdiri dari komponen pasif saja sehingga

tidak dapat dijadikan rangkaian penguat.

Respon frekuensi adalah suatu tanggapan filter terhadap fungsi frekuensi.

Berdasarkan spektrum frekuensinya, filter dapat dikelompokan menjadi empat

kategori, yaitu :

- Low Pass Filter (LPF).

- High Pass Filter (HPF).

- Band Pass Filter (BPF).

59

- Band Reject Filter (BRF).

Berikut ini adalah beberapa macam rangkaian sederhana yang dapat dijadikan filter

pasif :

FILTER RC

Rangkaian yang tersusun atas komponen R dan C dapat digunakn sebagai filter

HPF, LPF, dan BPF. Pada penggunaannya sebagai filter HPF dan LPF, rangkaian

ini memiliki suatu nilai batas frekuensi sebesar :

)(2

1 HzRC

fco π= … (1)

Nilai ini dipengharuhi oleh besar resistor dan kapasitor yang digunakan.

a. Filter RC (LPF).

Filter RC yang digunakan sebagai Low Pass Filter memiliki respon frekuensi

sebesar :

11

)( +=

RCjH j ωω … (2)

60

b. Filter RC (HPF).

Filter RC yang digunakan sebagai High Pass Filter memiliki respon frekuensi

sebesar :

1)( +=

RCjRCjH j ω

ωω … (3)

FILTER RL

Rangkaian yang tersusun atas komponen R dan L dapat digunakan sebagai filter

HPF, LPF dan BPF. Pada penggunaannya sebagai filter HPF dan LPF, rangkaian ini

memiliki suatu nilai batas frekuensi sebesar :

)(2

HzL

Rfco π= … (4)

Nilai ini dipengaruhi oleh besar resistor dan inductor yang digunakan.

a. Filter RL (LPF).

61

Filter RL yang digunakan sebagai Low Pass Filter memiliki respon frekuensi

sebesar :

RLjRH j +

=ωω )( …(5)

b. Filter RL (HPF).

Filter RL yang digunakan sebagai High Pass Filter memiliki respon frekuensi

sebesar :

RLjLjH j +

=ωω

)( …(6)

FILTER RLC (BPF)

Filter RLC seri dibwah akan menghasilkan suatu respon frekuensi, yaitu :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

CLjR

H j

ωω

ω 11

)( … (7)

Sedangkan untuk rangkaian RLC parallel, memiliki respon frekuensi sebesar:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

LCj

R

H j

ωω

ω 111

)( … (8)

62

Khusus untuk rangkaian RLC seri dan RLC parallel, frekuensi resonansinya adalah

:

)(2

1 HzLC

fco η= … (9)

Pada kondisi ini dapat diperoleh nilai bandwidth dan factor kualitas untuk rangkaian

seri (s) serta factor kualitas untuk rangkaian parallel (p), sebesar :

)(12 HzffBW coco −= … (10)

LRL

Qs0

0 1ω

ω== … (11)

LRRCQp0

0 ωω == … (12)

Hubungan antara lebar pita dengan factor kualitas rangkaian adalah :

BWQ 0ω= … (13)

Rangkaian RLC seri dan parallel yang menghasilkan respon BPF ini memiliki du

buah frekuensi cut-off, yaitu :

2

00

1 211

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

QQco ωω

ω [rad/s] … (14)

2

00

2 211

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

QQco ωω

ω [rad/s] ... (15)

63

a. Rangkaian Filter RLC seri :

b. Rangkaian Filter RLC parallel :

X. PROSEDUR PERCOBAAN.

Catatan :

- Kutub negtif harus di-ground dengan baik.

- Jumper dan probe harus terhubung dengan baik agar tidak menghasilkan noise

pada pengukuran.

- Pastikan oscilloscope sudah dalam keadaan terkalibrasi.

- Tabel. 1

F (KHz) Vopp (Volt)

64

Filter RC (LPF)

1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen

yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.

2. Atur tegangan Input Function Generator sebesar 6 Vpp dengan menggunakan

Oscilloscope.

3. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.

4. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.

5. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang , hitung besar tegangan

output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap perubahan frekuensi.

Filter RC (HPF)



2. Atur tegangan Input Function Generator sebesar 6 Vpp dengan menggunakan

Oscilloscope.



5. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang ditentukan asisten,

hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap

perubahan frekuensi.

65

Filter RL (LPF)








Filter RL (HPF)








66

Filter RLC (BPF)





4. Atur frekuensi Function Generator pada frekeunsi yang ditentukan asisten,



Filter RLC (BRF)








67

XI. TUGAS AKHIR

1. Gambarkan grafik Vo terhadap fungsi frekuensi pada kertas grafik!.

Dari gambar tersebut, jelaskan fungsi rangkaiannya!.

2. Berapa frekuensi cut-off untuk masing-masing percobaan ?

Bandingkan dari hasil pengukuran dan perhitungan !.

3. Berapa Bandwidth untuk percobaan filter BPF dan BRF?

Bandingkan dari hasil pengukuran dan perhitungan !.

68

MODUL II – 8

DIFERENSIATOR – INTEGRATOR

I. TUJUAN

• Mempelajari sifat-sifat rangkaian Integrator dan Diferensiator.

• Mempelajari kegunaan Integrator dan Diferensiator sebagai filter.


• Kit Praktikum Integrator dan Diferensiator.

• Oscilloscope.

• Audio Generator.

• Jumper.

III. TEORI

RANGKAIAN DIFERENSIATOR

a. RC Diferensiator

C

+ +

Vi R Vo

- -

Menurut Hukum Kirchoff

iRidtC

Vi .1+= ∫

1. Untuk ∫ ⟩⟩= iRidtC

Vi .1 , maka ∫=≈ idtC

ViVi 1 atau dt

dViCI ≈ sehingga didapatkan

hubungan antara input dan output sebagai berikut : dt

dViCRiRVo .. == …………(1)

69

2. Untuk gelombang sinusoida

Bila ∫ ⟩⟩= iRdtiC

Vi ..1 dalam bentuk phasornya iRICj

..1⟩⟩

ω akan menghasilkan :

RC⟩⟩

ω1 atau 1⟨⟨RCω . Dari uraian di atas dapat di simpulkan bahwa jika dipengaruhi

syarat, maka rangakaian tersebut berfungsi sebagai Diferensiator.

3. Transfer Function

ωω

ωω01

111

11

jRCjRCJ

R

RViVo

−=

+=

+= dimana

RC1

0 =ω atau RC

foπ21

= untuk

0ωω⟩⟩ atau RC1

⟩⟩ω , maka 1≈iVoV sehingga rangkaian diatas merupakan High Pass

Filter (HPF).

b. RC Diferensiator

+ +

Vi L Vo

- -

Hubungan antara input dan output adalah sebagai berikut :

dtdVi

RLVo = …………………………………………………. (2)

RANGKAIAN INTEGRATOR

a. RC Integrator

70

+ R +

Vi C Vo

- -

Dengan cara yang sama seperti pada Diferensiator, diperoleh hubungan antara

input dan output sebagai berikut :

∫= VidtRC

Vo 1 ………………………………………………………. (3)

b. RL Integrator

L

+ +

R

Vi Vo

Hubungan output dan inputnya :

∫= VidtLRVo ………………………………………………………(4)

PROSEDUR PERCOBAAN

a. RC Integrator sebagai filter

+ R +

Vi C Vo

- -

71

• Pelajari gambar rangkaian diatas.

• Atur tegangan output Audio Generator sebesar 4 Vpp berbentuk sinusoida, setelah itu

hubungkan dengan input rangkaian.

• Hubungkan output rangkaian dengan oscilloscope

• Atur frekuensi generator sesuai tabel di bawah ini. Tegangan input harus tetap setiap


• Lakukan prosedur di atas untuk harga – harga R dan C seperti data Tabel 1

Frekuensi

Input

(KHz)

Tegangan Output (Volt)

R = 100 Ω R = 2K2 Ω

C = 22pF C = 10nF C=100nF C = 22pF C = 10nF C=100nF

0,3

0,6

2

4

10

100

b. RC Diferensiator sebagai filter

+ C +

Vi R Vo

- -

• Pelajari gambar rangkaian diatas.

• Atur tegangan output Audio Generator sebesar 4 Vpp berbentuk sinusoida, setelah itu

hubungkan dengan input rangkaian.

• Hubungkan output rangkaian dengan oscilloscope

72

• Atur frekuensi generator sesuai tabel II.

Frekuensi

Input

(KHz)

Tegangan Output (Volt)

R = 680 Ω R = 2K2 Ω

C = 22pF C = 10nF C = 22pF C = 10nF

0,3

0,6

2

4

10

100

IV. PERTANYAAN

1. Secara teori gambarkan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh

rangkaian integrator dan diferensiator bila inputnya adalah gelombang pulsa !

2. Gambarkan bentuk gelombang yang dihasilkan rangkaian integrator &

diferensiator sesuai dengan hasil percobaan saudara !

3. Bandingkan gambar pada no 1 dan no 2, apakah sesuai dengan yang

diharapkan ?

V. PUSTAKA

Hayt, William. Engineering Circuit Analysis. 3rd Edition

Alat Ukur Kumparan Putar

Documents

Transcript of Alat Ukur Kumparan Putar