Frekwensi Meter Untuk Frekwensi Tinggi

Frekwensi Meter untuk Frekwensi Tinggi

PENGUKURAN LISTRIK

Oleh :

PUTU RUSDI ARIAWANNIM. 0804405050

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

JIMBARAN – BALI2010

PUTU RUSDI ARIAWAN i

KATA PENGANTAR

Puja dan puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas

segala rahmat dan karunia yang telah dilimpahkan kepada penulis sehingga penulis dapat

menyelesaikan penulisan paper yang berjudul ” Frekwensi Meter untuk Frekwensi

Tinggi”. Sebagai persyaratan akademis mata kuliah Pengukuran Listrik pada semester 4.

Penulis berharap laporan ini akan dapat menambah dan memperkaya referensi

yang membahas mengenai alat ukur listrik, khususnya alat ukur untuk frekwensi.

Penulis menyadari sepenuhnya laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih

terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu koreksi dan saran membangun dari dosen

dan para pembaca sangat penulis harapkan. Walaupun demikian penulis juga berharap

semoga laporan ini bisa bermanfaat untuk masyarakat umum dan para pengguna lainnya.

Terima kasih.

Denpasar, Mei 2010

Penulis

PUTU RUSDI ARIAWAN ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR………………………………………………........……..................i

DAFTAR ISI………………………………………………………………...........…..…. ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang…………………………………….......………….…...…….…….......1

BAB II TEORI DASAR

2.1 Kasifikasi Frekwensi..........................……..………...………..…....……..……...........2

2.2 Mode dari Gelombang Elektromagnetik dari Satu Wave Guid.....................................3

BAB III PEMBAHASAN

3.1 Type Alat Ukur Frekwensi.............................................................................................4

3.2 Jenis Frekwensi Meter ..................................................................................................8

Daftar Pustaka .................................................................................................................14

PUTU RUSDI ARIAWAN 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebanyakan alat-alat ukur yang digunakan pada prinsipnya sama dengan alat-alat

ukur yang kompensional. Akan tetapi alat ukur ini banyak mengalami perbaikan-

perbaikan terutama tentang ketelitian dan penggunaannya yang disesuaikan dengan

materi yang akan di ukur. Ada berbagai macam alat-alat ukur listrik yang digunakan.

Salah satu diantaranya adalah alat ukur untuk frekwensi .

Pada ferekwensi tinggi, elemen-elemen rangkaian sangat dipengaruhi induktansi-

induktansi sisa (residual inductance), kapasitansi-kapasitansi yang tidak dikehendaki

(Stray capacitance) ataupun skin effect dengan bertambahnya frekwensi; berubah dengan

berubahnya frekwensi. Oleh sebab itu elemen-elemen rangkaian yang dipakai pada

frekwensi rendah umumnya tidak dapat langsung dipakai pada frekwensi tinggi tanpa ada

perubahan pada alat, misalkan ukuran elemen dikecilkan atau memasukkan pengertian

(konsep) konstanta-konstanta rangkaian terbagi (distributed circuit constants). Oleh

sebab ini, maka pada frekwensi tinggi diperlukan rangkaian yang khusus, peralatan dan

cara yang pengukuran yang khusus pula. Hal lain yang harus diperhatikan, walaupun

dapat digunakan dalam pengukuran secara umum ialah sebagai berikut. Suatu peredam

harus diletakkan antara sumber energi suatu oscillator dan rangkaian pengukuran

sehingga timbulnya perbedaan impedansi yang tiba-tiba, jika ada diantaranya, tidak

akan mempengaruhi sumber energi sehingga dapat menyebabkan kerusakan padanya atau

ataupun kerja yang tidak stabil. Maka dari itu ”matching” antara impedansi output dar

sumber energi dengan impedansi input dari rangkaian pengukuran merupakan suatu hal

yang diperlukan pada rangkaian-rangkaian frekwensi tinggi (impedance matching). Jika

menentukan kapasitas output dari sumber energi seperti dapat diduga terlebih dahulu,

dengan adanya penyisipan peredam tegangan ataupun arus yang dipakai untuk

pengukuran akan berkurang sesuai dengan besarnya peredaman dari rangkaian perdaman

tersebut.


BAB II

TEORI DASAR

2.1 Klasifikasi Frekwensi

Karena pengukuran-pengukuran listrik meliputi daerah frekwensi yang lebar dari

gelombang elektromagnetis, maka ini membutuhkan suatu pengetahuan mengenai

frekwensi dan klasifikasi dari panjang gelombang dari gelombang-gelombang yang

dipakai.

Klasifikasi-klasifikasi ketentuan-ketentuan gelombang elektromagnetis.

Klasifikasi frekwensi yang umum dipakai adalah frekwensi rendah atau frekwensi tinggi,

tapi hal ini sangat kurang jelas. Dalam hal ini yang diartikan frekwensi rendah ialah

daerah frekwensi yang tidak melampaui frekwensi audio. Sedangkan frekwensi tinggi

adalah daerah frekwensi di atas frekwensi audio. Dalam beberapa hal, gelombang

elektromagnetis yang termasuk ke dalam daerah UHF atau SHF dinyatakan sebagai

microwave. Dan dalam daerah EHF sebagai gelombang millimeter atau sub-millimeter.

Untuk satuan dari frekwensi dipakai c/s, akan tetapi akhir-akhir ini secara internasional

satuan yang dipakai adalah Hertz (Hz).Satuan-satuan frekwensi yang dipakai adalah

sebagai berikut :

1 GHz (giga Hertz) = 109 Hz.

1 MHz (mega Hertz) = 106 Hz.

1kHz (kilo Hertz) = 103 Hz.

Tabel 2.1 klasifikasi dan penggolongan dari daerah-daerah frekwensi dan daerah-daerah

panjang gelombang

Daerah frekwensi ( tak termasuk batas

bawah dan termasuk batas atas)

Klasifikasi metrik Singkatan

Sampai 30 KHz

30 kHz ~ 300 khz

300 kHz ~ 3000 khz

3 MHz ~ 30 Mhz

30 MHz ~ 300 Mhz

300 MHz ~ 3000 Mhz

3 GHz ~ 30 GHz

30 GHz ~ 300 Ghz

300 GHz ~ 3000 Ghz

Gelombang kilometer

Gelombang Hektometer

Gelombang Dekameter

Gelombang meter

Gelombang Desimeter

Gelombang Sentimeter

Gelombang Miliimeter

VLF

LF

MF

HF

VHF

UHF

SHF

EHF


2.2 Mode dari Gelombang Elektromagnetik dari Satu Wave Guide

Frekwensi cut-off dapat ditentukan dengan membagi kecepatan cahaya

dengan c, panjang yang sesuai perubahan satu cycle mode gelombang elektromagnit

dalam arah sumbu tabung dan disebut panjang wave guide, c dan harganya :

o = 2

1

c

Diman adalah panjang gelombang dari gelombang elektromagnetit di ruang

bebas. Dan c adalah panjang gelomba cut-off yang didapatkan dari rumus dibawah ini.

c = 2

2

2

n

b

am

a

Dimana a dan b adalah ukuran dari wave guide, m adalah banyaknya medan listrik atau

medan magnit yang berubah tiap setengah cyclepada sisi a dan n banyaknya perubahan

pada sisi b, m dan n adalah sifat dari berbagai mode gelombang elektromagnetik.


BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Type Alat Ukur Frekwensi

Untuk pengukuran-pengukuran frekwensi dapat menggunakan alat ukur frekwensi

meter. Dan pengukurannya harus disesuaikan dengan type-type dari alat ukur tersebut.

Type-type dari alat ukur frekwensi ada 3 yaitu :

1. Alat ukur frekwensi dari type lidah-lidah bergetar

2. Alat ukur frekwensi dari type alat ukur rasio

3. Alat ukur jfrekwensi dari type kondensator

Alat Ukur Frekwensi Type Lidah-lidah Bergetar

Bila sejumlah kepingan baja yang tipis membentuklidah-lidah bergetar, dan

masing-masing mempunyai perbedaan-perbedaan frekwensi getarnya yang relatif tidak

jauh satu sama lainnya dibariskan dan kepadanya diberikan medan magnit arus bolak-

balik, maka salah satu dari lidah-lidah getar akan beresonansi dan memberikan defleksi

yang besar bila frekwensi getarnya, adalah sama dengan frekwensi medan magnet bolak

balik tersebut. Dalam perencanaan daripada susunan lidah-lidah getar tersebut, pada

umumnya telah ditetapkan bahwa amplitudo dari defleksinya akan menurun sampai kira-

kira 60%, bila jarak perbedaan dari frekwensinya adalah 0,25 Hz dari frekwensi

resonansinya. Jadi lidah getar yang beresonansi akan mudah dapat dilihat. Hal ini

diperlihatkan pada gambar 3.1. Alat ukur yang demikian ini, disebut alat ukur frekwensi

dari type lidah-lidah bergetar.

Gambar 3.1 Kerja frekwensi meter jenis batang getar


Gambar 3.2 Prinsip suatu frekwensi meter batang getar

Gaya yang bekerja pada lidah getar berbanding lurus dengan kwadrat dari fluksi

magnit yang tetap yang disebabkan oleh magnit permanen dan fluksi arus bolak balik

m sin t, disuperposisikan kepadanya yang diperlihatkan dalam gambar 3.2. Dengan

demikian

( + m sin t )2 = 2 + ½ m + 2 m sin t - ½ m cos t

dan lidah getar akan bergetar dengan unsur-unsur ketiga dan keempat dari bagian kanan

persamaan tersebut. Dari persamaan tersebut terlihat bila < m unsur yang ketiga

akan lebih besar pengaruhnya, dan salah satu dari lidah getar yang mempunyai frekwensi

getarnya sama dengan frekwensi yang akan diukur, bergetar lebih intensip daripada lidah

getar lainnya.

Alat ukur frekwensi dari type ini mempunyai keuntungan bahwa ia tidak

dipengaruhi oleh tegangan atau bentuk gelombang, akan tetapi penunjukannya, adalah

secara bertangga dalam 0,5 atau 1 Hz. Satu kerugian yang lain, bahwa penunjukkan tidak

akan secara cepat dapat mengikuti perubahan-perubahan frekwensi. Oleh karena sebab-

sebab ini maka alat pengukur frekwensi hanya dapat dipergunakan untuk frekwensi-

frekwensi komersiil.


Alat Ukur frekwensi Type Alat Ukur Rasio

(a)

(b)

Gambar 3.3 Prinsip suatu frekwensi meter jenis batang getar

Alat ukur frekwensi dengan skala peninjuk, sering dibuat sebagai alat ukur rasio

dan contoh yang biasa ditemukan, diperlihatkan dalam gambar 3.3. Pada gambar tersebut

di bawah (a), arus-arus yang mengalir melalui kumparan-kumparan putar M1 dan M2

adalah I1 dan I2. Konstanta-konstanta sirkit dipilih sedemikian rupa sehingga

menyebabkan arus-arus tersebut mempunyai resonansi pada masing-masing 42 Hz dan 58

Hz seperti diperlihatkan dalam (b). Dengan demikian maka rasio dari I1 dan I2 akan

berubah secara monoton dengan frekwensi-frekwensi yang berubah diatas atau dibawah

50 Hz. Karenanya maka alat penunjuk akan bergeser sesuai dengan rasio tersebut, dan


frekwensi yang akan diukur dapat diketahui pada skala penunjukannya, bila alat ukur

tersebut dikaliberasikan terhadap frekwensi.

Alat Ukur Frekwensi dari Type Kondensator

Alat alat unur frekwensi dari type lidah getar atau dari type alat ukur rasio

terbatas, dalam daerah pengukurannya. Agar daerah pengukurannya menjadi lebih lebar,

maka sumberdaya dipergunakan untuk menggerakkan suatu relai sebagai diperlihatkan

pada gambar 3.4. Bila kontak-kontak dari relai tersebut dibuka atau di tutup pada

frekwensi f , maka muatan CV mengalir melalui alat pengukur ampere pada setiap

periode, dan dengan demikian maka arus I yang mengalir melalui alat pengukur ampere

diberikan oleh

I = f CV

Karena terdapat suatu hubungan yang linier antara I dan f , maka alat pengukur

ampere tersebut dapat dikaliberasikan.

Ganbar 3.4 Prinsip suatu frekwensi meter jenis pengisian-

pengosongan kapasitor


3.2 Jenis Frekwensi Meter

Frekwensi rendah ataupun frekwensi tinggi dapat di ukur oleh alat ukur yang

disebut frekwensi meter. Dan untuk mengukur frekwensi tinggi, dipakai beberapa jenis

frekwensi meter diantaranya :

1. Frekwensi meter jenis absorbsi

2. Frekwensi meter jenis heterodyne

3. Frekwensi meter jenis counter

4. Metode kawat lecher

5. Frekwensi meter jenis koaksial

6. Frekwensi meter jenis wave guide.

Berikut adalah penjelasan dari frekwensi meter diatas:

3.2.1 Frekwensi Meter Jenis Absorbsi

Gambar 3.5 menunjukkan frekwensi meter jenis ini. Suatu kondensator standart

variabel Cs dan induktansi standard Ls membentuk suatu rangkaian resonansi

yang dapat dibuat beresonansi pada frekwensi yang di ukur fx dengan mengatur Cs.

fx = CsLs2

1

Jika frekwensi meter ini ditempatkan didalam medan yang diradiasikan oleh

rangkaian yang diukur,maka induktansi akan mengabsorbsi daya dan keadaan resonansi

diperlihatkan oleh defleksi maksimum dari mikroamperemeter dengan mengatur Cs.

Induktansi Ls dapat diubah harganya sesuai dengan daerah pengukurannya dan untuk

setiap harga, hubungan antara Cs dan fx ditunjukkan oleh kurva kalibrasi.

Frekwensi meter jenis absorbsi mempunyai kesalahan pengukuran sampai beberapa %

dan biasanya mudah dipakai sebagai alat pengukur frekwensi. Rangkaian resonansi yang

dipergunakan adalah suatu rangkaian LC biasa bila frekwensi yang diukur dibawah 300

MHz, tapi jika yang diukur frekwensi yang lebih tinggi maka diperlukan rangkaian-

rankaian resonansi yang khusus.


Gambar 3.5 Frekwensi meter jenis penyerapan

3.2.2 Frekwensi Meter Jenis Heterodyne

Pada frekwensi meter ini, frekwensi yang diukur dibuat heterodyne dengan

output suatu ossilator frekwensi variabel yang dapat dikalibrasi dengan suatu ossilator

kristal, dan hasil irama (resulting beat) dibuat nol dengan mengatur frekwensi dari

ossilator frekwensi variabel untuk mendapatkan frekwensi yang diukur dari skala

ossilator. Ketelitian dari frekwensi meter jenis heterodyne lebih baik dari pada frekwensi

meter jenis absorpsi. Pada frekwensi meter ini harus diketahui pada frekwensi harmonis

keberapa frekwensi yang diukur dibuat nol iramanya (zero beat). Untuk hal ini dapat

dipakai frekwensi meter jenis absorpsi untuk mengetahui secara kira-kira besarnya

frekwensi tersebut.

3.2.3 Frekwensi Counter

Frekwensi ini menunjukan ketelitian 10-7 sampai 10-8 pada frekwensi-frekwensi

sampai daerah microwave, dan mudah pemakaiannya karena frekwensi dapat langsung

dibaca dalam angka-angka numerik. Tetapi meter ini tidak dapat dipakai untuk

pengukuran signal kecil.


3.2.4 Metoda Kawat Lecher

Metoda ini mempergunakan dua penghantar paralel yang dihubungkan pada

rangkaian output dari suatu ossilator gelombang ultra pendek seperti terlihat pada gambar

3.6 Distribusi tegangan pada penghantar-penghantar paralel diperlihatkan pada gambar

(b). Misalkan frekwensi yang diukur fx , maka panjang gelombang adalah:

=fx

1083

Dimana 3 x 108 m/s adalah kecepatan gelombang elektromagnit dalam udara.

Jadi dengan mendapatkan panjang gelombang dari distribusi tegangan pada

penghantar-penghantar paralel, frekwensinya dapat ditentukan.

(a)


(b)

Gambar 3.6 Metode kawat laser

3.2.5 Frekwensi Meter Jenis Koaksial

Untuk mengukur frekwensi dalam daerah UHF dan di atasnya, dipakai frekwensi

meter jenis koaksial.

Prinsip pengukurannya sama dengan dalam metoda kawat Lecher dan karena

digunakan gejala resonansi, maka panjang dari frekwensi meter harus minimum ½ dari

panjang gelombang, yang sesuai dengan frekwensi terendah yang diukur. Oleh karena itu

frekwensi meter untuk frekwensi relatif rendah menjadi terlalu panjang sehingga tidak

praktis. Untuk mengatasi hal ini, dibuat suatu frekwensi meter jenis re-entrant sehingga

panjang efektif berkurang dengan membuat suatu bagian kapasitip pada penghantar

tengah. Tetapi dengan adanya suatu bagian kapasitip yang besar, Q adalah rendah

sehingga selektivitas frekwensi adalah jelek.

Jenis koaksial kurang baik karena harga Q biasanya rendah karena adanya

penghantar tengah.

Gambar 3.7 menunjukkan bentuk dari frekwensi meter jenis koaksial dan jenis

”re-entrant”.


3.7 Frekwensi jenis koaksial

Gambar 3.8 Jenis ”Re-entrant”


3.2.6 Frekwensi Meter Jenis Wave Guide

Yang dikehendaki adalah suatu frekwensi meter yang mempunyai selektivitas

frekwensi yang baik. Resonator jenis wave guide silinder dengan mode TE01 mempunyai

harga Q yang tinggi dan dipakai sebagai suatu frekwensi meter. Pada frekwensi meter ini,

letak penghubung diatur sedemikian sehingga memberikan defleksi yang maksimum dari

meter pemantul dengan mengatur suatu micrometer.

Frekwensi dapat ditentukan dari suatu kurva kalibrasi dari pembacaan

perpindahan jarak micrometer. Harga Q yang tinggi dari resonator jenis ini disebabkan

karena medan listrik di dalam menjadi nol pada daerah sekitar dinding bagian dalam dari

silinder. Dapat dibuat suatu celah udara diantara plat penghubung pendek yang dapat

bergerak dan dinding bagian dalam dari silinder untuk menghindari ketidak-stabilan

harga Q disebabkan oleh kontak maupun bertambahnya rugi-rugi. Gambar 3.8

menunjukan bentuk dari suatu frekwensi meter jenis wave guide silinder yang

menggunakan modeTE01.

Gambar 3.8 Frekwensi meter jenis rongga


DAFTAR PUSTAKA

Sapiie Prof. Dr. Soedjana, Nishino Dr. Osamu, 1974. Pengukuran Dan Alat-alat Ukur Listrik, Bandung: PT Pertja.


BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi

Frekwensi Meter Untuk Frekwensi Tinggi

Documents

Transcript of Frekwensi Meter Untuk Frekwensi Tinggi