instrumentasi 1 (Bachtera Indarto)
165
HIBAI.I PBNGAJAITAN' PROGRAM DT"'E.LIKtr JURI-ISAN FISIKA FMIPA.ITS Tahun Anggaran 2003/2004 Mata Kuliah : INS'TRUMET\TASI I Nomor KotlclSKS : FS 156512 Penanggung Jawatl Program Ilnchtcra Indarto .IURUSAN FISIKA IIAKULTAS MATDMATIKA DAN ILMU PENGBTAII[IAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SBPUI,UII NOPEM BER SURABAYA 2003
description
instrumentasi 1
Transcript of instrumentasi 1 (Bachtera Indarto)
HIBAI.I PBNGAJAITAN'PROGRAM DT"'E.LIKtr
JURI-ISAN FISIKA FMIPA.ITSTahun Anggaran 2003/2004
Mata Kuliah :
INS'TRUMET\TASI INomor KotlclSKS : FS 156512
Penanggung Jawatl ProgramIlnchtcra Indarto
.IURUSAN FISIKAIIAKULTAS MATDMATIKA DAN ILMU PENGBTAII[IAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SBPUI,UII NOPEM BERSURABAYA
2003
{ ' : -;:4qi'i Sf: qr'i' '. :'r-r":i:- a'
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN .
LAPORAN PEMBUATAN MODUL AJAR
\
l. Mata Kuliaha. Namab, Kodcc. Jumlah SKS
2. Ketua Penulisa. Nama Lengkapb. Jenis Kelarninc. Pangkat, Col'dan NIP
d. Jahatan Fungsionale. Jurusan/Fakultas
3. Anggota Tim Penulis'a. Pt rulis Ib. Pe;ulis I
4. Lama Penulisan
5. Binya Pcnulisrn
: Instrumentasi I: F'S. 1565.2
: Drs. Bahtcra'lndarto:Laki-laki , '
: Penata Muda Tk I / III B/l31 933 303
: Asisten Ahli; Fisika - II-MIPA
:
: 6.(enam) tiulan
: Rp. 10.0ffi.000,00 (Scpuluh Juta Rupiah)
Surahaya, 3 Desembar 2003
Direktur Eksekutif
(lr SIU QUNANI PBArlWl. Mr )NIP : 131 879 377
4t',
.rsffi.$lP:Frsr*l /,
NIP : 131 933 303
PERSETI.JJUAN EVALUAST LAPOII.AN PBM BUA'IAN MODUL
DUB-Like IIA'I'CII I
-/
Narna Lengkap : Drs Bachtera Indarto
Nama Anggota :
Fakultas / Jurusan : MIPA - FISIKA
YIENTASI I.Iudul Modul Ajar : INSTRUMENTASI
. Telah mengadakan perbaikan Laporan Modul Ajar dengan judultersebut diatas sesuai
dengan sararr saran yang telah cliberikan pada seminar hasil hibah pengajaran pada
tan[gal l7 NoSiember 2003
i
NO NAMA EVALUATOIT JUI{USAN 'I'ANDA TANGAN,/,/
ProL Sugimin W.W. Fisika
fu,tb') Dra. Lea Prasetya, MSc Fisika
a Ir. Soewarso MSc'Teknik Fisika /LPII.J ITS
llI
PRAKATA
Iluku ajar lnstrumentasi.l disusun untuk nrcryadi buku pcgangan matakuliah pilihan
Bidang Minat Instrumcntasi Jurusan Fisika F-MIPn ITS scbagaijenrbatan bagi mahasiswa
urrtuk m .lbaca pustaka yang lain'
D*,kripsi singkat .: Instrumintasi I adalah mata kuliah wajib bidang pada '
semestcr V dijurusan Fisika tlcngan silalrus : Kelengkapan eksperimen dan penggunaannya
: multimeter analofdigital, signal generator, oscilloscope, RLC metcr, catudaya. Tranduser
dan sensor. Rangkaian penguat dan pcngondisi sinyal. Tugas karya dan seminar' Pada
sctiap akhir bab tcrdapat contoh sohl, kcmudian soal-aol clan tugap karya yang harus
dikerjakan. Pada akhir kuliah, mahasiswa harus mengejakan tugas karya penngendalian
atau pengukuran besaran fisis sederhanana.
Scmoga buku ajar ini bcrmanlhat bagi pcrnbacanya.
Surabaya, Novembcr September 2003
Penulis,
Ilachtera Indarto
\
tv
DAF'1'A R ISIPRAKATA
DAII'I'AR ISI
PI'NDAIIT]LUAN
BAIT I. KELENGKAPAN IIKSPIiRIMEN DAN PIINGGI.INAANNYA
l. I. Pcndahuluan I
1.2. Ampcrcmctcr, Voltmcter & Ohnrmetcr I
1.3. Signal Cencrator I I
t21r4. Oscilosctlpc
1.5. RCL rneter 15
l51.6. Catudaya
1.7. Pcngu.iian Menggunakan Signal Cencrator & Osciloskop 29
Ltt Conto Soal, Soal-Soal & Tugas Karya 33
I}AB II. SENSOR DAN TRANDUSER
2.1. Pendahuluan
7.2. Karaktcristiktranduser
2.3. Transduksi
2.4. Pcmilihan'Iraflsduser
2.5. I)cn, ,ikuran Mcnggunakan Jcmbatan
2.6. Pengur,.uran "femPeratur
2.7. PengukuranRegangan
2.8. PcngukuranTckanan
2.9. Pengukuran Gerak
2" 10. . Pcngukuran CahaYa
2.11. Contoh Soal, Soal-Soal'& Tugas Karya
3.2 Opcrasional * Amplifier ( Op-Amp)
3.3 llangkaian pcnjumlah dan selisih
3.4 Penggunaan Tak l-inier pada Op-Amp
3.5 l;iltcr
38
38
40
43
47
s2
64
77
80
85
91
BAII III RANGKAIAN PBNGUAT &PIINGONDISI SINYAL SI|DERTIANA
3.1 I'cndahuluan 1,, 93
9s
100
103
108
3.6 Contoh Soal, SoalSoal & Tugas Karya
BAB IV PBNGUKURAN BESARAN T,'ISIS SEDER}IANA
4,1 llcndahuluan
4.2 l)craga Scderhana
4.3 Pcngukuran Arus
4.4 l'engukuran temperatur
.4.5 Pengukuran Intensitas Cahaya
4.6 Pcngukuran ketinggian fluida
4.7 Pcngukuran tekanant-
4.8 Soal-Soal & Tugas karya
I}AI} V KENDALI SI'DER}IANA
5. I Pendahuluan
5.2 Saklar
5.3 Rangkaian Aplikasi
5.4 Soal-S,ral
5.5 Tugas l.arya
DAII'I"AII PI]S'I'AKA
120
123
t2s
l2:,6
130
132
135
136
136
139
l4s
147
t49
150
,a
r.i
PBNDAIIULIJAN
Pada suatu ,hari, beberapa tahun yang lalu kctika systcm intcrkoneksi jaringan
tcgangan tinggi Jawa * Ilali mengalami gangguan, aliran listrik terhenti, ada rasa asing,
seolah-olah kembah kejanran purbakala. Yang rnasih hangat, pertcngahan Agustus 2003,
bebarapa negara lragian di Amerika Serikat rncngalanri hilangnnya pasokan listrik, hanya
ada salu kata untuk mcnggambarkan kcatlaan kehidupan clisana, yaitu panilc I'cralatan
rumah tangga tak berlungsi, transportasi Iumpuh, industri terganggu.
Kctcrgantungan tcrhadap pcralatan clckLronik bcgitu lingginya, dcngan tirnbulnya
gangguan pacla alat elcktronik, otomatis ferjacli gangguan pada semua aktifitas kclridupan.
Semua alat elektronik bergumul dengan apa yang drsebut sebagai besaran fisis. Bagaimana
besaran tersebut di rasa, di ukur, hasilnya diolah kcmudian diambil keputusan, begitulah
proses tersebut diulang- ulang. Scbagai ilustrasi, sebuah ruang kantor di suatu kota besar,
ada satu alat elektronik yang sangat akrab ditclinga, yaitu air conditioner. Bisa
dibayangkan apabila AC tersebut secara terus nrcncrus mengeluarkan hawa dingin , setelah
bebcrapa saat dioperasikan, scmua yang ada diruang terscbut akan menggigil kedinginan,
yang dirasa bukanlah kenyamanan ruangan yang scjuk.
Pacla umumnya AC mempunyai sensorAransduser tcmperatur pada bagian udara
ma.suk yang selalu mengukur temperatur ruangan, sclama set poin temperaturnya bclum
tercapai, kcndati pendingin terus bekerja rnernberikan aliran ha\va dingin Setelah set poin
tcrcapai, maka proses yang dilakukan adalah mcmpcrtahankan set poin tersebut, kendali
akan bckerja jika temperatur yang diukur lebih tinggi dari sct poin , sehingga sejtrkpun
[crasa.
'l'ujuan akhir materi huku lnstrunrcntasi I ini aclalah , maltasiswa palram bagaimana
mengukur bcsaran fisis secara elektronik dan tncngcrli hagainrana mengendalikan besaran
fisis. Mengingaf elektronika lak lepas dari alat bantu ukur clcktronik, maka pernhahasan
clinrglai dcngan menyegarkan ingatan tentang penggunaatr alat bantu eksperimen yailu
ampcremeter, voltmetcr, ohmmctcr, I{CL rnctcr signal gencrator dan oscilloscope.
Kernudian dilanjutkan bagaimana mcrancang dan mcrnbuat catudaya, mengingat rangkaian
elektronik tidak akan bekeqa,apabila tidak ada sumber dayanya.,"Bahasan selanjutnya
adalah sensor/transduser bcrbagai besaran fisis, tcntang cara kerja, karakteristik dan
penerapannya . Setelah mampu memilih sensor/transduser yang sesuai, tentunya besaran
listrik yang dihasilkan sensor/transduser harus cliolah agar bias digurlakan untuk
rncngenclalikan atau untuk tlitampilkan dalam bentuk tampilan yang lbmiliar. Untuk itulah
vl1
t\
bahasan selanjutnya adalah tentang pengolahan sinyal menggunakan Op'Amp. Berbagai
jenis penguat {an pengolah akan dibahas dasar-dasarnya , termasuk perhitungannya'
. Bagian akhir adalah alpikasi dari pengnctahuan yang telah didapat, yaitu
bagaimana melakukan pengendalian besaran fisis oan bagaimana nrelakukan pengukuran
besaran fisis secara sederlana. Dengan demikian , walaupun aplikasi masih sederhana,
secara mudah dapat memahami pengukuran dan pcngendalian lebih kompleks yang
memanfaatkan PC maupu4 mikrokontroller-
perlu diingat , buku [nstrumentasi I ini hanya panduan, untuk pemahaman lebih
dalam sangat perlu trntuk mencari informasi dari buku lain.
Fvlll
..BABI
PENGENALAN ALA'T UKUIT DAN PENGGUNAANNYA
I.I PIiNDAIIUI,UAN
Setrap ekspcrimen, khususnya ekspcrirlen e Icktronil<a dan instrumcntasi,
pertama-tarna .yang perlu diperhatikan adalah pcnggunaarr alat ukur untuk menenl.ukan
rrilai suntu bcsaran ),nng sesuri dengarr hct:utuhan ckspcrirnctt itu scndiri. Ilal-hal yang
perlu dipahami yang herhubungan dengan alat ukur adalah ketepatan, ketelitian,
kcpekaan dan cla1,a pisah.
Dalam eks;lerirnen elektronika dan instrurncrrtasi ada beberapa alat ukur utatna
yang sering digunakan, antara lain multirneter analog dan multimeter digital, signal
generator, oscilloscope serta t{CL nretcr. Scdangkan scbagai sunrber tegangan dan
sumber arus digunakan catudal'a.
Setanjutnya akan dibahas konsep dasar dan penggunaan dari masing-masing alat
ukur diatas, dan bagian terakhrr lrab ini dibahas tentang dasar catu daya, perhitungan
untuk tnerancang catudaya sedcrhana, tcregulasi arus kecil dan teregulasi arus yang
lchih bcsar.
1.2. AMt'ERll I\,lU'.l'ER, \/OL't'Mli',l'lilt & OllN,l Mt 'l'lrR
1.2.1. Penunjuk hasil pengukttran
Ada 2 jenis alat ukur alat ukur yaitu analog dan digital. Hasil pengukuran alat
ukur analog biasanya ditarnpilkan clalarn bcntuk sitnpangan jarum, scdangkan digital
drtanrpilkan dalam lrcntuk angka.
Konvcrsi bcsaran listrik pacla alat uk:ur analog clilakukan olclt kumparan pular,
yang mempunyai konstruksi scpcrti Gamtrar L la. :
(a)
Gambar l,l. (a) Konstruksi kumparan putar
1.tb ]
(tr)
, (b) Rangl<aian ekivalen
Jari"rn Petunluk
Jarum penunjuk diikatkan pada kurnparan yang dilctakkan dalarn medan magnet tetap,
apabila acla aliran arus pada kumparan nraka kunrparan akan nrendapatkan momen gaya
seftingga jarum menyimpang, scsuai dcngan ircsarrtya arus. Model kumparan putar ini
disebut.juga meter d' Ansorval.
Ada 3 jcnis kurnparan yang sering digunakan yaitu :
L Meter kumparan putar magnet permancn (pcrtnanent magnet moving coil meter)
Z. Mctcr kuntparan bcrteras magnct
3, Mctcr kumparan putar pita tcgang ( tautband moving coil meter )
pada umulnnya meter kumparan dilarnbarrgkan dengan rangkaian ckivalen seperti
GamSar l.lb, dengan bcsaran karaktcristik Ild yang tnerupakan nilai hambatan dari
kumparan clan arus yang menyebabkarr.jarurn penunjuk nrcnyimpang nraksinrunr, Isp.
Isp disebut juga sebagai kepekaan arus dari mcter kumparan'
Inforrnasi yang pcrlu {iketahui apabila mcnggutrakan kumparan putar adalah.besarnya
Isp, dan hambatan kumparan Rcl. N4engingat momen gaya arahnya bergantung pada
arah aliran arus , maka perlu dipcrhatikan penct'llpatan kutub pengukur pada yang
diukur, apabila terbalik nraka simpangan jarum akan terbalik juga.
Konvcrsi bcsaran untuk alat ukur digital dilakukan olch ADC, analog to digital
converter, yaitu besaran listrik yang cliukur di ubah rnenjadi tegangan kernudian di ubah
lagi menjadi b*rurun digital. Besaran digital inilah yang kemudian diproses sehingga
tarnpilan hasil pcngukuran dalam bcntuk angka.
1.2.?.. Ampcrmctcr
Umumnyl amperemeter yang scring dipakai adalah amperemeter DC yang
menggunakan meter kumparan. Untuk mcnrbuat amperctneter terlebih dahulu harus
6iketahui karakteristik meter kurnparan yaitu Isp, arus yang menyebabkan jarurn
menyimpang pada skala penr.rh, dan lLd, hambatan rnctcr atau kumparan. Biasanya Isp
sangat kecilyaitu dalam orcle uA, sedangkan harnbatan meter sekitar 100 Ohm.
Dari karakteristik mctcr, clapat clinyatakan bahwa arus yang paling kecil yang
rlapat diukur a{alah tlp liUagijumlah skala yang ada cli skala jarum pcnunjuk. Apabila
ingin mengukur arus yang lebih bcsar, harus dipasang hambatan paralel Rsh dengan
meter agar arus tidak rnelebihi dari Isp. Pcntasangatl l{sh parallel terhadap Rd seperti
Gambar 1.2. berikut:
Oambar 1.2. Pemasangun l{sh agar arus kc meter tidak melebihi Isp
Ilesar hambatan yang harus dipasang bisa dihitung, dengan persamaan berikut ,
perhatikan Cambar 1.2.:
'fegangan meter adalah : , Vab = Isp Rtl = Ish Rsh;
Maksimurir arus yang diukur adalah : Im = lsp'l- Ish,
Sehingga ilrus yang lswat Rsh adalah : Ish = Im - Isp,
Dengan demikian hambatan yang harus dipasang adalah :
Rsh,=(lmllsh)xlld
Syarat penting yang harus dipenuhi oleh amperemeter , mengingat dalam mengukur
arus amperemeter dipasang seri, seperti Gambar 1.3. ,
lCambar l.3 Contoh pegukuran arus menggunakan ampermeter
hambatan total ampercmeter Rd//Rsh huru, ,.k*cil mungkin, agar arus yang mengalir
tetap disebatlkan oleh beban'saja tidak bertambah dengan hantbatan metsr, sehingga
tidak mempengaruhi/ mengurangi arus yang diukur.
Hdmbatan rangkaian : Rt=Rb+(Rd//Rsh)
Untuk membuat agar amperemeter bisa digunakan rnulti.jangka ( range ) pengukuran ,
dapat digunakan konfigurasi harnbatan yang clikcnal scbagai rangkaian A1'rton scperti
Cambar 1.4. Alnperernetcr rnulti jangka
Masing-masing nilai hambatan.dapat dihitung dcngan cara sebagai berikut, perhatikan
Garnbar I.4. :
Ial : Isp Rtt : tsh ( Iln + Rb+ Rc )
Ia2 = Isp ( Ra + Ild ; : Ish ( Rb + Rc)
la3 : ls ( Rb + Ita + Rtl ) : Ish ( Ifc )
Dengan lal, la7,,la3 a<lalah arus maksinlrrrrl sctiapiangka'
Jika cliketahui nilai [al,la2, la3 , Rcl, Isp ntaka dicari nilai-nilai harnbatan yang harus
dipasang pada rangkaian Cambar 1.4. diatas.
llal-hal yang perlu dipcrhatika untuk *.,oU-r*u, pengttkuran arus DC adalah :
l. Posisikan penrilih jangka pada jangka pcngukuran arus maksinrum, setelah itu
, .btru diturunkan sesuai der"rgan kcperluan.
2. Kutub positif meter ( biasanya benvarna rnerah ) dihubungkan dengan kutub
yang lebih tinggi teganganrrya. Sentulrkan terlebih dahulu, [rila jarum
menyimpang kekiri, berarti kutubnya terbalik, bila tidak berarti kutub suiah
bcnar'
3. Jangan mengukur sumber GCL ( baterai, accu, catudaya ) secara langsung,
mengingat halnbatan clalanr meter sangat kecil, sehingga arus yang mengalir
kedalam nteter sangat besar.
.*a
1.2.3. Voltmetcr
Meter kumparari putar dapat .iuga cligunakan untuk ntengukur
yaitu voltmeter, pacla suatu rangkaian dcngan cara <liliuliungkan secara
(iamh ' 1.5. berikul :
Legangar"l DC,
paralel seperti
TiIIt__lGambar 1.5. Cara pengukuran beda tcgangan pada R
Mengingat pengukuran secara paralel nraka diusahan agar irrus yang masuk kedalarn
voltmeter lm harus sekecil mungkin agar tidak mengganggu arus yang mengalir dalarn
rangkaian. Arus tersebut dibatasi dengan cara rnernberi harribatan yang cukup besar dan
clipasang seri dengan illeter kuntparan scpcrti tarnpak pada Cartrbar 1.6.
Gambar 1.6. Pentasangan [t seri pada ntctcr kurnparan sebagai voltlnctsr
dengan denrikian besar hambatan total rneter adalah : Rt = Ild + Ils ,
sedangkan besarnya Rs dapat diperolelr deltg.n cara setragai trerikut :
I)crhatikan Gambar 1.6 :
batas pengukuran tegangan nraksimum adalah :
Vmax = Isp Rt :( Ittl + lls) Isp
Ils = ( Vmnx * ttd Isp )/ Isp.
Voltrleter rnuhi jangka dapat dibuat dengan nrenatrrtrahkan konfigurasi lrambatatr seri
sepertr pada Gambar L7. herikut :
Gambar 1.7. Voltnrctcr nrulti .iangka
Masing-masing nilai hatnbatnn dapat clilritung dcngarl cara sebagai hcrikut, pcrhatikarl
Garnbar 1.7.:
Vmnxl = Isp Rtl :( Itd + llsl+lls2+Its3 ) Isp
Vmax 2: Isp llt2 = ( t{tl + Its2+lls3 ) lsp
Vmax3 = Is;rIltJ =(Rtl +Rs3)lsp
Rsl = ( Vmaxl - ( Ifs2 + l{s3 + Ild) Isp ) /Isp .
,llsZ = ( Vnrax2 - ( Ift3 + Rrl ) Isp ) / Isp.
llsJ : ( Vmax3 - Ild lsp ) / lsp
Dengan nilai Vmax3, I{d, lsp diketahui / ditentukan, rnaka perhitungau mencari
hariibatan seri dimulai dengan mencari tcrlebih dahulu I1s3, setelah itu Rs2 kemudian
Its3.
Dari persamaan tegangan jangka ukur tegangan, Vmax, dapat diperoleh karakteristik
voltmcter yaitu perbandingan antara Ilt dengan Vtnax yang di istilahkan sebagai
kemanrpuan k0hm I volt yaitu :
S: Iltl / Vmaxl
= Itt2 / Vnrax2
: RtJ / Vnrax3
: l/ Isp
Kemampuan kohm/volt ini sangat berpengarulr tcrhaclap hasil pengukuran tegangan
yang diistilahkan sebagai pernbcbanan apabila digur-rakan untuk mengukur beda
tegangan hambatan yang lebih besar dari Rt. I'lal ini dapat dibuktikan dengan
perhitungan berikut, perhatikan Galnbar 1.8. :
Gambar 1.8. I'engukuran tcgarrgan pacla R pembagi tcgangan
Bila diketahui karakteristik voltrneLer a<lalah : X kohr-n/volt,.iangka pengukuran Vmax,
digunakan untuk mengukur nilai tegangan sebuah rangkaian pembagi tegarrgan dcngan
nilkai hambatan ma.sing-masing adalah R Ohnr, sedangkan surnher tegangan V volt.
Setrclum dilakukan pengukuran, tegangan ada R pernbagi adalah :
Vpl:(V/(R+R))R: V/2, /
dengan arus yang rnengalir : la : Vi(R+R)
Setclah voltmeter dipa.sang, maka R yang beda tcgangannya diukur akan membentuk
rangkaian paralel dengan Rt sehingga nilai harnbatannya adalah :
l/Rp: l/R + l/ltt ,
schingga Rp =(R Rt)/( R + Rt )
dcnganRt=XVmax
Arus yang mcngalir pacla rangkaian atlalalt :
Ib = V /( R+ ( Ilt R )/(Rt+ n))'l'egangan yang lcrukur aclalah :
Vp2= Ib Il: (Vi R( I + Rt/(Rt+R))l R
=V/(1+Rt/(R,t+R))l-larga Vp2 lebih kecil.jika dibanclinglan dengan Vpl, dengan kata lain hasil
pcngukuran ,Yp2, ticlak sama dengan nilai sesungguhnya, dikatakan voltrncter
nrembcbani yanng diukur.
Apabila hambatan meter Rt nilainya.iauh lebih besar dari nilai hambatan I{, yaitu
harnbatan yang diukur tegangannya maka :
VPZ= /(l + tlt/llt )=Y 12=VPt
Dengan demikian dapat dikatakan agar tidak menrbebani yang diukur, hambatan dalam
voltmeter harus jauh Iebih besar dari pada hambatan vang akan diukur tegangannya.
I-lambatan meter yang cukup besar sunit dicapai untuk jangka pengukurall kccil
voltmctcr biasa, untuk itu bisa digunakan VTVM, atau volttnctcr <ligital.
Sebagai perbandingan, untuk mengukur bctla tcgangart pada hambatan bernilai t0
Molrrn, agar ti<lak terja<li pernbebanan lraruslalr digunakan voltmelcr dcngan hanrtratan
l0 Colun.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalarn pcnggunaarr voltnrel,er agar terlrindar dari
kerusakan serta nremberikan hasil pcngukuran ,;rng tepat adalah :
l. Posisikan pcmilih jangka pada jangka pcngukuran tcgangan maksimum, setelah
itu baru diturunkan sesuai dengan kepcrluan.
2. Kutub positi{'meter ( biasanya bcrwarna nrerah ) clilrubungkan dcngan kutub
yang lcbih tinggi tcgangannya -
Scntuhkan tcrlebih dahulu, bila jarum
menyimpang kekiri, lrcrarti kutubnya tcrbalik, bila tidak lrerarti kutub sudah
bcnar.
3. Perhatikan nilai harnbatan yang akan diukur tegangannya, handingkan dengan
,rarnbatan voltrneter agar tidak tcrjadi cfbk penrbcbanan.
1.2.4. Ohmmctcr
Selain digurrakan untuk arnpercnreter dan voltrncter, meter kumparan dapat pula
digunakan sebagai aiat untuk nrengukur rrilai sr.ratau ltatnbatan secara langsuttg yang
dikenal sebagai Ohmmeter. Konfigurasi rangkaian dari Ohmmeter seperti Cambar
berikut yang dikenal sebagai Ohrnnretcr scri :
--.---)
tlt----*-5
Carnbar 1.9, Rangkaian Ohmrncter seri
Dari Calnbar 1.9. , tanrpak ada pcrbcdaan dcngan arnperemcter dan voltmeter, yaitu
ada sunlbor daya. Surnber daya ini dibutuhkan karena untuk nrengukur harnbatan tidak
clapat secara langsung tetapi nrelalui perbandingan tegangan yang tirnbul didalam
kon{'igurasi. Konfigurasi tersebut akan rnengatur bcsarnya arus yang ntasuk ke meter
kumparai, besarnya arus akan scbanrJing <lcngan nilai hambittan yang cliuktrr.
Pada keadaan tertruka, pcna ukur A dan Il tidak terhubung dengan apapun seperti
tampak pacla Gambar l.l0 .
8
Irr
[-'--:,
j(1)
l
Garnbar I . 10. Ohrnmeter dalarn keadaan terbuka
tidak ada aru$ yang nlelalui mctcr kumparan , soltingga jarurn tidak nienyimpang.
Kondisi terbuka ini dinyatakan scbagai konclisi harnbatan yang diukur besarnya tak
hingga.
Apabila pena ukur A dan t) dihubungkan sepr:rti Gambar t ' 1 I '
Gambar l.l l..Ohmmctcr dalam keaclaan hulrung singkat
Arus yang melalui'kumparan akan nlaksimuln, sehingga jarum meter kumparan akan
rnenyirnpang penuh. Konclisi ini dinyatakan sebagai korrdisi hanrbatan yang diukur: 0.
Oleh sebab itu , skala pada Ohnrmetcr nilai trrinimumnya adalah ketika arus masuk ke
mcter kumparan berni lai nraksitnunt.
Apabila pena ukur A dan B dihubungkan dengan sebttah hattrbatan, seperti Cambar 1.9.
, maka arus yang rncngalir ke mcter kumparan akan lrerkurang jika dibandingkan'
4cngan pena ukur A dan B ciihubungkan langsung. Dalarn hal ini kondisi hambdtan
yang diukur adalah 0 < I{x < ^. , dengan. dernikian arus yatlg mengalir pada hambatan
yang diukur adalah :
lx=V/(Rx*Ra+Rb//Rm)
Im=Rb/( Rm+nb)[x= [ILb/( Itm+nb) |lV/( Rx+lla*RbiAfm)l
Jika Rx:0 , tnaka Im =' Isp , arus skala pcnulr
Sehingga I Rh/(Rm+ Rb) I lV/( Ra+Rb//Rm )l =Isp
Jika I{x rliganli Ry agar jarum rncter lepat dilcngah sk,rla penuh maka
Im : Isp/2
liclrinlr a .
ls1tl2= IHtt/( ltm+ Rlr) I[V/( Ify + Rn* Rhi/Rnt)l
l)cngarr icrnikian:
2 ll{tr i (i{m + I{h)l [V/(Ry+lta+l{tr//l{rn)] : [{b/(ltnr rir)l [V/ ( Itx * Ra + Rbl/ltnr )]
2 lll (Ry+ Ra + llb//Rm )l = Il/( ltx+ Ra * Rb/iRm )l
irta u
2 ( I{y -r- l{a + tlb//Rm ) = ( I{x + lta + Itb/lltm )
bila rJikctahui nilai dari Rrn , Ily, lsp, V rnaka nilai lta clarr I{b dapat ditentukan.
Ilila drrrrginkan Ohmmeter nrultijangka, rangkaian GaLntrar dapat digunakan.
I-lal-hal yang pe rlu diperhatikan apabila nrclakukan pengukuran menggunakan
Ohmmeter adalah scbagai bcrikut :
l, llutrungkan perra ukur A dan 13, ;ttur t{b sehingga posisi jarum rnenyimpang
penuh, pengaluran Rb a<lalah rne lakukan zero a<ijust "
2. Kebergantungan terhadap Lraterai sangal linggi, sehingga , apabila baterai sudah
lemah, tnaka zoro adj tidak Lrisa dicatrrai lagi ,
3. Ticlak dapat digunakan untuk niengukur hatnbatan amperettrcter
1.2.5. lllultimcter
Multimeter a<Ialah gabungan dari arnperrncter, voltnteter, clan ohtntneter dengan
satu penunjuk hasil pcngukuran. Itangkaian hanrbatiur diatur sr:demikian rupa sehingga
Ilngsi kerja dan batas j{ngkhnya dapat dipilih melalui tombol selektor dan biasarrya
ditreri tambahan selain untuk pengukuran besaran DC.iuga meltgukur besaran AC . AdA
rJua nracam multimctcr yaitu multimctcr analog clan rnultimetcr cligital.'Kclcbihan dari
pengukur digital adalah hamtratan pcngukur jauh lebih besar dari pcngnukur analaog
sehingga lidak rnonbcbani yang diukur.
l0
I.3. IJ EMI}ANGKIT SINYAI-
:ieliap rangkaian pengolalr sinyal lrarus cliqi tcrlcbih rlalrrrlu tanggapan lerhaclap
bentuk sinyal, amplitudo, fiekrvensi , lasa clan rvakiir. [Jntuk. itu cliperlukan simulasi
sinyal .:'ilng biasanya bcrbcrrtuk sinusoicla, s(lLrzl{{ dan pulsa. Alat yang ciapat
menrbangkitkan sinyal yang drmaksud adalah perrrbangkit sinyal,
Pemhangkit signa,l dasarnya adalah lrernbangkit. gelornbang / osikator yang
nrinitrral bentuk sinyalnya adalah sinusoida. Keluararr ;terntrangkit sinyal nrininral harus
hisa diatur arnplitudo darr liekwcnsinya. I)a<.la pancl, nrinirnal terdapat tornbol yang
tnengatur besarnya arnplitudo datt tonrtrol pengatur liekivensi yang kontinyu dan tomtrol
.iangka lickwensi. Sclain itu ada lonrbol urrtuk mcrrrilrh kcluaran sinusoicla atau kcluaran
),angn llcrl.lcntuk scgi cntpat.
Dari scgi jangkah frckwensr pernbangkit sinyal tcrbagi nreniadi 2 yaitu
pembangkit sirryal pada ltekwcnsi audro yaitu dari 20 Hz sarnpai 20 kFIz dan
pernbangkit sinyal pada clcrah frckwensi r-aclio yaitu diatas 100 kl-lz sarnapi 300 Mi-lz.
1.3.1 I'enrbnngkit Sinyal lirckrverrsi Aurlio.
Walaupun tcretefiirisi sebagai sinf al aurho , biasarrya pcmbangkit sinyal dibuat
mcncakup lickuensi 0,1 I'lz satrrpai'clengan 100 kl-lz. Dalanr instrumcntasi modern,
gclomhang sinus, kotak, dan scgitiga dihasilkan oleh I(-'osilialor scperti tt038. Agar
dapar ,ligunakan clengan beban yang bcrtrcda, IC irri triasarrya nrenriliki impedansi
output "high" dan "low" (yang harganya berkisar antara 3 Q sampai dcngan 100 f2).
Impcdansi output "low" digunakan jika diubungkan langsung clengatr louclspeaker, dan
irnpedansi "high" digunak4rr jika clihuhrrngkan clerrgan osile{iftpp. IC jenis ini
kehanyakan ntetnpunyai ullenuulrtr yang lrerlurrgsi untuk mengurangi tegangart
keluarart apabila tcgangan kcluararn dlrasa terlalu tresar.
Pembangkit sinyal audio cligunakan untuk menguji peralatan audio. Jika schuah
;lcrnbangkit sin-yitl auclio dirangkai scpcrti pada galnbar 1.3 ditrawah, maka clengan
rncnggunakan kcluaran gclomtbarrg kotak dapat clikotahui rcspon fickuensi dari sebuah
pcralatan audio.
pembangkitsinyal
Arnplificryang clitcs
*-*-} Osiloskop
il
Gattrbar I.l2 Cara rnengukur resllotl f}ekucnsi Arnplifler
1.3.2 Pembangkit Sinyal Frckwensi Radio
. Pemhangkit sinynl memepunyai rangc ltckuensi clari 100 kHz sarnpai <lengarr
300 Mhz. Kualitas dari sebuah pernbangkit sinyal tergantung dari kestabilan
frekuensinya. Jrka penrbangkit sinyal berupa tipc kapasitan-induktan (LC), untuk
rnenaikkan flrekuensinya dengan cara mengatur lilitan dan ka.pasitas kapasitor.
Ilernbangkit sinyal frekrvensi radio biasany* digunakan dalam komunikasi radio
dim','ra modulasinya dapat dcngan dua cara yaitu rnoclulasi arnplitudo dan frekuensi.
1,4 Osll,osKoPOsiloskop sinar katoda mcrupakan alat yang paling berguna dalam pengujian
alaL-alat elektronik. Osiloskop ini dapat digunakan untuk rnengukur dan rnelihat bentuk
gehrmbang lis.trik. Bagian Lerpunting pada Osiliskup adalah CRT (tabung sinar katoda)
yang clilongkapi clcngan pcnguat deflcksi vertikal, pengr.rat cletleksi horisontal,
penrbangkit sinyal gigi gergaji (tirne base), dan surntrer tegangan searah^ Secara
cliagrarn dapat digambarkan seperti garntrar i.rl diharvah.
Masuknnvr'fliLnl
Itltlll
I
I Power Sunply [--------r+I L------ ---------II,t'I
Camhar I , 13" Diagraru osiloskop tabung sinar katoda
:!r Prinsip kerja tabung sinar katocla aclalah menclcfieksikan elektron pada arah
tericntu clengan menggunakarr prinsip deflcksi cletrostasik, yaitu dengan menggunakan
2 buah lernpeng seja.yal yang diselrut lenrpeng horisontaI dan lempeng vertikal.
II
Masuknnhnriqrrnl rI
llcnguat vcrtiknl(0, c./d,c .selector,
attenufl[()r, \/-gain, Y-shift)
Catlrode Ray Tubo.(brilliance, fbcus)
Trigller(trig level, auto)
Penguat horisontal(X-gain, X-shift)
17
[,empcng vertikal berfungsi untuk nrenghasilkan dcllcksi vertical scclangkan horisontal
untttk r;ienghasilkan dcfleksi horizontal. T'abung sinar katoda terdiri atas bel:erapa
clcktrodn. yaitu elektrocla untuk mengatur.junrlah clcklron 1,an61jatuh pada layar, atau
tnengalur tntensitas elektron, elektroda unttrrk rnsrnusatkan elel<tron (fbkus), rlan
clektro<Ja untuk rnenyitttparrgkan e lektron ulektroda terraklrir irri tcrdiri atas selrasang
lcrtrpcrrg scja.iar, yallg siltu dipasang horizonta[. scdarrg yang lain dipasrng yertikll.
l)cngan tttcrnberikan bccla llttttcrtsial cliantara kcdua lcrnpcng, l"rerkas elektron dapat
disirnpangkan haik sccara vcrtikal rnaupun scoAra horisontal Cirtu daya Lrcrguna untuk
tncnyuplai arus atau tcgangan .yarrg dibutulrkan olclr kornlrorrcrr yang lain. Ditrawah ini
akan cli.ielaskarr beberapa Iungsr' tornlxrl pcnti ng parln osiloskop.'l'olnbtll pcngattlr posisi vr:rtikal yang nrerlrllalr posisi licrrtuk gclonrllang yang
diarnati kcatas dan kebarvah. Ptrlaran kcki:narr al<arr rrrcrrgLrbalr akan rnurgub:th posisi
bcntuk gelolnhang kcalas Sclain itu.juga clilcrrgkapi clcngan pengontrol posisi
horisontal yang lrerubah posisi lrcntuk gcloml.lvang )/ang ditnrati l<ckiri atau kekarran.
['ada prinsipnl'a tontbol ini rnerutrah tegangan pacla salah satu lernpcng rnenjacli lcbih
ncgati I alau lcbilr ptrsi ti l' schi ngga dc(lck si clcktron ltcrubalr.
'l'ornLrol pilihan AC/DC bcrlirrrgsi urrtuk nrcncrrttrliirn juris tegarrgan masukan
1'ang akan ditrkur. Kctika tonrbol ALI clitckan lrraka scbuah kapasitor akan dilrubr-rngkan
tlengan ntasukatt selringga akan ntenrbloking tcgangan I)Cl. lra<la layar hanya lragian AC
sa^ia Yrrrrii akan clitarrrpilkan. Kctika torrbol I)Cl ditckan, nraka semrra.jerris rrasukan
akan ditarnpilkan, baik AC nraupun IX,i.
'['tlmbol ext.sync atau ltorisontal input bcl'lrrrrgsi slcbagai tcrnpat rurtuk
tttctnasukkan sinyal luar sinkrottisasi atau sinyal Ir-rar paria pcnguat horisontal. Selain itu
.iuga tcrdapat vcrtil(al input yang merupakan tcmpat untuk nrcmasukkan sinyal yang
akan diamati pad apcnguat vcrlikal.
(iain kontrol clart vcrt.att dipakai untuk nrenycsuaikan llcntuk gelombarrg input
sarnpai batas arnplitudo yanu scsuai untuk llcngarrlrtalr.
Srvccp rangc clan swccp var/cxI bcrlirngsi urrtuk nrcngcndalikan beslran dari
I'crckucnsi pcnyilpu schingga mcmudalrkan pcngrnratarr bcrrtuk gclombang pada layar.
I'acla posisi (10 - 100, 100-lK, dsl) tncnurrjukkkan ircsaran lrckucnsi input, yang
bcsarnya rncndckal.ti harga skala rangc, Pada posisi cxt, saklar ini rnenghr.rbungkan
llorisontal cxl input terrninalmclalui pcngatur s\vccll var/cxt gairr yang ditorlrskan
kcpenguat horisontal.
l-J
. Graticule dirnaksudkan untuk nrcnrudalrkan clalanr menganrati dalanr bentr-rk
gclornbang schinggga dibuat scdenrikian rlrpsl. gL-1. clB pada garis skala 0,-3,-6,-lt},-20
dll drkalibrasikan 6 DIV diatas garis re{"crcnsi =. 0 tlij.'l'irne base lnerupakan sctrualr osilator yang ircrlirngsi Lrntuk nrendet'leksikan
elektrcn pacla arah liorisontal.'i'egangan l,arrg dihasilkan olelr osilator ini llebrbentuk
gigi gcrgaji ganrbar 1.5. Calnbar irri terdiri atas tlua bagian, lragian yang naik secara
linicr schingga rnencapai harga tertcntu clarr lragian )/ang kenrllati kc titih nol secara
ocpat-
Waktu
Garnbar 1.14. Bcntuk gelornharrg pada tinrc basc
Pengukuran 'I'egangan
I)ada perrgukurarr osiloskoll kali ini digunakanOsiloskop mcmpunyai impedansi
input sekitar I MQ dan dapat cligr.rnakan untuk mcngukur tegangan AC atau DC clengan
cara nienghubungkan tcgatrgan yang akan diLrkur pacla lernpeng vertikal, dengan tirne
baso olT dan lctnlletrg vertikal digroundkan. llcrkas clcktron akan did,rflcksikan secara
verlikul olch tcgangan Dtl scpcrti pada gnrntrar l.(ra. Apabila digunakan tcgangan AC
maka lrerkas clektron akan bcrgcrak kcatas kcbarvah clcngan cepat (sekitar 50 Hz),
schingga terbcntuk garis vertikal sepcrti pada gambar l.6tr
Ketika l.cgangan antirr lenrpeng vcrtikal
clcktron clisapukan scpanjang surnbu horisorrtal
tegangan turun secara cepat nraka hcrkas clektrolt
ini diulang secara periodik.
l)C (time hase offl l)(l (lirne hasc On)
Gamtrar l. 15. tarnpilan osiloskop ketika diberi nrasukan
rraik scciira linienn, rnaka lrerkas
socilra leralur. Seclangkan ketika
clisapukan ketempat semula. Proses
AC { tirne lrasc offl
dcrrgan tirnc basc lrcrvariasi
I ,
14
I.5 R{-'I, ME'TI'Rl'CL, meter merupakan alat yang digunakarr untuk rnengukur 3 besaran listrik
)ang rr tna dari suatu benda yaitu resistansi, kapasitansi, rlan induktansi, Prinsip
penguku,an pada RCL meter digital diclasarkan pada tehnik pengkuran arus clan
tegangan, Flasil pengukuran yang trenrlra arus alau tegangtn irri masih merupakan
besaran analog yang keffiudian dikonversikan rnenjardi lresaran digital clalarn bentuk
hilangan biner. Dari bilahgari ini prososor I{CL nrctcr (CPti) nrenghitung parameter
listrik kornponen yang diukur, Pararnetcr terscbut bisa berupr resinlansi kapasitansi,
rtau induktansi. Salah satu contuh digitul ltCL nrctcr adalah ItM 6303A. ItCl, mctcr ini
rnampu menghiturrg dala.rn waktu 0,5 cietik. Dalarrr setiap kali pengukuran secara
otornatis alat ini akan rncngadakan 5 kali pengukurarr yanf kenrucliern dievaluasi secara
statistik untuk menentukan harga akhirnya.
RCL meter ini nrerniliki 5 unit utanla yaitu:
Cutu ittytr, yang bertungsi untuk rncnyuplai flrus ttau tcgallgail yarrg ditrutuhkan
masing-lnasing konrponen. Clatu claya alat ini rncrniliki 4 keluaran yaitu +15 V dan -l5V serla +5V dan *5V, Pada saat catu claya clirnatikan atau rusak, sceara otornatis
rangka.ian RCI- rneresct rnikroproscsor untuk rncncegalr aclanya pertukararr claia,
(.'lock crystul, penrbagi lrekuensi, clan penentu lase. Osilator ini berfungsi untuk
menunjang kerja proscsor agar bisa rnelakukan proscs perhilrrngan dan penganrbilan
kcputusan.
Krmyertcr uru.v ke tegilngon.l'lasil pengukuran biasanya berupa kuat arus agar
besaran irri dapat dioldh rrtal<a lrarus iiilltlrtversikan nrenjadi tegarlgan dengan
menggunakan konventsr N I I 0,
Konventer anulog ke digital (Al)(:).'l'cgangan yatrg dihasilkan oleh N1 l0 rrrasih
herupa tcgangan analog schrngga pprlu dirutrah rncniadi nrenjadi birsaran digital untuk
kcmutlian dijadikan bentuk bincr.
(lentul l)rrr:e;;lin14 {lnil ((.ll'{l). Prosesor yang digunakan adalah prosesor [l bit
tlcngan clock irrtcrnal proscsor tt lvlllz. llagiarr inilalr yang rncngolah lresaran digital
tacli( |hng berupa bilangan bincr) untuk rncndapatkan trasil akhir pcngukuran scrta
rnenan ipilkan di layar.
l5
1.6.l.'l'ransfornrator pcnurun tegangan
r tngkaian clcktronika didalam pcralatan bckcrja dcngan tegangan rendah dan
searah, uirtuk itu tegangan 220 Vac diturunkan nrcnjadi tcgangan yang lcbih rendah
dengan menggunakan transfornlator penurun tegangan. 'fransformator ini ulnurnnya
terdiri dari 2 lilitan kawat tarnbaga prirner clan sekunder pada inti besi lunak.
Pcrhandingan jumlah lilitan primcr dan sckundcr nrcnctrtukan trcsarnya tegangan pada
bagian sckun<Jcr. iScdangkan kenranrtrluan mernberikan arus clitcnlukan olclr besarnya clirnensi inti d.ln
rlianrctcr ktwat tcmbaga terscbut.
Lambarrg dari translbrmator yang dirnaksud scperti Garnbar I . 16:,l _-lll,r
\tI'rinrcr t llI sckunclcr
J IIL
-.]IIL-
I.6 CA I'T-iDAYA
Sctragai sumber arus dan tegangan pari" ."1',"*ian lresar rangkaian elektronika
digunakun sumber arus searah alau DC dengan tegangan rnasukan yang rclatif kecil.
Sedangkan sulnber arus dari Pl.N aclalah arus bolak-balik elengan besar tegangan
keluaran li0 volt alau 220 volt. Untuk ilu perlu sutau rangkaian yang dapat nrengubah
arusltcgangan bolak-balik rnenjacli anrs/tegangan searalr tlengan kernarnpuan
rnembenkan arusitegangan sesuai dengan yang dinginkarr.
Gambar L 16. I-anrbapg 'l'ranslonuator
llagian primer adalah masukan yang clihuburrgkan clengan $unrber, dalam hal ini
tcgangan I'l,N sedangkan bagiatt sckunder adalah keluaran'dengan tcgangatt sesuaiyang
diinginkan.
lJntuk merancang sebuah lranstbrmalor penururr tcgangan , terlebih dahulu harus
rnettgetahui proses yarrg tcrjadi scrla persamaan yang berlaku , kemuclian rlengan
batasart , untuk daya berapakah yarrg dipcrlukan rnaka akan cliperoleh bcsaran besaran
vang digunrkarr untuk pcrancangan.
t6
Sumber dari PL,N adalah teganganlarrls yang herlrcntuk sinusoid, yang dapat dinyatakan
dsngan :
l(t): Io sin (sin trrt )
Apabila di htrhungkiln ke prinrer lranslitrtttalor akan nrcrnberika il.nKt$netotttotirte.litrc:e
(gaya gcrak rnagnct) li(t) sehcsar : .
dcngan , ,p: jumrah riritan,rirner
li(t) = N1l l(t)
Yatrg rnctrrrnbtrlkan kuat mcdarr rnagrrcl scbcsar :
tl(t): Ir(t)ilp = NP I(t)/lP ;'
dcngan [p: panjang lilitart prinrcr,
l(a1lat flux rnetlan rnngnct rlalarn irrli trarrsIunnator arJalah:
B(t1= 1t I'l(t) = p Nr l(t)/lp,
p: frermeabilitas bahzrn inti transfnnrator
tluks total cli qlalarm inti transl'ormator yang rnenrprrnyai lrras penatnpang A aclalah,
$(t): A B(t) : A Ir Nr l(t)/tp ,
cloctt'otrotive ftrrcs ( gaya gortk listrik /ggl) .varrg tirrrbul patla prirner arlalah
E(t)= Nl do/dt.: NIA p Nr/rp dt(t)/dt= Lp t!l(t)/dt ;
dengarr Lp,. induktansi prirner
l;luks yang ditangkap nleh lilitan sckunder sarna dengan yarig diherikan oleh iilitan
primer, selringga ggl induksi yang lirnbrrl di sckundcr atlalah :
Iis(t;: Ns d$/dt = Ns lrp(t)lNp
.likn yang dinrrrhil aclalah nilai nns nya , rnaka :
Iipilis = Np/Ns
Apabila dirancang keiuaran sekunclcr adalah l0 V, scdangnkan rirnernya ciihubungkan
dcngan tegangan I'l.N 220 V. maka pcrtrandingan jumlah lilitan prinrer dan
sekundcrnya adalah : Np : Ns : ZZ0 '. lO :22 . I
ltcrikutnya adalnh rncncntukan jurnlah lilitan primcr maupun sekLrndernya, untuk
terlebih dahulu harus ditentukan arus yang akan ditank dari sekunder.
Misnlkan arus yang akan ditarik adalah -5 anrpere, clayanya a<lalah:
Ps : l0Volt x ! Amp : 50 watt ,
sedangkan eflsiensi transfbrmator urnumnya aclalah 50 oh, sehingga cla.ya total yang
harus clr,.rdiakan primcrnya adalah :
l)p =, 100 watt - 220 x Ip,
17
sehirtgga lp: l00l27t) Amp : 0,4-5 Armp
Dari huhungatr :
,Jl;:;. ;. ,
[p/Es = Is/l1r dan l)pllis = Np/Ns
ISekttn<Jer trgrgantung pacla luasan penanrparrg inti translormaltor, Schirrgga untuk
msrancang suatu translorma(or adalah mencn(ukan tcrlcbih dahulu hesar arus dan
tegangan yang diinginkan , kcrnudian berdasarkarr hubungan :
[] = N tlghlt
Q(t)=A ll(l) =A llsintot
d(r/rlt= Aw B cos (rltsehingga ti (t) = N A o B cos rnt
yang mcrnpunyai nilai nraksimuln I:;. rnaks,- N z\ r,lll
atau [:i rms: I'ulaks i V2
P=lllA =l,25Pcm2
jangkah tegangan pada bagian sekunder' ada I macam , yaitu C'[ ( ccnter Tap ) dan
tanpa C'l', untuk keperluari cirtir dengan 2 kutub biasanya menggunakan transformator
yeng menggunakan C'l', rvalaupun yang tanpa C'l', dengan rekayasa pada rangkaian
dapat dibuat untuk catu <laya 2 kutub. l,arnbang transfbrmator clengan CT dan tanpa CT
scpcrti gambar :
Canrbar '!.l7
1.6.2. Pcnycarahan
Keluaran sekunder ftansl'ormator masih berupa tegattgan AC, sedangkan yang
dibLrtultkan qdalah tegangan l)Cl, rirltirk itu tcgangarr AC tersebut cli searaltkan.
Komponen elektonika yang ,dapat nrenycarahkan adalah dioda, hasil penyearahan
lergantung pada hagaimana trrenghubungkan dioda tsrsebut pada sekunder
transformator seperti gambar :
ltE lilt(a) (b)
a)'l'ranformator dengan C'l- (b) Tanpa CT
l8
{ l-,,- t
\
?
r, Penycurah positif b. Ilasil penycarah positif
Camtrar 1. I I Penyearah positif <Jatr hasilrrya keluartrnnya
lr-:tr*Vrn i i lVorrJt' I ""
a. Penyearah negatif" b. Hasil penyearah negatif
Cambar l.l9 Penyearah negatil'dan hasil keluaranya
Penyenrah pada gambar I , 18. rlan l, 19, adalah penyearah ietengah gelombang,
yaitu hanya selengalt bagian baik yang positil' tnirupun yang nogatif yang diteruskan,
sedangkan setengah bagian yang lain di hambat.
Kombinasi penrasangan <tioda seperi pada gambar 1.20. akan memberikan
. pcnyearahan gelombang penuh.
lmll**(n)
V
19
Garnbar 1.20.
a.Penyearalr gelombang penuh untuk tralb C'1'
b,Penyearah gelonrbang penuh untuk tarlu tanl:a C'l
c. l'lasil pettyearah gelorntrang pertuh
1.6.3. Perataan dan Rink
l'elnbacaan meter untuk tcgangarr I)C rnurni dan tegarrgan DC hasil pcnyearah (half
rvavc / full wave) nrenunjukkan hasil yarrg berbcda, ltal ini tcrjadi karena,.untuk
tegangan DC mumi, nretcr akarr rucnr.rnjukkarr nilai kotrstan, sedangkan pada tcgangan
DC lrasil penyearahan, ;rcnuniukan nreter nrencoba mengikuti penrbahan tegangan,
yaitu suatu saat nol , saatryang lain maksirnum secara periodik. Tetapi karena f'aklor
tlamping mckanis, meter tidak marnpu r.rntuk rnengikuti, sehingga penunjukan tetap
pada suatu nilai yaitu nilai rata-rata, seperti yang ditgniukkan Gambar 1.12..
(a) (tr)
Carnbar 1,21. (a) Respon pemtracaan untuk rrilai stabil ([r) l'emtracaan nilai:rata
Vgltmctcr digital, walaupun tidak nrenrpunyai thktor pcredanr (damping.;, tetapi
rncnunjukkan hasil yang sanla clcrrgan tletcr artalog, hal ini discbabkan ADC pada
metsr cligital tidak dapat mengikuti secara utuh perubahan nilai tegangan. Andaikan
dengan ADC yang sangat cepat, rnaka hasil pemlracaanpun tidak akan berarti, ltarena
selalu bcrubah-ubah sccara ccpat.
Pengukuran rnengguhakan osciloskop selairt menghasilkan besaran juga rnenghasilkan
penampakan visual betrtuk sinyal, untuk tegangan AC, Garrtbtw 1.22. dan tegangan DC
hasil pelyearahan gelorrrbang pcnuh maupun gclorrtbartg separuh lrasilnya seperti
Carnbar 1.23
Flata-rata
20
I
I
Vav = 0,837 xVp
luot
Vrms = 0,707 xVp
Gambar l.22, Besaran isyarat ac
garnbar dikcnal selain Vp, clikcnal pula Vnus dan Vr, huhungan antara ketiga bcsaran
adalah ( perhatikan gambar 1.72).
V(t): Vp sin ot,tlengan Vp adalah tegangan puncak,
(il :2 n f :2 r [7' = lrckwensi sudut ( radlcltk)
f': frekwensi ( Flerrt )'f=perioda(dtk)
V
Daya disipasi : P(Qe Y(tyRDaya-rata-rata dalam I p,erioda : l): l/'l' P(t) dt : ll'l'
Vrms: Vcff*
Untuk V(t) = Vp sin
DiperolehVrm$*Ypl2=
I
0,707 vp
v
V avuag{rat*mtal
V average(ratamtaJ
Gambar 1.23. Pengukuran tegangan (a) DC I'ull wave .(b) DC half wave
Untuk Garnbar l.ZSa,pcrsamaan tcgangannya atlalah lV (t)l : Vp I sin ort I
V rata-rata *'.f /2 Vp I sin ort I dt :21 Yp = 0,636 Vp,
Jika dibandingkan . Vr dan Vrnrs akan dipcroleh
Vr * (0,637 I 0,70:l ) X Vrms * 0,9 Vnns untuk tegangan sinusoid
v(ryR dr: t/R(lff v(0 dt
2t
Llntuk togangan rata-rata DC gelombang separulr rvavc yaitu Gambar L2311. adalah t/z
Vrms : 45 % nilai Vrms untuk sinusoida. Sedangkan untuk tegangan DC lull wave
besar tegangan rata-ratanya sarna dengan tegangan rata-rata untuk sinusoida.' Dari uraian diatas, tampak lrahlva pengukuran rnenggun:rkan volt meter analog
rnaupun digital tidak rnenampakkan kwalita., t"cgangan / arus yang diinginkan ,
rvalaupun secara kwalitatifl dapat diarnati adanya penunjukan jarurn yang tidak konstan
atau adana perubahan arrgka pada volt meter digilal yang nlenuryukkan adanya
konrponcn AC pada tcgangan [)C.
l)cralatan clekronik agar dapat i,ckcrja dcngan baik, memerlukan sumber
lcgangan DC yang cukup baik , yaitu mcndckati tegangan DC murni. Penggunaan
hatcrai sebagai surnlrer daya hanya cocok untr.rk peralatan ynng konsumsi dayanya
rcndah tau untuk peralatan jinjing. Scdangkan tcgangan DC clari penyearah, tidak baik
tligunaki,.r karena masih mengandung komponcn AC ya.rrg cliscbut sebagai riak. Riak ini
harus ditckan seminimal rnungkin, sehingga tegangan DC hasil penyearah kualitasnya
rnendekati tegangan DC murni. I{iak aclalah koml;oncn AC yang bertrekwensi tertentu,
yaitu 50 .- 60 Herzt untuk half rvave dan 100 - 120 [JerzJ untuk full rvave , dapat
clitckan dcngan menggunakan liltcr yang mcnalran sinyal pada fickwcnsi tcrsgbut.
I;ilter yang paling sederhana adalah kapasitor, clipasang paralel pacla keluaran penyearah
sepcrti gamhar 1.24
Vout
(b) (c)Canrbar 1.24 (a) Penyearah dengan filtcr,(b) Kcluaran tanpa [ilter, (c) Dengan lilter
I
I
J IJ
(a)
22
l)rinsip ker.ia lilter ka;rasitor adalah sebagai bcrikut, pcrhatikan Garnbar 1.24c, ketika
tegangan naik, terjadi pcngisian kapasitor, ketika tegangan tururr, isi kapasitor clitruang,
akitratnya tegangan tidak Iagi rtrcngikuti penurutlan sinusoida tctapi mengikuti
pellurunan tegangan pcngosongan kapasitor, sebclurn lnuatan kapasitor habis, tegangan
keluaran penyearalr naik lagi dan kapasitor terisi ke mbali.
l)ari proscs diatas, rnaka el'cktivitas filtcr hcrgantung llada :
t. []esar kapasitor
2 Nilai lrctrarr
3. KonstaLa waktu l)cngosongan 'l' : R C
l'acla kondisi tanpa bcban ( tidak ditarik arus) , perllasangarr kapasitor pada keluaran
pcnyearah akan nrenghilangkan ri'ak, tcgangan kcluaran scpcrti murni DC . Pemberian
beban ( penarikan arus ), mcnycbabkan tcgangan turun danrn bila diarnati dcngan
osciloskop, tarnpak ntunculnya komponcn AC (riak) pada tcgangan DC tersebut,
komponen AC terscbut akan lebih besar untuk pcnycarah half wavc. Pcngukuran riak
dilakukan pada pernbcbartan tnaksinrurn, yang dinyatakan o/o dari perbanelingan
komponcn AC, dengan komponen DC, yaitu :
Riak: (V)ac/Vdc X l00%
1.6.4. Rcgulasi
Sebuah rangkaian catudal'a menggunakan kapasitor sebagai tilter, seperti
rangakaian Gamtrar l.l4a dapat digaml:arkan scbagai scbuah rangkaian ekivalen yar:g
tcrdiri dari scbuah sumber tcgangan idcal V dan sebualr hambatan keluaran t{o yang
terhubung scri dengan surirber tegangan idcal tcrscbut, scperti Cambar 1.25. :
t:l
Cambar 1.25, Itangkaian ckivalcn catu daya
Dalam kcaclaan terbuka, tanpa lrcban, kcluaran catu claya bcsarnya sama dengan
bcsarr,ta surnber tcgangan idcal V. Apabila dibcri bcban I{b yang nilainya dibuat
bervarir.rsi akan dipcrolt:h hubungan antara tcgangirn keluaran Vo dan arus beban lb,
23
I
":ritu : Vo,= V Ib Ro
dan bila.';gambarkan dalam hentuk grafik arus [rcban Ib tcrhadap tegangan keluaran Vo
akan dipuroleh kurva pembebanan dari rangkaian caLudaya seperti Cambar 1.26.
bcrikut:
Cambar 1,26 (a) Pernbebanan catu daya , (b) Kurva. pembcbanan
Kcmiringan kurva Gambar 1.26b adalah Ro yaitu hanibatan keluaran dari catudaya,
yang menunjukkan terjadinya perubahan tegangan kcluaran seiring dengan penarikan
nrus yang membesar. Pola terscbut menunjukkan bahwa rangkaian catudaya seperti
Garnbar 1.26a adalah catudaya yang tidak teregulasi clengan kata lain riak yang timbul
tidak dapat dihindari
Sebuah catudaya seharusnya bersifat ter regulasi, artinya, penarikan arus batas tertentu
, ticlak akan mengubah tegangan keluarannya yaitu selalu konstan. Jika digambarkan
dalatn bentuk $afrk, kurva pembcbanannya akan seperti Cambar I.27. berikut:
.ll
Gambar 1.27 Kurva pembebarran catudaya terregulasi
'I'arnpak ada Garnbar 1.17, p'enarikan arus sampai lnraks, tcgangan keluaran selalu
konstan, yaitu kondisi terregulasi. Penarikan arLrs lebih tresar dari Imaks akan
menyebabkan penurunan tegflngan keluaran, yaitu kondisi tidak terregulasi.
24
Dengan demikian rangkaian catudaya scpcrli Ciambar l.26a, rnerncrlukan tamlratran
rangkaian yang disebut rangkaian regulator, agitr nlcmpunyai kurva pcmbebanan
seperti yang ditunjukkan eleh Cambar 1.27.
1.6.5. Ilangkaian Regulator
LJrnumnya tegangan hasil penycarahan aclalah tcgangan DC yanB tennodulasi oleh
tcgangan AC ( riak ). Modulasi ini scrnakin besar sciring dengan besarnya arus yang
clitarik. Agar keluaran catudaya tidak dipcngaruhi olch riak , rnaka catuclaya tersebut
harus bckerja dibawah tcgangan riak. Jadi , pa<la prrnsipnya regulator aclalah rangkaian
yang membuat agar catudaya bekerja di bawah daerah tegangan riak. I-lal ini juga
bcrarti , pcrhatikan Gambar 1,16, rangkaian rcgulator mcrnlruat Ro nrenjadi sangat kecil
bila dilihat dari beban, dan trila dilihat dan catudaya Rs ineniacli sangat besar.
I{angkaian regulator yang cukup sederhana dalah nrcnggunakan sebualr clioda zener,
seperti pada Ganrbar l.l9 berikut:
Gambar 1,28. Catudaya dpngan rcgulator clioda zene,t
Untuk mcnggunakan zener, yang harus clikctahui aclalah PIV ( pcak invcrse voltage)
atau tegangan balik puncak, yaitu tegangan yang tncmbcrikan kondisi break down ; dan
disipas, dayanya. I-lal ini pcnring karena zcner cli operasikan ada reverse voltage
(tegangan munclur), scdangkan disipasi daya, aclalah kemarnpuan zener dialiri arus
kctika tidak ada arus beban
Dengan cliopcrasikan pada konclisi brcak <lown, tcgangan pcnycarah Vp harus lcbih
bcsar dari tegangail PIV z.cner Vz, agar legangan yang cliberikan satna dengan PIV
rnaka crlu diberi resistor R untuk tnenurunkatl tegallgrn yang lnasuk zcner .
Bila ditarik arus bcban Ib dan arus zener [z nraka, persamaan arusnya adalah :
Ilt=lz*lll,<lengan lp: arus total yang ditarik dari pclrycarah.
25
Atau.
Sehingga VP=Vr+Vz
Vz= Vp-Vr=Vp*lp R
lz: (V;r - Ip R )/lr -Yr/lldcngan \r;r = tcgilngan yang timbul di rcsistor.
Dengan clemikian , jika ditentukan lb, clikctahui lz, maka nilai R dapat <litentukan.
Sebagai colttoh, dirancanng sebuah catu<laya clcngan spesilikasi : Vo : 9 Volt,
kcntampuan ditarik arus 50 rnA. Itangkaian catu daya yang akan clibuat seperti Gatnbar
l.l9 dan terlebih dahulu clilakukan perhitungan untuk menentukan nilai dan spesifikasi
komlrcncn yang akan digunakan.
Arus yang rnengalir pada R pcmtratas : lp:arus zener agar ada kondisi break dow'n lz:
lz -r lb, arus bcban maksimum 50 mA, ctan
l0 rnA , maka tp : l0 nrA r- 50 rnA:60
nrA.
T'egangan transformator dipilih yang 9 Vac schingga setelah disearahkan rnenjadi
Vp=9 x 1,4 * 12,6 Volt, scdangkan legangan kcluaralt sarrradcngantegangan z0ner
Yz= 9 Volt, dengan demikian tegangan pada tt perntratas adalah : vr: vp-vz :3,6
Volt.
Besar I( pernbatas : 3,6 Volt / 60 rrrA - 60 Ohrn, disipasi claya yang harus ciitahan oleh
I( : pr:3,6 Valt x 60 rnA:0,216 wutt, ufltuk itu resistor yarrg digu.nakan cukup 0,5
watt,
l)ada kondisi tanpa bctran, scmua arus yang besarnya 60 mA akart mengaiir pada zener,
nraka tlisipasi daya zener atlatah Pz, - 9 Volt x 60 rnA = 0,54 rvatt.
Dari perhitungan tersebut rnaka kotnpponol ya,lg dipilih adalah :
'l'ranslbrmator C'1.' 9 Volt, dioda irenyearah I A, kapasitor filter 2200 ul; , resistor 60
0hrn 0,5 watt, zener 9 Volt I rvatt
Untuk rnsrrguji kualitas catudaya , dilakukan pcntbebanan yaitu clengan memberikan
variasi beban agar clapat ditarik arus tlari rnininral satnpai lcbih dari 50 mA, dan diukur
tegangan keluarannya, kemuclian dibuat gratik arus terhadap tegang;rn' Dari grafik yang
dibuat akan tampak kwalitas ilari catudaya, yaitu terjadinya turun tegangan keluaran
pada nilai arus tertentu .
Kckuraltgan catudaya z.ener regulator aclalah kcmampuan ditarik arus yang tidak terlalu
besar, mengingat ketcrganturtgan tcrhadap kerrrarnpuan clisipasi zeflOf yang terbatas.
Untuk nreningkatkan kemaffipuan ditarik arus rrraka rangkaiart Oamlrar 1.20 diberi
tarnSaharr sehuah transistor yBng berfungsi setragai emitler Ibllwet. Mekarrisme
Z6
tran$istor untuk mempcrtahankan tegangan'keluaran adalah sebagai berikut, apabila
teiddi penurunan tegangan akibat penarikan arus, Vbe akan bertarnbah yang <likuti
dengan bertarnbahnya Ib yang nrengakitralkarr titik keria pada garis beban transistor
bergescr keatas. I3ergesermya titik kerja kcakrs akan msngurangi tcgangan Vcc ygrg
otomatis akan ntenrperhesar Ve, dinrana Ve ini adalah Vo. Caris betran transistor
cnrittcr [ollower aclalah scpcrti Garnbar L"9.
Gambar 1.29. Kurva garis beban transistor ernitter lbllower
l'enggunaan transistor untuk menaikkan kenrampuan ditarik arus seperti Gamtrar 1.30
bcrikut:
Gamtrar 1.30. Catudaya dcngan rcgulator transistor
Untuk Gambar 1,30. arus yang me ngalir dari penyearah aclalah :
lp=lz*lb,Arus kolektor : Ic = p lb, :
p * pcnguatan transistor,
Arus bcban: arus emitor :
1J
Io=tb+Ic:(I+ B) IL
27
Apahila tanpa beban , Itr a.kan masuk kc zencr, al<an tctapi arus tersebut cukup kecil,
schingga pada zener tidak banyak tcrladi clisipasi daya. Disipasi daya yang bcsar terladi
pada transistor yaitu scbesar Pt - Ic x Vcc'l'cgangan kcluaran catudaya tidak lagi sctrcsar Vz , karcna ada pcngurangan dari Vbc,
tegangan antara basis emitor sebesar 0,6 Volt, yaitu Vo: ( Vz - 0,6_ ) Volt.
Apabita rangkaian tenscbut dirancang untuk tcgangan keluaran 9 Volt dengan
kemampuan ditarik arus silrnpai 500 mA, rnaka itu spesifikasi komponen yang dipilih
adalah bcrdasarkan pcrhitungarr bcrikut : I'crlratikarr Carnbar 1.22,
'legangan kcluaran Vo == Vz - V[re, rnaka zcner yang dipilih nlcmpunyai tegangan
Vz: Vo r Vhe :( 9 F 0,6 ) Volt:9,6 Volt
Misalkan pcnguatan transistor, p = I00, nraka Ib - [c /( I + 1t ;
= 500 l (lt [])=5nrAIlila Iz: I0 tnA saat arus kcluaran maksimum , rnaka disipasi daya pada zener saat
tidak acla arus ke luaran aclalah z = 15 mA x 9,6 Volt - 144 rnW
Disipasi daya pada transistorPt: Ic x Vcc -- 500 rnA x ( 12,6-9 ) Volt:1,8 watt
llcsar resistor pcmbatas R: (12,6 - 9,6 ) Volt/ 15 rnA:200 Ohm, disipasi dayanya
tdalah :
l)r' i5 rnA X 3 Volt :45 mW, dcngan dcnrikian cukup digunakan rcsistor 0,5 watt .
'l'rasisior yang digunakan adalah tlD- 139 dcngarr kcnranrpuan daya I watt,
Selain catudaya mcnggunakan kornponcn cliskrct scbagai rcgulator, dapat juga
mcnggunakan rattgkaian tcrirrtcgrasi (iC) scbagai rcgulator. Contohnya adalah IC
regulator yang ntemberikan tegangan kcluaran tctap yaitu seri 78XX untuk regulator
tcgangan positif dan scri 79XX untuk rcgulator negatif dinrana XX adalah besar
tegangan keluaran dari.regulator. Rcgulator tcrsctrut bcrbentrrk IC dengan 3 pcna yaitu
unl.uk input, ground dnn outltut. T'cgangan nrasukannya rnaksimum l,5X tcgangan
kcluaran.Scdangkan regulator dcngan tegangan kcluaran yang data diatur adalah IC
regulator sci LM-3 17.
Il.angkaiarr Cambar adalah contoh untuk rangkaian catudaya yang mempunyai dua
kcluaran yaitu positiIdan negatif mcnggurrakan lC rcgulalor scri 78XX dan 79XX.
78
Gambar L3 l. diagram rangkaian catudaya
pada rangkaian diatas tegangan kcluaran hanya dibcrikan dua tr:nnirral keluaran, yaitu
kcluaran positit (+) dan k$luaran negatif'(-). Scbcnarnya lenninal keluaran bisa lebih
clari dua tenninal, hal ini tcrganlung keluaran yang diperlukan. Belrerapa komponen
utama dari oatudaya ini antflra lain diocla jernbatan, kapasitor polar, kapasitor non polar
dan lC rcgulator, I'rinsip kerja dari cal.udaya ini adalah sebagai berikut:
Arus kcluaran tlari tranlbnnator akan <Jiscarahkan olch jcrnbatan diocla dan di filter oleh
kapasitor sehingga cliperoleh tegangan DC bipolar tapi belurn tcregulasi. Kornponen [C
seri 78 12 dm 7912 akan nreregulasi tcgangarr tcrscbut sohingga keluarannya adalah
tegangan bipolar 12 Volt teregulasi. Kenrarnpuan nrcmbcri arus bergantung pada
kcmarnpuan dari lC regulator
I .7. P IING U.IIAN M E,NGGT"INA KAN S I(; NA I, GI,N Ii RA'TOR
& OSCILOSCOPI
Krvalitas rangkaian dapat diuji tlcngan rnenggunakan signal generator sebagai
sumbct :;inyal dan osciloscopc untuk rnclilrat rcspon clari rangkaian. Pengujian yang
hanrs drl;rkukan adalah oflset zero. tanggapan arnplitudo tcrhadap frekwensi , tanggapan
lasa dan langgallan rvaktu.
Pengaturan peralatan pengujian rncnggunakan signal generator dan oscilloscope adalah
scperti Ganrbar 1.32 berikut :
29
Cambar 1.32. Rangkaian peralatan pengujian
1,7.1. Pcngamatan offset zcro
Pcngatnatan oflset zcro bcrtujuan unLuk rncngctahui apakah sinyal diturrrpangi
olch togangan DC akibat ticlak sirnctrinya catu claya. Dengan tnenggunakan oscilloscope
dual trace, dapat dibandingkan sinyal nrasukan dan sinyal keluaran dari rangkaian.
Sinyal masukan amplitudonya terlebih dahulu clibuat nol, secara perlahan dinaikkan
arnplitudonya, kalau nrang sinyal ditumpangf tcgangan DC rnaka salah satu bagian
sinyal keluaran teryotong seperti tanral pada Ganrbar 1,33. berikut :
Gambar L33. (a) Sinyal keluaran terpotong tidak simetri (b) Sinyal masukan
Pada Gambar 1.33. tampak bahwa bagian atas sinyal tcrpotong karena catudaya yang
titl;rk simetri. Apabila hal terscbut terjadi rnaka yang harus dilakukan adalah mengatur
ularig ofTset zero rangkaian sehingga apabiia dilakukan pengujian ulang akan diperoleh
bentuk sinyal yang tcrJxrtong atas bawah sccara scrempak scperti Cambar 1.34. berikut
30
cambar 1,34. (a) Iiinyal keluaran tsrpotong sirnerri. (b) sinyal rnasukan
l.7.2,Tanggapanampliturloterhadapfrekwensi
Pengujian ini dikakukan agar dapat dikctahui apakah rangkaian yang dibuat
sesuai clcngan spesifikasi:daerah kerja frekwensinya, Ilengamatan dilakukan terhadap
sinyal kelusran , yaitu dengan mencatat amplituclo untuk setiap perubahan frekwensi
sinyal masukan. l{asilnya dituangkan dalam bentuk grafik tanggapan amplitudo
terhadap frekwensi , dan fas,ilpya seperti Cambar 1.35 bcrikut :
Gambar I . 34, Grafi k .tan ggaan am pl itudcr terhadap frekwensi
Crafik Canibar 1.34. adalah hasil pengamatan uttuk rangkaian band pass filter,
rangkaian bekerja pada daerah antara fl dan f2, F'rekwensi fl disebut juga frekwensi
potong bawah sednngkan frekwensi f2 adalah I'rekwensi potong atas.
3l
l\
Selain daerah kerja frekwensi dapal pula ditentukan faktor pengriatan rangkaian yaitu
pcrbandingan antara amplitudo keluaran tcrhadap amplitudo masukan terhadap
frekwensi yang hasilnya seperli,Gambar LiJ. berikut:t. r r
Gambar I.36. Crafik tanggapan penguatan terhadap frekwensi
Dari Gambar dapat ditsrik kesimpulan bahwa penguatan rangkaian trergantung
frekwensi,
l.?.3, Tnnggrpan fasa
Ilengtmatan yang tlilakukan arlalah membandingkan sinyal keluaran dengan
sinyal, masukan , kemungkinan yang terjadi adalah fasa tidak bergeser, fase bergeser
atau fase berbalik seperti,Gambar 1.37 berikut :
,\:\,t
pada
Sarnbar- 1.37. (a) $inyalmasukan
(b) Sinyal keluaran
rangkaian
bergescr 90 terhadap sinyal masukan (a)
(c) Sinyal keluaran berbllik fusa terhadap sinyal masukan (a)
32
Cambar a, rangkaian tidak memberikan pcrgcseran lasa , Gambar b , bcrgeser 90
derajat dan Gamtrar c , sinyal berbalik 180 clerajat
I.7.4.'fanggapan waktu
Pengujian tanggapan waktu dilakukan elengan memberi 'masukan yang
berbentuk squflrg, kemungkinart hasilnya se;rerti Gambar berikut :
Carnbar I,3S. (a) Sinyal yang ticlak dipengaruhi oleh delay
(b) Sinyal yang terpengaruh delay
Garnbar 1.38,(a) sinyal keluaran dari rangkaian mcmpunyai respon waktu yang cepat ,
sehinggga tidak tidak berubah seclang Gambar 1.38 (b) acla keterkimbatan, sehingga
terjadi pelebaran dan perubahan bcntuk pulsn.
1.8. coNToH soAL , soAl-soAt, DAN TUCAS KARYA .
l.S.L Contoh soal
I. Sebuah meter d'Arsonval mernpunyai hambatau dalarn 100 Ohm dengan
kepekaan arus I00 uA akan dipakai untuk mcngukur arus samp&i 1 rnA.
Carilah nilai hambatan paralel yeng harus dipasang
Jawab:
Diketahui : Rd : 100 Ohm, tsp : 100 uA, Itn : I mA : 1000 uA
33
Tegangan meter adalah : Vab: Isp Rd : Ish Rsh;
Maksimum rrus y&ng diukur adalah . Inr == Isp + Ish,
Schingga arus yang lewat Rsh adalalr Islr: Irn - Isp = 1000 . 100 = 900 uA,
Dengan dernikian harnbatan yang harus dipasang adalah :
Rslr - ( Ispl tsh ) x ltd =- (100/900)x 100.=. 100/9 Ohrn: il,I Ohrn
2. Bila sebuah hanrbatarr 2 kOhnr clipasang pacla sebuah sumber tegangan sebesar
200 rnV, tclrtukan :
a. Arus yang rnengalir pada lrarnbatan tcrsebut secara perlritungan.
b. Arus yang clitunjukkan oleh anrpcrenreter pacla soal no.1
Jarvab:
I{b : 2000 Ohm, V : 200 rnV, flm.cter: Rsh//t{d : (100/9) / (100)
- 10 Ohm
a. Arus yang mengalir t : V/li .= 200/2000 : 0. I mA : 100 uA
b. I)cngukuran arus bcrartt mcnrasang arnpcrctnclcr sccara scri pada systcrn,
schingga hanrbatan systcrn sekarang adalah Rt - Rb + Ilsh//lld
"' 2000 + l0 =' 2010 Ohrn
Arus yang mcngalir rlalarn rangkaian I = 200/2010:99 uA' Arus yang mcngalir ltada rrreler: Rp/Rd X I.,.(10/100) x 99:9,9 uA
llila meter dibagi rnerr.iacli 100 skala, maka jarum akan nrenunjuk pada
skala antara 9 cian skala I0 untuk batas ukur I rnA.
Bila batas ukur yatrg dipakai maksinruln I00 uA, maka jarum akan
menunjuk pada skala 99.
3. Apa yang dapat disinrpulkan darijar,vaban soal no.2
Jarvab :
Pengukuran arus adalah rncnrasang sccara seri pada yang diukur , dengan
dernikian akan menanrlrah nilai harnbatan total pada r"angkaian, hal ini kan
menycbabkan arus yang mcngalir akan lcbih kccil. Olch scbab itu harnbatan
dalam total am,pcremcter harus.iauh lcbih kscit dari lrarnbatan rangkaian.
Agar pcngukuran yang dilakukan hasilnya rncndekati nilai scbenarnya maka
harus dilakukan koreksi tcrhadap hasil pengukuran.
34
4. Sebuah meter d'Arsonval mcmpunyai harnbatan dalam 100 Ohnr dengan
kepekaan arus 100 uA akan dipakai untuk mcngukur arus sampai 2 Volt.
Carilah nilai hambatan seri yang harus dipasang
Diketahui : Rd = 100 Olrm, Isp: I00 uA, Vl11 .= 2 Volt
.lawab:
Ilambatan total ldalalr :Rt : Itcl r' I{s
Batas pengukuran tegattgan maksirnurr adalah :
Vmax : lsp Rt :( Rd+Rs) Isp
dengan demikian hambatan scri adalah :
Ii.s : ( Vmax- Itd lsp ) / Isp .
:( 2000- 1000 *0,1)/0,1 : 1900 /0,1 : 1900 Ohm
5. Bila voltmeter pada soal no.4 digunakan untuk mcngukur nilai tegangan scbuah
rangkaian pernbagi tegangan clcngarr nilai harnbatan masing-rnasing adalah 1000
Ohm, , surnber tcgangan 2 volt, tentukan nilai pcnunjukan rnctcr.
Jawatr
Sebelurn dilnkukan pengukuran, tegangan ada R pernbagi adalah:
Vpl =(2Vl(p+lt))R*(2/( 1000+ 1000)) 1000: I volt
dengan nrus yang mengalir : [a : 2000/( I000-F I 0001 : 1 nrAi
Setelah voltuneter dipasang, nraka R yang lreda tegangannya diukur akan
ntentbentuk rangkaian paralcl dengan Rt schingga nilai hambatannya adalah :
l/Rp - liR "r l/Rt, sehingga llp: (R I{0 / ( R-t- Rt ;.- 1000x 2000 l(1000+2000)
666,6 Ohm
arus yang rn engalir pada rangkaian adalah : tb : V/ ( R + ( Rt R y (Rt+ R )):2000,( 1000"t- 666,6) : 1,2 mA
Tegangan yang terukur adalah :
YpZ*lb R: 1,2 x 1000 : 1,2 volt
35
Secara perhitungarr dan pengukuran ada perbcdaan yang cukup rnenyolok
6. Itancang sebuah caturlaya clengan spcsitikasi : Vo =.9 Volt, kemarnpuan ditarik
arus 50 rnA tcrcgulasi. 'fcrrtukan iulai tlan spcsifikasi kornponcn yang akan
digurrakan.
Jarvatr : Untuk ketnantpuan arus 50 rnA tercgulasi cukup rnenggunakan zener
sebgai regulator, rangkaian sepcrti Ciarnbar 1.19.
'\rus yang nrengalir pada It penrtralas : Ip: Iz * Ib,
arus tretran nraksitnum 50 tnA, dan arus zencr agar ada kondisi break dorvn Iz:l0 mA , maka Ip : l0 mA r- 50 nrA : 60 rnA.
Tcgangan transformator dipililr yang 9 Vac sehingga sctelah disearahkan
rncnjadi
Vp:9 x 1,4 =' 12,6 Volt , .
sedangkan tegangan keluaran sama dengan tegangan zener Vz:9 Volt,
dengan tlernikian tegangan pada R pcmbatas adalah : Vr: Vp-Vz:3,6 Volt.
Ilesar R pernbatas:3,(r Volt / (r0 rnA == 60 Ohrn,
disipasidaya yarrg harus ditahan olch It : Pr ='3,6 VolI x 60 nrA:0,216 watt,
untuk itu rcsistor yang digunakan cukull 0,5 rvatl..
Ilada kondisi tanpa betran, sernua arus yang bcsarnya 60 nrA akan rncngalir trlada
zcner, nraka disipasi daya zcncr adalah Pz'= 9 Volt x 60 rnA - 0,54 watt.
Dari trrcrhitungan tqrsetlut nraka konrpponen yang dipilih aclalah :
'lrans{brrnator CI' 9 Volt, dioda pcnyearah I A, kapasitor filter 2200 uF ,
resistor 60 Ohrn 0,5 lvatt, zener 9 Volt I watl
7. Ilancang catu daya dengan tegangan keluaran 9 Volt dengan kemampuan ditarik arus
sarnpai 500 mA teregulasi. 'l'entukan rrilai dan spesilikasi komponen yang digunakan .
.lawab: l.Jntuk kemantpuan ditarik arus 500 mA, pcrlu nrcnggunakan penguat arus,
rangkaiannya scpcri Canrhar 1.22,
'l'cgangan keluaran: Vo : Vz - Vbc, nraka zcncr yang dipililr mernpunyai tegangan
vz'= vo + vbe: ( 9 r-0,6 ) volt,=,9,6 volt
Misalkan penguatan transistor, F = 100, ttraka lb'== Ie/( 1 + p i=500 l(1+F)=5mA
Bila lz: l0 rnA saat arus keluaran maksirnurn, nraka disipasi dayapada zcner saat
tidak ada arus keluaran adalah z,=, 15 mA x 9,6 Volt = 144 rnW
DisillrsidayapaclatransistorPt: lc.x Vcc:500 rnA x( 12,(r -9 ) Volt:1,8 watt
Bcsar rcsistor pcrntratas R : (12,6 *9,(t ) Volt / 15 mA :200 Ohrn,
36
disipasi dayanya adalah : Pr: 15 nrA X 3 Volt'= 45 mW, dengan dcmikian cukup
digunakan resistor 0,5 watt
J'rasistor yang digunakan adalah LID-139 clengan kcrnalnpuan daya 8 wau.,
1.8.2. Sonl - Soal
l. Carilah nilai-nilai harnbatan yang lrarus clipasang unuk arnpcrerncter rnulti
iAl iA2 iAs
jangka, bila dikctahuijangka pcngukuran : I A, l0 A dan 25 A,ltd -,50 Ohm,
lsp.= 20 uA
2. Carilah nilai lrarnbatan seri untuk voltrnctcr rnulti ja.ngka bila diketahuijarrgka
pengukuran : I volt, l0 volt dan 25 volt, Rd:50 Ohrn, Isp:20 uA
3. Carilah faktor koreksi untuk anrperenreter contoh soal no I darr voltrneter contoh
soal no 2
4. I{ancang catu daya dengan tcgangan kcluaran 12 Volt dengan kemampuan
clitarik arus sampai 2 A tcrcgulasi.'l'cntukan nilai dan spcsifikasi konrponen
yang diguirakan ,
5. Itancang catu daya bipolar dengan tcgangan l<cluaran +-12 volt dan *12 volt
dengan kemampuan ditarik arus sampai 50 mA teregulasi. Tentukan nilai dan
spesifikasi komponen yang cligunakan .
6. Sebutkan lungsi signal gcrrcrator.
7. Sebutkan lungsi osciloskop, apa kolubihannya disbanding dengan voltmeter
1.8.J. Tugns Karya
lluatlah catu daya bipolar 5 volt nrenggunakan IC rcgulator 71t05 dan 7905.
Cari :
a, Data karakteristik IC rcgulator yang tlipakai
b. l-larnbatan keluaran catudaya sebelurn rncnggunakan regulator
c. I:latnbatan keluaran catudaya setelah menggunakan regulator
'' d. Arus nraksimum yang bisa ditarik dari catudaya
JI
BAB II
SENSOI( DAN'I'IIANSDIJSEIT
2.I PENDAIIT]LtJAN
Mendeteksi dan rnengukur besaran ['isis dcrrgan nrcnggurlakan sistern elektronika
tnemerlukatt pengltubtmg antara besaratr Ilsis lcrscbut clcrrgan sistetn pengukunrya,
dalanr hal ini penghubung ini ber{ungsi rncrubah ircsaran Iisis rncnjadi bcsaran listrik,
tcgangan, atau ams. Bila yang dipcrlukan lranya rnendeteksi pcmbahatr , penghubung
tcrsebut di istilalrkan s0bagai serlsor, apabila yang tliingirrl<an rrilai besaran maka
pcnglrubungnya diistilahkan scbagai lransiluscr .
Untuk melakukan dctcksi atau tncngrkur bcsaran fisis tcrlcbih dahulu lrarus dikenali
besarannya kemuclian mencari scnsor / transduscr yang sesuai. Sctclah itu, ha.ruslah
dikenali sifat/karakteristik dari scnsor/transcluscr yang clipililr, agar dapat ditentukan
perlaku,,r yang harus cliberikan pada bcsaran listrik yang dihasilkan sehingga tarnpilan
nilai bcsarln flsis yarrg diukur sarna dcngan lrasil kottversi transcluser.
2.2. KARAK'TtiRIS I K TITANSDI.]S IiIT
Sistcrn pengukuran elcktronik sclairr digLrrrakarr untuk urcrrguk.ur besaran listrik
seringkati cligunakan untuk rnengukur besaran uon Iistrik scpcrti tcrnperatur , tekanan
dll. Besaran fisis adalah energi, untuk itu cliperlukan alat yang clapat menerinta encrgi
dari besaran fisis yang diukur dan dikorrvcrsi rncniadi berrtul< yang dapat diukur sistcrn
pengukLrr elektronik, Alal tersebut didet-enisikan scbagai transrluser, dan didalarn sistenr
pcngukurar elektronik tinjauan utarnanya adalah lranstluscr yang, nlcngkonversi besaran
fisis rnenjadi bentuk besaran listrik. Konvcrsi oleh transduser clinyatakatt persatnaan
matcnratis yaitu hubungan antara keluaran yang merupakan lungsi dari masukan.
Ilerbarrdirrgan anlara sinyal keluaran dan siny:rl nrasukatr disebut sebagai fungsi alih
atau lirngsi karaktcristik transtJuser.
lJrnurnnya transduscr kcbanyakal kornponcn aktif yang bcrarti nrerncrlukarr daya dari
luar agar tlapat bckerja-. Scdangkan jcnis yarrg lairr aclalah trarrsduser pasif, yaihr
lransduser yang dapat nrengkonversi trcsaran fisis rncnjadi besaran listrik tanpa
mcmerlukan daya dari luar
Contoh trarrsduser aktif adalah potetrsiometer, resislansi potcrrsiotneter dapat diubah
derrgan rrrengutrah posisi tourbol. Agar dapat cliukur, arus dzrri sutubr:r cksternal ltarus
38
rlilewarki. r rnelaluipotensionteter. Pengukuran tcgangarl yang timbul clan arus yarrg
mengalir di poterrsioltrcter akatr rttenrbcrikan lrasiI nilai lranrbatan tlari poteruiorneter.'l'raltsduser ada yang dapat rnengubalr bcsaran llsis larrgsung nrcltjadi besaran listrik,
lritnsdusot' ini tlirurgglll rrtcltj:rtli llcrrrbarrllkit tlir'i atarr pirsilschinglga tidak tlibutuhkan
suntber rlaya untuk pegoperasianrrya, Corrtoh transiluscr )rallp, clapat nrcngubah besaran
lisis trierijridi bcsaran listrik yaitu lcnnokopel. 'l-errilol<opel adalalr clua kawat logarn yang
tlipadukan salah satu ujulrgtrya , pcnolapiln pflnas patll ;racluan logarrr lerseliut akan
rnenrberikan beda potcnsial ada kedua,u.jung karvat yarrg lain.
I)ahrn pengttkuralt clektrottik, tidak rrrcnjacli yarrg hal llcrrting apakah lnenggunakarr
traltstluscr aktil'atauJttur pasi[', yarrgn dipcrtinrtrangkan adllah output clari trarrscluser
yatrg bcrupa bcsaratt listrik, lJesarart Iisffik irri tlalta( bcrupa tcgarlgan, :rrus, ft'ckucrrsi"
kapasitattsi, resistansi, lebar pulsa (pulsc rvidth) atau variatrcl listrik lairr .
tlila ditinjau dari besara,r yang diukur, ada cnarn bcrrtuk energi yang dapat diutiah ke
tlalatn bcsaran lisl.rik dcngan trarrsduscr, yaihr crlcrgi rnekanik, panas, racliasi nuklir,
radiasi electrontagttetik, ntagtrct, tlnrr etrergi kirtria. Scbagai conlolr, radiasi nuklir dapat
dirrlralr langsung kc tlalanr sinyal listrik dcngat't cotutt(:t' (ieiger, atarr racliasi dapat
portalltfl kali diubalr kc bentuk caltaya dctrgan nlcnggunilkan bahan pclrdar yang rliubah
ke dalarn sinyal listrik tlelrgatt plrotonnltiplier atarr scrrsor cahaya yang lain. Pada tabel
2.1 ructdehrskati lransduser yang tncrrgubalr tiap lrorituk cricrgi kr: dalarn siuyal lisffik.
ARTJS PADA IILEKTI(ODA
SEBANDIN(i DENGAN
IONISASI
MERUIIAII ENIIRCiI LISTRIK
MI,;NJADI ENETTGI
E,T,I]K-fITOMAGNE'UK I]AN
S[i}ALII(NYA.
'l'abcl 2-l
l ir r c r gi da n tIlI f Jll l -s-g
r_y_1ur g*bcrs csu a i a rr scrl a k c l u ari u r 1,ar r gr1Nrlr(Gr
| 'I'|(ANSDUSIR
MEKANIK I prucurut{ At,rr{n N pul.n R
I
PAF{^S- ----] i.,r'*o(oprir.
I
nnunsr ufi[rn f ,.,rnO.,xrr.rishsr -
I
rir}:xl'r<oMnarqririx -- -, -l i*,,'*n
I
I
___]_
asilkarriii'iri{iNc;aN
39
KIMIAWI
MAGNETTK SENSOR EFEK I{ALL TECANGAN DTT.IASILKAN
ARUS YANG DALAM
KONDUKTOR DALAM
MEDAN MAGNET.
MEircuffiION HIDROCEN DALAM
LARUTAN
2.J. TRANSDUKSI
l'ransduksi adalalr proscs perubaharr nilar bcsaran dalam transduscr akibat 'adanya
perubahan variable besaran fisis. 'l'i'ansduscr aktif biasanya. rnengaudung elernen
rangkaian pasif, antara lain resistor , kdpasitor- atau induktor umunnya dalam
konligurati jembatan, yahg berubah nilainya apabila terjatli perubahan variabel fisis.'fransduksr terdiri dari bcberapa jenis transduksi dasar antara lairr transduksi resistif,
kapasitif dan induktif.
2.3. | .'l'ra nsduksi resistif.
Nilai resistattsi kourponen resistif dapat bcrvariasi rlengan berbagai cara antara lain:
kontak geser pada reostat, penerapan stres rnekarrik, variasi irrtensitas cahaya pada bahan
peka caliaya, dan perubahan temperatur yang dilanrtrangkan seperti gambar berikut:
(c) RTD
Idan
iltermistor
1*#(a) kontak geser
(b)gage regangan
caha
(d) Eoto konduktif
Ganrbar 2.1. Transduser kategori transcluksi resistif
Carnbar 2..1(a) menur{ukkan. apabila terjadi perubahan posisi pada terminal geser , maka
akan ter.jadi perubahan resistansi nilai antara kedua tenninal.
40
(iarnbar 2.1(b) adalah sebuah konduktor dari logarn tipis kuat yang dilekatkan pada
sebuah trahan, apabila terjadi delormasi pada bahan terscbut akan nrengubah resistansi
konduktor yarrg cliapsang. Mettarnbah rcgangiul parr.jarrg dari kawat dan rrrcrrgurarrgi
dacralt sekat-silangrya (cross-scctional), lrasilrrya. rcsistansi yang bcsar; scdangkan
pc t ra kano ttr p ressu re ada lalr kebal ikarrrrya.
Canrbar 2.1(c) adalalr lambang ternristor , bila terlruat clar:i bahan logarn , biasanya
platina , resitansinya akatt meningkat sctrandirrg clengan peningkatan tcmpera.tur,
sedangkan untuk bahan sernikonduklor nrcnunjul<kan pengurangan resistansi terhadap
peirin gkatan tcnrpe ratur
Oantbar 2.1(d) aclalalr larnbang lbto koncluktdr yang tlapat cligunakan untuk mengukur
itrtetrsitas cal'taya, yaitu cahaya yarrg diserap balran dapat ruenaikkan konsentrasi rnuatan
pernbawa pada pita konduksi dari baharr scnri konduktor yang rnenyebabkan resistansi
bah;rrr akarr bcrkurarrg.
2.J,2. 1' rnnsd u ksi ka pasi tifKapasit;rrrsi dari sebuah kapasitor plat paralel dibcrikan oloh rumus berikut :
C = csu,J tt- I )Ad
IJi rnana C =,kapasitansi, I;
E0 = pennitivitas ruang bebas, 8,85 x l0 -lr [;ln
Er = pennitivitas relatif , luasarr
n - banyak pelat
d *.iarak antara penrrukaan, rn
E = t0Er
l:rarrsduksi kapasitif terjadi ketika lresaran yar]g riiukur mcrubah kapasitirn.si
kapasitor, seperti Cambar 2.2,
.-] L--. J,I I l--l l__.<t-}l
Arnlr gernk Aralr gerak t
.--l L---\.,M4-f-^)
(a).1nrak antara plat. (tr) luasau ef'ektif (c) dielektric
Canrbar 2.2. Transcluksi kapasitif
4I
z;-
Sebagai contoh, rnikro$on korrclcnser yflng merlggunakan tckanan akustik rurl,uk
rrengubah .iarak antara pelat seperti ganttrat' 2.3-Z(ir) , schittgga tirnbul variasi
kalrasitansi, Penggeseran dari salalr satu pelat seperi garnbar 2.2(b) nrenyebabkan luas
ctektillplat dapat bcrubah sehingga rrilai kapa:;itarrsijuga akatt tnettgal:rmi perubahan,
Galnbar 2,2 (c) adalah irrdikalor level Iluida tidak kondukti[ , perubaltatt level
rnenyebabkarr perubaharr perrnitivitas rclatif'antara pclat schingga kan teriadi perubaltatt
nilai kat.;rsitansi .
Selairr 'itu, perubahan kapasitarrsi tlapat diutnpartkalt parlir rangkaialt .iettrbatatt clan
rarrgkaiari rcsottattsi.
2.3.3.'l'ransduksi induktif'l'rarrsthrksi ilrtluktil'tcrjadi kclika pada bcsat'an yang tliukur tttcttgubalt induktarrsi
diri atau induktansi bersama pada kurnparar. Salah satu oara utttuk ntengubah incluktansi
adalah nretrggossr inti rnagnct. Ilila inti rnap,ncl clilrubturg,katt dcttgatt tltekattistttc
pergeseran, rnaka ak,an cliperolch pergcscran yal)Ll sclralrcling dcngatr petubaltan
irrduktarrsi. LineaL Variable Ditt'rirerttial 'l'ratrslbntrcr ( I.VD'l) irtlalah oontoh tlari
pcngllutraatr trarrsduksi irrduktif .
2.3.4.'Iransduksi rnagnetik
Itl'ek IIall adalalr lransduksi lrragnetik yarrg teriadi kctika konduktor pcmtrawa arus
rJitcrupatkatr tlalanr nredan rrragrrct. 'l'egarrgatt tttclov;tti konduktor dalartr aralt tegak
lunrs pacla arus dan nreclan rnagrtet, seperti dituniukkarr dalam gantbar 2.3, Perubahan di
dalarn rnedan rnagneI scbaudirrg clcngiut tcgattgan ruartgall (Hall voltage). Tcgangan
ruangan dapat rligunakan uttluk rttencntukalr arus cli dalarn kocluktor.
Gnmbar 2.3. 'franstluksi rnagnet. Pritrsilr yang dituu.iukkan adalah efek []all
Mnrrrrelic. fielrl (tl\ttt
42
2.3.5.'franstluksi bangkit mandini
Transduser bangkit nrandiri rnerrgubalt besaratr [isis latrgsung ke dalam besaran listrik.
Corrtoh dari transduser lrargkit nrarrdir,i adalalr transduscr yang clapat ttrcrtghasilkart
tcgiurgan dari clck te rrnoclcktrik, induksi rrrugucl, clbk pir:zoclcktlik, atau clbk
ph<ltoelektr:ik, tiap kouversi nrcnyerap errcrgi tlari lresaran yang diukur clarr lncrrgltasilkan
ourput listrik, Contolr scclcrhlrra lrlalalr solur scl yung <lapat digrtttakan scbagai surntrcr
cltcrgi.
2.4. IltiM I I-,t I IAN',t'ltANsDUOlilt
[]ntuk nrerrggunakarr transducer yang pcrlrr clipellratikatr adalah ntcttgettali besaratt
fisis yanB diukur, kcpastian kccrcnnalan dari pctrgrrkrrrart, liunanya pcngukuran,
l ingkungan pcncnrpatatt operasional transdusct' datt irroscs kalibrasi.
2.4.1. Selang (rnnge)
Selarrg aclalah claerah harga yang cliatur dari ruinirnurrt ke tnaksimunr sebagai batas
pengukuran. f'larga rrrinirnurn tlarr rnaksirrrunr dari batas lrattsduccr discbut titik akltir.
Ilcbcrapa Iransducer dapat cliatur agar tlapat rligrurakart urttuk tnettgukur dengan selang
yang trertreda delnngan rnelcrnalrkarr obyck yang diukur. Setlagai contolt, trattsduser
radiapi sensitif, besaran yang diukur clilcnrahkan nlenggunakan filLer peltyerap radiasi.
Apabila tidak diperolch trarrsduser yang dirpat rnongukur tlettgart range yang berbeda
rrraka perlu digtirrakarr bcberapa transcluscr dcttgatt rartgc bcrbcda.
2.4.2. iVI;rsukan thrcshokl
Masukan tlrreslrold adalalr harga terkccil yang clapal diclctcksi dari besaran yang
diukur Masukan yarrg dapat diarnati yang clapat dilihal-, harus rnomrurgkinkan untuk
nrcrrrtrcrikart nilai unik .
2.4.J. Karnktcristik Dintnrili/ Dynanric llchavior
Karakteristik dinarnik dari transcluser rnenrbeclakan bagaitnatta transcluser dapat
rnelranggapi pcrubalran input. 'fidak ada lrarrscluser dapat rlreugikul"i perubaltatr besaralr
fisis yarrg cepat. 1-artrpilan dinarnis trarrscluser btasatrya tlilihat clari respon flrekuensi
atau waktu respon, yaitu waktrr yang rliperlukan untuk nrencapai persentase te(entu
(lriasarrya 90% - 99%) harga aklrir Waktu rcspon clapat diukur seperti halnya
rncngukur konstanta waktu rangkaian I{Cl atau [([,.
43
'=\.\.
( korrstanta rvaktu adalah.waktu yang diperlu output untuk tnencapai 63oh dari harga
akhirrrya).
2.4.4. Keccrmittan dan llesolusi
Kecernralan adalah perbcdaarr antara harga pcrrgukuratt dcngatt ltarga yarrg tliterirna.
Kecerntatur sarrgal lltenrpengal'uhi lrarg4a tr.rtal dari sistcttt pcttgukuratt. Patla beberapa
kasus, kecerruatau berubah seiring derrgarr usia pcrrggunaan , tnisalnya untuk trattsduser
ukurat regflngfln diut trattsduser tekattalt yitng tllclnpunyai urnur le[alt.
l{esolusi adalah kenranpuan [rarrsduscr untuk ntettttgukur perubaltatt ltilai lresaran
lisis palirrg kccil.
2.4.5. Kcsalahan pertllangan dan histcrisis
Perulargan atlalah perbedaar maksimunr atrtara pengukuran yang berhutrungan dari
besararr yang sama ketika titik pcngukurarr dirlqka{kart tiap waktu dari arah satna utttuk
seluruh hatas. Biasanya diganrbarkan sebagai persentasi perbcdaan clari skala penult
outlrut. Kesalalran histcrisis adalah pcrtrcclaan tuaksitttum atttatit pettgukuratr yartg
lrerhul,,,rgan clelrBan besaran yang santa ketika titik trkur didckatkarr {iap waktu dari
arah yau I berbeda dari batas pcrruh. Scbagai contolt adalah ketika balasatt dalam rod:r
gigi lncnyebabkan pcrnbacaan dari arlo.ji bcrlrcda, tcrgatttuttg clalam apakalr roda gigi
dikemhalikan ke salu arah atau ke aralr yang lain.
2.4"6. {ianggurn operasional dan tingkungan
Gangguan alam
, -fransduser, pemasangarr katrel, clan koucktor lrarus talrart terhaclap el'ek clari konclisi
alarn, yaitrr cahaya, polusi, teruperatur . lckart:ur, kelernbatratt tlan lainrrya. Sebaliknya
pula transduser ttdak rnenjadi pernicu tcrjadirrya kcbakarart, leclakan , kejutan listrik darl
scbagaitrya.
Gangguan ntanusia
l"rairseluser dalarn penenrpatarrrya sedapat rnungkitt dapat dihirrdarkan dari garrgguan
akibat perbuatan atau alat buatan rnnanusia baik senga.ia maupu tidak senga"ia., terutania
rurluk trattsduser yallg lltempultyai sirryal otrtpttt I'etrdalr.
44
Sunrber daya
Sulnber daya adalalr salalr satu sutrtber giurggtl.rrl l,ang cukup potensial pacla
transcluscr, tenrlarna apabila perrernpatan transcluscr cLrkup .jluh clari surnbet" daya.
l)urgarr dctnikiart :;urrib", tlaya yarrg cligurrakatr lrarus stabil baik alus nraupun
tcgarr'ganlrya.
I'engkonrlisi sinyal
tleberapa trarrsducer nrenghasilkan sinyal yiurg sangi,rt kecil karctta ketnatnpuautya
alaullrrr klrrena terlclak [)ada tcnrl)ilt yiurg ctrktrlr .iarrh, [riitsartya sittyal keluaran rettlalt
terhadayr gangguan. Scbuhlr perrgkonrlisi sinyal yang digutrakarr ltaruslalt lrarnpu
rnenckan''galrgguan tersebut sernirritn rnunghitr, bahkarr apabila diperlukan , clapat ptrla
tlilakukarr lrcrrgubaharr bcrrluk sirrl':rl kclrurrarr ;rglr rlirlxrl rrrcttclkirtt gal)gguan.
l)irrten r
Dirnr,rsi trarrscluscr sarrgat bcrpcnganrh pacla hasil pcngukuran, sehingga perlu
clipcrlrarikan tlirncnsi tratrscluser cle ttgatt r uang te rtrpat trattscluscr
Iifck penrbebanan
It'ck pclrrttctralrarr adalalr ter.jatlirryir 1;cr,,tralriur 1;,,,[,r sutttbet' bcsaratt trkut yang
dilrkibittkarr lrauscluscr. Perrycbab tersctrut unrunlnyil l<irt"clta itnllotltnsi sulnbcr rnaupLul
Iransduser tjtlak scsuai, schirrgga perlu arlarrya pon)/csyuai irrrpccl;rrrsi tergatrggu.
Kctrnnr;rilan munusia
I"-aktor yarrg perlu rlipcrlirnbarrgkan urrttrk rrrcrnilih Irarrsducer adalah I<eterarrtpilarr
rnalrusiartit tttttuk ntettgguttakan tt'attsdtrscr .
1
Ktlibrasi
Kalibrasi diperlukarr tJilakukarr pada trarrstluscr scboluru cligurrakatt clan saat-saat
lcrlclttu se(:ara bcrkal;r. Kalitlrasi secaril bcrkala rli;lerlukarr karctta lraltsduser tttertgalattti
pcrubalralr scrrsitilit;ts nrilul)un ltot'rtlxtlr;ttr lisrk.
Kalibrasi harus clilakukan pacla korrclisi yang sanra clcngan korrclisi opcrasi untuk
rncrrgh irrdar-i kes;rlalran s rstelnatis.
Mctr,rclc kalibrasi terganturrg dari trarrsduccr yarlg digurrakan clart Inengacu pada
sualu standar kalibrasi yarrg r-liscpakirti. Kalibrasi dayrat clilakukan clcttgan
lnernbanclrngkan transdrrser dengnn ins(nrnrerr yarrg tclah atla atau rlcttgatt standar flsis
45
(seperti nrassil dari tirnbangarr bcbarr) alau rrrerrggunal<arr aouan fisis (scperti tliple point
dari air rurtuk transtluscr sulru).
Data yeurg diclapatkan kctika kalibrasi cliscbut rclianran kalibrasi (calibration
rerortl), sedangkan garis yarrg rncrtghrrbrrrrgkrrrr titilt tlala rliscbrrl turrva kalihrasi
(calibralion cun'c)
Kalibrasi di dalarn balran y;urg. rncnrbcr"ikarr rvaktu bagi output trattscluser utttuk
nrcnen(ukan lrarga yang tetap discbut l<alibrasi slatic (static calibration). 1'ransduser
digurrakarr di tlalarn pengukuran dirrarrris rlapat rlipcriksa tarrggal)irnnya dcrrgart kalibrasi
dinn.rnis (dynamic calibration). Kalibrasi dinarnis scrirrgkali nrclakukan pentbandingatt
arrlara transcluccr ynrrg lelalr dikalibrasi clcngan tlatr,sduser acrriln yang tclah ada clan
lcbilt cepal. Pengetcsarr dirraruis yarrg lain cliscl"'rrt tes tanggaparr step-lunction (stcp-
function response test. Di sirri, trarrsduscr diutarrrakatr parla perulraltan kecepatan di
dalaru irrput, unlun'uryil l0%-909lo dari batas/ ratrge trattstluccr. Scbagai contolr,
trarrsducer suhu sangat cepat' rUpirrdalrkalr untrrk rnetrgltattgatl<an atau rlcndinginkan
lirrgktrngan tJan tanggapanrrya yang rliarnati. Wal<tu rliharusl<art pada output utttuk
rrrcrrelrlrrkalr strlru llarrr aclaialr ttrcttgrtkrrr u,ai<trr Iattggallitu Irattstluser.
2.5. l'liNctlKt,lrAN MltN(;GtiNAliAN RANGI(AIAN .ltrlM IIA'I'AN
Be[i'rapa transduser, seperti pcngtrkrrr rcgangan, ala[ srrltu resistattsi, dan bcrbagai
lransdusr'r' geser, rnenggtmakan prinsip transduksi rcsistiL 'I'ransduser ini trtcnghasilkan
lrcnrbillrarr resislarrsi yang sarrg,at kccil clalatn nre nanggapi obyek y?lng diukur.
I{arrgkaiarr yarrg dallat rnenclctcksr pcnrbaharr ylrlg sangat kccil ini aclalah icrnbatart
Wheatslorrc, yang lcrtliri dari crrr;l;rI lerrgarr rcsislatrsi dcttg,ittt sebuitlr sruttbct' tcttitgit
(disebrrt cksitasi) rlilarnbah sebualr pe ngrrktrr scpcrti patla Garnbar 2.4. .
Lengantlfl rt sil
l-eugan sinyal
IATU DAYAT E[lt, GUt/rSl [,crrgan
r:ksil:rqi
Garnbar 2.4. llerrtuk clasar rangkaiatt jctttbatatt Wltcatstottc
46
Ilaltgkaian ini dihubungkan dengan dua pasatrg titik samtruttgan ke catu daya, pada 2
titik yang Iain dihubungkan dcrrgan scbuah galvanoructcr di dalarn .icmbatarr rnengalir
rncl:rltri titik salnbungan cksitasi. Varisasi tcgattgatt diakibatkan karcna pctturuttatt IR
sanrbungan eksitasi dideteksi olch lcrrgarr perasa clatt diglurtakan uttuk.tncngatur aliran
arus agiu tcgangan yallg tltasuk kcjcnrbatan sclalu kottstatt , sedattgkatt lcngan pcrasa
tidak rttcrncrlukan arus, seltingga tidak tnettgalatni pclturtttlatt IR.
Kctidakseirnbangan jenrbatan di detcksi olclt galvanomctcr atau voltmeter. Apabila
kcti<lak setimbangan jembatan sangat kccil dapat rligunakan pcnguat ittstnunentasi (lA)
yang lncmpunyai sensifitas besar yang dihubttngkatt rnenyilang pada output yang
bcrbcda, scpcrti ditunjukkan dalam garnbar 2.5.
u'T
Galnbar 2.5. Penguat instrumentasi sctragai dctcktor ketidak scilrtbangan
Untuk pcnggunaan , unrumnya pcrrguat instrutnctttasidipilih yang mclnpunyai CMRR
(common rnocle rejection ratio : perbandingan modus pcnolakanlakan bersarna) tirrggi,
pcpguatap yang stabil, low drift, schingga hasil pengukuran tidak terganggu noise, tidak
rnernbebani transduser <lan hasil pcttgukttratl yallg cukup aktrrat'
llila jcmbatanr Whcatstone digqnakan untuk ntortdctcksi perutrahatt resistansi dari
tralsduscr resistil tunggal, tr:rnscluser diternpatkan di clzrlarn satu lcttgan clari jetnbatan,
{a1 keluaralt clari iernbatan diarnati. Sensitifitas dari ltcngukuran dapat ditanrbah dengatl
rncnggunakan transduscr aktil' lcbih dari sAtr,r, clart tidak harus nlenveimbatgkan
jenrbatan untuk rnenentukart resistarrsi yartg tidak cliketahui; selain itu, besarnya kondisi
yarrg tidak setimbang dapat cligunakan scbagai .indikator resistansi atau lnendetcksi
perubahiur re sistansi. Biasanya perubaltatr keluaratt bukanlah fungsi linear dari
perubahart rcsislansi (diper[<irakan lincar kctika Itl >> I{u,'kn.,,n, ), tetapi kctidak lincaran
PENGUATINS'l'RUMllN'l"ASI
47
,ncnrpunyai keuntungan di dalarn bcrbagar pcngukuran. Sangat nrungkin untuk membuat
jerrtbatan yang clapat rnenjaga keluaran linear r1ari transduser nonlinear seperti rnisalnya
tcnnistor. Teknik, untuk mertambah lincaritas, scrrsitilltas, clan stabilitas rlari rangkaian
jcrnbatan telah banyak dikernbangkan, tcnrra.suk aclanya petrguat khusus, mengubah
surnber cksitasi, tlan pcnepatan suhu ataLr karaktcristik tain dari transcluscr dengan
rcsistor jcrnbatarr, Scbagai cotrtolt, pcrtgukur ..g,,,,g.,, nrcnanggapi lcbilr dari sekcdar
tcgflngi;r:. tetapi juga Inenanggapi pcrubaltan suhtr. lJntuk rnereduksi pengaruh suhu,
pcngukur 'tlurrtlnylidapat diternpatkan di lingkungan yang sarna tetapi tidak diutarnakan
pcngukuran regangan dcngan pengukur rcgangan. Pengukur durnmy ditenrpatkan di sisi
yang sama dari jernbatart scpcrti alat ukur. Penganrh suhu mengubah resistansi tlari
kedua pengukur.di dalam bahan, rnenyebabkan kcluararr tidak berubah,
Bcbcrapa trangduser rcsistif hanya rncnghasilkan scdikit perutralran resistansi untuk
rnemberikan pembahan pada input. Untuk pcngukuran scnsitif, pedeteksiarr alat hams
rncrnpunyai modrrs penolakan bersanra ( cornmon-rnodc rejcction : CMR) yang tinggi
karcna tiap-tiap sisi darijernbatan termasuk di clalarrinya sirryal modus bersama dari catu
cksitasi-
Sunrbcr bising modusbersanro anLrra tanah
\--- ranekaian & tanah iembatan
rnodrrs bcrsanr:r Vcrrr olch arus tattah
Surnber morlus bersarna diubalr rnen jadi sumbcr difbrensial oleh hambatan
dilercnsial <lalarri jalur yang mengganggu nilai pengukuran. Masalah yang lebih seriusI
akan timbul apabila detekl.or letaknya cukup jaulr clari transduser, anrs tanah akan
rncrnnycbabkan tirnbuhrya surnbcr modus bcrsarna iurtara tanah jernbatart dan tanah
dctcktor,
Konfigurasi yang memberikan CMMIT tinggi adalah seporl Garnbar 2.7. yaitu
grounci lcnrbalan tidak berhubungan clengan groturd cletector
48
Garrilrar 2.(r. Surnbcr tcgangarr
Ganrbar 2.7. Konligurasi agar L-MMR tinggi
'l'erlihat bahwa kcluaran rJari ternbatan dalarn garntrar 2.6. dan 2.7 tidak terhubung
dcngan tanalr rangkaian, konclisi ini mcmbuat kehraran dalarn keatlaan mengatnbang
(tloating output). Ketika voltmetcr dilrubungkan scbgai alat pcnclcteksi pada kcluaran
jembatan, hubungan sinyal lolinieter hanrs cli pisahkan clari tanah rangkaian.
I"{anya saja, sclalu acla impeclansi yarrg tinggi pada'l.analr, keaclaan ini dijelaskan
pada garnbar ?.1(a). Dianggap balrrva inrpcclansi pada grounrl berbeda antara input tinggi
tlan rerrdalr .
:roltnreter
vuTPembagrtegangalimpenadrirendah. ,
,i
Carnbar 2.8 . Cambaran arus nroclus bcrsarna di sekitai jalur sinyal.
Arus dari surnbcr lanah modus bersarna berternu pacla titik samburgan voltrneter dart
mcmbangkitkan'tegangan bcrbcda yang disebabkan pcrbcdaan irnpedansi dijalur balik.
Ilal ini berarli sinyal comnron-modc telah cliuhalr kc dalaur sinyal rnode yaug berbeda,
elan potcnsial akan direspon oleh rneter. Salu solusi yang rnungkin ditunjukkan pada
49
gambar 2.7(b) persediaan eksitasi rircngarnbang dalarn istilah lain, acuannya
clipisahkan clari tanah rangkaian clcngan rncnggunakan isol;rsi transforrucr atau sebualt
batcrc. Cara irti dapat rnehyCdiakan CMI{R lcbih bcsar dari 160 dB. Sisi kiri dari
.icrnbat;rn clihuburtgkan pada tanah rangkaian clan sisi karran dari jernbatan dihubungkan
Jrada op-arrrp lak rnernbalik.
Solusi lain adalah menggunakan voltrnctcr pcngaman. Flubungall perlgalnan dibuat
schingga arus sltunt nroclus bcrsanra lrilarrg dari nrasukan ntetcr. Salah satu cara terbaik
adalah rnenghubungkan titik sambungan pcilgaman dengan titik inrpedansi rendah yang
rrrernpunyai potensial sarna dcngan sisi rcrrdah dari nrcter. I'lal ini dilakukan dengan
rncnarnbahkan pcmbagi irnpcdansi-rcnclah pacla .jcrnbatan, scpcrti tampak pada garnbar
2.7(c). Kebanyakan dari arus rrrodus bcrsarna akan rncttgalir rnelalui jalur irnpedansi
rendah yang disediakan pembagi tcgangan. llanyak variasi lain dari rangkaian tambaltan
yang dirancang untuk mengoptirnalkan pcngg;rnli kcrugian DC, penyimpangan tcgargiur
dan sui,,i, rronlinoaritas, penurrlukatt noisc, atau karaktcristik yang lain.
2.('. PI'NG I] KI"I ITAN'I'Ii M I' Iit{A'I't I IT
'fcnrpcratur ;adalah variablc yarrg scrirrg cliatLrr clarr cliukLrr baik dalarn alat rumah
tnaupun industri dan lian-lain. 'fransduscr urrtuk rnengukur tcmpcratur dibedakan
rnenjadi clua kategori, yaitu tcnnorneter dan pyrolncter. Jika transduser latrgrrng
dihubungkan atau dimasukkan kc dalarn bagian yang cliukur, transducer tsrscbut adalah
tcnnorncler. Jik;i tcnrperatur yang diukur clcngau pcngaruiltiur clari bagian yang diukur
ticlak bcrhubungan langsung, transcluscr irri aclalah pyrotnctcr, yaitu menentukan suhu
dcngan tncngukqr radiasi panas atau rncnanggapi ciri optis dari bagian yang ditrkur.
,
2.6. I. Defenisi tem;rcratur
Molckul-molekul dalam bahan bergcrak korrstan karena adartya energi tcnual.
'l'crnperatur saal gcrakan nrolckul bcrhcrrti dan ticlal< acla errcrgi tct'lttal disebut
tcnrperatur nol rtrutlak. Dalan zat padat, ada ikatan antar molekul dan sebagai penggerak
adalah cltcrgi gclar. Untuk zat cair, nrolckul-nrolckul nretnputtyai cukup etrergi untuk
bcrpindah dan , saling rnerrgelilingi. Apabila cncrgi panas ditarnbahkan pada sebuah
balran, kcccpatan rnolckul bcrtarnbah sehingga rnolekul-rnolckul lucngatasi gaya
atraktil di antara nrcrcka dan salirrg bcbas satu sarna lain dan rnclnbenfuk gas. Secara
tcori, ticlak. a<Ja batas lcbih tinggi pada tcrlpcratur, saat pcnatnbaltatt tetnperatur,
nrolckril tcqtecah rne n jacli atorn'atorn clan ar,rnr-atont tcrscbut tnclcpaskatt elektron,
nrcmbcntuk plasrtra. Kondisi ini tcrjadi cli dalaru bintang.
'fcnrpcratur dihubungkan dcngan rata-rata perpirrdahzut encrgi liirtetik clari rnolekul-
rnolckul yang menyebabkarr panas. Panas aclalah ukrrr:rn total cnergi intental scbuali
bahalr, dalarn satuan Joule atau Kalori. Sebualr bilhan bolch jadi mempunyai panas yang
lcbih kocil jika rncmpunyai total cncrgi intcrnal yang kccil rvalauputt lctnpcraturnya
terbesar. Sebagai contoh, secangkir kolti panas rnernputtyai temperatur suhu yang lebilr
tinggi rlaripada gunullg cS, yaitu karena pcrbcclaatt rata-rata kcccpatatt rnolckul-
rnolekulnya, tetapi gunung es rncrnpunyai crrergi parlas yang lebih bcsar karcna
massanya yang lebih besar. Dalanr panclangan rnakroskopik, tctnperatur dapat
cliclcfirrisikan setragai konclisi dari balran y:urg nlcncnlukatt lutntaran pallas dari benda ke
bcnda yang lain.
2.6.2. Skala tempcratur
Walaupun bukan pcrrcipta tcrnrorneter, Gatrricl Fal:renhcit, pernbuat peralatan/
instrunrcn dari Bclalrda, cliakui yang perlarrra kali mettcmukan tltennometer air raksa,
.salah satu alat yang cukup akurat clalanr pcker.iaan ilntuwart. Skala yang digunakan
dikalibrasi sesuai rlengarr hasil yang dia pcroleh (catnpuratn dari air es dan ammottitttn
chloriclc pada 0"1,) dari suhu tubulr manusia yaitu 96"F(walaupun 9[3.6"F. ditcmukan
kcrnudian dengan keakuratan yang lcbih baik). Skala yang digunakan tttamanya di I.lS,
nrcnandai titik bcku air adalah 32" dan trtik didilr ilir adalah 212" pada tekanan standar.
Nol nrutlak pada suhu -459,6" pada skala lialtrcnhcit.
Skala Cclcius lcbih banyak <ligunakan daripacla skala frahrenheit. 'fitik bcku air
.<lcngan skdla Cclcius adalah 0"sedangkan titik didih air adalah l00",nol rnutlak terletak
pada 2?3. I 5"
Skala Kelvin adalah skala rnutlak di rnarra scmuil sulru adalalt positif; skala ini paling
banyak cligunakan dalarn pekerjaan ilmuwan. Nol nrutlak terletak pada 0q K. Derajad
nilai pacla skala Kclvirr diclefinisikan pada 11273.16 clari triple poin air. Jurnlah derajad
antara titik beku air dan titik didih air sarna antara skala Kclvin dan Celcius; jarak
derajad kedua skala sama. Konversi stilru antara skala-skala dapat dilakukan dengan
mcngikuti persamaan berikut ini:
tt :915C | 32
C: 5/9(l;-32)L K=c -1273
Di rnana I; : srdtu, oI;
C - suhu, "C
K : suhu, oK
5l
2.6.3. 'r'I,RMOKOPEL
I-crrnokopcl dibuat dari dua bualt kawat logarn yang bertreda dan disanrbung rnenjadi
satrr pada ujurrg-ujungnya. Kctika ujung sarnbungan dipanasi, tcgangan tcrnroionik kccil
),ang terjacli sebariding dengan suhu yang rnuncul arrtara kabel. Efek ini cliternukan olch
J'ltonras Seebcck pada tahun l82l dan diberi narna c{ck seebeck. Ernf yang dihasilkan
dari kcdua balran yang bcrbeda scbanding dcngan sulru sarnbulrgan.
Jika rangkaian disernpurnakan dengan mcnggabungkan kcdua ujung kabel dan satu
ujurrg samburtgall pada sultu yarrg bcrbcda clari ujung sarnbungan yang lain, arus akan
rrrcngalir cli dalam rangakaian, sepcrti dijclaskan clatam Ganlbar 2.8. Scbagian besar arus
scbagai lirngsi dari perbedaatt antara keclua uiung sarnbungan clan jerris logam kabel
yang digunakan. Agar bcrguna di clalarn pcrrgukuran suhu, satu salnbungan adalah
mcnanggapi, alau "panas' scdangkart sambungan yang lain scbagai acuan, atau "clingin".
Jika sarnburrgan clingirr clikctalrui sulrurry;r, scpcrti kctika cs melebur, arus di dalarn
rarrgkaian clapat rlikalibrasi clcngan suhu sanrbungan yang panas.
Mclal IlGarntjar 2t8. Dasar dari tei i, rokopel dua karvat.
Sambungan tcrmokopeltcrjadi karena terhubung<lcngalr
', oltmetcr
. Garrbar 2.9. Terhul)ungnya voltmeter ntcnycbatrkan tirnbulrrya sambungan baru.
Jika kita mcmbongkar rangkaian dan nrcngukur legangan tcnnoionik yang terjadi
pada satnbungan, akan tcrjadi masalalr scrius. IIal ini disebabkan ketika kita
ntengltubungkan ujung voltmetcr kc logarn yang lrcrbeda pada salnbungall, kita akan
mctnbuat dua sambungan baru (disebut sambungan parasitis) dan ihr adalah termokopel
McLrl A
)
Mctrl A
Mclal l]
52
sendiri, seperti ditunjukkan pada gambar 2.9. Walaupun jika kedua ujung meter
ntcmpunyai persdrnaan suhu, voltttteter akarr nrcresporl lranya perbedaan suhu ujurg
mctcr dan sambungan yang akan diukur. Pembacaan tegangan oleh meter diberikan
dcrr gan pcndekatan pcrsamaatt :
V = ct(Tr _'l'z)
Dirnana V = tegangan secbeck, V
cr =,kocfisien ,..b"jk, Vl'c"f
r *'l'z =,pcrbcrJaan suhu antara samtrungan, "C
I-lal itu menunjukkan pcntingrya rncngetahui suhu dari ujung colok volhneter
terutama menggunakatr tcrmokopcl dalarn pcngukuran suhu yang tidak diketahui.
Pemecahan dari dilema ini adalah dcngan rncrnindahkan sarnbungan dari voltnreter pada
blok isotermal dan menempatkan blok pacla suhu acuan yang telah diketahui. Tegangan
dari sarnbtmgan yang tidak dikctaltui sekarang sebancling dcngan jenis bahan dan
perbcdaan suhu antara sambungan yang lidak diketahui suhunya clan blok acuan.
Gagasan ini diilustrasikan dalarn garnbar 2.10.
Garnbar 2.10. Terhubungnya voltrnetcr pada blok isoterrnal.
Sulru tcrtctu dnpat menjadi acuan terkontrol yang lcliti, sebagairnana suhu peleburan
cs. Walaupun peleburan es adalah acuan yang tcpat, hal tersebut tidak terlalu dibutuhkan
dalant pcngukuran. Untuk pengukurart suhu tinggi, kcccnnatan clari acuan sangat
rtturtgkitt mcnlpcngaruhijika blok pacla sulrrr ruarrg. tllok isotcrrnal biasarrya dibuat dari
bahan kcramik yang dapat mengltantarkarr panas. Suhunya dapat dirnonitor dengan
ntertggunakan IC sensor sultu atau tltcrmistor, dan Kornpensasi dari suhu blok dapat
dikerjakan oleh mikroproscsor. Jadi, tidak perlu nrcnjaga sambungan suhu konstan yang
dingirr, selama acuan diket:rhui. Kita rnungkin bcrtanya mengapa tidak langsung saja
Mctrl A
j Mr:krl Il
^\--..- Blok acuansuhu - 'l'r
53
clilakukan pengukuran langsung dengan scnsor. Alasannya adalah batasan yaiig dirnili$ri
scnsor untuk mengukur sultu acuan adalah terbatas, tctapi dengan tennokopel dapat
bcroperasi dcngan batas lebih tinggi dan suhu yang lcbilr tinggijuga.
Rangkaian kompcrtsrtsi clcktronik klrusus tcrscclia baik pada sarnbungan srrhu dingin
dan skala tcgangan output pada jenis unrunl dari tennokopcl. Rangkaian ini
lncnycdiakan kotnpettsasi otomatis dan rncrnpunyai kcccnnatan yang sama seperti
kamar rnandi es tetapi lebih rnuclah untuk diterapkan (kcccrrlatan J:0.5o/o). Rangkaian
tcrdiri dari dua bagian - IC kompcnsasi sambrrrrgan dingarr dan penguat OP-Amp untuk
rncnycdiakan pcngkondisian darr pcrrguatan sinyal. Dalam kenyataanya di mana
koefisicn Seebeck kccil (sepcrti pada tcrrnokopel tipe-S ), pcnguat ternbaga perlu
tlistabilkarr.
WalauJrun persamaan mcngiindikasik;rn huburrgan yang linear, tennokopel yang
nyata rnenyinrpang clari korrdisi ideal irri. Carrrbar 2.10 rncnunjukkan hubungan antara
suhu dan tegangan termoelcktrik untuk beberapa tipe dari tcrmokopcl pada umumnya.
'l'cgangan output diturrjukkan oleh suhu acuan (T'l) dari 0"C. Kemiringan garis
rlrcnggarirbarkan koelisicn Secbeck pada pcrsarnaan I 3-2, tetapi kerniringan tidak kostarr
utttrrk sclurulr batas sultu yang dibcrikan pada tcrrnokopcl. Salah satir dari jenis yang
lebih lincar aclalalr tipc-K, dcngan koclisicn Sccbcck clikususkan pacla 39.4 pVfC. Tipc-
K mcmpunyai koefisicn lincar di atas batas 0" C- 1000" C dan banyak digunakan karena
alasan ini. Jika keccnnatan yang besar clisyaratkan, cliscsuaikan clcngan tabel acuan
tcnnokopcl yang diterbitkan olch NIST.
"10
60
50
40
30
n10
0
Typr I
$pe K(*mrlalmitimi
(orEt at)
Tpr VI(ur,gstat*rmor Uqn )
$ptsUtiirm-Itr/.ft/R)
40ll 600 800 1000 1200 1400 1600Tenrpcrature ("C)
go6Io
o
EotE
fi
Gambar 2.10. Tcgangan output bctrerapa terrnokopcl dengan 0"C sebagai acuan
54
Tiap tennokopel mernpunyai batas dacrah ukur suhu dan rnernpunyai perbedaan
sensitifitas, linearitas, stabilitas, dan harga. Sebagai garnbaran dapat dililrat pada l'abel
2.2. Contohnya , tcrmokopel 'I'ipe-.I bcrisi bcsi yang relatif rnurah tetapi rnemtrlunyai
batas pengukuran kecil. Tcrmokopcl tipe-R darr tipe-S (platinurn dan iridiurn) sangat
stabil, tennokopel tipe-li nrempunyai kcuntungan untuk rncngukur suhu rcndah tetapi
mempunyai nonlinearitas yang lebilr tinggi dari yang lain. Dan tipe-W dari termokopel
(tungsten-rheniurn) sangat tcpat untuk suhu yang sangat tinggi.
Tenrokopel sambungat yang tcrbuka rnudah pecah dan terkorosi; untuk
rncncegahnya, dibuat pembungkus kabcl dari tabung sekat' logam atau kerarnik.
'l'arnbahan perlindungarr adalah dengan rncrnbcrikan lebih banyak anyarran pada kabel.
'l-abcl 2.2.
Perbarrdingan beberapa tennokopel starrdar
JENIS MATIiRIAI-DAIlRAI-l
TEMPERATTJR
-200"c- 1250"cnickel-aluminium
Nickel-chromiurn
copper-nickel-200"c - 900"c
Copper vs. copper nickel -200"C j J50"C
Platinum - l0% rhodiurn
vs, platinunr
0"c * l4-50"cvs. platinum
Platinum-10% rhodiurn
vs.platinurn{%o rhodiunr
EMF PADA
100"C(rets0oC)CAl'ATAN
TDK DIREKOMDASIKAN
I]TK TEMP. RENDAH
DAERAH TEMPERATUR
CUKTIP I-ET]AI{
KOEF. SEEBECK TINGGI
U]]K TEMPERATUR
ITENDAH
UTK 'TI]MI'ERA'I'UR
'fINGGI
UTK
'TINGGI
1"EM{'ERATUR
U'TK
TINGGI
TEMPERATUR
Contoh l3-2. Aggaplah scbuah tcrrnokopel dengan kocfisien Seebeck 58.5ptVl'C
rncrnpunyai output 24mV ketika sarnbungan acuirn lrerada pada suhu ruang(21"C).
berapakah pengukuran suhu dari sarnbungarl?
I)enyefcsaian: Tz:Yltt l- 'l'r L
:24rnV 158.5 ptVfC F 2l"C:431"C
55
Dalarn pcrkcrnliangannya alat ukur ternpcratur yang ada dipasaran sudail clapat
lncnampilkan lrasil pengukuran secara digital yang discbut sebagai tcrmometer digital.'l'ennonreter digital pada prinsipnya adalah scbualr volt metcr digital, yang menrpunyai
prosesor rnikro dalt tnernori. Koel'isierr Sccbeck tersintpalr di rnernori dan prosesor
rnemproses untuk tnela\ukan pcrlritungan schirrgga enrl'yang terukur ditarnpilkarr dalanr
bcsaran ternpcratur.
Secara kesclurultart kurva karaktcristik tonnokopcl tidaklah linicr, keluarannya linier
hanya untuk daerah yang sern;rit. 'l'ernrornctcr digital tidak menggunakan pendckatan
lirrigr, tetapi ntenggutrakan pcndckzrtatr kurva polirrornial untuk nrcncapai kecennatan
tirrggi, Kecernratatr dapat dipcrolelr lebih bark apabila tcnnometer terus digunakan
bcrsama tennokopcl yang dikalibrasi pada suhu stanclar dckat dengan yang diukur.
Karena tertnokopel rnenglrasilkarr tegarrgarr output yang relatit' kecil, yaitu dalarn
ordc milivolt, perlu pongkondisi sinyal yang nrarnpu rncnccgalr garrgguan/noise.
i.lengingat terrnokopcl ditrcntrrk dari loganr scrta penghubung berupa kabel,
mclnl.cri kemungkitran besar akan lrersifat scbagai antcrrna. Sehingga interferensi yang
tcrjadi akan nrenggartggu hasil pcngtrkuran IJntuk nrenghinclari intcr[erensi, kabel
tcrnrokopcl drlaga sepcndck rnurrgkin, pcrnelintirarr uiung kabcl dan pclindurrg kabel
mungkin diperlukarr Apabila pcncmpatan tcrnrokopcl cukup jauh, untuk kabel
penghubung hams ntenggun:rkzrn kabel )/ang sesuai dengan efbk Seebeck dari
terrnokopel yang digunakan.
Masalah yarrg tirnbul lainnya rncngingat untuk fielaksanaan pengukuran terrnokopel
harus bersentuhan dcngan obyek yang diukur adalah interaksi logarn pembentuk
tcmtokopcl dcngan obyek. Di clalanr Iirrgkungarr kirnia yang kcras, terrnokopel mungkiu
akan 'terkorosi, air tlapat rncnyebabkiur masalah larutan elektrolisis dan ketidak
lnurniatt. Petnasangarr kabcl pacla tcnnokopel harus terlirrclung clari lingkungarr yang
keras clan cair dcngatt digunakatrnya pclindurrg kabcl. Pada sulru yang ekstrim, logam
dari tcrrttokopcl dapat rncndidilr, logarn ciunpuran clarr kocfisien Sccbcck juga clapat
berubah. kcadaalt buruk itti tncngltaruskan perninclahan tennokopcl sccara periodik.
Untuk pcnrcriksaan dalarn konrlisi lruruk, rcsistzusi Iistrik tennokopcl perlrr dicatat.
Dalatn rncngukur rcsistartsi, ohtntncter lrarus digurrakan dcrrgan batas yang sanra setiap
waktu - pentbacaan didapatkan dcngan rrjung colokan suatu saat dilrubungkan kemudian
dibalik. IIasil pcngukrrratr kcrntrcliarr rlirat;r-rata. I)rosodur ini rncmbatalkan pcnganrlr
dari eml' diri tcnnokopel.
Ada jcnis pctrguat opcrasional di pasar;,rr yang dirancang untuk cligunakan bcrsama-
sama dengan tertttokopcl. Arralog f)cviccs rncrnasarkau dua pcnguat operasional, AD-56
594 dan AD-595, yang melincarisasi dan nrcnguatkan sinyal dari tcrrnokopel tipe-J dan
tipe-K, cukup baik. IC irri juga bcrisi kornpcnsasi titik., acuan cs, clah rnernpunyai
keluaran l0mVfC.
2.6.4. Resistnn Temperatur Dctcctor ( RTD )
RTD mernanfaatkan fcrrorncna bahwa resistifitas dari logam adalah fungsi positil
dari tcmeperatur. Perubaharr resistifitas rrrenyebabkan perubahan resistansi dari
pcn[hantar. RTD unlumnya dihuat dari kawat bahan platirrurn , untuk lrcberapa
penerapan khustis cligunakan rrikcl, gcrrnaniurn, darr gclas karbon. Kualitas terbaik RTD
dibuat dari kawat platinurn tlcngan konstnrksi untuk mertghindari regangan yang
rnenyebabkan perubahan resistansi. RTD Platinurn (PRTD) lebih akurat digunakan
untuk tcrnperatur antara titik didih oksigcn pada -182.96"C hingga titik lebur dari
antirnoni pada 630.74uC, untuk laboratoriurn khusus, PRTD digunakan sebagai
interpolasi standar diantara sulru ini. Tarnbaharr batas ternperatur yang berguna adalah
sekitar *240nC untuk batas tercndah dan -r-75OnC untuk batas tcrtingginya.
'Resistansi nominal RTD standar clirattting 100C) pada 0"C, tapi dibuat juga RTD
dcrrgan rcsistursi dari 50() hingga 2000Q . liungsi resistansi pada tcrhadap ternperatur
ditcntukan olclr ct , yaitu koefisien yang mcnunjukkan pcnrtrahan resistansi per ohm dari
resistansi nominal pcr derajad perubahan ternpcratrrr scsuai dengan persamaam
Rt: Rn( 1 + ct'l') '
l)crrgan llr = 1.r;r,urrsi R]'D pacla tcrnpcratur'l', o
Rn = resistansi nominal pada OnC, o<r = koefisicn rcsistatrsi, C)/O/'C
.
T: temperatur
Unltrk standar ukuran Amerika, kocfisien rcsistartsi aclalah 0.00392 A,()f C.
Standar liropa adalah 0.00385 {zl0fc.
Corrtolr 2.1.
Iiebuah PRTDs dcngan alfa sekresar 0.00392fr/frl'C rncntpunyai resistansi nominal
l00O pada 0"C,
a) hitung resistansi pada 450"C
t) Parla suhu berapa resistartsinya adalah 142.6 A?
57
Pcnyelcsai:rn : a) Rt : Ru (l t- ut)
- 100.0( I + (0.00392)(4s0)) :27(t.4 {)
b) sesuai dcngan persamaan 2.1. :
t :tlo (Rr/R, - l):tl,r,r,rr,.,, (tn''"lrru, - 1) :108.7"C
R'l'D clibuat dari suatu satu lilitan kabcl atau elcrncn lilm yang disusun cli dalam inti
atau ditutup dengan seiruah kapsul. Contoh dari lilitan katrel dan elemen film adalah
clitunjukkan clalarn garnbar 2.1 L
t,ilitan platinapada intikeramik alaugelas
Irilm paltinaKawat I'latina
sutrstrat k
Selubung keramik
(a) Tipe film(b) Tipe lilitan
Cambar 2- I I . 'l'crmornter resistansi platinum
Susunan lilitan Carnbar 2.6b dilctakkarr pada scbualr keramik atau inti gelas dengan
tcknik pelilitan khusus untuk rnenghindari terjadinya pcrubahan regangan di dalam kabel
yang dapat menyebabkan perubahan resistansi. [']lemen film, Garnbar 2.6a, dibuat dari
sebualt lapisan platina pada scbuah carnpurarr kcrarrrik. It'fD filrn-tipis dapat clibuat lebih
kccil daripada sebuah ujung korck api clengarr kcccnnalan sarrra dcngan unit lilitan kabel
dan mcmpunyai respon waktu cukup cepat dengan harga yang lebih rendah.
Pengukuran resistansi Rl'D biasanya nrenggunakan Wlreatstone atau pegukur ohm
empat-kawat. Di dalam metoda jembatan, R'l'D ditenrpatkan pada rlalarn salah satu
lcrtgan darijenrbatan . 'l'egangan keluaran adahh lurrgsi yang tidak linear dari resistansi,
schingga perlu dilakukan koreksi untuk menentukan hubungan resistansi dari RTD
dengan tempcratur.58
Metode resistansi ernpat-kawrt menggunakatr dua ujung sarnbungan ke sumber
scbuah arus konstan ke dalarn R ID clarr dua ujung lain untuk menanggapi bertambahnya
tcgangan yang mclcwati I{'l'D. Mctodc ini rnerrglrindari masalalr non-lincaritas yang
terjadi pada pcngukuran resistansi rncttgguttakart jcrnbatan Wheatstone. Karetta karvat
membawa arus sangat kecil, masalah resistansi kaivat dapat dikurangi.
2.6.5.'l'crmal Resitor ('l'E,IfNl I S'l'OR)
Scpcrti halnya I{TD, ternristor rnernpurryai resistansi sebagai fungsi tenrpcratur,
sclain rnempunyai kocfisien tcmpcrahrr positif .iuga rncmpunyai koefisien temperatur
ricgatil'rrcsistansi berkurang dcngan lrcrtaml;altttya tctnperahrr). "l'ennistor dibuat dari
campuran transisi oksida logarn (nikel, rnangaall, bcsi, kobalt, dan sebagainya). Oksida
ini mengalanri perubahan resistansi yang bcsar terhadap perubahan temperatur. Dalam
tempcratur ruang, rcsistansi kira-kira scbcsar 2000C) Sclain mcrlrptlllyai sensitifitas
yang tirrggi (400 kali lebih pcka dari pada tcnnokopcl), tcnnistor tnempunyai
kesctabilan kimia, mempunyai waklu tanggapan yang cepat, dan bentuknya sangat kecil.
[]eptukrrya yang kccil dan tanggapan yang oepat mcmbuat termistor idcal untuk
nrengamati ternperatur dalarn ruang yang tcrbatas, tnisalltya tcnrpcratur transistor power
atau tcmpcratur internal tubuh binatang. Kocl'isien sultu negatil, berkebalikan dengan
kcbanyakarr scnrikonduktor, mcnrbuat tcrrnistor dapat diguttakan untuk kolnpetrsasi
tenrpcratur clari sernikonduktor. Kelemalran yattg utatna untuk tcnnistor adalalt daeral't
ukur sunpit yaitu dari -50"C hingga nilai maksitnutn 300"C , raptth, pcrlu kalibrasi
pada sulru tinggi dan tanggapan yang non liear.
Alt,SI
Ut
Eb6()&
. -2O 0 +20 +40 +60 +80 +I00 +120 +140 +I50
fcrnpcratur (K)
Garnbar 2.12. T anggapan rcsistartsi tcrlradap tcmperatur dari termistor
80
?0
60
50
40
30
20
l0
59
l,r
1'ang. 'e;ran tcnnistor yang non linear menurut pcrsamaan Steinhart-l-{art adalah :
'/r: A + B(ln R) + c(tn R)3
Dcngan T == ternperatur, K
ll - rcsislansi dari lcnnistor, C)
A, B, C: konstanta peuepatan kurva
Konstarrta A, ll, C dapat ditcnrukatt dcngan rncnulis tiga pcrsanraan dari terrnistor pada
tiga suhu yang berbeda dan nremecahkan pcrsamaan sccara sercmpak untuli konstanta.
I)engan pencpatan kurva, dapat digunakan rrntrrk rncng,ukur suhu dcngan kccermatan
t0.l uC. Sebagai tambahan, pclurusarr jaringan tcrscdia untuk aplikasi di mana
Garnbar 2.13. Penyedia tcgarrgan untuk sensor tennistor
'l'ermistor dapat ditempatkan di salah satu lcngan jernbatan Wheatstone untuk
rncnyediakan informasi suhu yang teliti; jerrrbatan Wheatstone sangat sensitif di sekitar
kcsctirnbangan, dan perubahan suhu dari scdikitnya 0.01"C dapat dideteksi. Untuk
operasi yang tidak terlalu menuntut persyaratarl, lonnistor dapat diternpatkan pada
pcrnbagi:tcgangan scperti yang cliLurrjukkan pad:r garnbar 2.13. karena sensitifitasnya
yang tinggi, tcnnistor dapat diukur langsung clengan ohmmctcr atau dengan alat ukur
khusus yang dikalibrasi utrtuk tcrrttislor.
2.6.6. Sensor temperatur dari bahan scmikontlulitor
Tcgangan sambungan dioda yang clibcri bias rnaju dcngan arus konstart adalah
firngsi dari tcmpcratur. Untrrk diocla silicon, teg:rngan yang mclervati dioda berkurang
dengan pendekatan 2.2 mY untuk tiap kcnaikan tempcratur dalam deraiad CelciLrs.
60
Dcngan mendcteksi penrbahan tcgangan, diocla clan .juga transistor dapat ciigunakan
scbagai scnsor tcrnpcratur. Scnsitifitas yang tcpat lcrgarrtuttg pada bcrbagai paramctcr
seperti ukuran sambungan/ junction, tingkat dolrrng, dan dcnsitas arus dan pcrbedaan
jcrris dari peralatan. Sensor tempcratur rnenggunakan dioda , cukup baik clan lnurah
dcngan batas pcngukuran dari -40oC hingga .t l50oC. Rcbcrapa scllsor dioda baru telah
dikernbangkan sehingga dapat mcngukur rrtulai 1.4 K hingga 475 K. Sensor ini
bcropcrasi dengan arus yang sangat rcndalr ur,iuk ntcnghirrdari efek pemanasan diri.
Multi meter digital tertentu dapat digrurakan untuk rncngukur sLrhu langsung dcngan
nrenggunakan transistor npn sebagai scnsor. Scbatr;ai cotttolt, Tektronik DM 501
lncmpur'.'ai koncktor'fEMI'} I'ROtlti. Scbuah lransistor npn, scpcrti 2N2484, cligunakan
di dalaln probe untuk mendapatkan keccrmatan +5oC tanpa dikalibrasi dan leliih akurat
dcngarr kalibrasi yang cukup muclah dilakukan.
2.(t.7. lC Scnsor Suhu
Untuk rncrnpcrbaiki kcccrmatur, lincaritas dan scnsitifitas clari scnsor clioda, tclalr
dikembangkan sensor ternperatur dari IC, rvalaupurt tidak secerrnat temrokopel resistansi
atau tcrmornctcr tctapi lcbih praktis clan hargattya ntuntlt. Scnsor clari IC tcrscdia dalam
transistor konvensi<lral dan pakct lC <lcngan salalt satu tcgangan atau ants pada output
scbanding dengan tempcratur. Scbagai contoh adalalt aclalah l-M135 yang memberikan
kcluararr tegangan yang dibuat olch pcrusahaan National Semiconductor. Rartgkaian
bcroperasi sebagai dua tenninal dioda zcncr clcngan penurunan tegangan sebanding
dcngan suhu mutlak: +10 mV/K. LMl35 bcropcrasi rnctcbihi range, dari -55'C hingga
150"C. Peralatan dengan output berupa arus aclalalr Analog Dcvice AD590. peralatan
dua tcnninal dihubungkan seri dengan surnber tcgangan rendah dan arus seri sama
dcngan lltA/l(.
Kctrcbatasan yang lain adalalr sclang pcrrgukurari scrnpit dan mudalt pccah.
2.6.8. I'irometcr Radiasi
Pirometer radiasi adalah. sensor ternpcratur yang. tidak tcrhubr-mg langsung dcngan
surnber panas dan clapat mendcteksi radiasi infia rncrah clari sutnbernya, hal ini
mernungkinkan untuk rnengukur lemepcratur suhtr clari lotcasi yang jauh. Pirometer
lmumnya digunakan untuk mengarnati sulru yang tiriggi scpcfli panas oven, tetapi
dcngan pcrkcrntrangan akhir-akhir ini, pirornclcr dapat digultakan untuk mengukur suhtt
sekitar -50"C, Piromctcr beroperasi untuk menyaring sernua, tctapi radiasi inffa nreralt
dcngan medan penglihatan, dan lbcus radiasi kc dalarn clclnen peka suhu. Sensor suhu
6t
mcllgubah radiasi yang diserap ke dalarn tcgangan atau anrs. Ini dilakukan untuk
meginclikasikan pembacaan sulru dari surntrcr. Pirornctcr terutarna digunakan unhrk
mengukur suhu yang tinggi di dalam daerah yang lidak tcrjarrgkau atar.r di dalan:
lirrgkungan yang tnana tcrmokopcl tidak dapal bcropcrasi.
2.7 . P engukuran Rcgangan
Bila suatu gaya dikcnakan pacla sebuah bahan clastis, nraka akan terjadi deformasi
pcrgeseran pada bahan tersebut. Elastisitas adalah komampuan sebuah bahan unhrk
rncrrgcnrbalikan bentuk datt ukurarrnya scpcrti scmula setetah gaya yang bekerja
dihilangkan. Jika suatu gaya relatif kecil dikcnakan pada panjang sebuah balok , balok
akan berutrah panjarrgnya yang sebanding dengan gaya yang dikenakan tersebut: Gaya
yang dikenakan bisda positif yaitu gaya regang atau rrcgatif yaitu gaya tekan , seperti
pada garrrbar 2.14.
(a) Gaya tarik
(b) Gaya tekan (negatif)
ht
Garnbar 2.14. Pcrubahan panjang, Al. sebanding dcngarl gaya yang dikenakan padabcrrda
Selama masih pada daerah elastis, pcrubahan panjang sebancling dengan gaya yang
bckerja. I-lubungan ini dikenal dcngan hokum I'lookc :
Ii oo A/
Dimana F : gaya yang dikenakan, N
Ll: penrbahan panjang olelr gaya yang dikcnakan, rn
Kccenderungan bahan untuk'kembali ke bentuk sernula rnernpunyai keterbatasan.
Ketika gaya tcrus ditrerikan, maka akan merrcapai batas elastis yajtu dcformasi menjadi
62
permanen. Untuk balran seperti baja, batas elatis dicapai jika pcnrbalran panjang lebih
dari prosentase kecil pzrnjang mula-m,ula. Beberapa bahan, seperti tanah liat, ticlak
rnempunyai elastisitas dan tidak akan kernbali ke bcntuknya yang scmula, sekecil
apapurl gaya yang diberikan dikategorikan sebagai baharr plastis.
Deformasi dari balran tergatrtung pada panjangnya, claerah sekat-silang, dan
kornposisi. Jika dua balok yang hornogcrr dcngan diarncl,er yang sama darr bahan
ditekan dengan gaya yarlg sama, balok yang lcbih panjang akan ditckan sebarrding . Jika
kita mernbagi perubahan panjang clcngan parrjarrg rnula-rnula dari balok, kita
nrendapatkan besaran baru:
li q^tl r
Ilesaran Alfl disebut regangan dan ditulis dalarn trcntuk persamaan scbagai
e --'"/r
Dirnarra e aelalah regangan, bilangan yang tidak rnernpunyai dimensi ( sering dinyatakarr
dcngan in./in.).
Besarnya rcgangan sangat kec,il, karcna itu cara tcrrnudah dengan menyatakan
rcgangan dalarn mikrostrain yang bcsanrya adalah e x l0{ clan <litulis pe.
Iraktor kcclua yang lnernpcngaruhi pcnrbalrart panjang balok adalah luas balok.
Bayangkan balok yang menanggung beban. Bcban mcnekan balok dcngan tresar
tcrlcrrtu. Jika balok kcdua yang dikctalrui ditarrrtrahkan untuk rncnanggung beban
bersama-sama, gaya didisribusikan merata antara kcdua balok; perubahan panjang
aclalah setcngah dari sebelurnnya. Jelaslah, pcrrgaruh clari gaya pada regangan dikurangi
luas darr balok.
I;lAoa'ttl t
Di mana A: luas, m?
Untuk rnengubah hubungan yarlg scbandirrg cli clalarn persalnaan, kita perlu
mernperkenalkan korrstanta yang berhubungan dengan komposisi dari balok. Kostarta
ini discbut rnodulus Yourrg, tj dan hatrya dirniliki oleh sebuah bahan. Modulus Young
63
adalah ukuran dari kekakuan dari bahan dan, untuk penrberian claerah sekat-silang, dari
sebuah bahan urttuk lttcttgharnbat pcrubahan parr.jang kctika tlibcbani. I lokuur I lookc
dapat d,inodifikasi:
FIA - [: .'\r/ r
Di mana E: rnoclulus Young, N/m2
l3esaran F/A disebut tcgangan dan berhubungan dengan gaya p$r satuan luas. 'legangan
ditulis sccara matcrnatis scbagai bcrikut '.
o: F/A
Di mana o : tegangan, N/mz
Pcrsamaan diatas mcrryatakatr tegangan adalah sarna rlcngan modulus Young
dikalikan regangan. Terlihat bawa tegangan mernpunyai pcrsamaan satuan dengan
tekanan, yaitu gaya persatuan luas, Tegangan-rcgangan rnelnpunyai hubuttgarr seperti
ditunjukkan pada pcrsamaan yang biasarrya ditulis scbagai :
o: Eu
I-lubungan antara tegangan datr rcgangan tcrganturrg pada jenis bahan, tcmasuk cli
dalamnya perlakuan panas yang rnungkin dirniliki. Diagram tegangan-regangan
dittrrrjukkan pada Carnbar 2.15. untuk baja karbon rcndah,.lika tegangan dihilangkan
scpanjang daeralt ini, baja akan kembali ke bentuk semula. Pada batas elastis,
pertarnbahan regangan tidak sebanding dengan pertarnbahan tegangan. Dengan
rneneruskan penarnbahan tegangan, Yicld I'}oint tercapai, di nrana pertarnbahan regangan
tidak mempengaruhi pertarnbahan tegangan. Sctclah titik ini, ferjadi defonnasi
pennancn, Dacrah ini discbut batas plastis. .lika [cgarrgan clitcruskan pada bahan, a.kan
mencapai titik yang disebut titik akhir, atau kctegangan, kckuatan dari material.
64
f_-*l---.-rt.yi.bld point/\
ulfimate strange iitit< putus
strain
Gnbnr 2.15. Diagram tegangan * regangan untuk baja karbon rsndah
Dapat dilihat' bagaimana gaya longitudirral yang rnenekan balok rnenghasilkan
regangan pada balok dan mengecilkannya dengan bcsar tertentu, Al. Gaya yang
menghasilkan regangan dikerrakan tegak lums pada pennukaan bahan dan merupakan
ukuran dari defonnasi persatuan panjang; karena ifu disebut regangan normal atau
aksial.
Regangan normallditunjukkan pada Carnbar 2.16. Aspek lain dari kompresi ini adalah
balok juga &engcmbang pada suclut kanan mcnuju sumbu dari balok, seperti yang
ditunjukkan. Pembagian tiap perubalran clalarn dimensi oleh dirnensi yang tidak ditekan
rncmberikan bilangan mumi yang berhubungan dengan regangan dan konstanta.
Konstanta itu disebut rasio Poisson, disingkat v. Rasio Poisson adalalr bilangan tak
bcrdimensi yang mcrupakan ciri dari suatu bahan. lIubungan antara besaran-besaran ini
diberikau olch persanraan :
Awr Ahr ,\l ,/rv: /6:-V. / 1
Di rnana v 7 konstanta kesebandingan, rasio Poisson.
{t\-s4l\at o?l.s..* 2lav1t),& Ir4
ldaerah plastis
65
tTIth+ nh i
I _1_
la-u *3p--;lI t+-'ru
->l
I
i- Il,it/ltiit___ -_________i
Garnbar 2.16. Rcgangan nonnal atau aksial
Jenis kedua dari regangan disebabkan oleh gaya pcrnbengkok dan disebut regangan
bengkok. Regangan bengkok diilustrasikan pada Ganrbar 2.17. Dengan gaya dikenakan
scpcrti yang ditunjukkan pada garnbar, rrjurrg batarrg akan rnclnpunyai rcntangan, di
rnana ujung bawah dari batang di bawah rcgangan kornpresi. Pengukur regangan
digunakan untuk mengukur regangan bengkok yang dapat digunakan untuk menentukarr
gaya vertikal, teknik yang digunakan di dalanr skala tirnbangan beban.
Jenis ketiga dari regangan adalah yang cliakibatkan gaya dan menyebabkan distorsi
pada bahan. Gaya ini sejajar dengan pennukaan bahan, ditunjukkan pada gambar 2.18,
dalt mcnyebabkan rcgangan gunting. Rcgangan gunting, y, <lapat clidefinisikan sebagai
perubahan angular (diukur dalarn radian) olelr bagian batdng yang diperlintir. Dianggap
pcrrnuk.aan yang selalu bcrubah-ubah digarnbar pada bctrerapa sudut melewati balok,
scperti yang ditunjukkan pada gambir 2.19. Caya yang dikenakan pada balok dapat
dibagi ke dalam dua komponen, yang rnana tcrganturrg pacla orientasi dari pennukaan
yalrg diraltcang dcngan balok. Satu kornporrerr aclalah nonnal untuk pennukaan dan yang
lain adalah se.iaiar pada pcrmukaatt. Scperli halrrya rcgangan, regangan gunting, t,
dipcrluas sepanjang permukaan yang selalu berubalr, cli mana tegarrgan,dikernbangkan
tegak lurus pada pennukaan.
66
Gambar 2.17. Regangan torsional.
Jeltis keempat dari regangan clisebabkan gzrya pclintir dan disebut regangan torsi.
I{egangan torsi diilustrasikan pada garnbar 2.17. Ini adalah sebuah regangall yang
tncnrpunyai peran perrting di dalarn perancangan nrcsin-mcsin rotasi.
Strain Gagc
Sebagaimana telah didcfinisikan sctclurunya, silat resistivitas dari shain gage
yang berwujud logam konduktor tipis yang mana digunakan dalanr mendeteksi regangan
dari scbuah bcnda padat. Kctika scbuah batang uji terdeformasi karsna adanya sebuah
gaya, maka strtain gage'akan mengalami defonnasi pula, yang kernudian menyebabkan
rcsistivitas dari strain gage bcrubah. Kuantitas dari rcgangan akan langsung terukur,
namun stress yang rnenjadi pcrhatian utarna hukanlalr strain. Pengukuran dari stress
nrcmbuluhkan pengetahuan tctang konstanta scpcrli modulus young dan poisson ratio.
Sebuah kawat logarn tipis yang rneniadi acuarr rcsistansinya. Sekedar rnengingat
dari elrktronika dasar resitansi dari sebualr kawat atau batang logarn rlapat dihitung
dengan pcrsarnaan :
,r-Plr\ - _*tl
Dimana : R: resistansi (A )
p = resistivilas (Q nr )
| : panjang dari batang atau kawat.( rn )
A: luas penarnpang dari batang atau kawt ( rn' )
Perlu diingat dari resistivitas ( p )
ternperatur. Jika batang tJitekan dcnga sctruah
adalalt sebuah konstanta pada sebuah
gaya, panjang dari batang berkurang dan
67
luas pcnampang bertanrbah. FIal ini rncnyebabkan rssistansi dari batang bertarnbah.
Itesistansi yang beruabah dari batang diberikan scbagai berikut
il-AJl =P(l-Ll)A+NIVolumc dari batang tidak bcrubah akibat tekanan yang dikcnai pada loganr
konduktor. Dengan menggunakan prsamaaan sebelumnya sebagai dasar dapat
cli ttrnjukkan pcrsa,naan resistivitas sebagai trerikut :
4I/r
1;t;(t+ZVr)
dinrana : Ct? : sebuah kunstanta yang discbut scbagai factor gage yang ticlak
. rnenrtrlunyai clirnensi. !{
Untuk material yang monunjukkan scbuah perubalran resistivitas ymg akurat
scbagai pcrubahan dimcnsi. sebagai niali I'actor gage 2.0. Perkiraan ini padat tingakat
yang bagus untuk logatn. I:actor gagc akan bcrunbah akibat perubahan temperatur,
kolnposisi dari bahan foil sarta atas bcberapa pengotoran dari foil dari rnaterial. Pada
gage tcflentu terbuat dari serrrikoduktor, lactor gagc dapat lebih besar dari pada gage
standart ( dari 20 hingga 200 ). Factor gage adalah ukuran dari sensitifitas dari strain
gage, jadi scmakin bcsar factor gagenya rrrenyebabkan perubahall yang besar dari
resistansi yang cliberikan atas rcgangan. Scbualr kcunhrngan akibat perubahan resistansi
yang besar menycbabkan mudahnya pengukuran sccara akurat. Ketika gage yang terbuat
dari scmikonduktor dengan factor gagc yang besar dirnana sebelurnnya telah diketahui
balrwa input yang besar merupakan keuntungan utama, narnun gage tersebut akan
mendetcksi variabel tertrperatur dan urenycbabkarr kcccrrccndenurgan hasil yang ticlak
lincar. Dengan keuntungan haraga yang murah rnaka namun diperlukan penguat yang
tcrbaik. Gagc konvcnsional lcrbuat dari logarn banyak cligunakan karena keakuratarr
yang dirnilikirrya.
Strain gage logam terbuat dari batang kecil loil koncluktor dengan dilapisi sebuah
korrtluktor yang tlitckuk yang rtrcrnbungkus sclLrruh clcrncn koduktor yang
rliiliustrasikan olch pa.da gambar 2.21, parrjarrg dari gage bervariasi rlari penclek
sependek 0.2 mrn hingga l0 cm. Pcntbrrngkus yang cligunakan <lidisain untuk membuat
gage sensitive atas regangan yartg diberikan pada aralr yang sejajar ( paralel ) pada
kawat dan tidak sensitivc pada arah yang vertical. Kebanyakan gage menunjukkan
sensitivitas yang berarah tegak lurus. Namun lain halnya dengan foil yang terbu:lt dari
68
bahan paduan (alloy) seperti cortstantan yalrg rncnrpakarr kornbinasi dari 60% termbaga
dan 40%nikel. Foil standart rcsisitansinya antara 120f2 lringga 3500: beberapa gage ada
juga yang menriliki rcsistansi diatas 5000()
pan,arlg gage
A
parrjang nratriks
panjang total
*bar matriks
Gambar 2.18. Gambaran gage standart tipe foil
Ada dua tipe dasar dari skain gage, tronded dan unbonded; strain gagc yang sering
digunakan adalah yang terikat ( bondcd ) yang digunakan untuk mengukur regangan
( strain ). Bonded strain gage dibuat dari gage yang disekat dengan isolator yang mana
isolator ini akan ntentransmisikan regangan pada gage. Cage dalam pcmakaiannya
dilekatkan dengan specimen uji . perekatannya pada titik minimunt kcrja dari tranduser
clengan tujuan agar dapat mentransmisikan rcgangan pacla gage tanpa perubahan yang
kecil ( crcep ), harus :
diperhatikan juga batas nraksimum kerjanya clan faktor temperatur pada saat
penggunaannya. Perckat klrusus telah dikernbangkan oleh pabrik-pabrik untuk
penrasangan strain gage.'
69
Ada bcberapa rangkaian untuk untuk unbotrdced strain gage, tetapi utlturnnya tennasuk
pada kabcl yang te rpasang pada suatu ternpal sccara perrnanen. Salah satu tipc clari
cmpat pcnggunaan kawat dibentangkan dalarn scbuah I'rarnc dalam coil yang bcrgerak.
' Kar.vat yang diltubrmgkan scpcrti garnbar dan kcnruclian koil berputar, dua karvat
disusun secara silang sehingga (mirip dengan kcrja pcgas) yang kerjanya bergantian
atas tensi dan kornprcsi. Pcnrbahan resistansi clapat cliukur dt:ngar jcmbatan wheatstone.
Uttbont,.d strain gage dapat digunakan untuk rncngukur, termasuk berat, ltacture,
scnsitivit,rs dari vibrasi dan masalah yang timbul.
Pada scbuah bahan konduktif bcrbcntuk lratang, perubahan resistarsi dalarn
dcarah clastis sangat kccil schingga mcmbutuhkan pcrangkat yang sensitif . Penrbahan
yang terlalu kccil akan menycbabkan ohnrtncler biasa tidak <lapat nrengukumya. Untuk
mengukur perubahan rcsistivitas yang kccil maka digunakan rangkaian jembatan
wltcatslone. Sutnber tegarrgan yang digunakan setrcsar l5V atau lebih kscil untuk
menghindari panas yang tirnbul pada strain gagc. Scbuah jembatan wlreatstone mampu
merrdetaksi perubahan resistansi dcrtgan pcngguanaarr strain gage scbagai lragian dari
lcttgan yang ada. Pclctakan strain gagc yang lcbih baik yang digunakan untuk
pengukuran dcngan aktiI strain gagc pada scrTrua lerrgan jcmbatan, bahkan kita dapat
rncrncriksa susunannya dengan baik.
Untuk memenulti kebuluhan scnsitifitas yang tinggi pada alat ukur, perlu
clipcrhitungkan juga pengaiulr dari ternperatur. clcngan ttrjuan rnenrbeclakan sinyal yang
datang dengan y;rng strain gage dari bahan yang dirryi atau dari perubahan suhu. Ada dua
pcngaruh yang pcnting yaitil tonperature gagc rcsistflrrsi juga berubah akibat panas dan
kontraksi dari spice melt yang bcrekpansi. I)cngarulr ternperature akan merubah
rcsisitarrsi dari gage dapat ditraca sebagai strain ; gagc sendiri tidak dapat rnernbedakan
antltra kcria lnckanik atarr kcrja akibat pcnrtrahan lompcrctur akibat indrrksi tcnnal.
Kornpettsasi dari rangkaian jornbatall y?ulg dipak;ii rrrenyeclerhailakan anfllisa datanya.
Scbuah .iembatalt wlteatstrxe dcngarr scbualr strairr gage ;rada salah satu Iengan
disobut sebagai konfigurasi " querle r-bridge '" ( korrfigurasi seperemllat jembatan ) yang
clipcrlilratkan pada Cambar 2.22. tlarrgkaian jcmbatan yang digunakan tennasuk sebuah
strain gage yang lain, namun tidak berlaku sebagai strain gage letapi sebagai
pengkonrpensasi ternperctur yarig tirnbul. l-ilrtrrk rncrncn<lallatkan output dalanr bentuk
lcgangan dengan tidak memperhatikan strain, rnaka rangkaian tersebut dapat
disctiniliangkan dr:ngart rncngubah nilai rcsistor pa<la salah satu lcngan. Tegangan yang
70
rnenjadi output rmerupakan subyek dari strain y.ang diarnati. Nilai strain dapat rlihitwlg
deniian persamaan berikut:
4Vr€=*-_....--..-_*(;t;(t+Zvr)
Vr adalah niali yarrg tak berdirnensi yang muncul akibat adanya perbedaan nitrai
antara tegangan input dan output atau perbcdaaan kondisi antara keadaan terjadi straier
dan lak terjadi strain:
( lrout\ ( Vout\6=l --l,slroin-l ltttt:;lroitt
\vin ) \L/in )dertgan: Vout: tegangan outputdari lengan yang tidak diberibeban
Vin- tcgangan exitasi (V)
Persamaan diatas merupakan perlritungan urrtuk kondisi rargkaian jernbatan.
Kesalahan yang tcrjadi pada rangkaiarr tcrscbut saugat kacil yang secara normal tidak
tcrungkap dalzurt pcrcobaarl unluk mengukur strcss. Jika rangkaian jerubatarr tersebut
seimbang ( Vout, unstrain = 0 ) sehingga taklinearitas yang kecil dihilangkan dari
rangkaian jembatan yang yang harnpir selimbang, seliirrgga persamaan strain diatas dapt
tliscdcrlranakan nrcnjadi :
' 4Voul
Gl;trrin
Gambar 2.1 9. Konfigurasi seperempat jembatan.
7-
Contoh 2.4
sebuah strain gage dengan nilai nornirral resistansi sebesar 300Qdan GF :2diltrrbungkan dalaln rangkain "qurter-bridge" scperti gambar cliatas. Tegzngan exitasi
dari jenrbatan I5V. lengan lain pada jenrbatan rcsisitor tcnnasik dumrny gage sebesar
350 C). Diasumsikan jcmbatan dalam keadaan setirnbangdengan tidak ada straindan
mempun) ai output strain dibarvah 45pV.
a. Hitung nilai strain secara tepat
b. hitunglah nilai strain dcngan mengasumsikan rangkaian jembatan linear jawahan
a, berdasarkan pcrsallraan diatas kita rnenclapatkan nilai ratio dari
tagangan output pada tcgangan dc cxitasiLrntuk kcadaan tidak lncngalami shain
yaitu:
v, =( vu"'\srtaincrt
-( ryLL\Vin ) \Virr
un.slrained
:(!{\strained-f -L')r,,. ttraitrcd :3 x r0a( rsr / [tsv )
4Vr I 4x3xl0exp- (rE_ :5"99996pe
GI;(I +ZVr) 2(l + 2x3exp- 6)
sehingga dengan mempe(itnbangkarr niali penting dari jawaban.maka dipusatkan
pada anggapan bahwa rangkaian jembatan linear ketika tegangan output kecil.
b. dengan menggunakan perkiraan yang dibcrikan sebelumnya inaka didapatkan:
4VoutE-.._.----
GI;ViN
_ 4x45pV
2x15V
:6 rre
hasilnya ditentukan dengar asumsi dari linearitas yang tcrjadi pada
perubaLhan yang kecil pad jembatan. Kcrrrungkinan kcsalahan 0.1% tiapl000pe.
Ketika dua gage digunakan secara bersamaan, rangkaiannya disebut sebagai
"half-bridgc". Rangkain half-bridgc mcnigkatkan sensitifitas bila clibandingkan
pada rangkain "quarter-trridge" dan dip;unakan pa<la pengukuran kekuatan dalarn
merrrhengkokan batang logarn. (beniling). Unluk pengukuran bending dua strain
gage disusun dengan silang seltingga salah satu sisi sebagai cletector tensi dan yang
72
lain sebagai deteksi kompresi dan diletakkan pada bagian yang berlarvanan dengzul
lrengkokan yang dikenai pada batang. Kcsemtra strain gage tersebut dipasang pacla
jcnrhatan whact stone sebagaimana diganrlrarkan pada gatnbar dibawah ini. Susunan
strain gdge pada garnbdr dibarvah ini akalr rnenyebabkan panas sehingga merubalt
resisitansi dari kedua gage"yang dipakai, narnun dapat dikurangi dengatt men).u-stll1
keduanya dalarn lengan yang berdekatan.
Pada pengukuran strain sccara aksial, pcnlrarnbtngan strain gage clilakukan
secara berlawanan arah sehingga pengamlr bending dapat dikurangi dan starin secara
aksial dapat ditingkatkan. Pada susunarl ini efek dari perubahan temperatur
rneningkatkan resistansi, kargna kcdua gage dipasanag secara lrerhadapan.aturan
umum yang termasuk memperkecl rugi karcna tirnbulnya pallas pada gage pada
lcngan yang diganti dengan strain gage. Gagc yang mengkotnpensasi panas dapat
ditahan dengan blok yang tidak dikenai strain yang terbuat dari bahan yang sama
dcngan specimen uji yang digunakan dan dapat pula clitahan dengat cara yang lain.
Kegntunagn utama dari rangkaian half-bridge dibandingkan clengan quarter-
bridge aclalah menirrgkatkan sensitil'itas karcna acla dua strailt gage aktif. Jika
nolrlincarilas kscil yang muncul diabaikan rnaka Slrain untrrk rangkaian half-bridgc
dapat dihitung dengan persarnaan :
2lrout€=-"..."*e
GI;ViN
Ganrbar 2.20. Kotrligrrrasi setengatt jerllbatalt.
73
Jembatan Gantbar 2.20 mernuat 2 buah gage akti{'urrtuk tarik dan tekan" Kedua gage
secara otomatis memberikan kotnpcttsasi karcrra kcduanya akan rnengarnbang bila
tcrjadi perubahan temperatur.
Il.angkaian jcmbatan penuh digunakan clcngan mcnggunakan empat strain
gagc yang aktif. Dua strain gage yang berhadaparr berlaku sebagai deteksi tensi clan
yang lain berlaku sbagai <lctcksi kornprisi. Kompcnsasi panasyang tctap murcul
dalarn rangkaian jembatan dikurangi cicngan menggtmakan kornponen
perrgkompensasi panas yang diletakkan pada output dari rangkaian jembatan.
Dengan tak rnentperhitungakn eror yang tirnbul clari nonlinear kecil yang muncul,
strain clari rangkain full-briclgc clcngan cmpat strain gage dapat clihitung dengan
pcrsamaan berikut :
l/ottt
{il,'vin
Sel pembeban (load cell) yarrg dipakai dengan hambatan sebesar 350 CI pada
Strain gagc rnasilr dapat dipergunakan olch rarrgkaian fult bridge ini. Catatan bahwa
resistansi yang terukur antara aliran kelrrar dan masuk jerntratan akan selalu tenrkur
dcngan nilai sebesar 350Q pacta kcrJaan tak rrrcrrglarni ,sh-ain, Ketika strain gage
ditahan dengan sel penbebanan pada rangi.ai firll-bridge, skala rnaksrral dari sel
penlebeban akan tetap nonnal yang dirancarrg scbesar I .2 akru 1.3 mV dari sinyal
masukan setiap satu volt .
Constantan
Gambar 2.21. Jembatan penuh dengan kompensasi temperatur
74
Contoh 2.5:
Sebuah sel pembeban sebesar }mY/Y ctengan sumber tegangan lOV
clirnonitor dengan volbneter digilal. Scl penbeban dirancang dengan skala
maksimum untuk output resolusinya scbesar 100 lb baban. Jika dibutuhkan
pengukuran dengan 0.l,lb , berapa resolusi yang cligunakan dari voltmeter, yang
dinyatakan dengan tegangan ?
.lawaban
' Resolusi yang dibutuhkan dalam pengukuran dinyatakan dalarn prosen
sebagai berikut:
Res rtlu,si * 0'llh-rtoa'/,tauh
: 0.lo/o
skata maksimum untuk darijembatan aclalah
FSO:ZmYlY x lOV:20V
Resolusi dari volhneter, dinyatakan dcngan tcgangan :
Resolusi voltmeter :O.l% x 20 mV:201rV
Sebagai mana terlihat hasilnya dalam pengukurarr dibutu.hkan sensitive nreter
dan ticlak arlanya noisc.
Ilabrik yang memprodul<si peralatan strain telah mengembangkan alat
sedcrhana yang rnudah digunakan untuk pengukuran strain. Fungsi dasar yang
termasuk pengaturan operasional yang dapat diubah oleh penguna yang langsung
berpengaruh pada lengan jernbatan sebagai fator yang mcmpengamhi gage, skala
outpttt, pcnyctilnbangan jembatan dan dalarn rnernpcnnudah kalibrasi. Sebagai
gantinya peralatan yang disuplai dcngan sumtrcr tegangan lengkap baik rangkaian
quart-bridge maupun half-bridge dan penyediaan petujuk penggunaan. Unhrk fungsi
yang lain rnungkin menggunakan pcralalan yang lcbih canggih, tennasuk pembacaan
dengan akuisisi data kompleks, filter aktif, clan analisa dengan menggrrnakan
kornpuler.
75
2.8. tr'ENGtJKtiRAN TBKAN,{N
Apabiln scbuah bcjana diisi zat cair maka, gaya tckan pada dasar be.jana akan
terdistribusi secara merata. Tiap satuarr luas dasar be.jana rncndapat beban yang sarna.
Gaya pcrsaluan luas didelinisikan sebagai tekanan , socara malematis dituliskan sebagai
t;D_,-A
^dinrana: P = tckanan ( N/nr2 atau pascal ) Pa
P=gaya(N)
A: luas penanrpang ( rn2 ;
'l"ckanan dinyatakan dalarn Nervton tiap satuan luas. Satu ncwton per meter perscgi sama
dengan I Pascal (Pa). Dalarn system ukuran llritish ( british unit), tekanan dinyatakan
dalarn pound persatuan Iua.s diukur clalanr satuan inchi yang clisingkat sebagai Psi, dan
I Psi : 6.895 kPa. Tekanan dapat pula dinyatakan dalam tinggi kolorn air raksa, yang
rnenyatakan tekatran udara luar atau atmosf'er. I'ekarran atrnosfor adalah satuan gaya atas
benrt atmosfer, yang dapat dituliskan sebagai 760 nrrn clari ketinggian kolom air raksa,
29.92 in kolonr air raksa atau 14.7 psi atau l0l kPa.
Pada fluida diarn, tekuran didish'ibusikan kesegala arah dan meningkat dengart
trertanrbahnya kedalaman , dan juga terganhrng pacla densitas atau massa jenis dari
cairan yarrg akan berperilaku nrenanrbah tekanan pada pennukaan. Hubungart tekanau
dcngan kedalaman secara matematis adalah stragai berikut:
P=pgh
Dimana P= tckanan parla clasar scbuah fluida, Pa
p = massa jenis , kg/mr
g: percepatan gravitasi, 9,8 rn/s2
h : kedalarnan dari zat cair, rn
Urrtuk mengukur tekanan sccara ccpat dalalr ntengukur tekanan zat cair pada
bagian dasar watlahnya sccara tegak lurus. Pcngukuran tckanan zal cair unrumnya
menggunakan air raksa dissbabkan karcna densitasnya yang tinggi, atau air. Jadi 29 9 in
air raksa rterupakan tekanan yang dialami olelr dasar dari tabung yang digunakan unhrk
menempung merkuri tersebut.
Contolt :
Densitas sebualr air raksa 13.6 g/crn3. hitung tckanm 700mm air reksa dalam
pascal ?
Jawab
76
Ir:pgh
= ( n a -E=l[, ".0- .g*'.)[ r cxp-', t'rl[r, rfl1zoo,,,,,f , "*r*,a]\ c,,r.t71 iltJ )\ 8 /\ ,\t) \ tttt,t )
:93.3 kPa
Untuk tekanan pada' gas berlaku hal yang serupa. Jika gas didalarn bejana
tertutup, lekanannya adalah gaya yang dilakukan terhadap dinding beiana. Untuk
tckanan uclara acuannya a<lalah pcnnukaan air laut, scmakin tinggi, tckanan al<an
mcnurun karena penurunan bcrat udara yang acla diatas permukaan air laut tersebut.
Parla puncak gunung Mont ljvcrcst tckarran udara hanya sepertiga dari tekanan pada
pcrmukaan air laut.
I,RESSURE GAGI: DAN TEKN NNN ABSOLUT
ltila sebuah ban kcmpes diukur tckanannya dan hasilnya nol, rnaka dikatakan
tckanan clalarn dan tckanan udara luar sanra bcsar. Jadi yang cliukur gage adalah
perbeda;ur tekanan dalam bam dengan tckan Lrdara luar. Perbedaan tekanan ini dikenal
scbagai gage prcssure, Pcmtracaan tckanan tcnnasuk didalarnnya tekanan yang
t'lisebabkan atnrosl"cr yang n)cngacu pada tekanatt vakutn disebut sebagai tekanatl
absolut (abslute pressure) yang clalanr satuan tlritish sebagai psia, Umunrnya pressure
gagc dirancang untuk rncmbaca tckanan pada gagc; hal ini pcrlu ditanarnkan untuk tctap
dalarn pikiran atas ilefinigi tg\ana yang bias cligunakan. Sebagai gantinya nilai tekanan
yang cligrrnakar dalarn perhitungan urtuk gas idcal harus bcrada pada tckanan absolut.
Pcngtrkur:ur tckanan yang lain discbut tekattatr dilbrcnsial ( dilferensial pressure ). Jika
ctililrat rlari istilah yang digurrakan, tekanart difcrcnsiat adalah perbedan antara dua
tekanan yarrg dalarn satuan british tlittrlis dalarn 1lsid.
PRI.ISSU RI, TRAN DUS IlR S
I(agaur tranduscr vang cliclcsailr untuk rncrrdctcksi tekanan-sangat banyak sekali,
tctapi umulnnyn prinsip kcrjanya lrcrdasar prirrsip lttctrycitnbattgkart dari tckanall yang
tidak diketahui dcngan tekanan diclapat dari bebatt yang dikcahui. I-eknik untuk
rnenyeirnbangkan adalah rncnggunakan diaphragna. Diafiagrna a<ialah keping fleksibel
yang cepat bercaksi dan berubah apabila mcndapatkan tokanan, pada keeping itu diberi
pcgas yang trcrfungsi rnernbcri bcban pada tliafragrna. Pergrakan cliafragma sebandinrng
dcngan tckakan, clcngart kcrnampuatr cletcksi tckattan antara 15 - 6000 psi .
77
. Mctodc untuk mcngubalr tckanarl sccara rnckanik atas teganagatt kedalatn
bentuk gcrak lcrmasuk clirlalarnnya scbuah Bourdorr tube, yang cligunakan untuk
rncltgcrnbalikan bentuk semula dari sctruah logarn akibat kornpresi yang dilakukan.
Sebualr bcllow adalah scbuah lcnrbaran tipis yang dibcntuk tabturg runcing ( untuk
rncngatur arah arrgin) 1,nng salalr satu bagiannyr lcrtrrlup rapat pada ujungnya yang akan
kontak langsung dcngan tckanan. Scbuah bourdon "tube
ntcrupakart sebuah tabutg elips
dari logam clan salalr satu ujungnya tcrlutup, kernudian dilientuk spiral, atau segilirna
spiral alau bentuk spiral bcrbcrrtuk kcrucut atau bcntuk lruruf C. 'l-ckanan diclalam
ta[ung tersebut ccndcmng lreluas yang menycbabkan a{anya penyirnpangan. Sebagai
contoh komglnen yang sensitivc tcrlraclap tekanan clituniukkan dalaln garnbar clibawah.
Didalarn pcltgukurarr listrik, hal yang rnudalr untuk tncngubalt gerakan tnekanis
kcdalarn bcntuk kornponcrr yang pcka tcrhadap tckanan ke dalam bentuk sinyal listrik
cligitr. Ada banyak caro yang rnungkin dilaktrkan, cara yang paling umuln
menggr,rrakan potensiometrik, rcluktansi, kapasrtalsi dan metodc strain gage. Metode
potcnsiometrik adalah sensor gcrak yang rncrubahnya clalanr licntuk rcsistansi. [.etlgan
gcscr dari potcnsiometer secara rnckanis clihubungk:rn dcngan kontponcn scllsor
tekanalr,yang nrcnycbabllan rosistansi bcrubalr scbagai Iungsi clari tekanan. Metode
potensionrter adalah yang palirrg rnuralr datt scdcrltana daripacla teknik pcrubalt yang
lain, <lcngan kclcbilran pcnggurrailrl sccara rnekartis clan ttoise yang rnungkiri tilnbul.
I)a<la rnctode rcluktansr pcru[raharr indukttu'rsi pada salah satu atau dtra coil
dcrrgan nrelrggerakkan ratrgkaiarr rrrnlpctrrya. Cara utttuk ntcrtrtrahnya dengatr metnutar
rnagnct rrtalna didalaln tratrsfullncr. Ilagizur yang lairr digurrakart utltuk Incggerakkan
cliaphragn antara tlua koil yaitu dcngan mortambalt atau tncirgurangi induktansi.
Kemuclian koiI dilrubungkart dcngatr rangkaian .icrrrbatarr-
Pada traltduscr yang tncrtggttnakatt kapsitansi, gcrakan yang terjadi
mcnycbatrkan pcnrbahan kapasitansi drri pada kapasitor. Cara pcnggtlllaarl yang tlrlllllll
adalalr rncngubah salalr satu pirirrgarr pada diaphragrn tl:rri scbtrah kapasitor atas piringarl
lain yang cliarn. Pcrtanrbahan tekanan rnenycbatrkan pertatnbaltan kapasitansi melalui
cara rnenglruburrgkan pusat clari lernpcng yang bergcrak dcngatr dua lernpertg yang diam.
Karcna cliaplrragrn bcrgerak, kapasitarrsi dari salalt sattr'kapasitor bertambah ketika
ka1:asitansi yang lain be rkrrrang. Kapasilor tcrsebut terlrutrttttg clengatl rangkaian
.jcmbatan. 'l'rancluscr yang prinsip kcrjanya tncnggurtakatt pertrb:rhan kapsitatlsi akibat
tckanal rncnrpunyai rospon fiekrrcrrsi tinggi, sclrirrgga trantluscr ini akan pcka lerlradap
pcnrllaltan lckarta:t.
78
' Sebualt strain gage dapat digunakan sctragai sctruah kornponcn yarrg nrclljacli
scnsor yang ditautkan dengan diaphragrn. 'l'ckanan pada diaphragrn menghasilkan strain
yang didetcksi dengan gage dan diubah nrerrjadi resistivitas listrik. Cirinya gage
diikatkan pada kedua sisi dari cliaphragrn dan clihubungkan dengan rangkaian half-
bridgc.pada rangkaian haf-bridgc salah satu gagc pacla, sisi yang lain dari diaplrragrn.
Sedangkan pada rangkaian jcmbatan <ligunakan clua rcsisitor tctap. Pada rangkaian full-
bridgc dua gage mettalran satu sisi dari diaphragm, gagc akan mengalami kornpresi dua
sisi yang laitr nrenahan dalarn bcrrtuk tcnsi. t{arrgakain lull-bridgc membcrikan oulput
yang lebih besar lebih dali 100 rnV untuk tekanan yang diberikan. Sebagai penggaiti
dari strain gage yang aktil, hanrs juga diperhitungkan kompcnsasi akibat tempcratrr dan
resistor penrtruat nol turtuk keseirnbangarr ( zcro point ) clari rangkaian jembatan.
' ' l' ,'*'2.9. PENGTJKURAN GBI1AK
Gerak yang clikcnal arla yang berupa gerak mclingkar separrjang gu.iu rind$g;:ii'l'lintasannya dapat bcrupa lingkaran dalarn satu clinrensi. Pengukuran dari gerak terntasuk
didalarnnya keccpatan, perccpatan dan perubahan jarak. Cerak adalah setrualr vector
yang mcnandakan perubalran posisi atas liagian atau titik, Kecepatan adalah dcrajat
pcrubahan tcrnpat yang dialanri clan pcrccpatan aclalalr ukuran scbcrapa ccpat pcrubahan
kccepatan yang terjadi. Gerak nrclingkar cliukur dcrrgan satuan derajat atau radian. '
1'ITA}.' DUSI]t( C EIIAK
Tranduscr gcrak dapat bcrupa kontak clengan sumber gerak rnaupun terpisalt.
Jcnis tranduser kontak gcrak yang scring digunakan sccara bcqrasattgan clengau bagian
yang berputar mengikuti posisi obyek yang diukur. Scrsor gcrak pada batang berputar
dapat dihubun$kan dcngan lengan potensiorncter. Sinyal listrik ourput dapat bempa
tegangan maupun arus. Potensiometcr yang digurrakan scbagai tranduser gerak dapat
disusrur secara sedcrhana dan dapat dirancang untuk nrcngukur gerak yang cukup cepat,
tatapi noisc akan murrcul clengan adanya obyck pengarnatan yang kotor. Cprak dapat
diubah menjadi besaran listrik dengan merrggunakan induktor variable dengan
pcngarnatan perubattan incluktans yang terjacli. hrdul<tansi dapat berubah denga:r akibat
gcrak dari pusat matcrial uji, variasi dari dimensi atas koil atau akibat gesekan dengan
obyek.
Hubungan malcrnatis yang nruncul pacla trarduser gcrak . ini adalah hubuugan
lincar dengan variatrel translonncr (I,VDT). Batang lrcrputar yang dihubungkan dengan
pusat rnagnet didalarnnya dan dibungkus dengan trans{bnner. Jenis dari LVDT'79
dipcrlihatkan pada Garn[ar , ?.22. L,VDT diletakkan diantara transformer primer
transfonner sekunderyang identik. ]'ransformsr primcr dihubungkan dengan surnber AC
( biasairya antara I hinga 5 kHz, ). Ketika tclalr tcrlrubung clengatt-sumber tegangan,
tcgangarr pada rranstbrmcr pnrncr nrcnginduksi lranslbnncr yang kcdua schingga santa.
Karcna pusat dari kabcl bcrgcrak bcrpular mcngikuti gcrak obyek, tegangan yang
didapatkan atas transfonner primer akan mcncyebabkan rnenyebabkan nilai tegangan
transfonner sekunder rnenjadi yang paling besar.dengan rangkaian denrodulator yang
clitunjukkan diatas, perubahan polaritas dari pada kawat dalam tranduser schingga
rnuatannya lewat pada pusatnya. Tranduscr ini rncrnputtyai sensitivitas, Iittearitas, dan
pcrulangan yang rnendekati selnpurna.
I ,-."rrrl
P
:tl(a) Diagram LVDT (b) Renspon LVDT
nemindahan
sekrrndcr
(c ) Gage LVDT
Gambar 2.22. Transduser gerak
,80
'franduser yang menggunakatt systctn tatrpa kontak langsung dengan obyek
tennasuk didalamnya tranduser optik dan tranduser kapasitif. Fotosel dapat digunakan
sebagai tranduscr yang mcndctcksi sinar ylng dilcwatkan pada sebualr celah kecil atau
nrenghitung banyaknya garis tcbal clari suatu pcrnrukaan yang diukur. Pada systcrn optis
rnenrpunyai kcuntungar yaitu respon yang ccpat, tetapi noise-nya terlalu banyak,
tcnnasuk yang bcrasal dari surnbcr calraya yang narrtirrya akan menyebabkan sinyal yang
baur y.. rg dihasilkan dari scnsor optik. I'lal ini bcrguna clalarn rncnyusun cfek hitcrisis
yang tinrbul clcngan rncnggunakan trigger Schrnitt jika teryadi nrasalalt pada timbulnya
noisc.
Scnsor yang nrcnggunakan scrat optik clcngan hasil yang cukup akurat dalarn
pcndetcksian. Penggutraan sinar rcf'lcksi clalarn scrlsor dcngan clua bagian, dinratta
bagian satu mcntransrnisikan sinar dan,, bagian yang lain tncnerima sinar yang
diparrttrlkan oleh suatu pemrukaan yang ditunjukkan clalarn gambar 2.23. olch serat optik
sinar yang ditransnrisikan larrpa rncrrgalarni llcnrbaharr intcnsitas. Sclanjutnya sirtar yattg
ditranslnisikan akan mcninggalkan tanda pada obyck yang sclanjutnya akan terkumpr.rl
scltingga terpantul kemudian ditangkap oleh sensor optik. Intensitas dari sinar yang
tcrdcteksi ditcrirna olelr scnsor clptik dcngan ukurarr dan susunannya sepanjang bagian
pennukaan yang mclilantulkannya, namun agar dapat terdcteksi dcngzur baik rnaka jarak
pengarnatan arus nrendckati l0{ in. kcunggulan utarna aclalah malnpu rnernbatasi hasil
yalrg lak tcntu.
Gambar 2.23 Detektor gerak serat optik
"sensor kapasitif clapat cligunakan tmtuk scnsor yang sangat sensitive tcrhadap
gerak dcrrgan cara penclekatan sepcrti tranduser. Penrbahan liapasitansi yang bervariasi
81
Sumber cahaya
Detcktor cahava
Scral onlik
nernrukaan
disebabkan karena salah satu lcrnpeng kapasitor bcrubah posisi terhadap yang lain.
Lempcng yang bergerak dapat terbuat dari scrnua .ienis logarn sepcrti diaphragrn dari
scbuah capasitor bcrbcntuk loqiong atau pcnnukaan yang diukur. Kapasitor dapat
digunnkan sctragai pcngorttrol lrckucnsi dari sct:ualr rarrgkaiatt rcsottattsi yattg ntcrtgubah
kapasitansi rnenjadioutput litrik yangclapat digunakan.
1'ITAN DLJSIJR KECtiPNI'AN
Karena kcccpatan adalah laju pcnrbaharr gcrak. kccapatart clapat didcteksi dengan
mcnggunakan sctrsor gcrak untuk merrgukur dua keaclaan antar dua titik yang bcrbedc
selringga tcrukur nrcnjarli kcccpatan. Aluran pcngukuran kcccpa{an dengan hasil benrpa
output yalrg clapat terukur hanrs rncnggurrakan trattcluscr yang dapat dideteksi baik
dalarn lrcntuk gcrak yang linlasan yang lunrs rnaupun yang lnelingkar.'franduser
pengukur kccepatan gcrak lurus dirancarrg clongart koil yang terpusat dettgalt magrret
yang dilctakkan pada pusatnya membcntuk scbuah motpr sedcrltana yang natttinya
digerakkan dengan ggl diri yang dipunyainya untuk kcccpatan tertentu. tlaik koil atau
tnilgrl dapat dibuat tak bcrgcrak dan bagian lain dibuat bergerak mengitarinya. Namun
oulputtrr a tatap tlianrbil atas koil.
Ada banyak tranduscr yang dirancang untuk nrengukur kecepatan rnelingkar.
'l'cchnornctcr adalah scbuah trancluser yang digunakan pada pada artts AC tnaupun DC
scbagai outpritlrya.technomctcr yang uotputrn ya bcrbcntuk arus searalt pada dasarnya
scbuah gcnerator kccil dcngan koil yang bcrllutar tcrhadap Ittagnet yarrg diarn. 'l"egangarr
timbul akibat koil rncngal:uni induksi rnagnctakibat bcqrutar pada sekitar rnagnet. Laju
induksi rata-rata tcrlradall tegangan scbarrdirrg dcngart kcccpatatr putar dan arah
polarisasi scarah dcngan perputaran yang clilakukatt, yang nrerupakan ketrnttrngan dari
tecnornetcr DC. Sedangkan tccnonrctcr AC diranang scbagai gcnerator dengan frekuensi
scbagai output dan scbanding dcngan arah pctputaran yallg dilal<ukan.
Cara yang lain untuk mengukur gcrak nrelngkar clcngarl Incnggultakan cngsel
yang berputar tcrhadap kcxnponen yang scnsitive terhadap sinar. Engsel penggerak
menghalangi sinar'shingga dapat terpusat pada plrotosel, sehittgga menyebabkan output
yalrg llcrvariasi scsuai dcltgalt kcccpalarr ptttar.
.I'ITANDtJ S T:R I]ERCEiPAI'AN
Pcrcepatan biasanya diukur clcngan rncnggun;rkan pcgas yang menahan dari
suattr bcban pada suatu rvadah tcrtulup, scpcrti yang cliturrjukkan pada Garnbar 2.24.
bcban ticlak akan tcrguling karcna bctran atcla pcnaltatr dibagian bawalr beban.
82
l)crbartlilrga gcrak antara kotak dcrrgan nlassa bcbi.,r scbanding dcrtgan pcrccpatan yang
dialarni. Sebuah tranduscr yang lairr scprti tratrduscr gcrak yang biasanya digurakan
scbagai pcngubah rncnjadi gcrak rclatif scbagai output listriknya. ldcillnya akibat adanya
gaya incrsia seharusnya bcban tidak bcrgcrak akibat aclanya goltc:ulgan pada wadah,
natnrm pada kcnyataannya sebaliknya kar,:rta adarrya pcgas yang mcnyctrabkatt
bcrgcrak.. Alat pengrrkur perccpatar/ akselerornctcr (accclcrotnctcr) bcrgcrak ddngart
Iicklensi natural, dan pcriode gcraknya lcbih pcndek daripada pcrubaltatr pcrcepatan
yang diukur. Sebuah acceleromcter pacla penggunaatrlrya digunakan utttuk mengrtktr
li'ckucnsi ang lebih kccil daripada liekuensi natural, nalnutl digurakan juga untrrk
rncrrgukur gcrak vibrasi.
- Scbuah akseleronrcter pada prinsipnya nlcnggunakan prinsip kcrja LVDT yang
dapat digunakan untuk mcngukur getaran. Massa bcban dibuat dari magnct yang
dikclilingi clcngan koil. 'l'cgangan induksi yang Linrbul pada korl rnerupakan fungsi ke{a
clari pcrcepatan.
Sala| satu jcnis <lari aksclcronrclcr aclalah scbualr kristal piczoclcktrikyang
korrtak langsung clcngan massa pcmbcban, "l.cgangan output dari sebuah respoll
nrcrrginduksi paksa kreistal scbagai akibat dari pcrcpatan bcban. Kristal piezoclcktrik
kciil rncnrllupyai frekucnsi natural yang sangat bcsar yag dapat digunakan sebagai
pcngukur frckucnsi gctaran. Kclemahan clari piczoclcktrik adalah output yang
di6asilkan satrgat kccil rncskipun irnpcclansi clari kristalnya yang besar, yang pada
akSilya akan lncrrjatli pcrnicu pcrrnasalaltarr akibat llising yang clitinrbulkan.
Gambar 2.24 Dbsar akselerometer
83
2. I O. PENGUKURAN CAHAYA
Cahaya yang kita lihat rncnrpakan scbagian kccil dari spektnrrn elcktrornagnetik.
Jarncs C Maxwcll rncnggabungkan hukunr tcrrtilng listrik dcngan leori nrengehai magnct
yang kcrnudian dihirnpun dalarn lrukurn yang bcrlaku utttuk cahaya. Karakteristik
cahaya sarna dcngan gclornbarrg radio flamun dcngan panjang gclornbang yang lebih
pcndck. Keccpatan rarnbat gclorubarrg clektrotnagrretik scbesar 3 x 108 nr/s cli ruang
h:rnrpa. Ilr.rbungarr antar lerkuclrsi dcngalr panjang ge lornbang bcrclaszrrkalt persamaan :
,/ /,\( l'="- )
\"^)\r.-
dirrnria-c : kcccpatan radiasi clcktrotttagrrctik , rn/s
f - frckrrcns, I-'lz
l": panjang gelombattg, trt
D;rpat dilihat bahwa gclonrbang radio rnempunyai panjarrg gelorrrbang ratusan
mctcr hirrgga beberapa rnillimcter. Panjang geotnbattg paling pcndek adalah gelornbang
irrlianrcralr dongan yarrg tcnuasuk pada rlacralt gclorttbang cahaya tarnpak. Par{ang
gclonrbalrg cahayil tarnpak ribuarr kali lebilr pcrrclck tlari dari gclombang radio,
scclangkarr panjang gelombang yang tarnpak parrjangrya kira-kira anatar 390' nrn
(violct) dan 760 rrrn (mcrah). I)erbcdaan paling dckat antar cahaya tarnpak adalah dengan
clacralr sinar ultraviolct dan juga dirniliki oleh sinar X dan sinar gamma sebagai bagian
rlari spcktrurn elcktronragnctik. Spcktnun cahaya larnpak clitunjukkan pacla jenis wama
yrurg kita lilrat.
Batas antara antara <laerah satu. dengar: clcaralt yang lain tidak begitu jelas
scfiingga nantinya akan lcbih clisebut scbagai bagian tlacrah yallg tnelnpunyai spektrum
yarrg kontrrru dan spcktrum tak kontiu datt cahaya tarnpak aclalah scbagian kccil dari itu
sclnla. Mata nonnal lnanusia tidak dapat mcresporr radiasi Lrltaraviolet dal infiarod,
yarrg lebih sering di.setrut scbagai sinar ultraviolct dsan sinar inliarcd. Tirljauan utalna
dalanr instmmentasi karcna llcberapa dctcktor scnsitil' tcrhadap batas-batas daerah
tcrscbut. Scbagai corrtoh scl piczoclcktrik scnsitive tcrhadap ultraviolct dan spektun
crrltitya tatrrpak.
Pcndckatan yang , diglurakarr untuk rnenrpela"iari radiasi gelornbang
clcktrolnagnetik bcrgantung pada pan"iarrg gclonrbarrg racliasi dan kepekaan alat yang
iligunakarr. .lika panjang gclornbang scbanding clcngatt rcsolttsi dari alat rtkur , rnodel
gclonrtrang dapat <ligulrakan untuk rncnganrati pcrilaku radiasi. lrri adalah lnodel fisis
84
f P= ['-o -
untuk claerah spcktrurn elektromagnetik dari gclorrrbarrg radio satnpai daerah infrared.
Disarnping itu, jika panjang gelonrbang jauh lcbih pendek dibandingkan dengan resolusi
alat ukur, maka digurrakalt rnoclcl parlikcl. $cbuah cncrgi radiasi dari partikel discbut
scbagai flotorr. Dalam dcarah ultraviolct ur]rurnnya cligunakan nrodcl lbton . Flubtrngan
antar ,encrgi foton dengan frcktrensi tnenurut persamaall :
E -hf
" di,na,',a Ii - cncgi folon, J
h : konstanta Planck; 6,626 x l0r4 JlHz
f =. ltckucnsi ,L{z
l)crsamafln ini nrcnginclikasikan adarrya cncrgi loliln pacla daerah sinar ultraviolct
lebih besar dari cnergi foton pada dacrah sinar tatnpak. firtergi foton sinar biru lebih
tirrggi ari encrgi foton sinar lnerah. Encrgi loton ltanya bergantunng pada frekwetlsi ,
tidak bergantung pada irttcnsitas.
Sctiap sumbcr cahaya akan rncmbcrikan speclrum yang trerbeda dan terganturrg
bagairnana cahaya tcrscbut dibangkitkan.. Suatu sumber cahaya yang berpijar ( filamen
tungstcn yang cligurrakan pada lalnpu ) rnenghasilkan spektrum yang kontinu dan
tcrgaltung ternperatur filanrcn. Pada tcrnpcratrlr yang tinggi akan lnuncul sinar bim.
Dengan rlenrbuat variasi tcgangan yang digunakarr pada latnpu tungstett pada
tcnrpcratur tcrtentu akan rnuncul sinar dcngall warlla yang khas. Sinar rnatahari juga
r;cngalrdung spcctnrm sinar yang kontinu yaltg borganturrg juga pada lcmpcratur.
Surnber sinar pendar menghasilkan spectmm dengan panjang gelornbang yang
tajam yang.lnasilr terrnasuk pada surnbcr caltaya yarrg kontirtu. Karakteristik dari sinar
mcrkuri diclalam sebuah tabung spcctrunr akhirnya tcrdapat sinar ultraviolet. Dernikian
juga sinar lampu neon yang menghasilkan karakteristik spektrurn yang tajarn dan
tcrattg
Sinar yarg munoul, pada I-ED adalah terpcndar secara luas yang tergarltung pada
jelis rvarna tcrtentu. Distribusi sinar LED sccara gcornclt'i lebilt banyak dipancarkan
kcarah dcpan. I.,L,D tncrupakan sumtlcr cahaya yarrg penting clalarn kornunikasi serat
optik.
SATI.JAN PE,NGUKURAN CN I-IAYA
Alat pelgukur yang digunakan ctalanr pcngukuran cahaya tarrrpak disebut
photornetri, sedangkan pacla pcngukuran itotal spcctrum optik discbut radion-retri.
I)crarrgkat alat yang clirancang untuk rncrcspon setnua jcnis spektnun cahaya tarnpak
tennasuk infra red yang terlihat dan daerah ultraviolct yang dapat juga disebut sebagai85
peralatan radiolnetrik. Satrran ukuran cahaya clibagi dcngan satuan radian dan satuan
photometric. Ada persarnaan pacla masing masing ukuran tetapi kesernuanya dapat clapat
dikonvcrsikatr dcngan satuan yaltg lailr.
Alat ukur cahaya plrotornetric biasarya digurrakart pada intcnsitas ernisi yang
larrgsurrg maupun tak langsurrg. Irrtcrrsitas crnisi pcndar tak lartgsung (lurninance)
didcfinisikan sctragai cahaya total yang clilcwatkan pada suatu pennukaan tertentu,
dalarn satuan irrtcrnasinal dinyatakan clalarn satuan carrdcla (cd). Pernbanding antara
pcrrgukuran radiornctric aclalah intcnsitas radiant, yang biasattya terukur dalarn satuatr
watt/steraclian. I'erpendaran langsung (illumirrance) aclalah pcngrtkuran cahaya dengan
plrolornctric yang diclapatk:rn dari pantulatt dari pcrntukaan yang flux caltanya
tcrdistri[usi sacara rncrata, satuan clalatn Iux ( satuatt internasional untuk illurnination )
dal clalarn satuan British foot-candcla. Pcmbanding dari alat trkur radiomctric adalah
irradiancc (l{). irradiancc diukur dalanr satuan nrilliwatt p"r- ",',.,'.
Ilanyak variasi dari tranduscr optik, dari sisi rcspoll spektralnya memputtyai
pcrbcrlaan yang mcncolok. Pcrbcclaarrnya tcrlctak pacla scnsitifitas tcrhaclap cahaya,
pcrtirnbangan gcornctric, lebar pita, harga datt kcntatnpuatt pada kondisi yang berbecla.
'l'randuscr optik clikclompokkatt rncniadi tiga bagian yaitu :
( I ) Sensor plrotovoltaic yang dapat trrcngubah cahaya meniadi ggl yang akan
yang dibuat dari sernikonduktor
(2) Scnsor photoconduktifyang bcrlirngsi sebagai rcsistor yang pcka terhadap cahaya,
(3) Sensor photoernisi yang diclalarnnya terdapat kotrtpottcn katoda yang bila terkena
cafiaya akan nrcngenrisikan elcctron. Prinsip kcr"ia dari photoernisi sama dcngan
pl rototutrc dan pltotomultiplicrs.
. Pfioto{iocla tersupun atas sambungirn clua scrnikonduktor seperli sambuttgan
diocla yang clilcngkapi dengan lapisan pcka calraya dari bahan logarn maupun non
loglpt. Ketika scbuah foton clari scbuah sinar tnclalui lapisan bcning cncrginya discrap
scSipgga pcryindahan clcctron pacla pita valcttsi clalarn sernikonduktor biasa berpindah
kc pita kon{uksi tcrjacli kcrnuclian tcrbcntuk pasangan lrolc dan clectron. Jika energi
lotol cukup bcsar akan mcnycbabkan encrgi gap yang tinrbul pada sernikonduktor
bcrkurang yang akhinrya arLrs clapat lewal pada plrototliocla. Kurva antara I dan V yang
diturr.iukkap pacla gernbar 2..25 menggambarkarr kondisi akti[ dari photodioda pada
kcaclaan tcrkclta cahaya dan yarrg tck tcrkcrta cahzrya. Yarrg pcrlu lncnjadi catatan ketika
iltensitas cahaya nol, kr;rva nonnalnya nririp dcngatt kttrva dioda, ketika intensitas
cahal,a bcrtarnbah arus balik pacla photodiotla juga bcrtlrrrl.;alr.
86
Untuk meningkatkan respon fiekucnsi, diocla clioperasikan pada bias baliknya.
Photodioda tanpa bias bekcrja sebagai scnsor photovoltaic, clengan bias balik berlaku
scbagai scnsor photoconduktif. Kctika diocla dibias balik, aliran anrs yang kccil diserap
digunakarr untuk rncrnbcntuk pasangan holc darr clcctron. Jika pasangan ini tcrbcntuk
pada dacrah pengosotrgan ( dcplction laycr ) muatan akan sccara cepat tcrsebar
rrrerrgltasilkan aru$ cxtqntal pada rangkaiarr. Diluar dacrah pcngosongan rnigrasi dari
electron bcrjalan larnbat yang nrenglrasilkan bagian belakang kurva yarrg paniang.
Jcnis-jcnis dari photodiocla diprocluksi clcrrgan rcspor.r frckucnsi yarrg tinggi; yang
dibuat atas sambungan pn dcngan lapisarr pcrnisah tipis pada saat pabrikasi.
I)crnbcnlukalr tiga lapisarr scpcrtu roti sarrclwich ;rtas [ralrarr positil-lapisan inlrinsic-
ncgatifl yang disebut scbagai scbuah dioda PIN. Diocla PIN rncrnpunyai Banclwith
sebesar I GI'lz dengart noisc yang sanl;at rendah.
Phototransistor lcbih pcka dibanciingkarr clcngan plrotodiorla disebabkan adanya
pcnguatan diri pada phototransistor sctranyak 100 hingga I 000 kali dari plrotodioda.
Phototransistor sama dengan transislor pacla unrurnrrya, tetapi ams basi.s berasal dari
turnbukan lbton pacla kondisi santrungan basis colcktor yang dibori bias balik .
Plrototrarrsistor unggul clalarn hal scnsitifitasnya dcngan semakin scdikitrya daerah yang
tcrkena calraya tctapi karcna respon yang lidak lincar scrla karakteristik tcrlradap
tcnrperatur kurang baik, phototransislor tidak tcrlalu baik urrtuk pcngukurart cahaya
yarrg plcsisi.
Photothyristor digunakan sebagai pcngatur arus yang besar, salah satunya adalah
SC--tt yang rliaktilhan cahaya ( t.ASCR ). SCR ini dikatifhan olch arus yaug bcrasal dari
gatc akibat uclanya caltaya.
Scns,rr plrotokonduktif termasuk didalanrnya adalah cadmium sulfat (CdS),
cadnrium sclcni<la (CdSc), tinrbal sulfida (PbS) clan scl-scl yang lain. Sel CdS dan CdSe
urnllmnya digunakan karcna dapat rncrcspon calral,a tatnpak. Rospon puncak dari sel
CdS an{ara 600 nrn dan rcspon puncak CdSe sckitar 720nm, dan PbS mempunyai rcspon
purrcak pada daerah infrared scbcsar 2200nrn. Sensor photokoncluktif rnengandung
kristal photosensil.iI yang diapit oleh dua elcctrodc yang kondukti[. Penycrapan cncrgi
lbton yang tcrjadi pada bahan kristal rncnycbabkan pcnurunan rcsistansi dari kristal
torsctrut. Keuntungan yang ttidapatkan clari trancluscr ini adalalt murah, dan bekerja pacla
tcgangan tinggi scrta scnsitivc schingga tranduscr ini banyak digunakan pada aplikasi
sobagai dctc.ctor peilgontrol pintu gcrbang. Namun dcnrikian keburukannya terlctak pada
rcsponnya yang lanrban.
87
l)hotodioda dibcri arus bias rnundur cla bertirrdak sebagai sumber arus tetap. Apabila
terkena cahaya akan terjadi pertarnbalran aliran arus yang sebandirrg clengan intensitas
calraya yang nrasuk, Konfigurasi rangkaian utttuk pcnerapan photodioda adalah seperti
Dioda dipasang bias mundur, tanpa acla cahaya, tegangan photodioda sama dengall
tegangan catuclaya atau beda tegangan pada harnbatan pctnbatas sama dengan nol '
88
2.11. Contoh Soal, Soal-Soal dan Tugas Karya
2.ll.l. Contoh Soal
1. Sebuah temperatur 65nF, ubah ke dalarn derajacl celcius!
Penyelesaian :
c:5t9 (r.-32)
c = 519 (65-32)
i : 18.3n C
2 Aggaplalr scbuah tcrmokopcl dcngan kocfisicn Sccbcck 58,5pVfC rncmpunyai
output 24mV kctika santbungan acuan herada pada suhu ruang(2luC). bcrapakah
pengukuran sutru dari sarntrulrgan
Penyelesaian: sesuai dengan persarnaan I 3-2
Tz:Yla -F'fr
: 24rnV / 58,5 pVl'C | 2l"C ,= 43 l"C
3. Sebuah PRTDs dengan alfa sebesar 0.00392f/O/;C rncmpunyai resistansi nornirlal
l00f) pada 0"C.
c) hitung rcsistansi pada 450"C
d) Pada suhu bcrapa rcsistansinya adalah 142.6 O?
Penyelcsaian : a) R1 = Rn (l + crt)
: 100.0(l + (0.00392)(450)) :276.4 O
c) sesuai clettgan pcrsantaatt 2.1, :
r :tlo ( Rr/ It,. - l) : tl n.orr,r, (.t.4"'ltoo - l) : 108.7"c
4. Sebuah strain gage dengan nilai nontittal resistansi sebesar 300Qdan GF
2dihubungkan dalam rangkain "'qurter-bridge" seperti ganrbar diatps, Tegzrrgan exitasi
dari jembatan l5V. lengan lairr pada jernbatan resisitor tennasik dumny gage sebesar
350 A. Diasurnsikan jembatan dilarn keadaan sctirnbangdengan tidak ada straindan
rnernpunyai output strain dibawah 45ptV.
c. t{itung nilai strain secara tepat
89
d. ' hitunglah nilai strain dengan nrcngasumsikan rangkaian jembatan
linear
jawaban
c. berdasarkan persanraan diatas kita rnetrdapatkan nilai ratio dari
tagangan output pada tegarrgan dc exitasiuntuk keaclaan tiddk rnclrgalarni strain
yaitu:
: If{fL truinad -( ]-\t,tt,;truit*t\ rsrz ) \tsv )
=3xlOa
4Vr
GI;{l + ZVr)
4x3xl0exp* 6
2(l + 2"t3cxP- 6)
:5.99996pe
sehilgga clengan mepnpcrtinlbangkan niali pelting dan jawaban rnaka dipusatkarr
pada anggapart $altwa rangkaian jcmbatan lincar ketika tegangan otrtprrt kecil'
d. clengan nrenggunakan perkiraan yang diberikan sebelumnya maka
rliclapatkan:
4l4tute= ----GI;ViN
:4-45!t/}xl5lr
:6pre
Sasilnya 6itentukan clcngan asunsi rlari linearitas yang terjadi pada
penrbahan yarrg kecilpad jembatan. Kemungkinan kesalahan 0.1% tiapl000pte'
5. Scbuah sel pembeban sebesar 2rnV/V dcngan sumber tcgangan l0V dimonitor dengan
voltmcter digital, Scl pcnLreban dirarlcang dcngan skala rnaksitnttm untuk output
rcsolusinya scbesar 100 lb baban. Jika dibutulrl<an pengttkuran dengan 0'1 lb'' berapa
resolusi yang digunakan dari volbneter, yang dinyatakan dengan tegangan ?
90
Jawaban
Resolusi yallg dibutulrkan clalarn pcngukuran diltyatakan dalarn prosen
scbagai bcriktrt:
Rc,r,/u.rj = _9JIl 11 gg"/,lA0lh
= 0.1o/o
skala maksimum ttntuk darijenrbalan adalah
FSO:2:nYlY x lOV:20V
Resolusi dariyoltmeter, dinyatakan dcngan tegangan :
Resolusi voltmetcr :0. lVo x 20 nrV :20LtV
Scbagai mana terlihat lrasilnya dalam pengukuran dibtrtuhkan sensitive meter
dan tidak adanYa ttoisc.
2.11.7. Soal - Soal
I . Sch.rah termokopel pada ternpe ratur 1400 c kclttarattttya 50 lnv, scdangkan pada
lempcratur 200 C , keluarannya l0 rnV'
Berapakah tegangan kcluaran netto tennokopcl?
2, Scbuah RTI) platinuni nrernpu.yai 6ambatan 135 Ohm pacla tetnperatrrr'2g C da.
koc fi sien tctnpcraturnYa 0,00392.
'lentukan hambatan It'fD pada temperatur 70 C
3. Sebualr tangki terbuka berisi air dengan massa jenis 1000 kgim3, 5 tneter dari
pcrmukaan dibcri scllsor tckanan.
I'ctukan tckan yang tcrbaca pada scnsor tcrscbut'9l
6. Dcnsitas scbua6 air raksa 13.6 g/crn3. hitung tckartan 700mtn air'reksa dalarn pascal ?
Jawab
: (* ofi)[,".'-r#llcxp-3?)(, -#)t'oo''''trrexp- 'h) ,
:93,3 kPa
4. Jika diketahui facJor gage:2,75 dengan frkasi perubahan panjang adalah 0,05, berapa
fraksi perubahan harnbtannya ?
5. Dua plat dengan luasan masing-masing l0 m2
dilctkkan dalam tangki berisi air. Jika diasurnsikan
nilai kapasinlansinya.
2.11.3. Tugas katya
Pil ih sctrualt fansduser (bctras), carilah karakteristiknya
dipisahkan dengan jarak 0,5 m,
konstanta diclcktrik 81, tentukan
92
BAB III
RANGKAIAN PB]\GUAT DAN PBNGKONDISI
SINYAL SEDBRHANA
3.I PENI)AIILILUAN
l]csaran lieis yang telah dikonversi oleh sensor rnaupun tranduscr rnenjadi besaran listrik
biasanya trilak dapat langsung diukur olch alat ukur, karena nilainya yang kurang besar.
Sclain keluaran transduser/sensor yang kecil, seringkali tidak linicr terlradap masukannya
dan mcmpunyai nilai ambang sehingga dipcrlukan pcngolallan agar dapat diolah lebih
lanjut.
Op-Amp adalah rangkaian terintegrasi yang cukup mudah penggunaannya, selain sebagai
prcnguat scderhana iop.t pula dikonfigurasi menjadi penguat fungsional.
Akan dibahas bcberapa rangkaian sederhana untuk mengkondisikan sinyal antara lain
rangkaian penjumlah dan sclisih, rangkaian pembagi dan pcngali tcgangan.
Scringkali pula transduscr/scnsor digunakan untuk menclcteksi acla atau tidak, besar atau
kccilnya suatu bcsaran fisis scblgai umpan balik untuk pcngcndalian bcsaran fisis tcrscbut.
Dalam hal ini op-amp clil'ungsikan scbagai pcnguat tak linicr, yaitu bcsar kcluarannya tidak
scban{ing dcngan masukannya, contohnya adalah bcbcrapa rangkaian dctector sederhana.
I)aela umumnya pengolahan bcsararr listrik tak pcrnah lcpas dari sinyal gangguan, untuk itu
pcrlu rangkaian filter yang tidak cukup hanya mcnggunakatt komponcn pasif, tctapi
rnenggunakan op-amp scbagai komponcn aktil' untuk mengurangi atau nrenghilangkan
sinyal gangguan terscbut. Penggunaan op-amp untuk beberapa rangkaian filter akan
dibahas pacla bagian terakhir.
3.2 OPBRASIONAL AMPLIFIER ( Op-Amp)
(Jntuk rlcnycgarkan ingatan, akan t.lrtrahas silarsifat Op-Amp, konfigurasi
rangkaian scclcrhana scrta pcrhitungan nilai - nilai komponen yang diperlukan agar
mcmberikan perrguatan sesuai yang diinginkan.
3.2.1. Dasar-dasar 0p-AmP
OpAmp ilibuat dalam bcntuk rangkaian tcrpaclu ( IC) dan biasanya dilambangkan seperti
yang ditunjukkan Garnbar 3,I
93
Cambar 3.1 Lambang Op-Amp
Op-Amp standart mempunyai 2 pin masukan , INV dan NON-INV, 2 pin masukan catu
daya, I pin keluaran, beberapa OpArnp lain mempunyai pin kompensasi dan pin untuk
oflbet zcro.
Sitat-sifat idcal Op-Amp antara lain adalah :
n. Pcnguatan lingkar terbuka : tak bcrhingga
b. Flanrbatan kcluaran lingkar tcrbuka tcrbuka :0
c. I{ambatan masukan lingkar terbuka: tak bcrhingga
d. I-ebar pita tak berhingga
c. s.,MMR ( Common Mode Rejection Ratio ): tak bcrhingga
3.2.2. Konfigurasi Seclcrhana Pcnguat Op-Amp
Konligurasi rangkaian penguat yang menggunakan Op"Arnp adalah penguat membalik dan
penguat tidak membalik. Pada penguat membalik, isyarat masukan dihubungkan dengan
pin INV, seperti yang ditujukkan Gamb ar 3.2.a ,
' , Gambar 3.2 Penguat rnembalik
Sedangkan pada penguat tidak menrhalik isyarat masukan dihubungkan dengan pin NON-
INV, seperti yang ditunjukkan,Gambar 3.3.
n,
I
Cambar 3.3. Penguat tak membalik
a
Faktor penguatan untuk konftgurasi penguat rnembalik , Cambar 3.2. , ditentukan oleh
perbandingan antara hambatan umpan lralik dengan hambatan pada masukan, yang dapat
diperoleh dengan cara scbagai berikut yaitu :
Il=12+13/ vi= Ya+IlRl,
Dari sifat fl11.am : masukan invcrting dan non inverting terhubung. singkat semu, berarti
tbgangan pada titik A , Va - 0 , dan hambatan masukan bcsar sekali , berarti 12- 0,
s'eschingga .
11 = 13, Vi: Il Rr, Vo= -13R2
Dengan demikian flactor penguatan adalah ' ,ru, : - (r3 R2 y (, Rl)
:-(lt2y(Rl)i
'Iampak bahrva keluaran Pe$uat berubah polaritasnya.
Untul konligurasi pcnguat tak membalik, Gambar 3.3. , faktor penguatan konfigurasi ini
bcrgantung pada perbandingan hambatan yang tncmbcntuk konfigurasi pembagi tegangan.
Vo:l(Rl+R2)Va- I R2
Darj sifat op-amp, masukannya hubung singkat semu,
nakaVa*Vi:lR2sehingga Va - Vi, I
Dengan demikian faktor penguatan adalah : vo/Yi = I ( Rl + R2 )iI Il2
=(Rt+R2)/Rl
Seringkali di ;erlukan rangkaian penyangga (buf[er), yaitu rangkaian dengan harnbatan
masukan besar sckali <lan hambatan keluaran yang kccil, konfigurasi tersebut seperti pada
Camhar 3.4. bcrikut :
Gambar 3.4. Penyangga op-amp
t{angkaian pcnyangga mempunyai pcnguatan satu, digunalian untuk mempcrtahankan
sirryal dari rangkaian sebelumnya agar tidak terbebani.
3.2.3 Sifat dan llesaran Dasar Op-Amlr
BeLrcrapa hal yang harus dipcrhatikan apabila rncnggunal<an Op-Amp sebagai
pcnguat acJalah arus panjar masukan, ollsct tcgangan nrasukan/keluran, tanggapan'
I'rekrvensi, Laju bclok (sleiv rate). i3ebcrapa hal tcrscbut; yang harus diperhatikan adalah
mengatur olset. Olset tcgangan keluaran a<lalah tcgangan DC pada keluaran Op-Alnp
clalam keaclaan lingkar tertutup clengan isyarat masukan : 0 Volt. Idealnya tegangan ofset
haruslah 0 Volt schingga sinyal keluarannya benar-benar simetri seperti yanng
ditunjukkan Cambar 3.5(a). Kcadaan ini sulit dicapai rncngingat pcnyebabnya yang
bcnnacam - macam, salah satunya adalah cukup sulit untuk membuat catu daya yang
bctul-bctul simetri, apalagi dengan menggunakan catu daya tunggal. Adanya ofsct ini
mcnycbabkan cacat pacla isyarat sehingga pcnguatan yang diberikan tidak bisa optimal,
scpcrti yang ditunjukkan Gambar 3.5(b)
(a)
96
(b)
Gambar 3.5. Penganrh ofset pada Isyarat Keluran (a)Tanpa ofset (b) Dengan offset
Pada beberapa produk OpAmp mempunyai pin untuk fasilitas ofset sehingga dengan
mudah bisa diperoleh ofset:0 volt. Sebagai contoh, untuk OpAmp seri 741, pelenyapofset pada pin I dan pin 5 seperti yang ditunjukkan Gambar 3.6.
Gambar 3.6. pengaturan ofset untuk penguat selj74l
Untuk produk OeAmp yang tidak mempunya fasilitas pelenyap ofset, perlu dikmbahkanrangkaian seperti yang ditunjukkan Gambar 3.2
- \rbc
{b)
Gambar 3.7 Pengafiran ofset luar ; (a) penguat membalik (b) penguat tak membalik
Untuk menghindari penguatan tak berhingga pada frekwensi tinggi, yang menyebabkante{adinya osilasi, rnaka Op:Amp harus menggunakan kompensasi frekwensi, beberapa
Op'Amp, sudah diberi kompeasasi internal, sedang yang tidak ada diberi fasilitaskompensasi luar dengan memasang kapasitor pada pin kompensasi. Dengan demikianlangkah arval dalam pengujian rangkaian yang menggunakan OpAmp adalah mengaturtegangan ofset, dan sebelumnya berdasarkan data produk, dipilih OpAmp yang sesuai
dengan daerah frekwensi kerja, serta tegangan isyarat keluaran maksimumrnya (penguatan
maksimum)
3.3. Rangkaian penjumlah dan selisih
3.3.1. Penjumlah
Konvigurasi rangkaian penjumlah adalah konvigurasi
inverting di tanahkan , sedangkan beberapa masukan
inverting seperti yang dtujukkan gambar 3.g.
penguat dengan masukan non
dihubungkan dengan masukan
Gambar 3.8. Konfigurasi penguat penjumlah
Dari gambar 3-8 , Masukan inverting terhubung singkat virtual dengan masukan noninverting, hal ini megakibatkan arus dari kedua masukan menuju ke titik A, arus Il tidakmasuk ke R2 dan arus 12 tidak akan masuk ke Rl, demikian juga dengan 13, dengandemikian ketiga arus tersebut tidak akan saling mengganggu Di fihak lain hambatanmasukan Op-Amp sangat besar, semua arus akan masuk ke R3 .
Hubungan sinyal masukan dan keluaran dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut :
Arus yang mengalir di :
R1 : I1 : (V1- ValRlPC'. 12 : (V2- ValR2
R3 : 13 : (V3- Va/R3
Dan Va:Vo+IR4:(I1 +12 +13 )R4Karena hubung singkat virfual dengan tanah, Va : 0 ; maka
It : Vl /RI
12: Y2 lR2
13: V3 /R3
vo: -(Il+12+t3)R4Dengan demikian l
Vo: - (Vl /R1 +Y2lR2 + V3 /R3) R4, jika dibuatRl :R2 :R3:R4 ,
Akan didapat Vo : - (Vl + Y2 + V3 ) , yaitu sinyal keluaraii jumlah dari masmg
masing sinyal masukan.
Jenis masukan boleh sembarang , AC atau DC , boreh juga campuran , dan jumlahnya juga
bisa lebih dari 3, karena masukannya tidak saling mengganggu penguat ini sering
digunakan untuk rnencampur beberapa isyarat suara dan musik yang urnurnnya dike6alsebagai mixer audio. Dengan demikian berbagai isyarat berbagai instrumen mgsik dan
suara dapat disalurkan dalam I kanal.
Lain daripada itu, penguat penjumlah merupakan dasar dari pengubah tegangan digitatr ke
tegangan analog.
3.3.2. Penguat Selisih
Penguat selisih ialah konfigurasi penguat dengan menghuburigkan isyarat masukan ke
masukan INV dan NON INV sepert gambar 3.9.
Gamtar 3.9. Konfigurasi penguat selisih
Salah satu sifat OrAmp adalah hambatan masukan deferensial sangat bgsar, sehingga
arus yang masuk ke opamp sangat kecil ( bias diabaikan ) dengan demikian
Arus : I1 : 12 dan 13 : 14.
Tegangan : Va: 13 R3 + 14 R4 + Vo:i3(R3+R4)+Vo
13:(Va-Vo)(R3+R4)
Vb:IIR1 +I2R3: 11 (Rl +R2)
I1 :Vb/(Rl +R2)
Sifat opamp yang lain, masukan membalik dan tidak membalik terhubung singkat sernu ,sehingga : 11 R2: 13 R4 + Vo
Vo: Il R2 - 13 R4
: Vb R2 ( Rl + Rz ) - (Va-\ro) R4 (R3 + R4)
vb R2 /( RI + R2 ) _ Va R4,(R3 + R4) +y6 R.4 /(R3 + R4)
Vo ( 1 - R4 (R3 + R4) : VbR2 ( Rl + R2 ) - VaR4 (R3 +R4)
Vo ( R3 (R3 + R4) : Vb R2 ( Rl + R2 ) - VaR4 (R3 + R4)
agar sebanding dibuat : R2 ( Rl + R2 F R4 (R3 + R4) atau R1lR2 : R3/R4
Vo ( R3 (R3 + R4;: Vb R4 /( R3 + R4 ) - Va R4 /(R3 + B4;
Vo R3 : lrbR4 -VaR4
Vo : (R4/R3) (Vb - Va )
Agar isyarat keluaran merupkan selisih dari isyarat masukan maka dibuat :
Rl:R2:R3:R4,sehingga didapat : Vo: Vb - Va
Biasanya penguat selisih digunakan untuk pengkondisi isyarat tranduser/sensor yang
mempunyai nilai arval yang tidak sama dengan 0 volt ( nilai ambang ).
100
3.4. PENGGTNAAN TAK LIhIER PADA OP-AMPBeberapa konfigurasi op-amp memberikan keluaran yang tidak berbanding lurus
dengdn masukan, dengan kata lain op-amp digunakan secara tidak linier. Keluaran yangtidak linier dapat e{iperoleh dengan cara opamp dikondisikan dalam keadaan linEkarterbuka atau dengan mremberi umpan balik positif pada op _ amp.
3.4.1. Komparator
Kornparator adalah konfigurasi op-amp dalam keadaan limgkar terbuka yangberfungsi membandingkan dua masukan. Konfigurasi ini mempunyai penguatan yangsangat besar , sehingga dengan perbedaan masukan yang kecil saja keluaraar akanmaksimum, berarti keluaran hanya mempunyai 2 keadaan yaitu mininiwre dan riaaksimum.R.angkaian komparator tersebut seperti Gambar 3.9. berikut :
-1 il+l
(a) (b)Gambar 3.10. (a) Rangkaian Komparator (b) Fungsi transfer
Komparator pada dasarnya adalah penguat selisih pada keadaan lingkar terbuka yaitudengan faktor penguatan sangat besar. Apabila ada selisih pada rnasukan , keluaran akan
maksimum, yaitu keluaran pada kondisi saturasi sebesar Vsat yang mendekati tegangan
catu op-amp..
Keluaran : vo- vi Av,ol dengan: vi- ( vl -v2 ), selisihkeduamasukanop_amp
Av,ol : penguatan lingkar terbuka (open loop )Bila : Vi > 0 rnaka Vo: +Ysat
Vi :0 maka Vo:0Vi <0makaVo:-Vsat
Kondisi keluaran untuk masing - masing masukan bila digambarkan dalam bentuk grafikkeluaran terhadap masukan akan mempunya fungsi transfer seperti ,
Gambar 3.10b.
10r
,
3.4.2. Detektor silang nol (Zero crossing detector).
Pada dasarnya detector silang nol adalah sebuah pembanding yang membandingkanisyarat rnasukan dengan tegangan acuan'O volt, apabila isyarat masukan sama dengantegangan scuan, maka keluaran detector akan berubah dari nilai arval.
Konfigurasi rangkaian detector tersebut menggunakan non-inverting untuk isyarat positifdan inverting untuk isyarat negatif seperti Gambar 3. berikut :
(a) (b)Gamlar 3.11. Detektor silang nol
( a ) non-inverting (b) inverting
Untuk Gambar 3.11. (a)
Vo -- (V+) - (Y, Av,ol dengan y- : 0 I'olt.
Bila : V+ > 0, maka Vo :Vsat
V+ :0 , maka Vo:0Untuk Gambar 3. 11. (b) :
Vo: (V+) - (\'-) Av,ol dengan V+:0 volt.
Bila : V- < 0, makaYo : Ysat
3.4.3. Detektor level tegangan
Detektor leVel tegangan mirip dengan detector silang nol, perbedaannya pada
pembandingnya yaitu dibandingkan dengan tegangan yang sesuai dengan yang
diinginkankan. Rangkaian detector tersebut menggunakan masukan inverting untuk
tegangan acuan seperti Gambar 3.12. berikut :
10)
Vrel
(a) 0)Gambar 3.12. Detektor level tegangan non-inverting
(a) Level positif (b) Level negatif
Untuk Gambar 3.12 (a):
Vo : (V+) - (V, Av,ol dengan V- : Vref.
Bila: V+ > Vref , maka Vo: Vsat
V+ : Vref , maka Vo:0
Untuk Gambar 3.12 (b) :
Vo: (V+) - (V-) Av,ol dengan V+: - Vref,
Bila: V+ < Vref , maka Vo: Vsat
V+ -Vref,makaVo:0
Selain menggunakan'masukan inverting, dapat pula menggunakan masukan non-inverting
untuk tegangan acuan seperti Gambar 3.13. berikut.
Gambar 3.13. Detektor level tegangan inverting
(a) Level positif (b) Level negatif
Vref
103
--_T
+
Untuk Gambar 3.13.(a) :
Vo : (V+) - (V-) Al',ot dengan V+ : Vref.
Bila : V- > Vref , maka Vo: Vsat
V- : Vref , maka Vo:0Untuk Gambar 3. 13 (b) :
Vo : (V+; - (V-) Av"ol dengan V+ : - Vref.
Bila : V- < Vref , maka Vo: Vsat
V* : Vref , maka Vo:0
3.4.4. Pembanding dengan histeresis
Pembanding dengan batas daerah tegangan tertentu disebut pembanding dengan histeresis,seperti yang ditunjukkan Gambar 3.14 berikut:
Gambar 3,14. Pernbanding dengan histeresis
Anggap keadaan awal'Vo maksimum yaitu sebesor *[s1Tegangan masukan non inverting : v(+): (R2/(R1+R2) vo: (R2(R.I+R2) (+vsat)Bila.Vi < (M(R1+R2) (+Vsat)
Maka Vo: [(R2(R1+R2) (+Vsa0 - Vi] Av,ol: Vsat
Bila Vi > (R2i(R1+M) (+Vsat)
Maka Vo: [(R2(RI+R2) (+Vsat) - Vi] Av,ol : -Vsat
Berarti teganganmasukan non inverting menjadi :
V(+): (R2(R1+R2) Vo: (R2/(Rl+nZ) (-Vsat)
Selama Vi masih lebih besar dari (R2/EI+R2)
sebesar -Vsat.
Bila Vi <.(R2(R1+R2) (-Vsat)
Maka Vo : [82(R1+R2) (-Vsat) - ViJ Av,ol : Vsat
Dengan dennikian tegangan masukan non inverting menjadi :
v(+): E2/(R1+R2) Vo: (R.2(R1+nZ) (+vsat)
(-Vsa| keluaran tidak berubah yaitu
1,44
Kenaikan Vi sampai dibawah V+ tidak akan merubah tegangan keluaran yaitu tetapsebesar Vsat.
Bila vi diperbesar lebih dari v(+), maka vo berubah menjadi -vsat.Apabila dibuat Vi dalam satu-siklus akan diperoleh kurva Vo terhadap Vi yang berbentukhisteresis seperti Gambar 3.15. berikut:
Beda tegangan
v(+): E2(RI+R2) Vo : (R2(R1+RZ) (+Vsat) dan
v(+) : (R2(R1+R2) vo : {R2(nl+nz) (-vsao
adalah tegangan histeresis.
3.4.5. Detektor puncak ( Peak detector ).Pada dasarnya rangkaian detector puncak adalah rangkaian dioda dan kapasitor sepertiGambar 3.16. berikut:
.Gam-bar 3.16. Rangkaian pasif detector puncak
Apabila ada sinyal masukan Vi, kapasitor C akan terisi, jika Vi mengecil, isi kapasitorakan tetap karena tertahan oleh dioda D yang dipasang pada bias mundur. Mengingatrangkaian tersebut adalah rangkaian pasif , maka sinyal masulran akan terbebani oleh diodasebesar 0,6 Volt dan,terjadi pula pengosongan kapsitor melalui rangkaian berikutnya.Penggunaan op-amp ydng merupakan komponen al(if dengan konfigurasi seperti Gambar3.17. alian memberi kepekaan dan akurasi yang lebih baik.
I:
-!Gambar 3.17. Rangkaian aktif detector puncak
Pada rangkaian Gambar 3.17. dioda tetap berfungsi sebagai penaxran dan tegangankapasitor akan selalu sama dengan puncak sinyal masukan. pemasangarl op-amp sebagaipenyangga akan menjaga muatan kapasitor tidak mengalir kerangkaian berikuf,nyamengingat hambatan opamp penyangga sangat besar.
Mekanisrne reset diperlukan agar setiap selesai pembacaan pada keluaran, kapasitor padakondisi kosong sehingga puncak sinyal berikutnya dapat dianiati.
3.5. FILTERFilter adalah rangkaian yang dapat menghambat atau meneruskan sinyal demgam daerahfrekwensi tertentu. Untuk dapat menganalisa rangkaian filter diperlilkan pengetahuanmatematis tentang fungsi / bilangan kompleks, sedangkan analisa sinyal secara grafisdiperlukan pengetatiuan tentang fungsi tanggapan frekwensi tertriadap amplitudo keLlaranrangkaian.
Filter ada2jenis yaitu asif dan aktif. Filter pasif untuk beroperasi tidak rnemerlukan dayadan dirangkai dari hambatan, kapasitor dan industor. Filter aktif memErlukan catu dayaagar dapat bekerja, dirangkai dari hambatan dan kapasitor.
Kelebihan filter aktif adalah : rangkaian sebelumnya tidak terbebani, sinyal terlindungikarena hambatan masukan tingg dan hambatan keluaran rendah, dimensi kecil karenatidak rnernerlukan induktor, daerah {ilter dapat diatur.
3.5.1. Filter Pasif
3.5.1.1. Rangkaian RC dengan sumber ACSebuah rangkaian RC seri clengan sumber AC seperti Gambar 3.1g berikut:
106
Gambar3.lg. Rangkaian rc seri
Jika diberikan : Arus I(t): Im cos (ort + e;Unhrk loop rangkaian berlaku : V(t): I(t) R + q(tlC
: I(t) R + l/C I(0 dt
:Im cos (art+ q ) R+ 1/C sin ( o>t + e_90 ): R Im cos + Im/roC
Pandang sebuah fungsi kompleks : V(t): Vm exffi(ot + q)) dan
iliperoleh impedansi kornpleks Z : R + l/jcoC ; memberikan harnbatan yang berganfirng
terhadap frekwensi.
3.5.1.2. Rangkaian RC denganleluaran pada kapasitor
Konfigurasi RC dengan keluaran pada kapasitor seperti Gambar 3.19 berikut :
Gambar 3.19- Rargkaian RC dengan keluaran pada kapasitor
Zl:R danZT: l/jcoC
Konfigurasi rnerabentuk pembagr tegangan : Vo(ol) : Z2l{Zl+22) Vi(ro)
Dengaa VO(ol) / Vi(or): G(ro) tungsi transfer
: (l/jroC) I (R + l/jcoc )
G(or): $p I (oy + rrrp )
to7
Jika digambarkan akan diperoleh respon amplitudo terhadap frekwensi
Gambar 3.20.
Dari gamb ar 3.20',konfigurasi rangkaian RC dengan keluaran pada kapasitor berfumgsimenahan sinyal &ekwensi rendah dan meloloskan sinyal berfrekw'ensi rendala atau disebutjuga sebagai filter lolos rendah.
Selain meredam amplitudo, filter berpengaruh secara berbeda terhadap bentuk sinyalpersegi berbagai frekwensi .Pada frekwensi tinggi sinyal outputnya berubah menjadi' segitiga, yang berarti rangkaian ini bersifat integrator.
Selain adanya perubahan keluaran terhadap masukan yang bergantung pada frekwensi, adaperubahan fasa yang disebabkan oleh kapasitor. Perubahan fasa yang bcrgantumg padafrekwensi ini mempengaruhi kestabilan suatau rangkaian, wrtuk itu perXu diketahui respCIn.
fasa, yaifu hubungan beda fasa antara masukan dan keluaran terhadap frekwensi.Respon fasa dap'at dicari dengan menggunakan fungsi tr-ansfer yaitu :
G(a:) : Vo(ro)iVi(o) : rop/fi o:+op)
Sedangkan Vo(ro): V0(or)exp0eo) dan Vi(rrr): Vi exp(iei)
Sehingga : qo): Vo(or/Vi(ro) expfi(eo_ei)' -j G(or)exp(iB
3.5.1.3. Rangkaian RC de..ng*n keluarsn pada resiston
Konfigurasi raugkaian RC dengan keluaran pada resistor seperti pada gambar berikut :
\
Gambar 3.21. Rangkaian RC keluaran resistor
Z1 : lijaC danZ2:R
Konfigurasi impedansi membentuk pembagr tegangan, sehingga
Vo(ro) :22l(Zt +22 ) Vi (ar)
Fungsi transfer : G(ro): Vo(ro) / Vi(c>):
:jo{jo + crlp)
Jika digambarkan akan diperoleh respon amplitudo terhadap frekwensi
'Dari Gambar 3.21 , konfigurasi rangkaian RC dengan keluaran pada resistor berfungsimenahan sinyal frekwensi rendah dan meloloskan sinyal berfrekwensi tinggi atau drsebutjuga sebagai filter lolos tiaggi.
Pada frekwensi rendah Sinyal outpufirya berubah rnenjadi kurva kwadrat, yang berartirangkaian ini bersifat sebagai defensiator
3.5.2. Filter Aktif3.5.2.1. Filter lolos rendah penguatan satu ( unit-v gain low pass lilter)
109
Rangkaian $c filter pasif bila dihubungkan dengan buffer op-Amp, akan mampumempertahankan besarnya sinyal, sehingga bisa dihubungkan dengan rangkaianberikutnya tanpa pennrunan sinyal. Rangakaian tersebut seperti Gambar 3.5 berikut
Gambar 3.22. Fikter lolos rendah penguatan satu
Rangkaian Gambar 3.22. firngsi transfernya sama dengan filter pasif yaltu :
G(ro): rl>p / ( rrl + op ) dengan frekwensi potong w: l,rRC
kemi rin gan -20dB1decade.
I
3"5-2.2. Filter lolos tinggi penguatan satu (unity gain }aigle pass fixten)
Rangkaian RC lolos tinggi pasif bila dihubungkan dengan buffer op-Amp, akanmempertahankan besarnya sinyal, sehingga bisa dihubungkan dengan rangkaiantanpa pelemahan sinyal, rangkaian tersebut seperti Gambar 3.5 berik-ut:
naampu
berikut
Gambar 3.23. Filter lolos tinggi penguatan satu
110
Rangkaian Gambar 3.23. fungsi hansferhya sama dengan filter pasif yaitu :
G(al) : jrrl(iol + arp), frekwensi potong w: r/RC dian dengan kemiringan+20 db / decade
3.5.2"3.Filter lolos rendah Sallen-key
Rangkaian ini menempatkan komponen filter pada bagian umpan balik, sehinggafrekwensi dibawah frekwensi potong akan mempunyai penguatan
Gambar 3.24. Filter aktif lolos rendah Sallen-Key
Faktor penguatan rangkaian mirip dengan penguat inverting, perbedaanya adalah
Pen$qetan bergantung pada frekwensi, sehingga :
:ffi,"yil**':z2t21danZ2: R2 paralel lljwc: R2(l+jwMC)
diperoleh G(w) =(R2(t+jwR2C)yR1 - 1(RtC ( t/R2C + jw ) ): wl/(w2+jw),
dengan frekwensi potong w2: UMCdan kemiringan -20 dB/dekade
3.5.2.4. Filter aktif iolos rendah Sallen-key
Filter aktif lolos rendah yang sering digunakan adalah sperti Gambar berikut
pada
111
11At2
Gambar 3.25. Filter aktif lolos readah Sallen-Key
Sifat opamp, masukan terhubung singkat semu dan masukan deferensial sangat tinggi,maka: 12 : 13
Vb: R4/(R3+R4) x Vo
Di titik A:12 :14 + J1
Y?: 12 ( R2 + 1/jwc4)
12:13: (Vo/G) jwC4
14:jroC4(Vo-Va)
Fungsi transfer: G(ro) { Goro wo) / (iw)2 + awo(iw) + wo2
Dengan : awo: t/ (R1//R2) Cl + (l-G)ruC3.Dan wo2 : l(RlR2ClC2)
Untuk respon rendahButterworth ( Butterworth lowpass filter), penguatan safu dan
Cl : 2C2, rangkaian menjadi seperti Gambar berikut :
Gambar 3.26. Filter aktif lolos rendah respon Butterworth penguatan satu
Rangkaian Gambar 3.26. mempunyai frekwensi penjuru wo: l/ (RC v2 )
112
3.5.2.5.Filter lolos tinggi Sallen-Key
Konfigurasi filter lolos tinggi Sallen-Key mirip dingaa filter lolos rendah, yang berbedahauya letak kapasitor dan resistornya- Rangkaian tersebut seperti pada Gamb ar 3.27.berikut:
Gambar 3.27. Konfigurasi rdngkaian filter lolos tinggr sallen-Key
Fungsi transfer rangkaian Garnbar 3.27. adalah--
G(or) { G jq j*) / Qw)z+ awo0w) + wo2
Dengan : awo: 1l0R1l/R2) Cl + (t-qruC3Dan wo2: l(RlR2ClC2)
G: 1 + R3lR4
Unfuk respon tingg Butterworth ( Butterworth high pass filter), peoguatan satu dan
cl : c2 , Rl : 2Pt2 ,rangkaian menjadi seperti Gambar 3.2g. berikut :
i-i
Gambar 3.28. Filter lolos tinggi Butterworth ( Butterworth high pass filter)
113
Rangkaian filter Gambar 3.28. mempunyai frekwensi penjuru wo: 1/ v2 RC
3.5.2.6. Filter multi umpan baliksecara urnuln rangkaian filter yang mempunyai multi umpan balik adalah seperti Gambar3. berikut:
Garnbar 3.29. Konfigurasi umum filter murti umpan barik
Komponen zpadaGambar 3.29 adarah admitansi kompleks secara wnum.Sifat opamp, titik B terhubung singkat semu dan rirasukan deferensial sangat tinggr, maka: anrs padaZT : arus padaZl
Di titikA, menurutKirchoff : 11 :U + 13 + 14
Fungsi rmum transfer rangkaian Gambar 3. adalah :
G(or) : - Zt Z2 I l(22 24 ) + 25 (Zt + 22 + n + ya yDengan menggantikan Z dengan kapasitor dan resistor yang bersesuaian akan diperolehrangkaian filter lolos rendatr, tinggi atau lolos pita.
Rangkaian filter lolos rendah multi umpan balikFilter lolos rendah didapat dengan menggantikan admitansi kompleks sebagai berikut :21: l/Rl, Z2:llW,23: jwcl ,24:1/R4 danZ5=jrd2 danrangkaianGambar 3,29. menjadi Gambar 3.30. berikut :
n4
Gambar 3.30 Rangkaian filter lolos rendah multi umpan balik
Sesuai fungsi transfer umum, unutk Gambar 3. diperoleh frrngsi transfer:
G(w): l(Rl R2 Cl C2 )
. 0w)2 + jwc2 ( 1(R1/lR2 //R4) + l(Rt R2 Cl C2 )
Rangkaian filter lolos tinggi multi umpan batikFilter lolos rendah didapat dengan menggantikan admitansi kompleks sebagai berikut : Z1: jwcl, 22: jwc2, 23: llLl, 24: jwc3l dan 25 : 1lR2 dan rangkaian Gambar 3.
menjadi Gambar 3. berikut : '
Gambar 3. 3l Rangkaian firter lolos tinggi murti umpan balik
,t
sesuai fungsi transfer umum, unutk Gambar 3. diperoleh fungsi transfer :
11s
G(w): jwjw (CllC2)
uw)z + jw {cr+c2+c3y{R2c2C3) + 1/(R1 R2 C2 C3 )
Rangkaian filter lolos pita multi umpan balikFilter lolos rendah didapat dengan menggantikan admitansi kompleks sebagai berikut : Zl: 1/Rl, z2 : jwct, 23: 1/M, 24 : jwcz dzn 25: liR3 dan raqgkaian Gambar 3.
menjadi Gambar 3. berikut :
Gambar 3.32 Ranekaian filter loros pita multi umpan balik
Sesuai fungsi transfer umum, unutk Gambar 3.32. diperoleh fungsi transfer :
G(w): jw ( 1/R1 Cz )
fiw)2 + jw (C1+921(R3C1CA)+ (URl +
Band stop f,rlter 60 Herzt {schuler 185)
1/R2)lR3ClC2)
116.
I
i
I
3.6. Contoh, SoaF- Soal dan Tugas Karya3.6.1. Contoh Soal
1. Penguat membalik ( inverting) dengan Rl:l0K R2:100K, Vi:lV,Tenfukan : Av,cl , Vo,Ii, Ib dan dan Io
Tli- -{L[) _ 10K
Jawab:
Penguatan ra:rgkaian Av-cl : - R2/R1 : - 100K110K : _1 0.
Keluaran rangkaian Vo: Av,cl Vi : (-10 ) 1 : -10 VArus masukan : Ii : Vi/Rl : t/10K : 0,1 mA , karena titikdengan tanah.
Arus yang ditarik beban : Ib : Vo/Rb : -10/10 : - lmA
A terhubung singkat maya
2. Bila untuk soal diatas, Vi adalah keluaran terbuka dari sebuah sumber yangmempunyai hambatan keluaran sebesar Ros : 5K, berapakah keluaran dari penguat takmembalik tersebut?
Jawab:
_!=-
Sumber dalam keadaan telbuka mempunyai keluaran Vs : I V, setelah dihubungkan R.os
dan Rl membentuk sebuah pembagi tegaagan.
Sehingga Vi: [Rl(Rl+Ros)] Vs:[ 10(10+5)] I V:0,dd VMaka Vo: Av,cl Vi : -10 .0,66: -6,6 V
3- Penguat tak membalik (non-inverting) dengan R l:10K R2:100K, vi : I vTentukan: Av,cl, Vo,
Jawab:
Faktor penguatan : Av,cl
Keluaran Vo:Av,cl Vi:
4.
Vo:-(Vl + Y2 +V3)
=(Rl +R2)/Rl:(11 1V:11V
l0 + 100 )/ 10: 11
3.6.s.
3.6.2 Soal-Soal
1. Jelaskan sifat*ifat opu*p2- sebutkan ciri penguat tak membalik dan pnguat membalik
3. Buatlah grafrk keluaran penguat penjumlah jika masukamya bempa tegamgan
sinusoida dan tegangan berbentuk segitiga.
4. Demikian juga untuk penguat selisih.
5. Apa kegunaan opamp yang difungsikan sebagai buffer.
6' Apa yang dimaksud dengan lingkar tertutup dan lingkar terbuka pada rangkaian
yang menggunakan opamp.
7- Apa beda umpan balik negatif dan umpan balik positif pada penggunaan opampserta aplikasinya
8. Berilah contoh aplikasi deteklor silang nol.g. . Berilah gambaran aplikasi detekor level tegangan didalam industr-i
10. Apa perbedaan antara filter pasif dan filter aktif.
11. Apakah pengertian dari frekwensi cut-off.
12. Jelaskan tentang faktor e_
13. Apa perbedaan antara fileter band pass dan band stop
14. Jelaskan tentang tone control pada sistem audio
3"5.4. Tugas & KaryaBuatlah modul yang berfungsi untuk percobaan mengamati sifat opamp dan aplikasinya.
ll9
BAB IVPENGUKURAi\ BESARAN FISIS SET}ERH^ANA
4.1" Fendahuluan
Pengukuran sederhana yang dimaksud adalah hasil pengukuran ditampilkan sec&ra
sederhana, yaitu tampilan dalam bentuk simpangan jarum dari galvanorneter, tampilanangka menggunakan VOM digital atau deretan nyala LED. Walaupun dengan tannpilan
cukup sederhana tetapi cukup akurat dalam batas-batas tertentu, karena perlake-ian akhirdari alat ini adalah kalibrasi dengan alat ukur lain. Secara umum blok diagrama d.ari atrat
ukur sederhana ini adalah seperti Gambar 4.1. be.rikut :
Beberapa rangkaian untuk pengukuran besaran fisis beserta peraganya akan dibahas pada
hagian ini, antara lain pengukuran arus , temperatur, cahaya, ketinggian fluida dan tekanan
dengan menggunakan berbagai transduser.
4.2.Peraga Sederhana
4.2.1. Peraga Analog
Peraga analog sederhana adalah galvanometer, yang menunjukkan hasil
pengukuran berupa simpangan jarum. Galvanometer ini beke{a berdasarkan arus yamg
lervat pada kumparan putar yang terletak dalam medan magnet homogen. Arus yang
mengalir pada kumparan akan memberikan torsi sehingga jarum akan menyiinpang.
Dengan mengetahui besar arus yang memberikan simpangan maksimum dan rnernberikan
tegangan masukan maksimum yang diketahui , maka dapat dibuat skala-skala yang
menunjukkan hasil pengukuran.
Seringkali dilakukan penguknran sinyal AC sinusoida dalam orde mV, yaitu menggumakan
oscitrloscope. Akan tetapi alat tersebut cukup mahal, untuk itu dapat dibuat sebuah
milivoltrneter AC yang sederhana tetapi cukup akurat seperti Gambar 4.2. berikut:
t20
PENGKONDISI SINYAL
Gambar 4.1. Blok diagram pengukkuran besaran fisis
-JU
Gamba_r 4.2. Rangkaian milivoltmeter Ac
Gambar 4', tegangan titik A dan B sama, ketika sinyal masukan positif D4, Rz, D2 dan R.Emembentuk pembagi tegangan- Ketika sinyal masukan negatif , pembagi tegamgam ada{a*rDl' R2, D3 dan R8. Dengan demikian di R2 adalah hasil penyearalaan sinyan masukanyang kemudian diperkuat oleh sebuah penguat diferensial. Tegangare kclgaram perlguatdiferensial di ubah ke arus oleh transistor e .
Arus yang rnengalir di R2 adalah : I: yi lRgTegangan di R2 : Vcd : Vc-Vd : -I R2 -- -(R2iRS) ViMengingat transistor Q dalam rangkaian umpan balik , maka tegamgan di enn:itor adalahtegangan keluaran Vo yang besarnya : Vo : -@a/R3) Vcd
: (R4/R3) (R2ltR8) viDengan mengatur nilai R2, R3, R4 dan R8 , galvanometer dapat dikatribrasi shinggapenunjukan skala sesuai dengan masukan.
Selain galvanometeq dapat pula memanfaatkan voltmeter, amperemeter maupun ohmmeterbaik analog fiIaupun digital untuk peraga hasil pengukuran dengan menyesuaikan skalayangada dengan hasil pengukuran"
4.2.2: Peraga LED
Bentuk peraga yang lain adalah deretan LED ( bar led ), barled ini dikendalikan oleh suatuIC atau bisa juga dibuat dari rangkaian transistor.
Hasil pengukuran dinyatakan dari jumlah LED yang menyala, dengan terlebih dahulumemberikan sklala nilai pada setiap LED sesuai dengan tingkatnya.
121
r
Rangkaian peraga menggunakan LED seperti Gambar 4.3. berikut:
Gambar 4.3. Rangkaian voltmeter tampilan LED
Rangkaian Gambar 4-3. merupakan voltmeter dengan 5 skala dengan 3 jangka pengukuran.
Skala daplt diperbanyak dengan menambah jumlah opamp berikut kornponenpenunjangnya. Demikian juga , jangka dapat diperbanyak dengan menambah Vref dan Rkalibrasi ( R-I,R-2 dan R-3).
4.2.3. Peraga Yolt Meter Digital
Volt meter seringkali dimanfaatkan untuk menjadi peraga, mengingat,keluaran
dari pengkondisi sinyal adalah teganqan dc. Hal yang perlu diiakukan hanyalah meryubah
satuan ukur dan kalibrasi terhadap alat ukur lain.
4.3, Pengukuran Arus
Beberapa transduser/sensor seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya,
menghasilkan keluaran yang merupakan besaran listrik yaitu arus . Biasanya transduser inidikategorikan sebagai sebuah sumber arus.
Vref-l yr*1_2 Vref-3
R i'f-*
-^/\ .-|l-irF.l\sI-:-
*__tl
a*
untuk transduser dengan keluaran berupa arus , mengingat bahwa kebanyakan peraga ataupengolah sinyal bekerja pada modus tegangan, maka perlu di ubah menjadi tegangan yaitu
'Jengan menggunakan resistor. Mengingat resistor bersifat Ohmik ( memenuhi Hk. Ohm),maka apabila anrs I dilewatkan pdda sebuah resistor R akan memenuhi persamaan :
V: R I , dengan V : tegangan yang timbul pada resistor
: hambatan
I ; arus yang mengalirBIok diagram untuk sistem ini adarah seperti Gambar 4.4. berikut :
' Gambar 4.4. pengubah arus ke tegangan dari sumber arus
4.4. Pengukuran Temperatur
4.4.1. Pengukuran Temperatur menggunakan RTDRTD adalah salah satu transduser temperatur yang bersifat transduksi resistif
sehingga perlu dilakukan perubahan nilai hambatan ke tegangan. Hal tersebut dapatdilakukan dengan cara menempatkan RTD pada rangkaian jembatan Wheatstones sepertiGambar 4.5. berikut:
Gambar 4.5. Rangkaian pengukukr temperatur me.mnggunakan RTD
Untuk rangkaian jembatan, jika setimbang berlaku
Va: Vb,
123
12: Irtd , Il : 13
saat tegangan titik A dan B sama , maka tegangan pada R1 dan R2 akan sama, danmemenuhi: ItrxRl:12xR2
13 x R3 : lrtd x Rrtd .
Jika Rl, R2 dan R3 diketahui , maka pada saat setimbang, Rrtd : R3 ( R2/R l)
Sebagai acuan dapat digunakan temperatur ruang, yaitu pada temperatur ruang teganganmasukan diferensial dibuat sama dengan 0 volt.
Konverter hambatan ke tegangan (R/V converter) untuk RTD adafah seperti Gambar4.6.berikut:
-=
Rangkaian Gambar 4.6. mempunyai tegangan keluaran dari 0 Volt sampai 2 Volt untukvariasi temperatur dari 0 C sapai 300 C
6
4.4.2. Pen guku ran Tem perafirr m enggu nakan Term istor
Rangkaian pengukur temperatur mengguaakan termistor sebagai transduser adalah
seperti Garnbar 4.7. berikut:
124
vR2R4
OFFSET
t,i;
rl
I
II
Gambar 4.7. Rangkaian ppengukkur temperatur menggunakan te6nistor
Stmber arus memberikan arry Io pada termistoa jika Rt adalah hamLatan tennistor pada
temperatur tertentu , maka tegangan pada termistor adalah :
Vi: Io Rt,
Konfigurasi R1, R2 dan tegangan offset ( Vset) membentuk rangkaian pembagi tegangan.
Karena hubung singkat semu maka
Vi:IRl +Yss1
. Vo: I (R2 +Rl) + Vset ,
I: (Vo-Vset) / ( R2 + Rl )
dan
sehingga:
dengan demikian y; : (Vo-Vset) Rl I ( R2 + Rt ) - Vset: Vo Rl /( R2 + Rl ) - VsetRt /( R2 + Rl )-Vset
Diperoleh Vo: Vi (Rt+R2yRl - Vset- Vspt ( R2 + Rt ) / Rtatau Vo : Io Rt ( R2 + Rl )/R1 - Vset ( 1+ (M+RlyRt )Dari persamaan tersebut tampak bahwa Vo mengikuti perubahan nilai R.t, sedangkan Vset
berfungsi untuk menentukan titik acuan unfuk temperaturtertentu.
Rangkaian Gambar 4.7. digunakan untuk temperatur rendah dengan range terbatas
mengingat karakteristik termistor bersifat eksponensial terhadap perubahan ternperatur.
R.angkaian pada Gambar 4.8. menghasilkan tegangan keluaran Yo yang linear terhadap
perubahan temperatur
OFFSET
'l
I
it
Termistor
Vo
Gambar 4.8. Rangkaian pengukur temperatur linierPada Gambar 4.8. termistor membentuk konfigurasi pembagi tegangan dengan R3,sehingga tegangan masukan adalah : Vi: Vcc R3 I ( R3 + Rt )Vi : (Vo-Vset) Rl i ( R2 + Rl )- Vset
: Vo Rl I ( R2 + Rl ) - Vset Rl /( R2 + R.t )- Vser
Diperoleh Vo : Vi (Rl+n2ypl -Vset- Vset ( R2 + Rt ) /Rtatau vo: vccR3 /(R3 +Rt) ( R2 +Rl yRl -vset ( 1+ @2+R.lyR.l )Dengan demikian vo mengikuti perubahan nilai hambatan tennistorR.t
Termistor dapat pula dijadikan salah satu lenganR pada jembatan ffieatstone sepertiGambar 4.9. bgrikut :
. Gambar4-9-Rangkaian pengukurtemperafur menggunakanjernbatan
Konfigurasi Gambar4.9. mempunyai kepekaanyang cukup baik, sehingga sering
untuk mengamati perubahan temperatur yang cukup kecil
4.4.3. Penguku ra n Temperatu r menggu nakan Termokopel
1)6
OFFSET
untuk pengukuran temperatur tinggi menggunakan transduser termokopel, yangmenggunakan 2 termokopel untuk pengukuran dan untuk referensi. Mengingat keluaranterrnokopel yang cukup kecil yaitu mempunyai orde uvolt, maka penguat yang digranakanbiasanya adalah pernguat instrumentasi. Dasar rangkaian seperti Gambar 4.10. beikut:
Gambar 4-10. Rangkaian pengukur temperatur menggunakan termokopel
d.5. Pengukuran [ntensitas Cahaya
4.5.1. Pengukuran rntensitas cahaya Menggunakan sel Fotokomduktif
Sel foto konduktif ( hambatan peka cahaya ) bila tidak kena cahaya mempunyaihambatan berorde ratusdn KOhm, bila kena intensitas cahaya maksimum menepurayai
hambatan dalam orde KOhm. Rangkaian untuk mengukur intensitas eahaya sepertiGambar 4.11. berikut :
Gambar 4.11. Rangkaian pengukur intensitas cahaya menggunakan sel fotokonduktif
Dalam keadaan tanpa cahayaarus yang mengalir adalah . Itp: Vil Rtp,
Keluaran penguat tanpa cahaya adalah : Vo,tp : Itp FU
Bila kena cahayamaksimum adalah Im: Vi /Rm
Keluaran penguat saat cahaya maksimum : Vo,m: Im R2
I
4,5.2 - Pengu ku ran rntensitas cah aya Menggunakan Fotodioda
Foto dioda pada kondisi bias mundur, dalam kondisi gelap semestinya tidak adaams m€ngalir- Akan tetapi dalam kondisi tersebut ada sedikit arus bocor dalam ordenArnp' Bila kena energi cahaya, arus dioda mempunyai orde uAmp, dengan demikian arusyang mengalir semata-mata karena energi cahaya yang mengenai dioda. R.angkaianpenguat fotodioda seperti Ganbar 4.12. berikut :
Gambar 4.12. Pengukuran intensitas cahaya menggunakan fotodioda
Arus tanpa cahaya, Itc sehingga keluaran penguat tanpa cahaya:
Vo,tp: Itc R2
Dioda dengan cahaya maksimum mempunyai arus Im, sehingga keluaran penguat adalah:
Vo,m: lm R2
4.5.3. Pengukuran rntensitas cahaya Menggunakan sel suryaSel surya adalah transduser yang langsung mengubah besaran energi cahaya
menjadi besaran listrik secara langsung. Dengan demikian sel surya dapat digunakan untuk
mengukur energi cahaya yang sampai disuatu permukaan.
Besarnya energi cahaya yang diterima sel Surya saat intensitas maksimum sama dengan
besarnya arus hubung singkat (Isc) sel surya. Besamya Isc umumnya sebesar 0,5 Amp.
Untuk daFt diukur secara elektronik , arus sel surya tersebut dikonversi ke tegangan. Bilaingin tampilan dalam bentuk analog menggunakan galvanometer, perlu konversi arus o-esar
ke arus kecil. Rangkaian pengukur energi surya seperti Gambar 4.13. berikut :
IVoI
1)9
:
Gambar4.13. Rangkaian pengukur energi surya
Bila tidak menggunakan galvanometer sebagai tampiLa.n dan konversi arus Isc ke tegangan
keluaran maksimum Vo,sc, berlaku:
Vo,sc: Ve = Isc Rl
iimuk isc : U,5 Amp, dan Vo,sc: 5 V, maka Rl = 5/0,5 : 50 Otrm
Bila menggunakan galvanometer'maka :
Vo,r. = (R2 + Rd) Im,
Unfuk Im : 100 uA" Rd: 50 Ohm, penguatan transistor: 100, maka :
R2 : (Vo,sc - Rd Im) / Im : (5 - 50 100 uA) / 100 uA
4.6. Pengukuran Ketinggian Fluida
4 -6.1. Pen gukuran Ketin ggian Fluid a m enggunakan potensiogeser' Transduser ketinggian fluida yang paling sederhana adalah potensio geser yang
dihubungkan dengan pelampung setiap ketinggian fluida berhubungan dengan nilairesintasi tertentu. Bila potensio geser tersebut dihubungkan dengan catu daya, akan
diperoleh tegangan keluaran yang sebanding dengan ketinggian fluida.
Kon{igurasi pengukuran ketinggian fluida dengan menggunakan pelampung dan oes$iogeser seperti ada Gambar 4.14. berikut
\
I?O
PELAMPUIT{G
Gambar 4.l4.Pengukuran ketinggian fluida menggunakan pelarnpung dan potensio geser
Bila ketinggian maksimum fluida dalam tangki H: 5 m, catudaya yang diberikan adanah
10 Volt, nilai hambatan potensio Rp: 1 Kohm/cm,
4.6.2. Pengukuran Ketinggian Fluida Menggunakan Kapasitor
Transduser kapasitif dapat pula digunakan unfuk mengukur ketinggian f}uida dalam
tangki. Unftrk tangki yang terbuat dari bahan logam cukup menggunakan satu eleklroda
metal yang diisolasi , sedangkan untuk tangki dari bahan bukan logam menggunakan dua
eleltroda yang membentuk system plat kapasitor.
Konfigurasi dua jenis pengukuran adalah seperti Gambar 4.15" berikut :
(a)Gambar 4.15. Kapasitor untuk mengukur ketinggian fluida dalam tangki
logam (a) dan nonJogam (b)
I30
Nilai kapasitansi yangn sebanding denmgan ketinggian fluida dapat dihubungkan denganjembatan Wheatstones atau dibuat sebagai umpan umpao balik untuk rangkaian osilator,sehingga frekwensi osilator sebanding dengan ketinggian fluida.
4'6'3' Pengukuran Ketinggian Fluida Menggunakan Sensor Tekamam dam E VsTTranduser tekanan yang dihubungkan dengan transduser pergeseran ,LyDT, dapat
pula digunakan untuk mengukur ketinggian fluida didalam tangki.
Tekanan yang masuk tl3nsduser akan menggerakkan inti LVDT yang mengubah besanaya
amplitudo keluaran LVDT.
! ::x=:;,i superti Gan;bar +. 1 5.-Lo..iiiu* .
Gambar 4.16. Pengukuran ketinggian fluida menggunakan transduser tekanan dan
LVDT
Kalibrasi dilakukan dengan mengukur keluaran untuk ketinggian maksimum Vo,maks dan
ketingiaan minimum Vo,min.
Bila diatur vo,maks : 10 volt dan vo,min: 0 volt, dan mengingat keluaran LVDT yang
linier maka diperoleh keluaran transduser yang berbanding lurus dengan ketingiian fluida.
Selain untuk mengukur ketinggian, bila keluaran transduser dihubungkan dengan
komparator, dapat digunakan untuk konfol pengisian fluida .
Transduser tekanan yang lain adalah tabung Bourdon dari tipe spiral, C maupun helical
dapat dihubungkan dengan LVDT
4.T"Pengukuran Tekanan
4.7 .L. Pen gukuran Teka nan i\Ienggunakan pergesera n Keping KapasitorTransduser kapasitif dapat digunakan untuk mengukur tekanan, konfigurasi
transduser tersebut seperti pada Gamb ar 4.17 berikut :
llr-^r s-rarrs ITEKAN.AN
DIELEKTRiK
Gambar 4.17. Kapasitor untuk mengukur tekanan
Tekamam pada keping diafragma akan merubah jarak antarkeping sehingga nilaikap-asitansinya berubah . Bila transduser tersebut digunakan umpan balik rangkaianosilator, maka frekwensi keluaran osilator sebanding dengan tekanan pada.diafragma
tamasduser.
4"7"Z"Femgukunmm T'ekanan Fruida Menggunakan Senson Tekanam dan
X,VBT
Pengukuran tekanan dapat pula dilakukan dengan menghubungkan diafragmadengan LVDT. Kombinasi transduser ini menghasilkan keluaran dalam bentuk tegangan ,seh-urgga dapat langsung dihubungkan dengan pengkondisi sinyal tanpa perlu melakukankomvensi d.ari frekwensi ketegangan seperti halnya bila menggunakan perubahan
kapasltamsi sehagai umpan balik osilator. Konfigurasi system teisbut seperti Gambar 4.1g.ber-lk-lt:
Gambar 4.18. Konfigurasi pengukur tekanan menggunakan diafrgma yang
dihubungkan dengan LYDT
Tekanan pada diafrgma akan memberikan pergeseran pada ini LVDT" Keluaran LVDTdapat berbentuk'tegangan AC maupun DC yang sebanding dengan tekanan pada
diafragma. Pada keadaan normal ( tanpa tekanan ), keluaran LVDT adalah
0 volt
4.8. SoaE-Soal dan Tugas
4.8. L Rancang sebuah peraga LED unflrk pengukuran arus dari 0 - 100 mA
4.8.2. Buatlah penguat untuk transduser RTD yang memirunyai karakteristik saat
20 C mempunyai hambatan 150 Ohm koefisien 0,00392
4.8.3. Buatlah sebuah penguat untuk termistor dengan spesifikasi 100 Ohni pada
ternperatur 30 C dan 100 Kohm pada temperatur 500 C
4.8.4. Buatlah penguat untuk termokopel yang mempunyai keluaran 30 mv pada
300 C dan 75 mV pada temperatur 1000 C
4.8.5. Carilah nilai komponen pada rangkaian Gambar 4.1g. ,bila dalam keadaan tanpa
cahaya arus yang mengalir adalah : Itp: I mA dan bila,kena cahayamaksimum adalah Im:10mA
VoI:
Gambar 4. I 9. Rangkai an pengukur inten sitas fotokonduktif
4.8-6. Euatlah peraga yang dapat menunjukkan ketinggian fluida unturk transduser seperi
Gambar 4.20. berikut :
I
PELAMPT]NG
tVo
Gambar 4J0 Transduser ketinggian fluida
1?4
i!
4.8-7. Rancanglah sebuah pengkondisi sinyal agar tranduser Gambar 4.21. dapatdibuat mengukur volume fluida sebuah tangki
Gambar 4.21. Transduser ketinggian fluida
4"9. Tugas Karya
Pilih satu transduser rancang dan buat penguat pngkondisi sinyal berikut pu*g*yu unt,kmengpkur suatu besaran fiiis:yang sesuai
BAB V
KENDALI SEDERHANA
5.1. Pendahuluan
Pengendalian adalah menjalankan, mempercepat, memperlambat dan menghentikan
s.uatu proses yang dikerjakan oleh peralatan elektronik maupun mekanik. Fada dasarnya
pengendalian adalah pengaturan pemberian arus atau tegangan pada peraiatan clekronik
maupuan mekanik Untuk menjalankan atau menghentikan pemberian arus atau tegalegan
digunakan alat penghubung atau pemutus yang diistilahkan sebagai saklar ( switah ).
Saklar tersebut dapat digerakkan secara mekanik yaitu saklar mekanik maupun seeara
elekhonik yang disebut sebagai saklar elektromekanik. Dengan suatu rekayasa tententu
saklar mekanik dapat digunakan untuk mengatur besamya pemberian arus/tegangan.
5.2. Saklar
5.2.1. Saklar Mekanik
Sesuai penggunaannya, secara umum saklar jenisnya adalah SFST ( single pole
single throw ), SPDT ( singie pole double throw ), DPST ( double pole singlc tlarow ) dan
DPDT ( doubie pole double throw ), lambang masing - masing seperti Gan'rhar 5.1.
berikut :
a a c t r a {} @ ,* &
a*&#ffi
(a) SPST (b) SPDT (c) DpST (d) DPDT
Garnbar 5.1. Lambang saklar
Pole menggambarkan jumlah rangkaian yang terisolasi yang bisa dihubungkan saklar
suatu saat tertentu, sedangkan throw adalah menggambarkan total junilah rangkaian yang
dikendalikan...
Jenis saklar rnekanik antara lain adalah saklar pushbutton, toggle, geser, iimit, float dan
tekanan
Pushbutton adalah saklar single pole yang memutuskan atau menyambung saat ditekan,
bila dilepas akan kembali pada kondisi semula. Jenis saklar ini adalah normally open (
NO), normally closed (1rlC) dan normally closed / normally open e.lO,NC) masing masing
seperti Gambar 5.2. berikut :
aaao&sas
(a) No (b) NC (c) NONC
Gambar 5. Simbol saklar push-button
Saklar toggle adalahsaklar yang mempunyai lengan pemindah, jenisnya CN-OFF unltuk
SPST dan SPDT, ON-OFF-ON untuk DPST dan DPDT. Keadaan saklar ini berubah bitra
posisi lengan dikembalikan seperti semula .
Saklar geser mirip dengan saklar toggle, hanya saja untuk memindahkan posisi saklar,
menggunakan mekanisme geser.
laklar putar seperti halnya saklar geser , hanya pemindahan saklar menggunakan
mekanisme putaran.
Saklar limit mempunyai lengan yang cukup peka, apab ila adasentuhan dari sebuah
gerakan, maka saklar tersebut berpindah posisi. Lambang saklar iimrit sepert-i yang
ditunjukkan Gambar 5.6. berikut :
asaa Ita *s
(a) No (b) NC (c) No bertahan terrutup (d) NC tertahan rcrbuka
Gambar 5.6. Lambang saklar limit
5.2.2" Saklar Elektromekanik ( Relay )Relay adalah saklar yang digerakkan oleh medan magnet hasil dari aliran arus pada
sebuah kumparan. Seperti halnya saklar, relay terdiri atas SPST, SFDT; D,pST' dan DFDT.
Relay menurut penggunaannya datadikasifikasikan sebagai relay kontrol , realay daya dan
relay indera.
Konstruksi relay terdiri dari kumparan inti magnet, armafur, terminal kontak dan pegas.
Apabila kumparan dialiri arus, maka terjadi magnetisasi pada inti, sehingga armatur akan
tertarik ke inti kumparan. Pergerakan armafur akan menyebabkan tenninal kontak akan
terlepas / terhubung dengan terminal yang lain.
Untuk penggunaan , yang perlu diketahui adalahjenis tegangan dan besar tegangan kerja,juga kemampuan aliran arus mdksimum dari terminal kontak
5.2.3. Saklar T ransistor.Transistor dapat berfungsi sebagai saklar apabila dioperasikan pada dua keadaan ,
yaitu keadaan ON dan OFF. Keadaan tersebut dapat dicapai dengan cara mernbuat
rangkaian seperti Cambar 5.8. berikut :
Gambar 5.8. Rangkaian saklar transistor
Arus yang mengalir di kolektor adalah Ic: g Ib, dengan Ib: (vi-vbeyRl . Apabila vi:0, yang berarti Ib : 0, maka Ic :0. Transitor pada kondisi tersebut dinyatakan dalam
keadaan padam / mati.. Bila ditinjau dari segi penempatan titik kerja, keadaan padarn
(OFF) adalah menempatkan titik kerja transistor pada perpotongan garis beban dengan
sumbu tegangan kolektor-emitor ( Vce). Penempatan titik ke{a pada perpotongan garis
beban dengan sumbu karakteristik transistor akan menyebabkan transistor pada kondisi
saturasi fienuh). Jenuh dalam hal ini berarti , apabila Ib diperbesar lagi, tidak akan
merubah besarnya Vce dan Ic. Kondisi jenuh (ON) dapat di amati dengan mengukur beda
tegangan kolektor emitter. Besar tegangan pada saat oN adalah vce(sat):0.Contoh 5.
Saklar transistor untuk menyalakan LED sebagai indikatoi. fgO akan menyala apabila
dialiri arus antara 2 - 10 rnA. Besarnya arus sebandingpula dengan intensitas nyala LED
tersebut. Rangkaian untuk menyalakan adalah seperti Gambar 5.9. berikut :
I?R
Gambar 5.9. Saklar transistor untuk menyalakan LED
Misalkan arus yang dapat menyalakan LED adalah 5 mA, tegangan cut in I-ED Vd adalah
1,2 Volt, maka persamaan tegangan menurut Kirchoff adalah ;
Vcc: Vd + Ic R2 + Vce
Keadaan saturasi Vce : 0, sehingga Vcc : Vd + Ic R2, dengan demikian nilai R.2 yang
harus dipasang adalah.: R2:( Vcc- Vd )lIc, bilaVcc:10 Volt, maka
R2:(10-1,2)i 5 (ohm)
'Biia B transistor: 100, maka Ib: Ic/ 0 : 5 / 100 mA , dengan demikiam Rl yamg learus
dipasangbila Vi:5 Volt adalah : Rl : (ViVbe)Ab: (5 - 0,7) 0,05 ( Ohm).
5.2.4. Kombinasi Relay dan Saklar Transistor
. Kombinasi relay dan saklar transistor adalah menggunakan transistor sebagai
penghubung/ pemutus arus dari kurnparan relay. Rangkaian kombinasi ini,sepefii Gambar
5.10. benkut:
-JJlg
L___* B
Gambar 5.10. Transistor penghubung / pemutus arus relay
Besarnya Ic tergantung pada besamya arus optimal penggerak relay. Sesuai dengan
perldtungan pada pembahasan saklar transistor, dapat diperoleh nilai-nilai kornpoiren yamg
digunakan. Untuk keperluan Ic yang cukup besar dapat digunakan kornbimasi transistorDarlington.
Pada kumparan relay, bila dialiri arus akan timbul GGL induksi balik yang menyebabkbn
kerusakan pada transistor. Untuk menghindari hal tersebut, periu dipasang dioda seoara
parallel pada kurnaran relay.
Sistem kornbimasi saklar transistor dan relay, memungkinkan pengendalian instrurnen
tegangan tinggi menggunakan tegangan rendah atau isolasi system instrurnen dengan
sumber daya yang berbeda.
Contoh 5
Saklar elektronik irntuk menyalakan lanrpu dengan sumber tegangan pLN 220 Vac.
Spesifikasi relay yang digunakan adalah arus altifasi 100 mA dan tegangan kerja tr2 1/dc.
Rangkaian saklar transistor tersebut seperti Gambar 5.11. berikut:
Gambar 5.11. saklar elektronik untuk menyalakan lampu AC
Pada keadaan saturasi vcc: vrelay: 12 vort, bila arus Ic: i00 mA, dengan
vi = 5 volt , penguatan total 2 transistor 1000, sesuai dengan persamaan :
Ic:p Ib sehingga Ib :lcl0= 100/ 1000mA=0,1 mA
danvi:IbRl +2 vbediperolehnilaiRl : (vi-2vbe)/Ib:(5- 1,4)/0,1 ohmDengan demikian rangkaian Gambar 5 dapat digunakan trntuk mengaktifkan instrumen
systern tegangan tinggi menggunakan tegangan DC rendah.
s.2.s. Relay Semikonduktor ( Solid State Relay )Permasalahan yang timbul pada penggunaan relay adanya percikan bunga api pada
terminal kontak. Percikan api tersebut menimbulkan oksida yang mernpr.anyai hanabatan
dan mengakibatkan adauya disipasi daya dalam bentuk panas. Masalah lain yang timbuladalah, jika relay tersebut digunakan untuk mengatur tegangan ac, saklar ON atau OFF
dapat terjadi disetiap titik pada siklus ac yangmenimbulkan noise listrik yaarg disebut
sebagai Elrfl ( electromagnetic interference).
Relay semikonduktor dibuat untuk menghilangkan masalah pada relay. :
Penggunaan optocoupler pada input, membuat bagian pengendali dan yang dikeerdalikan,
terisolasi sampai orde ribuan volt. Saklar relay ini adalah triac (thyr-istor) daya tinggi , dan
dilengkai juga dengan rangkaianzero detector , sehingga setiap ON atag OFF selalu
te{adi saat tegangan ac bernilai 0 Vac" Dengan demikian
Pennasalahan yang limbul dalam penggunaan relay, dapat dieliminir dengan cukup baik.
5.3. RangkaianAplikasi
5.3.1. Transistor regulator
Fungsi rangkaian ini adalah mempertahankan keluaran agar senalu tetap sebesar 10
Vdc sampai batas penarikan arus sebesar 100 mA.
+'tr0 V regulasi
100 mA
2=1.0K
T2 = 2N3904
Z= 4.3V
1 N4731
3=1.0K
. Gambar 5.13. Rangkaian regulator menggunakan transistor
Rtr rnernberi bias pada T1 sehingga kondisi selalu ON, apabila tegangan keluaran lebih l0Y, rnaka tegangan pada base T2 akannaik sehing gaT2akan konduksi ya"g menyebabkan
arus bias T1 berkurang. Dengan demikian tegangan keluaran akan selalu bertahan pada l0V.
Cafu daya ini dapat dibuat variabei dengan mengganti R2 dan R3 dengan potensio.
T2 merupakan contoh aktual dari umpan balik negatif.
5.3.2. Detektor pintu mobil.
Rangkaian ini berfungsi untuk memberi tanda apabila ada pinru mobil yang tidak
tertutup dengan baik.
+12 v
1NS14D1
I} L}ntruru rcnr
/sr s2 frr.ru
KANAN
.! .!Gambar 5.14. Rangliaian detector pintu mobil
Kondisi rangkaian tidak aktif dipenuhi jika semua saklar tertutup. Base T3 bergantung
pada T1 dan T2, apakah kondisi OFF atau saturasi (ON) Bila sopir duduk, maka basis T2
mernp.inyai tegangan , sehingga T2 OFF, Tegangan base T3 hanya bergantung pada Tl.Bila salah satu saklar terbuka, maka Tl akan OFF sehingga base T3 teganganaya naik.
Bt'tzzer dikemudikan oleh T3, apabila tegangan base T3 lebih dari 0,6 Y maka brrzzer akan
berbunyi
Selain untuk peringatan dini, keluaran rangkaian dapat dihubungkan dengan system
kelistrikan mobil. Sehingga , apabila ada pintu yang belum tertutup dengan baik, mesin
mobil tidak dapat dinyalan.
14.)
R3=1 .OK
5.3.3. Light Integrator
Rangkaia, ini berfungsi mengatur lamanya pencahayaan untuk mencetak foto
Gambar 5.15. Rangkaian light integrator
Rangkaian Gambar 5.15. urenggunakan IDR untuk mengukur intensitas cahaya. Hamebatan
LDR akan berkurang dengan bertambahnya cerahnya cahayalampu. LDR membentuk
rangkaian pembagr tegangan deng.an R 100 ohm yang diberi sumber tegangan -12Volt.Keluaran pembagi tegangan diumpankan ke rangkaian integrator dan keluarexi{xya
berbentuk ramp positif yang tegangan rata-ratanya sebanding dengan intensitas oahaya
lampu- Keluaran integrator dimasukkari kerangkaian komparator dengan masukan
pembanding + 6 volt. Ketika keluaran integrator positif belum mencapai +6 volt, ke!uaran
komparator akan negatif, sehingga transistor pada kondisi saturasi yang meoyebabkan
relay oN, dan lampu menyala. Ketika keluaran integrator bernilai +d volt, keluaran
komparator akan positif dan transistor'transistor akan mati yang menyebabkan relay OFF
dan lampu akan mati.
trJnfuh rnemulai lagi pencahayaan, muatan kapasitor di rangkaian integrator harus
dikosongkan, yaitu densan rnenekan tornbol reset.
5.3.4. Sistem lampu daruratRangkain ini berfungsi mengaktifkan penerangan darurat apabila listrik pLN ttiba-tibapadam
10uFI20V
.I
Gambar 5.16. Rangkaian lampu darurat
Kapasitor diisi melalui dioda dan R 100 sedangkan pengosongan kapasitor melalui R 1 Kdan batere 12 V. Resistor pengosongan lebih besar dari pengisian sehingga konstanta
waktunya lebih lama dari pengisian, hal ini mengakibatkan adanya muatan sisa pada
kapasitor yang mernberikan reverse bias pada gate SCR Dengan dernikian SCR tidakmendapat picu. Karena'seri dengan batere ketika sumber listrik padarn, pengosongan
kapasitor sepenuhnya teq'adi, dan mulai pengiasian dengan k-utub yang berlawanan, pada
nilai tegangan kapasitor tertentu SCR mendapat picu (ON) dan lampu akan rnenyala.
Ketika lish^ik menyala kembali, dioda untuk pengisian batrere akan konduksi, anoda SCR
akan lebih negatif katoda, sehingga SCR akan OFF.
5.3.5. Fexrgamam Sendela / Pintu rumah
Rangkaian ini berftingsi untuk memberi peringatan apabila salah satu dani pintu ataujendela rumah dibulia.
Gambar 5.17. Rangkaian pengaman jendela / pintu rumah
Reedswitch adalah saklar peka magnetic berbentuk 2 plat tipis yang dikemas dalam tabung
kaca dan dipasangnkan dengan sebuah magnet. Apabila dikenai medan magnet piattersebut akan terhubung. Reedswitch tersebut dipasang seri sebanyak jendela dan pintuyang akau diarnati dan dihubungkan dengan basis transistor dan ground. Fada komdisi initegangan basis kedua transistor sama dengan 0 Volt, yang berarti transistor tersebut padam,
tidak ada aliran arus pada relay. Apabila salah satu jendela/pintu terbuka, maka reedswitch
terlepas dari arapret, plat terbuka dan basis transistor mendapat tegangail yang lebih besar
dati} X tega*gan basis - emitor. Kondisi ini akan menyebabkan transistor saturasi,
sehingga relay mendapatkan pliran arus , saklar relay menutup dan tanda peringataaa akan
menyala.
5.3.6. Saklar Feka Cahaya
Rangkaian ini dapat digunakan untuk mendeteksi adanya obyek yang rnengtrralangi cahaya
masuk ke LDR
@
rcLDR
Gambar 5.18, Ra""rgkaian saklar peka cahaya
Pada keadaan normal, yaitu R variabel daitur aga kedua masukan komparator sarna besar,
sehiagga keluarannya akan nol. Bila cahaya terhalang, hambatan LDR merabersar dan
tegangan masukan merabalik membesar dan akibatnya keluaran komparator akan positif.
Dengan demikian transistor ada pada kondisi saturasi dan relay akan aktif . Agar saat
penghalang berlalu peringatan tetap menyala, relay yang digunakan adalah jenis DpDTdengan konfigurasi salah satu kutubnya digunakan untuk menghubunng singkatkan
kolektor dan emitor . Dengan demikian , penunrnan tegangan pada basis karena LDRmendapat cahaya tidak akan mempengaruhi kondisi relay. Untuk mengembalikan kondisi
t
K>I
I
=-
I/<
relay , antara emitor dengan ground diberi saklar push button NC yang ditekan untuk reset
system.
5"4. Csntoh , Soal --,Soal dan Tugas Karya
5"4.1. Contoh
1. Saklar transistor untuk menyalakan LED sebagai indikator. LED akan menyala apabila
dialiri arus antara 2 - l0 mA. Besarnya arus sebanding pula dengan intensitas nyala LEDtersebut. Ran,gkaian untuk menyala-kan adalah seperti Gambar 5.9" berikut :
Ga*6ar 5.9. Saklar transistor untuk meny.alakam LED
Misalkan arus yang dapat menyalakan LED adalah 5 mA, tegalgan cut in LED Vd adalah
1,2 Volt, maka persamaan tegangan menurut Kirchoffadalah ;
Vcc: Vd + Ic R2 + Vce
Keadaan saturasi vce:0, sehingga vcc = vd + Ic R2, dengan demikian nilai R2 yang
harus dipasang adalah : R2 : ( Vcc - Vd ) / Ic, bila Vcc: l0 Volt, maka
R2:(1A*1,2)/5 (Ohm)
Bila p transistor: 100, maka Ib : Ic/ fi : 5 1100 mA , dengan demikian Rl yang harus
dipasang bila Vi : 5 Volt adalah : Rl : (Vi-Vbe)/Ih: (5 _ 0,7) 0,05 ( Ohm).
Contoh 5
Sakiar elektronik untuk rnenyatrakan lampu dengan sumber tegangan pLN 220 Vac.
Spesifikasi r.elay yang digunakan adalah arus aktifasi 100 mA dan tegangan kerja 12 Vdc.
Rangkaian saklar transistor tersebut seperti Gambar 5.1 1. berikut:
Vcc fJ-]folrn[')lnejh-\ ?-\:7- i'J*-"Ifi__r uRl l'I
=-
Gambar 5.11. Saklar elektronik untuk menyalakan larnpu AC
Pada keadaan saturasi Vcc : Vrelay: 12 Volt, bila arus Ic: 100 mA, demgan
Vi :5 Volt , penguatan total 2 transistor 1000, sesuai dengan persamaen :
Ic:BIb sehingga Ib:Ici B=100/1000mA=0,1 mA
dan Vi : Ib Rl + 2 Ybe diperoleh nilai Rl : ( Vi -2ybe ) / Ib: ( 5 - 1,4 y 0,1 Ohm ,
Dengan demikian rangkaian Gambar 5 dapat digunakan untuk mengaktifkan insh-urmen
system tegangan tinggi menggunakan tegangan DC rendah.
5.4.2. Soal-soal
t. Lakukan pengamatan dipasaran untuk berbagai jenis saklar mekanik.
2. Carilah informasi berbagaijenis relay, baik ac maupun dc.
3. Tentukanlah / carilah nilai nilai komponen yang sesuai agar rangakaian Gambar
5.19. dapat bekerja
Gambar 5.19. Rangkaian saklar transistor
Berilah nilai untuk komponen -komponen yang terpasang pada
rangkaian Gambar 5.20. berikut :
Vcc
{h}- }-JF{O_l_
Gambar 5.20. Rangkaian saklar untuk menyalakan LED
Apa yang harus dilakukan agar ada indicator yang menunjukkan saklar
kondisi OFF.
4- Berikan nilainilai tegangan pada titik-titik enting rangkaian Garnbar 5.21. berikut:.
+12 V DC
Rl =1.0 K
1NS14D1
I
Gamhar 5.2I. Rangkaian detector pintu mobil
5. Buallah grafrk keluaran inlegrator dan komparator'untuk rangkaian G arnbar 5.22.berikut :
pada
R2 =1.0 K R3 =i.0 K
1N914D2
I}"e/1u*.,soPrR
",n*, o*,*$, s2
Ilfrru-ru+
148
3
Garnbar 5.22- Rangkaian light integrator untuk eksposur.foto
6. Apa fungsi dioda yang dipasang paralel pada kumparan relay ?
5.5. Tugas & Karya
Pilih salah safu rangkaian aplikasi , buatlah rangkaiannyq amati , apakah sesuai dengan
perhitungan
€
10 uF.r28V
t.I}AFTAR PUSTAKA
a' David Bucha, * A.pplied Electrouic Instrumentation & Measurement', Maxwell MacMillan lnt,1992
b- colin D simpson, " Industrial Electronics" prentice Hall, 1996
c. schuler ." Electronics principres and Appplication', , McGraw Hill , l9g9d- J. Mjchale Jacob, " Industrial Control Electronics, Amplification & Design,,
e. Horowi tzarrd.Hill , " The Art of Electronics ", Cambridge UniversltyFress, 1gg0
f. Sutrisno, " Elektronika Teori dan penerapannya", penerbit mB, iggd
+
5'a
a'
BBRITA AC.ARANo. CIqA DUE-Lit{e tr trTSiXIl2OO3
Pada hari ini Senin, tanggal tujuh belas, bulan Nopember, tahun dua ribti tiga telah
diselenggarakan Seminar Laporan Hasii Pernbuatan Moctul/Buku Ajar yang ciielanai oleh
DUE-Like pada Prograrn studi Fisika denga. hasil sebagai berikut :
Judul Modul Ajar
Dosen Penyaji
JurusanlFakultas
Waktu
Tempat
Moderator
Pembahas
: Instrumentasi I: Drs. Bahtera Indarto
: Fisika / FMIPA
: 09.30 - 10.00 UruB
:
:
ore. Folbo g
Drcr. Lao PrltcaFi6, l' 1u'*
tf. Corurocsc, r Mq
Jumlah Peserta :
Proses berlangsungnya seminar / haJl forum diskusi sebagairnana terlampir.
Demikian Berita Acara ini dibtrat unhili dipergunakan seperlunya.
Surabaya, 17 Novernber 2C03
Koordin ator- S e rninar,
@Drs. {iaetu g
: i.2.
3.
NIP.}.IIP. tb\ q@vb,
"t,*,*';f5*.,i-";';ut{.l .,{ rl 'r,';.'.'r _t,tilJ;; *p
ttisr3,7,t:
\
Saran/Kritik:. \a--
? ?zldn, {*h{ fu.lt h{*nongo,, &?tqtue &/E* 8',/ot&\.egd'<a<,dS
{
t.)
Co"H, s"q7, & ,t.,rsk
feuqptf a,,t ,Wr,Aq ; /rp{ar, }r'inD>neci {a*--l-lht, &tr te{hTD
r+ftil"",t
rr
I
L;...i:I;+-. :.
n++-::;+
Ksordinntor Seminar
'III
tIIir
1,i'::"4;,
Nama Fcnya.ii IJurusan :
Saran/Kritik :
Dn, Boqf.h,- Ir,,,{*r{z
- $^f^ *^t"M d^\^u. t,J' 0 r'fttol\'i
...]'::
r*,t
reS
'.:(..3.q*f.J5....,
\
SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN PENTBUATAN MODUL A{ARNomor I o37 7 /DUE-LIKE I ITSE003
Pada hari ini, Kamis tanggal tiga bulan Juli tahun dua ribu tiga, karni yang bertanda tangan
di bawah irri :
1. Ir. Sri Gunani Partiwi,MT : Selaku Direktu Eksekutif LPIU DUE Like ITS
berdasarkan pada surat keputusan Reldor
Nomor 131l.l/l(O3/pplfz003 tanggal 2 Juli
2003 selanjutnya disebtrt FIHAK KES^A.TU
2. Drs. Bahtera Indarto : Selaku dosen jurusan Fisika MIPA Fakultas
Matematika dau llmu Pengetahuan Alam
Golongan :III B
Pangkat : Penata Muda Tk.1
Jabatan : fuisten Ahli
Selanjutnya disebut PIHAK KEDUATelah mengadakan perjanjian pelaksanaan pembuatan modul ajar yang d.iatur dalam butir-
butir sebagai berikut :
' pasal tLingkup Pekerjaan
PIHAK KESATU memheri tugas kepada PIHAK KEDUA dan FIHAK KEDUA
meuerima tugas tersebut untuk melaksanakan sampai selesai peker.yaan pembuatan modr.rl
ajar denganjudul:
TNSTRUMENTAST IPasal2
Dana Modul Ajar
Unttk menyelesaikan pekerjaan seperti tersebut pada pasal 1 diatas PIHAK KESATU dan
PIIIAK KEDUA sepakat menetapkan dana pernbuatan rnodul ajar sebesar Rp.
10,000.00CI,00 (sepuluh juta rupiah) yang dibebankan pada DIP Proyek ITS tahun anggaran
2003. Dana pembuatan modul ajar tersebut sudah termastik pajak-pajak yang bertaku.
Pasal3Penggunaan Dana
a. PIHAK KEDUA bertanggung jawab terhadap penggunaan dana pembuatan modul a"jar
yang tercantum padapasal 2.
b. PIHAK KEDUA berkewajiban membayar pajak-pajak dan biaya materai sesuai
dengan peraturan dan undang-undang yang beriaku
c. PITIAK KEDUA menjarnin bahwa judul rnodul ajar seperti yang tereanhrm datramr
pasal 1 tidak mendapat pembiayaan dari sumber dana lain.
Pasal 4Cara Pembayaran
Pembayaran d.ana pembuatan modtrl ajar sebagaimana tersebut dalam pasal 2 dalam.r Surat
Perjaujian ini akan dibayarkan secara bertahap sebagai berkut :
1. Tahapl : .
Dibayar sebesar 50 % dari jumiah dana pembuatan modul ajar tersebut pada pasal 2
sebesar Rp 5.000.000,00 (lirna juta rupiah) dan dibayarkan setelah P}HAK KEDUA
telah melaksanakan pekerjaan dengan memberikan laporan kemajuan modul ajar.
2. Tahap II :
Dibayar setelah 50 % dari junlah dana pembuatan mod,ul ajar tersebut pada pasal 2
sebesar Rp. 5.000.000,00 (lirna juta rupiah) dan dibayarkan setelah F{E{AK KEDLTA
menyerahkan laporan hasil akhir kegiatan pengajaran, sesuai dengan Pedoman
Pelaksanaan hibatr pengajaran kepada PIIIAK KESATU, sebanyak 5 (lima)
eksernplar.
Pasal 5
Jangka Waktu
Jangka waktu pelaksanaan pembuatan modul ajar adalah 5 (linra) bulan diurulai sejak
penandatanganan Surat Perjanjian Pelaksanaan Pembuatan Modul Ajar dan menyerahkan
laporan hasii pernbuatan modul ajar tersebut selarnbat-larnbatnya pada 3 Desernber 2003
sebanyak 5 (lima) eksernplar.
.[('
iit
Z- l{al-hal yang belurn diattr dalarn perjanjian ini akarr dimusyawarahkan oleh kedua
belah pihak dan dinyatakan dalam satu addendum.
3. Stgat Perjanjian ini dibtrat rangkap 2 (dua) sama kuatnla dan masing-masing dibuat
diatas materai secukupnya untuk PIHAK KESATU dan PIHAK KEmUA.
i
Dernikian Surat Perjanjian Pelaksanaan Pernbuatan Modul Ajar ini dibuat dan ditanda
tangani di Surabaya pada hari Kamis langgal tiga bulan Juli tahun dua ribu tiga-
PITIAK KBDUA
Drs.sahlsrclndeNrP. t3 r 9l I 303
ry?
E.
*;'-- *,' r^)E' ",F:.a-a+LF-
=.-:
L
E'ht-ba i}JE'I
NIP. l3t 879 377
hui /Menyetujui :
NIP. 130 541 836
Pasal 6Kewajiban
1' PIHAK KEDUA berkewajiban menyerahkan laporan kemajtmn penrbuatan modui ajarpada FIIIAK KESATU, 3 (tiga) bulan setelah Surat Perjanjian Felaksaraan FembuatanModul.A.jar ini ditandatangani oleh kedua belah pihak.
2' PIH"{K KEDUA wajib melaksanakan presentasi laporan hasil pembuatan modul ajarpada seminar hasil modul ajar yang akan diselenggarakan pEs{AK KESATLT selambat-lambatnya dua minggu sebel*m batas akhir penyerahan laporan modul ajar.
3' PIHAK KEDUA wajib menyerahkan laporan hasil pembuatan modul ajar padaPIHAK KESATU selambat-lambatrya pada tanggal sesuai dengan batas akh{r konhakpada pasal 5 sebanyak 5 (lima) eksernplar.
Pasal 7
Sanksi
a- fuabrla sarnpai batas 'waltu habisnya masa tersebut dalam pasal 5 perjanjian iniP{HAK KEBt}A beluan juga rnenye a}rkan laporan akhir kegiatara hibah penga.}aran,
maka PIHAK XffiDUA tidak bisa tne*eriina pembayaran tahap il sebesar 50 % darinilai kontrak dan PHILA,K KEDUA harus menyelesaikan pembuatan laporan hibahpengajalan tersebttt dan berkewajiban menyerahkan laporan akhir kegiatan iribalipengajaran, sesuai dengan pasal 6.
b' Dalam hal PIHAK KEDUA tidak dapat memenuhi kervajiban sebagai rnana tercantumdalam cara pembayaran, maka PIHAK KEDUA bersedia mengembalikan uang ke kas
. negara melalui pomotongm gaji bulanram,, sebesar.yang telah dibayarkan.c. .Apahila waktu grembtuatan qnoCtrl ajar uqrynti.ltrys$ut pada pasal 5 tidak dapat dipenuhi,
rnaka untuk seliemjtrtnya P{IIAK KESAT{I akan mempertinnhangl<an rsulan-usulanhibah pengajaran yang diajukan oleh plt{AK KEDUA pada periode berikt$nya.
Pasal Ipenutup
1 ' Surat Perjanjian ini dianggap sah dan berlaku setelah ditandatangani oleh kedua belahpihak dan disetujui oreh Direkt*r Eksekutif DUE- Like ITS.
