LABORATORIUM INSTRUMENTASI PENGUKURAN & IDENTIFIKASI SISTEM TENAGA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO – INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERGedung B-204 & AJ-303 Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111

Telp: 031-5947302; Fax: 031-5931237; e-mail: lipist204 @ee.its.ac.id

MODUL 05/PPL/LIPIST/2012-2013Jumlah Halaman

6 (enam)

PERCOBAAN 5PENGGUNAAN OSILOSKOP

TUJUAN PERCOBAAN

1. Praktikan dapat mengetahui prinsip kerja osiloskop, fungsi, tata cara kalibrasi dan batas operasinya.

2. Praktikan dapat menggunakan osiloskop untuk mengetahui bentuk gelombang dari suatu sinyal tegangan serta mengukur amplitudo, frekuensi, dan beda fasa sinyal tersebut.

3. Praktikan mampu menganalisis keakurasian pengukuran berdasarkan rumusan matematika yang tersedia.

ALAT PERCOBAAN

No Nama Alat Jumlah

1 Digital Storage Oscilloscope (DSO) BK-2542/2542B 1 set

2 Arbitrary/Function Generators BK-4086AWG 1 set

3 Digital Multi Meter BK-2709B 1 set

4 Bread Board + Komponen Percobaan “K_P5” + Kabel 1 set

5Komputer / Laptop (Dianjurkan yang dilengkapi Port USB & Serial)

1 buah

6 Datasheet Peralatan 1 set

KONSEP DASAR

Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Secara umum osiloskop berfungsi untuk menganalisis tingkah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu yang ditampilkan pada layar, serta melihat bentuk sinyal yang sedang diamati. Dengan osiloskop kita dapat mengetahui besarnya nilai frekuensi, periode dan tegangan dari sinyal. Dengan sedikit pengaturan kita juga dapat mengetahui beda fasa antara dua buah sinyal.

Terdapat dua tipe osiloskop berdasarkan prinsip kerjanya, yakni tipe analog (ART - analog real time oscilloscope) dan tipe digital (DSO-digital storage osciloscope) yang masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan.

Halaman 1

Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan berkas elektron dalam tabung sesuai bentuk sinyal kemudian menampilkannya pada layar. Osiloskop ini menggambar bentuk-bentuk gelombang listrik melalui gerakan pancaran elektron (electron beam) dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT - cathode ray tube) dari kiri ke kanan. Osiloskop analog pada prinsipnya memiliki keunggulan seperti harganya yang relatif lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di layar. Selain itu jenis ini mampu memeragakan bentuk sinyal yang lebih baik untuk gelombang-gelombang yang kompleks seperti sinyal video di TV dan sinyal RF yang dimodulasi amplitudo. Keterbatasannya adalah tidak dapat menangkap bagian gelombang sebelum terjadinya event picu serta adanya kedipan (flicker) pada layar untuk gelombang yang frekuensinya rendah (sekitar 10-20 Hz).  Diagram blok osiloskop jenis ini disajikan pada gambar 1.

Gambar 1 Diagram blok osiloskop analog

Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur kemudian mengubah besaran tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital menggunakan ADC (Analog to Digital Converter). Dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling (dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai tegangan ini bersama dengan skala waktu gelombangnya di memori sesuai diagram blok pada gambar 2. Pada prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang proses ini secara terus menerus sampai dihentikan. Beberapa DSO memiliki kemampuan untuk menyesuaikan jumlah cuplikan yang disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan diukur. Osiloskop ini memberikan kemampuan ekstensif serta kemudahan dalam akuisisi gelombang dan pengukurannya.

Halaman 2

Gambar 2 Diagram blok osiloskop digital

Pada saat menggunakan osiloskop perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut:1. Memastikan alat yang diukur dan osiloskop ditanahkan (digroundkan). Disamping

untuk kemanan, hal ini juga untuk mengurangi suara dari frekuensi radio atau jala-jala.

2. Memastikan probe dalam keadaan baik.3. Kalibrasi tampilan bisa dilakukan dengan panel kontrol yang ada di osiloskop.4. Tentukan skala sumbu Y (tegangan) dengan mengatur posisi tombol Volt/Div pada

posisi tertentu. Jika sinyal masukannya diperkirakan cukup besar, gunakan skala Volt/Div yang besar. Jika sulit memperkirakan besarnya tegangan masukan, gunakan attenuator 10 x (peredam sinyal) pada probe atau skala Volt/Div dipasang pada posisi paling besar.

5. Tentukan skala Time/Div untuk mengatur tampilan frekuensi sinyal masukan.6. Gunakan tombol Trigger atau hold-off untuk memperoleh sinyal keluaran yang stabil.7. Gunakan tombol pengatur fokus jika gambarnya kurang fokus.8. Gunakan tombol pengatur intensitas jika gambarnya sangat/kurang terang.

PANEL OSILOSKOP YANG DIGUNAKAN (DSO BK-2542B)

Gambar 3 Front/Back Panel osiloskop digital

PANEL DEPAN PANEL BELAKANG

No. Nama Fungsi No. Nama Fungsi

Halaman 3

1 Power On/Off Menyalakan atau mematikan DSO BK-2542B 1 Security loops Keamanan (Non Teknis)

2 LCD Display Screen

Menampilkan sinyal dan parameter terukur 2 Carrying Handle Alat bantu untuk

memindahkan osiloskop

3 Carrying Handle Alat bantu untuk memindahkan osiloskop 3 Power On/Off Menyalakan atau

mematikan DSO BK-2542B

4 Menu On/Off Menampilkan atau menyembunyikan menu 4 AC Line Input Terminal kabel power dari

sumber AC/PLN

5 Adjusment KnobMemilih item atau

merubah nilai parameter terpilih

5 Pass/Fail Output Mengeluarkan sinyal sisa pemfilteran

6 Auto Set Pen-skalaan otomatis kanal yang dipilih 6 LAN Interface Port Terminal untuk kabel LAN

7 Utility & Save/Load

Akses I/O/Languange/Print Setup dan Penyimpanan 7 RS232 Serial

Interface PortTerminal untuk kabel jenis

serial

8 Measure & CursorPengukuran nilai parameter secara

otomatis atau manual8 USB Device

Interface Port

Terminal untuk komunikasi dengan port

USB PC

9 Acquire & Display Pengaturan proses akuisisi dan tampilan pada DSO 9 Rear Rubber Feet Penyangga osiloskop (Non

Teknis)

10 Run ControlMenjalankan atau

menghentikan akuisisi sinyal

10 Ventilation Fan Pendingin utama DSO

11 Trigger Control Mengatur mekanisme trigger pada sinyal

12 Shortcut & Local Mempercepat tahap tertentu (optional)

13 Horizontal Control Mengatur mekanisme pengukuran pada sumbu X

14 EXT TRIG BNC Terminal input trigger dari sumber luar

15 Channel 2 BNC Input Kanal 2 osiloskop

16 Vertical Control Mengatur mekanisme pengukuran pada sumbu Y

17 Channel 1 BNC Input Kanal 1 osiloskop

18 Function Buttons Memilih menu yang ditampilkan pada layar

19 Print Button Mengatur dan menjalankan fungsi “Print”

20 Probe Comp. Terminal

Terminal sumber sinyal internal untuk kalibrasi

probe

21 USB Host Interface

Terminal USB Device (Flash Disk, dll)

22 Tilt Feet Kaki penyangga

TUGAS PRA PERCOBAAN

Halaman 4

1. Pada kertas millimeter, gambarkanlah sketsa sebuah gelombang sinus pada suatu posisi tertentu, yang mempunyai amplitude 2 cm dan periode 0.02 sekon (ambillah sumbu x sebagai sumbu waktu dengan skala 3 cm = 0.01 sekon)

2. Apa yang dimaksud dengan beda fasa? (sertakan rumusan dan ilustrasinya)3. Apakah gambar Lissajous itu? (sertakan juga rumusan dan penggunaannya)4. Jabarkan definisi dari Vmaksimum, Vefektif, dan Vrms ?5. (Lihatlah tugas pendahuluan yang ditempel di papan pengumuman praktikum)

PERCOBAAN

Pada percobaan ini akan dilakukan hal-hal sebagai berikut:1. Mempersiapkan piranti osiloskop.

a. Bacalah datasheet atau user manual osiloskop yang digunakan (BK 2542/2542B) kemudian catatlah pada laporan sementara data terkait: bandwidth, real time sample rate, maximum input voltage, dan input impedance.

b. Nyalakan osiloskop.c. Lakukan proses kalibrasi probe dengan tahapan sebagai berikut : pilih penguatan

10X pada probe pasang probe pada salah satu kanal (Channel BNC 1 atau 2) kaitkan terminal positif probe ke terminal kompensasi (Probe Comp. Terminal) tekan tombol Auto Set putarlah knop kalibrator hingga menghasilkan kondisi under compensating & over compensating ( simpan data) putarlah kembali knop kalibrator hingga kondisi normal (simpan data).

d. Matikan osiloskop.e. Lepas terminal positif probe dari terminal kompensasi lalu kembalikan pada posisi

penguatan 1X.

2. Mengukur tegangan listrik bolak-balik (AC).a. Persiapkan osiloskop dan function generator.b. Nyalakan function generator.c. Atur amplitudo dan frekuensi luaran function generator pada level 14 Vpp – 50 Hz

(Ikutilah petunjuk asisten serta cermati dan ingatlah tata caranya).d. Ukur nilai amplitude dan frekuensi sinyal luaran pada terminal “Output”

menggunakan multimeter yang tersedia, catat hasil pengukurannya.e. Ubah nilai frekuensi ke level 25 Hz, 100 Hz, dan 250 Hz kemudian ulangi langkah

pada poin 2-d.f. Kembalikan level frekuensi pada 50 Hz.g. Hubungkan terminal “Output” function generator dengan terminal “Channel BNC 1

atau 2” osiloskop.h. Nyalakan osiloskop.i. Tekan tombol “Auto Set” pada osiloskop.j. Perhatikan bentuk sinyal yang muncul kemudian catat dan simpan data pengukuran

(measurement all) serta sinyalnya dalam format *.jpg dan *.csv.k. Ubah nilai frekuensi ke level 25 Hz, 100 Hz, dan 250 Hz kemudian ulangi langkah

pada poin 2-i-j.l. Matikan osiloskop dan function generator kemudian rapikan.

3. Mengukur beda fasa antar dua fungsi sinyal tegangan listrik.a. Persiapkan osiloskop, function generator, dan modul lissajous (resistor,

induktor/kapasitor, kabel, bread board).b. Ukur nilai resistor, inductor, dan kapasitor kemudian catat.c. Susunlah modul lissajous sesuai rangkaian berikut:

Halaman 5

Gambar 4 Lissajous dan rangkain pengukurannya

d. Nyalakan function generator kemudian atur amplitudo dan frekuensi luarannya pada level 10 Vpp – 50 Hz.

e. Nyalakan osiloskop, tekan tombol “Horizontal – Menu” pada layar sebelah kanan akan muncul mode pengukuran horizontal yang digunakan, pilih “X-Y”.

f. Ukur jarak A dan B masing-masing dari titik pusat koordinat dengan tahapan sebagai berikut: Tekan tombol “Cursor” pada layar sebelah kanan akan muncul “Cursor Menu”, tekan menu “Mode” kemudian pilih “Manual” tekan menu “Source”

kemudian pilih “CH2” tekan untuk memilih kursor Y1 putar knob

untuk memindahkan kursor Y1 ke puncak A atau B tekan untuk memilih

kursor Y2 putar knob untuk memindahkan kursor Y2 ke sumbu x yang sejajar dengan titik pusat koordinat catat nilai ∆Y yang terbaca kemudian simpan gambar lissajous dalam format *.jpg.

g. Ubah lah frekuensi luaran function generator menjadi 25 Hz dan 100 Hz kemudian ulangi langkah 3f.

h. Matikan osiloskop dan function generator kemudian rapikan seluruh piranti yang ada.

ANALISIS

Setelah percobaan selesai, lakukanlah proses analisis pada hal-hal sebagai berikut:1. Percobaan mempersiapkan piranti osiloskop.

a. Mengapa data terkait bandwidth, real time sample rate, maximum input voltage, dan input impedance perlu diketahui dalam percobaan ini? (Jelaskan satu persatu)

b. Mengapa kalibrasi perlu dilakukan dalam percobaan ini? Jelaskan pula mengenai penggunaan penguatan 10X pada proses kalibrasi ini.

c. Jelaskan analisis dari data kalibrasi yang Anda peroleh (dengan kata-kata Anda sendiri).

2. Percobaan mengukur tegangan listrik bolak-balik (AC).a. Jelaskan hasil analisis Anda terkait data percobaan yang diperoleh.b. Apa fungsi function generator pada percobaan ini?c. Mengapa perlu dilakukan pengukuran dengan multimeter sebelum pengukuran

dengan osiloskop? Jelaskan pula perbedaan kedua pengukuran tersebut.d. Adakah perbedaan level amplitudo dan frekuensi hasil pengukuran menggunakan

multimeter dan osiloskop? Mengapa demikian?e. Jelaskan hasil analisis Anda tentang pengaruh perubahan frekuensi pada level

amplitudo dan frekuensi sinyal (baik pada pengukuran menggunakan multimeter atau osiloskop).

f. Sudah sesuaikah nilai amplitudo, periode dan frekuensi hasil perhitungan dengan hasil pengukuran? Mengapa demikian?

3. Percobaan mengukur beda fasa antar dua fungsi sinyal tegangan listrik.a. Jelaskan hasil analisis Anda terkait data percobaan yang diperoleh.

Halaman 6

b. Hitunglah beda fasa pada masing-masing level frekuensi menggunakan rumusan di bawah ini:

c. Hitunglah beda fasa pada masing-masing level frekuensi menggunakan data ∆Y A dan B serta rumusan di bawah ini:

d. Adakah perbedaan antara hasil poin 3b dan 3c, mengapa demikian?e. Adakah pengaruh perubahan frekuensi pada bentuk lissajous dan nilai beda fasa?

Bila ada, jelaskan bagaimana pengaruhnya?

Halaman 7