Pengukuran Besaran Listrik (TC22082) Pertemuan 12

Pengukuran Besaran Listrik (TC22082) Pertemuan 12
OSILOSKOP
(CRO : CATHODE-RAY OSCILLOSCOPES)
Osiloskop mrpk instrumen dasar utk mempelajari semua tipe bentuk gelombang
(waveform). Osiloskop dapat digunakan utk mengukur besaran-besaran:
- tegangan puncak
- frekuensi
- beda fase
- lebar pulsa (pulse width)
- tunda waktu (delay time)
- waktu bangkit (rise time)
Sebuah osiloskop terdiri atas tabung katoda atau CRT (Cathode Ray Tube) dan
rangkaian input serta rangkaian kontrol.
Panel kontrol depan sebuah osiloskop dual trace diperlihatkan pd gambar
berikut.
Panel kontrol depan sebuah osiloskop dual trace
1

Gelombang yang akan diamati ditampilkan pada layar. Gelombang pada arah
vertikal dibagi-bagi (vertical divisions) utk keperluan pengukuran amplitude
gelombang. Pada arah horisontal, gelombang dibagi-bagi (horizontal divisions)
utk keperluan pengukuran periode waktu gelombang. Pada bagian bawah layar
terdapat saklar Power ON/OFF, kendali Intensitas (Intensity) utk mengatur
kecerahan (brightness) penampil, kendali Focus untuk mengatur kefokusan
garis pd penampil, dan sebuah tombol tekan Beam Finder utk menemukan
tampilan (yg sebelumnya telah digeser dari layar penampil).
Untuk keperluan menampilkan dua gelombang sekaligus, tersedia dua kanal
yaitu CHANNEL A dan CHANNEL B. Kegunaan tombol kendali POSITION
adalah utk menggeser masing-masing gelombang secara vertikal (ke atas atau
ke bawah) sehingga memungkinkan utk mengamati kedua gelombang dengan
posisi yang paling baik. Saklar pemilih (selektor) Volts/div utk setiap kanal
menentukan sensitivitas tampilan pada tegangan input. Saat Volts/div diset 1 V,
sebuah sinyal yang mempunyai amplitude puncak-ke-puncak 1 V akan
menempati satu bagian kotak (division) pd layar (disebut screen graticule).
Sebuah sinyal yang menempati empat bagian kotak (division) maka berarti sinyal
tsb mempunyai amplitude puncak-ke-puncak 4 V.
Saklar pemilih HORIZONTAL Time/div menentukan jumlah pembagian pada
arah horisontal yang diduduki oleh satu siklus gelombang yang ditampilkan pada
layar. Kendali oleh saklar pemilih ini akan mempengaruhi kedua sinyal masukan
(CHANNEL A dan CHANNEL B). Dengan Time/div = 1 ms, maka sinyal yang
menduduki tepat 1 kotak pada arah horisontal akan mempunyai periode waktu 1
ms. Demikian juga jika sinyal menduduki tepat 3,5 kotak pada arah horisontal
akan mempunyai periode waktu 3,5 x 1 ms = 3,5 ms. Knob HORIZONTAL
Position digunakan utk menggeser posisi gelombang yang ditampilkan pada
arah horisontal (ke kiri atau ke kanan).
2

Pengukuran Tegangan, Frekuensi, dan Fase
Pengukuran Tegangan Puncak ke Puncak
Amplitude puncak ke puncak dari sebuah gelombang dapat diukur dengan
mudah menggunakan osiloskop. Gambar berikut menunjukkan dua sinyal sinus
yang berbeda amplitude dan periode waktunya.
Dua sinyal sinus yang berbeda amplitude dan periode waktunya
Untuk mengukur amplitude puncak ke puncak sinyal sinus digunakan formula:
Vpp = (jumlah div arah vertikal) x (Volts/div)
Time/div = 0,5 ms/div
Volts/div = 100 mV/div
Sinyal sinus A
Amplitude puncak ke puncak yang tampak pd layar
= 4,6 kotak (= 4,6 div)
Maka tegangan puncak ke puncak sinyal A adalah
Vpp = (4,6 div) x (100 mv/div)
= 460 mV
3

Sinyal sinus B
Amplitude puncak ke puncak yang tampak pd layar
= 2 kotak (= 2 div)
Maka tegangan puncak ke puncak sinyal A adalah
Vpp = (2 div) x (100 mv/div)
= 200 mV
Menentukan Frekuensi Sinyal
Periode waktu dari sebuah sinyal sinus ditentukan dengan mengukur waktu yang
dibutuhkan untuk satu siklus pada arah horisontal (jumlah kotak atau div) dengan
memperhatikan kendali Time/div.
T = (jumlah div arah horisontal utk 1 siklus) x (Time/div)
Kemudian frekuensi ditentukan dengan melakukan inversi dari periode T, atau
f = 1/T
Pada gambar di atas, maka dapat ditentukan periode waktu dan frekuensi sbb:
Sinyal sinus A
( 8,
8 div)
× 0,
5 ms
T =
= 2,
2 ms
2 siklus
Sinyal sinus B
1 1
f = = = 455 Hz
T 2,
2 ms
( 8,
8 div)
× 0,
5 ms
T =
= 0,
73 ms
6 siklus
1 1
f = = = 1,
36 kHz
T 0,
73 ms
Pengukuran Fase
Beda fase antara dua gelombang diukur dengan metode yang diilustrasikan
pada gambar berikut. Setiap gelombang mempunyai periode waktu 8 div (arah
horisontal) dan beda waktu antara titik awal (commencement) setiap siklus
4

gelombang adalah 1,4 div. Satu siklus = 360°. Dengan demikian maka 8 div =
360°, ini juga berarti bahwa
o
360
1 div = = 45
8
Dua sinyal sinus yang berbeda fasenya
Maka beda fase antara kedua gelombang adalah
φ = (1,4 div) x (45°/div)
= 63°
Atau secara umum diformulakan sbg:
φ = (beda fase dalam div) x (derajat/div)
Pengukuran Pulsa
Pulse Amplitude (PA), Pulse Width (PW) dan Space Width (SW)
Dua gelombang berbentuk pulsa diperlihatkan pada gambar berikut. Amplitude
pulsa (PA = Pulse Amplitude) dapat dengan mudah diketahui seperti telah
dibahas sebelumnya. Jika Volts/div = 0,1 V/div maka pulsa pertama mempunyai
amplitude 0,2 V dan pulsa kedua mempunyai amplitude 0,24 V.
o
5

Dua gelombang berbentuk pulsa utk mengukur PA, PW, SW, dan T
Pada gambar juga diperlihatkan mengenai lebar pulsa (PW = Pulse Width), lebar
spase (SW = Space Width) dan Periode pulsa T. Jika Time/div yang dipilih
adalah 1 μs, maka dari gambar dapat diketahui bahwa:
Pulse Width = PW = 4,5 μs
Space width = SW = 3,5 μs
Periode = T = 8 μs
Rise Time, Fall Time, Delay Time
Pada gambar di atas, pulsa yang pertama (atas) mempunyai lereng yang sangat
curam (≈ tegak) saat berubah dari level rendah ke level tinggi. Sedangkan pada
gambar kedua (bawah), pada gelombang dapat diukur besaran-besaran rise time
tr (waktu bangkit), dan fall time tf. Jika gelombang pulsa yang pertama mrpk input
suatu rangkaian dan gelombang pulsa yang kedua adalah outputnya, maka
dapat ditentukan besarnya delay time td (tunda waktu).
6

Rise time adalah waktu yang dibutuhkan untuk pulsa mempunyai level 10%
harga akhir hingga naik ke level 90% harga akhir (yaitu saat pulsa beranjak naik
atau leading edge). Sedangkan fall time adalah waktu yang dibutuhkan untuk
pulsa dari level 90% harga akhir hingga turun ke level 10% harga akhir (yaitu
saat pulsa jatuh atau trailing edge). Tunda waktu adalah waktu yang dibutuhkan
hingga output mempunyai level 10% harga akhir (dihitung dari awal pulsa input).
Pada gambar di atas, jika Time/div = 1 μs, maka dari gambar dapat diketahui
bahwa:
tr = 0,7 μs
tf = 0,9 μs
td = 1 μs
Soal Latihan
1. Untuk dua gelombang yang ditampilkan menggunakan osiloskop seperti pada
gambar berikut, maka tentukanlah:
a. Amplitude kedua gelombang
b. Frekuensi kedua gelombang
c. Beda fase antara kedua gelombang
Gambar untuk soal no.1
7

2. Untuk gelombang pulsa yang ditampilkan menggunakan osiloskop seperti
pada gambar berikut, maka tentukanlah:
a. Amplitude pulsa
b. Frekuensi pulsa
c. Waktu bangkit pulsa
d. Fall time
Gambar untuk soal no.2
8