OSILOSKOP

Abdurrohman (140310130008)

Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran

Kamis, 26 Maret 2015

Asisten : M. Hilmi Zulkifli

Abstrak

Osiloskop merupakan instrumentasi yang berfungsi sebagai alat ukur dan alat untuk memetakan sinyal – sinyal keluaran dari suatu rangkaian, dimana dari sinyal tersebut dapat dihitung nilai tegangan, perioda, frekuensi dan beda sudut fase. Dimana pada percobaan kali ini akan menentukan besar tegangan power supply, frekuensi power supply, menghitung frekuensi resonansi pada rangkaian RLC, mengetahui beda sudut fase sinyal input dan output pada rangkaian RC dan mengetahui pengaruh resistor terhadp peredaman tegangan pada rangkaian RLC, dimana rangkaian RC maupun RLC disambungkan dengan osiloskop. Dari hasil percobaan didpat frekuensi power supply sebesar 50 Hz, tegangan power supply semakin besar seiring semakin besar tegangan inputnya, frekuensi resonansi RLC sebesar 1300,53 Hz dan beda sudut fase dapat dihitung dari nilai b dan B yang berasal dari elips pola Lissayous.

Kata Kunci : Osiloskop, Rangkaian RC dan RLC, frekuensi resonansi

I. Pendahuluan

Dalam kehidupan sehari – hari kita sering menggunakan berbagai macam bentuk aplikasi dari rangkaian elektronik, dalam sebuah rangkaian tersebut pasti memiliki karakteristik dimana karakteristik tersebut berupa sinyal – sinyal. Maka dari itu kita gunakan alat yang dapat memetakan dan menganalisis sebuah sinyal, alat tersebut dinamakan Osiloskop, dimana di dalam osiloskop kita juga dapat menghitung nilai tegangan power supply, frekuensi ppower supply, frekuensi resonansi dari rangkaian RLC, dan beda sudut fase antara input dan output dari rangkaian RC. Selain itu dari osiloskop juga kita dapat mengetahui sejauh mana pengaruh resistor terhadap peredaman tegangan pada rangkaian RLC. Maka dari itu kita melakukan percobaan Osiloskop ini yang akan memberikan informasi mengenai amplitudo sinyal pada rangkaian listrik dan perioda, jika sinyal tersebut merupakan sinyal sinusoida. Tetapi tidak hanya sinusoida saja. Sehingga, pada osiloskop juga dapat dilihat beda fasanya,.

II. Teori Dasar

2.1 Osiloskop

Salah satu instrument elektronika yang umum digunakan untuk mengukur dan menganalisa bentuk – bentuk gelombang dalam rangkaian elektronika adalah Osiloskop. Osiloskop adalah alat untuk memvisualisasikan grafik tegangan dengan tanggapan terhadap waktu.

Pada dasarnya osiloskop terbuat dari tabung sinar katoda atau disebut CRT (Cathode Ray Tube). CRT menghasilkan suatu berkas electron yang dipusatkan secara tajam dan dipercepat ke suatu kecepatan yang sangat tinggi. Osiloskop sinar katoda adalah instrument laboratorium yang sangat bermanfaat dan terandalkan yang digunakan untuk pengukuran dan analisa bentuk bentuk gelombang.

Beberapa kegunaan dari Osiloskop di antaranya :

Pengukuran tegangan

Pada dasarnya osiloskop adalah alat ukur tegangan. Pengukuran tegangan dilakukan dengan menghitung jumlah pembagi yang meliputi muka gelombang pada bagian skala vertical.

Pengukuran waktu dan frekuensi

Bagian skala horizontal merupakan skala untuk mengukur waktu. Pengukuran waktu meliputi perioda, lebar pulsa, dan waktu dari pulsa. Dengan mengukur perioda dari suatu gelombang maka frekuensinya akan diketahui.

Pengukuran beda fasa

Menggunakan mode XY pada osiloskop, kita dapat menampilkan sinyal input dibandingkan dengan dasar waktu pada sumbu horizontal. Fase gelombang adalah lamanya waktu yang dilalui dimulai dari satu loop hingga awal dari loop berikutnya diukur dalam derajat. Salah satu cara mengukur beda fasa adalah menggunakan mode XY. Yaitu dengan memplot satu sinyal pada bagian vertical (sumbu Y) dan sinyal lain pada sumbu horizontal (sumbu X). Metoda ini akan bekerja efektif jika kedua sinyal yang digunakan adalah sinyal sinusioda. Bentuk gelombang yang dihasilkan adalah berupa gambar yang disebut pola Lissayous. Dengan melihat bentuk pola Lissayous kita bisa menentukan beda fasa antara dua sinyal. Juga dapat ditentukan perbandingan frekuensi dari kedua sinyal tersebut. [1]

2.2. Rangkaian Resistor R, Induktor L, dan Kapasitor C.

2.2.1. Rangkaian Resistor R

Pada rangkaian resistor, Arus dan Tegangan memiliki fase yang sama.

2.2.2. Rangkaian Induktor RL

Pada rangkaian ini, Tegangan pada rangkaian mendahului Arus dengan sudut φ 90o

2.2.3. Rangkaian Kapasitor RC

Pada rangkaian kapasitor RC, arus pada rangkaian mendahului tegangan dengan sudut φ 90o

2.2.4. Rangkaian RLC

Karena beda fase tegangan dan fase arus pada R adalah nol, pada L adalah 90o (tegangan mendahului arus), dan pada C adalah

-90o (arus mendahului tegangan), maka pada rangkaian RLC ini, karakteristik akan ditentukan oleh besar C dan L.

Ada tiga kemungkinan yang terjadi yaitu :

1. Reaktansi induktif lebih besar daripada reaktansi kapasitif, XL>XC, sudut fase impedansi Z bernilai positif ( > 0o) sehingga rangkaian seri RLC dikatakan bersifat induktif.

2. Reaktansi induktif lebih kecil daripada reaktansi kapasitif, XL<XC, sudut fase impedansi Z bernilai negatif ( < 0o) sehingga rangkaian seri RLC dikatakan bersifat kapasitif.

3. Reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif, XL=XC, sudut fase impedansi Z bernilai positif ( = 0o) sehingga rangkaian seri RLC dikatakan bersifat resistif murni. Keadaan ketika sifat induktif saling meniadakan dengan sifat kapasitif inilah yang disebut keadaan resonansi.

Dengan demikian syarat terjadinya

resonansi adalah : X L=XC [2]

III. Percobaan

3.1 Alat dan bahan

Osiloskop Power Supply Frekuensi Counter Rangkaian RC Induktor Variabel resistor

X dan Y dihubungkan ke osiloskop

3.2 Metode Eksperimen

Mula – mula nyalakan osiloskop, kemudian osiloskop dikalibrasi, kemudian hubungkan osiloskop dengan frekuensi counter dan akan muncul sinyal berupa sinusoida, masukkan tegangan input dari 4 V, hitung jumlah amplitudo (dalam div), dan perioda (dalam div) dengan mengatur V/div dan T/div. Ulang hal tersebut untuk tegangan 6 V, 8 V dan 10 V. untuk menghitung frekuensi dengan lissayous, tinggal mengganti source pada tombol osiloskopnya saja menjadi Add, sedangkan untuk menghitung beda sudut fasa, rangkai rangkaian RC lalu hubungkan ke osiloskop kemudian catat nilai b dan B dari gambar elips yang muncul dari osiloskop. Dan yang terakhir resonansi listrik, rangkai rangkaian RLC lalu dihubungkan ke osiloskop sama dengan sebelumnya kita catat nilai b dan B dari pola elipsnya.

IV. Data dan Analisis

1. Menghitung tegangan dan frekuensi power

V=V¿ . Ampl (¿ )=1×2,4=2,4 Volt

T=T¿ .T (¿ )=0,00 5× 4=0.02 s

f = 1T

=50 Hz

2. Menghitung frekuensi dengan Lissayous

Menentukan Frekuensi dengan Lissayous

n/m F ( Hertz ) F osiloskop (Hz)1 50 500.5 100 500.33 150 49.950.25 205 51.250.2 255 512 25 503 17.5 52.5

3. Mengetahui beda sudut fase input dan output

Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian RC, yang dihubungkan dengan osiloskop, lalu hitung nilai b dan B dari elips pola lissayous

(a ) . sin φ= bB

=sin−1 1,42,6

=32,58

(b ) . φ=tan−1( 12 π f RC

)=tan−1 16,28 ×150 ×1500 × 0,0000001

=81,96

KSR =

|φkomponen−φpercobaanφkomponen |×100%=|81,96−32,58

81,96 |×100 %=60,24 %

4. Resonansi Listrik

F ( Hz) b B Θ (sin) Θ (tan)

KSR

150 1.4 2.6 32.58 81.96 60.2489200 1.8 3 36.87 79.33 53.52326300 2.2 3.2 43.43 74.22 41.48477400 2.4 3.4 44.83 69.32 35.32891500 3 3.6 56.41 64.78 12.92065600 3.2 3.8 57.35 60.5 5.206612700 3.4 4 58.21 56.59 -2.8627800 3.6 4 64.16 53 -21.0566900 3.6 4 64.16 49.72 -29.0426

1000 3.8 4 71.8 46.7 -53.7473

Output (v) T(div) A (div) f(Hz) V (volt)4 4 2.4 50 2.46 4 3.2 50 3.28 4 2.2 50 4.410 4 3 50 6

F ( Hz ) b B θ3000 0.4 2 11.543500 0.6 2 17.454000 0.6 2 17.454500 0.6 2 17.455000 0.6 2 17.45

(a). fr=1

2 π √LC=13001,53 Hz

(b) Fr grafik = 3000 Hz

(c). KSR = (13001,53 – 3000)/13001,53 * 100% = 76,9 %

5. Analisa

Pada Percobaan pertama, menghitung tegangan dan frekuensi power supply, didapat nilai frekuensi power supply tersebut 50 Hz untuk setiap tegangan masukan, hal itu menandakan nilai tegangan masukan tidk mempengaruhi perioda dan frekuensi sinyal, melainkan mempengaruhi amplitudo dan tegangan keluaran, maka dari itu nilai tegangan keluaran semakin besar seiring semakin besarnya tegangan masukan yang diberikan.

Pada percobaan selanjutnya yakni menghitung frekuensi dengan Lissayous, dari data tersebut dapat dihitung frekuensi power supply sesuai nilai perbandingan antara n/m=f1/f2, dimana f2 adalah frekuensi inputan.

Percoban menghitung beda sudut fase antara sinyal input dan output pada rangkaian RC dapat dilihat ada 2 rumus yang dapat digunakan, yakni dengan sin-1b/B dan tan-11/2. 3,14f. RC dimana rumus yang menggunakan tan adalah literaturnya, setelah dibandingkan dari kedua hasil tersebut didapat kesalahan relative yang bervariasi ada yang kecil ada pula yang besar, hal ini menandakan bahwa percobaan mengukur nilai b dan B cukup sulit

karena gambr yang muncul pada osiloskop sangat pipih sehingga data yang dihasilkan menjadi tidak akurat.

Untuk percobaan menghitung frekuensi resonansi listrik dari rangkaian RLC juga mengukur nilai b dan B nya cukup sulit karena gambar yang dihasilkan tidak berbentuk elips sehingga data beda sudut fase yang diihasilkan juga tidak akurat, hal tersebut dapat terlihat dari grafik beda sudut fase terhadap frekuensi. Sementara untuk menghitung frekuensi resonansinya dapat menggunakan rumus

fr= 12 π √LC

ataupun dari grafik antara beda

sudut fase terhadap frekuensinya, kalau fr grafik hasilnya adalah 3000 Hz karena pada keadaan tersebut sudut fase antara input dan output paling kecil atau nol. Sedangkan fr literaturnya berharga 13001,53 Hz sehingga KSR yang didapat sangat besar yakni 76,9 %, sekali lagi dari hasil KSR tersebut menandakan bahwa percobaan tersebut data yang didapat tidak akurat karena kesalahan praktikan saat mengukur nilai b dan B.

V. Simpulan

Dari hasil percobaan tersebut dapt disimpulkan bahwa :

1. Nilai tegangan dan frekuensi power supply dapat ditentukan dengan nilai frekuensi sebesar 50 Hz untuk setiap tegangan masukan, sedangkan nilai tegangan keluarannya semakin besar seiring tegangan masukan yang diberikan

2. frekuensi resonansi rangkaian RLC dapat ditentukan dengan melalui grafik beda sudut fase terhadap frekuensi dan melalui rumus literaturenya, dimana KSR yang didapat sebesar 76,9 %. Data yang dihasilkan pada percobaan ini tidak akurat

3. Beda sudut fase rangkaian RC juga dapat dihitung dengan sin-1b/B dan tan-11/2. 3,14f. RC, dimana KSR yang didapat juga bervariasi dari setiap frekuensi inputannya.

4. percobaan untuk mengetahui pengaruh resistor terhadap peredaman tegangan tidak dapat diketahui karena tidak melakukan percobaannya.

Daftar Pustaka

[1] Giancoli,Douglas C.2001. Fisika Jilid 2. Erlangga : Jakarta

[2] Sutrisno. 1979. Listrik Magnet dan

Termofisika. ITB : Bandung.