OSILOSKOPE

1.      Osiloskop

Osiloskop termasuk alat ukur elektronik, digunakan untuk melihat bentuk gelombang, menganalisis gelombang, dan fenomena lain dalam rangkaian elektronika (Gambar: 1). Dengan osiloskop dapat melihat amplitudo tegangan dan gelombang kotak, oleh karena itu harga rata-rata, puncak, RMS (root mean square), maupun harga puncak kepuncak atau Vp-p dari tegangan dapat kita ukur. Selain itu, juga hubungan antara frekuensi dan phasa antara dua gelombang juga dapat dibandingkan. Ada dua jenis osiloskop, yaitu osiloskop analog dan osiloskop digital.

  

                              Gambar: 1  Bentuk fisik osiloskop

2.      Data Teknik Osiloskop

• Arah Vertikal

Menampilkan Kanal-1 (K-1) atau Kanal-2 (K-2), Kanal-1 dan Kanal-2 AC atau chop Menjumlah atau Mengurangkan nilai Kanal-1 dan Kanal-2 Tampilan X-Y : Melalui K-1 dan K-2 (K-2 dapat dibalik/ diinvers) Lebar-Pita : 2 x 0 . . . . 40 MHz (-3dB) Kenaikan waktu : 7 ns, simpangan: < 1% Koefisien : di set 1 mV/cm . . . 20V/cm ± 3% Impedansi Input : 1 MΩ II 20 Pf Kopel Input : DC-AC-GND (Ground) Tegangan Input maks.: 400 V

• Arah Horisontal:

Koefisien waktu: 21 × 0,5 s sampai 100 ns/cm ± 3% (1-2-5 bagian), Lebar-pita penguat-X: 0……2,5 MHz (-3dB)

• Pembeda

Ukuran layar : 8 × 10 cm, raster dalam Tegangan akselarasi : 2000 V Kalibrator : generator kotak 1 kHz atau 1 MHz Output : 0,2 V ± 1

Blok diagram dasar osiloskop yang terdiri dari pemancar elektron (Electron Beam), pembelok vertical (Penguat-Y), pembelok horizontal (penguat-X), generator basis waktu (Sweep Generator), catu daya, dan tabung hampa (CRT) lihat Gambar 2.

                                  

          

Gambar: 2 Blok diagram sistem osiloskop

Pemancaran Elektron:

Merupakan bagian terpenting sebuah osiloskop. Katode di dalam CRT (Cathode Ray Tube) akan mengemisikan elektron-elektron ke layar CRT melalui elektrode-elektrode pemfokus intensitas pancaran elektron ditentukan oleh banyaknya elektron yang diemisikan oleh katode Gambar 3.

                                           

                                                                Gambar: 3 Pancaran elektron ke layar pendar CRT

Bahan yang memantulkan cahaya pada layar CRT dapat diperoleh dari sulfid, oksid atau silikat dari kadmium, yang diaktifkan melalui bahan tambahan dari perak, emas atau tembaga.

Pada umumnya dipilih warna hijau untuk tampilan cahaya pada layar CRT, karena mata manusia pada umumnya peka terhadap warna ini.

Penguat Vertikal:

Penguat ini dapat memberikan tegangan hingga 100 V. Penguat ini harus dapat menguatkan tegangan DC maupun AC dengan penguatan yang sama. Pengukuran sinyal dapat diatur melalui tombol POS (position).

Input-Y (Vert. Input):

Bagian ini terhubung dengan tombol pembagi tegangan, untuk membagi tegangan yang akan diukur, dengan perbandingan 10 : 1 atau 100 : 1. (Gambar 4). Tombol ini harus dibantu dengan sinyal kotak untuk kompensasi.

Penguat Horisontal:

Penguat ini memiliki dua input, satu dari sweep generator, menghasilkan trace (sapuan) horizontal lewat CRT dan input yang lain menguatkan sinyal eksternal dan ditampilkan pada CRT hanya pada sumbu horizontal.

Skala pada sumbu Horisontal CRT Osiloskop, digunakan untuk mengukur waktu (periode) dari sinyal yang diukur, misalnya 2 ms/ divisi.

                                   

                                                                     Gambar4:  Pancaran elektron ke layar pendar CRT

Generator-Waktu

Generator waktu menghasilkan sinyal gigi gergaji, yang frekuensinya dapat diatur, dengan cara mengatur periodenya melalui tombol TIME BASE. CRT akan menampilkan sinyal yang diukur (sinyal input) hanya jika periode sinyal tersebut persis sama dengan periode sinyal gigi gergaji ini atau merupakan kelipatan periodenya.

Triggering dan bias waktu

Sinyal gigi gergaji akan mulai muncul jika ada sinyal trigger (Gambar 5). Pada saat sinyal input melewati level trigger, maka sinyal gigi gergaji mulai muncul

Gambar: 5 Trigering memunculkan sinyal gigi gergaji

Catu Daya

Kinerja catu daya ini sangat mempengaruhi kinerja bagian lainnya di dalam osiloskop.

Catu daya yang tidak terregulasi dengan baik akan menyebabkan kesalahan pengukuran dan tampilan yang tidak baik pada CRT (fokus, kecerahan/ brightness, sensitifitas, dan sebagainya).

3. Osiloskop Dua Kanal

Seringkali orang perlu melakukan pengukuran dua sinyal AC yang berbeda dalam waktu yang sama. Misalnya kanal-1 mengukur sinyal input dan kanal-2 mengukur sinyal output secara bersamaan, maka osiloskop dua kanal mampu menampilkan dua sinyal dalam waktu bersamaan dalam satu layar.

Gambar:  6 Blok diagram Osiloskop dua kanal

Blok diagram osiloskop dua kanal Gambar 6 mempunyai sebuah sistem pembangkit

sinar (electron gun). Dua sinyal input dapat dimasukkan melalui kanal-1 dan kanal-2 (masingmasing penguat-Y). Pengaktifan kedua penguat-Y tersebut dipilih secara elektronik, melalui frekuensi yang berbeda untuk tiap kanal. Kedua sinyal input tersebut akan masuk melalui satu elektron-gun secara bergantian lalu ditampilkan pada CRT.

Jika sinyal input mempunyai frekuensi rendah, maka sakelar elektronik akan mengaturnya pada frekuensi tinggi. Sebaliknya, jika input sinyal mempunyai frekuensi tinggi, maka sakelar elektronik akan mengaturnya pada frekuensi yang lebih rendah.

Tampilan sapuan ganda (dual-trace) dari electron beam tunggal dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu chop time sharing dan alternate time sharing. Pemilihan kanal dilakukan oleh multivibrator yang akan mengoperasikan sakelar elektronik secara otomatis.

4. Osiloskop Digital

Blok diagram osiloskop digital (Gambar 7) semua sinyal analog akan digitalisasi.

Osiloskop digital, misalnya storage osciloscope terdiri dari:

• ADC (Analog-to-Digital Converter)

• DAC (Digital-to-Analog Converter)

• Penyimpan Elektronik

Gambar: 7 Blok diagram osiloskop digital

Pada osiloskop jenis ini, semua data yang akan ditampilkan disimpan di dalam RAM. Sinyal analog akan dicuplik (sampling), lalu dikuantisasi oleh ADC, yaitu diberi nilai (biner) sesuai dengan besarnya amplitudo tersampling (Gambar 8.38). Nilai ini dapat ditampilkan kembali secara langsung pada layar CRT atau monitor PC melalui kabel penghubung RS-232. Perbedaan antara osiloskop analog dan digital hanya pada pemproses sinyal ADC. Pengarah pancaran elektron pada osiloskop ini sama dengan pengarah pancaran elektron pada osiloskop analog. Osiloskop digital ada yang dilengkapi dengan perangkat lunak matematik untuk analisis sinyal atau printer.

Gambar:8 Sampling sinyal analog oleh ADC

5. Pengukuran dengan Osiloskop

Berikut ini diberikan ilustrasi pengukuran dengan menggunakan osiloskop meliputi:

1. pengukuran tegangan DC,

2. mengukur tegangan AC, periode, dan frekuensi,

3. mengukur arus listrik AC,

4. pengukuran beda phasa tegangan dengan arus listrik AC, dan

5. pengukuran sudut penyalaan thyristor.

5.1. Mengukur Tegangan DC,

Tahanan R1 dan R2 berfungsi sebagai pembagi tegangan. Ground osiloskop dihubung kan ke negatip catu daya DC. Probe kanal-1 dihubungkan ujung sambungan R1 dengan R2. Tegangan searah diukur pada mode DC.

Misalnya:

VDC = 5V/div. 3div = 15 V

Bentuk tegangan DC merupakan garis tebal lurus pada layar CRT. Tegangan terukur diukur dari garis nol ke garis horizontal DC.

Gambar: 9 Mengukur tegangan DC dengan osiloskop

5.2. Mengukur Tegangan AC, periode T, dan frekuensi F

Trafo digunakan untuk mengisolasi antara listrik yang diukur dengan listrik pada osiloskop.

Jika menggunakan listrik PLN maka frekuensinya 50 Hz.

Misalnya: Vp = 2V/div · 3 div = 6 V

Vrms = 6 2 V = 4,2 V

T = 2ms/div · 10 div = 20 ms

f = 1/T = 1/20ms = 50 Hz

Tegangan AC berbentuk sinusoida dengan tinggi U dan lebar periodenya T. Besarnya tegangan 6 V dan periodenya 20 milidetik dan frekuensinya 50 Hz.

Gambar: 10 Mengukur tegangan AC dengan osiloskop

5.3. Mengukur Arus Listrik AC

Pada dasarnya osiloskop hanya mengukur tegangan. untuk mengukur arus dilakukan secara tidak langsung dengan R = 1W untuk mengukur drop tegangan.

Misalnya:

Vp = 50 mV/div · 3div

 = 150 mV = 0,15 V

Vrms = 0,15 2 V = 0,1 V

I = Vrms/R = 0,1V / 1Ω

 = 0,1 A 8-26

Bentuk sinyal arus yang melalui resistor R adalah sinusoida menyerupai tegangan.

Pada beban resistor sinyal tegangan dan sinyal arus akan sephasa.

                  

Gambar: 11 Mengukur arus AC dengan osiloskop

5.4. Mengukur Beda Phasa Tegangan dengan Arus Listrik AC.

Beda phasa dapat diukur dengan rangkaian C1 dan R1. Tegangan U1 menampakkan tegangan catu dari generator AC. Tegangan U2 dibagi dengan nilai resistor R1 representasi dari arus listrik AC. Pergeseran phasa U1 dengan U2 sebesar Dx.

Misalnya: ϕ = Δx · 360°/XT = 2 div · 360°/8div = 90°

Tampilan sinyal sinusoida tegangan U1 (tegangan catu daya) dan tegangan U2 (jika dibagi dengan R1, representasi dari arus AC). Pergeseran phasa antara tegangan dan arus sebesar ϕ =900

Gambar:12  Mengukur beda phasa dengan Osiloskop

5.5. Mengukur Sudut Penyalaan TRIAC

Triac merupakan komponen elektronika daya yang dapat memotong sinyal sinusoida pada sisi positip dan negatip.

Trafo digunakan untuk isolasi tegangan Triac dengan tegangan catu daya osiloskop.

Dengan mengatur sudut penyalaan triger α maka nyala lampu dimmer dapat diatur dari paling terang menjadi redup.

Misalnya:

α = Δx · 360°/XT = (1 div. 360%) : 7 = 5 V

Gambar:13  Mengukur sudut penyalaan TRIAC dengan osiloskop

6. Metode Lissajous

Dua sinyal dapat diukur beda phasanya dengan memanfaatkan input vertical (kanal Y) dan horizontal (kanal-X). Dengan menggunakan osiloskop dua kanal dapat ditampilkan beda phasa yang dikenal dengan metode Lissajous.

a.      Beda phasa 0° atau 360°.

Dua sinyal yang berbeda, dalam hal ini sinyal input dan sinyal output jika dipadukan akan menghasilkan

konfigurasi bentuk yang sama sekali berbeda.

Sinyal input dimasukkan ke kanal Y (vertikal) dan sinyal output dimasukkan ke kanal X (horizontal)

berbeda 0°, dipadukan akan menghasilkan sinyal paduan berupa garis lurus yang membentuk sudut 45° (Gambar  .44).

                   

Gambar: 14 Mengukur sudut penyalaan TRIAC dengan Osiloskop

b. Beda phasa 90° atau 270°.

Sinyal vertikal berupa sinyal sinusoida. Sinyal horizontal yang berbeda phasa 90° atau 270° dimasukkan. Hasil paduan yang tampil pada layar CRT adalah garis bulat (Gambar 14).

     

Gambar:15  Sinyal input berbeda phasa 90°                                                            Gambar :16 Lissajous untuk menentukan

Frekuensi  dengan outpu

Pengukuran X-Y juga dapat digunakan untuk mengukur frekuensi yang tidak diketahui.

Misalnya sinyal referensi dimasukkan ke input horizontal dan sinyal lainnya ke input vertikal.

fv = frekuensi yang tidak diketahui

fR = frekuensi referensi

Nv = jumlah lup frekuensi yang tidak diketahui

NR = jumlah lup frekuensi referensi

Contoh Gambar 16 (c). Misalnya frekuensi referensi = 3 kHz, maka fV = 3. (2/3) kHz = 2 kHz

7. Rangkuman

Osiloskop termasuk alat ukur elektronik, digunakan untuk melihat bentuk gelombang, menganalisis

gelombang.

• Blok diagram dasar osiloskop yang terdiri dari pemancar elektron (Electron Beam), pembelok vertikal (Penguat-Y), pembelok horisontal (penguat-X), generator basis waktu (Sweep Generator), catu daya, dan tabung hampa (CRT).

• Dengan menggunakan osiloskop dua kanal dapat ditampilkan beda phasa yang dikenal dengan metode Lissajous.