Pengoperasian Osiloskop
7.8. Pengoperasian Osiloskop
7.8.1. Pengesetan
Pada bagian ini menguraikan bagaiaman melakukan pengesetan dan mulai menggunakan osiloskop khusus, bagaimana melakukan ground osiloskop mengatur pengendalian dalam posisi standard an menggnati probe. Penabumian merupakan langkah penting bila pengaturan untuk membuat pengukuran atau rangkaian bekerja. Sifat penbumian dari osiloskop melindungi pemakai dari tegangan kejut dan penabumian sendiri melindungi rangkaian dari kerusakan.
7.8.2. Menggroundkan osiloskop
Menggroundkan osiloskop artinya menghubungkan secara listrik
ground bumi. Ground osiloskop dilakukan dengan mengisi tiga kabel power ke dalam saluran ground ke ground bumi. Menghubung osiloskop dengan ground diperlukan untuk keamanan jika menyentuh tegangan tinggi kasus osiloskop tidak diground banyak kasus meliputi tombol yang muncul diisolasi ini dapat memberi resiko kejut. Bagaimanapun dengan menghubungkan osiloskop ke ground secara tepat, arus berjalan melalui alur ground ke ground bumi lebih baik dari pada tubuh ke groun bumi. Ground juga diperlukan untuk pengukuran yang teliti dengan osiloskop. Osiloskop membutuhkan berbagi ground yang sama dengan banyak rangkaian yang diuji.
Gambar 7-63. Probe reliable khusus pin IC
Banyak osiloskop tidak membutuhkan pemisah hubungan ke bumi ground. Osiloskop mempunyai dengan menjaga kemungkinan resiko kejut dari pengguna.
7.8.3. Ground Diri Pengguna
Jka bekerja dengan rangkaian terpadu (IC), juga diperlukan untuk mengubungkan tubuh dengan ground. Rangkaian terpadu mempunyai alur konduksi tipis yang dapat dirusak oleh listrik statis yang dibangun pada tubuh. Pemakai dapat menyelamatkan IC mahal secara sederhana dengan alas karpet dan kemudian menyentuh kaki IC. Masalah ini diselesaikan pakaian dengan tali pengikat ground ditunjukkan dalam gambar 6.4. Tali pengikat secara aman mengirim perubahan statis pada tubuh ke ground bumi.
7.8.4. Pengaturan Pengendali
Bagian depan osiloskop biasanya terbagi dalam 3 bagian utama yang ditandai vertikal, horisontal dan picu. Osiloskop mungkin mempunyai bagian-bagian lain tergantung pada mmodel dan jenis analog atau digital. Kebanyakan osiloskop memiliki sekurang- kurangnya dua kanal masukan dan setiap kanal dapat memperagakan bentuk gelombang pada layar. Osiloskop multi kanal sangat berguna untuk membandingkan bentuk gelombang. Beberapa osiloskop mempunyai tombol AUTOSET dan atau DEFAULT yang dapat
langkah menampung sinyal. Jika osilskop tidak memiliki kemampuan ini, perlu dibantu mengatur pengendalian posisi standar sebelum pengukuran dilakukan. Pada umumnya instruksi pengaturan osiloskop posisi standar adalah sebagai berikut :
Atur osiloskop untuk mempergakan kanal 1 Atur skala vertikal volt/div dan posisi ditengah cakupan posisi Offkan variable volt/div Offkan pengaturan besaran Atur penghubung masukan kanal 1 pada DC Atur mode picu pada auto Atur sumber picu ke kanal 1 Atur picu holdoff ke minimum atau off Atur pengendali intensitas ke level minimal jika disediakan Atur pengendali focus untuk mencapai ketajaman peraga Atur posisi horisontal time/div, posisi berada ditengah-tengah cakupan posisi.
7.8.5. Penggunaan Probe
Sebuah probe berfungsi sebagai komponen kritis dalam sistem pengukuran, memastikan integritas sinyal dan memungkinkan pengguna untuk mengakses semua daya dan performansi dalam osiloskop. Jika probe sangat sesuai dengan osiloskop, dapat dipastikan mengakses semua daya dan performansi osiloskop dan akan memastikan integritas sinyal terukur.
Probe dikompensasi dengan benar
Probe pengatur
Amplitudo sinyal
tes sinyal 1MHz
Gambar 7-64. Hasil dengan probe dikompensasi Probe tidak dikompensasi
Probe Amplitudo pengatur
sinyal
sinyal berkurang
Gambar 7- 65 Hasil dengan probe dikompensasi Probe kompensasi berlebihan
Amplitudo tes Probe
sinyal 1MHz pengatur
sinya l
Gambar 7-66. Probe kompenasi berlebihan
Kebanyakan osiloskop mempunyai Hubungkan probe ke probe acuan sinyal gelombang kotak
kompensasi misal acuan sinyal disediakan pada terminal depan
gelombang kotak digunakan untuk menggantikan
Ground probe dihubungkan kerugian probe. Instruksi untuk
dengan ground osiloskop mengganti kerugian probe pada
Perhatikan sinyal acuan umumnya sebagai berikut :
gelombang kotak Tempatkan probe pada kanal
Buat pengaturan probe yang Buat pengaturan probe yang
siku.
Tegangan puncak
Tegangan puncak ke puncak
Sumbu nol Harga RMS
Gambar 7-67. Tegangan puncak ke puncak
gratikul
Pengukuran senter gratikul horisontal dan vertikal
Gambar 7-69. Pengukuran Gambar 7-68. Pengukuran amplitudo senter
gratikul waktu tegangan
Pada saat mengkompensasi, digunakan. Ini akan memastikan selalu sertakan beberapa asesoris
bahwa osiloskop memiliki yang perlu dan hubungkan probe
kekayaan listrik sebagaimana ke kanal vertikal yang akan yang terukur.
Teknik Pengukuran Dengan Osiloskop. Ada dasar pengukuran dengan
pengukuran ini merupakan osiloskop adalah tegangan dan
penggabuangan teknik instrument waktu. Oleh karena itu untuk
analog dan juga dapat digunakan pengukuran yang lain pada
menginterpretasikan dasarnya adalah satu dari dua
untuk
peragaan DSO dan DPO. teknik dasar tersebut. Dalam
Kebanyakan osiloskop digital meliputi perangkat pengukuran yang Kebanyakan osiloskop digital meliputi perangkat pengukuran yang
7.8.6. Pengukuran Tegangan
Tegangan merupakan bagian dari potensi elektrik yang diekspresikan dalam volt antara dua titik dalam rangkaian. Biasa salah satu titiknya dalah ground (nol volt) namun tidak selalu. Tegangan dapat diukur dari puncak ke puncak yaitu titik maksimum dari sinyal ke titik minimum. Harus hati-hati dalam mengartikan tegangan tertentu. Terutama osiloskop piranti pengukur tegangan. Pada saat mengukur tegangan kuantias yang lain dapat dihitung. Misal hukum ohm menyaakan bahwa tegangan antara dua tiik dalam rangkaian sama dengan arus kali resistansi. Dari dua kuantitas ini dapat dihitung : Tegangan = arus X resistansi Arus = (Tegangan / resistansi ) Resistansi = (tegangan / arus). Rumus an lain hokum daya, daya
sinyal DC sama dengan teganga kali atus. Perhitungan lebih komplek untuk sinyal AC, namun pengukuran tegangan merupakan langkah pertama untuk penghitungan besaran yang lain. Gambar 7-67 menunjukkan satu dari tegangan puncak (Vp) dan
tegangan puncak ke puncak (Vp- p). Metode yang paling dasar dari pengukuran tegangan adalah menghitung jumlah dari luasan divisi bentuk gelombang pada skala
vertikal osiloskop . Pengaturan sinyal meliputi pembuatanan layar secara vertikal untuk pengukuran tegangan terbaik (gambar 7-67). Semakin banyak area layar yang digunakan pembacaan layar semakin akurat . Beberapa osiloskop mempunyai satu garis kursor yang membuat pengukuran bentuk gelombang secara otomatis pada layar, Tanpa harus menghitung tanda gratikul. Kursor merupakan garis sederhana yang dapat berpindah melintasi layar. Dua garis kursor horisontal dapat bergerak naik dan turun untuk melukiskan amplitudo bentuk gelombang dari teganga yang diukur, dan dua garis vertikal bergerak ke kanan dank e kiri untuk pengukuran waktu. Pembacaan menunjukkan posisi tegangan atau waktu.
7.8.7. Pengukuran Waktu dan Frekuensi
Pengukuran waktu dengan menggunakan skala horisontal dari osiloskop. Pengukuran waktu meliputi pengukuran perioda dan
lebar pulsa. Frekuensi kebalikan dari perioda sehingga perioda dikeahui, frekuensi merupakan satu dibagi dengan perioda.
Sebagaimana pengukuran Pengukuran pulsa standar berupa tegangan, pengukuran waktu lebih
lebar pulsa dan waktu naik pulsa. akurat bila diatur porsi sinyal yang
Waktu naik berupa sebagian pulsa diukur meliputi sebagian besar
pada saat beranjak dari tegangan area dari layar seperti ditunjukkan
rendah ke tinggi. Waktu naik gambar 7-67.
diukur dari 10% sampai 90% dari tegangan pulsa penuh.
7.8.8. Pengukuran Lebar dan Ini mengurangi sudut transisi
ketidakteraturan pulsa. Lebar Dalam banyak aplikasi, detail
Waktu Naik Pulsa
pulsa merupakan bagian dari bentuk pulsa penting. Pulsa dapat
waktu pulsa beranjak dari rendah menjadi distorsi dan menyebabkan
ke tinggi dan kembali ke rendah rangkaian digital gagal fungsi dan
lagi. Lebar pulsa diukur pada 50% pewaktuan pulsa dalam rentetan
dari tegangan penuh (gambar 7- pulsa seringkali signifikan.
Rise time
Fall time
Lebar pulsa
Gambar 7-70. Pengukuran rise time dan lebar pulsa
7.8.9. Pengukuran Pergeseran Fasa
Metode untuk pengukuran penjejakan tegangan. Bentuk pergeseran fasa, perbedaan waktu
gelombang yang dihasilkan dari antara dua sinyal periodik yang
susunan ini dinamakan pola identik, menggunakan mode XY.
Lissayous (nama ahli Fisika Teknik pengukuran ini meliputi
Perancis Jules Antoine pemberian sinyal masukan pada
Lissayous). Dari bentuk pola sistem vertikal
Lissayous dapat dibaca biasanya dan kemudian sinyal
sebagaimana
perbedaan fasa antara dua sinyal sinyal lain diberikan pada sistem
dapat juga perbandingan frekuensi horisontal
yang dinamakan (gambar 7-48) menunjukkan pola pengukuran XY karena kedua
untuk perbandingan frekuensi dan sumbu X dan Y melakukan
pergeseran fasa yang bervariasi.
BAB 8
FREKUENSI METER
Tujuan Pokok Bahasan
Setelah mengikuti pembahasan Dalam frekuensi meter tentang frekuensi meter, para
pembahasan meliputi : pembaca diharapkan dapat : 1. Mendiskripsikan
1. Frekuensimeter analog jenis- frekuensi meter
jenis-jenis
jenis dan prinsip kerjanya 2. Mampu menjelaskan prinsip kerja
2. Frekuensimeter digital cara frekuensi meter
kerja, metoda pengukuran, jenis 3. Mampu
jenis kesalahan dan cara penggunaan frekuensi meter.
memahami cara
penggunaannya.
membentuk lidah-lidah getar, Frekuensi meter adalah meter
8.1. Frekuensi Meter Analog
masing-masing mempunyai yang digunakan untuk mengukur
frekuensi getar yang berbeda. banyaknya pengulangan gerakan
Lidah-lidah getar dipasang periodik perdetik. Gerakan
bersama-sama pada sebuah alas periodik seperti detak jantung,
fleksibel yang terpasang pada ayunan bandul jam.
sebuah jangkar elektromagnit. Ada dua jenis frekuensi meter
Kumparan elektromagnet diberi analog dan digital. Frekuensi energi listrik dari jala-jala arus meter analog merupakan alat ukur
bolak-balik yang frekuensinya yang digunakan untuk mengukur
akan ditentukan, maka salah satu besaran frekuensi dan yang
dari lidah-lidah getar akan berkaitan dengan frekuensi.
beresonansi dan memberikan Terdapat beberapa jenis
defleksi yang besar bila frekuensi frekuensimeter analog diantaranya
getarnya sama dengan frekuensi jenis batang atau lidah getar, alat
magnet bolak-balik ukur ratio dan besi putar. Dalam
medan
tersebut.
mengukur frekuensi atau waktu perioda secara elektronik dapat dilakukan dengan beberapa cara.
8.1.1. Alat ukur frekuensi jenis batang atau lidah bergetar
Alat ukur frekuensi lidah getar prinsip kerjanya berdasarkan resonansi mekanis. Jika sederetan
kepingan baja yang tipis
Gambar 8 -2 Prinsip frekuensi meter jenis batang getar Batang yang frekuensi dasarnya
penunjukannya secara bertangga sama dengan frekuensi
dalam 0,5 atau 1 Hz. Untuk elektromagnet diberi energi, akan
mempertahankan kalibrasi, membentuk suatu getaran.
syaratnya getaran batang-batang Getaran batang ini dapat dilihat
dipertahankan dalam batas-batas pada panel alat ukur berupa
Kerugian alat ini getaran batang ditunjukkan
yang wajar.
penunjukan tidak cepat mengikuti melalui jendela. Apabila frekuensi
perubahan-perubahan frekuensi. yang diukur berada diantara
Sehingga alat ukur jenis ini hanya frekuensi dua batang yang
dipergunakan untuk frekuensi- berdekatan, maka kedua batang
frekuensi komersiil. akan bergetar dan frekuensi jala- jala paling dekat pada batang yang bergetar paling tinggi. Frekuensi langsung terbaca dengan melihat skala pada bagian yang paling banyak bergetar ( misal 50 Hz). Pada lidah getar gaya bekerja berbanding lurus dengan kuadrat fluksi magnet
tetap ¢ yang disebabkan
oleh
magnet
permanen dan fluksi arus bolak- balik ¢ m sin ωt (pada gambar 8-2).
Alat ukur ini mempunyai keuntungan karena konstruksi sederhana dan sangat kokoh,
Gambar 8 – 3 . Bentuk frekuensi tidak dipengaruhi oleh tegangan
meter batang getar
8.1.2. Alat pengukur frekuensi dari type alat ukur rasio
Dalam alat ukur frekuensi ini, frekuensi sedikit di bawah skala kumparan-kumparan medan
terendah dari instrumen. sebagian membentuk
Kumparan medan 2 adalah seri rangkaian resonansi terpisah.
dua
dengan induktor L 2 dan kapasitor Kumparam medan 1 seri dengan
C 2 , dan membentuk sebuah
rangkaian resonan yang diatur membentuk sebuah rangkaian
induktor L 1 dan kapasitor C 1 , dan
pada frekuensi sedikit lebih tinggi resonan yang diset ke suatu
dari skala tertinggi instrumen.
i 1 arus pada M 1 i2 arus pada M 2
Gambar 8 - 4 Prinsip frekuensi meter jenis meter pembagi Konstanta-konstanta rangkaian
terdiri dari penjumlahan kedua dipilih sedemikian rupa sehingga
arus kumparan medan. Karena menyebabkan arus-arus tersebut
torsi yang dihasilkan oleh kedua mempunyai resonansi masing-
arus terhadap kumparan putar masing 42 Hz dan 58 Hz seperti
berlawanan dan torsi tersebut pada gambar 8-4. Rasio dari I 1 merupakan fungsi dari frekuensi
dan I 2 akan berubah secara tegangan yang dimasukkan. monoton dengan frekuensi-
Setiap frekuensi yang dimasukkan frekuensi di atas dan di bawah 50
dalam batas ukur instrumen, Hz.pada pertengahan skala.
membangkitkan torsi yang Kedua kumparan medan disusun
menyebabkan jarum berada pada seperti pada gambar 8-3 dan
posisi yang hasil pengukuran. dikembalikan ke jala-jala melalui
Torsi pemulih dilengkapi dengan gulungan kumparan yang dapat
sebuah daun besi kecil yang berputar. Torsi yang berputar
dipasang pada kumparan yang sebanding dengan arus yang
berputar. Alat ukur ini biasanya melalui kumparan putar, arus ini
terbatas pada frekuensi jala-jala.
8.1.3 . Alat ukur frekuensi besi putar
Prinsip kerja alat ukur ini satu sama lain. Bagian pusat tergantung pada perubahan arus
dipasangkan sebuah jarum yang dialirkan pada dua rangkaian
panjang dari besi lunak ringan paralel,
satu induktif dan yang dan lurus sepanjang resultante lain non induktif. Bila terjadi
medan magnet dari dua perubahan frekuensi
kumparan. Alat ukur ini tidak kumparan A dan B yang terpasang
dua
menggunakan peralatan permanen
sumbu-sumbu pengontrol (ditunjukkan pada magnetnya akan saling tegak lurus
Gambar 8 – 5 Prinsip Alat Ukur frekuensi besi putar
Gambar 8 – 6 Bentuk frekuensi meter analog
A mempunyai tahanan seri R A dan
jarum akan bergerak mendekati
paralel dengan induktansi L A ;
sumbu medan magnet pada
kumparan B seri dengan R B dan
kumparan B. Alat ukur ini dapat
dirancang pada batas ukur Induktansi L berfungsi untuk
paralel dengan induktansi L B .
frekuensi yang lebar maupun membantu menekan harmonis- sempit tergantung pada harmonis
tinggi pada bentuk parameter-parameter yang ada gelombang arus, sehingga
pada rangkaian. memperkecil kesalahan penunjukan alat ukur.
8.2. Frekuensi Meter Digital
Alat ukur saat dihubungkan
8.2.1. Prinsip kerja
dengan sumber tegangan, arus Sinyal yang akan diukur akan mengalir melalui kumparan A
diubah menjadi dan B dan menghasilkan kopel
frekuensinya
barisan pulsa, satu pulsa untuk yang berlawanan. Jika frekuensi
setiap siklus sinyal. Kemudian sumber yang diukur tinggi, maka
jumlah pulsa yang terdapat pada arus yang mengalir pada
interval waktu tertenu dihitung kumparan A akan lebih besar
dengan counter elektronik. Karena dibanding dengan arus yang pulsa ini dari siklus sinyal yang mengalir pada kumparan B,
tidak diketahui, jumlah pulsa pada dikarenakan adanya penambahan
counter merupakan frekuensi
sinyal yang diukur. Karena counter Akibatnya medan magnet
reaktansi dari induktansi L B .
elektronik ini sangat cepat, maka kumparan A lebih kuat dibanding
sinyal dari frekuensi tinggi dapat medan magnet kumparan B,
diketahui.
sehingga jarum bergerak Blok diagram rangkaian dasar mendekati sumbu medan magnet
meter frekuensi digital pada kumparan A. Jika frekuensi
diperlihatkan pada gambar 8-7. sumber yang diukur rendah, maka
sinyal frekuensi tidak diketahui kumparan B mengalirkan arus
dimasukkan pada schmitt trigger. lebih besar dari kumparan A dan
Gambar 8 – 7 Rangkaian dasar frekuensi meter digital. Sinyal diperkuat sebelum masuk waktu naik dan turun yang sangat Gambar 8 – 7 Rangkaian dasar frekuensi meter digital. Sinyal diperkuat sebelum masuk waktu naik dan turun yang sangat
dan Schmitt Trigger masuk ke gerbang frekuensi pulsa sinyal input dapat start-stop. Bila gerbang terbuka diketahui. Misalnya f adalah (start), pulsa input melalui gerbang frekuensi dari sinyal input, N jumlah ini dan mulai dihitung oleh counter pulsa yang ditunjukkan counter dan elektronik. Bila pintu tertutup (stop), t adalah interval waktu antara start pulsa input pada counter berhenti dan stop dari gerbang. Maka dan counter berhenti menghitung.
frekuensi dari sinyal yang tidak Counter memperagakan (display) diketahui dapat dihitung dengan jumlah pulsa yang telah masuk persamaan di bawah ini melaluinya antara interval waktu .
N F= .
t Untuk
mengetahui frekuensi fungsinya mengubah gelombang sinyal input, interval waktu
non kotak menjadi gelombang gerbang antara start dan stop
pulsa dengan harus diketahui dengan teliti.
kotak atau
kecepatan yang sama dengan Interval waktu perlu diketahui
frekuensi osilator clock. Barisan sebagai time base
pulsa kemudian masuk melalui secara blok diagram ditunjukkan
rangkaian
rangkaian pembagi frekuensi pada gambar 8 – 8. Time base persepuluhan yang dihubungkan terdiri dari osilator kristal dengan
secara cascade. Setiap pembagi frekuensi tetap, schmit trigger,
persepuluhan terdiri dari dan pembagi frekuens. Osilator
penghitung sepuluhan dan diketahui sebagai osilator clock
pembagi frekuensi dengan 10. harus sangat teliti, supaya
hubungan dibuat dari output setiap ketepatannya baik, kristal ini
pembagi persepuluhan secara dimasukkan ke dalam oven
serie, dan dilengkapi dengan bertemperatur konstan.
switch selektor untuk pemilihan Output dari osilator frekuensi
time base yang tepat. konstan masuk ke Schmitt Trigger
Pada blok diagram gambar 8-8. -2 pada tap 10 x dan interval frekuensi osilator clock adalah 1 3 waktunya 100 pulsa
6 μdetik; 10 -3 MHz atau 10 Hz. Jadi output 6 per detik pada tap 10 2 x dan
Schmitt Trigger 10 pulsa per interval waktu 1 mdetik; 10 -4 pulsa detik. Pada setiap 1x dari switch
per detik pada tap 10 x dan ada 10 6 pulsa per detik, dan interval waktu 10 mdetik; 10 pulsa
interval waktu antara dua pulsa -5 perdetik pada tap 10 dan interval yang berturutan 10 -6 detik atau
waktu 100 mdetik; satu pulsa per -6
1 μdetik. Pada tiap 10 x, pulsa detik pada tap 10 x dan interval telah melalui satu pembagi
waktunya 1 detik. Interval waktu persepuluhan, dan berkurang
antara pulsa-pulsa ini adalah time dengan faktor 10, dan sekarang 5 base dan dapat dipilih dengan
ada 10 pulsa perdetik. Jadi switch selektor (switch pemilih). interval waktu diantaranya adalah
Pernyataan
simbolik dari
10 μdetik. Dengan cara yang rangkaian flip-flop (FF) sama, ada 10 4 pulsa per detik digambarkan pada gambar 8 - 9.
Gambar 8 - 9 Pernyataan simbolik dari rangkaian flip-flop. Flip-flop berfungsi sebagai
rangkaian multivibrator bistable gerbang start dan stop, dan dan mempunyai dua keadaan rangkaian flip-flop diperlihatkan
seimbang.
pada gambar 8-10. ini adalah
RC
RC
RB
RB
Bila output Υ pada tegangan positif dan output Y pada tegangan 0
Keadaan 0 (state 0)
Bila output Υ pada tegangan nol dan output Y pada tegangan positip
Keadaan 1 (state 1)
Tegangan negatif diberikan pada keadaan ke yang lain, suatu set terminal S, merubah flip-flop ke
inverter harus digunakan pada keadaan 1. bila sekarang pulsa
terminal input untuk merubah negatip diberikan pada terminal
pulsa trigger positif menjadi pulsa reset R, flip-flop berubah menjadi negatif. Pada langkah ini akan keadaan 0. perlu dicatat dalam hal
diketahui cara kerja gerbang AND, pulsa positif digunakan untuk
karena ini digunakan pada merubah flip-flop dari satu
rangkaian instrumen digital.
Gambar 8 - 11 Rangkaian AND
Gerbang AND lambang gerbang input 0, ada arus melalui dioda AND diperlihatkan pada gambar
karena mendapat bias maju dan 8-11. Input A dan B sedang
output 0. bila dua input tersebut outputnya A.B, dibaca sebagai “A
berubah terhadap waktu, respon dan B”. Bila input dalam bentuk
rangkaian AND diperlihatkan pada pulsa tegangan positif, input A dan
gambar 8 - 12. Tabel kebenaran
B “Reverse Bias” semua dioda untuk rangkaian ini diberikan pada (pada gambar 8-11), dan tidak ada
gambar 8 - 12, 0 menyatakan tidak arus melalui tahanan sehingga
ada input atau output, dan 1 outputnya positif. Bila salah satu
menyatakan ada input dan output.
Secara singkat gerbang AND inpit lainnya dapat muncul mempunyai dua input dinyatakan
sebagai pulsa positif pada output dengan simbol A dan B. Bila
(pada gambar 8 -12). Sebaliknya tegangan positif diberikan pada
bila gerbang ditutup, pulsa tidak salah satu terminal input, gerbang
melaluinya. Rangkaian terbuka dan tetap terbuka selama
dapat
lengkap untuk pengukuran tegangan positif tetap pada input
diperlihatkan pada tersebut. Dengan gerbang terbuka
frekuensi
gambar 8 - 13. pulsa, positif yang diberikan pada
Gambar 8 – 13 Rangkaian untuk mengukur frekuensi. Pulsa positif dari sumber frekuensi
dari gerbang utama. Karena itu yang tidak diketahui sebagai sinyal
tidak ada pulsa dari sumber yang dihitung masuk pada input
frekuensi yang tidak diketahui,
A gerbang utama dan pulsa positif dapat lewat melalui gerbang selektor time base masuk pada
utama. Supaya mulai bekerja, input B ke “gerbang start”. Mula-
pulsa positif disebut pulsa mula flip-flop FF, pada keadaan 1.
pembaca (“Read Pulse”) diberikan Tegangan pada output Y
pada terminal reset R dari FF 1 , dimasukkan pada input A salah
ini menyebabkan FF 1 berubah satu terminal masukan dari
keadaan dari 1 ke 0. Sekarang “gerbang stop”
membuka gerbang. Tegangan 0 output Υ tegangan positif dan
berfungsi
output Y nol. Sebagai hasilnya, masuk ke input A dari “start
dari output Y flip-flop FF 1 yang
“gerbang stop” menutup dan gerbang” menutup gerbang ini.
“gerbang start” terbuka. Pulsa Bila “gerbang stop” terbuka, pulsa
yang sama diberikan positif dari time base dapat lewat
pembaca
dekade counter pada set input terminal S dari flip-
pada
menyebabkannya menjadi nol dan flop FF 2 dan menjadikannya tetap
penghitungan mulai bekerja. pada Keadaan 1. tegangan 0 dari
Bila pulsa lain dari time base Bila pulsa lain dari time base
stop” yang terbuka ke terminal dihasilkan dari input Y (disebut
input set S dari FF 2 , merubah sinyal gating) dimasukkan pada
kembali ke keadaan 1. Input dari input B dari gerbang utama,
terminal Υ menjadi nol, dan Sekarang pulsa dari sumber
membuka gerbang
tersebut.
gerbang utama frekuensi yang tidak diketahui
karenanya
menutup penghitungan berhenti. dapat lewat dan dicatat pada
Jadi counter menghitung jumlah counter. Pulsa yang sama lewat
pulsa yang lewat gerbang utama gerbang start masuk pada set
pada interval waktu antara dua input S dari FF 1 merubahnya dari pulsa yang berturutan dari selektor keadaan 0 ke 1. Ini menyebabkan
time base. Sebagai contoh, time gerbang start tertutup
base dipilih 1 detik, jumlah pulsa gerbang
dan
yang ditunjukkan counter karena gerbang utama tetap
stop.terbuka.
Tetapi
merupakan frekuensi sumber yang terbuka, pulsa dari sumber
tidak diketahui dalam satuan Hz. frekuensi yang tidak diketahui
Peralatan terdiri dari dua gerbang tetap lewat menuju counter.
AND dan dua flip-flop, disebut Pulsa selanjutnya dari time base
gerbang control flip-flop.
8.2.2. Rangkaian Frekuensi Meter Digital yang Disedehanakan
Rangkaian frekuensi meter digital sederhana diperlihatkan pada gambar
Ada dua sinyal yang harus diikuti : Sinyal input atau sinyal yang
Sinyal gating ini memberikan selang dihitung
waktu dimana counter (yang terdiri dari pengukuran.
dekade counter) akan menghitung semua pulsa yang masuk.
Sinyal input diperkuat dan masuk didisplay pada DCAS. Frekuensi ke Schmitt Trigger, dimana sinyal
dapat dibaca langsung dalam hal dirubah menjadi barisan pulsa.
time base selektor menggerakkan Time base dibentuk oleh Schmitt
titik desimal pada display. Trigger menjadi pulsa-pulsa terpisah 1 μ detik. Pulsa ini masuk
8.3. Metode Pengukuran
ke rangkaian dekade 6 (DDA’S).
8.3.1. Pengukuran Frekuensi Switch selektor mengeluarkan Dengan Counter
interval waktu yang diperoleh dari Frekuensi dapat diukur dengan
1 μ detik sampai 1 detik. Input dari menghitung jumlah siklus dari time base berasal dari osilator
sinyal yang tidak diketahui selama clock dan schmitt trigger.
interval waktu yang dikontrol. Pulsa output pertama dari switch
Gambar 8 - 15 memperlihatkan time base selektor lewat melalui
diagram untuk counter yang schmitt trigger ke gerbang control
bekerja sebagai pengukur flip-flop. Gerbang control flip-flop
frekuensi.
dalam keadaan dimana sinyal Ada dua sinyal yang perlu diikuti yang memenuhi dapat masuk ke
sinyal input dan sinyal gating. gerbang utama adalah AND
Kedua sinyal masuk ke gerbang gerbang, pulsa sinyal input
utama, yang biasanya merupakan dibiarkan masuk ke DCAs, dimana
gerbang AND 2 input. Input sinyal mereka akan dihitung semua dan
yang akan diukur frekuensinya, didisplay. Proses ini berlanjut
pertama kali masuk ke suatu sampai pulsa kedua sampai pada
dan kemudian ke control flip-flop dari DDAs (dekade
amplifier
rangkaian schmitt trigger. Di sini deviding assembles) atau
sinyal dirubah menjadi gelombang rangkaian pembagi
kotak yang amplitudonya tidak Kontrol gerbang berganti keadaan
dekade.
tergantung dari amplitudo dan mengeluarkan sinyal dari
gelombang input. Gelombang gerbang utama dan tidak ada lagi
kotak ini dideferensier, sehingga pulsa yang diizinkan masuk ke
yang datang pada rangkaian penghitung, karena
sinyal
sepanjang gerbang utama terdiri gerbang utama sudah tutup. Jadi
dari barisan pulsa tajam yang jumlah pulsa yang lewat selama
terpisah oleh periode sinyal input selang waktu tertentu dihitung dan
yang sebenarnya.
Gambar 8-15 Blok diagram dari counter electronik yang bekerja sebagai
pengukur frekuensi
Gating sinyal di dapat dari osilator pulsa yang diterima selama kristal. Pada diagram blok gambar
interval waktu yang diberikan oleh 8-15. osilator atau frekuensi time
time base.
base adalah 1 MHz. Output dari Karena frekuensi dapat time base dibentuk oleh rangkaian
didefinisikan dengan jumlah schmitt trigger, sehingga menjadi
kemunculan fenomena tertentu pulsa-pulsa yang terpisah 1 μ
selang waktu yang detik, masuk ke rangkaian
pada
didefinisikan counter akan pembagi persepuluhan (dekade
mendisplay frekuensi sinyal. devider). Dalam contoh
Biasanya switch selector time diperlihatkan 6 DDAs digunakan
base menggerakkan titik desimal yang outputnya dihubungkan
display, sehingga frekuensi dapat dengan time base selektor. Switch
dibaca langsung dalam Hertz, pada panel depan memungkinkan
kilohertz atau megahertz. untuk dipilihnya interval waktu 1 μ detik. Output dari time base
8.3.2. Pengukuran Frekuensi
selektor lewat melalui schmitt
System Heterodyne
trigger dan masuk ke gerbang Kemampuan pengukuran dari control flip-flop. Gerbang kontrol
counter elektronik pada mode kemudian berada pada keadaan
kerja “frekuensi” dapat diperluas lain yang akan menolak sinyal
dengan menggunakan yang memenuhi dari gerbang
“heterodyne converter”. Ini utama. Gerbang utama ini tertutup
diperlihatkan pada blok diagram
reference dan mixer stage dengan filter low-pass. Frekuensi sinyal input f s dan frekuensi osilator reference, f 0, dimasukkan pada mixerstage yang akan menghasilkan jumlah dan selisih dua frekuensi tersebut. Tetapi filter filter low-pass, hanya melaukan selisih frekuensinya pada rangkaian gerbang dari counter. Counter kemudian menghitung frekuensi (fo-fs) atau (fs-f0), tergantung pada apakah frekuensi sinyal input di atas atau di bawah frekuensi osilator reference. Kebutuhan untuk mengetahui apakah penjumlahan atau pengurangan terhadap frekuensi reference yang akan dibaca counter, supaya memperoleh frekuensi sinyal yang tidak diketahui, kadang-kadang mempersulit pekerjaan, tetapi metode ini memperluas daerah penggunaan counter dengan efektif. Suatu counter dengan time base frekuensi 1 MHz biasanya mempunyai daerah frekuensi input
sekitar 5 MHz. Pengguna frekuensi converter memperluas daerah ini sampai 500 MHz atau lebih tinggi.
Beberapa counter yang lebih sophisticated mempunyai perlengkapan untuk unit plugon yang mudah dapat dihubungkan frekuensi converter dengan memasukkan sambungan yang tepat pada frame counter. Dekade Divider Assemblies (DDAs) pada rangkaian osilator counter menghitung frekuensi time base dari 1 MHz turun sampai 1 Hz, melengkapi perioda 1 detik. Keuntungan dari time base 1 detik, adalah bahwa pembacaan frekuensi input dalam siklus perdetik, suatu gambaran yang telah umum. Bila time base lainnya dipilih dengan mengatur control “time base” pada panel depan, titik desimal pada display akan terletak pada posisi tertentu, sehingga pembacaan kembali dalam siklus perdetik.
Tidak perlu menggunakan time kecepatan tali dapat dibaca base 1 detik, pada kenyataannya
langsung dalam cm/detik, bila banyak penggunaan yang
counter menghitung 100 pulsa membutuhkan time base yang
perputaran untuk waktu 1 detik. berbeda. Sebagai contoh, bila
Bila kecepatan tali diinginkan roda drum putaran pada gambar
dalam cm/menit counter dapat 8–23 mempunyai keliling 100 cm,
diatur untuk menghitung 100 pulsa kecepatan tali (v) dalam cm/detik
perputaran untuk 60 detik dengan adalah 100 kali kecepatan sudut
menggunakan 10 cam pada roda roda drum ® dalam putaran
drum.
perdetik; jadi V = 100 R,
Gambar 8 – 17. Gambar putaran drum menghasilkan 10 pulsa perputaran untuk digunakan dengan counter.
8.3.3. Pengukuran Perioda Dengan Counter Perioda Tunggal
Pada beberapa penggunaan lebih membuka dan menutup gerbang diinginkan pengukuran perioda
utama. Pulsa yang terpisah secara sinyal dari pada frekuensinya. Ini
tetap dari osilator kristal dihitung dapat dilakukan dengan merubah
untuk satu perioda frekuensi sinyal susunan blok diagram dari
yang tidak diketahui. Sebagai rangkaian pengukur frekuensi,
contoh terlihat pada gambar 8-18. sehingga sinyal yang dihitung dan
time base di atur pada 10 μdetik sinyal gating bertukar tempat.
(time base frekuensi 100 khz), dan Pada gambar 8-18. diperlihatkan,
jumlah pulsa 100 kHz yang blok diagram counter dalam mode
muncul selama perioda sinyal, penguran “perioda”. Sinyal gating
yang tidak diketahui dihitung dan dibentuk dari input yang tidak
didisplay pada DCAs. diketahui,
sekarang mengatur,
Gambar 8 – 18. Diagram blok dari counter pada mode kerja “periode tunggal” dan “periode ganda rata-rata”
Ketelitian dari pengukuran perioda memotong jalur dari blok diagram. dapat
Frekuensi kristal 1 MHz dibagi menggunakan mode kerja
dinaikkan
dengan
oleh 1 DDA menjadi frekuensi 100 “perioda ganda rata-rata”.
khz (periode 10 μdetik). Pulsa Pengukuran tipe ini sama dengan
clock ini dibentuk oleh frekuensi pengukuran perioda tunggal, yaitu
trigger dan dimasukkan pada sinyal gating dibentuk dari sinyal
gerbang utama untuk dihitung. input yang tidak diketahui dari
Sinyal input yang periodenya akan sinyal yang dihitung dari time base
diukur diperkuat, dibentuk dengan osilator. Perbedaan dasar ialah
trigger perioda, dan masuk ke 5 bahwa gerbang utama diteruskan
DDAs secara cascade, terbuka untuk lebih lama dari
menghitung frekuensi input yang 5 suatu periode sinyal yang tidak
dibagi dengan faktor 10 . Sinyal diketahui. Ini dipenuhi dengan
yang terbagi ini kemudian dibentuk melewatkan sinyal yang tidak
dengan “multiple-period trigger” diketahui melalui satu atau lebih
(rangkaian schmitt trigger lainnya) DDAs, sehingga periode ini
dan masuk pada “gerbang control diperlebar dengan faktor 10,100
flip-flop”. Gerbang control ini atau lebih.
memberikan “pulsa stop” dan pulsa yang memenuhi untuk
Gambar 8-18. memperlihatkan gerbang utama. Pada umumnya, mode periode ganda rata-rata,
gerbang utama selalu terbuka gerbang utama selalu terbuka
sinyal). Dengan dalam hal DCAs menghitung
(counted
perkataan lain, frekuensi sinyal jumlah dari interval 10 μdetik yang yang lebih rendah mengambil alih terjadi selama 100.000 x perioda
time base. Pada blok diagram input. Pembacaan logik
gambar 8-19. menunjukkan hal direncanakan supaya titik desimal
ini. Jumlah siklus sinyal frekuensi display berada pada tempat yang
tinggi f 1 yang terjadi selama tepat.
perioda sinyal frekuensi rendah f 2 dihitung dan didisplay pada DCAs.
8.3.4.Pengukuran Perbandingan
Pengukuran perbandingan ganda
atau Perbandingan Ganda
memperluas perioda sinyal Pengukuran perbandingan
frekuensi rendah dengan suatu adalah efek dari pengukuran
faktor misalnya 10.000 dan periode dengan frekuensi dari dua
sebagainya. Perlu dicatat bahwa sinyal yang lebih rendah berfungsi
“selektor time base” pada posisi sebagai “gating sinyal” dan
“external” dan f 1 mengambil alih frekuensi sinyal yang lebih tinggi
fungsi “osilator internal”. sebagai sinyal yang dihitung
Gambar 8-19. Blok diagram counter yang bekerja sebagai “perbandingan” dan “perbandingan ganda”.
8.3.5. Pengukuran Interval Waktu Dengan Counter
Pengukuran interval waktu dapat Blok diagram untuk pengukuran ini dilakukan dengan blok dasar
diberikan pada gambar 8-20. seperti pada pengukuran
Bentuk ini memperlihatkan dua “perbandingan”. Pengukuran ini
input terminal A dan B diparalel berguna untuk mencari lebar pulsa
dan satu kanal memberikan pulsa dan satu kanal memberikan pulsa
diberikan pada blok diagram. “leading edge” dari gelombang
“Trigger level” control memilih sinyal input dan tertutup pada titik
suatu titik dari gelombang sinyal “Trailing edge” dari gelombang
datang, kapan pengukuran dimulai yang sama. Ini dinyatakan sebagai
dan kapan berhenti.
Gambar 8-20. Blok diagram counter sebagai pengukur “interval waktu”
8.3.6. Pengukuran Interval
mengatur pemilihan titik pada
gelombang yang datang, baik Pada pengukuran interval waktu,
Waktu
positif atau negatif, dimana gerbang sinyal dibuka dan ditutup
rangkaian ditrigger. Pengaturan ini oleh sinyal input, melewatkan
dapat memperkecil noise dan frekuensi time base untuk dihitung.
mengurangi pengaruh adanya Pada diagram blok gambar 8-20.
harmonik pada pengukuran. Kerja trigger perioda melengkapi pulsa
dari pengaturan trigger level pembuka untuk gerbang utama,
diperlihatkan pada gambar 8 - 21. sedangkan multiple period trigger
Satu penggunaan dari pengukuran mensupply pulsa penutup untuk
waktu interval memerlukan gerbang utama. Semua pulsa
kejelasan lebar pulsa dan rise time dibentuk dari gelombang input
dari gelombang yang tidak ada yang sama, tetapi satu schmitt
diketahui, dengan menggunakan trigger bereaksi pada “positif going
bagian “slope-selection” dari sinyal” dan schmitt trigger lainnya
instrumen (lihat gambar 8 - 21).
sinyal oleh trigger level control dari pulsa dicatat oleh pencatat digital amplifier A. Gerbang tertutup pada
dan tergantung pada setting dari suatu titik pada “trailing edge dari
“time base selektor”. sinyal input oleh trigger level control dari amplifier B. Lebar
Gambar 8 – 21. Trigger level control
Bila time base selektor di set pada 1 μ detik (frekuensi 1 MHz) counter membaca interval waktu langsung dalam 1 μ detik.
Gambar 8 – 22. Slope triggering
Penggunaan lainnya diperlihatkan mengatur pembukaan atau pada gambar 8 - 23. Disini suatu
penutupan gerbang sinyal dan electronic counter digunakan
jumlah siklus time base generator untuk mengukur waktu delay dari dihitung oleh DCAs. suatu relay. Fungsi relay untuk
Gambar 8 – 23. Pengukuran waktu delay suatu relay
Waktu respon yang berbeda-beda diukur seperti berikut : Waktu delay
: Gerbang dibuka dengan adanya tegangan coil. Gerbang ditutup oleh kontak yang normal tertutup (normally clossed contacts), bila mereka terbuka.
Waktu transfer : Gerbang dibuka oleh kontak normal tertutup, saat mereka terbuka. Gerbang ditutup oleh kontak normal terbuka, saat mereka tertutup.
Waktu pick-up : Gerbang dibuka oleh penggunaan tegangan coil. Gerbang ditutup oleh kontak normal terbuka, saat aktif tertutup.
Waktu drop-out : Gerbang dibuka oleh peniadaan tegangan coil. Gerbang ditutup oleh kontak normal terbuka, saat mereka kembali ke posisi terbuka normalnya pada pen-energian kembali coil tersebut.
8.3.7. Totalizer
Totalizer menghitung dan Sebagai contoh, bila kita melengkapi pembacaan (read out)
memperoleh satu pulsa untuk dari jumlah total pulsa yang
setiap telur yang berguling ke diterima DCAs, dengan tidak
bawah dan kita ingin mengetahui menggunakan waktu gerbang
berapa lusin telur yang berguling, khusus. Totalizer dapat digunakan
faktor skala 12 diberikan, sehingga untuk menghitung segala sesuatu,
setiap hitungan menyatakan 1 dari jumlah kotak yang datang
lusin telur.
pada jalur produksi sampai pulsa detektor partikel nuklir.
Hal yang sama digunakan pada tachometer, dimana diketahui
Scaler adalah totalizer dengan jumlah total putaran, faktor skala beberapa macam faktor skala
adalah jumlah pulsa dari generator
time base, disebut dengan menggunakan pembagi binary (2), pembagi dekade (10), atau tipe lain dari feedback dividers. Suatu penggunaan totalizer adalah “Preset Counter” (Penskalaan Khusus) yang tepat untuk pengaturan proses. Bila jumlah total pada read-out terbaca hal yang sama seperti pada jumlah “Preset” (yang diketahui dari switches), pulsa ditimbulkan dan unit ini berhentimenghitung sampai reset. Kontak penutup (contact closure) yang ditambahkan pada preset nomer dapat digunakan sebagai pengatur mesin. Sebagai contoh, misalkan kita menggulung lilitan kawat dan kita dapatkan pick off yang menghasilkan satu pulsa setiap lilitan. Bila diperlukan 50 lilitan, maka kontak penutup (contact closure) pada preset nomer dapat digunakan untuk mengatur mekanisme perlilitan, dan
menghentikannya setelah putaran
50 lilitan yang diperlukan. Fungsi yang sama dapat sangat berguna pada program quality-control yang memerlukan sample dari setiap jumlah unit yang diberikan. Sebagai contoh, dengan menggunakan contact closure untuk menjalankan mekanisme pengeluaran, setiap 100 telur yang diambil dari kandang dan telah diperiksa. Fungsi ganda dapat diperoleh dengan menggunakan lebih dari satu preset number dan set of switches. Misalkan kita menginginkan men “tap” coli pada lilitan ke 10, 20 dan 25. Dengan menggunakan y preset number, kita dapat memerintahkan mesin untuk membuat “tap” bila dia mencapai 3 pertama dari lilitan preset number, dan berhenti pada yang keempat. Counter akan menutup kontak sementara, tetapi melanjutkan menghitung sampai mencapai jumlah keempat.
Penyelesaian a. Frekuensi f :
Hz KHz
b. Untuk menguji hasil, kita harus menggunakan waktu gatingyang lebih rendah, misalnya 1 ms. Bila frekuensi antara 3000 dan 3499 Hz pembacaan akan : 3000 x 1 x 10 -3 = 3,499 karena meter mempunyai display 3 digit, dapat memperlihatkan pembacaan 003 pada kedua kasus diatas.
c. Supaya diperoleh hasil yang lebih baik (resolusi yang lebih baik) kita harus
Contoh Aplikasi
Perioda gerbang 1 m detik; 10 m detik, 100 m detik, 1 detik dan 10 detik yang melengkapi digital counter-time-frequency meter mempuny ai display 3 digit. Perioda gating 10m detik dipilih untuk mengukur frekuensi yang tidak diketahui dan diperoleh pembacaan 034. Berapakah harga frekuensi ? langkah-langkah apa yang diambil untuk (a) menguji kepercayaan hasilnya ? (b) memperoleh
hasil yang lebih teliti ?
Misalkan frekuensi lebih ditetapkan 1 detik. Pembacaannya mendekati 3420 Hz daripada 3400
adalah 3424 x 1 = 3424. Tetapi Hz Pembacaan meter akan 3420 x -3
karena meter hanya mempunyai 3 100 x 10 = 342.
digit, meter akan menunjukkan Tidak ada kelebihannya bila waktu
suatu overflow. Hal yang sama gating dinaikkan menjadi 1 detik
untuk gating time (waktu gating) atau 10 detik. Misalkan frekuensi
10 detik.
3424 Hz dan waktu gating
Contoh Aplikasi
Suatu timer digital dengan read-out 8 digit ditetapkan untuk mendapatkan ketelitian 0.005 % dari pembacaan, ±1 dalam digit terakhir. Read-out dalam detik, m detik dan μ detik. Misalkan instrumen ini memenuhi spesifikasi, berapakah kesalahan maksimum bila pembacaan :
a. 05000000 μ detik b. 00 000 500 detik ? c. Berapakah ketelitian nominal maksimum dalam unit waktu dengan mana pembacaan b. dapat dilakukan dengan instrumen ini ?
Penyelesaian
a . Pembacaan 05 000 000 6 μ detik atau pembacaan = 5000 000 μ detik = 5 x
10 μ detik.
0.005% pembacaan = ± 6 x 5 x 10 = ±250 μ detik.
Digit pada LSD sekarang mempunyai harga 1 μ detik. ∴ Kesalahan
maks. ± 250 ± 1 = 251 μ detik. b. Pembacaan 00 000 500 detik atau pembacaan 500 detik.
0,005% pembacaan = ± x 500 = ± 0.025 detik.