Gain Pole Complex Perancangan Pembangkit Pulsa

Rangkaian diferensiator terdiri dari dua komponen pasif yaitu kapasitor dan resistor yang disusun secara seri. Adapun rangakaian skematiknya sebagai berikut: R2 1k C1 1000pF R3 1k RV1 1k Gambar 3.18 Skema Rangkaian Diferensiator Pada differensiator amplifier tegangan output sebandingdengan laju dari perubahan kemiringan tegangan input. Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dilakukan dengan persamaan: 3.4 di mana dan adalah fungsi dari waktu. Pulsa keluaran diferensiator akan mengalami penguatan oleh rangkaian penguat yang menghasilkan pulsa keluaran seperti pada Gambar 3.14. Besarnya penguatan nya adalah R 4 R 1 .

3.3.3 Gain

Penguat Gain control yaitu berfungsi untuk mengatur tinggi-rendahnya pulsa listrik yang dihasilkan amplifier. Sebagai standard NIM tinggi pulsa maksimum yang dapat diolah instrumentansi nuklir adalah 10 Volt. Faktor penguatan akan mempengaruh linearitas sistem yaitu antara energi radiasi yang memasuki detektor dan tinggi pulsa analog yang dihasilkannya. Penguatannya dapat diilustrasikan pada diagram blok berikut: Gain Gambar 3.19 Diagram Blok Gain Universitas Sumatera Utara Pada rangkain gain tersusun atas resistor yang dikombinasikan dengan IC LM318 yang dapat dilihat pada gambar skematik berikut ini : R7 1k R8 22k C2 1nF R9 10k +12V -12V R10 10k C5 1nF 3 2 6 7 4 5 1 8 U2 LM318 C8 C6 5pF RV2 10K Gambar 3.20 Skematik rangkaian Gain Nilai penguatan pada rangkain di atas dapat diperoleh dengan menggunakan rumus : Gain = R 8 R 7 3.5

3.3.4 Pole Complex

Rangkaian pole complex berfungsi untuk membentuk gelombang gaussian yang simetris dari rangkaian penguat linear. Adapun diagram bloknya dapat dilihat pada Gambar 3.20 di bawah ini : Rangkain Pole complex Gambar 3.21 Blok Diagram Rangkaian Pole Complex Rangkaian pole complex ini menggunakan integrator RC yang berfungsi untuk memperbaiki rise time pulsa dan differentiator RC untuk memperbaiki fall time pulsa. Rangkaian pole complex ini dapat dilihat pada Gambar 3.21 rangkaian di bawah ini : Universitas Sumatera Utara 3 2 6 7 4 5 1 8 U4 LM318 R13 1k R15 3k3 C10 1nF R16 10k +12V -12V R17 10k C11 1nF C9 1000pF C8 1000pf R14 10k C19 1nF Gambar 3.22 Rangkaian Pole Complex Rangkaian penguat dan rangkaian pole complex juga digunakan untuk mengatur agar pulsa keluaran tidak terjadi undershootovershoot dalam proses pembentukan pulsa Gaussian setelah terjadi proses penguatan. Pulsa keluaran yang telah dikuatkan tersebut dibentuk menjadi pulsa Gaussian oleh pole complex PC, pole complex juga berfungsi untuk menghindari interferensi dan osilasi pulsa. Universitas Sumatera Utara

BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

Pengujian sistem dilakukan dengan tiga cara, yaitu pengujian masing-masing rangkaian, pengujian perangkat dan pengujian sistem secara virtual pada simulasi proteus. Pengujian rangkaian dilakukan dengan menggunakan sumber radioaktif atau function generator yang hasilnya dilihat pada osiloskop. Pengujian rangkaian tersebut diantaranya pengujian detektor, pengujian rangkaian tegangan tinggi, pengujian rangkaian ampilifier.

4. 1 Pengujian Detektor

Pengujian dilakukan terhadap detektor dan pre-amplifiernya. Adapun sampelnya menggunakan bahan radioaktif I-125 yang hasilnya dibaca pada osilioskop. Untuk menangkap informasi dari sumber maka detektor diberi tegangan tinggi oleh rangkaian high voltage pada rancangan ini. Pengujian dilakukan untuk mengetahui daerah tegangan kerja detektor, pengujian kemampuan resolusi detektor dan pengujian efisiensi detektor.

4.1.1 Pengujian tegangan kerja detektor

Pengujian daerah kerja detektor menggunakan power supply tegangan rendah 12 V, -12 V dan ground, tegangan tinggi 0 – 1200 V, osiloskop tektronik analog 100 MHz dan sampel I-125. Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 4. 1. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Detektor Hasil pengujian daerah kerja detektor memperhatikan tinggi pulsa amplitudo sebagai fungsi tegangan pada osiloskop dan keluaran tegangan pada rangkaian tegangan tinggi. Hasil uji kerja detektor dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Uji Kerja Detektor No Tegangan Input volt Tegangan Keluaran HV volt 1 0,1 128 2 0,2 245 3 0,3 360 4 0,4 450 5 0,5 570 6 0,6 658 7 0,7 755 Berdasarkan tabel di atas maka dapat dibuat grafik pada Gambar 4.2. Gambar 4.2 Grafik Tegangan Kerja Detektor Sampel Pre Ampli fier HV Signal Detektor LV OSILOSKOP Universitas Sumatera Utara Dari grafik tegangan kerja detektor didapat kurva dengan persamaan Y = aX + b = 104.1X + 35.57 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R 2 = 0,998. Dengan demikian terjadi linearitas antara tinggi pulsa amplitudo sebagai fungsi tegangan dan tegangan kerja detektor yang dihasilkan. Semakin tinggi tegangan yang diberikan pada detektor maka pulsa keluarannya juga semakin tinggi atau dengan kata lain berbanding lurus.

4.1.2 Pengujian resolusi detektor

Pengujian bertujuan mengetahui kemampuan detektor dalam memisahkan dua puncak spectrum gamma yang memiliki energi saling berdekatan, dimana energi spektrum dianalogikan dengan besar tegangan. Adapun persamaannya adalah qV W 4.1 dengan W ≡ V Blok diagram nya dapat dilihat pada Gambar 4. 3 berikut ini : Gambar 4. 3. Blok Diagram Uji Resolusi Detektor Detektor + PreAmp Gamma Counter Riswal, 2009 Sbr KIT I125 Osiloskop PC HV Universitas Sumatera Utara Dari hasil pengujian diperoleh data pada Tabel 4.2 di bawah ini : Tabel 4. 2. Hasil uji resolusi detektor NO VDis volt Cacah cs NO VDis volt Cacah cs 1 11 4.1 400 2 1 12 4.2 578 3 2 13 4.25 608 4 3 14 4.3 1009 5 3.5 46 15 4.4 1201 6 3.6 63 16 4.5 1055 7 3.7 78 17 4.6 618 8 3.8 109 18 4.7 233 9 3.9 246 19 4.8 48 10 4 302 20 4.9 10 Dari data pengujian maka dapat dibuat grafik sepertipada Gambar 4. 4. Gambar 4.4 Grafik Hasil uji resolusi detektor Dari data diatas, dapat dicari resolusi detektor. Jumlah counter maksimum adalah 1201 pada V diskrimnator VDis 4,4 volt. FWHMnya berada pada : Universitas Sumatera Utara Jumlah counter = 608 ; Vdis = 4,25 dan Jumlah counter = 618 ; Vdis = 4,6 Sehingga FWHM Full Width at Half Maximum = 4,6 – 4,25 =0,35 dan spektrum energi maksimumnya = 4,4 Maka resolusi detektornya adalah : 4, 6 - 4, 25 0,35 R = x100 = x100 4, 4 4, 4 R = 7,95 Resolusi detektor menurut sertifikat yang dikeluarkan oleh Scinti Tech, Inc USA adalah 8 . Maka persentase ralatnya: 100 x teori hasiluji teori ralat 100 8 95 , 7 8 x ralat 625 , ralat

4.1.3 Pengujian efisiensi detektor

Efisiensi detektor merupakan perbandingan banyaknya cacahan dengan aktivitas sumber. Kemampuan detektor dalam menerima pancaran radiasi dapat dipengaruhi jarak paparan dengan detektor dan media antara paparan dengan detektor. Untuk menentukan jumlah cacahan pada pengujian ini dilakukan sebanyak lima kali. Tegangan diskriminator yang diamati dari 0 volt sampai 4,9 volt. Pencatatan hasil cacahan pengujian dilakukan pada setiap tegangan diskriminator 4,5 volt. Universitas Sumatera Utara Hasil percobaan didapat cacahan seperti Tabel 4. 3 berikut ini : Tabel 4.3 Hasil pengujian sumber radioaktif I-125 No Pengujian VDis volt Cacahan cs 1 I 4.5 1055 2 II 4.5 1070 3 III 4.5 1050 4 IV 4.5 1095 5 V 4.5 1060 Dari tabel pencacahan pada pengujian sumber radioaktifI-125 didapat cacahan rata-ratanya adalah 1069. Sehingga aktivitas sumber standar netto An = 1066. Adapun aktivitas standar sumber radioaktif I-125 25 Maret 2014 adalah 1 µCi, sedangkan waktu pengujian tanggal 24 April 2014, sehingga : t = 25 Maret - 24 April 2014 = 30 hari T½= 60 hari Persamaan aktivitasnya adalah : 2 1 T t At An Ao At 60 30 2 1 1 At Ci At 707 , Sehingga : At= 0.707µCix3,7.10 10 At= 2,61.10 4 At= 26100 Effisiensi detektornya adalah : 100 x At An Ef 100 26100 1066 x Ef 084 , 4 Ef Universitas Sumatera Utara Dengan demikian kemampuan detektor menerima pancaran radiasi dari sumber radioaktif I-125 sebesar 4,084 .

4. 2 Pengujian Instrumentasi Nuklir

Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian tegangan tinggi pensuplay tegangan detektor, penguat Linear pembentuk pulsa Gaussian dari sinyal keluaran detektor.

4.2.1 Pengujian Tegangan Tinggi Pensuplay Tegangan Detektor

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besar tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian high voltagedan uji stabilitas rangkaiannya. Pengujian ini menggunakan alatbahan rangkaian high voltage, probe high voltage, voltmeter dan beban. Beban yang digunakan adalah detektor NaITl.

4.2.1.1 Uji Keluaran Tegangan Tinggi

Uji keluaran tegangan tinggi bertujuan mengetahui keluaran maksimum tegangan yang dihasilkan rangkaian high voltage. Pengujian ini hanya menggunakan voltmeter dengan probe HV sebagai pembaca skala 1: 10. Pada pengujian ini tegangan referensi di atur sedemikian rupa secara perlahan-lahan dan hasilnya dicatat pada voltmeter. Diagram blok pengujian pada Gambar 4.5 di bawah ini : Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir Volt Meter Gambar 4. 5 Blok Diagram Pengujian Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir Universitas Sumatera Utara Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 4. 4 di bawah ini : Tabel 4.4 Data hasil uji HV NO Vreff volt Vout volt NO Vref volt Vout volt 1 0.234 12 5.5 549.758 2 0.5 50.089 13 6 598.629 3 1 98.985 14 6.5 648.46 4 1.5 149.83 15 7 698.356 5 2 198.678 16 7.5 748.222 6 2.5 249.562 17 8 799.089 7 3 298.328 18 8.5 849.954 8 3.5 348.264 19 9 898.82 9 4 397.16 20 9.5 949.678 10 4.5 448.026 21 10 989.567 11 5 489.892 Berdasarkan tabel data di atas maka grafik nya dapat dilihat pada Gambar 4. 6 di bawah ini : Gambar 4. 6. Grafik Uji Keluaran HV Dari grafik uji keluaran HV didapat kurva dengan persamaan Y = aX + b = 99,71X – 0.500 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R 2 = 0.999. Dengan Universitas Sumatera Utara demikian terjadi linearitas antara tegangan referensi dan tegangan yang dihasilkan.

4. 2. 1. 2. Uji Stabilitas Tegangan Tinggi

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui stabilitas rangkaian HV. Uji Kestabilan ini dilakukan dengan dua tahap yaitu tanpa beban dan menggunakan beban dengan keluaran tegangan tetap yang dibiarkan selama 2 jam. Adapun alat yang digunakan seperti blok diagram pada Gambar 4.5 sedangkan pencatatan waktunya menggunakan stopwatch yang dilakukan setiap 15 menit . Data hasil pengujian tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 4. 5. Tabel 4. 5. Data uji HV tanpa beban NO Pengamatan menit Vout volt 1 800 2 15 800 3 30 800 4 45 800 5 60 800 6 75 800 7 90 800 8 105 800 9 120 800 Universitas Sumatera Utara Adapun grafik pengujian seperti berikut ini: Gambar 4.7 Grafik Uji Stabilitas HV Uji kestabilan dengan beban menggunakandetektor dengan impedansi 20 MOhm dan pencatatan waktunya menggunakan stopwatchyang dilakukan setiap 15 menit. Peralatan yang digunakan pada pengujian ini adalah rangkaian HV, voltmeter beserta probe HVnya dan detektor sebagai beban. Blok diagramnya pada Gambar 4.8. Beban Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir Voltmeter Gambar 4.8 Blok Diagram Uji Stabilitas dengan Beban Universitas Sumatera Utara Data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4. 6 di bawah ini: Tabel 4. 6. Data uji HV dengan Beban NO Pengamatan menit Vout volt 1 800 2 15 800 3 30 799 4 45 798 5 60 799 6 75 798 7 90 800 8 105 800 9 120 797 Dari Tabel diatas maka grafiknya dapat dilihat pada Gambar 4. 9. Gambar 4.9 Grafik Uji Stabilitas HV dengan Beban Dari data hasil uji stabilitas dan grafik tanpa beban di atas, keluaran tegangan tinggi yang dihasilkan tetap sebesar 800 volt dalam rentang waktu uji 120 menit. Sedangkan dari data hasil uji stabilitas dan grafik dengan Universitas Sumatera Utara menggunakan beban, keluaran tegangan tingginya terjadi perubahan pada menit ke 30, 60, yaitu 799 volt dan menit 45 dan 75, yaitu 79 volt dan 795 volt dan menit 120 yaitu 197 volt. Ralat persentase untuk uji stabilitas menggunakan beban dapat dihitung dengan persamaan : 100 x teori hasiluji teori ralat Tegangan rata-rata hasil uji = 799 volt Tegangan yang diharapkan = 800 volt, sehingga 125 , ralat Dengan hasil persentase ralat sebesar 0,125 maka rancangan tegangan tinggi pendeteksi cukup stabil.

4. 2. 2 Penguat Linear Pembentuk Pulsa Gaussian

Pengujian penguat linear untuk mengetahui pulsa keluaran yang telah dikondisikan oleh rangkaian ini. Dalam pengujian ini akan diamati bentuk keluaran pulsa pada pole zero concellation, gain, pole complex dan pulsa keluaran akhir pada rangkaian amplifier serta spesifikasi teknis penguat linear dan linearitas rancangan. Alat dan bahan yang dibutuhkan pada pengujian ini adalah function generator dan HV osiloskop dan rangkaian penguat linear amplifier. Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 4.10 di bawah ini : Function Generator Rangkaian Penguat Amplifier Osiloskop Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Penguat Linear 100 800 799 800 x ralat Universitas Sumatera Utara

4.2.2.1 Uji Pengamatan Hasil Pulsa

Pada uji pengamatan ini besar frekwensi diatur tetap, yaitu 1 kHz dan hasil pulsanya dapat dilihat pada osiloskop.

a. Bentuk Pulsa Masukan