Osiloskop

Osiloskop Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode. Sorotan elektron membekas pada layar. la yar. Suatu rangkaian khusus dalam osiloskop menyebabkan sorotan bergerak berulang-ulang ber ulang-ulang dari kiri ke kanan. Pengulangan ini menyebabkan bentuk sinyal kontinyu sehingga dapat dipelajari.

Osiloskop biasanya digunakan untuk mengamati bentuk  gelombang bentuk  gelombang yang tepat dari sinyal listrik. sinyal listrik.   Selain amplitudo sinyal, osiloskop dapat menunjukkan distorsi, waktu antara dua peristiwa (seperti lebar pulsa, periode, atau waktu naik) dan waktu relatif dari dua sinyal terkait.

Karakteristik Pengukuran Osiloskop

Karakteristik Berbasis Waktu (Time)

Frekuensi dan Periode  –   Frekuensi merupakan jumlah getaran yang dihasilkan selama 1 detik yang dinyatakan dengan Hertz. Sedangkan periode adalah kebalikan dari Frekuensi, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk menempuh 1 kali getaran yang biasanya dilambangkan dengan t dengan satuan detik. Kemampuan Osiloskop dalam mengukur maksimum Frekuensi  berbeda-beda tergantung pada tipe osiloskop yang digunakan. Ada yang dapat mengukur 100MHz, ada yang dapat mengukur 20MHz, ada yang hanya dapat mengukur 5MHz. Duty Cycle (Siklus Kerja)  –  Duty Cycle adalah adalah perbandingan waktu waktu ketika sinyal mencapai kondisi ON dan ketika mencapai kondisi OFF dalam satu periode sinyal. Dengan kata lain, Siklus Kerja atau Duty Cycle adalah perbandingan lama kondisi ON dan kondisi OFF suatu sinyal pada setiap periode.

  Rise Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal rendah Rise dan Fall Time  –  Rise ke sinyal tinggi, contoh dari 0V ke 5V. Sedangkan Fall Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal tinggi ke sinyal rendah, contohnya perubahan dari 5V ke 0V. Karakteristik ini sangat penting dalam mengukur respon suatu rangkaian terhadap sinyalnya.

Karakteristik Berbasis Tegangan (Voltage)

Amplitudo  –  Amplitudo adalah ukuran besarnya suatu sinyal atau biasanya disebut dengan tingginya puncak gelombang. Terdapat beberapa cara dalam pengukuran Amplitudo yang diantaranya adalah pengukuran dari Puncak tertinggi ke Puncak terendah (Vpp), ada juga yang mengukur salah satu puncaknya saja baik yang tertinggi maupun yang terendah dengan sumbu X atau 0V. Tegangan Maksimum dan Minimum  –  Osiloskop dapat dengan mudah menampilkan Tegangan Maksimum dan Minumum suatu rangkaian Elektronika. Tegangan Rata-rata  –  Osiloskop dapat melakukan perhitungan terhadap tegangan sinyal yang diterimanya dan menampilkan hasil tegangan rata-rata sinyal tersebut.

Bagian-bagian Osiloskop (Kontrol dan Indikator Osiloskop) :

1. Tombol Power ON/OFF Tombol Power ON/OFF berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan Osiloskop 2. Lampu Indikator Lampu Indikator berfungsi sebagai Indikasi Osiloskop dalam keadaan ON (lampu Hidup) atau OFF (Lampu Mati) 3. ROTATION Rotation pada Osiloskop berfungsi untuk mengatur posisi tampilan garis pada layar agar tetap berada pada posisi horizontal. Untuk mengatur rotation ini, biasanya harus menggunakan obeng untuk memutarnya. 4. INTENSITY Intensity digunakan untuk mengatur kecerahan tampilan bentuk gelombang agar mudah dilihat. 5. FOCUS Focus digunakan untuk mengatur penampilan bentuk gelombang sehingga tidak kabur 6. CAL CAL digunakan untuk Kalibrasi tegangan peak to peak (V P-P) atau Tegangan puncak ke puncak.

7. POSITION Posistion digunakan untuk mengatur posisi Vertikal (mas ing-masing Saluran/Channel memiliki pengatur POSITION). 8. INV (INVERT) Saat tombol INV ditekan, sinyal Input yang bersangkutan akan dibalikan. 9. Sakelar VOLT/DIV Sakelar yang digunakan untuk memilih besarnya tegangan per sentimeter (Volt/Div)  pada layar Osiloskop. Umumnya, Osiloskop memiliki dua saluran (dual channel) dengan dua Sakelar VOLT/DIV. Biasanya tersedia pilihan 0,01V/Div hingga 20V/Div. 10. VARIABLE Fungsi Variable pada Osiloskop adalah untuk mengatur kepekaan (sensitivitas) arah vertikal pada saluran atau Channel yang bersangkutan. Putaran Maksimum Variable adalah CAL yang berfungsi untuk melakukan kalibrasi Te gangan 1 Volt tepat pada 1cm di Layar Osiloskop. 11. AC  –  DC Pilihan AC digunakan untuk mengukur sinyal AC, sinyal input yang mengandung DC akan ditahan/diblokir oleh sebuah Kapasitor. Sedangkan pada pilihan posisi DC maka Input Terminal akan terhubung langsung dengan Penguat yang ada di dalam Osiloskop dan seluruh sinyal input akan ditampilkan pada layar Osiloskop. 12. GND Jika tombol GND diaktifkan, maka Terminal INPUT akan terbuka, Input yang  bersumber dari penguatan Internal Osiloskop akan ditanahkan (Grounded). 13. VERTICAL INPUT CH-1 Sebagai VERTICAL INPUT untuk Saluran 1 (Channel 1) 14. VERTICAL INPUT CH-2 Sebagai VERTICAL INPUT untuk Saluran 2 (Channel 2) 15. Sakelar MODE Sakelar MODE pada umumnya terdiri dari 4 pilihan yaitu CH1, CH2, DUAL dan ADD. CH1 = Untuk tampilan bentuk gelombang Saluran 1 (Channel 1). CH2 = Untuk tampilan bentuk gelombang Saluran 2 (Channel 2). DUAL = Untuk menampilkan bentuk gelombang Saluran 1 (CH1) dan Saluran 2 (CH2) secara bersamaan. ADD = Untuk menjumlahkan kedua masukan saluran/saluran secara aljabar. Hasil  penjumlahannya akan menjadi satu gambar bentuk gelombang pada layar. 16. x10 MAG Untuk pembesaran (Magnification) frekuensi hingga 10 kali lipat. 17. POSITION Untuk penyetelan tampilan kiri-kanan pada layar. 18. XY Pada fungsi XY ini digunakan, Input Saluran 1 akan menjadi Axis X dan Input Saluran 2 akan menjadi Axis Y.

19. Sakelar TIME/DIV Sakelar TIME/DIV digunakan untuk memilih skala besaran waktu dari suatu periode atau per satu kotak cm pada layar Osiloskop. 20. Tombol CAL (TIME/DIV) ini berfungsi untuk kalibrasi TIME/DIV 21. VARIABLE Fungsi Variable pada bagian Horizontal adalah untuk mengatur kepekaan (sensitivitas) TIME/DIV. 22. GND GND merupakan Konektor yang dihubungkan ke Ground (Tanah). 23. Tombol CHOP dan ALT CHOP adalah menggunakan potongan dari saluran 1 dan s aluran 2. ALT atau Alternate adalah menggunakan saluran 1 dan saluran 2 secara bergantian. 24. HOLD OFF HOLD OFF untuk mendiamkan gambar pada layar osil oskop. 25. LEVEL LEVEL atau TRIGGER LEVEL digunakan untuk mengatur gambar yang diperoleh menjadi diam atau tidak bergerak. 26. Tombol NORM dan AUTO 27. Tombol LOCK  28. Sakelar COUPLING Menunjukan hubungan dengan sinyal searah (DC) atau bolak balik (AC). 29. Sakelar SOURCE Penyesuai pemilihan sinyal. 30. TRIGGER ALT 31. SLOPE 32. EXT Trigger yang dikendalikan dari rangkaian di luar Osiloskop.

Penampilan pada Layar (Display) A. B. C. D. E.

Layar Osiloskop Trace, garis yang digambar oleh Osiloskop yang mewakili sinyal Garis Grid Horizontal Garis Grid Vertical Garis Tengah Horizontal dan Vertikal

Kegunaan/Fungsi :     

Dipakai untuk mengukur besar tegangan listrik dan Relasi terhadap waktu. Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi. Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangkaian listrik. Membedakan arus AC dengan arus DC. Mengetahui noise pada sebuah rangkaian listrik.

3. Cara Menggunakan/Mengukur :       

  

 





Pastikan Tombol ON-OFF pada posisi OFF Kondisikan semua tombol yang memiliki tiga posisi pada posisi tengah. Putar tombol INTENSITY pada posisi tengah. Tekan tombol PULL 5X MAG ke dalam agar memperoleh posisi normal. Tekan tombol TRIGGERING LEVEL pada posisi AUTO Hubungkan kabel saluran listrik bolak balik ke stop-kontak ACV Putar tombol ON-OFF ke posisi ON. Kira-kira 20 detik kemudian satu jalur garis akan tergambar pada layar CRT. Jika garis ini belum terlihat, putar tombol INTENSITY searah jarum jam. Atur tombol FOCUS dan INTENSITY untuk memperjelas jalur garis Atur ulang posisi vertikal dan horisontal sesuai dengan kebutuhan. Hubungkan probe ke input saluran-A/ channel -A (CH-A) atau ke input saluran B/ channel -B (CH-B) sesuai kebutuhan. Hubungkan probes ke terminal CAL untuk memperoleh kalibrasi 0,5V p-p. Posisikan pelemah vertikal (vertical attenuator), saklar VOLTS/DIV pada posisi 10 mV, lalu putar tombol VARIABLE searah jarum jam. Putar TRIGGERING SOURCE ke CH-A, gelombang persegi empat (square-wave) akan muncul di layar. Jika tampilan gelombang persegi empat kurang sempurna, maka atur trimmer yang  berada pada probe sehingga bentuk gelombang akan terlihat nyata. Pindahkan probe dari terminal CAL 0,5V p-p. Oscilloscope sudah dapat digunakan.

4. Tingkat Ketelitian : 

0,5 Hz hingga 20 Mhz.

5. Cara Membaca Skala dan Hasil : Setelah dilakukan pengukuran, maka Osiloskop dapat dibaca hasilnya. Contohnya hasil  pengukuran tersebut menggunakan v/div = 20 volt/div dan t/div = 2 ms/div. Hasilnya adalah : 

   

Vpp (tegangan puncak ke puncak) = jumlah kotak vertikal x volt/div = 4 x 20 = 80 volt. Vm (tegangan maksimum/puncak) = 0,5 x Vpp = 0,5 x 80 = 40 volt. Veff (tegangan efektif) = Vm/ (akar kuadrat 2) = 40/1,41 = 28,37 volt. T (Periode) = jumlah kotak horizontal x t/div = 1 x 2 = 2 ms f (frekuensi) = 1/T = 1/2 = 500 Hz.

Tipe Osiloskop : 1. Osiloskop Analog Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan berkas electron dalam tabung sesuai bentuk gambar yang diukur. Pada layar osiloskop langsung ditampilkan bentuk gelombang tersebut. Osiloskop tipe waktu nyata analog (ART) menggambar bentuk-bentuk gelombang listrik dengan melalui gerakan pancaran elektron (electron beam) dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT -cathode ray tube) dari kiri ke kanan.

Prinsip kerja osiloskop analog : · Saat kita menghubungkan  probe ke sebuah rangkaian, sinyal tegangan mengalir dari probe menuju ke pengaturan vertikal dari sebuah sistem osiloskop (Vertical System), sebuah  Attenuator   akan melemahkan sinyal tegangan input   sedangkan  Amplifier   akan menguatkan sinyal tegangan input . Pengaturan ini ditentukan oleh kita saat menggerakkan kenop "Volt/Div" pada user interface Osiloskop. · Tegangan yang keluar dari sistem vertikal lalu diteruskan menuju pelat defleksi vertikal  pada sebuah CRT (Catode Ray Tube), sinyal tegangan yang dimasukkan ke pelat ini nantinya akan digunakan oleh CRT untuk menggerakkan berkas-berkas elektron secara bidang vertikal saja (ke atas atau ke bawah). · Sampai point  ini dapat disimpulkan bahwa Vertical System pada osiloskop analog berfungsi untuk mengatur penampakan Amplitudo dari sinyal yang diamati. · Selanjutnya sinyal masuk ke dalam pelat defleksi vertikal. Sinyal tegangan yang teraplikasikan disini menyebabkan berkas-berkas elektron bergerak. Tegangan positif mengakibatkan berkas elektron bergerak ke atas, sedangkan tegangan negatif menyebabkan elektron terdorong ke bawah. · Sinyal yang keluar dari Vertical System  tadi juga diarahkan ke Trigger System  untuk memicu sweep generator   dalam menciptakan apa yang disebut dengan " H ori zontal Sweep" yaitu pergerakan elektron secara  sweep  - menyapu ke kiri dan ke kanan - dalam dimensi horizontal atau dengan kata lain adalah sebuah ungkapan untuk aksi yang menyebabkan elektron untuk bergerak sangat cepat menyeberangi layar dalam suatu interval waktu tertentu. Pergerakan elektron yang sangat cepat (dapat mencapai 500,000 kali per detik) inilah yang menyebabkan elektron tampak seperti garis pada layar (misalnya seperti daun kipas pada kipas angin yang tampak seperti lingkaran saja saat berputar). · Pengaturan berapa kali elektron bergerak menyebrangi layar inilah yang dapat kita anggap sebagai pengaturan Periode/Frekuensi  yang tampak pada layar, bentuk konkretnya adalah saat kita menggerakkan kenop Time/Div pada Osiloskop.

· Pengaturan bidang vertikal dan horizontal secara bersama-sama akhirnya dapat merepresentasikan sinyal tegangan yang diamati ke dalam bentuk grafik yang dapat kita lihat  pada layar CRT. 2. Osiloskop Digital

Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur dan dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah besaran tegangan yang dicuplik menjadi  besaran digital. Dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling (dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai tegangan ini bersama sama dengan skala waktu gelombangnya di memori. Pada prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang  proses ini lagi dan lagi sampai dihentikan. Beberapa DSO memungkinkan untuk memilih  jumlah cuplikan yang disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan diukur. Osiloskop digital memberikan kemampuan ekstensif, kemudahan tugas-tugas akuisisi gelombang dan pengukurannya. Penyimpanan gelombang membantu para insinyur dan teknisi dapat menangkap dan menganalisa aktivitas sinyal yang penting. Jika kemampuan teknik pemicuannya tinggi secara efisien dapat menemukan adanya keanehan atau kondisikondisi khusus dari gelombang yang sedang diukur.

PENJELASAN TENTANG LISSAJOUS

Gambar / Diagram Lissajous definisinya yaitu sebuah penampakan osiloskop yang mencitrakan atau meneunjukan perbedaan atau perbandingan Frekuensi & Amplitudodari 2 gelombang inputan pada probe osiloskop.  penjelasan mengenai beda fase, frekuensi, amplitudo. Frekuensi adalah gelombang yang terjadi tiap detiknya dalam satuan Hz.

pada layar Beda Fase, Sedangkan banyaknya

Dengan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa periodenya adalah 0,2 s. Sehingga dalam satu 1 sekon dapat menghasikan 5 gekombang, dan frekuensinya adalah 5 Hz. Ampiltudo yaitu nilai maksimun/puncak positif pada gelombang sinusida. Jika gelombang nilai puncaknya 5 cm, maka keluaran dari gelombang tersebut dari 0 ke 5 ke 0 ke -5 kembali ke 0 dan seterusnya. Beda fase yaitu perbedaan besar sudut antara dua gelombang sinusida yang diamati. Beda fase akan terlihat apabila dua buah gelombang sinusida yang dimasukan ke dalam

osiloskop secara bersama-sama. Ada banyak gambar lissojous dikenyataanya. Tetapi hanya ada beberapa saja grafik lissojous yang mudah diketahui beda fasenya, lissojous yang frekuensinya sama. Contoh gambar lissojous:

Untuk lebih jelas cara penggambarannya. Perhatikan gambar brerikkut:

Untuk dapat menyimpulkan dapat dengan mengetahui rasio f rekuensi antara 2 gelombang yang dihasilkan. Perhatikan :

disimpulkan menjadi : Tarik garis Vertikal dan Horizontal Hitung Perpotongan Garis Merah dengan grafik dan anggap ini sebagai variabel "M". Hitung Perpotongan Garis Biru dengan grafik dan anggap ini sebagai veriabel "N" Maka Frek X : Frek Y = M : N Pada Gambar 1 maka Rasio Frekuensi X banding Y adalah : 6 : 4

Cara Menghitung Beda Fase :

Kedua gelombang tersebut (A dengan B) memiliki amplitudo dan frekuensi yang sama, tetapi gelombang yang satu mendahului gelombang yang lainnya. Dalam istilah teknisnya, ini disebut beda fase (phase shift). Pada pembahasan sebelumnya kita dapat mengeplot gelombang sinus dengan cara melakukan perhitungan fungsi trigonometri sinus dari 0 derajat hingga 360 derajat, lingkaran penuh. Titik awal dari gelombang sinus itu dimulai dengan amplitudo nol pada saat nol derajat, bergerak naik pada suatu nilai amplitudo maksimum yang bernilai positif pada 90 derajat, kemudian nol lagi saat 180 derajat, amplitudo maksimum negatif saat 270 derajat, dan kembali ke titik nol awal pada 360 derajat. Kita dapat menggunakan skala sudut ini sepanjang sumbu horisontal dari plot bentuk gelombang untuk menunjukkan seberapa jauh suatu gelombang “meninggalkan” gelombang yang lain.

Beda fase antara kedua gelombang di atas adalah sekitar 45 derajat, yang “A” mendahului gelombang yang “B”. Contoh-contoh lain untuk gelombang-gelombang yang memiliki beda fase ditunjukkan pada gambar ini.

Karena gelombang-gelombang ini memiliki frekuensi yang sama, mereka akan saling mendahului dalam derajat sudut yang sama pada semua titik-titik pada kedua gelombang itu dalam fungsi waktu. Karena alasan ini, kita dapat menyatakan beda fase antara dua atau lebih gelombang yang memiliki frekuensi yang sama dalam nilai yang konstan sepanjang kedua gelombang tersebut. Jadi,bukanlah suatu kesalahan apabila kita mendengar pernyataan ini : tegangan “A” beda fase sebesar 45 derajat dengan tegangan “B”. Gelombang yang mendahului proses putarannya dikatakan leading (mendahului) sedangkan yang terbelakang disebut lagging (didahului/terbelakang). Beda fase adalah pengukuran yang relatif yang terukur antara dua gelombang. Tidak ada gelombang yang memiliki nilai fase yang absolut karena tidak ada referensi universal dalam pengukuran fase . Jadi, pengukuran beda fase tidak mungkin ada apabila kita hanya  punya satu gelombang karena beda fase adalah hasil pengukuran antara dua gelombang. Tetapi umumnya dalam analisa rangkaian AC, gelombang tegangan dari sumber dayanya digunakan sebagai referensi fasenya, biasanya nilai sumber tegangannya dinyatakan sebagai “xxx volt pada 0 derajat”. Tegangan atau arus lainnya dalam rangkaian itu akan memiliki  beda fase yang diukur relatif terhadap fase sumber tegangan tersebut. Inilah yang membuat analisa rangkaian AC lebih kompleks dibandingkan DC. Ketika kita meggunakan hukum Ohm dan hukum Kirchhoff pada suatu rangkaian AC, nilai arus dan tegangan pada rangkaian AC itu haruslah ditunjukkan nilai amplitudo dan beda fasenya. Perhitungan matematis seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian haruslah meliputi perhitungan amplitudo dan juga perhitungan beda fasenya. Untungnya, ada suatu sistem nilai matematis yang disebut bilangan kompleks (complex number) yang bisa digunakan untuk melaksanakan tugas ini. Karena sistem bilangan kompleks sudah merepresentasikan baik itu amplitudo dan juga beda fasenya. Jadi, bilangan kompleks sangatlah penting untuk dipejari dalam analisa rangkaian AC. Apabila diketahui nilai tegangan dan arus pada suatu komponen memiliki persamaan v = 20 sin (ωt + 30 o) dan i = 18 sin(ωt –  40o) , gambarkan diagram fasornya, hitung beda fasenya, dan gambar bentuk gelombangnya. Bentuk fasornya ditunjukkan pada gambar 1. Dari sini anda dapat melihat bahwa v mendahului i sebesar 70o. Bentuk gelombangnya ditunjukkan pada gambar 1b.

Gambar 2 menunjukkan sepasang gelombang v 1 dan v2 pada suatu osiloskop. Masing-masing volt per div (skala vertikal) menunjukkan nilai 20 V dan masing-masing time per div (skala horisontal/waktu) menunjukkan 20 μs. Tegangan v 1  mendahului v 2. Gambarkan diagram fasornya dengan v 1sebagai referensinya. Tentukan persamaan kedua tegangan tersebut.

Dari foto di atas, magnitudo dari v 1  adalah Vm1  = 3 div × 20 V/div = 60 V, V m2  = 40 V. Panjang satu periode adalah T = 6 × 20 μs = 120 μs, dan beda fase antara dua gelombang tersebut adalah satu kotak atau 1 div yang bernilai 20 μs (1/6 dari periodenya = 60 o). Dengan memilih v1 sebagai referensinya dan v2 tertinggal, maka diagram fasornya ditunjukkan pada gambar b. Frekuensi sudutnya adalah ω = 2π/T = 2π/(120×10 -6  s)= 52.36×10 3  rad/s. Oleh karena itu, persamaan kedua tegangan tersebut adalah v 1 = Vm1 sin ωt = 60 sin (52.36×10 3 t) V dan v2 = 40 sin (52.36×103 t –  60o) V.