LAPORAN PRAKTIKUM PRAKTIKUM FISIKA DASAR II SEMESTER II 2012
Disusun Oleh : FAMANIL YULYENTRI 11/313279/PA/13666 GEOFISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA MEI 2012 YOGYAKARTA
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR II OSILOSKOP II
I.
II.
III.
PENDAHULUAN Osiloskop adalah serangkaian alat elektronik untuk melihat bentuk sinyal tegangan, mengukur harga tegangan, dan mengukur durasi atau frekuensi bila sinyal tegangannya berulang secara periodic. Alat elektronik ini digunakan dimana-mana dalam berbagai macam bidang. Keunggulannya yaitu osiloskop o siloskop dapat menunjukkan perilaku atau gerak mekanis dari suatu gelombang. Saat ini macam osiloskop yang beredar banyak sekali. Mulai dari yang paling sederhana hingga yang paling rumit. Pabrik-pabrik yang mengeluarkan dan memproduksi osiloskop pun tidak banyak. Tapi bagaimanapun beranekaragamnya osiloskop yang diproduksi mempunyai satu sifat dasar yang sama, yaitu semua osiloskop mampu menuliskan kelakuan tegangan listrik. Dalam melakukan suatu percobaan lain yaitu berkaitan dengan elektronika biasanya praktikan menggunakan alat ini sehingga s ehingga pengetahuan penggunaan osiloskop ini sangat penting bagi para praktikan. Pada praktikum pertama ini, praktikan menggunakan osiloskop yang majemuk, yaitu hanya melukiskan satu peristiwa, namun pada saat yang sama dua peristiwa sekaligus. Semua alat ukur elektronik bekerja berdasarkan sempel data. Semakin tinggi sempel data, semakin akurat peralatan elektronik tersebut. Osiloskop pada umumnya juga mempunyai sempel data yang sangat tinggi, oleh karena itu osiloskop merupakan alat ukur elektronik yang mahal.jika sebuah osiloskop mempunyai sampai rate 10 sk/s (10 kilosample/second = 10.000 data per detik), maka alat ini akan melakukan pembacaan sebanyak 10.000 kali dalam sedetik.
TUJUAN 1) Mengoperasikan osiloskop berkas dua. 2) Mengukur dua tegangan. 3) Mengukur dua tegangan yang identik. 4) Mengukur dua tegangan yang berbeda. 5) Mengukur frekuensi. 6) Mengamati beda fase.
DASAR TEORI Osiloskop merupakan alat yang digunakan untuk menganalisa tingkah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu yang ditampilkan pada layar. Dalam osiloskop terhadap tabung panjang yang disebut tabung sinar katoda atau Cathode Ray Tube (CRT). Bagian-bagian pokok CRT seperti tampak pada gambar.1. Electron dipancarkan dari katoda akan menumbuk bidang gambar yang dilapisi zat yang bersifat flourecent. Bidang gambar ini berfungsi sebagai anoda. Arah electron ini dapat dipengaruhi oleh medan listrik dan medan yang
mempengaruhi gerak electron magnetic. Umumnya osiloskop kearah anoda. Medan sinar katoda mengandung medan gaya listrik dihasilkan lempeng kapasitor yang dipasang secara vertical, maka akan terbentuk garis lurus vertical pada bidang atau dinding gambar. Selanjutnya jika pada lempeng horizontal dipengaruhi tegangan periodic, maka electron yang padanya bergerak secara vertical kini juga bergerak secara horizontal dengan laju tetap, sehingga pada gambar terbentuk grafik sinusoida.
8 1
2 3 4
5
6
7
10
9
Gambar.1. Bagian-bagian pokok tabung sinar katoda
Keterangan: 1. Pemanas atau filament 2. Katoda 3. Kisi pengatur 4. Anoda pemusat 5. Anoda pemercepat 6. Pelat untuk simpanan horizontal 7. Anoda untuk simpangan vertical 8. Lapisan logam 9. Berkas sinar katoda 10. Layar fluorgensi
IV.
METODE PERCOBAAN A. Peralatan 1. Osiloskop Trio CS-1022 26 MHz 2. Dua buah osilator AG-202A 3. 3 buah Resistor (1 k
4. 1 buah Capasitor (10 5. 1 buah CT 6. Kabel B. Skema Percobaan 1. Percobaan pengoperasian osiloskop berkas dua
GND
OUT
CH1 CH2
GND
Gambar.2. Rangkaian percobaan pengoperasian osiloskop berkas dua
2. Percobaan pengukuran dua tegangan
GND
OUT
CH1 CH2
Gambar.3. Rangkaian percobaan pengukuran dua
GND
tegangan
3. Percobaan pengukuran dua tegangan yang identic
GND
OUT
CH1 CH2
GND
Gambar.4. Rangkaian percobaan pengukuran dua tegangan yang identic
4. Percobaan pengukuran dua tegangan yang berbeda
GND
Cara 1
OUT
CH1 GND
CH2
R1
R2
Gambar.5.
GND
Rangkaian percobaan pengukuran dua tegangan yang berbeda menggunakan cara 1
Cara 2
OUT
CH1 GND
CH2
R1
R2
Gambar.6. Rangkaian percobaan pengukuran dua tegangan
menggunakan cara 2
yang berbeda
GND
Cara 3
OUT
CH1 CH2
R1
GND
R2
Gambar.7. Rangkaian percobaan pengukuran dua tegangan yang berbeda
menggunakan cara 3
5. Percobaan pengukuran frekuensi
GND
OUT
GND
OUT
CH1 CH2
Gambar.8. Rangkaian percobaan pengukuran frekuensi
GND
6. Percobaan pengamatan beda fase
CH1 GND
OUT
CH2
Gambar.9. Rangkaian percobaan pengamatan beda fase
C. Tata Laksana 1) Pengukuran osiloskop berkas dua a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.2 b. GND disambungkan pada osilator ke GND osiloskop c. Output disambungkan pada osilator ke CH2 (sinyal B) d. Output disambungkan pada CH1 osiloskop (sinyal A) e. F diatur hingga 50 Hz f. Dipasang sebesar 5 volt/DIV g. Saklar dikasar pada AC
GND
h. Trigger time diatur dengan cara diubah-ubah
2) Pengukuran dua tegangan a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.3 b. Saklar dipasang pada AC c. F diatur sebesar 50 Hz d. Diatur sebesar 5 time/div pada CH1 (sinyal A) e. Diatur sebesar 2 volt/div pada CH2 (sinyal B) f. Output generator diatur untuk menghasilkan A sebesar 1 3) Pengukuran dua tegangan yang identic a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.4 b. F diubah menjadi 1 KHz c. CH1 diatur pada 5 volt/div d. CH2 diatur pada 5 volt/div e. Trigger time diubah dan disesuaikan dengan gambar dilayar positive atau negative f. Gelombang sinyal A dipastikan 1 cm pada garis tengah dan sinyal B dibawah garis tengah g. Sinyal A dilepaskan dari CH1, kemudian peredarannya diamati h. Apabila sinyal B dilepaskan, amati perubahannya i. Setiap perubahan gelombangnya diamati 4) Pengukuran dua tegangan yang berbeda Cara 1: a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.5 b. Output pada asilator disambungkan ke R1 (1 k c. GND pada osilator dihubungkan ke R2 (1,5 K d. GND pada osilator dihubungkan ke GND osiloskop e. Output pada osilator dihubungkan ke CH2 (sinyal B) f. Resistor dihubungkan ke CH1 g. Rangkaian diamati apakah sudah terpasang dengan benar atau tidak h. Gelombang pada layar diamati dan digambar Cara 2: a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.6 b. GND pada osilator dihubungkan ke R2 (1,5 k c. Output pada osilator dihubungkan ke R1 (1 k d. R2 dihubungkan ke CH2 (sinyal B)
e. R1 dihubungkan ke GND pada osiloskop f. Resistor dihubungkan ke CH1 g. Rangkaian diperhatikan apakah sudah terbasang dengan benar atau belum h. Gelombang pada layar diamati dan digambar Cara 3: a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.7 b. Output pada asilator disambungkan ke R1 (1 k c. R1 dihubungkan dengan CH1 (sinyal A) d. GND dihubungkan pada osilator ke R2 (1,5 k e. R2 dihubungkan ke CH2 (sinyal B) f. GND dihubungkan ke osiloskop g. Rangkaian diamati apakah sudah terpasang dengan benar h. Gelombang pada layar diamati dan digambar 5) Pengukuran frekuensi a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.8 b. Output pada osilator 1 dihubungkan ke CH2 c. GND pada osilator 1 dihubungkan pada osiloskop d. Output pada osilator 2 dihubungkan pada CH1 (sinyal A) e. GND pada osilator 2 dihubungkan ke GND pada osiloskop f. Pada pengukuran ini yang diubah adalah frekuensinya g. Frekuensi diatur dengan perbandingan yang sudah ditentukan h. Diatur 5 volt/div pada sinyal A i. Diatur 5 volt/div pada sinyal B j. Rangkain diperhatikan dan diamati apakah sudah terpasang dengan benar k. Gelombang pada layar diamati dan digambar 6) Pengamatan beda fase a. Rangkaian dirangkai sesuai dengan skema Gambar.9 b. Yang diukur adalah beda fase menggunakan transformator c. Output pada osilator dihubungkan ke transformator d. GND pada osilator dihubungkan ke transformator e. Dihubungkan ke R1 f. GND dihubungkan pada osiloskop g. Dihubungkan ke C h. C dihubungkan ke CH2 (sinyal B) i. Dihubungkan ke CH1 (sinyal A) j. Mode diubah ke X-Y k. Volt/div diatur menjadi 5 pada sinyal A l. Volt/div diatur menjadi 5 pada sinyal B m. F diatur sebesar 50 Hz n. Rangkaian diamati apakah sudah benar o. Gelombang pada layar osiloskop diamati dan digambar
V.
HASIL DAN PEMBAHASAN A. Grafik dan Perhitungan 1. Pengoperasian Scope Berkas Dua
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 5 mS : 50 x 1 Hz
Grafik 1.1 Pengoperasian Scope Berkas Dua
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 5 mS : 20 x 10 Hz
Grafik 1.2 Pengoperasian Scope Berkas Dua
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 5 mS : 20 x 10 Hz
Grafik 1.3 Pengoperasian Scope Berkas Dua 2. Pengukuran Dua Tegangan
Volts/div Sweep time/div Frekuensi Hz
:1V : 5 mS : 50 x 1
Grafik 2.1 Pengukuran Dua Tegangan
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
: CH1 : 1 V CH 2: 0.5 V : 5 mS : 50 x 1 Hz
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 5 mS : 50 x 1 Hz
Grafik 2.2 Pengukuran Dua Tegangan 3. Pengukuran Dua Tegangan yang Identik
Grafik 3.1 Pengukuran Dua Tegangan yang Identik 4. Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda
Cara 1
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 0.5 mS : 50 x 1 Hz
Grafik 4.1 Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda menggunakan cara 1
Cara 2
Volts/div Sweep time/div Frekuensi
:1V : 0.5 mS : 50 x 1 Hz
Grafik 4.2 Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda mengguakan cara 2
Cara 3 Volts/div Sweep time/div Frekuensi Δλ λ 2
:1V : 0.5 mS : 50 x 1 Hz : 2 div : 4 div
Grafik 4.3 Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda menggukana cara 3
Cara Kapasitor Volts/div Sweep time/div Frekuensi Δλ
: CH1 : 1 V CH2 : 2 V : 5 mS : 50 x 1 Hz : 1 div
Grafik 4.4 Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda cara mengguanakan cara Kapasitor 5. Pengukuran Frekuensi
Perbandingan 1:1 Volts/div Sweep time/div Frekuensi T1 T2 Grafik 5.1 Pengukuran Frekuensi perbandingan 1:1
Perbandingan 1:2
:1 V : 0.5 mS : O1: 30 Hz O2: 30 Hz : 6 x 0.5 = 3 : 6 x 0.5 = 3
Volts/div Sweep time/div Frekuensi T1 T2
:1V : 0.5 mS : O1 : 30 Hz O2 : 60 Hz : 6 x 0.5 = 3 : 3 x 0.5 = 1.5
Grafik 5.2 Pengukuran Frekuensi perbandingan 1:2
Perbandingan 1:3 Volts/div Sweep time/div Frekuensi T1 T2
:1V : 0.5 mS : O1 : 30 Hz O2 : 90 Hz : 6 x 0.5 = 3 : 2 x 0.5 = 1
Grafik 5.3 Pengukuran Frekuensi perbandingan 1:3
Perbandingan 2:3 Volts/div Sweep time/div Frekuensi T1 T2
:1V : 0.5 mS : O1 : 20 Hz O2 :30 Hz : 9 x 0.5 = 4.5 : 6 x 0.5 = 3
Grafik 5.4 Pengukuran Frekuensi perbandingan 2:3 6. Pengukuran Beda Fase Volts/div :1V Sweep time/ div : 0.5 mS Frekuensi : 20 x 1 Hz
A. Pembahasan 1. Pengoperasian Scope Berkas Dua Pada eksperimen ini untuk pengoperasi scope berkas dua setelah mengikuti tata laksana yang ada dan skema yang ada maka dilayar scope akan tampil dua grafik (berkas dua) yang memiliki bentuk dan kelakuan yang sama. Dapat dilihat pada grafik gelombang siosinida yang dihasilkan sama. Hal ini disebabkan
kedua input berasal dari sumber yang sama yaitu osilator. Pada CH1 atau sinyal A dihubungkan ke output osilator begitu juga pada CH2 atau sinyal B dihubungkan pada output osilator. Pada eksperimen ini menghasilkan gelombang berjalan. Ini merupakan percobaan yang pertama dari pengoperasian scope berkas dua. Dengan mengatur volt/div = 5 pada CH1 (sinyal A) dan CH2 (sinyal B) dan memiliki frekuensi 50 Hz. Dengan mode di auto dan geserlah coupling pada AC. Maka terbentuklah dua grafik (berkas dua) sesuai dengan gambar grafik yang ada. Pada eksperimen ini juga berarti dapat membuktikan pada tujuan pertama mengoperasikan scope berkas dua. 2. Pengukuran Dua tegangan Untuk eksperimen kedua ini mengukur dua tegangan pada CH1 (sinyal A) dan CH2 (sinyal B), perlu dibuat dalam keadaan atau kondisi yang sama antara CH1 dan CH2. Caranya dengan memberikan tegangan frekuensi yang sama pada CH1 dan CH2 sebesar 50 Hz untuk kedua sinyal tersebut. Dengan kondisi yang sama, akan mengakibatkan terbentuknya kedua berkas yang sama, akan mngakibatkan terbentuknya kedua berkas yang sama dan berkelakuan sama pula. Ketika volt/div pada CH2 (sinyal B) divariasikan dari 1 ke volt grafik Yb akan semakin membesr. Perbesaran ini akan sebanding dengan perbandingan terhadap nilai awal. Artinya grafik Yb berada di tempat semula. Skala perbandingan yang dihasilkan antara Ya dan Yb adalah 2. Dengan factor perbesaran gambar Yb terhadap Ya (antara gelombang atas dengan yang bawah) dapat dihitung sebagai berikut:
Keterangan: Ya = Amplitudo Gelombang Atas = 2 Yb = Amplitudo Gelombang Bawah = 4 Hal ini sesuai dengan prinsip untuk mencari tegangan pada scope yaitu volt = volt/div x amplitude dimana tegangan input pada eksperimen ini adalah tetap sama. 3. Pengukuran Dua Tegangan yang Identik Pada eksperimen ini digunakan volts/div sebesar 1 volt, sweep time/div sebesar 5 ms dan frekuensi 50x1. Dalam pengukuran dua tegangan yang identic ini, pengoperasian scope berkas dua lebih diuji sehingga dapat lebih diperjelas kegunaan scope yang menampilkan dua berkas. Pada pengukuran dua tegangan yang identic ini berkas yang ditampilkan di layar sama besarnya, input tegangan yang dipasang pun sama besarnya. Kedua hal ini tidak terlihat pengaruhnya karena tegangannya sama. Dan jika sinyal A
dibuang/dihilangkan, berkas pada layar tidak akan sama lagi, karena pada A tidak ada tegangan yang masuk. 4. Pengukuran Dua Tegangan yang Berbeda Dalam eksperimen pengukuran dua tegangan yang identic ini digunakan 3 cara dan satu cara kapasitor. Pada cara satu untuk dapat mengukur tegangan yang ada pada rangkaian ini, pertama perlu ditinjau lebih dahulu skema rangkaian tersebut. Jika dianalisa, terlihat bahwa Ya mewakili R1 dan R2 karena melewati keduanya. Dan Yb mewakili resistor. R1 pada ujung Ya terdapat nilai V total atau Vpp karena sudah melewati kedua resistor (R1 dan R2). Sedangkan pada ujung Ya hanya memiliki nilai V2 karena hanya melewati resistor R2. Lalu menggunakan persamaan sederhana, dapat diketahui nilai V1 melalui persamaan Vpp=V1+V2. Pada cara pertama, didapatkan: Volts/div :1V Sweep time/div : 0.5 mS Frekuensi : 50 x 1 Hz Ya :2 Yb :5 CH 1 → R2 → V2 CH 2 → R1 + R2 → V1 + V2 = Vpp V1 = Vpp + V2 Dengan meninjau rangkaian yang ada, dapat diketahui bahwa rangkaian dua ini merupakan kebalikan dari rangkaian satu. Pada rangkaian ini yang Ya terhubung pada kedua resistor (R1 dan R2) sedangkan ujung Yb hanya terhubung pada R2. Selain itu, hal ini dapat dibuktikan melalui bentuk gelombang yang tampak pada layar scope. Gelombang CH1 pada rangkaian dua berbentuk lebih kecil dibandingkan dengan pada rangkaian satu dan gelombang CH2 berbentuk lebih kecil dibandingkan dengan pada rangkaian dua. Namun, nilai V1 dan V2 ini tidak mempengaruhi nilai Vpp karena untuk mencari Vpp adalah menjumlahkan V1 dan V2. Pada cara dua, didapatkan: Volts/div :1V Sweep time/div : 0.5 mS Frekuensi : 50 x 1 Hz Ya :3 Yb :5 CH 1 → R1 → V1 CH 2 → R1 + R2 → V1 + V2 = Vpp V2 = Vpp – V1 Pada cara ketiga, konsep yang terdapat pada rangkaian ini masih sama seperti rangkaian-rangkaian sebelumnya. Skema menunjukan bahwa Ya mewakili R1 dan Yb mewakili R2. Ujung Ya bernilai V1 dan ujung Yb bernilai V2, sehingga dapat diperoleh Vpp dan penjumlahan keduanya. Pada cara ketiga, didapatkan: Volts/div :1V
Sweep time/div : 0.5 mS Frekuensi : 50 x 1 Hz Ya :3 Yb :2 :2 Δλ :4 λ CH 1 → R1 → V1 CH 2 → R2 → V2
Untuk cara keempat, mode yang digunakan berbeda dengab eksperimen-eksperimen sebelumnya yaitu penggeseran dari normal ke X-Y, sebenarnya hal ini untuk mempermudahkan kita untuk menghitung beda fase nya. Tapi tidak menuntut kemungkinan dengan mode Normal tidak dapat menghitung beda fase. Tegangan pada ujung-ujung C sama dengan tegangan total V. demikian pula besar tegangan pada ujung-ujung R adalah pengukuran besar arus yang melalui saluran rangkaian, dan yang melalui kapasitor C. Pada cara keempat ini, didapatkan: Volts/div : CH 1 : 1 V CH 2 : 2 V Sweep time/div : 0.5 mS Frekuensi : 50 x 1 Hz :1 Δλ 5. Pengukuran frekuensi Pada eksperimen pengukuran frekuensi ini, digunakan dua buah osilator dimana yang dihubungkan ke scope agar dapat terlihat perbedaan masukan antara osilator pertama dan kedua yang akan ditampilkan pada layar. Pada eksperimen ini digunakan empat perbandingan masukkan frekuensi, yaitu 1:1, 1:2. 1:3, dan 2:3, sehingga input yang dimasukkan adalah 30 Hz:30 Hz, 30 Hz:60 Hz, 30 Hz:90 Hz, dan 20 Hz:30 Hz. Dengan begitu dapat dilihat perbedaan yang sangat jelas sehingga pengukuran frekuensi pun dapat dilihat dan diukur dengan jelas. Pada berkas yang dihasilkan di layar, dihitung jarak antara puncak gelombang, yang disebut T 1 (jarak antar puncak pada gelombang pertama CH1 ) dan T 2 (jarak antar puncak pada gelombang kedua CH2). T 1 dan T2 dihitung dengan rumus:
Setelah keempat perbandingan diuji, didapatkan hasil sebagai berikut: 1:1 T1 = 6 x 0.5 = 3 T2 = 6 x 0.5 = 3
1:2 T1 = 6 x 0.5 = 3 T2 = 3 x 0.5 = 1.5 1:3 T1 = 6 x 0.5 = 3 T2 = 2 x 0.5 = 1 2:3 T1 = 9 x 0.5 = 4.5 T2 = 6 x 0.5 = 3 Sedangkan akan didapatkan hasil yang jika diuji menggunakan rumus berikut:
Maka, didapatkan:
1:1 T1 = 1/30 = 0.033 T2 = 1/30 = 0.033 1:2 T1 = 1/30 = 0.033 T2 = 1/60 = 0.016 1:3 T1 = 1/30 = 0.033 T2 = 1/90 = 0.011 2:3 T1 = 1/20 = 0.050 T2 = 1/30 = 0.033
6. Pengukuran Beda fase Pengukuran beda fase ini berbeda dengan eksperimeneksperimen sebelmnya. Pada eksperimen ini menggunakan trafo sebagai transformator. Namun pada eksperimen ini juga digunakan scope, osilator, resistor, dan kapasitor, sama seperti eksperimeneksperimen sebelumnya. Besaran input tegangan, time, dan frekuensi divariasikan hingga dihasilkannya berkas berupa lingkaran atau elips pda layar. Namun pada saat diuji, berkas yang didapatkan tidak jelas dan tidak berbentuk. Hal ini terjadi karena adanya distorsi. Distorsi adalah peristiwa kesalahan yang diakibatkan oleh alat ataupun praktikan.
VI.
KESIMPULAN
A. Pada praktikum osilokop, perlu diperhatikan lebih mendalam terutama mengenai kalibrasi alat serta cara menggunakan scope. Karena beberapa peralatan elektronika terkadang cukup sensitive saat digunakan sehingga dapat memberikan hasil yang kurang objektif. B. Manfaat utama osiloskop yang memiliki dua electron dan dua lubang input yaitu mampu menampilkan secara tepat berkas-berkas yang mewakili tegangan dari dua sumber berbeda baik yang identic maupun yang berbeda. C. Semakin kecil setelah volts/div, maka berkas yang dihasilkan akan semakin besaramplitudonya, begitu juga sebaliknya. D. Osiloskop dapat digunakan untuk mengetahui suatu frekuensi sumber yang belum diketahui dengan menetapkan frekuensi standard dari sumber lain. E. Pada Pengukuran Beda Fase terjadi distorsi yang dikarenakan kesalahan pada alat, baik pada osiloskop, generator, resistor, kapasitor, ataupun trafo yang digunakan.
VII. DAFTAR PUSTAKA Staf Laboratorium Fisika Dasar. 2011. Panduan Praktikum Fisika Dasar II . Yogyakarta : Laboratorium Fisika Dasar UGM.
id.wikipedia.org/wiki/osiloskop
VIII. PENGESAHAN
Asisten,
(Arief Gunawan)
Yogyakarta, 23 Mei 2012 Praktikan,
(Famanil Yulyentri) 11/313279/PA/13666
