PETUNJUK PRAKTIKUM
Praktikum
Rangkaian Elektrik
Mervin T Hutabarat
Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika
Institut Teknologi Bandung
2017
Laboratorium Dasar
Teknik Elektro
Petunjuk Praktikum
EL2101 Rangkaian Elektrik
edisi 2017-2018
Disusun oleh
Mervin T. Hutabarat
Laboratorium Dasar Teknik Elektro
Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika
Institut Teknologi Bandung
Daftar Kontributor i
Daftar Kontributor
Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini
Mervin Hutabarat Amy Hamidah Salman Narpendyah Wisjnu Ariwadhani
Harry Septanto Muhammad Luthfi
Rizki Ardianto Sandra Irawan Nina Lestari
Daftar Isi iii
Daftar Isi
Daftar Kontributor ... i
Daftar Isi ... iii
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ... v
Kelengkapan Praktikum ... v
Persiapan/ Sebelum Praktikum ... v
Selama Praktikum ... v
Setelah Praktikum ... vi
Pergantian Jadwal ... vi
Sanksi ... vii
Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ... ix
Keselamatan ... ix
Penggunaan Peralatan Praktikum ... xi
Sanksi ... xi
Tabel Sanksi Praktikum ... xii
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium ... 1
1. Tujuan ... 1
2. Persiapan ... 1
3. Alat dan Komponen yang Digunakan ... 7
4. Tugas Pendahuluan ... 7
5. Langkah Percobaan ... 8
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi ... 19
1. Tujuan ... 19
2. Persiapan ... 19
3. Alat dan Komponen yang Digunakan ... 22
4. Tugas Pendahuluan ... 22
5. Percobaan ... 23
Percobaan 3: Rangkaian Penguat Operasional ... 33
1. Tujuan ... 33
2. Persiapan ... 33
3. Alat dan Komponen yang Digunakan ... 36
4. Tugas Pendahuluan ... 37
5. Percobaan ... 39
Percobaan 4: Gejala Transien ... 43
1. Tujuan ... 43
2. Persiapan ... 43
3. Alat dan Komponen yang Digunakan ... 45
4. Tugas Pendahuluan ... 45
5. Percobaan ... 46
Percobaan 5: Rangkaian AC ... 51
1. Tujuan ... 51
2. Persiapan ... 51
3. Alat dan Komponen yang Digunakan ... 55
4. Percobaan ... 56
Percobaan 6: Rangkaian Resonansi ... 61
1. Tujuan ... 61
3. Percobaan ... 63
Lampiran A: Akurasi, Presisi dan Nilai Penting ... 69
Akurasi dan Presisi ... 69
Error Sistematik dan Error Acak ... 69
Nilai Penting ... 70
Angka Penting pada Praktikum ... 70
Lampiran B: Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik pada Breadboard ... 71
Breadboard ... 71
Merangkai Kabel, Komponen dan Instrumen ... 73
Lampiran C: Nilai dan Rating Komponen ... 76
Resistor ... 76 Kapasitor ... 78 Induktor ... 81 Dioda ... 83 Transistor ... 84 Daftar Pustaka ... 84
Lampiran D: Instrumen Dasar dan Aksesoris ... 85
Instrumen Dasar ... 85
Generator Sinyal ... 85
Osiloskop ... 86
Power Supply ... 86
Kabel Aksesoris ... 87
Lampiran E: Prinsip Kerja Multimeter ... 91
Jenis Multimeter ... 91
Multimeter Elektronis ... 92
Penggunaan Multimeter ... 92
Contoh Rangkaian Multimeter ... 100
Multimeter Sebagai Alat Ukur Besaran Lain ... 101
Spesifikasi Multimeter ... 101
Lampiran F: Cara Menggunakan Generator Sinyal ... 103
Lampiran G: Prinsip Kerja Osiloskop... 105
Bagian-bagian Osiloskop ... 105
Osiloskop “Dual Trace” ... 109
Kalibrator ... 110
Probe dan Peredam ... 110
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro v
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik
Elektro
Kelengkapan Praktikum
Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/rok, kemeja dan mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan berikut:
1. Modul praktikum,
2. Buku Catatan Laboratorium (BCL), 3. Alat tulis dan kalkulator,
4. Kartu Nama (Name tag), dan 5. Kartu Praktikum.
Persiapan/ Sebelum Praktikum
Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut:
1. Membaca dan memahami isi modul praktikum,
2. Mengerjakan hal-hal yang harus dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan, misalnya mengerjakan tugas pendahuluan, melakukan perhitungan-perhitungan, menyalin source code, mengisi Kartu Praktikum dsb.,
3. Mengisi daftar hadir di Tata Usaha Laboratorium,
4. Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker dengan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP).
Selama Praktikum
Setelah dipersilahkan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah: 1. Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu
sebaik-baiknya, diawali dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu, 2. Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten,
3. Melakukan pengecekan terhadap peralatan praktikum (termasuk kabel di dalam boks kabel) sebelum memulai praktikum,
4. Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium. (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) tentang hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.
vi Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro
Setelah Praktikum
Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus
1. Memastikan BCL dan Kartu Praktikum telah ditandatangani oleh asisten,
2. Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali),
3. Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan Laporan di laman http://labdasar.ee.itb.ac.id),
4. Mengumpulkan file laporan dengan cara mengunggah di laman http://praktikum.ee.itb.ac.id. Waktu pengiriman paling lambat jam 11.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/atau Asisten.
Pergantian Jadwal
Kasus Biasa
Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut:
1. Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman Panduan
2. Salah satu praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke labdasar@stei.itb.ac.id . Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, satu hari kerja sebelum praktikum yang dipertukarkan.
3. Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar.
Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya
Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak pribadi. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui email.
Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi.
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro vii
Kasus ”kepentingan massal”
”Kepentingan massal” terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait kegiatan akademis, misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Beritahukan kepada administrasi TU Lab. Dasar secepatnya. Jadwal praktikum pengganti satu hari itu akan ditentukan kemudian oleh admin Lab. Dasar.
Sanksi
Pengabaian aturan-aturan di atas dapat dikenakan sanksi pengguguran nilai praktikum terkait.
Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ix
Panduan Umum Keselamatan dan
Penggunaan Peralatan Laboratorium
Keselamatan
Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman.
Bahaya Listrik
Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten.
1. Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll. 2. Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri
atau orang lain.
3. Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu. 4. Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum.
Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi:
1. Jangan panik,
2. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan di meja praktikan yang tersengat arus listrik,
3. Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik,
4. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik.
x Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium
Bahaya Api atau Panas berlebih
Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum.
1. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan.
2. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain.
3. Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum.
Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas berlebih:
1. Jangan panik,
2. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih,
3. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing, 4. Menjauh dari ruang praktikum.
Bahaya Lain
Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan perhatikan juga hal-hal berikut:
1. Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan,
2. Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll.,
3. Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai, 4. Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau
orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum.
Lain-lain
Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium xi
Penggunaan Peralatan Praktikum
Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum: 1. Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk/ prosedur
pengguna-an tiap alat itu. Petunjuk/ prosedur penggunaan beberapa alat praktikum ada di kuliah praktikum bersangkutan dan di http://labdasar.ee.itb.ac.id.
2. Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasanya tertera pada badan alat.
3. Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan. 4. Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat
tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.
5. Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam, api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat tersebut.
6. Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan.
7. Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut.
Sanksi
Pengabaian uraian panduan di atas dapat dikenakan sanksi tidak lulus mata kuliah praktikum yang bersangkutan.
xii Tabel Sanksi Praktikum
Tabel Sanksi Praktikum
Berlaku mulai: 14 Agustus 2017
Level
Waktu
Kasus
Sanksi
Pengurangannilai per modul
Akademik Saat dan setelah praktikum
Semua kegiatan plagiasi
(mencontek):
tugas pendahuluan, test dalam praktikum, laporan praktikum
Gugur praktikum
Sengaja tidak mengikuti
praktikum
Berat Saat
praktikum
Tidak hadir praktikum Gugur
modul Terlambat hadir praktikum
Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu
Tugas pendahuluan tidak
dikerjakan/hilang/tertinggal
Ringan Saat
Praktikum
Pertukaran jadwal tidak sesuai aturan/ketentuan
-25 nilai akhir
Tidak mempelajari modul
sebelum praktikum/tidak
mengerti isi modul
Dikeluarkan dari
praktikum
-25 nilai akhir
BCL tertinggal/hilang -100% nilai BCL
Name Tag tertinggal/hilang -10 nilai akhir
Kartu praktikum tertinggal/hilang -25 nilai akhir
Kartu praktikum tidak lengkap data dan foto
-10 nilai akhir
Loker tidak dikunci/kunci
tertinggal
-10 nilai akhir Setelah
Praktikum
Tidak ada paraf asisten di BCL/kartu praktikum -25 nilai akhir Terlambat mengumpulkan laporan -1/min nilai akhir, maks -50
Terlambat mengumpulkan BCL -1/min nilai
BCL, maks -50 Tidak bawa kartu praktikum saat
pengumpulan BCL
-50 nilai BCL Tidak minta paraf admin saat
pengumpulan BCL
Tabel Sanksi Praktikum xiii
Catatan:
1. Pelanggaran akademik menyebabkan gugur praktikum, nilai praktikum E 2. Dalam satu praktikum, praktikan maksimal boleh melakukan
a. 1 pelanggaran berat dan 1 pelanggaran ringan; atau b. 3 pelanggaran ringan
3. Jika jumlah pelanggaran melewati point 2, praktikan dianggap gugur praktikum.
4. Praktikan yang terkena sanksi gugur modul wajib mengganti praktikum pada hari lain dengan nilai modul tetap 0. Waktu pengganti praktikum ditetapkan bersama asisten. Jika praktikan tidak mengikuti ketentuan praktikum (pengganti) dengan baik, akan dikenakan sanksi gugur praktikum.
5. Setiap pelanggaran berat dan ringan dicatat/diberikan tanda di kartu praktikum 6. Waktu acuan adalah waktu sinkron dengan NIST
7. Sanksi yang tercantum di tabel adalah sanksi minimum.
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 1
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi
Laboratorium
1.
Tujuan
1. Mengenal multimeter sebagai pengukuran tegangan (Voltmeter), sebagai pengukur arus (Amperemeter) dan sebagai pengukur resistansi (Ohmmeter) dan dapat menggunakan alat ukur tersebut,
2. Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran arus DC,
3. Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan jatuh DC dan AC pada resistansi besar,
4. Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan AC dengan frekuensi tinggi dan bentuk gelombang nonsinusoidal,
5. Memahami perbedaan cara pengukuran resistansi dengan 2 dan 4 kawat, 6. Dapat menggunakan osiloskop sebagai pengukur tegangan dan sebagai
pengukur frekuensi dari berbagai bentuk gelombang.
2.
Persiapan
Baca appendix berjudul “Osiloskop dan Generator Sinyal” dan appendix mengenai kode warna resistor. Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul instrumentasi laboratorium ini. Agar mempermudah saat praktikum, praktikan disarankan untuk menyiapkan tabel-tabel hasil percobaan pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) sebelum praktikum dimulai. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.
Multimeter
Berikut ini beberapa Catatan tentang Penggunaan Multimeter:
Perhatikan baik-baik beberapa catatan tentang penggunaan multimeter berikut ini. Kesalahan penggunaan multimeter dapat menyebabkan fuse pada multimeter putus.
Putusnya fuse dapat mengakibatkan pemotongan nilai sebesar minimal 10.
Dalam keadaan tidak dipakai, selektor sebaiknya pada kedudukan AC volt pada harga skala cukup besar (misalnya 250 V) atau posisi “OFF”. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari kesalahan pakai yang membahayakan multimeter.
Sebelum mulai mengukur suatu besaran listrik perhatikanlah lebih dahulu besaran apakah yang hendak diukur dan kira-kira berapakah besarannya, kemudian pilihlah kedudukan selektor dan skala manakah yang akan dipergunakan. Perhatikan pula polaritas (tanda + dan -) bila perlu.
2 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium Jangan menyambungkan multimeter pada rangkaian, baru kemudian memilih
kedudukan selektor dan skala yang akan digunakan. Jika arus/tegangan melebihi batas maksimal pengukuran multimeter, fuse dapat putus.
Pada waktu mulai melakukan pengukuran arus dan tegangan, bila tidak dapat dipastikan besarnya arus/ tegangan tersebut, maka mulailah dari batas ukur yang paling besar. Setelah itu selektor dapat dipindahkan ke batas ukur yang lebih rendah untuk memperoleh ketelitian yang lebih baik.
Pada pengukuran tegangan dan arus, pembacaan meter akan paling teliti bila penunjukan jarum terletak di daerah dekat skala penuh, sedangkan pada pengukuran resistansi bila penunjukan jarum terletak di daerah pertengahan skala.
Harus diperhatikan: pengukuran resistansi hanya boleh dilakukan pada komponen atau rangkaian yang tidak mengandung sumber tegangan dan/atau tidak tersambung ke sumber listrik apapun.
Osiloskop
Mengukur Tegangan
Kesalahan yang mungkin timbul dalam pengukuran tegangan, dapat disebabkan oleh osiloskopnya sendiri seperti kalibrasi osiloskop yang sudah buruk dan kesalahan penggunaan-nya, misalnya pengaruh impedansi input, kabel penghubung serta gangguan parasitik. Untuk mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh impedansi input, dapat digunakan probe yang sesuai (dengan memperhitungkan maupun dengan kalibrasi dari osiloskop).
Besar tegangan sinyal dapat langsung dilihat dari gambar pada layar dengan mengetahui nilai volt/div yang digunakan. Gunakan skala tegangan V/div yang terkecil yang masih memberikan gambar sinyal tidak melewati ukuran layar osiloskop.
Osiloskop mempunyai impedansi input yang relative besar (1M, 10-50pF) jadi dalam mengukur rangkaian dengan impedansi rendah, maka impedansi input osiloskop dapat dianggap open circuit untuk pengukuran DC atau gelombang frekuensi rendah.
Mengukur Beda Fasa
Pengukuran beda fasa antar dua buah sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:
dengan osiloskop “dual trace”, dan
dengan metoda “lissajous”.
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 3
Dengan Osiloskop Dual Trace
Sinyal pertama dihubungkan pada kanal A, sedangkan sinyal kedua dihubungkan pada kanal B dari osiloskop. Pada layar osiloskop akan terlihat gambar bentuk tegangan kedua sinyal tersebut. Beda fasa dapat dihitung = t/T*360o.
Gambar 1Error! No text of specified style in document.-1 Pengukuran beda fasa dengan dual trace
Dengan Metoda Lissajous
Sinyal pertama dihubungkan pada kanal B, dan sinyal kedua dihubungkan pada kanal A osiloskop. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Pada layar akan terlihat suatu lintasan berbentuk lingkaran, garis lurus, atau elips dimana dapat langsung ditentukan beda fasa antara kedua sinyal tersebut dengan
1
c
sin
d
.Mengukur Frekuensi
Pengukuran frekuensi suatu sinyal listrik dengan osiloskop dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain:
Cara langsung,
Dengan osiloskop dual trace,
Metoda Lissajous,
Metoda cincin modulasi.
Sinyal A A B Sinyal B 0 t VA T t t 0 VB c d
4 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Beberapa osilokop yang dimiliki Lab. Dasar memiliki penghitung frekuensi langsungnya. Hati-hati menggunakannya, karena frekuensi yang ditampilkan tidak selalu benar bergantung setting pengukurannya.
Cara Langsung
Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal B osiloskop. Frekuensi sinyal langsung dapat ditentukan dari gambar, dimana f = 1/T, untuk T = periode gelombang.
Gambar 1Error! No text of specified style in document.-3 Perhitungan perioda
Pengukuran langsung hanya dapat dilakukan bila kalibrasi skala waktu osilokop dalam keadaan baik.
Dengan Osiloskop Dual Trace
Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A. Generator dengan frekuensi yang diketahui dihubungkan pada kanal B. Bandingkan kedua gelombang tersebut dengan menampilkannya secara bersamaan. Frekuensi generator kemudian diubah sampai perioda sinyal yang diukur sama dengan perioda sinyal generator. Pada keadaan ini, frekuensi generator sama dengan frekuensi sinyal yang diukur.
Pengukuran dengan cara dual trace ini dapat dilakukan pada osiloskop yang kalibrasi waktunya kurang baik, tetapi frekuensi generator sinyal harus terkalibrasi baik.
Metoda Lissajous
Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A, sedangkan generator dengan frekuensi yang diketahui (sebagai sinyal rujukan) dihubungkan pada kanal B. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Frekuensi generator sinyal kemudian diatur, sehingga pada layar didapat suatu lintasan seperti pada Gambar 1Error! No text of specified style in document.-4.
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 5
Gambar 1Error! No text of specified style in document.-4 Contoh lissajous 1:2
Pada Gambar 1Error! No text of specified style in document.-4 tersebut, perbandingan fx:fy
adalah 1:2. Cara ini hanya mudah dilakukan untuk perbandingan frekuensi yang mudah dan bulat (1:2, 1:3, 3:4 dan seterusnya).
Mengukur Faktor Penguatan
Ada beberapa cara pengukuran faktor penguatan antara lain:
Cara langsung,
Dengan osiloskop dual trace.
Cara Langsung
Hubungkan keluaran Generator Sinyal pada masukan rangkaian penguat. Input rangkaian penguat ini juga dihubungkan pada kanal 1 osiloskop. Hubungkan keluaran rangkaian penguat pada kanal 2 osiloskop. Gunakan mode ‘X-Y’.
Rangkaian Penguat
GND
Generator Sinyal Mode x-y
Konektor T Vin Vout GND Kanal B Kanal A osiloskop
Gambar 1Error! No text of specified style in document.-5 Pengukuran penguatan dengan membaca slope pada mode xy
Pada layar osiloskop akan didapat suatu garis lurus dengan sudut terhadap sumbu horizontal. Besar faktor penguatan langsung dapat diketahui dari gambar, dimana penguatan merupakan gradient kemiringan.
Dengan Osiloskop Dual Trace
Generator sinyal dihubungkan pada input rangkaian penguat yang akan diamati penguatannya, dan pada kanal A osiloskop. Output rangkaian penguat dihubungkan pada kanal B osiloskop.
6 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium Rangkaian Penguat GND Generator Sinyal Konektor T Vin Vout GND Kanal B Kanal A osiloskop
Gambar Error! No text of specified style in document.1-6 Pengukuran penguatan dengan membaca dan membandingkan dua amplituda
Pada layar akan didapat sinyal input dan output rangkaian penguat.
Dengan mengukur tegangan sinyal input dan sinyal output rangkaian penguat, maka faktor penguatan dapat ditentukan.
Cara ini dapat juga dilakukan dengan osiloskop single trace dengan membaca input dan output bergiliran. Namun untuk ini, perlu diyakinkan pembebanan rangkaian tidak berubah pada kedua pengukuran tersebut.
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 7
3.
Alat dan Komponen yang Digunakan
1. Multimeter Analog (1 buah) 2. Multimeter Digital Genggam (1 buah) 3. Multimeter Digital Benchtop (1 buah) 4. Power Supply DC (1 buah) 5. Generator Sinyal (1 buah)
6. Osiloskop (1 buah)
7. Kit Multimeter (1 buah)
8. Kit Osiloskop & Generator Sinyal (1 buah) 9. Kit Box Osilator (1 buah)
10. Resistor 0,1 (1 buah)
11. Kabel 4 mm – 4 mm (min 5 buah) 12. Kabel BNC – 4 mm (3 buah) 13. Kabel BNC – BNC (1 buah) 14. Konektor T BNC (1 buah)
4.
Tugas Pendahuluan
1. Carilah lembar data (data sheet) yang menunjukkan spesifikasi instrumen berikut: Sanwa AMM YX360TRF, Sanwa DMM CD800a, Rigol DMM 3058, HP/Agilent/Keysight DMM 34405A. Pelajari dan tandai parameter-parameter yang perlu diperhatikan pada spesifkasi multimeter tersebut.
2. Lakukan perhitungan tegangan dan arus yang diharapkan terukur pada langkah perobaan ini.
3. Pada pengukuran tegangan bolak-balik, apa yang disebut dengan tegangan efektif? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan osiloskop? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan multimeter?
8 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
5.
Langkah Percobaan
Memulai Percobaan
1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang diberikan oleh asisten ketika praktikum dimulai. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium.
2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.
Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik Multimeter
3. Perhatikan spesifikasi alat ukur yang diperoleh dari lembar data. Bila ada besaran yang juga ditampilkan pada instrumen, catatlah pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) spesifikasi, batas ukur, batas aman, dll seperti pada contoh Tabel 1Error! No
text of specified style in document.-1.
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-1 Data spesifikasi instrumen
No. Spesifikasi Keterangan
1 Sensitivitas 20 k/V DC, 9 k/V DC250V UP, 9 k/V AC
Nilai sensitivitas multimeter bergantung pada skala pembacaan tegangan
2 Batas tegangan Cat 3 1000 V Batas tegangan aman pada terminal input alat ukur
3 dst
Mengukur Arus Searah
4. Gunakan Kit Multimeter. Buatlah rangkaian seri seperti pada Gambar Error! No text
of specified style in document.1-7 dengan Vs=6 V dan R1 = R2 = 120 .
Gambar Error! No text of specified style in document.1-7 Rangkaian percobaan pengukuran arus R2 A 6V R1 I
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 9
5. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah I (tidak menggunakan
Amperemeter!) dan cantumkan hasil perhitungan tersebut pada Tabel Error! No text of specified style in document.1-2.
6. Sekarang ukurlah arus searah I tersebut dengan multimeter analog. (Perhatikan
polaritas meter!). Sesuaikan batas ukur dengan nilai arus terhitung. Ulangilah
pengukuran arus searah I dengan memodifikasi parameter rangkaian menjadi R1 = R2 = 1,5 k
R1 = R2 = 1,5 M.
7. Sebelum mengubah nilai R (dan menyambungkan amperemeter ke rangkaian), pastikan batas ukur amperemeter terpilih dengan tepat.
8. Lakukan kembali pengukuran arus searah I (dengan tiga harga R yang berbeda) menggunakan multimeter digital.
9. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran arus I dalam Buku Catatan Laboratorium. Perhatikan contoh pada Tabel Error! No text of specified style in
document.1-2.
Tabel Error! No text of specified style in document.1-2 Data pengukuran arus dengan multimeter Nilai R1 dan R2 () Hitungan AMM DMM 1 DMM 2 I (mA) BU (mA) I
(p)
(mA) I(b)
(mA) I(p)
(mA) I(b)
(mA) I(p)
(mA) I(b)
(mA) 120 1.5k 1,5MCatatan: BU batas ukur skala penuh, (p) pengukuran terpisah (b) bersamaan 10. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran
sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.
10 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Gambar Error! No text of specified style in document.1-8 Rangkaian percobaan pengukuran tegangan
11. Buatlah rangkaian tersebut dengan VS = 6 V dan R1 = R2 = 120 .
12. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah tegangan Vab (tidak menggunakan
Voltmeter!), cantumkan hasil perhitungan tersebut pada Tabel 1Error! No text of
specified style in document.-3.
13. Kemudian ukurlah tegangan Vab dengan multimeter analog. (Perhatikanlah polaritas
meter!) Sesuaikan batas ukur yang dipilih dengan hasil perhitungan Vab. Batas ukur manakah yang dipilih? Adakah pengaruh resistansi dalam meter terhadap hasil pengukuran?
14. Ulangilah pengukuran tegangan Vab dengan memodifikasi parameter rangkaian menjadi
R1 = R2 = 1,5 k
R1 = R2 = 1,5 M
15. Sebelum mengubah nilai R (dan menyambungkan voltmeter ke rangkaian), pastikan batas ukur voltmeter terpilih dengan tepat.
16. Lakukan kembali pengukuran tegangan searah Vab tersebut (dengan tiga harga R
yang berbeda) menggunakan multimeter digital.
17. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran tegangan Vab tersebut dalam Buku Catatan Laboratorium. Perhatikan contoh Tabel 1Error! No text of specified
style in document.-3.
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-3 Data pengukuran tegangan dengan multimeter Nilai R1 dan R2 () Hitungan AMM DMM 1 DMM 2 Vab (mA) BU (V) Vab
(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) 120 1.5k 1,5MPercobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 11
18. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.
Mengukur Tegangan AC
19. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 1Error! No text of specified style in
document.-9 dan Gambar Error! No text of specified style in document.1-10. Pada
rangkaian ini G (Generator Sinyal) digunakan sebagai sumber tegangan bolak-balik. Atur frekuensi generator sinyal pada 50 Hz dan amplituda generator 6 Vrms (menggunakan multimeter). Gunakan resistor R1 = R2 = 1,5 k.
20. Gunakan multimeter analog dan digital secara bergantian dan juga bersama-sama untuk mengukur tegangan Vab, catat dalam Buku Catatan Laboratorium. Gunakan contoh Tabel 1-4 untuk mencatat hasil pengukuran.
Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur frekuensi generator pada 500 pada 500 Hz, 5 kHz, 50 kHz, 500 kHz, dan 5 MHz. Catatlah semua hasil percobaan di atas pada atas pada
12 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
21. Tabel Error! No text of specified style in document.1-4.
Gambar 1Error! No text of specified style in document.-9 Rangkaian pengukuran tegangan AC
Gambar Error! No text of specified style in document.1-10 Rangkaian pengukuran tegangan AC
22. Kembalikan frekuensi generator menjadi 50 Hz. Gunakan multimeter analog dan digital secara bergantian dan juga bersama-sama untuk mengukur tegangan Vab, catat dalam Buku Catatan Laboratorium. Gunakan contoh Tabel 1-5 untuk mencatat hasil pengukuran.
23. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur bentuk gelombang segi tiga dan segi empat.
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 13
Tabel Error! No text of specified style in document.1-4 Data pengukuran tegangan AC variasi frekuensi Frekuensi (Hz) AMM DMM 1 DMM 2 Vab
(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) 50 500 5k 50k 500k 5MTabel 1Error! No text of specified style in document.-5 Data pengukuran tegangan AC variasi Bentuk Gelombang Bentuk Gelombang AMM DMM 1 DMM 2 Vab
(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) Vab(p)
(V) Vab(b)
(V) Sinusoid Segitiga Segiempat24. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.
Mengukur Resistansi
25. Gunakan Kit Multimeter sebagai obyek ukur dan multimeter sebagai ohmmeter. Untuk multemeter analog, sebelum mengukur hubung singkatkan kedua probe multimeter dan aturlah dengan pengatur harga nol sehingga Ohmmeter menunjuk nol (Langkah ini harus dilakukan setiap kali kita mengubah batas ukur Ohmmeter).
14 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-6 Hasil pengukuran resistansi dengan multimeter
Nilai Tertulis/ Warna Toleransi Nilai Terukur () Hitungan () Gelang (%) AMM 2W DMM1 2W DMM2 2W DMM2 4W R1= R2= R3= R4= R5= 0,1
26. Ukurlah resistansi R1, R2, R3, R4 dan R5 pada Kit Multimeter dengan menggunakan Ohmmeter dari ketiga multimeter (terpisah). Baca nilai tertera pada gelang berikut toleransinya. Saat menggunakan multimeter analog pilihlah batas ukur yang memberikan pembacaan pada daerah pertengahan skala untuk pembacaan terbaik. Tuliskanlah hasil pengukuran ini pada
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 15
28. Tabel 1Error! No text of specified style in document.-6.
29. Gunakan resitor 0,1 yang tersedia (10 resistor 1 paralel) ukurlah dengan multi meter digital genggam dan banchtop dengan cara pengukuran 2 kawat. Ukur lagi dengan multimeter benchtop dengan cara pengukuran 4 kawat.
30. Perhatikan hasil pembacaan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.
Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 2
31. Catatlah dalam Buku Catatan Laboratorium, spesifikasi-teknik yang tampak pada osiloskop yang akan dipergunakan!
Mengecek Kalibrasi
32. Hubungkan output kalibrator dengan input X osiloskop.
Gambar Error! No text of specified style in document.-11Terminal sinyal kalibrasi dan port input osiloskop
33. Ukur tegangan serta periodanya untuk dua harga “Volt/Div” dan “Time/Div”, catat ke dalam Tabel 1-7.
16 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Tabel Error! No text of specified style in document.1-7 Pemeriksaan Kondisi Kalibrasi Osiloskop
Kanal
Harga Kalibrator Skala Pembacaan Hasil Pengukuran Tegangan (V) Frekuensi (Hz) Vert. (V/div) Hors. (s/div) Tegangan (V) Perioda (s) Frekuensi (Hz) 1 2
35. Bandingkan hasil pengukuran dengan harga kalibrator sebenarnya. Diskusikan dan masukkan dalam laporan.
Mengukur TeganganSearah
36. Atur tegangan output dari power supply DC sebesar 2 V diukur dengan multimeter digital.
37. Kemudian ukur besar tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi source coupling pada DC.
38. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1Error! No text of specified style in
document.-8.
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-8 Hasil pengukuran tegangan DC dengan multimeter dan osiloskop
Tegangan terukur (V)
Multimeter Osiloskop Ch1 Osiloskop Ch2
Mengukur Tegangan Bolak-balik
39. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vrms diukur dengan multimeter digital.
40. Kemudian ukur tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi Source Coupling pada AC.
41. Lakukan lagi untuk frekuensi 100 Hz dan 10 kHz. Tuliskan hasil pengukuran pada 42. Tabel Error! No text of specified style in document.1-9.
Tabel Error! No text of specified style in document.1-9 Hasil pengukuran tegangan AC dengan multimeter dan osiloskop
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 17 Fasa Frekuensi (Hz) Multimeter Vrms Osiloskop Ch1 Vp Osiloskop Ch2 Vp 100 1 k 10 k
Mengukur Beda Fasa
43. Gunakan kit Osiloskop dan Generator Sinyal. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vpp.
44. Hubungkan generator sinyal ini dengan input rangkaian penggeser fasa Gambar
Error! No text of specified style in document.1-12 Rangkaian penggeser fasa pada
kit praktikum (rangkaian RC).
Rangkaian Penggeser
in out
Gambar Error! No text of specified style in document.1-12 Rangkaian penggeser fasa
45. Ukur beda fasa antar sinyal input dan output rangkaian penggeser fasa dengan menggunakan cara membaca dual trace dan Lissajous. Pada pengukuran beda fasa dengan dual trace, yakinkan Source Trigger bukan vertical.
46. Amatilah untuk sekurangnya 2 (dua) kedudukan potensio R!
47. Tuliskan hasil pengukuran pada Tabel 1Error! No text of specified style in
document.-10 lakukan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-10 Hasil pengukuran beda fasa dengan osiloskop
Posisi Tombol ± % maks
Dual Trace Lissajous
18 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Mengukur Frekuensi
48. Gunakan kit Box Osilator. Hubungkan dengan sumber tegangan DC 5 V. 49. Gunakan keluaran dari osilator dan amati pada osiloskop.
50. Ukur frekuensi salah satu osilator f1, f2 dan f3 dengan menggunakan cara langsung
Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 19
Tabel Error! No text of specified style in document.1-11 Hasil pengukuran frekuensi dengan osiloskop
Posisi Selektor Frekuensi
Pengukuran frekuensi
Cara Langsung Cara Lissajous Tsinyal (s) fsinyal (Hz) f - generator sinyal (Hz) Sketsa Tampilan f - sinyal (Hz) f1 f2 f3
Mengukur Faktor Penguatan
51. Gunakan bagian “Penguat” (pada kit Osiloskop dan Generator Sinyal, jangan lupa
menghubungkan catu dayanya ke jala-jala). Sebagai inputnya, gunakan gelombang
sinus 1 kHz 2 Vpp dari Generator Fungsi.
52. Ukur penguatan (Vo/Vi) dari sinyal di input ke output menggunakan cara langsung
(mode xy) dan dengan dual trace.
53. Tuliskan hasil pengukuran pada Buku Catatan Laboratorium Tabel 1Error! No text
of specified style in document.-12.
Tabel 1Error! No text of specified style in document.-12 Hasil pengukuran faktor penguatan dengan osiloskop
Vinput Cara Langsung Cara Dual Trace
Tegangan (Vpp)
Frekuensi (kHz)
Faktor Penguatan Vout (Vpp)
Faktor Penguatan
20 Percobaan 1: Pengenalan Instrumentasi Laboratorium
Mengakhiri Percobaan
54. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggal-kan dalam keadaan mati (selektor menunjuk ke pilihan off) dan tertutup kover-nya. 55. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar
penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.
56. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.
22 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan
Nilai Statistik Resistansi
1.
Tujuan
1. Memahami penggunaan teorema Thevenin dan teorema Norton pada rangkaian arus searah
2. Memahami Teorema Superposisi 3. Memahami Teorema Resiprositas
4. Dapat merancang Rangkaian Pembagi Tegangan 5. Memahami rangkaian resistor seri dan paralel 6. Memahami nilai statistik resistansi
2.
Persiapan
Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul rangkaian DC ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.
Teorema Thevenin
Suatu rangkaian aktif (dengan sumber tegangan dan/ atau sumber arus dependen maupun independen) yang bersifat linier dengan 2 kutub (terminal) a dan b, dapat diganti dengan suatu tegangan VT seri dengan resistor RT.
a b VT RT a b Rangkaian aktif linier
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-1 Konsep Teorema Thevenin
VT = tegangan pada a-b dalam keadaan tanpa beban (open circuit) = VOC
RT = resistansi pada a-b “dilihat” kearah rangkaian dengan semua sumber independen diganti dengan resistansi dalamnya.
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 23
Teorema Norton
Suatu rangkaian aktif (dengan sumber tegangan dan atau sumber arus dependen maupun independen) yang bersifat linier dengan 2 kutub (terminal) a dan b, dapat diganti dengan satu sumber arus IN paralel dengan satu resistor dengan resistansi RN.
a b RN a b Rangkaian aktif linier IN +
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-2 Teorema Norton
IN = arus melalui a-b dalam keadaan hubung singkat (short circuit) = ISC
RN = resistansi pada a-b “dilihat” ke arah rangkaian dengan semua sumber independen diganti dengan resistansi dalamnya.
Teorema Superposisi
Prinsip superposisi menyebabkan suatu rangkaian rumit yang memilki sumber tegangan/arus lebih dari satu dapat dianalisis menjadi rangkaian dengan satu sumber. Teorema ini menyatakan bahwa respon yang terjadi pada suatu cabang, berupa arus atau tegangan, yang disebabkan oleh beberapa sumber (arus dan/atau sumber tegangan) yang bekerja bersama-sama, sama dengan jumlah masing-masing respon bila sumber tersebut bekerja sendiri dengan sumber lainnya diganti oleh resistansi dalamnya.
Ketika menentukan arus atau tegangan dari satu sumber tertentu, semua tegangan independen digantikan dengan hubung singkat dan semua sumber arus independen digantikan dengan hubung terbuka. Tegangan dependen tidak mengalami perubahan. Prinsip superposisi ini dapat diperluas untuk sumber yang bolak-balik, namun hanya berlaku pada rangkaian yang linear.
Jadi bila pada suatu rangkaian terdapat n buah sumber, maka akibat total, berupa arus atau tegangan, pada suatu cabang dapat dituliskan sebagai berikut:
at = a1 + a2 + ...+ an
dimana
at = arus atau tegangan pada suatu cabang bila n buah sumber (sumber arus dan/atau sumber tegangan) bekerja bersama-sama
a1 = arus atau tegangan pada suatu cabang tersebut bila hanya sumber S1 yang bekerja,
sedangkan sumber S2, S3, ... Sn diganti oleh resistansi dalamnya.
24 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
an = arus atau tegangan pada suatu cabang tersebut bila hanya sumber Sn yang bekerja,
sedangkan sumber S1, S2, ... Sn-1 diganti oleh resistansi dalamnya.
Teorema Resiprositas
Dalam tiap rangkaian pasif yang bersifat linier, bila suatu sumber tegangan V yang dipasang pada cabang k menghasilkan arus I1 = I pada cabang m, maka bila sumber tegangan V tersebut
dipindahkan ke cabang m, arus yang mengalir pada cabang k adalah I2 = I.
V R1 R6 R5 R4 R3 R2 I1 = I m k
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-3 Sumber tegangan v dipasang pada cabang k,
dan arus pada cabang m adalah I1=I
V R1 R6 R5 R4 R3 R2 I2 = I m k
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-4 Sumber tegangan v dipindahkan ke cabang m,
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 25
3.
Alat dan Komponen yang Digunakan
1. Kit Teorema Thevenin dan Norton (1 buah)
2. Kit Multimeter (1 buah)
3. Kit Osiloskop dan Generator Sinyal (1 buah)
4. Resistor 1K (100 buah)
5. Resistor Dekade (1 set)
6. Power Supply DC (2 buah)
7. Multimeter (2 buah)
8. Kabel 4 mm – 4 mm (min 10 buah)
4.
Tugas Pendahuluan
1. Perhatikan rangkaian di bawah ini untuk R1 = 33 k, R2 = 1,5 k, R3 = 2,2 k, dan
R4 = 1,5 k. V1 R1 R3 R4 R2 V2 I4
Gambar Error! No text of specified style in document.2-5 Rangkaian percobaan superposisi
2. Hitunglah arus yang melalui R4 (yaitu I4) dan beda potensial pada R1 untuk nilai
V1=12 V dan V2 = 6 V.
3. Asumsi di lab hanya tersedia resistor dengan nilai berikut ini: 220 k 1 buah 10 1 buah 33 k 1 buah 2,2 k 1 buah 120 2 buah 1,5 k 2 buah 1,5 M 2 buah
26 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
Kombinasikan sebagian dari resistor-resistor tersebut untuk menghasilkan nilai resistansi di bawah ini:
70 870 5,2 k 1,72 M 36,7 k
5.
Percobaan
Memulai Percobaan
1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang diberikan oleh asisten. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium.
2. Periksa kelengkapan dan kondisi alat ukur serta sumber arus yang tersedia di meja praktikum.
Percobaan Teorema Thevenin (Rangkaian 1)
3. Dalam percobaan ini, teorema Thevenin dipergunakan untuk mencari arus pada beban R (R1, R2, atau R3) pada cabang C-D secara tidak langsung, dengan mengukur
VT, RT, dan R. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan pengukuran arus melalui
beban secara langsung dengan membaca milli Ammeter.
4. Gunakan kit Thevenin dan Norton. Pasanglah sumber tegangan searah 20 V pada A-B. pada cabang C-D pasanglah mA meter seri dengan beban R1, seperti pada
Gambar 2-6. Catat arus yang melalui R1.
Rangkaian N A B C D 20V R1 A I
Gambar Error! No text of specified style in document.2-6 Pengukuran arus rangkaian
5. Bukalah beban & mA-meter, sehingga C-D terbuka (open circuit). Ukurlah tegangan open circuit C-D dengan Voltmeter Elektronik yang mempunyai
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 27
impendansi input tinggi, (seperti pada Gambar 2-7), catat tegangan open circuit ini sebagai nilai VT. Perhatikan bahwa tegangan sumber A-B harus tetap = 20 V.
Rangkaian N A B C D 20V V
Gambar Error! No text of specified style in document.2-7 Pengukuran tegangan Thevenin
6. Untuk mengukur RT, yaitu resistansi yang “dilihat” pada terminal C-D ke arah kiri,
bukalah/lepaskan sumber tegangan dari A-B dan hubung singkatkan A-B, seperti pada Gambar 2-8. Ukurlah resistansi pada terminal C-D dengan ohmmeter (atau jembatan). Rangkaian N A B C D Ohm meter
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-8 Pengukuran resistansi Thevenin/ Norton (RT)
7. Ukurlah resistansi R1
8. Hitunglah arus melalui R1 dari:
T T i V I R R VT RT R1 C D I
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-9 Pengukuran arus pada rangkaian pengganti Thevenin 1
28 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
9. Bandingkan hasil perhitungan tersebut dengan hasil yang saudara peroleh dari pengukuran pada langkah no 3.
10. Ulangilah percobaan Thevenin ini (langkah 3 sampai 7) untuk harga R = R2 dan
R = R3.
11. Tuliskan hasil percobaan di atas dalam bentuk tabel pada Buku Catatan Laboratorium (BCL).
Teorema Thevenin (Rangkaian 2)
12. Susun rangkaian seperti Gambar 2Error! No text of specified style in
document.-9. Sumber tegangan menggunakan sumber tegangan yang diatur
tegangannya pada nilai VT langkah 5 dan resistor menggunakan resistor dekade
atau potensiometer yang tersedia pada kit praktikum, dengan nilai RT pada
langkah 6.
13. Ukurlah arus yang mengalir melalui R1 dengan mA-meter.
14. Ulangilah percobaan 11-14 untuk R = R2, R = R3, dan R = 0 (hubung-singkat).
15. Tulislah hasil percobaan di atas dalam Buku Catatan Laboratorium.
Teorema Norton
16. Dalam percobaan ini, rangkaian pada percobaan thevenin 1 di atas diganti dengan sebuah sumber arus IN paralel dengan suatu resistansi RN yang besarnya sama
denganRT.
17. Mencari besar IN. Pasanglah sumber tegangan searah 20 V pada A-B. Ukurlah arus
hubung-singkat pada C-D (pasanglah mA-meter pada C-D).
Rangkaian N A B C D 20V A I
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 29
18. RN = RT dapat diperoleh pada langkah 6 pada percobaan sebelumnya. Aturlah
sumber arus sehingga menghasilkan arus sebesar IN seperti telah diperoleh dari
langkah 17. Buatlah rangkaian seperti di bawah ini:
Rangkaian N A B C D R1 A Sumber arus IN E F RT
Gambar Error! No text of specified style in document.2-11 Pengukuran arus rangkaian pengganti Norton
19. Ukurlah arus melalui mA-meter untuk R = R1, R2 dan RN2
20. Ubah resistor RN menggunakan resistor dekade, lakukan kempbali pengukuran
arus seperti pada langkah 19.
21. Tulislah hasil pengamatan saudara dalam Buku Catatan Laboratorium.
Teorema Superposisi
22. Gunakan Kit Multimeter. Perhatikan rangkaian sebagai berikut untuk R1 = 33 k,
R2 = 1,5 k, R3 =1,5 k, dan R4 = 2,2 k. V1 R1 R3 R4 R2 V2 I4
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-12 Pengukuran arus rangkaian teorema superposisi
30 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
23. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas dengan V1= 12 V, dan V2 = 0 V (V2
dihubung singkat).
24. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1. Catat hasilnya
pada Buku Catatan Laboratorium.
Keterangan: JANGAN menghubungsingkatkan sumber tegangan. Lepaskan sumber tegangan dari rangkaian, baru hubung singkatkan kedua titik pada rangkaian.
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 31
25. Kemudian ubah rangkaian di atas menjadi V1 = 0 V (V1 dihubung singkat) & V2 = 6
V.
26. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1. Catat hasilnya
dalam Buku Catatan Laboratorium.
27. Kemudian modifikasilah rangkaian di atas menjadi V1 = 12 V dan V2 = 6 V.
(Petunjuk: Gunakan rangkaian pembagi tegangan menghasilkan V2 = 6V.)
28. Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1, catat dalam
Buku Catatan Laboratorium. Lakukan perhitungan nilai arus dan tegangan yang seharusnya terjadi dan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.
Teorema Resiprositas
29. Buatlah rangkaian berikut dengan R1= 1,5 K, R2= 33K, R3= 1,5K, R4= 220K,
R5= 2,2K. R1 R4 R2 R5 R3 a b
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-13 Rangkaian percobaan teorema resiprositas
30. Pasang sumber tegangan V = 12 V pada a-b. Ukurlah arus yang melalui c-d dengan memasang milli Ammeter pada c-d. Perhatikan polaritas milli Ammeter.
31. Pindahkanlah sumber tegangan 12 V tersebut ke c-d (Vcd = 12V).
32 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
Transfer Daya Maksimum
33. Gunakan Kit Teorema Norton. Rangkai rangkaian pembagi tegangan seperti gambar di bawah ini dengan nilai resistor RA = resitor variabel metrik x10 k, x1
k , x100 serta RB = 3,3 kdari kit praktikum.
RA 10 V Vs RB V A
Gambar 2Error! No text of specified style in document.-14 Rangkaian percobaan pembagi tegangan
34. Amati dan catat tegangan, arus dan daya yang terjadi pada resistor beban RB
sesuai dengan Tabel 2-1.
35. Gambarkan grafik daya vs RB pada Buku Catatan Laboratorium dan amati adanya tegangan maksimum.
36. Atur RB hingga diperoleh nilai RB yang memberi nilai daya maksimum. 37. Sampaikan analisis hasilnya pada laporan.
Tabel 2- 1 Pengukuran Transfer Daya Maksimum
No RB( VB(V) IB (A) PB (Watt) 1 200 2 400 3 800 4 1600 5 3200 6 6400 7 12800 8 512000
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 33
Rangkaian Resistor Seri dan Paralel
38. Gunakan Kit Multimeter. Rangkai suatu rangkaian dengan resistor-resistor yang tersedia pada kit, yang menghasilkan resistansi efektif sesuai di bawah ini (pilih hari yang sesuai dengan hari praktikum).
70 (Senin) 870 (Selasa) 5,2 k (Rabu) 1,72 M (Kamis)
36,7 k (Jumat)
39. Ukur resistansi masing-masing resistor yang digunakan dan resistansi efektif rangkaian tersebut dengan menggunakan multimeter digital, catat pada Buku Catatan Laboratorium.
Perilaku Statistik Nilai Resistansi
40. Ukurlah ke 100 resistor 1 k dengan menggunakan Multimeter Digital. Catat nilainya dalam Tabel 2-2Error! No text of specified style in document.
Tabel 2-2Error! No text of specified style in document. Data pengukuran resistor
No. Resistansi () Cacah Jumlah
1 0-967 2 968-972 3 973-977 4 978-982 5 983-987 6 988-992 7 993-997 8 998-1002 9 1003-1007 10 1008-1012 11 1013-1017 12 1018-1022 13 1023-1027 14 1028-1032 15 1033- …
34 Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
41. Setelah semua kelompok dalam pengawasan satu asisten selesai mengukur resistansi, gabungkan hasil dalam table berikut.
Tabel 2Error! No text of specified style in document.-3 Rekapitulasi data pengukuran resistor No. Resistansi () Jumlah di Kel ___ Jumlah di Kel ___ Jumlah di Kel ___ Jumlah di Kel ___ Jumlah di Kel ___ Jumlah Keseluruhan 1 0-967 2 968-972 3 973-977 4 978-982 5 983-987 6 988-992 7 993-997 8 998-1002 9 1003-1007 10 1008-1012 11 1013-1017 12 1018-1022 13 1023-1027 14 1028-1032 15 1033- …
Percobaan 2: Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 35
42. Buat statistik dalam bentuk histogram nilai resistansi tersebut dalam laporan. 43. Secara acak ambilah 3 buah resistor, ukur kembali resistansi resistor-resistor
tersebut. Berapakah probabilitas ke 3 resistor bernilai dalam antara 999-1001 ? Jelaskan pengamatan dan kesimpulan dalam laporan.
Mengakhiri Percobaan
44. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Cabut daya dari jala-jala ke kit praktikum. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggal-kan dalam keadaan mati (selektor menunjuk ke pilihan off).
45. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan men-dapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.
46. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.
Percobaan 3: Rangkaian Penguat Operasional 37
Percobaan 3: Rangkaian Penguat
Operasional
1.
Tujuan
1. Dapat menyusun rangkaian pada breadboard. 2. Memahami penggunaan operational amplifier.
3. Dapat menggunakan rangkaian-rangkaian standar operational amplifier pada komputasi analog sederhana.
2.
Persiapan
Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul op amp ini. Tugas pendahuluan pada modul ini adalah menyusun lima buah rangkaian menggunakan IC op amp 741 pada breadboard. Untuk mendukung pengerjaan tugas pendahuluan ini, siswa diharapkan telah membaca “Petunjuk Umum Penggunaan BreadBoard” dan Appendix berjudul “Rating Komponen”.
Peralatan dan perlengkapan yang akan digunakan, seperti breadboard, IC, dan kabel penghubung, akan disediakan dari lab dan dapat diambil di Laboratorium Dasar sehari sebelum praktikum dimulai. Buat rangkaian di rumah dan bawa rangkaian ini pada saat praktikum sebagai tugas pendahuluan sekaligus bahan praktikum.
Pengenalan Op Amp
Operational Amplifier, sering disingkat dengan sebutan Op Amp, merupakan komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian elektronik berdaya rendah (low power). Istilah operational merujuk pada kegunaan op amp pada rangkaian elektronik yang memberikan operasi aritmetik pada tegangan input (atau arus input) yang diberikan pada rangkaian.
Op amp digambarkan secara skematik seperti pada Gambar 3-1. Gambar tersebut menunjukkan dua input, output, dan koneksi catu daya pada op amp. Simbol”-” menunjukkan inverting input dan ”+” menunjukkan non-inverting input. Koneksi ke catu daya pada op amp tidak selalu digambarkan dalam diagram, namun harus dimasukkan pada rangkaian yang sebenarnya.
Gambar 3-1 Simbol penguat operasional
IC Op Amp 741
Gambar 3-2 Konfigurasi pin IC Op amp 741
IC op amp yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 3-2. Rangkaian op amp ini dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah yang benar dari rangkaian. Pada bagian atas DIP biasanya tercetak nomor standar IC. Perhatikan bahwa penomoran pin dilakukan berla-wanan arah jarum jam, dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda bulatan/strip. Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (no connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. Pada percobaan kali ini kita tidak akan menggunakan fitur offset null. Perhatikan bahwa tidak terdapat pin ”ground” pada op amp ini, amp menerima referensi ground dari rangkaian dan komponen eksternal.
Meskipun pada IC yang digunakan pada eksperimen ini hanya berisi satu buah op amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih op amp dalam suatu kemasan DIP. IC op amp memiliki kelakukan yang sangat mirip dengan konsep op amp ideal pada analisis rangkaian. Bagaimanapun, terdapat batasan-batasan penting yang perlu diperhatikan. Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, biasanya ±18V, karena akan merusak IC. Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V. Ketiga, arus output dari sebagian besar
Percobaan 3: Rangkaian Penguat Operasional 39
op amp memiliki batas pada 30mA, yang berarti bahwa resistansi beban yang ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum.
Rangkaian Standar Op Amp
Berikut ini merupakan beberapa rangkaian standar op amp. Untuk penurunan persamaannya dapat merujuk ke buku teks kuliah. Jika ingin mendesain rangkaian sederhana, pilihlah resistor dalam range sekitar 1 k sampai 200 k.
Vout = Vin
Gambar Error! No text of specified style in document.3-3 Rangkaian penyangga (voltage follower)
Vout = -(R2/R1)Vin
Gambar 3-4 Penguat Inverting
Vout = (1+R2/R1)Vin
Vout = (R2/R1)(Vin,2-Vin,1)
Gambar 3-6 Penguat Selisih
3.
Alat dan Komponen yang Digunakan
1. Power Supply DC (2 buah) 2. Generator Sinyal (1 buah) 3. Osiloskop (1 buah) 4. Kabel BNC – probe jepit (2 buah) 5. Kabel BNC – BNC (1 buah) 6. Kabel 4mm – 4mm (max. 5 buah) 7. Kabel 4mm – jepit buaya (max. 5 buah) 8. Multimeter Digital (2 buah) 9. Breadboard (1 buah) 10. Kabel jumper (1 meter) 11. IC Op Amp 741 (7 buah) 12. Kapasitor 1 nF (1 buah) 13. Resistor 1 k (6 buah) 14. Resistor 1,1 k (2 buah) 15. Resistor 2,2 k (7 buah) 16. Resistor 3,3 k (4 buah)
Percobaan 3: Rangkaian Penguat Operasional 41
4.
Tugas Pendahuluan
1. Rangkai keempat rangkaian seperti pada Gambar 3-7 – 3-10 di atas breadboard, bawa pada saat praktikum.
1k ohm 1k ohm - 12 V + 12 V 2,2k ohm 2,2k ohm 2,2k ohm 3,3k ohm - 12 V 3,3k ohm Vo Vin A B C D
Gambar 3-7 Rangkaian percobaan penguat non-inverting
2,2k ohm - 12 V + 12 V 1,1k ohm 2,2k ohm - 12 V 3,3k ohm Vo 1k ohm B A Vin
Vin1 2,2k ohm - 12 V + 12 V 2,2k ohm Vo 1k ohm 1k ohm Vin2 1,1k ohm 3,3k ohm B A
Gambar 3-9 Rangkaian percoban penguat penjumlah
- 12 V + 12 V Vo Rs = 1k ohm Vs CF = 1nF
Gambar 3-10 Rangkaian percobaan integrator
2. Desain dan susunlah suatu rangkaian yang menghasilkan hubungan keluaran dan masukan sebagai berikut
Kombinasi 1,
t B A O v v dt v 0 2 , 2 Kombinasi 2,
t B A O v v dt v 0 7 , 4 5 , 1 Kombinasi 3,
t B A O v v dt v 0 2 , 2 2 Kombinasi 4,
t B A O v v dt v 0 7 , 4 2 , 1Percobaan 3: Rangkaian Penguat Operasional 43
Dengan Va dan Vb adalah input tegangan, dan nilai kombinasi (x) memenuhi
persamaan berikut.
x = ((3 digit terakhir NIM salah satu anggota kelompok) mod 4) + 1 Misalkan untuk NIM 128, gunakan Kombinasi 1.
Petunjuk: Pastikan untuk menggunakan orde resistor yang tepat (k) sesuai dengan rating daya pada resistor. Kelebihan daya pada resistor dapat menyebabkan resistor dan op amp mengalami kerusakan. Jika ini terjadi maka dapat menyebabkan pengurangan nilai.
3. Turunkan persamaan differensial rangkaian Gambar 3-11 berikut dengan frekuensi osilasinya.
4. Pada Buku Catatan Laboratorium, buatlah tabel untuk data menurut perhitungan dan hasil pengukuran. Hasil pengukuran akan diisi pada saat praktikum
5.
Percobaan
Memulai Percobaan
1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium.
2. Pada percobaan ini akan digunakan tegangan catu + 12 V dan -12 V untuk rangkaian op amp. Pastikan tegangan catu OFF ketika menyusun rangkaian. Setelah rangkaian telah dicek (yakin bahwa tidak terdapat kesalahan perangkaian) baru berikan tegangan. Koneksi tegangan yang tidak tepat akan merusak IC dan pengurangan nilai.
Rangkaian Penguat Non-Inverting
3. Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-7 4. Ukur dan catat nilai aktual resistor 1 k.
5. Sambungkan VP ke titik A, catat nilai Vin dan Vo.
6. Sambungkan VP ke titik B, catat nilai Vin dan Vo.
7. Sambungkan VP ke titik C, catat nilai Vin dan Vo.
8. Sambungkan VP ke titik D, catat nilai Vin dan Vo.
9. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan lakukan analisa pada