Praktikum Rangkaian Elektrik

(1)

PETUNJUK PRAKTIKUM

Praktikum

Rangkaian Elektrik

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2015

Laboratorium Dasar

Teknik Elektro

(2)

Petunjuk Praktikum

EL2101 Rangkaian Elektrik

edisi 2015-2016

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

(3)

i

Kata Pengantar

Puji syukur ke hadirat Tuhan YME, Buku Petunjuk Praktikum Rangkaian Elektrik untuk tahun ajaran 2015-2016 ini dapat diselesaikan jauh sebelum kesibukan perkuliahan dimulai. Dengan demikian, pelatihan asisten sudah dapat menggunakan buku petunjuk dalam bentuk yang sama dengan buku yang akan digunakan praktikan.

Sejalan dengan konsep perubahan berkelanjutan dalam proses pendidikan, Praktikum Rangakain Elektrik tahun 2015 juga mengalami perubahan dalam materi dan pelaksanaannya. Perbaikan yang dilakukan pada petunjuk praktikum ini adalah perubahan pada Percobaan 1. Perubahan yang dilakukan adalah pada pengukuran tegangan AC non sinusoidal dan pengukuran resistansi dengan 4 kawat. Kedua percobaan ini pada tahun sebelumnya diberikan sebagai demonstrasi oleh asisten saja karena jumlah instrumentasi yang kurang memadai. Mulai tahun ini dengan telah tersedianya peralatan yang lebih baik dalam jumlah yang cukup, percobaan yang semula berupa demonstrasi harus dilakukan sendiri oleh praktikan.

Perubahan lain yang dilakukan dalam Percobaan 1 adalah pengurangan jumlah pengukuran pada pengenalan osiloskop. Pada petunjuk sebelumnya banyak sekali langkah percobaan yang dilakukan sehingga praktikan tidak dapat menyelesaikannya. Praktikan yang dapat menyelesaikan juga sering kali melakukannya secara mekanis tanpa pemahaman atau pemaknaan karena terlalu terburu-buru.

Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang besar-besarnya pada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan petunjuk praktikum ini. Secara khusus ucapan terima kasih disampaikan kepada Alumni Teknik Elektro angkatan tahun 1983 yang telah membantu dengan sumbangan peralatan yang memungkinkan terjadinya perbaikan di atas.

Akhir kata, semoga semua usaha yang telah dilakukan berkontribusi pada dihasilkannya lulusan Program Studi Teknik Elektro sebagai engineer dengan standar internasional.

Bandung, Juni 2015

Kepala Laboratorium Dasar Teknik Elektro,

(4)

ii

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

(5)

Daftar Isi iii

Daftar Isi

Kata Pengantar ... i

Daftar Kontributor ... ii

Daftar Isi ... iii

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ... ix

Kelengkapan ... ix

Persiapan/ Sebelum Praktikum ... ix

Selama Praktikum ... ix

Setelah Praktikum ... ix

Pergantian Jadwal ... x

Sanksi ... x

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ... ix

Keselamatan ... ix

Sanksi ... xi

Percobaan 1 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium ... 13

1.1 Tujuan ... 13

1.2 Persiapan ... 13

1.3 Alat dan Komponen yang Digunakan ... 18

1.4 Tugas Pendahuluan ... 18

1.5 Langkah Percobaan ... 19

Percobaan 2 Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi ... 29

2.1 Tujuan ... 29

2.5 Percobaan ... 32

Percobaan 3 Rangkaian Penguat Operasional ... 41

3.1 Tujuan ... 41

Percobaan 4 Gejala Transien ... 51

4.1 Tujuan ... 51

Percobaan 5 Rangkaian AC ... 57

5.1 Tujuan ... 57

Percobaan 6 Rangkaian Resonansi ... 67

6.1 Tujuan ... 67

(6)

iv Daftar Isi

Lampiran A Akurasi, Presisi dan Nilai Penting... 75

Akurasi dan Presisi ... 75

Error Sistematik dan Error Acak ... 75

Nilai Penting ... 76

Angka Penting pada Praktikum ... 76

Lampiran B Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik pada Breadboard ... 77

Breadboard ... 77

Merangkai Kabel, Komponen dan Instrumen ... 79

Daftar Pustaka ... 82

Lampiran C Nilai dan Rating Komponen ... 83

Resistor ... 83 Kapasitor ... 85 Induktor ... 88 Dioda ... 89 Transistor ... 90 Daftar Pustaka ... 91

Lampiran D Instrumen Dasar dan Aksesoris ... 93

Instrumen Dasar ... 93

Generator Sinyal ... 93

Osiloskop ... 94

Power Supply ... 94

Kabel Aksesoris ... 95

Lampiran E Prinsip Kerja Multimeter ... 99

Jenis Multimeter... 99

Multimeter Elektronis ... 100

Penggunaan Multimeter ... 100

Contoh Rangkaian Multimeter ... 108

Multimeter Sebagai Alat Ukur Besaran Lain... 109

Spesifikasi Multimeter ... 109

Lampiran F Cara Menggunakan Generator Sinyal ... 111

Lampiran G Prinsip Kerja Osiloskop ... 113

Bagian-bagian Osiloskop ... 113

Osiloskop “Dual Trace” ... 117

Kalibrator ... 118

Probe dan Peredam ... 118

(7)

Aturan Umum Laboratorium ix

Aturan Umum

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Kelengkapan

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 alat hitung (kalkulator), 4. Kartu Nama (Name tag),

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 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. Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) tentang hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.

Setelah Praktikum

Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus

(8)

x Aturan Umum Laboratorium

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),

4. Mengirimkanfile laporan melalui surat elektronik (E-mail) dalam lampiran ke :

[email protected] (lihat Panduan Pengiriman Laporan). Waktu pengiriman

paling lambat jam 12.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/ atau Asisten.

Pergantian Jadwal

Kasus Biasa

Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut:

1. Setiap praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke

[email protected] sesuai dengan format yang ditentukan paling lambat jam

16.30, sehari sebelum praktikum yang dipertukarkan

2. Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar

Kasus Sakit atau Urusan Pribadi Mendesak

Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan pribadi mendesak, misalnya ada keluarga sakit atau kemalangan. 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 keterangan terkait urusan pribadi mendesak tersebut.

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.Isilah Form Pergantian Jadwal dan serahkan pada 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.

(9)

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.

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.

(10)

x Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

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

Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum.

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.

(11)

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium xi

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.

(12)

(13)

Pengenalan Instrumentasi Laboratorium 13

Percobaan 1

Pengenalan Instrumentasi Laboratorium

1.1 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.

1.2 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, selector 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.

(14)

14 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium

 Jangan menyambungkan multimeter pada rangkaian, baru kemudian memilih kedudukan selector 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 selector 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 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 impendansi 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”.

Pengukuran beda fasa hanya dapat dilakukan pada sinyal dengan frekuensi yang tepat sama.

(15)

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 1-1 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 ellips dimana dapat langsung ditentukan beda fasa antara kedua sinyal tersebut dengan

1

c

sin

d



_



.

Gambar 1-2 Pengukuran beda fasa dengan lissajous

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

(16)

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 1-3 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 1-4 Contoh lissajous 1:2

(17)

Gambar 1-4 Contoh lissajous 1:2

Pada Gambar 1-4 Contoh lissajous 1:2

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 1-5 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.

(18)

18 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium Rangkaian Penguat GND Generator Sinyal Konektor T Vin Vout GND Kanal B Kanal A osiloskop

Gambar 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.

1.3 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 4mm – 4mm (min 5 buah) 12.Kabel BNC – 4mm (3 buah) 13.Kabel BNC – BNC (1 buah) 14.Konektor T BNC (1 buah)

1.4 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.

(19)

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?

4. Apakah yang dimaksud dengan kalibrasi? Jelaskan!

1.5 Langkah 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. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik Multimeter

3. Perhatikan spesikasi alat ukur yang diperoleh dari lembar data. Bila ada besaran yang juga ditampilkan apda instrumen, catatlah pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) spesifikasi, batas ukur, batas aman, dll seperti pada contoh Tabel 1-1

Tabel 1-1 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 1000V Batas tegangan aman pada terminal input alat ukur

3 dst

Mengukur Arus Searah

4. Gunakan Kit Multimeter. Buatlah rangkaian seri seperti pada Error! Reference source not found.dengan Vs=6V dan R1 = R2 = 120.

Gambar 1-7 Rangkaian percobaan pengukuran arus

I 6V

R1

R2

(20)

5. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah I (tidak menggunakan

Amperemeter!) dan cantumkan hasil perhitungan tersebut pada Tabel 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 1-2.

Tabel 1-2 Data pengkuran arus dengan multimeter

Nilai R1 dan R2 () Hutungan 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 1,5M

Catatan: 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.

Mengukur Tegangan Searah

11.Perhatikan rangkaian pada Gambar 1-8

Gambar 1-8 Rangkaian percobaan pengukuran tegangan

12.Buatlah rangkaian tersebut dengan VS = 6V dan R1 = R2 = 120.

6V

R1

(21)

13.Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah tegangan Vab (tidak

mengguna-kan Voltmeter!), cantummengguna-kan hasil perhitungan tersebut pada Tabel 1-3.

14.Kemudian ukurlah tegangan Vab dengan ketiga multimeter secara terpisah dan

bersama-sama.

15.Ulangilah pengukuran tegangan Vab pada langkah di atas untuk rangkaian dengan

R1 = R2 = 1,5 k

R1 = R2 = 1,5 M

16.Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran tegangan Vab tersebut dalam

Buku Catatan Laboratorium.Perhatikan contoh Tabel 1-3.

Tabel 1-3 Data pengukuran tegangan dengan multimeter

Nilai R1 dan R2 () Hutungan 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 1,5M

Catatan: BU batas ukur skala penuh, (p) pengukuran terpisah (b) bersamaan

Mengukur Tegangan AC

18.Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 1-9 dan Gambar 1-10. Pada rangkaian ini G (Generator Sinyal) digunakan sebagai sumber tegangan bolak-balik. Atur frekuensi generator sinyal pada 50Hz dan amplituda generator 6 V rms (menggunakan multimeter). Gunakan resistor R1 = R2 = 1,5 K.

(22)

Gambar 1-9 Rangkaian pengukuran tegangan DC

Gambar 1-10 Rangkaian pengukuran tegangan AC

19.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.

20.Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur frekuensi generator pada 500 Hz, 5 kHz, 50 kHz ,500 kHz dan 5 Mhz. Catatlah semua hasil percobaan di atas pada

21.

Tabel 1-4Data 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 5M 6Vrms R1 R2 Vab V G 6V R1 R2 Vab V

(23)

22.Kembalikan frekuensi generator menjadi 50Hz. 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.

Tabel 1-5 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 Segi tiga Segi empat

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).

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 Error! Reference source not found..

27.Gunakan resitor 0,1W 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.

28.Perhatikan hasil pembacaan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.

Tabel 1-6 Hasil pengukuran resistansi dengan multimeter

(24)

24 Pengenalan Instrumentasi Laboratorium Hitungan () Gelang (%) AMM 2W DMM1 2W DMM2 2W DMM2 4W R1= R2= R3= R4= R5= 0,1

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 2

29.Catatlah dalam Buku Catatan Laboratorium, spesifikasi-teknik yang tampak pada osiloskop yang akan dipergunakan!

Mencek Kalibrasi

30.Hubungkan output kalibrator dengan input X osiloskop.

Gambar 1-11 Terminal sinyal kalibrasi dan port input osiloskop

31.Ukur tegangan serta periodanya untuk dua harga “Volt/Div” dan “Time/Div”, catat ke dalam Tabel 1-7.

32.Lakukan percobaan ini untuk kanal 1 dan kanal 2.

Tabel 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

33.Bandingkan hasil pengukuran dengan harga kalibrator sebenarnya. Diskusikan dan masukkan dalam laporan.

Mengukur TeganganSearah

34.Atur tegangan output dari power supply DC sebesar 2 V diukur dengan multimeter digital.

35.Kemudian ukur besar tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi source coupling pada DC.

(25)

Tabel 1-8 Hasil pengukuran tegangan DC dengan multimeter dan osiloskop

Tegangan terukur (V)

Multimeter Osiloskop Ch1 Osiloskop Ch2

Mengukur Tegangan Bolak-balik

37.Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vrms diukur dengan multimeter digital.

38.Kemudian ukur tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi Source Coupling pada AC.

39.Lakukan lagi untuk frekuensi 100Hz dan 10 kHz.

40.Tuliskan hasil pengukuran pada Error! Reference source not found..

Tabel 1-9 Hasil pengukuran tegangan DC dengan multimeter dan osiloskop

Frekuensi (Hz)

Amplituda Tegangan Terukur Multimeter Vrms Osiloskop Ch1 Vp Osiloskop Ch2 Vp 100 1k 10k

Mengukur Beda Fasa

41.Gunakan kit Osiloskop dan Generator Sinyal. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vpp.

42.Hubungkan generator sinyal ini dengan input rangkaian penggeser fasa pada kit praktikum (rangkaian RC).

Rangkaian Penggeser

Fasa

in out

Gambar 1-12 Rangkaian penggeser fasa

43.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.

(26)

45.Tuliskan hasil pengukuran pada Error! Reference source not found., lakukan Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Tabel 1-10 Hasil pengukuran beda fasa dengan osiloskop

Posisi Tombol ± % maks

Dual Trace Lissajous

Sketsa Tampilan  (o₎ _{Sketsa Tampilan} ₍o₎

Mengukur Frekuensi

46.Gunakan kit Box Osilator. Hubungkan dengan sumber tegangan DC 5 V. 47.Gunakan keluaran dari osilator dan amati pada osiloskop.

48.Ukur frekuensi salah satu osilator f1, f2 dan f3 dengan menggunakan cara

langsung dan cara Lissajous.

49.Tuliskan hasil pengukuran pada Error! Reference source not found..

Tabel 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

50.Gunakan bagian “Penguat” (pada kit Osiloskop dan Generator Sinyal,jangan lupa menghubungkan catu-daya nya ke jala-jala). Sebagai inputnya, gunakan gelombang sinus 1 kHz 2Vpp dari Generator Fungsi.

51.Ukur penguatan (Vo/Vi) dari sinyal di input ke output menggunakan cara

langsung (mode xy) dan dengan dual trace.

52.Tuliskan hasil pengukuran pada Buku Catatan Laboratorium (Error! Reference source not found.).

Tabel 1-12 Hasil pengukuran faktor penguatan dengan osiloskop

(27)

Tegangan (Vpp)

Frekuensi (kHz)

Faktor Penguatan Vout (Vpp)

Faktor Penguatan

2 1

Mengakiri Percobaan

53.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 (selector menunjuk ke pilihan off) dan tertutup kover-nya.

54.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.

55.Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai

(28)

(29)

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 29

Percobaan 2

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik

Resistansi

2.1 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

2.2 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 2-1 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.

Dengan teorema ini kita dapat menghitung arus beban dengan cepat bila beban diubah-ubah.

(30)

30 Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi

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 2-2 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 menyata-kan bahwa respon yang terjadi pada suatu cabang, berupa arus atau tegangan, yang disebab-kan oleh beberapa sumber (arus dan/atau sumber tegangan) yang bekerja bersama-sama, sama dengan jumlah masing-masing respon bila sumber tersebut bekerja sendiri dengan sum-ber lainnya diganti oleh resistansi dalamnya.

Ketika menentukan arus atau tegangan dari satu sumber tertentu, semua tegangan indepen-den 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 terdapan 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,

(31)

... dan seterusnya hingga a ke n (an)

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 2-3 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 2-4 Sumber tegangan v dipindahkan ke cabang m, maka arus pada cabang k ialah I2 = I

2.3 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)

(32)

8. Kabel 4mm – 4mm (min 10 buah)

2.4 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 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

Kombinasikan sebagian dari resistor-resistor tersebut untuk menghasilkan nilai resistansi berikut : 708705.2 K1.72 M 36,7 K

2.5 Percobaan

Memulai Percobaan

2. Periksa kelengkapan dan kondisi alat ukur serta sumber arus yang tersedia di meja praktikum

(33)

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 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 impendansi input tinggi,( seperti padaGambar 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 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

(34)

7. Ukurlah resistansi R1

8. Hitunglah arus melalui R1 dari:

T T i V I R R   VT RT R1 C D I

Gambar 2-9 Pengukuran arus pada rangkaian pengganti Thevenin 1

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 tabelpada Buku Catatan Laboratorium (BCL).

Teorema Thevenin (Rangkaian 2)

12.Susun rangkaian seperti Gambar 2-9. Sumber tegangan menggunakan sumber tegangan yang diatur tegangannya pada nilai VT langkah 5dan resistor

mengguna-kan 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 se-buah 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

(35)

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 35 Rangkaian N A B C D 20V A I

Gambar 2-10 Pengukuran arus Norton

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 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 2-12 Pengukuran arus rangkaian teorema superposisi

23.Buatlah rangkaian seperti gambar di atas dengan V1= 12 V, dan V2 = 0 V (V2

(36)

24.Ukur arus yang melalui R4 (yaitu arus I4) dan beda potensial pada R1. Catat

hasilnya pada Buku Catatan Laboratorium.

Keterangan: JANGAN menghubung-singkatkan sumber tegangan. Lepaskan sumber tegangan dari rangkaian, baru hubung singkatkan kedua titik pada rangkaian.

25.Kemudian ubah rangkaian di atas menjadi V1=0V (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 2-13 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.Pindahkanalah sumber tegangan 12 V tersebut ke c-d (Vcd = 12V)

32.Ukurlah arus melalui a-b dengan memasang milli Ammeter pada a-b.

Transfer Daya Maksimum

33.Gunakan Kit Teorema Norton. Rangkai rangkaian pembagi tegangan seperti gambar di bawah ini dengan nilai resistor RA = resitor variabel metrix x10 K,x1

(37)

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 37 RA 10 V Vs RB V A

Gambar 2-14 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

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)

(38)

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 1k dengan menggunakan Multimeter Digital. Catat nilainya dalam Error! Reference source not found.

Tabel 2-2 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- …

41.Setelah semua kelompok dalam pengawasan satu asisten selesai mengukur resistansi, gabungkan hasil dalam table berikut.

Tabel 2-3 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

(39)

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi 39 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- …

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 ditinggalkan dalam keadaan mati (selector 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.

(40)

(41)

Rangkaian Penguat Operasional 41

Percobaan 3

Rangkaian Penguat Operasional

3.1 Tujuan

1. Dapat menyusun rangkaian pada breadboard 2. Memahami penggunaan operational amplifier

3. Dapat menggunakan rangkaian-rangkaian standar operational amplifier pada komputasi analog sederhana

3.2 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.

(42)

42 Rangkaian Penguat Operasional

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 padaGambar 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

(43)

output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V. Ketiga, arus output dari sebagian besar 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 1k sampai 200k.

Vout = Vin Gambar 3-3 Rangkaian penyangga (voltage follower)

Vout = -(R2/R1)Vin Gambar 3-4 Penguat Inverting

Vout = (1+R2/R1)Vin Gambar 3-5 Penguat Noninverting

(44)

Vout = (R2/R1)(Vin,2-Vin,1) Gambar 3-6 Penguat Selisih

3.3 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)

3.4 Tugas Pendahuluan

1. Rangkai keempat rangkaian seperti pada Gambar 3-7 di atas breadboard, bawa pada saat praktikum.

(45)

Rangkaian Penguat Operasional 45 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

(46)

46 Rangkaian Penguat Operasional 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 , 1

Dengan Va dan Vb adalah input tegangan, dan nilai kombinasi (x) memenuhi

(47)

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

3.5 Percobaan

Memulai Percobaan

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

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 laporan.

Rangkaian Penguat Inverting

10.Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-8 11.Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan. 12.Sambungkan VP ke titik A, catat nilai Vin dan Vo.

(48)

14.Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan Lakukan analisa dan

sampaikan hasilnya dalam laporan.

15.Selanjutnya, dengan masih terhubung ketitik B, pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga

menghasilkan output op-amp (Vout)sebesar 4 Vpp.

16.Catat besar tegangan Vin peak to peak. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Lakukan Lakukan

analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Summer(Penjumlah)

17.Modifikasi rangkaian pada Gambar 3-8 dengan menambahkan input lain (Vin2)dari generator sinyal, seperti pada Gambar 3-9.

18.Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan.

19.Buka sambungan dari titik C ke rangkaian. Pasang generator sinyal sebagai Vin

dengan frekuensi 500Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op amp sebesar 4Vpp.

20.Sambungkan VP ke titik A. Amati dengan menggunakan osiloskop dan catat nilai

Vin serta Vo. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling.

21.Sambungkan VP ke titik B, catat nilai Vin dan Vo.

22.Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan Lakukan analisa dan

sampaikan hasilnya dalam laporan.

Rangkaian Integrator

23.Perhatikan dan susun rangkaian seperti pada Gambar 3-10

24.Rangkai Vs dengan sinyal kotak menggunakan generator sinyal pada frekuensi 1kHz 0,5Vpp.

25.Amati gelombang output dengan menggunakan osiloskop. Plot kedua gelombang input dan output. Apakah hubungan antara gelombang input dan output? Lakukan analisis dan tulis dalam laporan.

26.Lakukan langkah 23 dengan mengubah amplitudo sebesar 0.1Vpp dan

bandingkan hasilnya. Lakukan analisis tentang pengamatan anda!

Desain

27.Gunakan rangkaian yang sudah Anda persiapkan dari rumah.

28.Tunjukkan pada asisten bahwa hubungan antara Vouput dengan Vinput pada

rangkaian Anda adalah benar. (Petunjuk: Gunakan tegangan input Va sekitar 0,5

(49)

Contoh Aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian

Op-Amp untuk Oscillator.

29.Susunlah rangkaian pada Gambar 3-11 pada breadboard yang disediakan.

- 12 V + 12 V

B

R1 = 12kΩ CF = 1nF - 12 V + 12 V R1 = 12kΩ CF =1nF - 12 V + 12 V R3 = 12kΩ R4 = 3,9kΩ

A

C

Vout

Gambar 3-11 Rangkaian percobaan Oscillator

30.Catatlah frekuensi yang dihasilkan di titik C, dan catatlah di BCL.

31.Ubahlah nilai R1 dan R2 menjadi 6,8K. amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL.

32.Kembalikan R1 & R2 ke nilai awal. Lalu ubahlah nilai C1 menjadi 470 pF.Amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL.

33.Kembalikan C1 ke nilai awal Ubahlah nilai R4 menjadi 12 K.. amati sinyal yang muncul di titik C. catat frekuensi-nya di BCL.

Mengakhiri Percobaan

34.Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off).

35.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.

36.Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh

(50)

(51)

Gejala Transien 51

Percobaan 4

Gejala Transien

4.1 Tujuan

1. Mengenali adanya respon natural, respon paksa, dan respon lengkap dari suatu rangkaian yang mengandung komponen penyimpan tenaga.

2. Memahami dan menghitung konstanta waktu rangkaian RC dari respons waktu rangkaian.

3. Memahami pengaruh tegangan sumber tegangan bebas pada nilai tegangan tegangan transient dalam rangkaian RC.

4.2 Persiapan

Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul Gejala Transien ini. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Pengenalan

Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi seperti inductor dan/atau kapasitor. Gejala ini timbul karena energi yang diterima atau dilepaskan oleh komponen tersebut tidak dapat berubah seketika (arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor).