Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan Function Generator dengan Frekuensi 0,1 HZ- 2MHZ

(1)

PERANCANGAN FUNCTION GENERATOR_{DENGAN FREKUENSI 0,1HZ ~} 2MHZ

Oleh

Vinlux Maria

NIM: 612009001

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

i

INTISARI

Function generator merupakan salah satu alat yang dibutuhkan pada laboratorium

elektronika guna menunjang praktikum elektronika. Data yang didapatkan dari hasil

praktikum akan lebih bervariasi dan akurat apabila function generator yang digunakan

memiliki jangkauan frekuensi yang cukup lebar dan akurat. Selain itu praktikan juga

membutuhkan function generator yang memiliki pengaturan duty cycle, tegangan offset,

atenuasi dan variasi bentuk gelombang tegangan.

Oleh karena itu pada skripsi ini dibuat sebuah function generator dengan

jangkauan frekuensi 0,1Hz sampai dengan 2MHz. Function generator ini juga memiliki

pengaturan gelombang tegangan berupa sinus, kotak dan segitiga. Selain itu terdapat

pengaturan duty cycle, tegangan offset, amplitudo, dan atenuasi.

Function generator ini menggunakan IC MAX038 dimana IC ini merupakan

pembangkit gelombang dengan jangkauan frekuensi 0,1Hz sampai dengan 2MHz untuk

frekuensi sinus dengan amplitudo maksimum 20Vpp. Sedangkan untuk gelombang kotak dari frekuensi 0,1Hz sampai dengan 500kHz dengan amplitudo maksimum 20Vpp sedangkan untuk frekuensi diatas 500kHz sampai 2MHz amplitudo maksimum yang

dicapai 2Vpp. Untuk gelombang segitiga dari frekuensi 0,1Hz sampai dengan 1MHz memiliki amplitudo maksimum 20Vpp, untuk frekuensi di atas itu, amplitudo maksimum yang dicapai 2Vpp. Function generator ini juga memiliki pengaturan duty cycle dari 10,36% sampai dengan 89,94% dan tegangan offset DC ±2V. Atenuasi dapat diatur dari

-50dB sampai dengan 0dB dengan step antara 10dB. Frekuensi yang diatur dapat

ditampilkan pada 8 digit 7-segmen.

(7)

ii

ABSTRACT

Function generator is one of the most important test equipments in an electronic

laboratory. Some of the most common waveforms produced by the function generator

are the sine, square, triangular shapes. However, some of generatos available in ECE

Dept of SWCU can only produce sine and square waves shape. These old generators

also don’t have the abilities to modify the parameters of the waveforms, and their maximum frequencies are limited to 1MHz.

Therefore in this final project, a function generator that can produce sine, square,

and triangular shapes with wider frequency range (0.1Hz to 2MHz) was designed. This

generator also has the ability to modify waveform’s parameter including their

amplitudes, duty cycles and can add offset voltages to these waveforms.

This function generator utilized a MAX038 chip to generate those three kinds of

waveforms. The results showed that the frequency of sinusoidal waveform can be

adjusted from 0.1Hz to 2MHz (20Vpp maximum). The square wave shape can also have a 20Vpp amplitude from 0.1Hz to 500kHz and up to 2Vpp for frequency above 500kHz. Finaly, the triangular waveform can reach 20Vpp for 0.1Hz to 1MHz, and 2Vpp for

frequency above 1MHz. The waveform’s frequency is diplayed in 8 digits, using 7-segments. The duty cycles of each waveforms can be varied from 10.36% to 89.94%

and an offset voltage can be added gradually up to ±2V. The function generator also has

an attenuator than be can adjusted from -50dB to 0dB with 10dB step, to control the

amplitude of the waveforms along with an amplitude dial.

(8)

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia

yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan

skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan tugas akhir di Fakultas Teknik Elektronika

dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Bapak Ir.F.Dalu. Setiaji, MT. dan Bapak Deddy Susilo, S.T., M. Eng sebagai

pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas kesabaran dalam

bimbingan, pengarahan dan solusi selama mengerjakan skripsi ini.

2. Papih (Alm.) Lie Koen Hok, Mamih Lindawati yang selalu mendoakan dan

mensupport penulis agar selalu tetap kuat untuk menyelesaikan kuliah di

Fakultas Teknik Elektro dan skripsi ini.

3. Teman – teman FTEK 2009.

4. Teman khususnya yang membantu dalam proses pengerjaan skripsi: Wikan,

Yuli, Ivan, Hendro, Angga, Astu, Anne, Grace, Mas Daniel, Ka Deka, Mas

Kumis.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, Oktober 2015

(9)

iv

DAFTAR ISI

INTISARI ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR ISTILAH ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Tujuan ... 1

1.2. Latar Belakang Permasalahan ... 2

1.3. Spesifikasi Alat ... 2

1.4. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1. Tinjauan Pustaka ... 4

2.2. Function Generator ... 4

2.3. Osilator ... 5

2.4. MAX038 ... 10

2.5. Rangkaian Operasional Amplifier ... 12

2.6. Arduino Uno ... 14

(10)

v

3.1. Gambaran Sistem ... 17

3.2. Gambaran Kerja Alat ... 18

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ... 19

3.4. Perancangan Perangkat Keras ... 21

3.4.1. Modul Pembangkit Gelombang... 21

3.4.2. Modul Pengaturan Duty Cycle ... 24

3.4.3. Modul Pengaturan Amplitudo ... 26

3.4.4. Modul Pengaturan Tegangan Offset ... 27

3.4.5. Modul Pengaturan Atenuasi ... 29

3.4.6. Modul Switch Pemilihan Gelombang ... 33

3.4.7. Modul Mikrokontroler ... 34

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 28

4.1. Pengujian Modul Pembangkit Gelombang dan Amplitudo ... 37

4.1.1. Gelombang Tegangan Segitiga ... 37

4.1.2. Gelombang Tegangan Sinus ... 48

4.1.3. Gelombang Tegangan Kotak ... 57

4.2. Pengujian Duty Cycle ... 67

4.3. Pengujian Pengaturan Tegangan Offset ... 71

4.4. Pengujian Pengaturan Atenuasi... 73

4.5. Pengujian dengan Impedansi Keluaran 50 Ω ... 77

(11)

vi

4.7. Pengujian Penampil Frekuensi ... 79

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

5.1. Kesimpulan ... 82

5.2. Saran Pengembangan ... 83

DAFTAR PUSTAKA ... 84

(12)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Audio Generator pada Lab BS-2 ... 1

Gambar 2.1. Rangkaian dan Bentuk Gelombang Output Rangkaian Osilator ... Gelombang Segitiga ... 5

Gambar 2.2. PWL Transfer Function ... 7

Gambar 2.3. Rangkaian Positive Half-Cycle ... 7

Gambar 2.4. Rangkaian Diode Wave Shaping ... 8

Gambar 2.5. Transformasi Gelombang Segitiga ke Gelombang Sinus ... 8

Gambar 2.6. Rangkaian Komparator Non-Inverting ... 9

Gambar 2.7. Masukan dan Keluaran dari Rangkaian Komparator Non-Inverting .. ... 9

Gambar 2.8. High Frequency Wave Generator MAX038 ... 10

Gambar 2.9. Rangkaian Pengatur Duty Cycle ... 12

Gambar 2.10. Rangkaian Penguat Inverting ... 13

Gambar 2.11. Rangkaian Buffer ... 13

Gambar 2.12. Board Arduino Uno ... 15

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Alat ... 17

Gambar 3.2. Diagram Alir Program Utama ... 19

Gambar 3.3. Diagram Alir Program Interupsi Eksternal ... 20

Gambar 3.4. Diagram Alir Program Interupsi Timer ... 20

Gambar 3.5. Operating Circuit pada Datasheet MAX038 ... 22

Gambar 3.6. Rangkaian Modul Pembangkit Gelombang ... 23

(13)

viii

Gambar 3.8. Rangkaian Modul Pengaturan Duty Cycle ... 25

Gambar 3.9. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.8 ... 26

Gambar 3.10. Rangkaian Penguat Inverting Modul Pengatur Amplitudo ... 27

Gambar 3.11. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.10... 27

Gambar 3.12. Rangkaian Modul Pengaturan Tegangan Offset ... 28

Gambar 3.13. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.12 ... 29

Gambar 3.14. Rangkaian Modul Pengaturan Atenuasi ... 31

Gambar 3.16. Rangkaian Modul Switch Gelombang ... 33

Gambar 3.18. Modul Arduino Uno ... 34

Gambar 3.19. Modul 7-segmen ... 35

Gambar 3.20. Function Generator Yang Dibuat ... 36

Gambar 4.1. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 0,1Hz ... 38

Gambar 4.2. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1Hz ... 40

Gambar 4.5. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1kHz ... 43

Gambar 4.8. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1MHz ... 46

(14)

ix

Gambar 4.10. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 0,1Hz ... 48

Gambar 4.11. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1Hz ... 49

Gambar 4.14. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 100Hz ... 50

Gambar 4.15. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 100Hz ... 51

Gambar 4.16. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ... 51

Gambar 4.17. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 1kHz . 52 Gambar 4.18. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 1kHz . 52 Gambar 4.19. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 10kHz ... 53

Gambar 4.20. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 10kHz ... 53

Gambar 4.21. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 10kHz ... 54

Gambar 4.22. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 100kHz ... 54

Gambar 4.23. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1MHz ... 55

(15)

x

Gambar 4.25. Grafik THD Terhadap Frekuensi pada Function Generator Yang

Dibuat... 57

Gambar 4.26. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 0,1Hz ... 58

Gambar 4.27. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1Hz ... 59

Gambar 4.30. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1kHz ... 62

Gambar 4.34. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1MHz ... 66

Gambar 4.35. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 2MHz ... 67

Gambar 4.36. Gelombang Tegangan Kotak dengan Duty Cycle 15% pada Frekuensi 1kHz ... 68

(16)

xi

Gambar 4.41. Duty Cycle pada Frekuensi 891,50Hz ... 71

Gambar 4.42. Gelombang Tegangan Kotak 1kHz ... 72

Gambar 4.43. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ... 72

Gambar 4.44. Gelombang Tegangan Segitiga 1kHz ... 73

Gambar 4.45. Atenuasi 0dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ... 74

Gambar 4.46. Atenuasi -10dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ... 75

Gambar 4.51. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz dengan Amplitudo 18Vpp ... 78

Gambar 4.52. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz dengan Amplitudo 4Vpp ... 78

Gambar 4.53. Perbandingan Main Output dan Sync Output pada Frekuensi 1kHz .. ... 79

Gambar 4.54. Perbandingan Main Output dan Sync Output pada Frekuensi 10kHz ... 79

Gambar 4.55. Penampil Frekuensi 1,045kHz ... 80

(17)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Logika CMOS Pemilihan Gelombang ... 10

Tabel 3.1. Range Frekuensi terhadap Nilai Kapasitor ... 22

Tabel 3.2. Daftar Komponen pada Modul Pembangkit Gelombang ... 24

Tabel 3.3. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Duty Cycle ... 25

Tabel 3.4. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Amplitudo ... 27

Tabel 3.5. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Tegangan Offset ... 29

Tabel 3.6. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Atenuasi ... 33

Tabel 3.7. Konfigurasi Penggunaan Pin/ Port Arduino Uno ... 35

Tabel 3.2. Daftar Komponen pada Modul Pembangkit Gelombang ... 24

Tabel 4.1. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 0,1Hz ... 39

Tabel 4.2. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1Hz ... 40

Tabel 4.5. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1kHz ... 43

Tabel 4.8. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1MHz ... 46

Tabel 4.9. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 2MHz ... 47

Tabel 4.10. THD Function Generator Yang Dibuat Terhadap Frekuensi ... 56

Tabel 4.11. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 0,1Hz ... 58

(18)

xiii

Tabel 4.13. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan

Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 10Hz ... 60

Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 100Hz ... 61

Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 1kHz ... 62

Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 1MHz ... 66

Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 2MHz ... 67

Tabel 4.21. Nilai Tegangaqn High dan Low pada Offset -2V dan +2V pada

Frekuensi 1kHz ... 73

Tabel 4.22.Output dari Setiap Performa Atenuasi ... 74

(19)

xiv

DAFTAR ISTILAH AC Alternating Current

ASCII American Standart code for Information Interchange

DADJ Duty Cycle Adjusment

FADJ Frequency Adjustment

GND Ground

IC Integrated Circuit

MOSI Master Out Slave In

PWM Pulse Width Modulation

RX Receiver

SCK Serial Clock