OSILOSKOP

OSILOSKOP

Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Osiloskop merupakan perangkat yang sangat dibutuhkan untuk perancangan, pabrikasi atau perbaikan peralatan elektronika. Kegunaan osiloskop tidak dibatasi pada dunia elektronik. Dengan transedur yang tepat osiloskop dapat mengukur semua jenis phenomena. Transedur merupakan sinyal listrik dalam respon terhadap rangsangan pisik seperti suara, ekanan mekanik, tekanan, cahaya atau panas.

Osiloskop  sinar  katoda  (cathode rayoscilloscope)  selanjutnya disebut instrumen CRO merupakan instrumen yang sangat bermanfaat dan terandalkan untuk pengukuran  dan  analisa  bentuk- bentuk gelombang dan gejala lain dalam rangkaian  elektronik  yang bersifat  dinamis.  Pada  dasarnya CRO   merupakan   alat   pembuat grafik yang menunjukkan bagaimana  sinyal berubah terhadap waktu  : sumbu  vertikal mempresentasikan  tegangan dan sumbu horisontal mempresentasikan waktu.  Intensitas atau  kecerahan peragaan  seringkali disebut sumbu Z.

·      harga tegangan dan waktu sinyal.

·      menghitung frekuensi sinyal osilasi.

·      gerakan bagian dari rangkaian yang direpresentasikan dalam bentuk sinya.

·      kesalahan fungsi komponen seperti sinyal terdistorsi.

·      seberapa banyak sinyal DC atau sinyal AC.

·      seberapa banyak sinyal noise dan apakah noise berubah mengikuti perubahan waktu.

Gambar  7-2:  Peraga bentuk gelombang komponen X, Y, Z.

                 Dalam           pemakaian        CRO  yang biasa, sumbu X masukan horisontal berupa tegangan tanjak (ramp voltage)  linier yang dibangkitkan secara internal yang merupakan basis waktu  (time base) secara periodik menggerakkan bintik cahaya dari kiri  ke kanan melalui  permukaan layar. Tegangan yang             akan diamati  dimasukkan ke sumbu Y atau masukan vertikal CRO, menggerakkan bintik cahaya ke atas dan ke bawah sesuai dengan nilai sesaat tegangan masukan. Selanjutnya bintik cahaya akan menghasilkan jejak berkas gambar pada layar       yang menunjukan variasi tegangan masukan sebagai fungsi waktu.

Pengetahuan dan Pengukuran Bentuk Gelombang

Jenis-jenis Gelombang

Gelombang dapat diklasifikasi kedalam jenis :

• Gelombang sinus

• Gelombang kotak dan segi empat

• Gelombang segitiga dan gigi gergaji

• Bentuk step dan pulsa

• Sinyal periodik dan non periodik

• Sinyal sinkron dan asinkron

Gelombang Sinus

Gelombang  sinus merupakan bentuk   gelombang    dasar    untuk beberapa alasan. Mempunyai sifat harmonis matematis. Tegangan dalam   saluran   dinding   bervariasi seperti      gelombang sinus. Tes sinyal  yang   dihasilkan   rangkaian osilator  dari pembangkit sinyal seringkali berupa gelombang sinus. Kebanyakan sumber -sumber   daya menghasilkan gelombang  sinus AC  menandakan arus bolak -balik, meskipun tegangan bolak -balik jua, DC arus rata yang berarti arus dan tegangan  seperti   yang  dihasilkan baterai.Gelombang  sinus   damped merupakan   kasus   tertentu   yang dapat dilihat pada  rangkaian yang berosilasi namun menurun dari waktu ke waktu. Gambar 7-5 menunjukkan macam-macam bentuk gelombang.

Gelombang Kotak dan Segi empat 

Gelombang     kotak      merupakan bentuk gelombang lain yang umum. Pada dasarnya gelombang kotak merupakan tegangan yang on dan off (tinggi dan rendah) pada interval yang teratur.

Gelombang gigigergaji dan segitiga

Gelombang gigigergaji dan segitiga hasil dari rangkaian yang dirancang untuk mengendalikan tegangan secara linier, seperti sapuan horisontal dari osiloskop analog atau scan raster televisi.

Bentuk Step dan Pulsa

Sinyal seperti step dan pulsa jarang terjadi atau tidak secara periodik ini dinamakan single shot atau  sinyal transien.  Step menunjukkan perubahan tegangan mendadak seperti perubahan pada pemidahan saklar on power. Pulsa menunjukkan perubahan tegangan mendadak, serupa dengan perubahan tegangan jika memindahkan saklar power on dan kemudian  off  lagi. 

                  Gambar 7-8. Step, pulsa dan rentetan pulsa

Sinyal periodik dan Non periodik

Pengulangan sinyal direferensikan sebagai sinyal periodik, sementara sinyal yang perubahannya konstan dikenal  sebagai  sinyal  non periodik.

Sinyal sinkron dan tak sinkron

Bila  pewaktuan berhubungan dengan keberadaan dua sinyal, sinyal direferensikan sebagai sinyal sinkron. Sinyal clock, data dan alamat di dalam komputer merupakan contoh sinyal sinkron. Asinkron merupakan  istilah yang digunakan untuk  menguraikan sinyal antara yang tidak berhubungan dengan keberadaan pewaktuan.

Pengukuran Bentuk Gelombang

1.    Frekuensi dan Perioda

Jika ada pengulangan sinyal, ini memiliki frekuensi. Frekuensi diukur dalam Hertz dan sama dengan jumlah pengulangan sinyal dalam  waktu satu detik direferensikan sebagai  siklus perdetik. Pengulangan sinyal juga mempunyai perioda ini mengambil banyak waktu  untuk  sinyal melengkapi satu siklus.

2.    Tegangan

Tegangan  merupakan  jumlah potensial listrik atau kekuatan sinyal antara dua titik rangkaian. Biasanya satu dari titik ini adalah ground atau nol volt, namun tidak selalu. Untuk mengukur tegangan dari puncak maksimum ke puncak minimum dari bentuk gelombang, direferensikan sebagai tegangan puncak ke puncak.

3.    Amplitudo

Amplitudo referensi  terhadap sejumlah tegangan antara titik dalam rangkaian. Amplitudo biasanya direferensikan tegangan maksimum dari sinyal yang diukur terhadap  ground.

4.    Fasa

Fasa  terbaik   dijelaskan   dengan melihat  pada   gelombang   sinus. Level  tegangan  dari  gelombang sinus didasarkan pada gerakan melingkar. Lingkaran mempunyai 360°, satu siklus gelombang sinus mempunyai 360° sebagaimana ditunjukkan dalam gambar di atas.

5.    Pergeseran Fasa

Pergeseran fasa  menguraikan perbedaan antara  dua  sinyal serupa   satu  sama  lain. Bentuk gelombang gambar  7-12 ditandai arus sehingga dikatakan tertinggal fasa  dengan   bentuk  gelombang yang ditandai tegangan, karena gelombang  mencapai  titik  sama dalam siklus  ¼ siklus (360°/4=90°). Pergeseran  fasa biasanya dalam  elektronik dinyatakan dalam derajat.

Operasi Dasar CRO

Subsistem utama CRO untuk pemakaian umum ditunjukkan gambar diagram di bawah ini terdiri atas :

1.    Tabung sinar katoda (CRT)

2.     Penguat vertikal (vertikal amplifier)

3.     Rangkaian trigger (Trigger Circuit)

4.     Penguat Horisontal (Horisontal Amplifier).

Tabung  sinar  katoda  atau  CRT merupakan jantung  siloskop , pada dasarnya CRT menghasilkan berkas  elektron  yang dipusatkan secaravtajam dan dipercepat pada kecepatan yang sangat  tinggi.

Prinsip Kerja Tabung Sinar Katoda

Tabung sinar katoda pada beberapa penganalisa logika (Logic Analysers) defleksi  secara magnetik,  dapat  monokrom  atau warna. Pada jenis ini peraga menggunakan teknik seperti yang digunakan pada TV . Dalam tabung sinar katoda  storage oscilloscope pada  dasarnya serupa dengan   defleksi elektrostatik jenis tabung yang akan dijelaskan di bawah ini hanya ditambahkan satu atau  lebih storage meshes.

Tabung sinar katoda merupakan komponen utama jantung oasiloskop, pada  dasarnya  terdiri dari susunan  elektroda yang dilapisi kaca bejana. Elektroda-elektroda berfungsi sebagai berikut

o   Susunan tiga elektroda (triode) yang berfungsi membangkitkan berkas elektron,  biasa disebut sinar  katoda  yang  terdiri  dari katoda (K) filamen pemanas (F), grid pengontrol (G) dan elektroda pemercepat berkas elektron (1).

o   Elektroda  pemfokus  berkas elektron (2).

o   Berkas elektron  dipercepat sebelum mencapai  pelat defleksi.

o   Pelat pembelok vertikal mengubah arah berkas sebanding dengan beda tegangan kedua pelat. Bila beda tegangan nol atau besar tegangan   kedua   pelat   sama berkas akan dilewatkan lurus. Disebut  pelat  defleksi  vertikal karena dapat  membelokkkan berkas  ke arah vertikal, sehingga berkas dapat berada pada layar berupa titik yang bergerak dari  atas  ke  bawah. Pelat defleksi horisontal serupa dengan defleksi  vertikal  hanya arah pembelokkan berkas elektron dalam arah  horisontal dari kiri ke kanan.

o   Setelah   berkas   dbelokkan akan  menumbuk  lapisan flouresensi yang  berada pada permukaan layar tabung sinar katoda. Lapisan terdiri dari lapisan tipis pospor, olahan kristal garam metalik yang sangat halus didepositkan  pada kaca. Akibatnya  berkas berpijar, semua  emisi cahaya dalam arah maju.

Sensitivitas Tabung 

Pelat defleksi dari tabung sinar katoda dihubungkan dengan penguat, yang dapat menjadikan perancangan relatip sederhana bila diperlukan amplitudo keluaran rendah, namun diperlukan tabung yang memiliki sensitivitas setinggi mungkin. Penguat yang diperlukan memiliki lebar band  yang  lebar, kapasitansi antar pelat harus dijaga rendah sehingga harus dalam  ukuran  kecil  dan terpisah secara baik.

Jenis-jenis Osiloskop

A.      Osiloskop Analog

sebuah osiloskop analog bekerja dengan menerapkan sinyal tegangan yang diukur secara langsunng diberikan pada  sumbu  vertikal  dari berkas elektron yang  berpindah  dari  kiri melintasi layar  osiloskop – biasanya tabung sinar  katoda.

CRT  membatasi cakupan frekuensi yang dapat diperagakan dengan osiloskop analog. Pada frekuensi yang  sangat  rendah, sinyal muncul sebagai titik terang bergerak           lambat  yang sulit membedakan sebagai ciri bentuk gelombang. Pada frekuensi tinggi kecepatan penulisan CRTterbatas. Bila frekuensi         sinyal melebihi kecepatan menulis CRT, peraga menjadi sangat samar untuk dilihat. Osiloskop analog tercepat dapat memperagakan   frekuensi sampai sekitar 1 GHz.

Jenis-jenis Osiloskop Analog

Ø  Free Running Osciloskop

Free running oscilloscope merupakan jenis CRO  generasiawal yang sederhana. Osiloskop free running merupakan instrumen harga murah, time base generator harus disinkronisasikan dengan sinyal pada penguat vertikal agar peragaan pada layar CRT stabil.

Osiloskop Sapuan Terpicu (Triggered – Sweep Osciloscope)

Triggered-sweep osciloskop dipandang lebih serbaguna dan merupakan standar industry.Dalam triggered-sweep mode pembangkit gigi gergaji tidak membangkitkan tegangan ramp kecuali dikerjakan dengan trigger pulsa.

Ø  CRO Dua Kanal

1.      CRO Jejak Rangkap (Dual Trace CRO)

Dengan dual trace osiloskop mempunyai dua rangkaian masukan vertikal yang diberi tanda A dan B. Saluran A dan B mempunyai pra penguat dan saluran tunda yang identik. Keluaran pra penguat A dan B diumpankan ke sebuah saklar elektronik yang secara bergantian menghubungkan masukan penguat vertikal akhir  dengankeluaran pra penguat.

2.      Osiloskop BerkasRangkap (Dual BeamCRO)

CRO jenis berkas rangkap menerima dua sinyal masukan vertikal dan memperagakannya sebagai dua bayangan terpisah pada layar CRT.Osiloskop berkas rangkap menggunakan CRT khusus yang menghasilkan dua berkas elektron yang betul-betul terpisah yang secara bebas dapat disimpangkan kearah vertikal.

Ø  CRO Penyimpanan Analog (Storage Osciloscope)

Keistimewaan ekstra disediakan pada beberapa scope analog penyimpan.Keistimewaan ini memungkinkan pola penjejakan normal rusak dalam hitungan detik untuk tetap tinggal pada layar.Dalam rangkaian listrik kemudian dapat dengan sengaja jejak pada layar diaktifkan disimpan dan dihapus.

Osiloskop Digital

·         Prinsip Kerja CRO Digital

Pada CRO digital menyediakan informasi sinyal secara digital disamping peragaan CRT sebagaimana CRO analog.Pada dasarnya CRO digital terdiri dari CRO laboratorium konvensional berkecepatan tinggi ditambah dengan rangkaian pencacah elektronik yang keduanya berada dalam satu kotak kemasan.

·         Metoda Pengambilan Sampel

Metoda pengambilan sampelmenjelaskan bagaimana osiloskop digital mengumpulkan titik-titik sampel.Untuk perubahan sinyal lambat, osiloskop digital dengan mudah mengumpulkan lebih dari cukup titik sampling untuk mengkonstruksi gambar secara akurat. Oleh karena itu untuk sinyal yang lebih cepat (seberapa cepat tergantung pada kecepatan sampling osiloskop) osiloskop tidak dapat mengumpulkan cukup sampel .

·         Pengambilan Sampel Real-Timedengan Interpolasi

Osiloskop digital menggunakanpengambilan sampel real-time seperti metoda sampling standar.Dalam pengambilan sampel real-time, osiloskop mengumpulkan sampel sebanyak yang dapat menggambarkan sinyal sebenarnya.Untuk pengukuran sinyal tansien harus menggunakan real time sampling.

·         Ekuivalensi Waktu Pengambilan Sampel

Beberapa osloskop digital dapat menggunakan ekuivalen waktu pengambilan sampel untuk menangkap pengulangan sinyal yang sangat cepat. Ekuivalensi waktu pengambilan sampel mengkonstruksi gambar pengulangan sinyal dengan menangkap sedikit bit informasi dari setiap sinyal.

·         Osiloskop Penyimpan Digital

Osiloskop penyimpan digital atau disingkat DSO (Digital Storage Osciloscpe), sekarang ini merupakan jenis yang lebih disukai untuk aplikasi kebanyakan industri meskipun CRO analog sederhana masih banyak digunakan oleh para hobist.Osiloskop penyimpan digital menggantikan penyimpan analog yang tidak stabil dengan memori digital, yang dapat menyimpan data selama yang dikehendaki tanpa mengalami degradasi.

Spesifikasi Osiloskop

·         Spesifikasi Umum

Jenis osiloskop dua kanal sistem defleksi vertikal memiliki 12 faktor defleksi terkalibrasi dari 5 mV/div sampai 20V/div.Sistem defleksi horisontal memiliki kecepatan sapuan terkalibrasi dari 2s/div sampai 0,05  μs/div, kecepatan penundaan sapuan dari  20 ms/div sampai 0,05μs/div. Pengali 10 untuk memperluas semua sapuan dengan faktor 10 dan sapuan tercepat 5 ns/div. Dalam mode alternate ataupun Chop control trigger-view dimungkinkan memperagakan tiga sinyal yaitu kanal A, kanal B dan sinyal trigger.

·         Mode Peraga Vertikal

Kanal A dan kanal B diperagakan bergantian dengan sapuan berurutan (ALT). Kanal A dan kanal B diperagakan  dengan pensaklaran antar kanal pada kecepatan 250 kHz, selama pensaklaran (Chop) berkas dipadamkan, kanal A ditambahkan kanal B (penambahan aljabar) dan trigger view.

Perhatian Keamanan

Untuk pencagahan kerusakandiperhatikan selamapengoperasian, perawatan dan perbaikan peralatan. Untuk meminimumkan kejutan casis instrument atau cabinet harus dihubungkan ke ground secara listrik. Instrumen menggunakan kabel AC tiga  konduktor hijau untuk dihubungkan dengan ground listrik.

Pengukuran Dengan Osiloskop

·         PengukuranTegangan DC

a.       Alat dan bahan yang diperlukan

1. CRO 1 buah

2. Probe CRO 1 buah

3. Batere 6 Volt 1 buah

4. Kabel secukupnya

b.      Kalibrasi CRO

dilakukan kalibrasi dengan langkah-langkah sebagai berikut.

1.      Sebelum pengukuran dilakukan, terlebih dahulu osiloskop dikalibrasidengan cara berikut. Menghubungkan probe osiloskop pada terminal kalibrasi dan ground.

2.      Kemudian time/div dan Volt/div diatur untuk memperoleh besar tegangan dan frekuensikalibrasi.

3.      Saklar pemilih posisi AC, DC ground diposisikan pada gound, berkas diamati dan ditepatkan berimpit dengan sumbu X.

4.      Probe dihubungkan dengankutub batere positip groundkutub betere negatip, saklarpemilih posisi dipindahkan ke DC sehingga berkas akanberpindah pada posisi keatas. Besarnya lompatan dihitungdengan satuan kolom sehingga harga penunjukan adalah =jumlah kolom loncatan X posisi Volt/div. Bila Volt/div posisi 1 maka harga penunjukanadalah = 6 kolom div x1Volt/div = 6 Volt DC.

·         Pengukuran Tegangan AC 

a.       Peralatan yang diperlukan

1. CRO 1 buah

2. Probe 1 buah

3. Audio Frekuensi Genarator 1 buah

4. Kable penghubung secukupnya

b.      Prosedur Pengukuran

1. Pemilih diposisikan pada AC, bila hanya digunakan satu kanal tetapkan ada kanal 1 atau kanal 2.

2. Sumber tegangan AC dapat digunakan sinyal generator , dihubungkan dengan masukan CRO.

3. Frekuensi sinyal generator diatur pada frekuensi 1 kHz dengan mengatur piringan pada angka sepuluh dan menekan tombol pengali 100.

4. Frekuensi sinyal generator diatur pada frekuensi 1 kHz dengan mengatur piringan pada angka sepuluh dan menekan tombol pengali 100 ditunjukkan pada gambar di bawah.

·         Pengukuran Frekuensi

a.       Peralatan yang dibutuhkan

1. CRO 1 buah

2. Audio Function Generator 2 buah

3. Probe 2 buah

4. Kabel penghubung secukupnya

ü  Pengukuran Frekuensi Langsung

Pengukuran frekuensi langsung dengan langkah-langkah seperti berikut :

1. Melakukan kalibrasi CRO dengan prosedur seperti dalam pengukuran tegangan DC diatas.

2. Probe dihubungkan dengan keluaran sinyal generator.

3. Frekuensi di atur pada harga yang diinginkan berdasarkan keperluan, sebagai acuan baca penunjukan pada skala sinyal generator.

4. Atur Volt divisi untuk mendapatkan simpangan amplitudo maksimum tidak cacat (terpotong).

5. Time/div diatur untuk mendapatkan lebar sinyal maksimum tidak cacat (terpotong).

6. Lebar sinyal diukur dari sinyal mulai naik sampai kembali naik untuk siklus berikutnya.

ü  Pengukuran Frekuensi Model Lissayous

Pada pengukuran jenis ini diperlukan osiloskop dua kanal dan sinyal yang telah diketahui frekuensinya, pengukuran dilakukan dengan langkah-langkah berikut ini.

1. Sinyal yang telah diketahui dihubungkan pada kanal yang kita tandai sebagai acuan misalnya pada X.

2. Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal yang lain.

3. Amplitudo diatur untuk mendapatkan amplitudo yang sama besarnya bila penyamaan tidak dapat dicapai dengan pengaturan Volt/div, tombol kalibrasi diatur untuk mencapai kesamaan amplitudo. Kesamaan ini penting supaya diperoleh bentuk lissayous sempurna.

4. Misalnya sebelum di lissayouskan kedua sinyal mempunyai amplitudo samafrekuensi berbeda. Time/div diatur dipindahkan pada posisi lissayous. Jika sinyal warna hijau adalah masukan X dan merah Y pada layar akanmenunjukkan perbandingan.