Osiloskop sinar katoda (cathode ray oscilloscop, selanjutnya disebut CRO) adalah instrumen laboratorium yang sangat bermanfaat dan terandalkan yang digunakan untuk pengukuran dan analisa bentuk-bentuk gelombang dan gejala lain dalam rangkaian-rangkaian elektronik. Pada dasarnya CRO adalah alat pembuat grafik atau gambar (plotter) X-Y yang sangat cepat yang memperagakan sebuah sinyal masukan terhadap sinyal lain atau terhadap waktu. Pena (“stylus”) plotter ini adalah sebuah bintik cahaya yang bergerak melalui permukaan layar dalam memberi tanggapan terhadap tegangan-tegangan masukan.
Dalam pemakaian CRO yang biasa, sumbu X atau masukan horizontal adalah tegangan tanjak (ramp voltage) linear yang dibangkitkan secara internal, atau basis waktu (time base) yang secara periodik menggerakkan bintik cahaya dari kiri ke kanan melalui permukaan layar. Tegangan yang akan diperiksa dimasukkan ke sumbu Y atau masukan vertical CRO, menggerakkan bintik ke atas dan ke bawah sesuai dengan nilai sesaat tegangan masukan. Selanjutnya bintik tersebut menghasilkan jejak berkas layar pada gambar yang menunjukkan variasi tegangan masukan sebagai fungsi dari waktu. Bila tegangan masukan berulang dengan laju yang cukup cepat, gambar akan kelihatan sebagai sebuah pola yang diam pada layar. Dengan demikian CRO melengkapi suatu cara pengamatan tegangan yang berubah terhadap waktu.
Di samping tegangan, CRO dapat menyajikan gambaran visual dari berbagai fonemena dinamik melalui pemakaian transducer yang mengubah arus, tekanan, regangan, temperatur, percepatan, dan banyak besaran fisis lainnya menjadi tegangan.
CRO digunakan untuk menyelidiki bentuk gelombang, peristiwa transien dan besaran lainnya yang berubah terhadap waktu dari frekuensi yang sangat rendah ke frekuensi yang sangat tinggi. Pencatatan kejadian ini dapat dilakukan oleh kamera khusus yang ditempelkan ke CRO guna penafsiran kuantitatif.
Osiloskop sinar katoda dapat digunakan untuk bermacam-macam pengukuran besaran fisika. Besaran listrik yang dapat diukur dengan menggunakan alat itu antara lain tegangan searah, tegangan bolak-balik, arus searah, arus bolak-balik, waktu, sudut fasa, frekuensi, dan untuk bermacam kegiatan penilaian bentuk gelombang seperti waktu timbul dan waktu turun. Banyak besaran nirlistrik seperti tekanan, gaya tarik, suhu, dan kecepatan dapat diukur dengan menggunakan tranduser sebagai pengubah ke besaran tegangan.
DASAR TEORI
A. Pengertian
Osiloskop adalah alat ukur yang mana dapat menunjukan kepada kita “bentuk” dari sinyal listrik dengan menunjukan grafik dari tegangan terhadap waktu pada layarnya. Itu seperti layaknya voltmeter dengan fungsi kemampuan lebih, penampilan tegangan berubah terhadap waktu, sebuah graticule setiap 1 cm grid membuat kita dapat melakukan pengukuran dari tegangan dan waktu pada layar (screen)
Besaran- besaran yang dapat diukur dengan osiloskop antara lain:
1. Amplitudo ( A ) : Jarak perpindahan titik maksimum dari titik kesetimbangan dalam arah getarannya.
2. Periode ( T ) : Waktu yang diperlukan untuk membentuk satu gelombang penuh.
3. Frekuensi ( F ) : Banyaknya gelombang yang terbentuk dalam satu satuan waktu.
4. Sudut fasa ( ) : Simpangan partikel terhadap posisi kesetimbangan dalam radian.
3. Komponen utama osiloskop adalah tabung sinar katoda.
Beberapa fungsi osiloskop antara lain untuk:
* Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.
* Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.
* Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangkaian listrik.
* Membedakan arus AC dengan arus DC.
* Mengetahui noise pada sebuah rangkaian listrik.
Osiloskop terdiri dari dua bagian yaitu Display dan Panel Control :
Display
Display menyerupai tampilan layar pada televisi. Display pada Oscilloscopeberfungsi sebagai tempat tampilan sinyal uji. Pada Display Oscilloscope terdapat garis-garis melintang secara vertikal dan horizontal yang membentuk kotak-kotak yang disebut dengan div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili sumbu tegangan.
Panel Control
Panel kontrol berisi tombol-tombol yang bisa digunakan untuk menyesuaikan tampilan di layar. Tombol-tombol pada panel osiloskop antara lain :
· Focus : Digunakan untuk mengatur fokus
· Intensity : Untuk mengatur kecerahan garis yang ditampilkan di layar
· Trace rotation : Mengatur kemiringan garis sumbu Y=0 di layar
· Volt/div : Mengatur berapa nilai tegangan yang diwakili oleh satu div di layar
· Time/div : Mengatur berapa nilai waktu yang diwakili oleh satu div di layar
· Position : Untuk mengatur posisi normal sumbu X (ketika sinyal masukannya nol)
· AC/DC : Mengatur fungsi kapasitor kopling di terminal masukan osiloskop. Jika tombol pada posisi AC maka pada terminal masukan diberi kapasitor kopling sehingga hanya melewatkan komponen AC dari sinyal masukan. Namun jika tombol diletakkan pada posisi DC maka sinyal akan terukur dengan komponen DC-nya dikutsertakan.
· Ground : Digunakan untuk melihat letak posisi ground di layar.
· Channel 1/ 2 : Memilih saluran / kanal yang digunakan.
Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal (Dual Trace) yang bisa digunakan untuk melihat dua sinyal yang berlainan, misalnya kanal satu dipasang untuk melihat sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran.
Keterangan gambar panel kontrol Osilokop Dual Trace diatas :
1. VERTICAL INPUT : merupakan input terminal untuk channel-A/saluran A.
2. AC-GND-DC : Penghubung input vertikal untuk saluran A.
· Jika tombol pada posisi AC, sinyal input yang mengandung komponen DC akan ditahan/di-blokir oleh sebuah kapasitor.
· Jika tombol pada posisi GND, terminal input akan terbuka, input yang bersumber dari penguatan internal di dalam Oscilloscope akan di-grounded.
· Jika tombol pada posisi DC, input terminal akan terhubung langsung dengan penguat yang ada di dalam Oscilloscope dan seluruh sinyal input akan ditampilkan pada layar monitor.
3. MODE
· CH-A : tampilan bentuk gelombang channel-A/saluran A.
· CH-B : tampilan bentuk gelombang channel-B/saluran B.
· DUAL : pada batas ukur (range) antara 0,5 sec/DIV – 1 msec (milli second)/DIV, kedua frekuensi dari kedua saluran (CH-A dan CH-B) akan saling berpotongan pada frekuensi sekitar 200k Hz. Pada batas ukur (range) antara 0,5 msec/DIV – 0,2 µ sec/DIV saklar jangkauan ukur kedua saluran (channel/CH) dipakai bergantian.
· ADD : CH-A dan CH-B saling dijumlahkan. Dengan menekan tombolPULL INVERT akan diperoleh SUB MODE.
4. VOLTS/DIV variabel untuk saluran (channel)/CH-A.
5. VOLTS/DIV pelemah vertikal (vertical attenuator) untuk saluran (channel)/CH-A.
· Jika tombol “VARIABLE” diputar ke kanan (searah jarum jam), pada layar monitor akan tergambar tergambar tegangan per “DIV”. Pilihan per “DIV” tersedia dari 5 mV/DIV – 20V/DIV.
6. Pengatur posisi vertikal untuk saluran (channel)/CH-A.
7. Pengatur posisi horisontal.
8. SWEEP TIME/DIV.
9. SWEEP TIME/DIV VARIABLE.
10. EXT.TRIG untuk men-trigger sinyal input dari luar.
11. CAL untuk kalibrasi tegangan pada 0,5 V p-p (peak to peak) atau tegangan dari puncak
ke puncak.
12. COMP.TEST saklar untuk merubah fungsi Oscilloscope sebagai penguji komponen
(component tester). Untuk menguji komponen, tombol SWEEP TIME/DIV di “set” pada
posisi CH-B untuk mode X-Y. tombol AC-GND-DC pada posisi GND.
13. TRIGGERING LEVEL.
14. LAMPU INDIKATOR.
15. SLOPE (+), (-) penyesuai polaritas slope (bentuk gelombang).
16. SYNC untuk mode pilihan posisi saklar pada; AC, HF REJ, dan TV.
17. GND terminal ground/arde/tanah.
18. SOURCE penyesuai pemilihan sinyal (syncronize signal selector). Jika tombol SOURCE pada
posisi :
· INT : sinyal dari channel A (CH-A) dan channel B (CH-B) untuk keperluan pen-trigger-an/penyulutan saling dijumlahkan,
· CH-A : sinyal untuk pen-trigger-an hanya berasal dari CH-A,
· CH-B : sinyal untuk pen-trigger-an hanya berasal dari CH-B,
· AC : bentuk gelombang AC akan sesuai dengan sumber sinyal AC itu sendiri,
· EXT : sinyal yang masuk ke EXT TRIG dibelokkan/dibengkokkan disesuaikan dengan sumber sinyal.
19. POWER ON-OFF.
20. FOCUS digunakan untuk menghasilkan tampilan bentuk gelombang yang optimal.
21. INTENSITY pengatur kecerahan tampilan bentuk gelombang agar mudah dilihat.
22. TRACE ROTATOR digunakan utuk memposisikan tampilan garis pada layar agar tetap
berada pada posisi horisontal. Sebuah obeng dibutuhkan untuk memutar trace rotator ini.
23. CH-B POSITION tombol pengatur untuk penggunaaan CH-B/channel (saluran) B.
24. VOLTS/DIV pelemah vertikal untuk CH-B
25. VARIABLE.
26. VERTICAL INPUT input vertikal untuk CH-B.
27. AC-GND-DC untuk CH-B kegunaannya sama seperti penjelasan yang terdapat pada
nomor 2.
28. COMPONET TEST IN terminal untuk komponen yang akan diuji.
Kalibrasi
Kalibrasi adalah suatu kegiatan untuk menentukan kebenaran konfensional nilai penunjukan alat inspeksi, alat pengukuran dan alat pengujian.
Tujuan kalibrasi
• Menentukan deviasi (penyimpangan) kebenaran nilai konvensional penunjukan suatu instrumen ukur.
• Menjamin hasil-hasil pengukuran sesuai dengan standar Nasional maupun Internasional.
Manfaat kalibrasi
Menjaga kondisi instrumen ukur dan bahan ukur agar tetap sesuai dengan spesefikasinya
Sebelum kita menggunakan Osiloscope terlebih dahulu kita Cek Ketepatan Dari Osiloscope tersebut ( KALIBRASI ).
PROSEDUR KERJA
Langkah pertama yang harus kita lakukan yaitu pengkalibrasian. Setelah anda mengkoneksikan osiloskop ke jaringan listrik PLN dan menyalakannya, maka yang harus anda amati pada layar monitor yang tampak di layar adalah harus garis lurus mendatar (jika tidak ada sinyal masukan).
Selanjutnya langkah kedua atur fokus, intensitas, kemiringan, x position, dan y position. Dengan mengatur posisi tersebut kita nantinya bisa mengamati hasil pengukuran dengan jelas dan akan memperoleh hasil pengukuran dengan teliti.
Langkah ketiga gunakan tegangan referensi yang terdapat di osiloskop maka kita bisa melakukan pengkalibrasian sederhana. Ada dua tegangan referensi yang bisa dijadikan acuan yaitu tegangan persegi 2 Vpp dan 0.2 Vpp dengan frekuensi 1 KHz.
Langkah keempat tempelkan probe pada terminal tegangan acuan maka pada layar monitor akan muncul tegangan persegi.
· Apabila yang dijadikan acuan adalah tegangan 2 Vpp maka pada posisi 1 volt/div (satu kotak vertikal mewakili tegangan 1 volt) harus terdapat nilai tegangan dari puncak ke puncak sebanyak dua kotak dan untuk time/div 1 ms/div (satu kotak horizontal mewakili waktu 1 ms) harus terdapat satu gelombang untuk satu kotak.
· Apabila yang tampat pada layar belum tepat maka perlu diatur pada potensio tengah di knob Volt/div dan time/div. Atau pada potensio dengan label "var".
Prinsip Kerja Osiloskop
Prinsip kerja osiloskop yaitu menggunakan layar katoda. Dalam osiloskop terdapat tabung panjang yang disebut tabung sinar katode atau Cathode Ray Tube (CRT). Secara prinsip kerjanya ada dua tipe osiloskop,yakni tipe analog (ART-analog real time oscilloscope) dan tipe digital(DSO-digital storage osciloscope),masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Para insinyur, teknisi maupun praktisi yang bekerja di laboratorium perlu mencermati karakter masing-masing agar dapat memilih dengan tepat osiloskop mana yang sebaiknya digunakan dalam kasus-kasus tertentu yang berkaitan dengan rangkaian elektronik yang sedang diperiksa atau diuji kinerjanya.
Cara PengKALIBRASIan Osiloscope :
1. Jangan Lupa Probe / Kabel Penghubung kita Masukan Ke Input ( Chanel 1 / Chanel 2 )
2. Hidupkan Power Osiloscope.
3. Atur Intensitas Cahaya & Fokus-nya Biar Gambar Pada Osiloscope Enak DiLihat.
4. Volt/Div & Time/Div-nya DiAtur Juga Biar Dalam PengKALIBRASIan Dapat DiHitung.
5. Kemudian Salah satu ujung probe ( Probe Ch 1 atau 2 ) kita hubungkan pada tempat Calibrasi ( Biasanya tertulis CAL )
6. Setelah gambar gelombang ( Biasanya Gelombangnya Berbentuk Gelombang Kotak ) telah tampil pada layar Osiloscope baru dapat kita hitung Frekuensi & Volt Peak to Peak dengan rumusdengan rumus dibawah ini.
1. MENGHITUNG FREKUENSI :
Untuk Menghitung Frekuensi Gelombang Pada Tampilan Layar Osiloscope, Kita Harus Mengetahui Dulu Periodenya Berapa?Baru Dapat menghitung Frekuensinya.Dengan Rumus Sbb:
PERIODE : T = Div Horisontal x Time/Div
FREKUENSI : F = 1/T
2. MENGHITUNG TEGANGAN PUNCAK KE PUNCAK :
Untuk Menghitung Tegangan Puncak Ke Puncak ( Vpp ) Jangan Lupa Kita Harus Mengetahui Skala Pada Volt/Div Nya Dulu Berapa Volt & Juga Tegangan Puncak Ke Puncaknya Berapa Div ( Div Vertikal ).Untuk Menghitung Vpp Kita Gunakan Rumus Sbb :
VOLT PEAK TO PEAK : Vpp = Div Vertikal x Volt/Div
Osiloskop Analog
Osiloskop analog pada prinsipnya memiliki keunggulan seperti; harganya relatif lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di layar, serta mampu meragakan bentuk yang lebih baik seperti yang diharapkan untuk melihat gelombang-gelombang yang kompleks,misalnya sinyal video di TV dan sinyal RF yang dimodulasi amplitudo. Keterbatasanya adalah tidak dapat menangkap bagian gelombang sebelum terjadinya event picu serta adanya kedipan (flicker) pada layar untuk gelombang yang frekuensinya rendah(sekitar 10-20 Hz).
Penjelasan untuk skema prinsip kerja osiloskop analog:
1. Saat kita menghubungkan probe (kabel penghubung yang ujungnya diberi penjepit) ke sebuah rangkaian, sinyal tegangan mengalir dari probe menuju ke pengaturan vertikal dari sebuah sistem osiloskop (Vertical System), sebuah attenuator akan melemahkan sinyal tegangan input sedangkan amplifier akan menguatkan sinyal tegangan input. Pengaturan ini ditentukan oleh kita saat menggerakkan kenop "Volt/Div" pada user interface Osiloskop.
2. Tegangan yang keluar dari sistem vertikal lalu diteruskan menuju pelat defleksi vertikal pada sebuah CRT (Catode Ray Tube), sinyal tegangan yang dimasukkan ke pelat ini nantinya akan digunakan oleh CRT untuk menggerakkan berkas-berkas elektron secara bidang vertikal saja (ke atas atau ke bawah).
3. Sampai point ini dapat disimpulkan bahwa sistem vertikal pada osiloskop analog berfungsi untuk mengatur penampakan amplitudo dari sinyal yang diamati.
4. Selanjutnya sinyal masuk ke dalam pelat defleksi vertikal. Sinyal tegangan yang teraplikasikan disini menyebabkan berkas-berkas elektron bergerak. Tegangan positif mengakibatkan berkas elektron bergerak ke atas, sedangkan tegangan negatif menyebabkan elektron terdorong ke bawah.
5. Sinyal yang keluar dari vertical system tadi juga diarahkan ke trigger system untuk memicu sweep generator dalam menciptakan apa yang disebut dengan "Horizontal Sweep" yaitu pergerakan elektron secara sweep - menyapu ke kiri dan ke kanan - dalam dimensi horizontal atau dengan kata lain adalah sebuah ungkapan untuk aksi yang menyebabkan elektron untuk bergerak sangat cepat menyeberangi layar dalam suatu interval waktu tertentu. Pergerakan elektron yang sangat cepat (dapat mencapai 500,000 kali per detik) inilah yang menyebabkan elektron tampak seperti garis pada layar (misalnya seperti daun kipas pada kipas angin yang tampak seperti lingkaran saja saat berputar).
6. Pengaturan berapa kali elektron bergerak menyebrangi layar inilah yang dapat kita anggap sebagai pengaturan Periode/Frekuensi yang tampak pada layar, bentuk konkretnya adalah saat kita menggerakkan kenop Time/Div pada Osiloskop.
7. Pengaturan bidang vertikal dan horizontal secara bersama-sama akhirnya dapat mempresentasikan sinyal tegangan yang diamati ke dalam bentuk grafik yang dapat kita lihat pada layar CRT.
2. AUDIO FREKUENSI GENERATOR (AFG)
Audio Frekuensi GeneratorAdalah alat tes elektronik yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal atau gelombang listrik. Bentuk gelombang pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu sinusoida, persegi, dan segitiga. Pada gambar dapat dilihat salah satu jenis generator Frekuensi Audio. Dengan generator frekuensi audio ini seorang teknisi dapat melakukan pengetesan suatu alat yang akan dites (devices under test). Dari analisis terhadap hasil berbagai bentuk gelombang respons alat tersebut, akan dapat diketahui ketepatan karakteristik sesuai dengan ketentuan yang dikehendaki.
A. Kegunaan Audio Frekuensi Generator (AFG)
Adapun kegunaan dari Audio Frekuensi Generator adalah.
· Sebagai pembangkit gelombang listrik sinusoidal, segitiga, dan kotak.
· Untuk memahami bentuk dan pola gelombang listrik.
· Sebagai acuan untuk menyelidiki rangkaian yang kurang baik dari suatu rangkaian/sirkuit listrik atau elektronika
· Dapat digunakan sebagai sumber tegangan/arus AC untuk percobaan rangkaian penguatan transistor.
Selain kegunaan di atas, Generator Frekuensi Audio juga dapat digunakan sebagai media pembelajaran, yakni. sebagai alat yang pendukung pada kegiatan percobaan siswa dalam hal:
· mengenali bentuk gelombang sinus dan kotak;
· mempelajari cara mengukur periode dan frekuensi gelombang;
· sebagai sumber bunyi;
· memperkenalkan perpaduan gelombang bunyi;
Bagian- bagian Generator Frekuensi Audio
Bagian-bagian Generator Frekuensi Audio adalah sebagai berikut.
1. Tombol On-Off/Power
Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan sambungan listrik ke dalam rangkaian generator. Atau berfungsi untuk menyalakan generator.
2. Pengatur Amplitudo (level)
Berfungsi untuk mengatur amplitudo output gelombang yang dihasilkan oleh generator.
3. Pemilih bentuk sinyal / gelombang
Untuk memilih bentuk sinyal. Terdiri dari sinyal/gelombang sinus, persegi, gerigi, dan segitiga
4. Pengatur Frekuensi
Mengatur frekuensi keluaran Generator Frekuensi Audio
5. Pengatur jangkauan Frekuensi (Freq Range)
Untuk mengatur Frekuensi Frekuensi keluaran. Hubungannya dengan pengatur frekuensi adalah bahwa keduanya adalah kontrol dari frekuensi keluaran generator. Sebagai contoh ketika kita meninginkan frekuensi output sebesar 150 Hz, maka yang harus kita lakukan adalah memindahkan Frreq Range pada 100 dan kontrol frekuensi pada 1,5 Hz.
6. Terminal Keluaran 8 ohm
Merupakan bagian yang digunakan untuk menghubungkan Generator Frekuensi Audio pada alat lain untuk mengetahui keluaran generator audio. Kabel yang digunakan adalah kabel daya biasa. Dengan tahanan sebesar 8 ohm.
7. Terminal Keluaran 600 ohm
