MAKALAH OSILOSKOP: osiloskop

I. Latar Belakang

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.

II. 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).^[1]

Gambar Osiloskop^[2]

Osiloskop terdiri dari dua bagian yaitu Display dan Panel Control :

Display
Display menyerupai tampilan layar pada televisi. Display pada Oscilloscope berfungsi 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.

Lebih rinci perhatikan gambar panel kontrol Oscilloscope Dual Trace berikut :

Panel kontrol Oscilloscope

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 tombol PULL 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.

III. 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.

Cara Mengukur Dengan Menggunakan Osiloskop

Kalibrasi Oscilloscope

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".

III.1 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.

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.

Tahapan Penyetaraan (Kalibrasi) Osiloskop Analog

1. Sesuaikan tegangan masukan sumber daya AC 220 yang ada di belakang osiloskop sebelum kabel daya AC dimasukkan stop kontak PLN.

2. Nyalakan osiloskop dengan menekan tombol power.

3. Set saluran pada tombol CH_1.

4. Set mode pada Auto.

5. Atur intensitas, jangan terlalu terang pada tombol INTEN.

6. Atur posisi berkas cahaya horizontal dan vertikal dengan mengatur tombol yang bernama horizontal dan vertikal.

7. Set level mode pada tengah-tengah (-) dan (+).

8. Set tombol tegangan (volt/div) bertanda V pada 2 V, sesuaikan dengan memperkirakan terhadap tegangan masukan.

9. Pasang probe pada salah satu saluran, (misal CH₁) dengan tombol pengalih AC/DC pada kedudukan AC.

10. Atur saklar/switch pada pegangan probe dengan posisi pengali 1x.

11. Tempelkan ujung probe pada titik kalibrasi.

12. Atur Time/Div pada posisi 1 ms agar tampak kotak-kotak garis yang cukup jelas.

13. Setelah tahapan 11, osiloskop siap digunakan untuk mengukur tegangan.

IV. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN.

1. Secara umum fungsi dari osiloskop adalah untuk menganalisa tingkaah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu yag ditampilkan pada layar, untuk melihat bentuk sinyal listrik yang sedang kita amati.

2. Terdapat beberapa jenis tegangan gelombang yang terdapat padaa osiloskop yaitu gelombang sinusoida, gelombang blok, gelombang gigi gergaji dan gelombang segitiga.

3. Cara penggunaan osiloskop adalah pertama pengkalibrasian kemudian menyetel fokus, intensitas, kemiringan, x position dan y position, setelah probe dikalibrasi maka dengan menempelkan probe ke terminal tegangan acuan maka akan muncul tegangan persegi pada layar.

4. Layar osiloskop terbagi atas 8 skala besar arah vertikal dan 10 kotak dalam arah horizontal.

B. SARAN.

1. Sebaiknya sebelum kita menggunakan osiloskop kita harus mengetahui cara penggunaanya.

2. Apabila kita ingin menggunakannya sebaiknya osiloskop harus distel atau di atur terlebih dahulu agar tidak terjadi kesalahan fatal dalam penggunaanya.

3. Mintalah bantuan pembimbing untuk melakukan pratikum.