1 / 58

1. PENDAHULUAN

Instrumen – instrumen Elektronik untuk Pengukuran Tegangan, Arus, Tahanan dan Parameter Rangkaian Lainnya.

evania
Download Presentation

1. PENDAHULUAN

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Instrumen–instrumen Elektronik untuk Pengukuran Tegangan, Arus, Tahanan dan Parameter Rangkaian Lainnya

  2. Voltmeter, ampermeterdanohmeterelektronikmenggunakanpenguat, penyearah, danrangkaian lain untukmembangkitkansuatuarus yang sebandingdenganbesaran yang diukur. Selanjutnyaarusinimenggerakkansebuahmekanismealatukurkonvensionaldarijenis yang telahdibicarakanpadasebelumnya. Instrumen-instrumen yang menggunakanmekanismealatukuruntukmenunjukkankebesarandarikuantitas yang akandiukurpadasebuahskala yang kontinyudisebutinstrumen-instrumenanalog. Bilahasilpengukurandiperagakandalamselangwaktu yang diskritataudalambentukangka (sebagaipenggantidefleksijarumpenunjukpadasebuahskalakontinu), kitamembicarakansebuahpenunjukan digital. 1. PENDAHULUAN

  3. Ciritambahandalaminstrumen digital modern sepertihalnyafasilitaspolaritasotomatisdanpengubahanrangkuman, selanjutnyamengurangikesalahanpengukurandankemungkinankerusakaninstrumenkarenapembebananlebih yang tidakdisengaja. Instrumen digital tersediauntukmengukurtegangan, arus search (dc) danbolakbalik (ac), dantahanan. Variabel finis lainnyadapatdiukurdenganmenggunakan transducer yang sesuai. Banyakinstrumen digital mempunyaiketentuantambahanbagikeluarangunamembuatpencatatanpermanendarihasil-hasilpengukuran yang menggunakan unit cetakan (printer), pelobang karat dan pita (card and tape punches) atauperalatan pita maknetik. Dengan data yang sudahdalambentuk digital, merekakemudiandapatdiolahtanpakehilanganketelitiannya.

  4. Voltmeter arussearah (dc) denganpenguattergandenglangsung Voltmeter elektronik dc memperlihatkansuatupemakaianlangsungdarielektronikaterhadapinstrumen-instrumenukur. Instrumeninibiasanyaterdiridarisebuahalatukur dc yang lazim, didahuluiolehsebuahpenguat dc darisatutingkatanataulebih. Penguat-penguat dc yang digunakandalam voltmeter elektronikdapatdigolongkandalamduakelompokyaitu : (a) penguat dc tergandenglangsung (direct coupled cd amplifier); (b) penguat de jenispencincang (chopper type dc amplifier). 2. VOLTMETER ELEKTRONIK

  5. Penguat dc tergandenglangsungadalahmenariksebabekonomis; biasanyaditemukandalam voltmeter dc yang harganyalebihmurah. Gambar 10-1 menunjukkan diagram skemasebuahpenguat dc tergandenglangsungdenganmasukan FET bersamasebuahalatpencatat. Teganganmasukan dc: dihubungkankepelemahmasukanyaknialatkontrolterkalibrasipada panel depan yang ditandaioleh RANGE. Pembagiteganganmasukanmemungkinkanpemasukanteganganmaksimalsebesar 0,5 V kegerbang FET n salur‑an tanpa mengakibatkan carat (distorsi) gelombang. FET dihubungkansebagaisebuah "source follower" dandigandengkanlangsungke transistor npn Q2 yaitusebuah "emitter follower". Q2 merupakansalah satu lengan sebuah rangkaian jembatan yang lengan-lengan lainnya terdiri dari tahanan emitter Q2 sebesar 10 KΩdanpotensiometer 2,5 kΩ yang serf dengantahanan 2,2 kΩ.

  6. Voltmeter arussearahdenganpenguatjenispencincang (chopper type dc voltmeter) Diagram balokGambar 10-2 menggambarkanbekerjanyapenguatjenispencincang. Dioda-diodacahaya (photodiodes) digunakansebagaipencincang yang bukanmekanisuntukmemodulasi (pengubahandari dc ke ac) dandemodulasi (pengubahankembalidari ac ke dc). Sebuahfotokonduktor, biladiterangiolehlampu neon ataulampupijarmempunyaisuatutahanan yang rendahyaknidaribeberaparatussampaibeberaparibu ohm. Balatidakditerangi, tahananfotokonduktorinibertambahsecaratajam, biasanyasampaibeberapa mega ohm.

  7. DalamrangkaianGambar 10-2 sebuahosilatormengemudikandualampu neon agar bercahayasecarabergantianselangsetengah periods osilasi. Masing-masinglampu neon menerangisatufotokonduktordalamrangkaianmasukanpenguatdansatudalamrangkaiankeluaran. Keduafotodiodadalamrangkaianmasukanmembentuksebuahmodulator atau chopper setengahgelombang Seri paralel. Secarabersama-samamerekabekerjasebagaisebuahsakelarterhadapmasukanpenguat, yang secarabergantianmembukadanmenutuppada,suatulajukecepatan yang ditentukanolehfrekuensiosilator neon.

  8. Impedansimasukandari voltmeter arussearahdenganpenguatpencincang(chopper amplifier de voltmeter) biasanyaadalahdalamorde 10 MΩataulebih, kecualipadarangkuman-rangkumanmasukan yang sangatrendah. Untukmenghflangkankesalahanpengukuran yang disebabkanolehImpedansisumber yang tinggi, kadang-kadangdidalamrangkaianalatukurdicantumkansebuahalatpembuatnol (nulling feature). Penambahan yang sangatbermanfaatinimenempatkansebuahtegangan"bucking" yang seridenganmasukan. Sebuahalatkontroldi panel depanmemungkinkanpemakaiuntuk me-nol-kanteganganmasukanmelaluitegangan "bucking".

  9. Voltmeter ac denganmenggunakanpenyearah Voltmeter elektronikarusbolak-balik (ac) padadasarnyaidentikdengan voltmeter arussearah (dc) kecualibahwateganganmasukanharusdisearahkan (diratakan) sebelumdimasukkankerangkaianalatpencatatarussearah. Dalambeberapahalpenyearahanterjadisebelumpenguatan; dalamhalmanasebuahrangkaiandiodasederhanamendahuluipenguatdanalatpencatat, sepertipadaGambar 10-3(a). Idealnyapendekataninimembutultkansuatukarakteristikpergeserannoldanpenguatantegangansebesarsatu, dansebuahalatpencatat dc dengansensitivitas yang sesuai.

  10. Dalam. pendekatan lain, sinyal ac disearahkansesudahpenguatansepertipadaGambar 10-3(b); dimanapenyearahangelombangpenuhterjadididalamrangkaianalatukur yang 'dihubungkanke terminal-terminal keluarandaripenguat ac- Umumnya, pendekataninimemerlukansebuahpenguat ac denganpenguatanlupterbuka yang tinggidanumpan-baliknegatif yang besargunamengatasiketidaklinearandioda-diodapenyearah.

  11. Biasanya voltmeter ac adalahdarijenis yang memberitanggapanterhadapnilai rata-rata (average responding type) denganskalaalatpencatat yang terkalibrasidalamnilairmssebuahgelombang sinus. Karenabentukgelombang yang begitubanyakdalamelektronikaadalahsinusoida, inimerupakansuatusolusi yang betul-betulmemuaskandanjelasjauhlebihmurahdarisebuah voltmeter yang memberitanggapanterhadapnilairmssebenarnya. Akantetapi, bentuk-bentukgelombang yang bukan sinus akanmenyebabkanalatpencatatjenisinimembacatinggiataurendahbergantungpadafaktorbentukgelombang.

  12. Nilairmsdarisebuahgelombangtegangan yang mempunyai per-yirnpanganpositifloiinegatif yang samadikaitkankenilai rata-rata olehfaktorbentuk. Faktorbentuk, obagaiperbandingannilairmsterhadapnilai rata-rata gelombangdapatdinyatakansebagai Jikabentukgelombangadalahsinusoida, faktorbentuksamadengan

  13. Rangkaiandasar Salahsatuinstrumenbengkeluntukpemakaianumum yang paling terandalkan yang mampuuntukmengukurtegangan dc dan ac sepertihalnyaarusdantahananadalahmultimetersemikonduktoratau VOM. Walaupun detail rangkaianinibervariasidarisatuinstrumenke yang lain, umumnyasebuahmultimeterelektronikmengandungelemen-elemenberikut : 3. MULTIMETER ELEKTRONIK

  14. Penguat dc jembatansetimbang (balanced bridge dc amplifier) danalatpencatat. Pelemahmasukanatausakelarrangkuman (RANGE), gunamembatasibesarnyateganganmasukanpadanilai yang diinginkan. Rangkaianpenyearah, untukmengubahteganganmasukan ac kenilai dc yang se-banding. Batere internal danrangkaiantambahan, gunamelengkapikemampuanpengukurantahanan. Sakelarfungsi (FUNCTION), untukmemilihberbagaifungsipengukurandariinstrumentersebut.

  15. Bilasebuahteganganpositifdimasukkankegerbang transistor masukan Q1, arus "drain" bertambahdanmenyebabkankenaikanteganganpada terminal sumber. Hasilketidaksetimbanganantarategangansumber Q1 danQ2 ditunjukkanolehpenyimpanganjarumalatukur yang skalanyadikalibrasi agar sesuaidenganbesarnyateganganmasukan yang diketahui.

  16. Rangkumantahanan Bilasakelarfungsidarimultimeterditempatkanpadaposisi OHM, tahanan yang tidakdiketahuiterhubungseridengansebuahbatere internal, danalatpencatatsemata-matamengukurpenurunanteganganpadatahanan yang tidakdiketahuitersebut. SebuahrangkaiankhasditunjukkanpadaGambar 10-9, dimanasebuahjaringanpemhagiteganganterpisah, yang hanyadigunakanuntukpengukurantahanan, menyediakansejumlahrangkuman yang berlainan.

  17. Bila Rx yang tidakdiketahuidihubungkanke terminal-terminal OHM darimultimeter, batere 1,5 V menyalurkanarusmelaluisalahsatutahananrangkumandantahanan yang tidakdiketahuimenujutanah. Penurunantahanan V, pada R, dimasukkankemasukanpenguatjembatandanmenyebabkansuatupenyimpanganpadaalatpencatat. Karen penurunanteganganpada R, berbandinglangsungdengantahanannya, skalaalatpencatatdapatdikalibrasidalamtahanan.

  18. ContohSoal: Pada voltmeter tergandeng langsung tegangan yang digunakan untuk mendepleksikan jarum pada posisi maksimum sebesar 1 volt, bagaimana caranya agar voltmeter tersebut dapat digunakan untuk mengukur tegangan sebesar 10V, 25V, 50V, 250V, dan 1000V dengan rangkuman tahanan total sebesar 2M? jawab:

  19. Karakteristikumum voltmeter digital (DVM) memperagakanpengukurantegangan dc atau ac dalambentukangkadiskritsebagaipenggantidefleksijarumpenunjukpadasebuahskalakontinusepertidalamalat-alat analog. Dalambanyakpemakaianpenunjukandenganangkaadalahmenguntungkansebabmengurangikesalahanpembacaanmanusiadankesalahaninterpolasi, menghilangkankesalahanparalaksis, memperbesarkecepatanpernbacaan, dankerapkalimelengkapikeluarandalambentuk digital yang sesuaibagipengolahandanpencatatanselanjutnya. 4. VOLTMETER DIGITAL

  20. Ciripilihanbiasamencakuprangkaiantambahanuntukmengukurarus, tahanandanperbandingantegangan. Variabel-variabelfisislainnyadapatdiukurdenganmenggunakan transducer yang sesuai. Voltmeter digital dapatdikelompokkansesuaidengankategoriberikut Voltmeter digital jenistanjak (ramp type DVM). Voltmeter digital jenispenggabungan/integrasi (integrating DVM). Voltmeter digital setimbangkontinu (continuous balance DVM). Voltmeter digital denganpendekatanberturut-turut (successive approximation DVM)

  21. DVM tipetanjak Prinsipoperasi DVM tipetanjak (ramp type) didasarkanpadapengukuranwaktu yang diperkirakanolehsebuahteganganLanjak linear agar naikdari level 0 V ke level teganganmasukan, atau agar berkurangdari level teganganmasukanke nol. Selangwaktuinidiukurdengansebuahpencacahselangwaktuelektronik, danpencacahandiperagakandalamsejumlahangkapadatabungpenunjukelektronik. Pengubahandarisebuahtegangankesuatuselangwaktudigambarkanoleh diagram bentukgelombangpadaGambar 10-16. Padapermulaansikluspengukuran, sebuahtegangantanjakdimulai; teganganinibisamenujupositifataunegatif.

  22. Tanjakan yang menujunegatifditunjukkanpadaGambar 10-16, dibandingkansecarakontinuterhadapteganganmasukan yang tidakdiketahui. Padasaatdimanategangantanjaksamadengantegangan yang tidakdiketahui, sebuahrangkaianpembandingataukomparatormembangkitkansebuahpulsa yang membukasebuahgerbang. Gerbanginiditunjukkanpada diagram balokdiGambar 10-17.

  23. Tegangantanjakterusberkurangterhadapwaktusampaiakhirnyamencapai 0 V (ataupotensialtanah), dansebuahpembandinglainnyamembangkitkansebuahpulsakeluaran yang menutupgerbang.

  24. Sebuahosilatormembangkitkanpulsa-pulsalonceng yang diijinkanlewatmelaluigerbangmenujusejumlah unit pencacahkelipatansepuluh (DCU-decade counting unit) yang menjumlahkanjumlahpulsa yang lewatmelaluigerbang. Bilangandesimal, yang diperagakanolehtabungindikator yang bergantungdengan DCU, merupakansuatuukurandaribesarnyateganganmasukan

  25. DVM tanjaktipeanaktangga (staircase-ramp DVM) DVM inimelakukanpengukurantegangandenganmembandingkanteganganmasukannyaterhadapsebuahtegangantanjakanaktangga yang dibangkitkansecara internal. Instrumen yang ditunjukkanpadaGambar 10-18 mengandungpelemahmasukan 10 MΩ, memberikan lima rangkumanmasukandari 100 mV sampai 100 V skalapenuh. Penguatarussearah, denganpenguatantetapsebesar 100, memberikan 10 V kepembandingpadasetiappenyetelanteganganskalapenuhdaripembagiteganganmasukan. Pembandingmenginderaksamaanantarateganganmasukan yang diperkuatdantegangantanjakanaktangga yang dibangkitkansebagaipengukuran yang berjalanmeneruskansiklusnya.

  26. Multimeter digital tipepenggabungan (Integrating DVM) Diagram balok yang disederhanakanuntuksebuah voltmeter digital jenis integral, diberikanpadaGambar 10-19. Tegangan dc yang diujidimasukkanketingkatanmasukan yang memisahkanrangkaian voltmeter terhadaprangkaianujidanmenyediakanpelemahanmasukan yang dibutuhkan. Sinyalmasukan yang diperlemahinidihubungkankepengubah V/F. Rangkaianiniterdiridaripenguatintegrasi, pendeteksi level tegangan(rangkaianpembanding), dan generator pulsa.

  27. Penguatintegrasimenghasilkansuatutegangankeluaran yang sebandingdenganteganganmasukan yang dikaitkankeelemenmasukandanelemenumpanbalikolehpersamaan Jikateganganmasukanadalahkonstan, keluaranadalahsebuahtegangantanjak linear yang memenuhipersamaan

  28. DVM setimbangkontinu Diagram balokdarisebuah DVM setimbangkontinu yang dikemudikanoleh servo ditunjukkanpadaGambar 10-20. Teganganmasukan dc dimasukkankesebuahpelemahmasukan yang memberikanpenyakelaranrangkuman yang tepat. Pelemahmasukanberupa alai kontrolpada panel depan yang jugamenyebabkansebuahpenunjuktitik decimal bergerakpadapermukaanperagasesuaidenganrangkumanmasukan, yang dipilih.

  29. Setelahlewatmelaluisebuahrangkaianproteksikelebihantegangandansebuah tapir pengapkiranarus,bolak-balik (ac rejection filter), teganganmasukandihubungkankesatusisipembandingpencincangmekanis. Sisi lain daripembandingtersebutdihubungkankesebuahlengangeser (wiper) daripotensiometerpresisi yang dikemudikanoleh motor, yang dihubungkanpada cumber teganganreferensi. Keluaranpembandingpencincang yang dikemudikanolehteganganjala-jaladanbergetarpadafrekuensijalajala, merupakansebuahsinyalgelombangpersegi.

  30. Amplitude geiombangpersegiiniadalahftingsidariselisihantarabesardanpolaritastegangan dc yang dihubungkankesisisisipencincang yang soling berhadapan. Sinyalgelombangpersegidiperkuatolehsebuahprapenguatberimpedansitinggiberderaurendahdandiumpankankesebuahpenguatdaya. Penguatinimempunyairedamankhuslisgunamemperkecillonjakan (overshoot) danayunan (hunting) padaposisi nol.

  31. Adalahjelasbahwainstrumeninitidak "mencuplik" tegangan dc yang tidakdiketahuisecarateratursepertidalamhalnyainstrumen-instrumen yang lebihnjelimet, tetapisecarakontinumencarikesetimbanganteganganmasukanterhadapteganganreferensi yang dibangkitkansecara internal.

  32. Voltmeter digital denganpendekatansecaraberturut-turut(successive approximation DVNI) Sekarangini voltmeter digital dengankemampuan 1000 pembacaansetiapsekonataulebihtersediasecarakomersial. Umumnya, instrumeninimenggunakankonvertordarijenispendekatanberturut-turutgunamelakukandigitasi (digitization, pengubahan analog menjadi digital). Diagram yang disederhanakanuntuk voltmeter iniditunjukkanpadaGambar 10-21.

  33. Rangkaian dasar alai ukur Q Alatukur Q adalahsebuahinstrumen yang dirancanggunamengukurbeberapasifatlistrikdari kumparan dan kapasitor. Bekerjanya instrumen laboratorium yang sangat bermanfaatinididasarkanpadakarakteristiksebuahrangkaianresonansiseri yang telahdikenal, yaknibahwateganganpadakumparanataukapasitorsamadengantegangan yang dimasukkandikalikandengan Q rangkaian. Jikasebuahtegangan yang nilainyatetapdimasukkankerangkaian, sebuah voltmeter yang dihubungkankekapasitordapatdikalibrasi agar langsungmenunjukkan Q. 5. ALAT UKUR Q (Q-METER)

  34. HubungantegangandanarusdarisebuahrangkaianresonansiseriditunjukkanpadaGambar 10-24. Padaresonansi, ersyaratan-persyaratanberikutadalahsah Di mana E = tegangan yang dimasukkan I = arusrangkaian Ec = teganganpadakapasitor Xc=reaktansikapasitif Xl=reaktansiinduktif R=tahanankumparan

  35. Menurutdefinisi, penguatanrangkaianadalahQ, dimana Berartijika E dipertahankankonstandanlevelnyadiketahui, sebuah voltmeter yang dihubungkanpadakapasitordapatdikalibrasilangsungdalam Q rangkaian.

  36. SebuahrangkaianpraktisuntukmengukurQ ditunjukkanpadaGambar 10-25. Osilatorrangkumanlebardenganrangkumanfrekuensidari 10 kHz sampai 50 MHz menyalurkanaruskesebuahtahanan shunt RSH yang nilainyarendah. Nilai shunt inisangatrendah, khasnyadalamorde 0;02 &1. Diamemberikantahanan yang hampirsamadengannolkedalamrangkaianosilatordanberartidiamenyatakansebuahsumbertegangan yang besarnya E dengantahanandalam yang sangatkecil (dalamkebanyakanhaldiabaikan): Tegangan E pada shunt, berhubungandengan E padaGambar 10-24, diukurdenganalatukurtermokopel yang diberitanda. "kalikan Q dengan" ("Multiply Q by").TeganganpadakapasitorvariabelberkaitandenganEcpadagambar 10-24, diukurdengansebuahlvoltmeterelektronik yang skalanyadikalibrasilangsungdalamnilai-nilaiQ.

More Related