MODUL 01

DASAR-DASAR PENGUKURAN DALAM ELEKTRONIKA

Nama : Jalu Setiya Pradana

NIM : 10213098

E-mail : jspradana@gmail.com

Shift : II/1

Asisten : Fredy Tantri (10211021)

: Reza A. (10211074)

: Yehan S. D. (10209003)

Tanggal Praktikum : 15 September 2014

Tanggal Pengumpulan : 20 September 2014

Abstrak

Pengukuran adalah hal yang paling mendasar dalam fisika. Pengukuran dilakukan untuk menetukan

nilai dari suatu besaran/dimensi. Dalam praktikum ini, pengukuran yang dilakukan antara lain: penentuan

tegangan dan arus dalam rangkaian seri dan parallel menggunakan multimeter, penentuan tegangan beban

dengan rangkaian setara Thevenin, menentukan dan membandingkan tegangan AC dan DC dengan

menggunakan multimeter dan osiloskop, serta menentukan pola Lissajous yang bisa digunakan untuk

penentuan frekuensi yang belum diketahui. Setelah praktikum ini didapatkan bahwa untuk rangkaian

parallel tegangan untuk semua hambatan sama. Lalu, untuk rangkaian seri memiliki jumlah arus yang sama

untuk setiap hambatan. Tegangan yang terbaca dari multimeter adalah tegangan rata-rata (root means

square). Bentuk pola Lissajous berbeda untuk setiap perbandingan input CH1 dan CH2.

Kata Kunci : Lissajous, Osiloskop, Parallel, Seri, dan Thevenin,

1. Tujuan

1. Menentukan besar tegangan resistor pa-

da rangkaian seri dan parallel.

2. Menentukan besar arus resistor pada

rangkaian seri dan parallel.

3. Menentukan tegangan beban

menggunakan persamaan setara

Thevenin .

4. Menentukan tegangan DC mengguna-

kan osiloskop dan multimeter.

5. Menentukan tegangan AC mengguna-

kan osiloskop dan multimeter.

6. Menentukan pola Lissajous untuk

beberapa perbandingan frekuensi CH1

dan CH2 pada osiloskop.

2. Teori Dasar

1. Hukum Ohm.

Hukum Ohm menyatakan bahwa be-

sar arus listrik yang mengalir melalui

sebuah penghantar selalu berbanding

lurs dengan beda potensial yang dite-

rapkan kepadanya. Secara matematis

ditulis

2. Hukum I Kirchhoff.

Prinsip dari kekelakan muatan listrik

(Hukum I Kirchhoff) mengatakan

bahwa Pada setiap titik percabangan

dalam sirkuit listrik, jumlah dari arus

yang masuk kedalam titik itu sama

dengan jumlah arus yang keluar dari

tersebut atau juamlah total arus pada

sebuah titik adalah nol. Secara

matematis ditulis

Dari hukum ini kita dapat menyim-

pulkan bahwa arus pada setiap

hambatan pada rangkaian seri adalah

sama karena tidak ada percabangan

dalam rangkaian seri.

( )

Gambar 1. Rangkaian Parallel

Untuk rangkaian parallel karena

kutub negatif dan positif resistor

berada pada titik yang sama sehingga

tegangan untuk setiap resistor adalah

sama yaitu tegangan total.

Sehingga,

Gambar 2. Rangkaian Seri

3. Rangkaian Setara Thevenin

Rangkaian setara Thevenin

merupakan rangkaian kompleks yang

telah disederhanakan menjadi

sebuah rangkaian seri yang terdiri dari

sebuah sumber tegangan dan sebuah

tahanan (resistor).

Gambar 3. Rangkaian Pembagi Tegangan

VTh =

RTh = R2 +

4. Pengukuran tegangan.

Tegangan untuk rangkaian parallel

adalah sama. Sehingga, kita dapat

mengukur tegangan dari sebuah

hambatan dengan cara memasang

parallel hambatan dengan

multimeter/voltmeter. Agar

multimeter/voltmeter tidak

menganggu sistem yang kita ukur

maka seharusnya hambatan pada

multimeter/voltmeter harus sangat

besar.

Gambar 4. Pemasangan Voltmeter

Jangan merangkai seri multimeter

dengan rangkaian untuk mengukur

tegangan. Sebab tidak akan ada

tegangan yang akan terukur

(rangkaian seolah-olah terputus).

5. Pengukuran Arus.

Jumlah arus dalam rangkaian seri

selalu sama. Sehingga, kita dapat

mengukur arus dari sebuah hambatan

dengan cara memasang seri hambatan

dengan multimeter/amperemeter.

Agar multimeter/amperemeter tidak

menganggu sistem maka hambatan

pada multimeter/amperemeter

haruslah sangat kecil.

Gambar 5. Pemasangan Amperemeter

Jangan memasang parallel

Amperemeter dengan rangkaian.

Sebab hal ini akan menyebabkan

kerusakan alat.

6. Osiloskop

Osiloskop adalah alat untuk

mengamati bentuk sinyal listrk

terhadap waktu.

Gambar 6. Osiloskop

Dalam osiloskop terdapat tombol

Volt/div yang digunakan untuk

mengubah-ubah nilai tegangan per

kotak; CH1/2 yang digunakan untuk

memasukan input tegangan; Time/div

yang digunakan untuk mengubah-

ubah nilai waktu per kotak.

Nilai tegangan adalah jumlah kotak

pada sumbu vertikal dikalikan nilai

volt/div, sedangkan nilai waktu/

periode adalah jumlah kotak pada

sumbu horizontal dikalikan nilai

time/div.

7. Diagram/Pola Lissajous

Pola Lissajous adalah penampakan

pada layar osiloskop yang

mencitrakan perbedaan atau

perbandingan (beda fase, frekuensi,

dan amplitudo) dari dua buah

gelombang input pada probe

osiloskop. Penggambaran dua buah

gelombang tergantung pada

gelombang yang masuk pada

osiloskop. Gelombang yang masuk

pada CH1 akan digambarkan sebagai

sumbu horizontal , dan CH2 sebagai

sumbu vertical. Lalu, gelombang ini

diplot dalam satu bentuk dua

dimensi.

3. Data

1. Resistor

Rangkaian Seri

Gambar 7. Seri

R1 R2 R3 R Seri

9,87 k 4,67 k 2,12 k 16,7 k

V1 V2 V3 VSumber

3,11V 1,48 V 0,67V 5,27 V

I1 I2 I3 ITotal

0,26 mA 0,26 mA 0,26 mA 0,26mA

Rangkaian Parallel

Gambar 8. Parallel

R1 R2 R3 R parallel

9,87 k 4,67 k 2,12 k 1,27 k

V1 V2 V3 VSumber

5,27 V 5,27 V 5,27 V 5,27 V

I1 I2 I3 ITotal

0,48 mA 1,08 mA 2,44 mA 4,11 mA

2. Rangkaian Thevenin

R4 = 216,1

V4 = 30,6 mV

3. Osiloskop Arus DC

Multi-

meter

Osilos

-kop

Bentuk Gelombang

12,4 V 12 V

Gambar 9. Tegangan 12V

5,3 V 5 V

Gambar 10. Teganagan 5V

10,05 V 10 V

Gambar 11. Tegangan 10V

4. Osiloskop Arus AC

Multi-

Meter(V)

0,076 V 0,15 V 4,7 V

Osilo-

Skop(V)

0,1 V 0,2 V 6,1 V

T (Osi-

loskop)

23,7 ms 36 ms 20 ms

T SG 23,8 ms 37,63 ms 20 ms

Gambar 12. Tegangan AC 0,1 V

Gambar 13. Tegangan AC 0,2 V

Gambar 14. Tegangan AC 6,1 V/

5. Lissajous

Channel

1

Channel

2

Pola Lissajous

20 Hz 40 Hz

Gambar 15. Pola Lissajous

1:2

20 Hz 60 Hz

Gambar 16. Pola Lissajous

1:3

40 Hz 60 Hz

Gambar 17. Pola Lissajous

2:3

4. Pengolahan Data

Rangkaian Parallel

Vsumber= V1 = V2 = V3 = 5,27 Volt

Itotal = Vsumber /Rparallel = 5,27 / 1,27 k =

4,14 mA

I1 = Rparellel *Itotal / R1 = 5,27 / 9,87 k =

0,53 mA

I2 = Rparellel *Itotal / R2 = 5,27 /4,67 k =

1,12 mA

I3 = Rparellel *Itotal / R3 = 5,27 /2,12 k =

2,49 mA

I1* + I2

* + I3

* = 0,48 + 1,08 + 2,44 =

4 mA

I1 + I2 + I3 = 0,53 + 1,12 + 2,49 = 4,14

mA

Rangkaian Seri

Itotal = I1 = I2 = I3 = Vsumber /Rseri = 5,27 /

16,7 = 0,32 mA

V1 = I1 R1 = 0,32m*9,87k = 3,16 V

V2 = I2 R2 = 0,32m*4,67k = 1,49 V

V3 = I3 R3 = 0,32m*2,12k = 0,68 V

V1* + V2

* + V3

* = 3,11 + 1,48 + 0,67 =

5,26 V

V1 + V2 + V3

= 3,16 + 1,49 + 0,68 = 5,27

V

Ket :

V* = Tegangan nyata (yang diukur)

I* = Arus nyata (yang diukur)

VTh =

= ( )

( ) = 0,93 V

RTh = R2 +

= 4,67 k+

( )

( ) =

6,42 k

VL= VR4 =

= 30,3 V

Rtotal = R1 +{(R2+R4)||R3} = 11,35 k

Itotal = 5,27 / 11,35 k = 0,46 mA

VR4= 0,72 V

V rms = Vp /

V 1rms = V1p / = 0,1 / = 0,071 V

V 2rms = V2p / = 0,2 / = 0,14 V

V 3rms = V3p / = 6,1 / = 4,31 V

5. Analisis

Dalam Percobaan , kita mendapatkan

hasil yang berbeda dengan hasil teori.

Contohnya adalah pada pengukuran arus.

Arus teori dan arus percobaan memiliki

nilai yang berbeda tetapi hampir sama. Ini

disebabkan sebab dalam multimeter

memiliki nilai hambatan dalam yang bila

dirangakai dengan resistor akan

mempengaruhi nilai arus. Begitu pula,

dengan tegangan. Selain itu, penjumlahan

seluruh arus dalam rangkaian parallel

tidak sama dengan arus total. Selain

pengaruh dari hambatan dalam multi-

meter, ketika kita mengukur hambatan

tersebut pasti ada energi atau daya yang

hilang menjadi panas. Namun, ketika kita

mengukur arus total kita seakan

mengukur arus sumber bukan arus total

pada rangkaian tersebut. Hal ini juga

terjadi pada pengukuran tegangan pada

rangkaian seri.

Ada perbedaan ketika kita mengukur

tegangan menggunakan multimeter

dengan osiloskop. Saat pengukuran

tegangan DC tidak terjadi perbedaan

yang berarti (multimeter memiliki

ketelitian yang lebih tinggi). Namun,

ketika kita mengukur tegangan AC aka

nada perbedaan yang signifikan, yaitu:

Osiloskop memberikan nilai tegangan

yang sesungguhnya (fungsi sinus/

cosinus), namun multimeter memberikan

nilai pasti. Sebenarnya tegangan yang

terbaca oleh multimeter adalah tegangan

rata-rata (root means square), yang

nilainya adalah tegangan puncak AC

dibagi akar dua.selain itu, perbedaan

antara multimeter dan osiloskop adalah

jika osiloskop kita harus menghitung

berapa besar nilai tegangan tersebut

dengan cara mengalikan konstanta (s per

div atau v per div) dengan jumlah kotak.

Tapi jika kita mengukur dengan

multimeter kita mendapatkan hasil

pasti/nilai.

Jika kita menggunakan cara biasa maka

nilai dari tegangan beban sangat jauh

berbeda(0,72 V dengan 30,6V). Namun,

ketika kita menggunakan cara thevenin

maka hasilnya mendekati nilai tegangan

nyata. Sehingga untuk mencari nilai

tegangan hambatan akan valid kita

menggunakan cara thevenin. Hasil

pengukuran antara penggunaan cara biasa

dengan thevenin berbeda karena dalam

penggunaan thevenin, sebelumnya

rangkaian terbuka dan yang akan

memiliki tegangan dalam hal ini adalah

R1 dan R3 karena R2 adalah rangkaian

terbuka. Namun, ketika dipasang R4

(tidak tetap) maka tegangan dalam R3

tetap karena R4 adalah hanya hambatan

beban (tidak tetap). Sehingga tegangan

yang dimiliki R3 sama dengan tegangan

yang dimiliki R4+R2(susunan seri).

Dalam praktik terbukti bahwa teori ini

benar, walaupun ada perbedaan nilai.

Perbedaan ini dikarenakan karena

pembulatan nilai dari tegangan dan

hambatan ketika menganalisis secara

teori.

Pola Lissajous akan sama untuk satu

perbandingan yang sama. Cara untuk

menentukan perbandingan dari pola

Lissajous adalah dengan menarik garis

secara vertical dan horizontal. Jumlah titik

dari perpotongan garis vertikal dengan

pola Lissajous menunjukan jumlah

perbandingan dari sumbu x (CH 1).

Selain itu, Jumlah titik dari perpotongan

garis horisontal dengan pola Lissajous

menunjukan jumlah perbandingan dari

sumbu y (CH 2).

Dalam pengukuran tegangan DC dalam

osiloskop dengan multi meter adalah

hampir sama. Dalam osiloskop terbaca 12

V dan dalam multimeter terbaca 12,4 V.

hal ini terjadi karena keakuratan alat

(osiloskop dan multimeter) berbeda

(multimeter memiliki keakuratan yang

lebih). Selain itu adalah keterbatasan mata

manusia untuk membaca osiloskop.

Sebenarnya tegangan yang terbaca oleh

multimeter adalah tegangan rata-rata (root

means square), yang nilainya adalah

tegangan puncak AC dibagi akar dua.

Lalu, perioda yang diberikan oleh

osiloskop dengan SG adalah hampir

sama. Ini disebabkan, keterbatasan mata

manusia untuk membaca osiloskop secara

presisi.

6. Kesimpulan

1. Dari hasil percobaan yang kami

lakukan . Didapatkan bahwategangan

untuk rangkaian seri dan parallel

berturut-turut adalah

Rangkaian Seri

V1 V2 V3 VSumber

3,11V 1,48 V 0,67V 5,27 V

Rangakaian Parallel

V1 V2 V3 VSumber

5,27 V 5,27 V 5,27 V 5,27 V

2. Nilai arus untuk rangakain sei dan

parallel berturut-turut adalah

Rangkaian Seri

I1 I2 I3 ITotal

0,26 mA 0,26 mA 0,26 mA 0,26mA

Rangakaian Parallel

V1 V2 V3 VSumber

5,27 V 5,27 V 5,27 V 5,27 V

3. Tegangan beban dari rangkaian setara

Thevenin yang kami dapatkan adalah

30,6 mVolt.

4. Nilai tegangan DC menggunakan

multimeter adalah 12,4 Volt, 5,3 Volt,

10,05 Volt.

Nilai tegangan DC menggunakan

osiloskop adalah 12 Volt, 5 Volt, 10

Volt.

5. Nilai tegangan AC menggunakan

multimeter adalah 0,076 Volt, 0,15

Volt, 4,7 Volt.

Nilai tegangan AC menggunakan

osiloskop (tegangan puncak) adalah

0,1 Volt, 0,2 Volt, 6,1 Volt.

6. Dari percobaan kami mendapatkan

Pola Lissajous 1:2

Pola Lissajous 1:3

Pola Lissajous 2:3

7. Referensi

1. Halliday, David , Robert Resnick and

Jearl Walker. Fundamental of Physic

8E (Extended). New York : Willey &

Sons, Inc. (Page. 692)

2. Halliday, David , Robert Resnick and

Jearl Walker. Fundamental of Physic

8E (Extended). New York : Willey &

Sons, Inc. (Page. 683)

3. www.elektronika123.com/mengukur-

arus-dan-tegangan/ (diakses 19

September 2014 pukul 19.00)

4. Tantri, Fredy. Modul 01 Dasar-

Dasar Pengukuran Dalam

Elektronika.pdf.

5. www.sentra-

edukasi.com/2009/06/materi-elektro-

kurva-lissajous.html (diakses 19

September 2014 pukul 23.00)