MODUL 01

DASAR PENGUKURAN DALAM ELEKTRONIKA Imam Ghazali Yasmint

10214099 imam.ghazali@students.itb.ac.id

Praktikum : 22 September 2015 Pengumpulan : 07 September 2015 Shift : 02 Asisten : Aditya Alviori (10212080) Sarah Azzahwa (10212019) Ergi Nurfachri (10214004) Muhammad Fadhlika (10213052)

ABSTRAK Elektronika merupakan sebuah cabang ilmu yang mempelajari tentang alat listrik berarus lemah. Didalam elektronika atau pun cabang ilmu fisika lainnya, kita sangat mengenal sebuah istilah yang disebut dengan pengukuran. Pengukuran merupakan sebuah metode untuk menentukan sebuah besaran dan dimensi terhadap suatu satuan ukur. Modul kali ini bertujuan untuk memahami dasar – dasar pengukuran dalam elektronika dengan menggunakan beberapa contoh alat ukur, seperti multimeter, osiloskop, dan signal generator. Metode yang di gunakan pada modul kali ini adalah praktikan akan langsung mencoba alat – alat ukur tersebut dengan beberapa variasi pengukuran. Hal ini bertujuan agar praktikan dapat mengetahui galat serta ketidakpastian dalam pengukuran. Setelah di lakukannya praktikum, di dapatkan hasil beragam yang membuktikan bahwa galat serta ketidakpastian dalam pengukuran. Selain itu, para praktikan telah memahami cara penggunaan alat ukur dasar pada elektronika. Kata kunci: arus, hambatan, pengukuran, tegangan.

1. TUJUAN a. Menentukan nilai resistensi dan

toleransi dari resistor secara manual. b. Menentukan nilai arus dan tegangan

pada masing – masing hambatan dari rangkaian seri dan parallel.

c. Menentukan nilai tegangan pada resistor RL dari rangkaian pembagi tegangan.

d. Menentukan nilai tegangan pada resistor RL dari rangkaian setara Thevenin.

e. Menentukan nilai tegangan Thevenin dan hambatan Thevenin.

2. DASAR TEORI Multimeter merupakan instrument yang secara umum berfungsi mengukur besaran elektronika meliputi tegangan (beda potensia), hambatan, kuat arus, dan lain-lain. Pada umumnya terdapat dua jenis multimeter yang digunakan, yakni multimeter analog dan digital. Perbedaan dari kedua jenis multimeter ini ialah penyajian data. Multimeter digital menyajikan data dalam bentuk diskret,

sedangkan multimeter analog menampilkan data menggunakan jarum yang berada dalam suatu skala. Osiloskop merupakan instrumen elektronika yang juga digunakan sebagai alat ukur tegangan. Berbeda dengan multimeter, yang menyajikan data berupa nilai tegangan, osiloskop mampu menampilkan bentuk dari sinyal (tegangan) listrik pada suatu rangkaian elektronika yang berubah terhadap waktu. Untuk membandingkan dua atau lebih sinyal masukan baik secara bersamaan maupun tidak harus menggunakan skala yang sama, khususnya untuk skala sumbu y atau volt/div. Selain itu diperlukan proses kalibrasi pada awal penggunaan osiloskop. Generator sinyal (signal generator) merupakan perangkat elektronika yang berfungsi untuk menghasilkan beberapa bentuk sinyal dengan besar amplitudo serta nilai frekuensi yang dapat diatur sesuai dengan kebutuhan pengguna. Adapun beberapa bentuk sinyal yang dihasilkan

antara lain sinyal sinusoidal, sinyal persegi, dan sinyal segitiga/gergaji. Breadboard merupakan papan yang digunakan untuk merangkai rangkaian elektronika secara semi permanen. breadboard memiliki sejumlah lubang yang dapat digunakan untuk meletakan komponen-komponen elektronika. Lubang-lubang ini saling terhubung satu dengan yang lain melalui bagian bawah breadboard dengan pola tertentu. Resistor dalam elektronika juga dikenal sebagai hambatan. Resistor memiliki fungsi untuk mengatur arus listrik yang mengalir pada sebuah komponen. Resistor memiliki nilai resistansi yang dinyatakan dalam ohm. Rangkaian setara Thevenin merupakan suatu metode untuk menyederhanakan rangkaian elektronika secara teoritis-matematis yang ditemukan pertama kali oleh insinyur asal Perancis, M. L. Thevenin. Penyederhanaan ini dilakukan terutama pada rangkaian elektronika yang kompleks agar memudahkan analisa hubungan antara rangkaian kompleks tersebut dengan komponen lain. Penyederhanaan menggunakan teorema Thevenin menjadikan satu rangkaian elektronika kompleks menjadi sebuah rangkaian setara yang terdiri dari sebuah sumber tegangan dan tahanan (resistor) yang terhubung secara seri. Nilai dari tegangan serta tahanan tersebut telah diolah secara matematis dan dinyatakan sebagai tegangan Thevenin (VTH) dan hambatan Thevenin (RTH). Rumus – rumus dan persamaan yang digunakan pada modul kali ini sebagai berikut. Mencari tegangan Thevenin (RL dalam kondisi terbuka) :

VTH = R2

𝑅1+𝑅2 𝑥 𝑉𝑠 (1)

Keterangan: VTH = Tegangan Thevenin R1 = Hambatan 1 R2 = Hambatan 2 Vs = Tegangan sumber Mencari hambatan Thevenin (sumber tegangan dianggap terhubung) :

RTH = R3 + 𝑅1 𝑥 𝑅2

𝑅1+𝑅2 (2)

Keterangan: RTH = Hambatan Thevenin R1 = Hambatan 1 R2 = Hambatan 2

R3 = Hambatan 3 Mencari Vrms :

Vrms =√1

𝑇 (∫ 𝑣2(𝑡)𝑑𝑡)

𝑇

0 (3)

Keterangan: Vrms = Tegangan rms (root mean square) T = Periode V(t) = Tegangan berubah oleh waktu

3. DATA a. Percobaan 1 : Pengukuran Resistansi

Data percobaan 1 diberikan secara lengkap pada lampiran 1.

b. Percobaan 2 : Pengukuran Tegangan dan Arus Data percobaan 2 diberikan secara lengkap pada lampiran 1.

c. Percobaan 3 : Osiloskop (DC) Data percobaan 3 diberikan secara lengkap pada lampiran 1.

d. Percobaan 4 : Osiloskop (AC) Data percobaan 4 diberikan secara lengkap pada lampiran 1.

e. Percobaan 5 : Rangkaian Thevenin Data percobaan 5 diberikan secara lengkap pada lampiran 1.

4. PENGOLAHAN DATA

Dari praktikum kali ini, didapatkan hasil pengali dari Vrms terhadap Vpp yang

berupa 1

2√2 . Hasil dari data percobaan ke (4)

menggunakan persamaan (3).

Gambar 1. Hasil perhitungan Vrms untuk mencari factor pengali Vrms terhadap Vpp (2 kali Vpk)

5. ANALISIS

a. Jawaban untuk pertanyaan 1 yang tertera pada modul.

Data hasil pengukuran percobaan 1, percobaan 2, percobaan 3, percobaan 4 dan percobaan 5 Terdapat perbedaan antara teori dan pembacaan manual dari pembacaan nilai hambatan, nilai tegangan, maupun nilai arus. Selain itu, terdapat perbedaan perhitungan matematis dengan hasil pengukuran manual. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal. Yang pertama karena multimeter yang digunakan belum di kalibrasi terlebih dahulu, sehingga menyebabkan pembacaan tidak di mulai tepat pada angka nol. Yang kedua karena resistor yang digunakan adalah transistor yang telah digunakan sebelumnya (bekas), sehingga menyebabkan menurunnya nilai resistansi resistor tersebut. Semakin sering resistor itu di gunakan, nilai resistansinya pun akan semakin menurun. Sehingga ketika resistor itu digunakan dalam suatu rangkaian, maka nilai keluaran dari tegangan dan arus akan di pengaruhi oleh transistor tersebut (arus dan tegangan menjadi tidak akurat). Yang ketiga karena probe multimeter yang digunakan kurang mengenai resistor sehingga probe juga mendeteksi resistansi dari udara. Yang keempat karena adanya kesalahan pada penyusunan rangkaian pada breadboard. Sehingga menyebabkan data yang diukur pada multimeter menjadi tidak akurat. Yang kelima karena proses kalibrasi pada osiloskop tidak dilakukan dengan akurat. Sehingga ada galat pengukuran yang diterima oleh osiloskop.

b. Jawaban untuk pertanyaan 2 yang tertera pada modul. Bila dengan menggunakan multimeter, cukup dengan menghubungkan probe multimeter dengan probe dari generator sinyal. Lalu multimeter dengan segera akan membaca nilai tegangan yang dihasilkan dari generator sinyal. Bila dengan menggunakan osiloskop, pengukuran menjadi sedikit lebih rumit. Pada awalnya, hubungkan probe osiloskop dengan probe dari generator sinyal. Lalu osiloskop akan menampilkan sinyal pada layar. Sinyal yang tampil itulah yang akan dijadikan sebagai referensi untuk menentukan tegangan

yang dihasilkan dari sinyal generator. Disesuaikan dengan pengaturan pada osiloskop. Misalkan setiap 2 kotak menandakan tegangan 1V dan seterusnya.

c. Jawaban untuk pertanyaan 3 yang tertera pada modul. Terdapat perbedaan hasil pengukuran yang diperoleh dari multimeter dan osiloskop. Hal itu terjadi dikarenakan pengukuran dengan osiloskop memerlukan tingkat ketelitian yang tinggi untuk melihat sinyal. Apakah sudah satu kotak (skalanya) atau masih setengah atau lebih. Sehingga pengguna osiloskop yang berbeda kemungkinan akan menghasilkan data pengukuran yang berbeda pula. Berbeda dengan multimeter yang lebih mudah dan akurat pengukuran datanya.

d. Jawaban untuk pertanyaan 4 yang tertera pada modul. Sudah mendekati nilai teoritis. Sesuai dengan gambar pada pengolahan data, kita tahu bila sinyal (gelombang) berupa sinusoidal, maka hasil dari factor pengali Vrms tidak akan jauh

berbeda dari nilai √2 . Kecuali sinyal (gelombang) yang diberikan sudah bukan berupa sinusoidal lagi. Tentunya factor pengali dari Vrms pun akan berubah.

e. Jawaban untuk pertanyaan 5 yang tertera pada modul. Frekuensi tidak mempengaruhi nilai tegangan yang terbaca oleh osiloskop dan multimeter. Hal ini dikarenakan, frekuensi hanya mempengaruhi banyak sedikitnya dan cepat lambatnya sinyal yang memasuki osiloskop dan multimeter. Sedangkan frekuensi tidak akan mengubah amplitudo sinyal yang masuk pada osiloskop dan multimeter, sehingga amplitudo yang pada konsepnya akan menjadi nilai dari tegangan peek to peek tidak akan berubah dan tegangan peek to peek pun tidak akan berubah. Pada akhirnya tegangan yang masuk dari sinyal generator menuju osiloskop maupun multimeter pun tidak akan berubah.

f. Jawaban untuk pertanyaan 6 yang tertera pada modul. Rangkaian setara Thevenin sering digunakan pada rangkaian dengan sumber dc yang mempunyai resistensi

linier seperti motor listrik DC. Selain itu, rangkaian setara Thevenin juga digunakan sebagai penyederhana rangkaian kompleks dengan jumlah elemen yang banyak menjadi rangkaian yang lebih simple. Lalu rangkaian Thevenin juga digunakan untuk menganalisa rangkaian ketika ada bagian elemen yang digunakan diubah-ubah nilainya.

6. KESIMPULAN a. Jadi, nilai resistansi dan toleransi dari

salah satu resistor yang telah di hitung secara manual adalah Resistansi = 10x102 Ω Toleransi = ± 5% Rentang = 1000 ± 5%

b. Jadi, nilai arus dan tegangan pada salah satu resistor dari rangkaian seri adalah Tegangan = 243 mV secara eksperimen Tegangan = 0.26 V secara matematis Arus = 0.23 mA secara eksperimen Arus = 7.899 x 10-4 A secara matematis Jadi, nilai arus dan tegangan pada salah satu resistor dari rangkaian paralel adalah Tegangan = 11.95 V secara eksperimen Tegangan = 12 V secara matematis Arus = 0.86 mA secara eksperimen Arus = 0.036 A secara matematis

c. Jadi, nilai tegangan pada salah satu resistor RL = 1000 Ω dari rangkaian pembagi tegangan adalah 4.04 V.

d. Jadi, nilai tegangan pada salah satu resistor RL = 1000 Ω dari rangkaian setara Thevenin adalah 4.04 V.

e. Jadi, nilai tegangan Thevenin adalah 8 V secara teori dan 8.23 V secara eksperimen. Nilai hambatan Thevenin adalah 1 k Ω secara teori dan 0.998 k Ω secara eksperimen.

7. REFERENSI

[1] Log data mengutip dari, Sabiq Fatoni. 10214082. Shift 02. [2] Malvino, Albert, David J. Bates. 2007. Electronic Principle 7th ed. Singapore: McGraw-Hill. [3]http://file.upi.edu/Direktori/FPTK/JUR._PEND._TEKNIK_ELEKTRO/197407162001121-HASBULLAH/PRAKTIKUM_ELEKTRIK_DASAR/4._PENGUKURAN_DENGAN_OSCILOSCOP.pdf

[4]http://www.slideshare.net/NoviarisHapsari/presentasi-insel-kelompok-3 [5] http://ilmulistrik.com/teorema-thevenin.html

LAMPIRAN

Percobaan 1 Data hasil pengukuran nilai resistansi

No. Multimeter Gelang Warna (Manual)

Resistansi/R Toleransi/T Rentang (R ± (T*R))

1 0.97 kΩ 10x102 Ω ± 5% 1000 ± 5%

2 0.53 kΩ 0.596 kΩ ± 5% 596 ± 5%

3 0.325 kΩ 33x101 Ω ± 5% 330 ± 5%

4 0.972 kΩ 10x102 Ω ± 5% 1000 ± 5%

5 0.962 kΩ 10x102 Ω ± 5% 1000 ± 5%

Percobaan 2 Data hasil pengukuran tegangan dan arus pada rangkaian seri dan parallel

Rangkaian Seri

Teori (Matematis)

V1 0.26 V

Eksperimen

V1 243 mV

V2 0.789 V V2 0.729 V

V3 3.949 V V3 4.11 V

I1 7.899 x 10-4 A I1 0.23 mA

I2 7.899 x 10-4 A I2 0.23 mA

I3 7.899 x 10-4 A I3 0.23 mA

Rangkaian Paralel

Teori (Matematis)

V1 12 V

Eksperimen

V1 11.95 V

V2 12 V V2 11.95 V

V3 12 V V3 11.95 V

I1 0.036 A I1 0.86 mA

I2 0.012 A I2 0.86 mA

I3 0.024 A I3 0.86 mA

Percobaan 3 Data hasil pengukuran tegangan DC menggunakan osiloskop dan multimeter

Volt/div Time/div Tegangan

Gambar Multimeter Osiloskop

1 V 1 ms 2.446 V 3.0 V

1 V 1 ms 3.41 V 3.5 V

1 V 1 ms 3.957 V 4.0 V

Percobaan 4 Data hasil pengukuran tegangan AC menggunakan osiloskop dan multimeter

Volt/div Time/div Perioda Tegangan Gambar

1 V 5 ms SG 0.01 MM 6 mV

OS OS 6 mV

1 V 2 ms SG 6.6 x 10-3 MM 5.9 mV

OS OS 6 mV

1 V 1 ms SG 6.6 x 10-3 MM 6 mV

OS OS 6 mV

0.5 V 1 ms SG 6.6 x 10-3 MM 5.7 mV

OS OS 6 mV

Percobaan 5 Data hasil pengukuran nilai tegangan Thevenin dan hambatan Thevenin

Tegangan Thevenin (VTH) Hambatan Thevenin (RTH)

Teori (Matematis) Eksperimen Teori (Matematis) Eksperimen

8 V 8.23 V 1 KΩ 0.998 KΩ

Data hasil pengukuran tegangan dan arus pada RL

Hasil Pengukuran Nilai RL

RL1 1000 Ω RL2 1 kΩ RL3 100 Ω

Tegangan

Teori (Matematis) 4.0 V 8.0 V 0.8 V

Rangkaian Asli 4.04 V 7.29 V 0.716 V

Rangkaian Thevenin 4.04 V 7.10 V 0.644 V

Arus

Teori (Matematis) 0.8 mA 0.8 mA 0.8 mA

Rangkaian Asli 0.71 mA 0.71 mA 0.71 mA

Rangkaian Thevenin 0.71 mA 0.71 mA 0.71 mA