alat ikur kumparan putar & besi (http)
Post on 28-Dec-2015
52 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
MODUL II-1
ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR (AUKP)
SEBAGAI VOLT METER DC
I. TUJUAN PERCOBAAN
1. Mengubah Ampere meter kumparan putar menjadi sebuah Voltmeter DC.
2. Mencari sebab-sebab terjadinya penyimpangan dari Voltmeter.
II. ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Power supply 0- 30 Volt
2. Voltmeter digital
3. Tahanan Shunt (Rsh)
4. Ampere meter kumparan putar
5. Jumper
III. TEORI DASAR
1. Arti Pengukuran
Teknik pengukuran listrik merupakan pengetahuan tentang alat-
alat listrik dan metoda pengukuran untuk menentukan nilai suatu besaran
listrik atau non-listrik. Mengukur bermaksud untuk membandingkan suatu
besaran yang besarnya tak diketahui dengan suatu besaran yang diketahui
nilainya, untuk itu diperlukan suatu alat ukur.
Disamping alat ukur tersebut diperlukan juga metoda yang sesuai
agar nilai besaran yang diukur dapat ditentukan dengan tepat. Dalam
percobaan ini kita akan menentukan besarnya arus dan tegangan DC,
dengan menggunakan alat ukur kumparan putar (AUKP).
2
2. Pengertian Alat Ukur Kumparan Putar
Yang dimaksud alat ukur kumparan putar (AUKP) adalah alat ukur
yang bekerja atas dasar prinsip dari adanya kumparan listrik ditempatkan
pada beban magnet yang berasal dari suatu magnet permanent.
Di dalam alat ukur kumparan putar terdapat magnet permanent,
yang mempunyai kutub-kutub diantaranya ditempatkan di suatu silinder
inti besi yang menyebabkan di celah udaranya terbentuk medan magnet
yang rata, masuk ke kutub-kutub tersebut ke dalam silinder secara radial
sesuai dengan arah panah pada gambar. Di celah udara ditempatkan
kumparan putar yang berputar melalui sumbu tiang poros.
Bila arus tidak diketahui besarnya mengalir melalui kumparan
tersebut, suatu gaya elektromagnetis f yang mempunyai arah tertentu akan
dikenakan pada kumparan putar sebagai hasil interaksi antara arus dan
medan magnet. Arah gaya f ditentukan menurut hukum tangan kiri
Fleming, momen gerak ini diimbangi dengan momen lawan dari pegas
dan posisi seimbang statis ditunjukkan oleh jarum pada skala ukurnya.
Prinsip kerja alat ukur kumparan putar
3
Keterangan gambar :
1. Magnit tetap
2. Kutub sepatu
3. Inti besi lunak
4. Kumparan putar
5. Pegas spiral
6. Jarum penunjuk
7. Rangka kumparan
8. Tiang poros
TD = B.n.a.b.I
Dimana : TD = Momen putar
B = Besar medan magnet dalam celah udara
a = Panjang kumparan
b = Lebar kumparan
n = Banyaknya lilitan
I = Arus
Pada setiap ujung sumbu tiang ditempatkan pegas yang salah satu
ujungnya melekat pada tiang poros tersebut, sedangkan ujung lainnya
melekat pada dasar yang tetap. Pegas pada tiang sumbu memberikan
momen Tc yang berlawanan dengan arah TD.
Tc = σ x θ
Dimana : σ = Konstanta besaran pegas/konstanta alat ukur.
Besaran-besaran seperti (B n a b / σ) disebut sebagai konstanta dari alat
ukur.
Untuk membuat Voltmeter DC dari sebuah alat ukur Ampere
meter kumparan putar, dapat dilakukan dengan memasang tahanan seri
pada kumparan putar tersebut.
4
V = (Rd + R1)
I adalah harga maksimum dari Ampere meter, dengan skala
maksimum Voltmeter dari hasil kali (Rd + R1) x 1. Harga skala
maksimum Voltmeter ini tergantung dari nilai tahanan R1 yang dipasang.
3. Prinsip Kerja Alat Ukur Kumparan Putar
Dari rumus momen putar di atas maka arus (I) yang masuk pada
kumparan dan berjarak (r) dari poros / sumbu putar dengan jumlah lilitan
(n) dan panjang kawat (l). Apabila medan magnet A punya rapat fluksi B
konstan maka kumparan tersebut akan ditolak yang menimbulkan momen
putar.
Makin kuat arus dalam putaran, makin kuat daya tolak yang
mengenai kumparan, maka jarum penunjuk makin menyimpang jauh. Jika
arus terbalik maka arah penunjukan akan terbalik juga tetapi dilindungi
oleh K.
Pegas-pegas alat ukur kumparan putar mempunyai arah putar yang
berlawanan dan jika yang satu menegang maka yang lain akan mengendur,
hal ini akan mengakibatkan :
1. Pada keseimbangan pada kedudukan jarum, yang
membuat jarum kembali ke titik nol setiap kali arus
kumparan lenyap
2. Gerak putar kumparan menjadi teratur (arus diukur
dilewatkan pada pegas-pegas tersebut).
5
Jarum harus berhenti seketika pada keadaan ukur, tanpa
bergoyang-goyang yang menandakan redaman system berjalan baik.
Redaman ini terjadi bila kumparan bergerak berputar didalam keping
kerangka arus pusar.
Arus listik mengalir terkadang menyebabkan panas dan kadang
mempengaruhi kesalahan penunjukan harga. Untuk itu pada kumparan
dideratkan pelawan kecil yang mempunyai koefisien suhu rendah,
misalnya manganin. Dalam praktek kepekaan antara 20 uA s/d 1 mA
tergantung pada konstruksi kuat medan magnet, lebar celah udara kutub
sepatu dan banyaknya lilitan kumparan. Kepekaan ini dapat distel dengan
menggeser carik besi lunak, kalau celah diantara kedua kutub sepatu
terlampau lebar maka jarum tidak akan mampu menunjuk skala penuh.
Kumparan putar sangat peka terhadap pembebanan lebih, yang dapat
mengakibatkan jarum penunjuk tonggak (K) hingga bengkok dan
kumparan akan rusak terbakar. Untuk melindungi hal ini maka arus
dilindungi silicon anti jangkar.
4. Kesalahan Dalam Percobaan
Keakuratan dan kepresisian suatu alat ukur sangat tergantung pada
desain, material dari kumparan pabrik yang membuat alat ukur tersebut.
Masalah yang paling diutamakan pada alat ukur adalah keakuratannya,
makin tinggi nilai keakuratannya makin baik alat tersebut dan makin
mahal harganya.
Perbadaan harga benar dan harga pengukuran dinyatakan sebagai
kesalahan. Sebenarnya kesalahan ini tidak sangat berarti dalam suatu
pengukuran, karena belum menyatakan tingkat keberhasilan suatu
pengukuran. Harga yang paling penting adalah perbandingan nilai
kesalahan terhadap nilai sebenarnya.
6
Harga relatif = terukurnilai
sebenarnyanilai
Kesalahan dari alat ukur dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Kesalahan alat
- Konfigurasi mekanik - Konstruksi
- Kalibrasi - Pengoperasian alat
- Pengaturan nol (zero point)
2. Kesalahan lingkungan
- Temperatur / suhu - Tekanan
- Kelembaban - Medan listrik
- Vibrasi
5. Kesalahan Pengukuran
Suatu desain pengukuran yang baik dapat mengurangi kesalahan,
ini tetapi juga perlu ditunjang keakuratan kerja dan bekerja dibawah batas-
batas yang diperbolehkan. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan
dengan melakukan pengukuran yang berulang kali, sehingga dapat
dilakukan pendekatan statistik untuk mendapatkan hasil pengukuran yang
baik.
Kesalahan dapat dinyatakan dengan rumus :
∑ = M – T
Dimana : T = Harga sebenarnya dari besaran yang diukur
M = Harga yang didapat dari pengukuran
7
∑ = Kesalahan dari alat ukur
Kesalahan relatif = ∑ / T x 100 %
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
IV.1. MEMBANDINGKAN PENGUKURAN VOLTMETER DC YANG
DIBUAT DENGAN VOLTMETER DIGITAL
1. Buat rangkaian seperti gambar 1 pada meja kerja saudara.
2. Periksakan rangkaian percobaan yang telah anda buat ke asisten, tegangan
supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila telah disetujui oleh
asisten.
3. Nilai Rsh : 220 KΩ, 330 KΩ, 440 KΩ.
4. Atur tegangan DC perlahan-lahan dari 5V, 10V, 15V, 20 V.
5. Ukur nilai tegangan digital dan arus untuk masing-masing selektor.
6. Catat hasil pengamatan saudara pada tabel dibawah.
Gambar.1
8
Range VKP yang
digunakan (Volt)
V.Digital (Volt) V.AUKP (Volt)
5
10
15
20
PERTANYAAN :
1. Bandingkan hasil pengukuran tegangan pada percobaan di atas dengan
tegangan Volt meter kumparan putar digital. Terangkan penyebab keadaan
tersebut !
2. Dari hasil pengamatan di atas, tentukan :
- Kesalahan alat ukur yang dibuat
- Kesalahan relatif
IV.2. PEMAKAIAN DAYA SENDIRI PADA VOLTMETER
1. Buat rangkaian seperti gambar.2 pada meja kerja saudara.
2. Perksakan rangkaian percobaan yang telah anda buat ke asisten, tegangan
supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila telah disetujui oleh
aisten
3. Nilai R1 = 680 KΩ dan R2 = 820KΩ.
9
4. Ukur dan catat masing-masing tegangan pada R1 dan R2 dengan
menggunakan voltmeter yang saudara buat untuk range 5V, 10V, 15V,
20V.
5. Catat hasil pengamatan saudara pada tabel di bawah!
Gambar.2
Range
VM (Volt)
V.Digital
(Volt)
R1(KΩ) R2 (KΩ) VR1
(Volt)
VR2
(Volt)
I (uA)
5
10
15
20
10
PERTANYAAN :
1. Untuk pengukuran VR1 dan VR2 pada percobaan di atas selalu terjadi
perbedaan dengan hasil perhitungan, terangkan mengapa terjadi demikian!
2. Berapa sensitivitas alat ukur dan kesalahan relatif dari hasil data
percobaan ?
V. TUGAS AKHIR
1. Bandingkan hasil pengukuran analog dan digital, jika terdapat perbedaan
terangkan dengan jelas!
2. Sebutkan arti dari pengukuran!
3. Sebutkan sebab-sebab dari penyimpangan Voltmeter!
11
MODUL II-2
ALAT UKUR BESI PUTAR SEBAGAI
VOLTMETER DC DAN AC
I. TUJUAN
1. Menentukan tahanan dalam dari AUKP
2. Memperbesar skala maksimum Voltmeter AC dan DC
3. Pengaruh frekuensi pada Voltmeter
II. PENDAHULUAN
Alat Ukur Besi Putar ini sederhana dan kuat dalam kontruksi, juga dapat pula
dipakai alat ukur yang mempunyai sudut yang sangat besar. Gaya elektromagnetis
dapat dibangkitkan dengan berbagai cara yaitu cara tolak menolak dan cara
kombinasi atraksi dan tolak menolak.
Untuk pengukuran tegangan DC, induktansi dari kumparan tetap tidak
berpengaruh.
V
Rangkaian Impedansi dalam AUBP
Untuk memperbesar skala maksimum dari Voltmeter disini dapat dilakukan
dengan menambah tahanan yang dipasang seri dengan impedansi dari Voltmeter.
12
Jika batas ukur sekarang menjadi (n + 1) kali batas ukur semula. Sedangkan
untuk pengukuran tegangan AC akan sama halnya pengukuran tegangan DC bila kita
menambah kapasitor yang dipasang secara paralel dengan Rs untuk menghilangkan
pengaruh frekuensi. Harga C kita dapatkan persamaan C = 0,14 2RsL
Dimana : Rs = Tahanan yang dipasang seri dengan impedansi dalam dari
Voltemeter
L = Induktansi dari Voltmeter
C = Kapasitor yang dipasang paralel dengan Rs untuk
menghilangkan frekuensi dari jala-jala
Gambar rangkaian menghilangkan frekuensi
Pengukuran tegangan AC juga dapat diukur langsung bila kita mengetahui
nilai frekuensi dari sumber tegangan jala-jala AC yang diberikan pada rangkaian yang
akan diukur.
III. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Variac………………………………………………….. 1 buah
2. Power Supply…………………………………….…….. 1 buah
3. Voltmeter digital………………………………………. 1 buah
13
4. Alat Ukur Besi Putar AC/DC 0 – 30 Volt……………… 1 buah
5. Dioda…………………………………………………… 4 buah
6. Resistor-resistor………………………………………... secukupnya
7. Kawat penghubung…………………………………….. secukupnya
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
A. MENENTUKAN TAHANAN DALAM VMBP DAN KALIBRASINYA
1. Buatlah rangkaian gambar 1 pada papan kerja yang disediakan.
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian percobaan apabila
sudah disetujui oleh asisten.
3. Atur tegangan DC sebesar 16 Volt (Vdc).
4. Atur perlahan-lahan VR hingga VM menunjukan 5 Volt.
5. Ukur dan catat tegangan pada R1.
6. Hitung arus yang melewati R1.
7. Ukur dan catat tegangan pada VM (Vvm).
8. Hitung harga tahanan dalam (Rv) Voltmeter.
9. Ulangi prosedur diatas untuk harga pengamatan 7V, 9V, 10V dan 11V.
10. Tentukan harga Rv rata-rata.
11. Tulis hasil pengamatan pada tabel 1.
Gambar 1
14
Gambar 2
Gambar 3
B. UNTUK SUMBER TEGANGAN DC
1. Hubungkan pengawatan seperti pada gambar 2 pada papan kerja yang
disediakan untuk alat ukur yang mempunyai range 60V, 90V, 120V, 150V,
200V.
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian percobaan apabila
sudah disetujui oleh asisten.
3. Hubungkan pengawatan gambar 3 untuk R1 = 240 Ω, R2 = 1 KΩ.
4. Atur Vdc dari variac hingga menunjukan harga 60 Volt dengan Voltmeter
digital.
5. Ukur dan catat tegangan di R1 dan R2 dengan menggunakan VM yang dibuat
pada prosedur a) dengan menggunakan range 150 Volt.
6. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1 KΩ, R2 = 4,12 KΩ untuk
Vdc = 90 Volt dan range 90 Volt.
15
7. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1,5 KΩ, R2 = 28,2 KΩ untuk
Vdc = 120 Volt dan range 120 Volt.
8. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1,5 KΩ, R2 = 28,2 KΩ untuk
Vdc = 150 Volt dan range 150 Volt.
9. Ulangi prosedur b,c,d dengan mengganti R1 = 1,5 KΩ, R2 = 28,2 KΩ untuk
Vdc = 200 Volt dan range 200 Volt.
10. Tuliskan hasil pengamatan pada tabel 2.
C. UNTUK SUMBER TEGANGAN AC TANPA KAPASITOR
1. Semua prosedur percobaan seperti pada percobaan B hanya saja sumber
tegangan AC untuk nilai tegangan sama. Lihat gambar 4.
Gambar 4
V. TUGAS AKHIR
1. Tentukan tegangan di R1 dan R2 secara perhitungan pada percobaan diatas itu
bandingkan dengan hasil pengukuran yang saudara dapatkan!
2. Hitunglah kesalahan alat ukur dan kesalahan relatifnya dari no.1 diatas!
3. Berapa sensitivitas Voltmeter yang saudara buat!
4. Berapa harga tahanan total Rv Voltmeter tiap range!
VI. DAFTAR PUSTAKA
1. Modul praktikum III-A, Laboratorium Teknik Energi Elektrik, Jurusan Teknik
Elektro, ITENAS, 2002.
16
MODUL II – 3
ALAT UKUR INDUKSI (AUI)
I. Tujuan Percobaan
Mengetahui prinsip kerja alat ukur
Mengetahui tpe-tipe alat ukur induksi
Mengetahui prinsip kerja Wattmeter dan KWh meter
Membandingkan hasil pengukuran dari tipe alat ukur induksi
Mengenal pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi
Mengenal metode pengukuran daya dan membandingkan
II. Teori Pendahuluan
Alat ukur induksi merupakan alat ukur ynag momen geraknya ditimbulkan oleh
suatu fluks magnit dan arus bolak-blik. Alat lazim untuk mengukur energi (KWh
meter) walaupun ada juga untuk arus maupun tegangan.
Arus energi mempunyai dua fluks magnet yang dihasilkan dari suatu arus
mengalir pada kumparan. Kedua magnet fluks tersebut memotong piringan.
Piringna dipotong oleh 2 fluks magnet Φ1 dan Φ2 pada titik P1 dan P2. Fluks ke-1
Φ1 menyebabkan arus pusar 1 (I1). Arus pusar ini melalui titik P2. Interaksi yang
terjadi antara I1 dan Φ1 menyebabkan momen gerak I (Mg1). Demikian juga Φ2
menyebabkan momen arus pusar 2 (I2) yang melalui P1 dan interaksi arus pusar 2 (I2)
dan fluks 2 (Φ2) menyebabkan momen gerak 2 (Mg2).
Gambar 1.
17
Prinsip AUI :
Tegangan efektif yang terjadi : E1 = w . Φ
Bila impedansi lintasan arus pusar sebesar Z maka harga efektif arus pusar :
l1 = el / z = w / z . ǿ1 ................................................................ (1)
Arus pusar ini berbeda sudut fasanya terhadap tegangan induksi sebesar α.
Demikian juga di Φ2 dimana tegangan E2 tertinggal 90° terhadap Φ2 dan I2
tertinggal α terhadap E2 sudut fasanya antara I1 dan Φ2 adalah 90° - β + α.
Mg1 = K. Φ1. Φ2 Cos (90° - β + α) ………………………. (2)
Beda sudut fasa antara I2 dan Φ2 adalah 90° +β + α.
Mg2 = K. Φ1. Φ2 Cos (90° + β + α) ……………………… (3)
Resultan kedua momen tersebut menyebabkan berputarnya piringan :
Mg = Mg1 – Mg2
Mg = K. Φ1. Φ2 Sin β Cos α ……………………………. (4)
Untuk mendapatkan momen gerak yang besar diusahakan :
1. Sin β = 1 : maka beda fasa sudut antara Φ1 dan Φ2 adalah 90°.
2. Cos α = 1 : maka ada beda sudut fasa antara I dan E.
Ada 2 macam tipe AUI, yaitu :
1. Tipe Feraris
18
Seperti dalam gambar terpasang 2 pasang kumparan. Pasangan kumparan
pertama dihubungkan seri dengan induktor besar . Kedua pasang kumparan tersebut
dihubungkan dengan tegangan yang sama. Arus yang mengalir pada kumparan
pertama (IR) mempunyai beda sudut fasa sebesar β terhadap arus kumparan kedua
(IL), harga β hampir mendekati 90°.
Fluksi yang timbul akan merupakan medan putar, medan putar ini akan
menyebabkan arus pusar pada motor. Dan interaksi medan putar dengan arus pusar
akan mengakibatkan, momen gerak yang memutar rotor-rotor tersebut akan
berputar searah putaran medan putar seperti KWh meter. Tetapi bila rotor tersebut
mendapat momen lawan berupa pegas maka rotor tersebut akan berhenti pada saat
terjadi keseimbangan.
Dimana :
V : Tegangan sumber
I : Arus yang melalui I seri dengan R
IL : Arus yang melalui kumparan 2 seri dihasilkan L
ΦR : Fluksi magnetik yang menghasilkan IR
ΦL : Fluksi magnetik yang menghasilkan IL
ER : Tegangan induksi karena ΦR
EL : Tegangan induksi karena ΦL
IER : Arus pusar karena ER
IEL : Arus pusar karena EL
Momen gerak yang ditimbulkan adalah :
Mg = K.Φ1. Φ2 Sin β Cos α
Mg = K. IR. IL Sin β Cos α ……………………... (5)
Harga IR dan IL sebanding dengan arus I dan juga sebanding dengan tegangan
V.
Untuk Amperemeter :
Mg = K. I2. Sin β Cos α …………………………. (6)
Momen lawan Me = S.θ
19
θ = I2 Sin β Cos α …………………………. (7)
Untuk Voltmeter :
Mg = KV2 Sin β Cos α …………………….. (8)
θ = V2 Sin β Cos α …………………………... (9)
2. Tipe Shaded Pole
Pada tipe ini memakai piringan dan satu kumparan yang menimbulkan fluks
magnet. Agar sistem ini terdapat 2 fluks yang mempunyai beda fasa tertentu, maka
fluks utama tersebut dibagi dua dengan membagi pada intinya.
Untuk membuat beda fasanya, di salah satu dari bagian inti yang terbagi dua
tersebut ditambah cincin/ring tembaga. Keadaan ini disebut Shaded Pole.
(a)
Gambar 4. shaped P
Momen gerak yang ditimbulkan :
Mg = K Φt Φs Sin β Cos α …………………….......... (10)
Φt dan Φs sebanding dengan I untuk Amperemeter dan juga sebanding dengan
V untuk Voltmeter.
Untuk Amperemeter
Mg = K. I2. Sin β Cos α ……………………………(1.1)
20
θ = I2 Sin β Cos α ………………………….. (1.2)
Untuk Voltmeter
Mg = KV2 Sin β Cos α ……………………………. (1.3)
θ = V2 Sin β Cos α ……………………………..(1.4)
Prinsip Wattmeter dan KWh meter induksi adalah sama, perbedaannya
adalah letak ada tidaknya momen lawan. KWh meter tidak menggunakan pegas
sebagai momen lawan sehingga piringan akan terus berputar. Jumlah putaran
tersebut akan menunjukkan energi yang diukur. Untuk lebih jelas lagi lihat gambar
konstruksi dasar KWh meter 1 fasa induksi.
Sistem penggerak terdiri dari dua kumparan. Kumparan pertama dihubungkan
dengan tegangan yang disebut dengn kumparan tegangan dan kumparan yang kedua
dihubungkan dengan arus disebut kumparan arus.
Kumparan tegangan mempunyai jumlah lilitan yang banyak sehingga arus (Iv)
yang dihasilkan akan mempunyai beda sudut hampir 90° terhadap tegangan. Untuk
KWh meter momen pengereman yang besarnya sebanding dengan kecepatan
putarnya.
N = K V I Cos α …………………………………. (1.5) Total Putaran = K. Energi
Dengan : energi
tarantotalperpuKtaKons =)(tan
21
Gambar 5. Diagram vektor
Kumparan Tegangan
Shaded
Piringan
Kumparan arus
Magnit seri
Gambar 6. KWh meter 1 fasa
Dari persamaan (11) Wattmeter Φ1 = Φv ; Φ2 dan β = δ - Φ (lihat diagram vector)
Mg = K Φv Φ1 δ Sin (δ-Φ). Cos α Karena Φv sebanding dengan V dan Φ1 dan sebanding dengan I serta f, z dan α. Maka :
22
Mg = K V I Cos ϕ ……………………………… (1.6) Momen lawan karena pegas Me = S θ θ = V I Cos ϕ θ = K V I Cos ϕ …………………………………. (1.7) Daya beban : P = V I Cos ϕ ……………………….. (1.8) Dimana : V : tegangan beban I : arus beban ϕ : sudut fasa beban δ : sudutnya fasa antara Iv dengan V F : frekuensi Z : impedansi arus pusar Φv : fluksi akibat arus Iv
Φi : fluksi akibat arus Ii
Ev : tegangan induksi akibat Φv Ei : tegangan induksi akibat Φi
Ipv : arus pusar akibat Φv Ipi : arus pusar akibat Φi β : sudut fasa antara Φv dan Φ
III. Kesalahan
a. Pengaruh Frekuensi
Alat ukur induksi sangat dipengaruhi oleh frekuensi, mengingat alat ukur ini
hanya untuk arus/tegangan bolak-balik saja. Dari persamaan 4 :
Mg = K. Φ1. Φ2 zf Sin β Cos α
Faktor terpengaruh oleh frekuensi sebagai berikut :
*Z = 22 XR +
X = 2πf.L
Dengan naiknya frekuensi, impedansi Z juga akan naik.
23
* Cos α = ZR , dengan naiknya f, Z naik dan Cos α turun.
Ditinjau dari factor tersebut terlihat bahwa dengan naiknya frekuensi harga
momen akan mengecil.
b. Faktor Temperatur
Dengan naiknya temperatur, baik karena temperature luar maupun arus pusar
akan membesar impedansi Z seperti pada (a) dimana Z ini sangat berpengaruh
pada momen gerak dari alat ukur ini. Sebenarnya yang mempengaruhi kenaikkan
harga Z tersebut adalah tahanan R-nya. Kompensasi dapat dilakukan dengan
tahanan shunt yang mempunyai koefisien tahanan yang positif dan benar.
B. Pengukuran Daya
Dalam pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur induksi sumber
arus/tegangan harus bolak-balik.
P = V I Cos ϕ
Ada beberapa cara pengukuran daya dengan menggunakan alat ukur
induksinya diantaranya :
1. Pengukuran Daya Satu Fasa
Dengan menggunakan Wattmeter
Suatu Wattmeter satu fasa dapat langsung mengukur daya yang diserap
beban, karena semua besaran arus dan Cos ϕ sydah tercakup di dalamnya.
Rangkaian pengkuran dengan Wattmeter satu fasa dapat dilihat pada gambar
dengan daya yang diukur adalah :
P = E I Cos ϕ
24
Gambar 7. Rangkaian pengukuran daya bolak-balik satu fasa dengan watt
meter.
Kesalahan pada Wattmeter satu fasa antara lain adalah disebabkan oleh sifat
induktif kumparan tegangan. Hal ini menyebabkan arus yang mengalir pada
kumparan tegangan tidak sefasa dengan tegangan yang diukur.
Metoda 3 Voltmeter dan 3 Amperemeter
Pengukuran satu fasa dapat dilakukan memakai 3 Voltmeter (lihat gambar 8)
dari diagram vector didapat :
V1 = V2 + V3 + 2V2 + V3 Cos ϕ
Karena itu daya pada beban dapat dihitung dengan rumus :
PL = R
VVV2
21
22
23 −−
Gambar 8. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 voltmeter dan diagram vektor metoda 3
amperemeter.
25
Pengukuran daya satu fasa dapat juga dilakukan dengan menggunakan 3
Amperemeter.
Gambar 9. Pengukuran daya 1 fasa dengan 3 amperemeter dan diagram vektor.
Dari diagram vector didapat : I1 = I2 +I3 + 2 I2 + I3 Cos ϕ
Dan daya yang dapat dihitung dengan rumus :
PL = )(2
21
22
23 IIIR
−−
2. Pengukuran Daya Tiga Fasa
Metoda ini lazim disebut metoda Aron, dimana tegangan diambil kedua
Wattmeter adalah tegangan-tegangan fasa-fasa dengan menggunakan 2 Wattmeter
dapat diukur daya tiga fasa pengukuran dari beban balik hubungan delta (Δ)
maupun hubungan bintang (Y). Pengukuran daya tiga fasa tersebut dengan
menjumlahkan dua buah pengukuran yang ditunjukkan oleh Wattmeter P1 dan P2,
maka
26
Gambar 10. pengukuran metoda aron hubung bintang
Gambar 11. pengukuran metoda aron hubung delta.
IV. Prosedur Percobaan
A. Alat Ukur Induksi
1. KWh meter
Percobaan 1
1. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh asisten.
3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!
4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!
27
5. Hitunglah waktu yang ditempuh untuk setiap perputaran piringan pada
KWh meter dengan jumlah putaran yang telah ditentukan oleh asisten!
6. Ulangi langkah 4 dan 5 untuk setiap beban yang berbeda!
• Beban dirangkai seri
• Beban dirankai paralel
7. Catat hasil pengamatan pada table 1!
Tabel 1 Untuk rangkaian seri
Beban (Watt)
V (Volt)
I (A)
Cos φ t (sekon)
Untuk rangkaian paralel
Beban (Watt)
V (Volt)
I (A)
Cos φ t (sekon)
B. Wattmeter
28
Percobaan 2
1. Rangkaikan alat ukur tersebut sesuai gambar!
2. Tegangan supply hanya boleh dipasang bila sudah disetujui oleh
asisten.
3. Hubungkan rangkaian dengan tegangan supply sebesar 220 V!
4. Catat tegangan, arus, dan daya yang terukur oleh alat ukur tersebut!
5. Ulangi langkah 4 untuk setiap beban yang berbeda!
6. Catat hasil pengamatan pada table 2!
Tabel 2 Untuk rangkaian seri
Beban (Watt)
V (Volt)
I (A)
Cos φ t (sekon)
untuktuk rangkaian paralel
Beban (Watt)
V (Volt)
I (A)
Cos φ t (sekon)
Alat-Alat yang Digunakan
1.kit praktkum AUI……………………………… 1 buah
2. KWh meter ………………………………… 1 Buah
3. Wattmeter ………………………………... 1 Buah
4. Amperemeter ……………………………….. 1 Buah
5. Voltmeter ……………………………….. 1 Buah
6. Stopwatch ……………………………….. 1 Buah
7. jumper ………………………….. secukupnya
29
VII. Tugas Akhir dan Pertanyaan
1. Jelaskan prinsip kerja KWhmeter secara jelas dan singkat?
2. Sebutkan perbedaan KWhmeter dan Wattmeter (minimal 3 buah)?
4. Suatu ampermeter induksi tipe shaded pole mempunyai defleksi
penuh 400º pada arus I = 10 ampere.Beda fasa antara fluks shaded dan tidak
Shaded = 50º.
a. berapa sudut defleksi untuk I = 5 ampere
b. bila antara sudut defleksi shaded dan tidak shaded = 40º,berapa sudut
defleksi untuk = 5 ampere?
5. Gambarkan rangkaian pengukuran 1 fasa pada hubungan bintang dan
Hubungan delta ?serta buktikan Ptotal = P1 + P2 + P3
VII. DAFTAR PUSTAKA
Sapiie,soedjana & Osamu nishiho.1976.Pengukuran dan alat-alat ukur listrik. Jakarta : Pradnya Pramita. Modul Praktikum Dasar teknik Elektro II.2009
30
MODUL II - 4
PENGUKURAN TAHANAN
I. Tujuan
• Mengetahui besarnya tahanan dalam amperemeter dan voltmeter.
• Mengetahui besarnya tahanan dalam lampu.
• Memahami dan mengerti prinsip pengukuran tahanan dengan menggunakan
metoda Voltmeter Amperemeter.
II. Alat-Alat
• Power Supply 0-15 V
• Variac 0 - 250 V
• Multimeter digital
• Voltmeter DC
• Amperemeter DC
• Voltmeter AC
• Amperemeter AC
• Tahanan
• Lampu
• Jumper
III. Dasar Teori
Elektronika merupakan ilmu yang global dalam dunia ini, dimana
didalamnya mencakup bidang-bidang yang satu sama lain saling
berkesinambungan. Tahanan merupakan suatu besaran yang menghambat besarnya
arus atau pada suatu tegangan pada suatu alat, perlu sekali kita mengukur tahanan
yang dimiliki suatu benda.
Pada percobaan yang akan dilakukan, kita akan menyimulasikan tahanan tersebut
pada metoda pengukuran voltmeter-amperemeter
31
Menurut nilai resistansinya, tahanan dapat diklasisfikasikan sebagai
berikut :
- tahanan kecil : R < 1 Ω
- tahanan sedang : 1 Ω < R < 100 kΩ
- tahanan besar : R > 100 kΩ
Pengukuran tahanan kecil dapat dilakukan dengan beberapa cara,
diantaranya metoda voltmeter amperemeter dan metoda jembatan Thomson. Untuk
metoda voltmeter amperemeter dapat dilihat pada rangkaian berikut :
Gambar 1
Rp = IV …(1) R ≈
pV
Vp
RRRR
−
× …(2)
Metoda pengukuran tahanan sedang diantaranya dapat dilakukan dengan
metoda voltmeter amperemeter.
Gambar 2
32
Untuk tipe 1 : ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
RpRaRpR 1 …(3)
Untuk tipe 2 : ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
=RvRp
RpR/1
…(4)
Selain itu, tahanan sedang dapat diukur dengan menggunakan metoda substitusi
dan metoda jembatan Wheatstone.
Untuk pengukuran tahanan besar, metodanya antara lain metoda defleksi,
metoda pelepasan muatan, metoda jembatan Mega Ohm.
IV. Tugas Pendahuluan
1. Suatu pengukuran resistansi sedang dengan metoda voltmeter-amperemeter.
Voltmeter membaca 200 volt, amperemeter membaca 2 ampere, resistansi
dalam voltmeter 10 kΩ, dan resistansi dalam amperemeter 50 Ω.
Tentukan resistansi sebenarnya untuk :
a). Voltmeter dipasang pada sumber tegangan.
b). Voltmeter dipasang pada resistansi yang diukur.
2. Buktikan persamaan (3) dan (4) !
3. Tiga buah resistor dipasang secara pararel. Masing-masing memiliki nilai R1
= 243 Ω ± 3 %, R2 = 500 Ω ± 4 %, R3 = 365 Ω ± 4 %.
a. Tentukan resistansi total tanpa toleransi.
b. Tentukan kesalahan resistansi total sebenarnya (ΔR).
c. Tentukan kesalahan relativ resistansi total (er).
V. Prosedur Percobaan
A. Menentukan Besarnya Resistansi dengan Tegangan DC
1. Buatlah rangkaian tipe 1 seperti pada gambar 2.
2. Hubungkan dengan power supply dengan persetujuan asisten.
3. Atur besarnya Vdc dari 5 v sampai 9 v.
4. Catat nilai yang terukur pada voltmeter dan amperemeter.
33
5. Catat nilai tegangan pada amperemeter untuk percobaan tipe 1, dan catat
nilai arus pada voltmeter untuk percobaan tipe 2.
6. Ulangi prosedur 1 – 5 dengan tahanan yang berbeda.
7. Ulangi prosedur 1 – 6 untuk tipe 2.
VDC VM AM Rx
B. Pengukuran Tahanan Lampu dengan Tegangan AC
1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di atas.
2. Nyalakan variac dengan persetujuan asisten.
3. Atur besarnya tegangan output dari variac
4. Catat nilai yang terukur pada voltmeter dan amperemeter dengan beberapa
nilai tegangan yang berbeda.
5. Hitung nilai tahanan yang diukur.
VAC VM AM Rx
34
VI. TUGAS AKHIR
1. Jelaskan mengenai hasil dari percobaan tadi.
2. Tiga buah resistor dipasang secara seri. Masing-masing memiliki nilai, R1 = 43
Ω ± 5 %, R2 = 70 Ω ± 5 %, R3 = 54 Ω ± 5 %.
a. Tentukan kesalahan resistansi total (ΔR).
b. Tentukan nilai resistansi total sebenarnya.
c. Tentukan kesalahan relativ resistansi total (er).
3. Jelaskan mengenai bahwa semakin besar tahanan dalam voltmeter dan semakin
kecil tahanan dalam amperemeter maka hasil pengukuran akan mendekati nilai
yang sebenarnya.
VII. DAFTAR PUSTAKA
Sapiie, Soedjana dan Osamu Nishiho.
1976. Pengukuran dan Alat-alat ukur listrik. Jakarta :
Pradnya Paramita.
Catatan kuliah Pengukuran Besaran Elektrik.
Stockl, M. Winterling, K.H. (P. Sankaran dan A. Chandrasekaran)
1978. Electro Technical Measurement. New York : Springer-Verlag Berlin.
35
MODULII-5
POWER SUPPLY
I. TUJUAN
1. Mengenal beberapa metode penyearah pada rangkaian dasar catu daya ( Power
Supply ).
2. Mengamati cara kerja rangkaian penyearah.
3. Mengamati cara pengaruh beberapa komponen elektronika pada sistem
penyearah.
4. Menghitung faktor ripple, faktor regulasi dan nilai kapasitansi filter kapasitor.
5. Mendapatkan tegangan output berupa sinyal negatif.
II. ALAT – ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Kit praktikum Power Supply
2. oscilloscope
3. Multimeter
4. Kabel Penghubung
III. DASAR TEORI
Power Supply adalah suatu rangkaian elektronika dengan seperangkat penyearah (
rectifier ) berupa rangkaian dioda yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik
PLN ( AC ) serta mengubahnya menjadi tegangan DC dengan menggunakan
transformator daya.
Rangkaian penyearah dapat digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu :
1. Rangkaian penyearah ( rectifier ) setengah gelombang
Tegangan DC pada beban dinyatakan dengan persamaan (1) :
πm
DCVV = ……………………………………………………………..... (1)
2. Rangkaian penyearah ( rectifier ) gelombang penuh
36
Penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu :
- Penyearah Bridge ( jembatan )
- Penyearah Center Tap
Tegangan DC pada beban dinyatakan dengan persamaan (2) :
πm
DCVV 2
= ……………………………………………………………... (2)
III. 1. Faktor Ripple
Keefektifan suatu penyearah ditentukan oleh faktor ripple yang sesuai dengan
persamaan (3) :
Faktor ripple = r =VoltageDC
rmspeaktopeakvoltageripple−
−−−−− )( =DC
ripple
VV
……. (3)
Dengan menggunakan persamaan (3) diatas, dapat disimpulkan bahwa
penyearah gelombang penuh memiliki ripple yang lebih kecil daripada penyearah
½ gelombang.
Vripple peak to peak
Vdc
tegangan
Waktu
III. 2. Faktor Regulasi
Faktor regulasi adalah besarnya yang menyatakan perubahan tegangan output
suatu power supply karena perubahan harga beban. Faktor regulasi dinyatakan
dalam persamaan (4) :
Faktor Regulasi = RF = [ ]
%100×−
fullload
fullloadnoload
VVV
………………………..… (4)
37
III. 3. Filter Kapasitor
Filter pada power supply berfungsi untuk memperkecil ripple tegangan
dengan memanfaatkan proses pengisian dan pengosongan ( Charge dan discharge
) muatan pada kapasitor. Harga kapasitansi kapasitor dietntukan dengan
persamaan :
Kapasitansi = C = ripple
DC
VI⋅4,2 =
rippleload
DC
VRV⋅⋅4,2 …………………………………... (5)
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
V.1. Penyearah ½ Gelombang
Gambar 1. Penyearah ½ Gelombang
1. Buat rangkaian seperti pada gambar diatas pada kit praktikum
2. Pasang tegangan sekunder transfoemator pada 15 volt peak to peak dan
beban pada 5 KΩ. Amati tegangan output pada beban dengan
38
menggunakan oscilloscope. Gambar dan catat besarnya kemudian hitung
besar tegangan DC - nya ( DCV ) !
3. Pasangkan kapasitor C paralel dengan beban. Amati tegangan output pada
beban 5 KΩ. Gambar bentuk gelombang dan catat besar tegangan ripple
peak to peak ( Vr peak to peak ) yang terjadi. Kemudian hitung besar
tegangan DC-nya ( DCV ). Lakukan untuk harga C yang berubah – ubah
sesuai dengan tabel 1.
4. Pasangkan kapasitor C 10 µF. Ubah – ubah nilai resistansi sesuai dengan
tabel 2. Amati tegangan output yang dihasilkan ! Gambar bentuk
gelombang serta catat besar tegangan ripple peak to peak ( Vr peak to
peak ) yang terjadi, kemudian hitung besar tegangan DC-nya ( DCV ) !
Tabel 1. Penyearah ½ gelombang dengan C yang berubah – ubah
No
Kapasitor C
( µF )
Gambar gelombang
output pada beban
Vr peak to peak
( Volt ) DCV
(Volt)
1 1,00
2 10,0
Tabel 2. Penyearah ½ gelombang dengan beban yang berubah – ubah
No
Resistor R
( Ω )
Gambar gelombang
output pada beban
Vr peak to peak
( Volt ) DCV
(Volt)
1 1,00
2 3,00
Pertanyaan V.1. :
1. Jelaskan pengaruh perubahan nilai kapasitansi dan nilai resistansi beban
pada percobaan V.1. diatas !
2. Gambarkan grafik perubahan nilai kapasitansi dan beban terhadap
perubahan nilai DCV !
39
V.2. Penyearah Gelombang Penuh
Beban
+15
0
a
b
Gambar 2. Penyearah Bridge
Gambar 3. Penyearah Center Tap
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 2 pada kit praktikum !
2. Atur sedemikian rupa sehingga didapat resistansi beban sebesar 5,00
KΩ ! Amati tegangan output untuk beban ( Vab ) dengan menggunakan
oscilloscope ! Gambar bentuk gelombang yang terjadi, catat besarnya,
kemudian hitung tegangan DC – nya ( DCV ) !
3. Pasangkan kapasitor C paralel dengan beban 5,00 KΩ. Amati tegangan
output untuk beban ( Vcd ) dengan menggunakan oscilloscope ! Gambar
bentuk gelombang dan catat besar tegangan ripple peak to peak ( Vr peak
to peak ) yang dihasilkan ! Kemudian hitung besar tegangan DC-nya
( DCV ). Lakukan untuk harga C yang berubah – ubah sesuai dengan tabel 3
!
4. Pasangkan kapasitor C dengan kapasitansi 2,40 µF. Ubah – ubah nilai
resistansi sesuai dengan tabel 4. Amati tegangan output pada beban ( DCV )
! Gambar bentuk gelombang yang terjadi untuk setiap perubahan nilai
40
resistansi beban, serta catat besar tegangan ripple peak to peak yang
dihasilkan !
5. Atur beban pada posisi maksimum dan pasangkan kapasitor denga
kapasitansi 2,40 µF ! Ukur tegangan output pada beban ( Vfull load ) dengan
oscilloscope, catat hasilnya, kemudian gambar bentuk gelombangnya !
6. Lepaskan beban ! Ukur tegangan outputnya ( Vno load ) dengan oscilloscope
! Gambar bentuk gelombang serta hitung faktor regulasinya !
7. Pindahkan hubungan ground ke titik a ! balik polaritas kapasitor, pasang
beban dengan resistansi 5 KΩ. Ukur tegangan output ( Vba) terhadap
ground dengan menggunakan oscilloscope. Amati, kemudian gambar
bentuk gelombang yang dihasilakan ! Apa yang dapat anda simpulakan ?
8. Lakukan langkah 1 – 6 untuk penyearah Center Tap.
Tabel 3. Penyearah Gelombang Penuh dengan beban tetap
Beban
(KΩ)
Kapasitor C
(µF)
Bridge Center Tap
Vr peak to
peak (Volt) DCV
(Volt)
Vr peak to
peak (Volt) DCV
(Volt)
5,00 1,00
3,00
Tabel 4. Penyearah Gelombang Penuh dengan Kapasitansi tetap
Kapasitor C
(µF)
Beban
(KΩ)
Bridge Center Tap
Vr peak to
peak (Volt) DCV
(Volt)
Vr peak to
peak (Volt) DCV
(Volt)
2,40 1,00
3,00
Pertanyaan V.2. :
Gambar grafik perubahan nilai kapasitansi C dan beban terhadap
perubahan DCV !
41
V. PERTANYAAN DAN TUGAS AKHIR
1. Apa yang menyebabkan ripple tegangan ? Jelaskan !
2. Analisa rangkaian penyearah setengah gelombang. Terangkan sehingga didapat
bentuk output setengah siklus !
3. Analisalah rangkaian penyearah gelombang penuh metode bridge. Terangkan
urutan jalannya arus ! Gambar bentuk gelombangnya sehingga didapat
gelombang searah pada output !
4. a. Apakah fungsi dari regulator ?
b. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari regulator analog, regulator IC dan
regulator zener ?
5. Perhatikan rangkaian power supply dengan metode bridge :
a. Analisa rangkaian diatas menurut jalan arusnya !
b. Bila dioda adalah dioda silikon dan besar hambatan beban R1 = 2,4 KΩ.
Hitung besar tegangan output ( Vout ) yang dihasilkan !
c. Gambarkan bentuk gelombang Vab dan Vcd !
6. Rancanglah sebuah power supply yang menghasilkan tegangan output 15 Volt
serta mempunyai faktor ripple 10 % bila diberi beban dengan impedansi 20 KΩ
!
7. Kesimpulan apa yang didapat dari seluruh rangkaian percobaan diatas
42
DIODA
I. TUJUAN
1. Mempelajari karakteristik dioda beserta sifat – sifatnya
2. Mempelejari dioda dalam beberapa aplikasi
II. ALAT – ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Kit praktikum Power Supply
2. oscilloscope
3. Multimeter
4. Generator Nada
5. Kabel Penghubung
III. DASAR TEORI
Dioda adalah komponen semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus dan
tegangan listrik pada satu arah saja. Jenis – jenis dioda ada beberapa macam yaitu :
LED, Dioda Zener, Dioda Varaktor, Step Recovery dan Dioda Stottcky.
Simbol dioda :
Bila terminal negatif sumber DC dihubungkan dengan tipe-n pada dioda dan
terminal positif sumber DC dihubungkan dengan tipe-p pada dioda, maka dioda
forward bias atau apabila dianggap sebagai saklar otomatis, maka saklar dalam
keadaan tertutup. Bila terminal negatif sumber DC dihubungkan dengan tipe-p pada
dioda dan terminal positif pada sumber DC dihubungkan dengan tipe-n pada dioda,
maka dioda reverse bias atau saklar dalam keadaan terbuka.
Secara ideal, dioda berlaku sebagai konduktor sempurna ( tegangan berharga nol )
jika dibias reverse.
Berikut adalah beberapa aplikasi dari dioda :
43
Clipper positif :
Clipper negatif :
Clipper kombinasi :
Clamper positif :
44
Clamper negatif :
Rangkaian detektor puncak ke puncak :
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
Pengukuran Karakteristik
1. Pelajari rangkaian dioda, dioda zener dan dioda varaktor dibawah ini,
kemudian rangkailah pada kit praktikum yang telah disediakan !
2. Aturlah tegangan dari 0, 2, 4, 6, dan 8 volt lalu hubungkan ke rangkaian.
3. Ukurlah tegangan pada dioda ( VD ), tegangan pada resistor ( VR ), dan ukur
arus yang mengalir pada rangkaian !
4. Lakukan langkah – langkah diatas untuk pengukuran karakteristik pada
rangkaian dioda, dioda dibalik, dioda zener dan dioda varaktor !
5. Tuliskan hasil pengamatan ada tabel dibawah ini :
Vin VD VR I
45
0
2
4
6
8
6. Buatlah grafik karakteristik ( I terhadap VD ) untuk tiap percobaan ! khusus
untuk percobaan karakteristik Dioda Zener buatlah karakteristik Vin terhadap
VD
Rangkaian pengukuran Dioda :
VR
VD
1N4002
Vin 470 Ohm
Rangkaian pengukuran Dioda Zener :
Vin
470 Ohm
VD
Rangkaian pengukuran Dioda Varaktor :
46
V. TUGAS AKHIR
1. Coba bandingkan apa yang terjadi pada posisi sebelum dibalik dan setelah dibalik
untuk tiap percobaan pada pengukuran karakteristik !
2. Apakah ada perbedaan antara karakteristik dioda dengan karakteristik dioda zener
? Jelaskan !
3. Dari hasil pengukuran dapat diketahui berapakah besarnya tegangan dioda zener
yang digunakan ?
4. Khusus untuk pengukuran karakteristik dioda adan dioda zener buatlah analisis
garis bebannya dan tentukan titik kerjadari dioda tersebut tersebut!
5. Apa perbedaan dasar antara clipper dengan clamper pada gelombang output yang
dihasilkannya ?
6. Buatlah output dari setiap aplikasi dioda diatas dengan menggunakan software
Electronic WorkBench ( EWB ) !
7. Coba bandingkan apakah clipper kombinasi merupakan penggabungan antara
clipper positif dan clipper negatif ? Jelaskan!
VI. DAFTAR PUSTAKA
SOEGIJARDJO S DAN WIDOWATI S : Praktek Elektronika 1 1978
DECY N : Diktat Dasar Elektronika 2007.
47
MODUL II-6
DASAR TRANSISTOR
I. TUJUAN
1. Mempelajari cara kerja Transistor Bipolar
2. Menentukan titik kerja Transistor
3. Membuat garis beban DC
II. ALAT-ALAT
1. Kit praktikum Dasar Tansistor
2. Power Supply
3. Multimeter
III. TEORI DASAR
Konstruksi
Dari susunan bahan semikonduktor yang digunakan, transistor dapat dibedakan
menjadi dua buah tipe yaitu transistor tipe PNP dan transistor tipe NPN.
Pada prinsipnya transistor sama dengan dua buah dioda yang disusun saling
bertolak belakang, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :
Struktur PNP Struktur NPN
48
Rangkaian Bias Transistor
Bias Basis
Gambar diatas merupakan rangkaian bias basis. Biasanya catu daya basis sama
dengan catu daya kolektor ; VBB = VCC. Cara pemberian prategangan pada transistor
merupakan cara yang paling buruk dalam operasi linier ini, karena titik Q akan
menjadi tidak stabil.
Sebuah sumber tegangan VBB membias dioda forward emitter melalui resistor yang
membatasi arus pada RB. Hukum tegangan Kirchoff menyatakan tegangan pada RB
adalah VBB-VBE.
Hukum Ohm memberikan arus bias :
B
BEBBB R
VVI −= … (1)
Dimana : VBE = 0,3 Volt untuk transistor germanium.
VBE = 0,7 Volt untuk transistor silicon.
Arus kolektor (IC) = β x IB
Penggunaan utama prategangan basis adalah dalam rangkaian-rangkaian digital
yang transistornya digunakan sebagai sakelar.
Bias Emitter
49
Untuk mengatasi perubahan β dc maka digunakan rangkaian “Prategangan Umpan
Balik Emitter”.
Rangkaiannya sebagai berikut :
RE berfungsi untuk mengimbangi perubahan β dc.
VCC = VRC+VRE … (3)
IC = EC
CECC
RRVV
+− … (4)
Pada saat saturasi maka VCE = 0, sehingga :
IC saturasi = EC
CC
RRV+
… (5)
Pada saat cut-off, maka VCE = maksimum ; IC = 0, sehingga :
VCE = VCC
Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider)
Rangkaian diatas adalah rangkaian pembagi tegangan, disebut juga prategangan
semesta (universal). Rangkaian ini banyak digunakan dalam rangkaian-rangkaian
50
linier. Disebut pembagi tegangan karena berasal dari pembagi tegangan pada R1 dan
R2. Tegangan yang melintasi R2 memberi tegangan maju pada dioda emitter.
Prategangan pembagi tegangan bekerja sebagai berikut, misalkan kita membuka
sambungan basis pada gambar diatas, dengan demikian kita akan melihat pembagi
tegangan tanpa beban yang mempunyai tegangan thevenin sebesar :
VccRR
RVTH12
2
+= … (6)
Dan hambatan thevenin sebesar :
21
2121
.//RR
RRRRRTH +== … (7)
Garis Beban
Persamaan garis beban untuk rangkaian prategangan pembagi tegangan adalah :
IC = EC
CECC
RRVV
+− … (8)
Untuk IC saturasi VCE = 0
IC saturasi = EC
CC
RRV+
… (9)
Untuk VCE cut-off adalah IC = 0
VCE cut-off = VCC …(10)
Rangkaian transistor sebagai switch adalah sebagai berikut :
51
Jika transistor dalam keadaan saturasi maka VCE = 0 artinya pada terminal C dan E
akan terhubung sehingga arus mengalir dan transistor menjadi ON. Jika transistor
dalam keadaan cut-off maka IC = 0, dan terminal C dan E akan terbuka sehingga
tidak ada arus yang mengalir melalui transistor dan transistor menjadi OFF.
Dari rangkaian diatas diketahui :
VCC = ICRC + VLED + VCE …(11)
VBB = IBRB + VBE …(12)
Pada saat transistor dalam keadaan saturasi VCE = 0
VCC = ICRC + VLED + 0 …(13)
IC = C
LEDCC
RVV − …(14)
Pada saat transistor dalam keadaan cut-off IC = 0
VCE = VCC – VLED … (15)
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
Prategangan Basis (Base Bias) :
1. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini :
2. Untuk setiap perubahan RB, RC, VCC, VBB ukur nilai dari VCE, VBE, IB, IC, IC
saturasi.
3. Catat hasil pengamatan kedalam tabel 1.
52
4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan, kemudian tentukan titik Q
(Queiscent).
Tabel 1 :
No VCE VBE IB (uA) IC (mA) IC sat = VCC/RC
1
VCC = 9 V
VBB = 5 V
RC = 330 Ω
RB = 820 Ω
2
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 510 Ω
RB = 2K2 Ω
3
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 820 Ω
RB = 3K3 Ω
4
VCC = 15 V
VBB = 7 V
RC = 2K2 Ω
RB = 4K7 Ω
5
VCC = 15 V
VBB = 0 V
RC = 4K7 Ω
RB = 12K Ω
Prategangan Umpan Balik Emitter :
53
1. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini :
2. Untuk setiap perubahan VBB, VCC, RC, RB, RE, sesuai tabel 2, ukur VCE, VBE, IB,
IC, IC saturasi.
3. Catat hasil pengamatan kedalam tabel 2.
4. Gambar garis beban dc dan titik Q untuk setiap pengamatan.
Tabel 2 :
No VCE VBE IB (uA) IC (mA) IC sat = VCC/RC
1
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 330 Ω
RE = 220 Ω
RB = 2K2 Ω
2
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 510 Ω
RE = 330 Ω
RB = 3K3 Ω
3
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 820 Ω
RE = 330 Ω
RB = 4K7 Ω
54
4
VCC = 15 V
VBB = 6 V
RC = 1K Ω
RE = 510 Ω
RB = 4K7 Ω
5
VCC = 15 V
VBB = 0 V
RC = 820 Ω
RE = 330 Ω
RB = 12 KΩ
Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider) :
1. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini :
2. Untuk setiap perubahan VCC, R1, R2, RC, RE ukur harga : VTH, VCE, VBE, IB, IC,
IC saturasi.
3. Catat hasil pengamatan kedalam tabel 3.
4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan kemudian tentukan titik Q.
Tabel 3 :
No VCE VBE IE (mA) IC (mA) IC sat = VCC/RC
1
VCC = 15 V
R1 = 2K2 Ω
R2 = 510 Ω
RC = 330 Ω
55
RE = 220 Ω
2
VCC = 10 V
R1 = 2K2 Ω
R2 = 510Ω
RC = 820 Ω
RE = 220 Ω
3
VCC = 15 V
R1 = 1M Ω
R2 = 2K2Ω
RC = 3K3 Ω
RE = 220 Ω
4
VCC = 7 V
R1 = 1K Ω
R2 = 220 Ω
RC = 510 Ω
RE = 330 Ω
5
VCC = 0 V
R1 = 2K2 Ω
R2 = 510 Ω
RC = 820 Ω
RE = 220 Ω
Switch Transistor :
1. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini :
56
2. Untuk setiap perubahan VBB, VCC, RB, RC sesuai tabel ukur : VBE, VLED, VCE, IB,
IC, IC saturasi.
3. Catat hasil pengamatan kedalam tabel 4.
4. Gambar garis beban dc untuk setiap pengamatan.
Tabel 4 :
No VCE VBE IB (uA) IC (mA) IC sat = VCC/RC
1
VCC = 10 V
VBB = 5 V
RC = 820 Ω
RE = 3K3 Ω
2
VCC = 15 V
VBB = 0 V
RC = 820 Ω
RE = 3K3 Ω
3
VCC = 6 V
VBB = 3 V
RC = 4K7 Ω
RE = 0 Ω
4
VCC = 10 V
VBB = 15 V
RC = 4K7 Ω
RE = 2K2 Ω
5
VCC = 9 V
VBB = 0 V
RC = 2K2 Ω
RE = 220 KΩ
57
V. TUGAS AKHIR
1. Gambarkan garis beban dc dan tentukan titik kerja Q menurut perhitungan
untuk setiap percobaan, kemudian bandingkan dengan hasil pengamatan.
2. Terangkan cara kerja rangkaian transistor menurut gambar 1, 2, 3, 4.
3. Mengapa pada Bias Basis titik Q-nya tidak stabil? dan bagaimana cara
mengatasinya.
4. Sebutkan keuntungan dan kerugian serta kegunaan dari rangkaian Bias Basis,
Bias Emitter, dan Prategangan Pembagi Tegangan.
5. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari percobaan.
VI. DAFTAR PUSTAKA
- Diktat Kuliah ‘ Dasar Elektronika ‘.
- Diktat Kuliah ‘ Elektronika Analog ‘.
- Boylestad, Robert, ‘ Electronic Devices and Circuit Theory ‘, Prentice Hall.
58
MODUL II-7
FILTER PASIF
VII. TUJUAN
1. Mempelajari karakteristik respon frekuensi dari berbagai macam filter (LPF,
HPF, BPF, BRF).
2. Membandingkan respon frekuensi yang diperoleh dari perhitungan dengan
pengukuran.
VIII. ALAT-ALAT
1. Komponen pasif (resistor, induktor, kapasitor).
2. Oscilloscope.
3. Function Generator.
4. Jumper dan Probe.
5. Project Board.
IX. TEORI DASAR.
Rangkaian Filter adalah rangkaian elektronika yang dapat melewatkan suatu sinyal
dengan frekuensi tertentu dan akan menahan sinyal dengan frekuensi lainnya.
Berdasarkan komponen yang digunakannya, rangkaian filter dapat dikelompokan
menjadi dua jenis, yaitu filter aktif dan filter pasif. Filter aktif disusun dari
komponen aktif dan komponen pasif serta memiliki penguatan pada terminal
outputnya. Sedangkan filter pasif hanya terdiri dari komponen pasif saja sehingga
tidak dapat dijadikan rangkaian penguat.
Respon frekuensi adalah suatu tanggapan filter terhadap fungsi frekuensi.
Berdasarkan spektrum frekuensinya, filter dapat dikelompokan menjadi empat
kategori, yaitu :
- Low Pass Filter (LPF).
- High Pass Filter (HPF).
- Band Pass Filter (BPF).
59
- Band Reject Filter (BRF).
Berikut ini adalah beberapa macam rangkaian sederhana yang dapat dijadikan filter
pasif :
FILTER RC
Rangkaian yang tersusun atas komponen R dan C dapat digunakn sebagai filter
HPF, LPF, dan BPF. Pada penggunaannya sebagai filter HPF dan LPF, rangkaian
ini memiliki suatu nilai batas frekuensi sebesar :
)(2
1 HzRC
fco π= … (1)
Nilai ini dipengharuhi oleh besar resistor dan kapasitor yang digunakan.
a. Filter RC (LPF).
Filter RC yang digunakan sebagai Low Pass Filter memiliki respon frekuensi
sebesar :
11
)( +=
RCjH j ωω … (2)
60
b. Filter RC (HPF).
Filter RC yang digunakan sebagai High Pass Filter memiliki respon frekuensi
sebesar :
1)( +=
RCjRCjH j ω
ωω … (3)
FILTER RL
Rangkaian yang tersusun atas komponen R dan L dapat digunakan sebagai filter
HPF, LPF dan BPF. Pada penggunaannya sebagai filter HPF dan LPF, rangkaian ini
memiliki suatu nilai batas frekuensi sebesar :
)(2
HzL
Rfco π= … (4)
Nilai ini dipengaruhi oleh besar resistor dan inductor yang digunakan.
a. Filter RL (LPF).
61
Filter RL yang digunakan sebagai Low Pass Filter memiliki respon frekuensi
sebesar :
RLjRH j +
=ωω )( …(5)
b. Filter RL (HPF).
Filter RL yang digunakan sebagai High Pass Filter memiliki respon frekuensi
sebesar :
RLjLjH j +
=ωω
)( …(6)
FILTER RLC (BPF)
Filter RLC seri dibwah akan menghasilkan suatu respon frekuensi, yaitu :
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=
CLjR
H j
ωω
ω 11
)( … (7)
Sedangkan untuk rangkaian RLC parallel, memiliki respon frekuensi sebesar:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=
LCj
R
H j
ωω
ω 111
)( … (8)
62
Khusus untuk rangkaian RLC seri dan RLC parallel, frekuensi resonansinya adalah
:
)(2
1 HzLC
fco η= … (9)
Pada kondisi ini dapat diperoleh nilai bandwidth dan factor kualitas untuk rangkaian
seri (s) serta factor kualitas untuk rangkaian parallel (p), sebesar :
)(12 HzffBW coco −= … (10)
LRL
Qs0
0 1ω
ω== … (11)
LRRCQp0
0 ωω == … (12)
Hubungan antara lebar pita dengan factor kualitas rangkaian adalah :
BWQ 0ω= … (13)
Rangkaian RLC seri dan parallel yang menghasilkan respon BPF ini memiliki du
buah frekuensi cut-off, yaitu :
2
00
1 211
2 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++−=
QQco ωω
ω [rad/s] … (14)
2
00
2 211
2 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++=
QQco ωω
ω [rad/s] ... (15)
63
a. Rangkaian Filter RLC seri :
b. Rangkaian Filter RLC parallel :
X. PROSEDUR PERCOBAAN.
Catatan :
- Kutub negtif harus di-ground dengan baik.
- Jumper dan probe harus terhubung dengan baik agar tidak menghasilkan noise
pada pengukuran.
- Pastikan oscilloscope sudah dalam keadaan terkalibrasi.
- Tabel. 1
F (KHz) Vopp (Volt)
64
Filter RC (LPF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Atur tegangan Input Function Generator sebesar 6 Vpp dengan menggunakan
Oscilloscope.
3. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
4. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
5. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang , hitung besar tegangan
output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap perubahan frekuensi.
Filter RC (HPF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Atur tegangan Input Function Generator sebesar 6 Vpp dengan menggunakan
Oscilloscope.
3. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
4. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
5. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang ditentukan asisten,
hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap
perubahan frekuensi.
65
Filter RL (LPF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
3. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
4. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang ditentukan asisten,
hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap
perubahan frekuensi.
Filter RL (HPF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
3. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
4. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang ditentukan asisten,
hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap
perubahan frekuensi.
66
Filter RLC (BPF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
3. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
4. Atur frekuensi Function Generator pada frekeunsi yang ditentukan asisten,
hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap
perubahan frekuensi.
Filter RLC (BRF)
1. Susun rangkaian diatas pada Project Board dengan menggunakan komponen
yang telah disediakan asisten. Hitung nilai masing-masing komponennya.
2. Hubungkan output dari Function Generator ke input rangkaian.
3. Hubungkan ouput rangkaian dengan Oscilloscope.
4. Atur frekuensi Function Generator pada frekuensi yang ditentukan asisten,
hitung besar tegangan output-nya dan tulis hasilnya pada table 1 untuk setiap
perubahan frekuensi.
67
XI. TUGAS AKHIR
1. Gambarkan grafik Vo terhadap fungsi frekuensi pada kertas grafik!.
Dari gambar tersebut, jelaskan fungsi rangkaiannya!.
2. Berapa frekuensi cut-off untuk masing-masing percobaan ?
Bandingkan dari hasil pengukuran dan perhitungan !.
3. Berapa Bandwidth untuk percobaan filter BPF dan BRF?
Bandingkan dari hasil pengukuran dan perhitungan !.
68
MODUL II – 8
DIFERENSIATOR – INTEGRATOR
I. TUJUAN
• Mempelajari sifat-sifat rangkaian Integrator dan Diferensiator.
• Mempelajari kegunaan Integrator dan Diferensiator sebagai filter.
II. ALAT – ALAT YANG DIGUNAKAN
• Kit Praktikum Integrator dan Diferensiator.
• Oscilloscope.
• Audio Generator.
• Jumper.
III. TEORI
RANGKAIAN DIFERENSIATOR
a. RC Diferensiator
C
+ +
Vi R Vo
- -
Menurut Hukum Kirchoff
iRidtC
Vi .1+= ∫
1. Untuk ∫ ⟩⟩= iRidtC
Vi .1 , maka ∫=≈ idtC
ViVi 1 atau dt
dViCI ≈ sehingga didapatkan
hubungan antara input dan output sebagai berikut : dt
dViCRiRVo .. == …………(1)
69
2. Untuk gelombang sinusoida
Bila ∫ ⟩⟩= iRdtiC
Vi ..1 dalam bentuk phasornya iRICj
..1⟩⟩
ω akan menghasilkan :
RC⟩⟩
ω1 atau 1⟨⟨RCω . Dari uraian di atas dapat di simpulkan bahwa jika dipengaruhi
syarat, maka rangakaian tersebut berfungsi sebagai Diferensiator.
3. Transfer Function
ωω
ωω01
111
11
jRCjRCJ
R
RViVo
−=
+=
+= dimana
RC1
0 =ω atau RC
foπ21
= untuk
0ωω⟩⟩ atau RC1
⟩⟩ω , maka 1≈iVoV sehingga rangkaian diatas merupakan High Pass
Filter (HPF).
b. RC Diferensiator
+ +
Vi L Vo
- -
Hubungan antara input dan output adalah sebagai berikut :
dtdVi
RLVo = …………………………………………………. (2)
RANGKAIAN INTEGRATOR
a. RC Integrator
70
+ R +
Vi C Vo
- -
Dengan cara yang sama seperti pada Diferensiator, diperoleh hubungan antara
input dan output sebagai berikut :
∫= VidtRC
Vo 1 ………………………………………………………. (3)
b. RL Integrator
L
+ +
R
Vi Vo
Hubungan output dan inputnya :
∫= VidtLRVo ………………………………………………………(4)
PROSEDUR PERCOBAAN
a. RC Integrator sebagai filter
+ R +
Vi C Vo
- -
71
• Pelajari gambar rangkaian diatas.
• Atur tegangan output Audio Generator sebesar 4 Vpp berbentuk sinusoida, setelah itu
hubungkan dengan input rangkaian.
• Hubungkan output rangkaian dengan oscilloscope
• Atur frekuensi generator sesuai tabel di bawah ini. Tegangan input harus tetap setiap
perubahan frekuensi.
• Lakukan prosedur di atas untuk harga – harga R dan C seperti data Tabel 1
Frekuensi
Input
(KHz)
Tegangan Output (Volt)
R = 100 Ω R = 2K2 Ω
C = 22pF C = 10nF C=100nF C = 22pF C = 10nF C=100nF
0,3
0,6
2
4
10
100
b. RC Diferensiator sebagai filter
+ C +
Vi R Vo
- -
• Pelajari gambar rangkaian diatas.
• Atur tegangan output Audio Generator sebesar 4 Vpp berbentuk sinusoida, setelah itu
hubungkan dengan input rangkaian.
• Hubungkan output rangkaian dengan oscilloscope
72
• Atur frekuensi generator sesuai tabel II.
Frekuensi
Input
(KHz)
Tegangan Output (Volt)
R = 680 Ω R = 2K2 Ω
C = 22pF C = 10nF C = 22pF C = 10nF
0,3
0,6
2
4
10
100
IV. PERTANYAAN
1. Secara teori gambarkan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh
rangkaian integrator dan diferensiator bila inputnya adalah gelombang pulsa !
2. Gambarkan bentuk gelombang yang dihasilkan rangkaian integrator &
diferensiator sesuai dengan hasil percobaan saudara !
3. Bandingkan gambar pada no 1 dan no 2, apakah sesuai dengan yang
diharapkan ?
V. PUSTAKA
Hayt, William. Engineering Circuit Analysis. 3rd Edition
top related