Tugas Pendahuluan Modul II

 TUGAS PENDAHULUAN

MODUL II: OSCILLOSCOPE DAN PENGUKURAN DAYA

1. Jelaskan pengertian dan fungsi oscilloscope!

    Jawab: 

    Pengertian Osciloscope:

    Osciloscope adalah alat elektronik yang digunakan untuk melihat dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik. Alat ini menampilkan grafik tegangan (sumbu Y) terhadap waktu (sumbu X), sehingga memungkinkan pengguna untuk mengamati bagaimana tegangan berubah seiring waktu. Osiloskop sangat berguna dalam bidang elektronik, telekomunikasi, dan rekayasa listrik.

    Fungsi Osciloscope:

    1. Menampilkan Bentuk Gelombang:

    Osiloskop menunjukkan bentuk sinyal listrik, seperti gelombang sinus, kotak, segitiga, atau pulsa. Ini membantu pengguna memahami karakteristik sinyal.

    2. Mengukur Tegangan:

    Osiloskop bisa mengukur tegangan puncak-ke-puncak (peak-to-peak), tegangan RMS, atau tegangan rata-rata dari suatu sinyal.

    3. Mengukur Frekuensi dan Periode:

    Dengan melihat periode sinyal (waktu yang dibutuhkan untuk satu siklus gelombang), osiloskop dapat menghitung frekuensi sinyal tersebut.

    4. Menganalisis Waktu:

    Osiloskop dapat mengukur waktu naik (rise time), waktu turun (fall time), dan durasi pulsa, yang penting dalam analisis sinyal digital.

    5. Membandingkan Fasa:

    Osiloskop bisa membandingkan fasa antara dua sinyal, berguna untuk analisis rangkaian AC atau sistem komunikasi.

2. Jelaskan prinsip kerja dari osciloscope!

    Jawab:

    Prinsip Kerja Osciloscope:

    Osiloskop bekerja dengan cara menangkap sinyal listrik dan menampilkannya dalam bentuk grafik tegangan (sumbu Y) terhadap waktu (sumbu X). Berikut adalah penjelasan lebih detail tentang prinsip kerjanya:

1. Input Sinyal:

Sinyal listrik yang akan diukur dihubungkan ke osiloskop melalui probe. Probe ini berfungsi sebagai penghubung antara rangkaian yang diuji dan osiloskop. Probe biasanya memiliki pengaturan attenuasi (pengurangan tegangan) untuk menyesuaikan sinyal yang masuk agar tidak melebihi batas kemampuan osiloskop.

2. Penguatan dan Attenuasi:

Sinyal yang masuk akan melewati rangkaian penguat (amplifier) atau attenuator (peredam) tergantung pada amplitudo sinyal.

• Jika sinyal terlalu kecil, osiloskop akan menguatkannya.
• Jika sinyal terlalu besar, osiloskop akan menguranginya agar sesuai dengan rentang pengukuran.

3. Sistem Trigger:

Trigger adalah mekanisme yang mengatur kapan osiloskop mulai menggambar sinyal pada layar. Tanpa trigger, sinyal yang ditampilkan akan tidak stabil atau bergerak terus-menerus.

Trigger bekerja dengan cara mendeteksi titik tertentu pada sinyal (misalnya, saat sinyal mencapai tegangan tertentu atau saat sinyal naik/turun). Setelah kondisi trigger terpenuhi, osiloskop akan mulai menggambar sinyal.

4. Pembelokan Vertikal (Y-axis):

Sinyal yang sudah diolah akan dikirim ke pelat defleksi vertikal (pada osiloskop analog) atau diubah menjadi data digital (pada osiloskop digital).

• Pada osiloskop analog, sinyal ini akan membelokkan berkas elektron di dalam tabung sinar katoda (CRT) secara vertikal, sehingga menciptakan gerakan naik-turun pada layar.
• Pada osiloskop digital, sinyal diubah menjadi data digital oleh ADC (Analog-to-Digital Converter) dan kemudian diproses untuk ditampilkan di layar LCD.

5. Pembelokan Horizontal (X-axis):

Osiloskop memiliki time base yang mengontrol sumbu horizontal (waktu). Time base menentukan seberapa cepat sinyal digambar dari kiri ke kanan.

• Pada osiloskop analog, pelat defleksi horizontal akan membelokkan berkas elektron secara horizontal, menciptakan gerakan kiri-kanan.
• Pada osiloskop digital, time base diatur secara digital untuk menentukan interval waktu antara setiap titik sampel.

6. Penampilan Sinyal:

• Osiloskop Analog: Sinyal ditampilkan pada layar CRT (tabung sinar katoda). Berkas elektron akan menyinari layar fosfor, menciptakan gambar sinyal yang terlihat.
• Osiloskop Digital: Sinyal diubah menjadi data digital, diproses oleh mikroprosesor, dan ditampilkan pada layar LCD sebagai grafik.

7. Pengukuran dan Analisis:

Osiloskop modern dilengkapi dengan fitur pengukuran otomatis, seperti:

• Tegangan (peak-to-peak, RMS, rata-rata).
• Frekuensi dan periode.
• Waktu naik (rise time) dan waktu turun (fall time).
• Analisis FFT (untuk melihat spektrum frekuensi).

3. Jelaskan apa itu daya!

Daya adalah besaran fisika yang mengukur laju energi yang dihasilkan, dikonsumsi, atau ditransfer dalam suatu sistem. Secara sederhana, daya adalah kecepatan melakukan kerja atau kecepatan penggunaan energi. Satuan daya dalam Sistem Internasional (SI) adalah Watt (W), di mana 1 Watt setara dengan 1 Joule per detik (1 W = 1 J/s).

4. Jelaskan macam-macam daya beserta penggunaanya dalam kehidupan sehari-hari!

    Jawab:

    

1. Daya Listrik (Electrical Power):

    Daya listrik adalah daya yang dihasilkan atau dikonsumsi oleh peralatan listrik. Daya ini dihitung dengan rumus:

$$\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">P</span></span>}<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">=</span></span>\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">V</span></span>}<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">\times </span></span>\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">I</span></span>}$$

di mana:

• P = Daya (Watt)

• V = Tegangan (Volt)

• I = Arus (Ampere)

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Lampu: Lampu dengan daya 10 Watt mengonsumsi energi 10 Joule setiap detik.

- Kulkas: Kulkas dengan daya 100 Watt berarti menggunakan energi 100 Joule setiap detik.

2. Daya Mekanik (Mechanical Power):

   Daya mekanik adalah daya yang dihasilkan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda dan menyebabkan perpindahan. Rumusnya:

$$\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">P</span></span>}<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">=</span></span>\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">F</span></span>}<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">\times </span></span>\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">v</span></span>}$$

di mana:

• P = Daya (Watt, W)

• F = Gaya (Newton, N)

• v = Kecepatan (meter per detik, m/s)

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Kendaraan Bermotor: Mesin mobil dengan daya 100 kW dapat menggerakkan mobil lebih cepat daripada mesin dengan daya 50 kW.

- Sepeda: Pengendara sepeda mengeluarkan daya mekanik untuk mengayuh sepeda. Semakin besar daya yang dikeluarkan, semakin cepat sepeda bergerak.

3. Daya dalam Sistem AC (Alternating Current):

Dalam sistem arus bolak-balik (AC), daya dibagi menjadi tiga jenis:

a. Daya Nyata (Real Power, P):

    Daya nyata adalah daya yang benar-benar digunakan oleh beban untuk melakukan kerja. Satuan: Watt (W).

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Peralatan Rumah Tangga: Daya nyata digunakan oleh peralatan seperti lampu, kipas angin, dan pemanas air.

b. Daya Reaktif (Reactive Power, Q):

    Daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk medan magnet atau medan listrik pada komponen reaktif (seperti induktor atau kapasitor). Satuan: Volt-Ampere Reaktif (VAR).

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Motor Listrik: Motor listrik menggunakan daya reaktif untuk menciptakan medan magnet yang diperlukan untuk berputar.

- Transformator: Transformator menggunakan daya reaktif untuk mengubah tegangan listrik.

c. Daya Semu (Apparent Power, S):

    Daya semu adalah kombinasi daya nyata dan daya reaktif. Satuan: Volt-Ampere (VA).

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Perhitungan Daya Listrik: Daya semu digunakan untuk menentukan kapasitas pembangkit listrik seperti generator.

4. Daya Termal (Thermal Power):

    Daya termal adalah daya yang dihasilkan atau ditransfer dalam bentuk panas. Rumusnya:

$$\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">P</span></span>}<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">=</span></span>\frac{\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">Q</span></span>}}{\mathrm{<span\; style="background-color:\; white;"><span\; style="font-family:\; arial;">t</span></span>}}$$

di mana:

• P = Daya termal (Watt, W)

• Q = Energi panas (Joule, J)

• t = Waktu (detik, s)

Penggunaan dalam Kehidupan Sehari-Hari:

- Pemanas Air: dengan daya 2.000 Watt dapat memanaskan air lebih cepat daripada pemanas air dengan daya 1.000 Watt.

- Kompor Listrik: mengubah daya listrik menjadi daya termal untuk memasak makanan.

5. Jelaskan apa itu faktor daya dan jenis-jenis faktor daya beserta kurvanya!

    Jawab:

    Faktor daya (Power Factor, PF) adalah ukuran efisiensi penggunaan daya listrik dalam suatu sistem. Rumus:

PF = cosθ = P / S

Di mana:

P (Daya Aktif, Watt - W)

S (Daya Reaktif, VAR)

θ (Daya Semu, VA)

Faktor daya bernilai antara 0 dan 1. Jika faktor daya mendekati 1, berarti listrik digunakan secara lebih efisien.

Jenis-Jenis Faktor Daya dan Grafiknya

Faktor daya dapat dikategorikan menjadi tiga jenis berdasarkan hubungan antara arus dan tegangan:

1. Faktor Daya Lagging (PF < 1, Arus Tertinggal dari Tegangan)

• Terjadi pada beban induktif seperti motor listrik, transformator, dan lampu dengan ballast.
• Arus listrik tertunda atau tertinggal dari tegangan.
• Semakin besar pergeseran sudut fasa , semakin rendah faktor dayanya.

Grafik Gelombang Lagging:

Tegangan (garis biru) lebih dahulu dibanding arus (garis merah).

2. Faktor Daya Leading (PF<1, Arus Mendahului Tegangan)

• Terjadi pada beban kapasitif seperti kapasitor atau kabel panjang tanpa kompensasi.
• Arus listrik lebih cepat dari tegangan.
• Bisa terjadi dalam sistem dengan banyak kapasitor.

Grafik Gelombang Leading:

Arus (garis merah) lebih dahulu dibanding tegangan (garis biru).

3. Faktor Daya Unity (PF=1)

• Terjadi jika arus dan tegangan berada dalam fasa yang sama.
• Semua daya listrik digunakan secara efisien tanpa daya reaktif.
• Kondisi paling ideal tetapi jarang terjadi tanpa koreksi daya reaktif.

Grafik Gelombang Unity:

Tegangan dan arus berimpit satu sama lain

6. Jelaskan apa itu:

a. Amplifier             d. Probe             g. Perioda

b. Volt/div             e. Frekuensi         h. Attenautor

c. Time/div            f. Amplitudo

    Jawab:

a. Amplifier

Amplifier adalah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk memperkuat sinyal listrik. Amplifier dapat digunakan untuk meningkatkan tegangan, arus, atau daya suatu sinyal. Contohnya digunakan dalam sistem audio, radio, dan osiloskop.

b. Volt/div (Volt per divisi)

Volt/div adalah pengaturan pada osiloskop yang menentukan skala tegangan per divisi pada layar. Misalnya, jika Volt/div diatur ke 1V/div, maka setiap kotak vertikal di layar mewakili 1 Volt.

c. Time/div (Waktu per divisi)

Time/div adalah pengaturan pada osiloskop yang menentukan skala waktu per divisi horizontal di layar. Misalnya, jika Time/div diatur ke 1 ms/div, maka setiap kotak horizontal di layar menunjukkan waktu 1 milidetik.

d. Probe

Probe adalah perangkat yang digunakan untuk menghubungkan sinyal listrik ke alat ukur seperti osiloskop atau multimeter. Probe memungkinkan pengguna untuk mengukur tegangan, arus, atau bentuk gelombang tanpa mengganggu sinyal secara signifikan.

e. Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang yang terjadi dalam satu detik. Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz). Rumus frekuensi:

f = 1 / T

di mana f adalah frekuensi dalam Hertz dan T adalah perioda dalam detik.

f. Amplitudo

Amplitudo adalah nilai maksimum dari suatu sinyal atau gelombang terhadap titik referensi (biasanya nol). Dalam sinyal listrik, amplitudo menunjukkan seberapa kuat tegangan atau arus sinyal tersebut.

g. Perioda

Perioda adalah waktu yang diperlukan untuk satu siklus penuh gelombang. Satuan perioda adalah detik (s) dan dihitung dengan rumus:

T = 1 / f

di mana T adalah perioda dan f adalah frekuensi.

h. Attenuator

Attenuator adalah rangkaian atau komponen yang digunakan untuk mengurangi amplitudo sinyal tanpa mengubah bentuk gelombangnya. Attenuator sering digunakan dalam sistem komunikasi dan osiloskop untuk menghindari distorsi akibat sinyal terlalu besar.

Download Tugas Pendahuluan Disini