Function Generator dan Osciloscope

A.  PENGERTIAN FUNCTION GENERATOR

Function Generator adalah alat ukur elektronik yang menghasilkan, atau membangkitkan gelombang berbentuk sinus, segitiga, ramp, segi empat, dan bentuk gelombang pulsa.

Function generator terdiri dari generator utama dan generator modulasi. Generator Utama menyediakan gelombang output sinus, kotak, atau gelombang segitiga dengan rangkuman frekwensi 0,01 Hz sampai 13 MHz. Generator modulasi menghasilkan bentuk gelombang sinus, kotak, dan segitiga dengan rangkuman frekwensi 0,01 Hz sampai 10 kHz. Generator sinyal input dapat digunakan sebagai Amplitudo Modulation (AM) atau Frequensi Modulation (FM). Selubung (envelope) AM dapat diatur dari 0% sampai 100%; FM dapat diatur frekwensi pembawanya hingga ±5%. Function Generator umumnya menghasilkan frekuensi pada kisaran 0,5 Hz sampai 20 Mhz atau lebih tergantung rancangan pabrik pembuatnya. Frekuensi yang dihasilkan dapat dipilih dengan memutar-mutar tombol batas ukur frekuensi (frequency range).

Amplitudo sinyal yang dapat  diatur berkisar antara 0,1V – 20 V_p-p (tegangan puncak ke puncak) kondisi tanpa beban, dan 0,1 V – 10V_p-p (Volt peak to peak/tegangan puncak ke puncak) dengan beban sebesar 50Ω. Output  utama ditetapkan oleh SYNC Output. Gambar 47 memperlihatkan salah satu bentuk Function Generator yang dimaksud.

 

GAMBAR 47. FUNCTION GENERATOR

Generator fungsi (function generator) juga memiliki pengertian sebuah instrumen terandalkan yang memberikan suatu pilihan beberapa bentuk gelombang yang frekwensi-frekwensinya diatur sepanjang rangkuman (range) yang lebar. Bentuk-bentuk yang lazim digunakan adalah sinusoida, segitiga, persegi, dan gigi gergaji. Frekuensi bentuk - bentuk gelombang ini dapat bisa diatur dari sati hertz sampai beberapa ratus kilokertz (kHz) bahkan sampai megahertz (MHz).generator fungsi juga bagian dari peralatan atau software uji coba elektronik yang digunakan untuk menciptakan gelombang listrik. Gelombang ini bisa berulang-ulang atau satu kali yang dalam kasus ini semacam sumber pemicu diperlukan, secara internal ataupun eksternal.Tipe lain dari generator fungsi adalah sub-sistem yang menyediakan output sebanding terhadap beberapa input fungsi matematika. Contohnya, output berbentuk kesebandingan dengan akar kuadrat dari input. Alat seperti itu digunakan dalam sistem pengendali umpan dan komputer analog.

Generator fungsi analog umumnya menghasilkan gelombang segitiga sebagai dasar dari semua outputnya. Segitiga ini dihasilkan oleh kapasitor yang dimuat dan dilepas secara berulang-ulang dari sumber arus konstan. Hal ini menghasilkan ramp voltase menanjak dan menurun secara linier. Ketika voltase output mencapai batas atas dan batas bawah, proses pemuatan dan pelepasan dibalik menggunakan komparator. menghasilkan gelombang segitiga linier. Dengan arus yang bervariasi dan ukuran kapasitor, frekuensi yang berbeda dapat dihasilkan.

B.  BAGIAN-BAGIAN FUNCTION GENERATOR

     

                             

Keterangan:

1.    LINE : saklar digunakan untuk daya ac. LED hijau menyala saat ON.

2.      RANGE Hz : saklar tekan (pushbotton) pemilih range frekuensi. pemilih RANGE saat pembacaan pada dial FREQUENCY menentukan output pada generator.

3.      FUNCTION : Saklar pemilih salah satu ditekan dari ketia fungsi. Semua output level dc diatur secara tepat.

4.      FREQUENCY : Pengaturan frequenci yang diinginkan dalam range beberapa saklar tekan RANGE.

5.    OFFSET : Pengaturan titik operasi dc beberapa fungsi. Posisi CAL mengubah dc offset. Eac+Edc lebih kecil 10 V atau terjadi pemotongan bentuk gelombang.

6.    AMPLITUDE : Pengaturan amplitude gelombang puncak ke puncak (peak to peak) ini dilemahkan dalam step 1:1, 10:1, 100:1, 1000:1; pengaturan VERNIER dari nol sampai tegangan output maksimum untuk pemilih range secara teliti

7.      SYM : Perubahan simetri bentuk gelombang input dan output SYNC. Pada CAL adalah simetris

8.      SYNC : Sebuah gelombang kotak dengan fasa output 180°pada generator. Berguna untuk sinkronasi diluar instrumen atau pendorong penghitung (driving a counter)

9.      OUT PUT : Terminal untuk semua fungsi generator. 20 Vp-p untuk rangkaian terbuka atau 10 Vp-p pada 50 ohm, pada posisi pelemah 1 : 1.

10.  TRIGGER PHASE : Pengaturan fasa awal  sinyal output dalam mode ledakan (burst). FREE RUN melumpuhkan burst.

11.  AM : Pemilihan modulasi amplitudo. Difungsikan untuk modulasi internal atau modulasi exsternal.

12.  FM : Pemilihan nodulasi frekuensi. Difungsikan untuk modulasi internal atau modulasi eksternal.

13.  SWP : Pemilih mode sweep (penyapuan). Fungsi ini mengesampingkan AM dan FM.

14.  Pemilihan fungsi modulasi. Modulasi eksternal memungkinkan saat semua output terkunci, dan sinyal yang dipakai adalah jack MOD INT-EXT.

15.  % ΔF START : Pemilihan persen modulasi AM, deviasi FM, atau frekuensi start SWP.

16.  Range Hz : Pemilih salah satu dari tiga range frekuensi  modulation dengan kontrol kontinyu dengan masing-masing melalui VERNIER (pengaturan halus). Posisi 0 digunakan untuk pengaturan frekuensi sweep start.

17. MOD INT-EXT : Input eksternal AM atau FM. Bentuk gelombang generaor modulasi juga sama dengan outputnya saat modulasi internal digunakan.

18. SYM : Merubah kondisi simetri modulation bentuk gelombang output. Pemilihan CAL 90:10 kemiringan (ramp) untuk SWP dan simetris untuk semua fungsi.

C. FUNGSI FUNCTION GENERATOR

         Uraian berikut berisikan fungsi Function Generator sebagai;

A.    Function Generator Output, Untuk mendapatkan keluaran (output) bentuk gelombang yang diinginkan.

B.     Sweep Generator Output, Untuk mendapatkan ayunan (sweep) bentuk gelombang yang diinginkan.

C.     Frequency Counter, untuk menghitung frekuensi.

a.        Langkah-langkah kerja dimana Function Generator dioperasikan sebagai Function Generator Output.

a.       Pilih tipe gelombang yang dibutuhkan dengan cara memutar saklar putar (rotary switch) pada control FUNCTION (lihat kembali uraian tentang FUNCTION SELECTOR pada control dan indicator).

b.      Pilih batas ukur (range) frekuensi dengan cara memutar saklar pada control RANGE.

c.       Hubungkan sinyal dari keluaran utama (Main Output) ke Channel-1 Oscilloscope dan sinyal dari Sync Output  ke Channel-2 Oscilloscope. Setel Trigger Source yang terdapat pada Channel-2 Oscilloscope.

d.      Dengan tombol pengatur, setel frekuensi sinyal, display akan menampilkan pembacaan frekuensi.

e.       Melalui tombol pengatur amplitudo, aturlah amplitudo dari sinyal.

f.       Menggunakan tombol OFFSET aturlah DC Offset sesuai dengan tingkat kebutuhan (dari -10 Volt sampai dengan +10 Volt).

g.      Sebelum menyambung Function Generator ke beban luar (Oscilloscope, rangkaian audio), periksalah impedans beban.

b.       Langkah-langkah kerja dimana Function Generator dioperasikan sebagai Sweep Generator Output

a.       Hubungkan terminal keluaran utama (Main Output) ke Channel-1 dari Oscilloscope, keluaran ayunan (Sweep Output) ke Channel-2.

b.      Channel-2 dari Oscilloscope menampilkan bentuk gelombang gigi gergaji.

c.       Menggunakan tombol “RATE”, atur kecepatan ayunan sinyal (dari 5 detik menjadi 10 mili detik).

d.      Atur penggunaan frekuensi sebagaimana penjelasan pada Function Generator Output.

e.       Tarik saklar “RATE” untuk membuat mode SWEEP on.

f.       Channel-1 akan menampilkan gelombang ayunan (sweep wave).

g.      Atur lebar ayunan dengan menggunakan tombol WIDTH.

c.        Langkah-langkah kerja dimana Function Generator dioperasikan sebagai Frequency Counter

a.       Periksalah posisi saklar yang terdapat pada control “COUPLING”, saklar pada posisi HF digunakan untuk frekuensi lebih dari 100 kHz. Saklar pada posisi LF digunakan untuk frekuensi di bawah 100 kHz.

b.      Pada saat Function Generator berfungsi sebagai Frequency Counter, (saklar pada posisi counting mode), “EXT COUNTER LED” akan menyala.

c.       Hubungkan sinyal dari luar yang akan dihitung frekuensinya dengan “EXT COUNTER BNC”.

d.      Display akan menampilkan nilai frekuensi dalam Hz/kHz.

D.   KARAKTER OUTPUT  FUNCTION  GENERATOR

Generator utama dan generator modulasi memberikan lima bentuk gelombang yang berbeda.

a.   Sinus

b.   Kotak

c.   Segitiga

d.   Ramp

e.   Pulsa

a.              Output Gelombang Sinus

Distorsi harmonik Total (Total harmonic Distortian – THD) gelombang sinus utama, termasuk gangguan dan harmonik, lebih kecil 0,5% dari 10 Hz. hingga 50 kHz lebih besar 30 dB dibawah dasarnya dari 50 kHz hingga 13 MHz. Distorsi modulasi gelombang sinus lebih kecil 2% THD dari 10 Hz hingga 10 kHz.

b.      Output Gelombang Kotak

Nilai RMS secara simetrik (50%) duty cycle) bentuk gelombang sama dengan nilai puncak. Waktu naik atau turun lebih kecil 18 ns antara 10% dan 90% gelombang output kotak p-p. Simpangan dari pengaturan amplitudo akhir bentuk gelombang kotak setelah overshoot, akan tidak lebih dari ±10% nilai a kh i r. Output Gelombang Segitiga Nilai RMS bentuk gelombang segitiga adalah 0,557 kali nilai puncak. Ramp segitiga menyimpang tidak kurang dari 1% dari nilai total puncak ke puncak ramp.

c.       Ramp

Output ramp dapat diberikan dari generator utama dengan memilih bentuk gelombang segitiga dan mengatur knob kontrol simetri. Output ramp generator utama dapat diubah pada amplitudo dengan knob AMPLITUDO. Output ramp generator modulasi mempunyai amplitudo yang tetap, yang mana waktu slop dan retlace dapat diubah dengan knob SYM pada generator modulasi.

d.   Pulsa

Pulsa dengan perubahan amplitudo dari 0 V hingga 20 Vp-p pada rangkaian terbuka, yang memungkinkan pada generator utama. Dengan cara ini memilih siklus tunggal burst mengatur awal (start) pada titik nol (zero point) dengan knob TRIGGER PHASE, dan menentukan lebar pulsa dengan dial FREQUENCY. Output SYNC dapat <10nsec waktu waktu pulsa naik dengan mengubah simetri pada generator utama.

E.   SISTEM KERJA FUNCTION GENERATOR

Frekuensi pembawa dibangkitkan oleh sebuah osilator LC yang sangat stabil, menghasilkan sebuah bentuk gelombang sinus yang baik dan tidak memiliki dengung yang cukup besar atau modulasi derau. Frekuensi osilasi dipilih melalui sebuah pengontrol rangkuman frekuensi dan sebuah cakera penyetel nonius ( vernier ). Rangkaian LC dirancang agar memberikan suatu keluaran yang tetap konstan sepanjang setiap rangkuman frekuensi.

Frekuensi yang masuk memasuki penguat pita lebar, didalam pita lebar terdapat proses yang dibantu oleh osiloskop untuk mengubah gelombang frekwensi seperti gelombang sinus, segitiga dan kotak.

F.   CARA PENGGUNAAN FUNCTION GENERATOR

Untuk penggunaan generator fungsi selalu berhubungan dengan Osiloskop, untuk pertama sambungkan generator fungsi dengan Osiloskop menggunakan kabel copling, atur pada Generator fungsi menggunakan sinus, segitiga atau kotak, atur semua frekuensi amplitudo yang terdapat pada tiap - tiap bagian, jangan lupa juga untuk mengatur frekuensi menggunakan berapa hz.

G.    PERAWATAN FUNCTION GENERATOR

Agar dalam penggunaan generator fungsi tidak merusak peralatan ada beberapa tips supaya tetap tahan lama:

·       Setelah alat selesai digunakan matikanlah jangan dibiarkan menyala.

·       Untuk kabelnya gulunglah dengan rapi.

·       Simpanlah Generator fungsi ditempat kering untuk menghindari berkaratnya bagian dalam generator fungsi , dan Hindarkan dari tempat – tempat yang berdebu.

H.    KESIMPULAN

1.     Bentuk isyarat yang dihasilkan adalah gelombanag sinus, segitiga, persegi dan pulsa.

2.  Semakin besar nilai tahanan pengatur frekuensi dari komponen luar menyebabkan frekuensi gelombang semakin tinggi dan semakin besar nilai kapasitansi kapasitor dari komponen luar mengakibatkan frekuensi semakin kecil, frekuensi generator fungsi yang dihasilkan 0.031 KHz sampai 200.256 KHz. Tegangan keluaran gelombang berbanding lurus terhadap nilai tahanan pengatur amplitudo.

3.     Ketelitian generator fungsi untuk setiap perubahan nilai tahanan pengatur frekuensi dan perubahan nilai kapasitansi kapasitor masing-masing adalah 99.99%, serta kestabilan generator fungsi terhadap perubahan nilai fekuensi dan tegangan keluar pada nilai tertentu berturut-turut adalah99.96% dan 100%, berarti kestabilan generator fungsi ini sangat tinggi.

FUNGSI OSCILOSCOPE

Osiloskop (Oscilloscope) merupakan alat ukur elektronik. Dengan menggunakan alat ukur Oscilloscope ini, kita dapat mengukur frekwensi, periode dan melihat bentuk-bentuk gelombang seperti bentuk gelombang sinyal audio, sinyal video, dan bentuk gelombang Tegangan Listrik Arus Bolak Balik, maupun Tegangan Listrik Arus Searah yang berasal dari catu daya/baterai. Dengan sedikit melakukan pengaturan kita juga bisa mengetahui beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran.

Osiloskop

Osiloskop terdiri dari dua bagian yaitu Display dan Panel Control :

Display 
Display  menyerupai tampilan layar pada televisi. Display pada Oscilloscope berfungsi sebagai tempat tampilan sinyal uji. Pada Display Oscilloscope terdapat garis-garis melintang secara vertikal dan horizontal yang membentuk kotak-kotak yang disebut dengan div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili sumbu tegangan.

Panel Control
Panel kontrol berisi tombol-tombol yang bisa digunakan untuk menyesuaikan tampilan di layar. Tombol-tombol pada panel osiloskop antara lain :

• Focus : Digunakan untuk mengatur fokus 
• Intensity : Untuk mengatur kecerahan garis yang ditampilkan di layar
• Trace rotation : Mengatur kemiringan garis sumbu Y=0 di layar
• Volt/div : Mengatur berapa nilai tegangan yang diwakili oleh satu div di layar
• Time/div : Mengatur berapa nilai waktu yang diwakili oleh satu div di layar
• Position : Untuk mengatur posisi normal sumbu X (ketika sinyal masukannya nol)
• AC/DC : Mengatur fungsi kapasitor kopling di terminal masukan osiloskop. Jika tombol pada posisi AC maka pada terminal masukan diberi kapasitor kopling sehingga hanya melewatkan komponen AC dari sinyal masukan. Namun jika tombol diletakkan pada posisi DC maka sinyal akan terukur dengan komponen DC-nya dikutsertakan.
• Ground : Digunakan untuk melihat letak posisi ground di layar.
• Channel 1/ 2 : Memilih saluran / kanal yang digunakan.

Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal (Dual Trace) yang bisa digunakan untuk melihat dua sinyal yang berlainan, misalnya kanal satu dipasang untuk melihat sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran.

Lebih rinci perhatikan gambar panel kontrol Oscilloscope Dual Trace berikut :

Panel kontrol Oscilloscope

Keterangan gambar panel kontrol Osilokop Dual Trace diatas :
1.    VERTICAL INPUT : merupakan input terminal untuk channel-A/saluran A.
2.    AC-GND-DC : Penghubung input vertikal untuk saluran A.

• Jika tombol pada posisi AC, sinyal input yang mengandung komponen DC akan    ditahan/di-blokir oleh sebuah kapasitor. 
• Jika tombol pada posisi GND, terminal input akan terbuka, input yang bersumber dari penguatan internal di dalam Oscilloscope akan di-grounded. 
• Jika tombol pada posisi DC, input terminal akan terhubung langsung dengan penguat yang ada di dalam Oscilloscope dan seluruh sinyal input akan ditampilkan pada layar monitor.

3.    MODE

• CH-A :  tampilan bentuk gelombang channel-A/saluran A.
• CH-B :  tampilan bentuk gelombang channel-B/saluran B.
• DUAL : pada batas ukur (range) antara 0,5 sec/DIV – 1 msec (milli second)/DIV, kedua frekuensi dari kedua saluran (CH-A dan CH-B) akan saling berpotongan pada frekuensi sekitar 200k Hz. Pada batas ukur (range) antara 0,5 msec/DIV – 0,2 µ sec/DIV saklar jangkauan ukur kedua saluran (channel/CH) dipakai bergantian.
• ADD : CH-A dan CH-B saling dijumlahkan. Dengan menekan tombol PULL INVERT akan diperoleh SUB MODE.

4.    VOLTS/DIV variabel untuk saluran (channel)/CH-A.
5.    VOLTS/DIV pelemah vertikal (vertical attenuator) untuk saluran (channel)/CH-A.

• Jika tombol “VARIABLE” diputar ke kanan (searah jarum jam), pada layar monitor akan tergambar tergambar tegangan per “DIV”. Pilihan per “DIV” tersedia dari 5 mV/DIV – 20V/DIV.

6.    Pengatur posisi vertikal untuk saluran (channel)/CH-A.
7.    Pengatur posisi horisontal.
8.    SWEEP TIME/DIV.
9.    SWEEP TIME/DIV VARIABLE.
10.    EXT.TRIG untuk men-trigger sinyal input dari luar.
11.    CAL untuk kalibrasi tegangan pada 0,5 V p-p (peak to peak) atau tegangan dari puncak
         ke puncak.
12.    COMP.TEST saklar untuk merubah fungsi Oscilloscope sebagai penguji komponen
         (component tester). Untuk menguji komponen, tombol SWEEP TIME/DIV di “set” pada
         posisi CH-B untuk mode X-Y. tombol AC-GND-DC pada posisi GND.
13.    TRIGGERING LEVEL.
14.    LAMPU INDIKATOR.
15.    SLOPE (+), (-) penyesuai polaritas slope (bentuk gelombang).
16.    SYNC untuk mode pilihan posisi saklar pada; AC, HF REJ, dan TV.
17.    GND terminal ground/arde/tanah.
18.    SOURCE penyesuai pemilihan sinyal (syncronize signal selector). Jika tombol SOURCE pada
         posisi :

• INT : sinyal dari channel A (CH-A) dan channel B (CH-B) untuk keperluan pen-trigger-an/penyulutan saling dijumlahkan,
• CH-A : sinyal untuk pen-trigger-an hanya berasal dari CH-A,
• CH-B : sinyal untuk pen-trigger-an hanya berasal dari CH-B,
• AC   : bentuk gelombang AC akan sesuai dengan sumber sinyal AC itu sendiri,
• EXT : sinyal yang masuk ke EXT TRIG dibelokkan/dibengkokkan disesuaikan dengan sumber sinyal.

19.    POWER ON-OFF.
20.    FOCUS digunakan untuk menghasilkan tampilan bentuk gelombang yang optimal.
21.    INTENSITY pengatur kecerahan tampilan bentuk gelombang agar mudah dilihat.
22.    TRACE ROTATOR digunakan utuk memposisikan tampilan garis pada layar agar tetap
         berada pada posisi horisontal. Sebuah obeng dibutuhkan untuk memutar trace rotator ini.
23.    CH-B POSITION tombol pengatur untuk penggunaaan CH-B/channel (saluran) B.
24.    VOLTS/DIV pelemah vertikal untuk CH-B.
25.    VARIABLE.
26.    VERTICAL INPUT input vertikal untuk CH-B.
27.    AC-GND-DC untuk CH-B kegunaannya sama seperti penjelasan yang terdapat pada
         nomor 2.
28.    COMPONET TEST IN terminal untuk komponen yang akan diuji.

Ada beberapa jenis gelombang yang ditampilkan pada layar monitor osiloskop, yaitu:

• Gelombang segitiga.
• Gelombang sinusoida
• Gelombang blok
• Gelombang gigi gergaji

Ada dua tipe osiloskop menurut prinsip kerjanya, yaitu tipe analog / ART (Analog Real Time oscilloscope) dan tipe digital / DSO (Digital Storage Osciloscope).

Osiloskop Analog (Analog Real Time oscilloscope)
Osiloskop analog ini menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan berkas electron dalam tabung (CRT) sesuai bentuk gambar yang diukur. Pada layar osiloskop langsung ditampilkan bentuk gelombang tersebut.

Osiloskop analog memiliki keunggulan seperti ; harganya relatif lebih murah daripada osiloskop digital, sifatnya yang realtime dan pengaturannya yang mudah dilakukan karena tidak ada tundaan antara gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan di layar, serta mampu meragakan bentuk yang lebih baik seperti yang diharapkan untuk melihat gelombang-gelombang yang kompleks, misalnya sinyal video di TV dan sinyal RF yang dimodulasi amplitudo.

Osiloskop Digital (Digital Storage Osciloscope)
Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur dan dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengubah besaran tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital.

Osiloskop digital memberikan kemampuan ekstensif, kemudahan tugas-tugas akuisisi gelombang dan pengukurannya. Penyimpanan gelombang membantu para insinyur dan teknisi dapat menangkap dan menganalisa aktivitas sinyal yang penting. Jika kemampuan teknik pemicuannya tinggi secara efisien dapat menemukan adanya keanehan atau kondisi-kondisi khusus dari gelombang yang sedang diukur.

Secara umum dapat kita simpulkan fungsi Oscilloscope / osiloskop yaitu untuk menganalisa tingkah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu. Dengan alat ukur Osiloskop ini kita dapat mengetahui :

• Berapa frekuensi, periode dan tegangan dari suatu sinyal elektronik. 
• Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.
• Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.
• Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik.
• Membedakan arus AC dengan arus DC.
• Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik dan hubungannya terhadap waktu.
• dll