Laprak BE

8/19/2019 Laprak BE

1/16

LAPORAN PRAKTIKUM

BASIC ELECTRONICS  

Oleh

Ilham Akbar

13614004

Kelompok 1

Tanggal Praktikum : 5 Maret 2016

Tanggal Pengumpulan : 12 Maret 2016

PROGRAM STUDI AERONOTIKA DAN

ASTRONOTIKA

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN

DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2016

8/19/2019 Laprak BE

2/16

1.  Tujuan Pratikum

Mahasiswa mampu merancang bagian-bagian dari sistem pengukuran,

seperti wheatstone bridges  dan pengkondisian sinyal (Op-Amp dan  Filters),

merencanakan sebuah eksperimen, melakukan eksperimen, melakukan analisis

terhadap data yang didapat, dan mengkomunikasikan hasil eksperimen melalui

laporan praktikum.

2.  Dasaar Teori

a.  Muatan Listrik

Satuan muatan listrik dalam sistem SI adalah Coulomb (C). Muatan yang

dimiliki elektron yang besarnya 1,6 x 10-19

.b.  Arus Listrik

Jumlah muatan listrik yang bergerak per satuan waktu yang melalui kawat

 penghantar listrik. Arus dibagi menjadi 2 jenis ,yaitu arus DC (searah) dan arus

AC (bolak-balik).

c.  Medan Listrik

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik.

d.  Potensial Listrik

Potensial listrik dapat didefinisikan sebagai usahan yang diperlukan untuk

memindahkan muaatan positif sebesar 1 satuan dari tempat tak terhingga ke

suatu titik tertentu. Potensial listrik dapat pula diartikan sebagai energi

 potensial listrik per satuan muatan penguji.

e. 

Resistansi/Tahanan Listrik

Adanya hambatan listrik mengakibatkan arus listrik yang melalui material

tidak teraliri sempurna, seperti arus yang dikonversi menjadi panas. Dalam

rangkaian listik, terdapat komponen yang bernama resistor. Resistor adalah

komponen dua kutub yang diddesain untuk menahan arus listrik dengann

memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya.

8/19/2019 Laprak BE

3/16

Gambar 1. Berbagai macam jenis resistor dan simbolnya

Gambar 2. Kode warna pada resistor

8/19/2019 Laprak BE

4/16

f.  Kapasitansi

Kapasitansi didefinissikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk

menampung muatan elektron. Berdasarkan kegunaannya kapasitor atau

kondensastor dibagi dalam :

  Kondensator elektrolit/kondensator polar

  Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap)/non polar

  Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)

g.  Hukum Ohm

Hukum Ohm menjelaskan tentang hubungan antaran tegangan, arus, dan

hambatan. Pada suhu konstan, aarus listrik yang mengalir melalui sebuah hambatan

 berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan, juga berbanding terbalik dengan

 besarnya hambatan.

Gambar 3. Gambar hukum Ohm

h.  Hukum Kirchoff

Hukum Kirchoff dibagi menjadi dua, aitu Hukum Arus Kirchoff dan Hukum

Tegangan Kirchoff. Hukum Arus Kirchoff mengatakan bahwa “Jumlah arus yang

mengalie masuk ke sebuah mmmode akan sama dengan jumlah arus yaang keluar

dari node tersebut”.  Sedangkan, Hukum Tegangan Kirchoff mengatakan bahwa

“Jumlah tegangan tiap komponen pada sebuah loop sama dengan nol”. 

Gambar 4. Hukum Arus Kirchoff Gambar 5. Hukum Tegangan Kirchoff

8/19/2019 Laprak BE

5/16

i. Wheatstone Br idge  

Kekurangan dan ketidakpastian rangkaian input  menyebabkan orang

mengembangkan wheatstone bridge. Wheatstone bridge  biasanya digunakan

untuk pengukuran resistensi/tahanan di kisaran 1 Ω hingga 1 MΩ. Penggunaan

wheatstone bridge terdiri dari dua prinsip yaitu prinsip kondisi null (kondisi

seimbang) dan prinsip defleksi. Pada prinsip null,  wheatstone  bridge terdiri

empat resistor (R1, R2, R3, Rx), yang dirangkai dalam bentuk diamond . R2 dan

R3 merupakan resistor yang telah diketahui besarnya, R1 adalah resistor variabel

(resistor yang besarnya bisa diubah — ubah), dan Rx adalah nilai tahanan yang

tidak diketahui terkait dengan transduser/sensor.

Gambar 6. Rangkaian Dasar Wheatstone Bridge

Sumber tegangan E akan memberikan catu daya ke rangkaian wheatstone

bridge  jika saklar S1 ditutup. Untuk memperoleh nilai Rx dengan cara

membentuk keadaaan seimbang (perbedaan potensial di B dan D adalah 0).Kondisi seimbang dapat diperoleh dengan menutup saklar S2 dan menyesuaikan

nilai resistor variabel R1 sampai galvanometer G menunjukkan tidak ada arus

listrik yang mengalir (G=0).

8/19/2019 Laprak BE

6/16

b. Unbalanced Wheatstone Br idge

Rangkaian ini menggunakan prisip defleksi sangat penting untuk

 pengukuran sinyal yang dinamis, dimana tidak mungkin untuk selau membuat

kondisi seimbang dengan mengatur tahanan R1.

Gambar 7. Skema rangkaian wheatstone bridge dengan prinsip defleksi

Rg adalah resistansi galvanometer. Ib dan ig adalah arus yang keluar dari

 baterai danarus yang melewati galvanometer. Rb merupakan tahanan dalam

 baterai atau  power-supply. Rb tidak begitu mempengaruhi tahanan efektif

rangkaian saat kondisi sedikit tidak seimbang. Berikut hubungan matematiknya:

Yang akhirnya dapat menghasilkan hubungan antara besaran yang diukur,

yaitu R4 dengan besarnya arus listrik yang mengalur pada galvanometer.

Dengan kata lain besarnya arus yang ditunjukkan pada galvanometer

merepresentasikan besaran tahanan yang diukur, yatiu R4.

8/19/2019 Laprak BE

7/16

c. Operational Amphli fier (Op-amp ) 

Amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal listrik setelah proses

 pengukuran. Kita dapat menggunakan IC 741 sebagai komponen untuk penguat

sinyal. Isi dari IC 741 ekivalen dengan rangkaian yang berisi 20 transistor dan

12 resistor serta sebuah kondensator.

Gambar 8. Gambar sketamtik dan fisik serta kaki-kaki IC 741

IC di atas mempunyai dua buah terminal input , yaitu inverting input  dan non

inverting input   sehingga disebut amplifier differensial. IC tersebut dalam

mengoperasikannya dapat menggunakan sistem terbuka (open loop) atau sistem

tertutup (close loop). Sistem tertutup ini disebut juga dengan op-amp.

Pada sistem terbuka perbesarannya dinyatakan dengan :

Gambar 4. Skematik sistem terbuka

8/19/2019 Laprak BE

8/16

E adalah tegangan input  dengan tegangan output  Eo dengan gain A. Sedangkan,

 perbesaran pada sistem tertutup secara keseluruhan dinyatakan dengan :

Gambar 6. Skematik sistem tertutup

Penambahan umpan balik yang diperoleh dengan jalan memasang resistor pada

kaki input  dan kaki output  berarti memberikan umpan balik ke input  dengan nilai

output  yang dikalikan dengan bilangan lebih kecil dari satu. Tegangan umpan

 balik besarnya dapat ditulis dengan Ef = kEo, yang penguat menjadi E = Ei –  Ef.

Dengan sistem tertutup dapat menyesuaikan impedansi inpput dan impedansi

output , yang dapat dihitung dengan hubungan berikut :

Dimana Zi,f  adalah impedansi pada input  untuk sistem loop tertutup,  Zi adalah

impedansi pada input   amplifier tanpa sistem tertutup. Sedangkan  Zo,f   adalah

impedansi pada output  untuk sistem loop tertutup, Zo adalah impedansi amplifier

tanpa loop tertutup.

d. Filter

 Filtering (proses memfilter) merupakan usaha untuk menghilangkan

atauapin mereduksi sinyal noise, dimana sinyal noisse ini merupakan sinyal yangtidak diinginkan. Ada banayak macam filter yang telah dikembangkan, tetapi

mereka semua dapat dikategorikan dalam tiga tipe filter, yaitu lowpass filter,

highpass filter, dan bandpass filter . Filter-filter tersebut ada yang bekerja tanpa

digabung dengan penguat sinyal disebut dengan filter pasif, sedangkan ada

 beberapa filter yang digabung dengan penguat sinyal disebut filter aktif. Filter

aktif sering dipakai karena sinyal hasil pengukuran merupakan sesuatu yang

8/19/2019 Laprak BE

9/16

tidak diinginkan, sehingga sering dipakai filter aktif. Gabungan filter dan

 penguat sinyal, dipasaran sering dikenal sebagai “Signal Conditioner”.

 Lowpass filter  merupakan filter dimana sinyal-sinyal dengan frekuensi di

 bawah nilai cutoff  akan diloloskan dan sinyal dengan frekuensi yang lebih tinggi

dari cutoff  akan difilter. Highpass filter akan meloloskan sinyal dengan frekuensi

di atas nilai cutoff . Sedangkan, bandpass filter  akan meloloskan sinyal dengan

frekuensi dalam band  atau kisaran tertentu.

Gambar 9. Penampilan kurva tiga tipe filter

Dalam lowpass filter  RC (dengan komponen resistor R dan kapasitor C)

dengan tingkat n (n buah filter yang dihubungkan secara serial) maka hubungan

tegangan antara input  dan output  adalah :

Dan pergeseran fasanya adalah :

Sedangkan untuk highpass filter  RC dengan tingkat n maka hubungan antara

input  dan output  adalah :

8/19/2019 Laprak BE

10/16

3.  Prosedur Praktikum

Sebelum memulai praktikum asisten mengecek kelengkapan atribut pratikan.

Lalu, meminta pratikan mengumpulan tugas pendahuluan dan melakukan

 pengecekan. Setelah itu, asisten membagikan kembali tugas pendahuluan sebagai

 pedoman tambahan pratikian dalam melakukan praktikum.

3.1 Praktikum Wheatstone Br idge

  Asisten memberikan kit elektronnik yang berisi prototyping board, sebuah catu

daya, satu set resistor, satu set IC, satu set otensiometer, satu set kabel jumper.

  Asisten menjelaskan cara kerja dan prinsip prototypng board

Merancang rangkaian wheatstone yang telah tersedia pada bagian teori, lalu

meminta galvanometer kepada asisten.

  Percobaan pertama menggunakan prisip null, yaitu menentukan besarnya tahahan

sensor dengan mengukur tahanan pada potensiometer yang satunya lagi

  Cari nilai tahanan yang tepat sehingga galvanometer menunjukkan angka nol.

  Lepaskan potensiometer, lalu ukur tahanannya. Bandingkan hasil pengukuran

dengan hasil perhitungan

  Percobaan kedua menggunakan prinsip defleksi dan menentukan tahanan pada

sensor. Bandingkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan

3.2 Praktikum Operational Amplifier

  Membuat 2 rangkaian op-amp untuk gain = -100 dan gain = +1000.

  Ukur besarnya sinyal yang dihasiilkan oleh sinyal yang keluar dari laptop dengan

menggunakan oscillospe.

  Masukkan sinyal input  ke dalam input  op-amp yang sudah dibuat

  Amati output  sinyal yang sudah diperkuar dengan oscilloscope

  Hitung nilai gain yang didapat pada oscilloscope, lalu bandingkan dengan

 perhitung gain dari op-amp yang dirancang.

3.3 Praktikum Filter

Kelompok kami tidak melakukan pratikm filter karena kehabisan waktu sehingga

tidak ada proseddur yang dilakukan dan pengolahan data.

8/19/2019 Laprak BE

11/16

4.  Hasil dan Pengolahan Data

4.1 Wheatstone bridge dengan “Prinsip null” 

Gambar 10. Skematik wheatstone bridges dengan prinsip null

Pada prinsip null, terdapat dua resistor tetap dan potensiometer. Setelah

dibentuk rangkaian dibentuk, lalu atur salah satu potensiometer hingga

multimeter menampilkan nilai nol. Setelah itu lakukan perhitungan.

Perhitungan :

R1 = 1005 Ω; R2 = 220 Ω; R3 = 220 Ω; Rx = ? 

Rx = (R3/R2) R1= (220/220) 1005 = 1005 Ω 

Kemudian Rx diukur dengan multimeter menunjukkan nilai 1007 Ω. 

Error = [(Rreal-Rx)/Real] x 100% = [(1007-1005)/1007] x 100% = 0,20%

Gambar 11. Pengukuran resistansi Rx

8/19/2019 Laprak BE

12/16

4.2 Wheatstone bridge dengan “Prinsip defleksi” 

Gambar 12. Skematik wheatstone bridge dengan prinsip defleksi 

Perhitungan :

ig = 19,8× 10-3 A

Eg = 2,35 V

R1=R2=R3=220 Ω 

ig =Eg

Rg + R 

19,8 × 10− =2,35

1 + R 

R = 117,69 Ω 

R =R1R4

R1 + R4 +

R2R3

R2 + R3 

117,69 =220 ∗ R4

220 + R4 +

220 ∗ 220

220 + 220 

R4 = 7,9685 Ω 

Kemudian hasil pengukuran pada gelang R4 adalah 10 Ω 

Error =Rukur Rhitung

Rhitung  × 100% 

Error =10 7,9685

10  × 100% 

Error = 20%

8/19/2019 Laprak BE

13/16

4.3 Operational Amphlifier dengan Gain = -100 

Gambar 13. Skematik rangkaian op-amp dengan gain -100

Komponen yang digunakan sebagai berikut :

Sinyal generator = Software Cool Edit  

R1 = 10 Ω; R2 = 10 Ω; Rf = 1000 Ω; Ei = 5,85 V

Saat pengamatan didapatkan data Eo = 0,4 V.

Gambar 14. Penampakan pada oscilloscope

Perhitungan

Gain =Eo

Ei 

100 =Eo

5,85 

Eo = 585 V 

8/19/2019 Laprak BE

14/16

Ada perbedaan yang signifikan antara pengukuran dengan perhitungan.

4.4 Operational Amphli fi er dengan Gain = +1000

Gambar 15. Skematik rangkaian op-amp dengan gain -100

Komponen yang digunakan sebagai berikut :

Sinyal generator = Software Cool Edit  

R1 = 10 Ω; R2 = 10 Ω; Rf = 1000 Ω; Ei = 5,85 V

Saat pengamatan nilai Eo tidak terambil karena waktu yang diberikan telah

habis dan pada saat difoto, rangkaian sudah tidak terhhubung dengan sinyal

generator, sehingga hanaya muncul bentuk sinyalnya saja.

Gambar 15. Tampilan pada oscilloscope 

8/19/2019 Laprak BE

15/16

5.  Analisis

Pada percobaan wheatstone bridgedengan menggunakan prinsip null, kita akan

menentukan besarana tahanan yang tidak diketahui sebagai simulai dari tegangan sensor

 berdasarkan prosedur. Hasil perhitungan Rx dengan wheatstone bridge adalah 1005 Ω.

Kemudian Rx yang berupa potensiometer ini dilepaskan dari breadboard untuk diukur

hambatannya menggunakan multimeter dan menunjukkan besaran 1007 Ω, sehingga error

 pengukuran sebesar 0,2 %. Error ini dapat terjadi karena hambatan pada kabel yang

diabaikan pada saat perhitungan.

Pada percobaan wheatstone bridge dengan menggunakan prinsip defleksi, hasil

 pengukuran dan perhitungan R4 adalah 10 Ω dan 7,9685 Ω. Terdapat error sebesar 20%.

Ini disebabkan hambatan kabel yang diabaikan. Selain itu, saat akhir praktikum dilakukan

 pengecekan nilai dari resistor tetap yang digunakan dan didapat hasil nilai yang diukur

menggunakan mulltimeter sebesar 214 Ω, sedangkan yang tertera adalah 220 Ω.  

Pada percobaa rangkaian Op-amp dengan gain -100, digunakan inpu sebesar 5,85 V

dan didapat dari oscilloscope output  sebesar 0,4 V. Ini berbeda dengan hasil perhitungan

yang seharusnya didapat output  sebesar -585 V. Ini dapat disebabkan rangkaian yang tidak

menempel pada bread board   dan sambungan kabel ke oscilloscope yang kurang

mendukung.

6.  Kesimpulan dan Saran

  Rangkaian wheatstone dapat digunakan untuk mengukur input  tahanan dari

sensor/transducer dengan prinsip null atau defleksu dengan cukup akurat

 bergantung pada keperluan.

  Prinsip null digunakan untuk pengukuran dengan membuat kondisi

seimbang, yaitu nilai nol pada galvanometer dengan cara memvariasikan

tahanan pada resistor variabel atau semacamnya

  Prinsip defleksi dilakukan pada pengukuran tahanan/sinyal yang dinamis

emnggunakan rangkaian unbalanced bridge.

  Operational Amphilifier dapat digunakan untuk memperbesar atau

menguatkan sinyal dari sensor untuk dapat diolah selanjutnya.

  Saran menggunakan multimeter digital untuk mempermudah pengukuran

tegangan, arus, dan tahanan.

8/19/2019 Laprak BE

16/16

  Sebaiknya tidak menggunakan tahanan terlalu kecil untuk mencegah

kerusakan pada resistor.

  Saran untuk ketersediaan alat-alat yang dipakai sebanding dengan jumlah

 praktikan untuk mempersingkat waktu yang dihabiskan dalam praktikum.

7.  Referensi

  Dunn, Measurement and Data Analysis for Engineering and Science,

CRC Press

  J.P. Holman, Experimental Methods for Engineers, Mc GrawHill

Laboratorium Sistem. (2014),  Basic Electronics (Elektronika terapan,

wheatstone bridge, pengkondisian sinyal), Modul Eksperimen,

 Aeronotika dan Astronotika FTMD-ITB, Bandung

8.  Lampiran

Lampiran ada di lembar selanjutnya.