Cara kerja osiloskop
Apa yang dimaksud dengan osiloskop? Pertanyaan ini sering muncul saat kita baru mendengar istilah tersebut. Osiloskop adalah alat yang berfungsi untuk menampilkan sinyal listrik, lebih spesifiknya untuk memvisualisasikan tegangan yang berbentuk sinusoidal, kotak, segitiga, dan lain-lain. Karena kita bicara mengenai tegangan berubah bentuk terhadap perubahan waktu maka pada layar osiloskop (yang terdiri dari sumbu x dan sumbu y) terdiri dari frekuensi dan periode pada sumbu x, serta tegangan dalam sumbu y. Supaya lebih jelas, perhatikan layar osiloskop berikut ini:
Gambar 1. Tampilan tegangan listrik berbentuk kotak pada layar osiloskop digital
Osiloskop terdiri dari dua jenis, osiloskop CRT (cathode ray tube) dan osiloskop DSO (digital storage oscilloscope). Osiloskop CRT atau biasa disebut juga dengan osiloskop sinar katoda adalah tipe osiloskop lama, alat ini menampilkan sinyal listrik (tegangan listrik) menggunakan sinar katoda. Sedangkan osiloskop DSO atau osiloskop digital memvisualisasikan sinyal listrik pada layar LCD dengan memanfaatkan ADC (analog to digital converter). Alat ini adalah osiloskop yang lebih modern karena kita bisa menyimpan data-data dan bentuk sinyal yang ditampilkannya ke dalam flash disk, serta masih banyak fitur menarik lainnya.
Osiloskop Digital
Osiloskop DSO atau digital pertama kali dibuat oleh perusahaan bernama Nicolet Test Instrument pada tahun 1980an, saat itu frekuensi ADC (analog-to-digital-converter) yang digunakan masih relative lambat yaitu sebesar 1 MHz. Osiloskop digital yang digunakan saat ini merupakan sebuah computer dengan kemampuan konversi analog ke digital (ADC) yang sangat presisi untuk pengambilan sampel tegangan yang akan divisualisasikan. Gambar di bawah ini adalah diagram alur kerja dari osiloskop digital:
Gambar 2. Diagram alur kerja osiloskop (sumber: articles.saleae.com)
Penjelasan masing-masing bagian pada gambar di atas adalah sebagai berikut:
Probe
Probe berfungsi untuk mengukur tegangan pada dua titik / terminal, jadi sinyal masuk pertama kali melalui probe.
Amplifier/attenuator
Pada bagian ini terdiri dari rangkaian listrik yang berfungsi untuk melakukan penguatan (amplify) sinyal masukan sehingga sampel sinyal tersebut dapat ditampilkan pada layar. Kenapa yang ditampilkan sinyal hasil capture dan bukan sinyal aslinya? Karena itu bertujuan untuk menghindari kerusakan komponen atau rangkaian yang ada di dalam osiloskop.
Trigger select
Sebagian besar osiloskop modern memiliki fitur ini, fungsinya adalah kita sebagai user diberikan pilihan untuk memilih sinyal internal atau external untuk mentrigger tampilan bentuk gelombang
Control logic
Pengguna diberikan pilihan untuk mengatur/ setting bagaimana sinyal dicapture dan ditampilkan.
ADC
ADC berfungsi untuk mengambil sampel dari sinyal listrik yang sudah dikuatkan (amplify) pada waktu tertentu (diatur oleh control logic). Sample sinyal tersebut kemudian dikonversi menjadi bilangan biner, kemudian disimpan dalam memory.
Memory
Memory berisi informasi digital yang merepresentasikan sampel dari sinyal listrik. Informasi ini kemudian digunakan untuk membuat sinyal tiruan semirip mungkin dengan sinyal listrik aslinya.
Time base
Dikontrol oleh control logic, time base berfungsi untuk mengontrol sumbu horizontal pada layar osiloskop. Pengguna dapat mengatur lebar sinyal listrik baik itu sinusoidal, kotak, dan lain-lain.
Display
Display berfungsi untuk menampilkan data yang diperoleh di memory, dikombinasikan dengan informasi dari time base kemudian menampilkan bentuk gelombangnya di layar oslioskop.
Tombol-tombol yang ada pada osiloskop
Saya akan memperkenalkan beberapa tombol di osiloskop digital yang sering digunakan saat memvisualisasikan sinyal listrik. Perhatikan gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3. Osiloskop digital
Berdasarkan gambar 3 di atas, fungsi dari tiap tombolnya dijelaskan sebagai berikut:
Tombol 1
1 adalah tombol untuk memilih channel, jika ingin menampilkan gelombang pada channel 1 maka CH1 dipencet, begitu juga dengan yang lain. Kita bisa menampilkan lebih dari satu gelombang dalam satu waktu, bisa menampilkan 2, 3 dan 4 gelombang.
Tombol 2
Masuk ke dalam blok pengaturan sinyal secara vertical, jadi pada tombol ini kita bisa mengatur ketinggian gelombang. Di atasnya terdapat tombol position, fungsinya adalah untuk mengatur letak gelombang. Jika dirasa terlalu atas maka bisa diturunkan ke bawah, begitu juga sebaliknya.
Tombol 3
Masuk ke dalam blok pengaturan sinyal secara horizontal, jadi pada tombol ini kita bisa mengatur lebar gelombang. Di atasnya terdapat tombol position, fungsinya adalah untuk mengatur letak gelombang. Jika dirasa terlalu kiri maka bisa digeser ke kanan, begitu juga sebaliknya.
Blok 4
Pada blok ini merupakan tempat menghubungkan probe ke channel 1 sampai dengan channel 4.
Tombol 5
Tanda print, merupakan tombol yang digunakan untuk menyimpan file gambar dari tampilan osiloskop yang kemudian disimpan pada flash disk.
Blok 6
Blok ini berisi berbagai macam pengaturan seperti: coupling, BW limit, Probe, invent, volt/div, dan unit (satuan, bisa V, mV, dll)
Blok 7
Blok ini berisi berbagai pengaturan untuk: periode, frekuensi, rise time, fall time dan width (lebar sinyal).
Tombol 8
Auto adalah fitur yang digunakan untuk menampilkan gelombang pada skala (volt/div dan time/div) terbaik, sehingga kita tidak perlu lagi mengatur volt/div dan time/div. osiloskop yang melakukannya secara otomatis.
Tombol 9
Tombol intensity berfungsi untuk pengaturan kecerahan gelombang, diputar ke kanan artinya makin cerah sedangkan ke kiri makin redup.
Tombol 10
Dua buah kaitan/terminal, biasanya digunakan untuk menghubungkan probe pada channel ke pin ini. Tujuannya adalah untuk melakukan kalibrasi pada osiloskop.
Colokan 11
Tempat memasang flash disk. Pada sat gambar diambil, flash disk sedang dicolokkan ke osiloskop.
Cara kalibrasi osiloskop
Langkah terpenting sebelum menggunakan osiloskop adalah kalibrasi. Kenapa harus kalibrasi? Kalibrasi berfungsi untuk memastikan oslioskop menampilkan gelombang terbaik yaitu semirip mungkin dengan sumber gelombang yang diukur. Jika tidak terkalibrasi dengan baik, maka gambar yang ditampilkan tidak sesuai dengan sumber sinyal yang sebenarnya. Bagaimana cara mengkalibrasi osiloskop? Ikuti langkah-langkah berikut ini:
- Nyalakan osiloskop
- Colokkan probe ke channel yang akan dikalibrasi, pada kasus ini saya gunakan channel 1, lalu kaitkan probe tersebut ke pin/kaitan 10 (lihat gambar 3). Perhatikan gambar berikut ini:
Gambar 4. Probe osiloskop dihubungkan ke kaitan - Tekan tombol AUTO, maka seketika osiloskop akan mengeluarkan bentuk gelombang kotak. Jika tampilannya adalah sebagai berikut:
Gambar 5. Gelombang kotak tidak sempurna - Maka osiloskop harus dikalibrasi, caranya putar sekrup yang ada di dalam lubang ditunjukkan pada gambar 6 di bawah ini:
Gambar 6. Sekrup untuk kalibrasi di dalam lubang probe - putar ke kiri atau ke kanan sampai diperoleh gelombang seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 7. Gelombang kotak sempurna
Jika mendapatkan bentuk gelombang kotak sempurna maka dipastikan osiloskop berfungsi normal dan siap digunakan.
CATATAN: pada layar sebelah kanan, terdapat tulisan Probe: 10x, artinya nanti jika kita menampilkan sinyal maka ampitudonya dikali 10. Itulah nilai sebenarnya.
Cara menggunakan osiloskop
Mengukur satu sinyal listrik
Jika kita ingin memvisualisasikan tegangan listrik, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
- Hubungkan kutub positif (probe merah) sumber tegangan ke probe berbentuk pengait di osiloskop, kita gunakan function generator sebagai sumber tegangan. Sumber berupa tegangan sinusoidal, frekuensi 15kHz dan amplitudo 5V. Sedangkan probe hitam(negative) dihubungkan dengan capit kecil osiloskop. Perhatikan ilsutrasi di bawah ini:
Gambar 8. Menghubungkan sinyal listrik ke osiloskop - Selanjutnya tekan tombol AUTO, tunggu sebentar maka sinyal ditampilkan pada layar. Perhatikan gambar berikut ini:
Gambar 9. Menampilkan sinyal sinusoidal pada osiloskop - Untuk mengetahui amplitude gelombang, perhatikan pada bagian bawah layar yang ditandai dengan warna kuning (untuk channel 1). Tertulis 500mV, apa artinya? Amplitudonya sebesar 500mV x 10 = 5V. 10 adalah factor pengali, kita ketahui saat kalibrasi atau sebenarnya pengali ini dapat dipilih pada probe osiloskop, ada dua pilihan yaitu pengali 1 dan 10, sebaiknya pakai pengali 10 supaya oslioskop lebih maksimal dalam menampilkan sinyal.
- Sedangkan untuk sumbu x terdiri dari frekuensi dan periode, pada layar di gambar 5 sudah tertulis dengan jelas bahwa frekuensinya sebesar 15kHz dan periode sebesar:
\(T=\frac{1}{f}\)
\(T=\frac {1}{15000}=0,0667 ms= 66,7 μs\)
Nilai perhitungan periode hamper sama dengan periode pada layar di osiloskop yaitu sebesar 66,8 us (mikro detik).
Mengukur dua sinyal listrik sekaligus
Pada osilsokop yang saya gunakan, terdapat 4 input untuk sinyal listrik artinya kita bisa mengukur 4 sinyal listrik sekaligus. Tapi pada saat ini, kita hanya menampilkan dua sinyal masukan. Misalkan sumber pertama adalah tegangan sinusoidal dan tegangan kedua adalah gelombang sinusoidal dengan amplitude dan frekuensi yang sama.
- Sinusoidal pertama dihubungkan ke channel 1 sedangkan gelombang kedua ke channel 2 osiloskop, perhatikan gambar berikut ini:
Gambar 10. Dua sumber listrik sinusoidal dihubungkan ke osiloskop. - Tekan tombol AUTO pada osiloskop, maka tampilan sinyalnya adalah sebagai berikut:
Gambar 11. Dua gelombang sinusoidal pada osiloskop - Kita dapat merubah tinggi sinyal dengan cara memutar tombol 2(perhatikan gambar 3) Ke kiri ke kanan, selain itu kita juga dapat mengatur lebar sinyal dengan cara memutar kiri kanan pada tombol 3.
- Perhatikan bahwa tulisan berwarna kuning adalah untuk gelombang pada channel 1 sedangkan yang warna biru untuk channel 2. Lalu apa tujuannya menampilkan dua sinyal sekaligus? Supaya kita dapat membandingkannya, misalkan ingin membandingkan sinyal sebelum dan setelah diberi rangkaian penguat, dan lain sebagainya.