View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
PERANCANGAN FUNCTION GENERATOR DENGAN FREKUENSI 0,1HZ ~
2MHZ
Oleh
Vinlux Maria
NIM: 612009001
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Oktober 2015
i
INTISARI
Function generator merupakan salah satu alat yang dibutuhkan pada laboratorium
elektronika guna menunjang praktikum elektronika. Data yang didapatkan dari hasil
praktikum akan lebih bervariasi dan akurat apabila function generator yang digunakan
memiliki jangkauan frekuensi yang cukup lebar dan akurat. Selain itu praktikan juga
membutuhkan function generator yang memiliki pengaturan duty cycle, tegangan offset,
atenuasi dan variasi bentuk gelombang tegangan.
Oleh karena itu pada skripsi ini dibuat sebuah function generator dengan
jangkauan frekuensi 0,1Hz sampai dengan 2MHz. Function generator ini juga memiliki
pengaturan gelombang tegangan berupa sinus, kotak dan segitiga. Selain itu terdapat
pengaturan duty cycle, tegangan offset, amplitudo, dan atenuasi.
Function generator ini menggunakan IC MAX038 dimana IC ini merupakan
pembangkit gelombang dengan jangkauan frekuensi 0,1Hz sampai dengan 2MHz untuk
frekuensi sinus dengan amplitudo maksimum 20Vpp. Sedangkan untuk gelombang kotak
dari frekuensi 0,1Hz sampai dengan 500kHz dengan amplitudo maksimum 20Vpp
sedangkan untuk frekuensi diatas 500kHz sampai 2MHz amplitudo maksimum yang
dicapai 2Vpp. Untuk gelombang segitiga dari frekuensi 0,1Hz sampai dengan 1MHz
memiliki amplitudo maksimum 20Vpp, untuk frekuensi di atas itu, amplitudo maksimum
yang dicapai 2Vpp. Function generator ini juga memiliki pengaturan duty cycle dari
10,36% sampai dengan 89,94% dan tegangan offset DC ±2V. Atenuasi dapat diatur dari
-50dB sampai dengan 0dB dengan step antara 10dB. Frekuensi yang diatur dapat
ditampilkan pada 8 digit 7-segmen.
Kata kunci: Function Generator, MAX038
.
ii
ABSTRACT
Function generator is one of the most important test equipments in an electronic
laboratory. Some of the most common waveforms produced by the function generator
are the sine, square, triangular shapes. However, some of generatos available in ECE
Dept of SWCU can only produce sine and square waves shape. These old generators
also don’t have the abilities to modify the parameters of the waveforms, and their
maximum frequencies are limited to 1MHz.
Therefore in this final project, a function generator that can produce sine, square,
and triangular shapes with wider frequency range (0.1Hz to 2MHz) was designed. This
generator also has the ability to modify waveform’s parameter including their
amplitudes, duty cycles and can add offset voltages to these waveforms.
This function generator utilized a MAX038 chip to generate those three kinds of
waveforms. The results showed that the frequency of sinusoidal waveform can be
adjusted from 0.1Hz to 2MHz (20Vpp maximum). The square wave shape can also have
a 20Vpp amplitude from 0.1Hz to 500kHz and up to 2Vpp for frequency above 500kHz.
Finaly, the triangular waveform can reach 20Vpp for 0.1Hz to 1MHz, and 2Vpp for
frequency above 1MHz. The waveform’s frequency is diplayed in 8 digits, using 7-
segments. The duty cycles of each waveforms can be varied from 10.36% to 89.94%
and an offset voltage can be added gradually up to ±2V. The function generator also has
an attenuator than be can adjusted from -50dB to 0dB with 10dB step, to control the
amplitude of the waveforms along with an amplitude dial.
Key words: Function Generator, MAX038
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia
yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan
skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan tugas akhir di Fakultas Teknik Elektronika
dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Bapak Ir.F.Dalu. Setiaji, MT. dan Bapak Deddy Susilo, S.T., M. Eng sebagai
pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas kesabaran dalam
bimbingan, pengarahan dan solusi selama mengerjakan skripsi ini.
2. Papih (Alm.) Lie Koen Hok, Mamih Lindawati yang selalu mendoakan dan
mensupport penulis agar selalu tetap kuat untuk menyelesaikan kuliah di
Fakultas Teknik Elektro dan skripsi ini.
3. Teman – teman FTEK 2009.
4. Teman khususnya yang membantu dalam proses pengerjaan skripsi: Wikan,
Yuli, Ivan, Hendro, Angga, Astu, Anne, Grace, Mas Daniel, Ka Deka, Mas
Kumis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Oktober 2015
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI ........................................................................................... i
ABSTRACT ...................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR ISTILAH .......................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1. Tujuan ...................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang Permasalahan ................................................... 2
1.3. Spesifikasi Alat ........................................................................ 2
1.4. Sistematika Penulisan ............................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ...................................................................... 4
2.2. Function Generator .................................................................. 4
2.3. Osilator .................................................................................... 5
2.4. MAX038 .................................................................................. 10
2.5. Rangkaian Operasional Amplifier ............................................. 12
2.6. Arduino Uno ............................................................................ 14
BAB III PERANCANGAN ALAT ............................................................... 17
v
3.1. Gambaran Sistem ..................................................................... 17
3.2. Gambaran Kerja Alat ................................................................ 18
3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................. 19
3.4. Perancangan Perangkat Keras ................................................... 21
3.4.1. Modul Pembangkit Gelombang.............................. 21
3.4.2. Modul Pengaturan Duty Cycle ............................... 24
3.4.3. Modul Pengaturan Amplitudo ................................ 26
3.4.4. Modul Pengaturan Tegangan Offset ....................... 27
3.4.5. Modul Pengaturan Atenuasi ................................... 29
3.4.6. Modul Switch Pemilihan Gelombang ..................... 33
3.4.7. Modul Mikrokontroler ........................................... 34
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ....................................................... 28
4.1. Pengujian Modul Pembangkit Gelombang dan Amplitudo ........ 37
4.1.1. Gelombang Tegangan Segitiga .............................. 37
4.1.2. Gelombang Tegangan Sinus .................................. 48
4.1.3. Gelombang Tegangan Kotak .................................. 57
4.2. Pengujian Duty Cycle ............................................................... 67
4.3. Pengujian Pengaturan Tegangan Offset ..................................... 71
4.4. Pengujian Pengaturan Atenuasi................................................. 73
4.5. Pengujian dengan Impedansi Keluaran 50 Ω ............................. 77
4.6. Pengujian Keluaran 5Vpp (Sync Output) .................................... 78
vi
4.7. Pengujian Penampil Frekuensi .................................................. 79
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 82
5.1. Kesimpulan .............................................................................. 82
5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 83
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 84
LAMPIRAN ..................................................................................................... 85
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Audio Generator pada Lab BS-2 ...................................................... 1
Gambar 2.1. Rangkaian dan Bentuk Gelombang Output Rangkaian Osilator ........
Gelombang Segitiga ........................................................................ 5
Gambar 2.2. PWL Transfer Function ................................................................... 7
Gambar 2.3. Rangkaian Positive Half-Cycle ........................................................ 7
Gambar 2.4. Rangkaian Diode Wave Shaping ...................................................... 8
Gambar 2.5. Transformasi Gelombang Segitiga ke Gelombang Sinus .................. 8
Gambar 2.6. Rangkaian Komparator Non-Inverting ............................................. 9
Gambar 2.7. Masukan dan Keluaran dari Rangkaian Komparator Non-Inverting ..
........................................................................................................ 9
Gambar 2.8. High Frequency Wave Generator MAX038 ..................................... 10
Gambar 2.9. Rangkaian Pengatur Duty Cycle ....................................................... 12
Gambar 2.10. Rangkaian Penguat Inverting ........................................................... 13
Gambar 2.11. Rangkaian Buffer ............................................................................. 13
Gambar 2.12. Board Arduino Uno ......................................................................... 15
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Alat ............................................................... 17
Gambar 3.2. Diagram Alir Program Utama .......................................................... 19
Gambar 3.3. Diagram Alir Program Interupsi Eksternal ....................................... 20
Gambar 3.4. Diagram Alir Program Interupsi Timer ............................................ 20
Gambar 3.5. Operating Circuit pada Datasheet MAX038 .................................... 22
Gambar 3.6. Rangkaian Modul Pembangkit Gelombang ...................................... 23
Gambar 3.7. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.6 ...................................... 24
viii
Gambar 3.8. Rangkaian Modul Pengaturan Duty Cycle ........................................ 25
Gambar 3.9. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.8 ...................................... 26
Gambar 3.10. Rangkaian Penguat Inverting Modul Pengatur Amplitudo ................ 27
Gambar 3.11. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.10..................................... 27
Gambar 3.12. Rangkaian Modul Pengaturan Tegangan Offset ................................ 28
Gambar 3.13. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.12 ..................................... 29
Gambar 3.14. Rangkaian Modul Pengaturan Atenuasi ........................................... 31
Gambar 3.15. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.14..................................... 33
Gambar 3.16. Rangkaian Modul Switch Gelombang .............................................. 33
Gambar 3.17. Realisasi dari Rangkaian pada Gambar 3.16..................................... 34
Gambar 3.18. Modul Arduino Uno ........................................................................ 34
Gambar 3.19. Modul 7-segmen .............................................................................. 35
Gambar 3.20. Function Generator Yang Dibuat .................................................... 36
Gambar 4.1. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 0,1Hz ................................. 38
Gambar 4.2. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1Hz .................................... 40
Gambar 4.3. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 10Hz ................................. 41
Gambar 4.4. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 100Hz ................................ 42
Gambar 4.5. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1kHz .................................. 43
Gambar 4.6. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 10kHz ................................ 44
Gambar 4.7. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 100kHz .............................. 45
Gambar 4.8. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 1MHz ................................ 46
Gambar 4.9. Gambar Gelombang Tegangan Segitiga 2MHz ................................ 47
ix
Gambar 4.10. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 0,1Hz ..................................... 48
Gambar 4.11. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1Hz ........................................ 49
Gambar 4.12. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 10Hz ...................................... 49
Gambar 4.13. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 100Hz .................................... 50
Gambar 4.14. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 100Hz
........................................................................................................ 50
Gambar 4.15. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 100Hz
........................................................................................................ 51
Gambar 4.16. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ...................................... 51
Gambar 4.17. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 1kHz . 52
Gambar 4.18. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 1kHz . 52
Gambar 4.19. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 10kHz .................................... 53
Gambar 4.20. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 10kHz
........................................................................................................ 53
Gambar 4.21. Hasil Pengukuran THD dengan THD Meter Untuk Frekuensi 10kHz
........................................................................................................ 54
Gambar 4.22. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 100kHz .................................. 54
Gambar 4.23. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 1MHz .................................... 55
Gambar 4.24. Gambar Gelombang Tegangan Sinus 2MHz .................................... 55
x
Gambar 4.25. Grafik THD Terhadap Frekuensi pada Function Generator Yang
Dibuat.............................................................................................. 57
Gambar 4.26. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 0,1Hz .................................... 58
Gambar 4.27. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1Hz ....................................... 59
Gambar 4.28. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 10Hz ..................................... 60
Gambar 4.29. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 100Hz ................................... 61
Gambar 4.30. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1kHz ..................................... 62
Gambar 4.31. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 10kHz ................................... 63
Gambar 4.32. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 100kHz ................................. 64
Gambar 4.33. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 500kHz ................................. 65
Gambar 4.34. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 1MHz ................................... 66
Gambar 4.35. Gambar Gelombang Tegangan Kotak 2MHz ................................... 67
Gambar 4.36. Gelombang Tegangan Kotak dengan Duty Cycle 15% pada Frekuensi
1kHz ................................................................................................ 68
Gambar 4.37. Gelombang Tegangan Kotak dengan Duty Cycle 40% pada Frekuensi
1kHz ................................................................................................ 68
Gambar 4.38. Gelombang Tegangan Kotak dengan Duty Cycle 65% pada Frekuensi
1kHz ................................................................................................ 69
Gambar 4.39. Gelombang Tegangan Kotak dengan Duty Cycle 85% pada Frekuensi
1kHz ................................................................................................ 69
Gambar 4.40. Tegangan pada PIN DADJ Apabila Potensio Diputar Minimal dan
Maksimal ......................................................................................... 70
xi
Gambar 4.41. Duty Cycle pada Frekuensi 891,50Hz .............................................. 71
Gambar 4.42. Gelombang Tegangan Kotak 1kHz .................................................. 72
Gambar 4.43. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ................................................... 72
Gambar 4.44. Gelombang Tegangan Segitiga 1kHz ............................................... 73
Gambar 4.45. Atenuasi 0dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz ..................... 74
Gambar 4.46. Atenuasi -10dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz .................. 75
Gambar 4.47. Atenuasi -20dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz .................. 75
Gambar 4.48. Atenuasi -30dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz .................. 76
Gambar 4.49. Atenuasi -40dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz .................. 76
Gambar 4.50. Atenuasi -50dB pada Gelombang Tegangan Sinus 1kHz .................. 77
Gambar 4.51. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz dengan Amplitudo 18Vpp ........... 78
Gambar 4.52. Gelombang Tegangan Sinus 1kHz dengan Amplitudo 4Vpp ............. 78
Gambar 4.53. Perbandingan Main Output dan Sync Output pada Frekuensi 1kHz ..
........................................................................................................ 79
Gambar 4.54. Perbandingan Main Output dan Sync Output pada Frekuensi 10kHz
........................................................................................................ 79
Gambar 4.55. Penampil Frekuensi 1,045kHz ......................................................... 80
Gambar 4.56. Penampil Frekuensi 10,27kHz ......................................................... 80
Gambar 4.57. Penampil Frekuensi 101,569kHz ..................................................... 80
Gambar 4.58. Penampil Frekuensi 1,045197MHz .................................................. 81
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Logika CMOS Pemilihan Gelombang .............................................. 10
Tabel 3.1. Range Frekuensi terhadap Nilai Kapasitor ....................................... 22
Tabel 3.2. Daftar Komponen pada Modul Pembangkit Gelombang .................. 24
Tabel 3.3. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Duty Cycle .................... 25
Tabel 3.4. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Amplitudo .................... 27
Tabel 3.5. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Tegangan Offset ............ 29
Tabel 3.6. Daftar Komponen pada Modul Pengaturan Atenuasi ....................... 33
Tabel 3.7. Konfigurasi Penggunaan Pin/ Port Arduino Uno ............................. 35
Tabel 3.2. Daftar Komponen pada Modul Pembangkit Gelombang .................. 24
Tabel 4.1. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 0,1Hz .............. 39
Tabel 4.2. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1Hz ................. 40
Tabel 4.3. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 10Hz ............... 41
Tabel 4.4. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 100Hz ............. 42
Tabel 4.5. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1kHz ............... 43
Tabel 4.6. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 10kHz ............. 44
Tabel 4.7. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 100kHz ........... 45
Tabel 4.8. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 1MHz ............. 46
Tabel 4.9. Tabel Amplitudo Terhadap Gradien pada Frekuensi 2MHz ............. 47
Tabel 4.10. THD Function Generator Yang Dibuat Terhadap Frekuensi ............ 56
Tabel 4.11. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 0,1Hz ................. 58
Tabel 4.12. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 1Hz .................... 59
xiii
Tabel 4.13. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 10Hz .................. 60
Tabel 4.14. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 100Hz ................ 61
Tabel 4.15. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 1kHz .................. 62
Tabel 4.16. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 10kHz ................ 63
Tabel 4.17. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 100kHz .............. 64
Tabel 4.18. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 500kHz .............. 65
Tabel 4.19. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 1MHz ................. 66
Tabel 4.20. Perbandingan Rise Time dan OverShoot pada GFG-813 dan
Function Generator Yang Dibuat pada Frekuensi 2MHz ................. 67
Tabel 4.21. Nilai Tegangaqn High dan Low pada Offset -2V dan +2V pada
Frekuensi 1kHz ............................................................................... 73
Tabel 4.22.Output dari Setiap Performa Atenuasi .............................................. 74
Tabel 5.1. Output dari Function Generator ...................................................... 82
xiv
DAFTAR ISTILAH
AC Alternating Current
ASCII American Standart code for Information Interchange
DADJ Duty Cycle Adjusment
FADJ Frequency Adjustment
GND Ground
IC Integrated Circuit
MOSI Master Out Slave In
PWM Pulse Width Modulation
RX Receiver
SCK Serial Clock
TX Transmitter
Recommended