B A B II

B A B I

WAVEFORMS

1. Repetitive Waveforms and Transiens

Ketika suatau kwantitas bervariasi berhubungan dengan kwantitas lain, maka hubungan tersebut dapat ditampilkan dalam suatu grafik.

Misalkan suatu dioda semiconductor, arus forward diode (IF) terhadap tegangan forward (VF) jika di gambarkan dalam grafik akan memberikan suatu grafik karakteristik dari diode [gambar 1-1a].

Dengan cara yang sama, grafik juga bisa untuk menampilkan jumlah/kwantitas terhadap waktu. Grafik dari tegangan atau arus DC terhadap waktu biasanya menghasilkan grafik garis lurus, seperti pada gambar 1.1b. Dan tegangan AC menghasilkan grafik yang nilai tegangannya bertambah dan berkurang terhadap waktu.

Gambar 1.1. Beberapa contoh grafik

Pada gambar 1.1c memperlihatkan suatu bentuk gelombang (waveform) sinus tegangan AC. Disini terlihat bahwa tegangan bertambah positif hingga mencapai harga puncak (peak) kemudian akan berkurang melalui nol hingga mencapai harga peak negative dan kembali lagi bertambah menuju nol; kemudian akan berulang terus menerus. Gelombang sinus mengulang siklus (cycle) dari tegangan (atau arus) terhadap waktu. Semua waveform yang terdiri dari identik cycle secara berulang dapat digolongkan sebagai repetitive waveform atau periodic waveform. Untuk mempelajari atau memahami perilaku voltase atau arus gelombang periodik cukup dengan mempelajari hanya satu cycle dari bentuk gelombang periodik bersangkutan. Jika tiap cyle dari tegangan AC tidak identik, bentuk gelombang tersebut di golongkan sebagai aperiodic waveform.

Kadang-kadang tegangan DC berubah secara cepat (bertambah atau berkurang) dan kembali lagi ke normal tegangan (gambar 1.1d). Hal ini mungkin terjadi, contoh saat suatu beban tiba-tiba dinyalakan. Gelombang semacam itu di sebut sebagai transient waveform.

2. Display Methods

Sejak gelombang elektrik, biasanya dengan periode waktu mili detik atau micro detik, pengukuran manual tidak dapat digunakan untuk membuat grafik lagi. Sebagai gantinya piranti instrumentasi digunakan untuk pembacaan secara actual dari tegangan atau arus terhadap waktu. Salah satu instrumentasi adalah strip chart recorder (gambar 1-2). Instrumen lain yang paling sering digunakan adalah Cathode-Ray Oscilloscope atau sering disebut sebagai oscilloscope saja, oscilloscope ini cukup sanggup mengukur untuk frekuensi tinggi.

Gambar 1.2. Strip Chart Recorder

a. Satu Siklus Gelombang

b. Dua Siklus Gelombang

Gambar 1.3. Tampilan Oscilloscope

3. Jenis Waveform

Sinusoidal (gel. Sinus). Kebanyakan gelombang elektrik adalah gelombang sinus, seperti pada berikut.

Gambar 1.4. Bentuk Gelombang Sinus

Rectangular (gel. Kotak). Saat tegangan dc tiba-tiba berubah dari suatu level ke level tegangan yang lain, perubahan ini kita sebut sebagai a step change, Perubahan ini bisa positif atau negatif seperti pada gambar 1.5. Saat durasi t1 untuk level atas (upper) dc sama dengan durasi t2 untuk level bawah (lower), kita sebut sebagai square wave. Saat t1 dan t2 tidak sama, gelombang ini biasanya disebut sebagai pulse waveform.

Gambar 1.5. Bentuk Gelombang Kotak

Ramp. Adalah gelombang yang terbentuk dengan perubahan tegangan (bertambah atau berkurang) yang konstan terhadap waktu. Suatu ramp yang berulang dari positive ramp langsung diikuti negative ramp biasa disebut sebagai triangular waveform (gel. Segitiga). Jika salah satu ramp lebih lebar dari yang lain biasanya disebut sebagai sawtooth waveform (gel. Gigi gergaji).

Gambar 1.6. Bentuk Gelombang Ramp

Exponential. Pada gelombang ini level tegangan bervariasi terhadap waktu menurut rumus atau , dimana t adalah waktu, k adalah konstanta dan ( adlah exponential constant ((=2,718). Macam-macam gelombang eksponensial dapat dilihat pada gambar 1.7. berikut:

Gambar 1.7. Bentuk Gelombang Eksponensial

4. Karakteristik Gelombang-Gelombang Pulsa

Anggap suatu pulsa ideal seperti pada gambar 1.8. Pada kasus tertentu pulse positif terhadap ground. Amplitudo pulsa dengan mudah diukur dari level atas tegangan pada pulsa terhadap ground. Pada tepi pertama pulsa (t=0) disebut sebagai leading edge, dan pada tepi kedua disebut sebagai trailing edge atau lagging edge.

Gambar 1.8. Gelombang Pulsa Ideal

Waktu periode T adalah waktu diukur dari leading edge pulsa pertama hingga leading edge pulsa berikutnya. Jika T=1 dt, maka kemudian pulse repetition frequency (PRF) adalah 1 cycle/sec, atau 1 pulse per sec (pps), atau PRF=1/T pps.

Waktu yang di ukur dari leading edge hingga trailing edgepada satu pulsa disebut dengan pulse width (PW), pulse duration (PD) atau mark length. Waktu antara pulsa disebut sebagai space width. Perbandingan atara lebar pulsa (PW) terhadap waktu sering disebut sebagai duty cycle (siklus kerja) dan perbandingan mark to space (M/S).

(1-1)

dan

(1-2)

Contoh 1-1

Tentukan amplitudo, PRF, PW, duty cycle dan M/S ratio.

Jika diketahui bentuk gelombang pulsa seperti pada gambar 1.9,

skala vertikal 1 V per div dan skala horisontal 0,1 ms per div.

Gambar 1.9. Gelombang Pulsa pada Oscilloscope

Jawab

Amplitudo= (4,5 div) x (1 V/div)

= 4,5 Volt

T= (6 div) x (0,1 ms/div)

= 0,6 ms

PRF= 1/T

= 1/0.6 ms = 1666 pps

PW= (2,5 div) x (0,1 ms/div)

= 0,25 ms

Space Width= 3,5 x 0,1 ms = 0,35 ms

Duty Cycle=

= =41,6%

M/S= =

= 0,71

Pulsa pada gambar 1.9 tampak sangat ideal, dimana bagian atas flat dengan sempurna dan bagian vertikal juga flat ke bawah atau ke atas dengan sempurna. Meskipun begitu, jika kita mengukur dalam keadaan sebenarnya maka akan kita temukan bahwa bagian atas pulsa tidak pernah flat sempurna. Amplitudo dari lagging edge biasanya lebih kecil dari leading edge. Pada banyak kasus kemiringan (slope) bagian atas pusla sangat kecil sehingga tidak dengan mudah diukur.

a.

b.

Gambar 1.10. Gelombang Pulsa pada Oscilloscope

Pada kasus lainnya, seperti pada gambar 1.10, kemiringan bagian atas pulsa tampak jelas. Tegangan pulsa tidak dengan cepat berubah dari nol ke level maksimum, dan juga tidak dengan cepat berubah dari level maksimum ke nol. Kenyataannya terdapat rise time tr dan fall time tf pada tepi leading dan lagging. Jika PW diukur dekat dengan bagian atas pulsa hasilnya akan sangat berbeda jika diukur dekat dengan bagian bawah pulsa. Oleh karena itu PW diukur dari tengah amplitudo dan space width diukur seperti pada PW yaitu pada tengah amplitudo. Jumlah dari PW dan SW selalu sama dengan time period (T).

PW + SW = T

Masih pada gambar 1.10, E1 adalah tegangan maksimum amplitudo pulsa, E2 adalah tegangan minimum amplitudo dan E tegangan rata-rata pulsa amplitudo adalah :

Waktu naik tr (rise time) adalah Waktu naik mulai dari 10% hingga 90%. Dengan cara yang sama untuk waktu turun tf (fall time) yaitu dari 90% hingga 10%. Kemiringan (Tilt atau Slope) pada puncak gelombang adalah :

(1-3)

Sedangkan pada gambar 1-10(b), gelombang adalah gelombang yang simetris antara atas dengan bawah ground. Meskipun terdapat Tilt, leading dan trailing nya mempunyai amplitudo yang sama. Jika E1 diukur keseluruhan dari leading dan E2 diukur keseluruhan dari trailing, persamaan 1-3 akan menghasilkan 0 Tilt. Maka E1 dan E2 diukur dari ground, sehingga :

Contoh 1-2

Pada gambar 1-10(a), tentukan amplitudo, tilt, tr, tf, PW, PRF, perbandingan M/S, dan duty cycle. Untuk gambar 1-10(b) tentukan tilt.

V/div : 100 mV/div, T/div : 100s/div.

Jawab

a. Amplitudo,

b.

Tegangan Rata2=

ab

Gambar 1.11. Gelombang Pulsa Dengan Peak To Peak Yang Sama, Beda Tegangan Rata-Rata

Gelombang kotak pada gambar 1.11(a) terlihat simetris pada atas dan bawah ground. Peak positif dan negatif memiliki amplitudo yang sama dan juga lebarnya (t1=t2). Ini berarti tegangan rata-rata nya sama dengan nol, jika ini diukur dengan multitester maka akan menunjukkan nilai nol. Tegangan rata-rata dari gelombang tersebut adalah :

Tegangan Rata-Rata

(1-4)

Maka untuk gambar 1-11(a)

Selanjutnya untuk gambar 1-11(b)

Contoh 1-3

Tentukan tegangan rata-rata dari pulsa berikut :

Jawab

a. Vav

= 3 V

b. Vav

= 1 V

c. Vav

= 5 V

b.

a.

c.

_1173810377.unknown

_1173893597.unknown

_1173975736.unknown

_1174105682.vsd

_1174106517.unknown

_1174107227.vsd

_1282554600.unknown

_1282556067.vsdV-=0 V

V+=+12 V

Vav=6 V

T

t

0

1

2

3

ms

_1174107778.vsd

_1174106565.unknown

_1174106597.unknown

_1174106293.vsd

_1174106420.unknown

_1174106049.vsd

_1173976063.unknown

_1173976948.vsd

_1173975888.unknown

_1173894022.unknown

_1173895608.unknown

_1173896240.unknown

_1173894088.unknown

_1173893833.unknown

_1173893864.unknown

_1173893708.unknown

_1173892669.unknown

_1173892871.unknown

_1173892918.unknown

_1173892758.unknown

_1173892541.unknown

_1173892601.unknown

_1173892520.unknown

_1173727793.vsd

_1173806063.vsd

_1173809600.unknown

_1173809689.unknown

_1173806498.vsd

_1173802119.vsd

_1173804932.vsd

_1173801747.vsd

_1173253783.unknown

_1173727059.vsd

_1173727091.vsd

_1173254557.unknown

_1173254632.unknown

_1173327357.unknown

_1173254605.unknown

_1173254519.unknown

_1173248938.unknown

_1173253672.unknown

_1170489563.vsd