PENGUKURAN VOLTMETER DIGITAL

VOLTMETER DIGITAL
`
13.1 Karakteristik Umum
Voltmeter digital memperagakan pengukuran tegangan dc atau ac dalam bentuk angka diskrit, sebagai pengganti defleksi jarum penunjuk pada sebuah skala kontinu seperti dalam alat ukur analog.
Penunjukan dengan angka dalam banyak pemakaian lebih menguntungkan, karena :

- mengurangi kesalahan pembacaan oleh manusia.dan interpolasi.

- menghilangkan kesalahan paralaksis.

- memperbesar kecepatan pembacaan.

- melengkapi keluaran dalam bentuk digital yang sesuai bagi pengolahan dan pencatatan selanjutnya.

Digital voltmeter merupakan suatu instrumen yang dapat diandalkan dan teliti, yang dapat digunakan dalam banyak pemakaian pengukuran di laboratorium.
Digital voltmeter dapat bersaing terhadap instrumen-instrumen analog konvensional, disebabkan perkembangan dan penyempurnaan modul-modul rang-kaian terpadu ( integrated circuit, IC ), ukuran, kebutuhan daya dan harga yang berkurang secara drastis.
Kualitas voltmeter digital yang menonjol dapat digambarkan dengan mengemuka- kan Karakteristik operasi dan karakteristik yang khas.
Spesifikasi berikut tidak semua berlaku pada satu instrumen tertentu, akan tetapi benar-benar menyatakan informasi yang absah mengenai keadaan saat ini, yaitu :

- Rangkuman masukan : dari ± 1,000000 V sampai ± 1000, 000 V, dengan pemilihan rangkuman secara otomatis dan indikasi beban lebih.

- Ketelitian mutlak sebesar ± 0,005 persen dari pembacaan.

- Stabilitas : jangka pendek 0,002 persen dari pembacaan untuk perioda 24 jam : jangka panjang 0,008 persen pembacaan untuk perioda 6 bulan.

- Resolusi : 1 bagian dalam 106 (1 μV dapat dibaca pada rangkuman masukan1 V ).

- Karakteristik masukan : tahanan masukan khas adalah 10 MΩ ; kapasitas masukan 40 pF.

- Kalibrasi : standar kalibrasi internal yang memungkinkan kalibrasi tidak ber-gantung pada rangkaian ukur diperoleh dari sumber referensi yang distabilkan.

- Sinyal-sinyak keluaran : perintah mencetak, memungkinkan keluaran menuju pencetak keluaran BCD ( binary coded decimal = bilangan desimal yang masing-masing angka dinyatakan oleh empat bit ) untuk pengolahan atau pen- catatan digital.


Ciri pilihan biasa mencakup rangkaian tambahan untuk mengukur arus, tahanan dan perbandingan tegangan.
Variabel-variabel fisis lainnya dapat diukur dengan menggunakan transducer yang sesuai.
Voltmeter digital dapat dikelompokkan kedalam 4 ( empat ) kategori, yaitu :

1. Voltmeter digital tipe tanjak ( ramp type DVM ).

2. Voltmeter digital tipe penggabungan / intergrasi ( integrating DVM )

3. Voltmeter digital setimbang kontinu ( continuous balance DVM )

4. Voltmeter digital dengan pendekatan berturut-turut ( successive approximating DVM ).


13.2 Voltmeter Digital Tipe Tanjak
Prinsip kerja voltmeter tipe tanjak didasarkan pada pengukuran waktu yang diperkirakan oleh sebuah tegangan tanjak linier agar naik dari level 0 Volt ke level tegangan masukan, atau berkurang dari level tegangan masukan ke nol.
Selang waktu ini diukur oleh sebuah pencacah waktu elektronik, dan pencacahan ini diperagakan dalam sejumlah angka pada tabung penunjuk elektronik.
Pada gambar 1, Pengubahan dari sebuah tegangan ke suatu selang waktu dengan menggunakan pulsa-pulsa lonceng melalui gerbang.

Gambar 1

Dari gambar 1, dapat dijelaskan sebagai berikut :

- pada permulaan siklus pengukuran, sebuah tegangan tanjak dimulai, dimana tegangan ini bisa menuju positip atau negatip

- tanjakan yang menuju negatip ditunjukkan pada gambar 1, dibandingkan secara kontinyu terhadap tegangan masukan yang tidak diketahui.



- Pada saat dimana tegangan tanjak sama dengan tegangan yang tidak diketa-hui, sebuah rangkaian pembanding atau komparator membangkitkan sebuah pulsa yang membuka sebuah gerbang.
Gerbang ini ditunjukkan pada diagram balok dari sebuah voltmeter digital ( lihat gambar 2 ).

- Tegangan tanjak terus berkurang terhadap waktu sampai akhirnya mencapai nol volt ( atau potensial tanah ), dan sebuah pembanding lainnya membangkit-kan sebuah pulsa keluaran yang menutup gerbang.

Gambar 2


- Sebuah osilator membangkitkan pulsa-pulsa lonceng yang diijinkan lewat melalui gerbang menuju sejumlah unit pencacah kelipatan sepuluh ( DCU ), yang menjumlahkan jumlah pulsa yang lewat melalui gerbang.

- Bilangan desimal, yang diperagakan oleh tabung indikator yang bergantung pada unit pencacah kelipatan sepuluh, merupakan suatu ukuran dari besarnya tegangan masukan.

- Multivibrator atas dasar cuplikan, menentukan laju kecepatan pada mana siklus pengukuran dimulai. Osilasi multivibrator ini biasanya dapat diatur oleh sebuah alat kontrol di panel depan yang diberi tanda rate, yaitu dari beberapa getaran perdetik sampai sebesar 1000 atau lebih.

- Rangkaian atas dasar cuplikan melengkapi pulsa permulaan bagi generator tanjak untuk memulai tegangan tanjak berikutnya.

- Pada waktu bersamaan dibangkitkan sebuah pulsa untuk me-nol-kan (reset pulse ) yang mengembalikan semua DCU ke keadaan nol, dan menghilangkan peragaan dari tabung-tabung penunjuk secara seketika.


13.3 Voltmeter Digital Tanjak Tipe Anak tangga
Voltmeter digital tanjak tipe anak tangga , ditunjukkan dalam diagram balok pada gambar 3. Voltmeter jenis ini, merupakan suatu variasi dari voltmeter tipe tanjak, akan tetapi sedikit lebih sederhana dalam rancangan secara keseluruhan, memperlihatkan suatu instrumen pemakaian umum yang dapat digunakan di laboratorium, pada pangkalan uji produksi, bengkel perbaikan, dan pada stasiun-stasiun pemeriksaan
Voltmeter jenis ini melakukan pengukuran tegangan dengan membandingkan tegangan masukannya terhadap sebuah tegangan tanjak anak tangga yang di bangkitkan secara internal.

Dari gambar 3 dapat dijelaskan :

- Pelemah masukan 10 MΩ, memberikan lima rangkuman masukan mulai dari 100 m V sampai 100 V skala penuh.

- Penguat arus searah, dengan penguatan tetap sebesar 100, memberikan 10 V ke pembanding pada setiap penyetelan tegangan skala penuh dari pembagi tegangan masukan.

- Pembanding mengindera kesamaan antara tegangan masukan yang diperkuat dan tegangan tanjak anak tangga yang dibangkitkan sebagai pengukuran yang berjalan meneruskan siklusnya.

- Jika pertama-tama pengukuran dimulai, lonceng ( osilator relaksasi 4,5 KHz ) menyediakan pulsa ke ketiga DCU dalam bentuk air terjun.

- Pencacah satuan-satuan menyediakan pulsa pembawa ke dekade sepuluh pada setiap sepersepuluh pulsa masukan.

- Dekade sepuluh tersebut mencacah pulsa pembawa dari dekade satuan dan menyediakan pulsa pembawanya sendiri setelah mencacah sepuluh pulsa pembawa ke sebuah rangkaian rangkuman lebih.

- Rangkaian rangkuman lebih menyebabkan sebuah indikator pada panel depan menyala, yang mengingatkan operator bahwa kapasitas masukan dari instrumen telah dilewati, dan selanjutnya operator akan memindahkan pelemah masukan ke kedudukan yang lebih tinggi berikutnya.

- Masing-masing unit pencacah dihubungkan dengan sebuah pengubah digital-ke analog ( digital to analog converter, D/A ), dan keluaran D/A ini terhubung secara paralel dan memberikan arus keluaran yang sebanding dengan pencacahan arus dari DCU.

- Penguat anak tangga mengubah arus D/A menjadi tegangan anak tangga yang dimasukkan ke pembanding. Jika pembanding mengindera kesamaan tegangan masukan dan tegangan anak tangga, dia akan menghasilkan sebuah pulsa pemicu untuk menghentikan osilator, maka kandungan arus pencacah sebanding dengan besarnya tegangan masukan.


Laju pencuplikan dikontrol oleh sebuah osilator rileksasi sederhana, osilator ini memicu dan me-nol-kan penguat alih dengan laju kecepatan sebesar dua cuplikan setiap detik.

- Penguat alih menghasilkan sebuah pulsa yang mengalihkan informasi yang disimpan didalam pencacah dekade menuju unit peraga di panel depan.

- Sisi belakang pulsa ini memicu penguat nol ( reset amplifier ) yang mengatur ketiga pencacah decade menjadi nol dan memulai suatu siklus pengukuran yang baru dengan menghidupkan osilator induk atau lonceng ( clock ).

- Rangkaian peraga menyimpan tiap-tiap pembacaan sampai selesai suatu pembacaan baru, dan menghilangkan setiap kedip ( blinking ) atau pencaca-han selama perhitungan.


13.4 Voltmeter Digital Tipe Penggabungan
Voltmeter jenis ini mengukur tegangan masukan rata-rata sebenarnya melalui suatu periode pengukuran yang telah tertentu, berbeda dengan Voltmeter tipe tanjak yang mencuplik tegangan pada akhir siklus pengukuran.
Suatu teknik yang dipakai secara luas untuk melakukan integrasi adalah menggu-nakan sebuah pengubah tegangan ke frekuensi ( voltage to frequency converter, V/F converter ).
Penguat volt ke frekuensi ini berfungsi sebagai sistem kontrol umpan balik yang mengatur laju pembangkitan pulsa agar seimbang dengan besarnya tegangan masukan.
Pada gambar 4, ditunjukkan diagram balok yang disederhanakan dari sebuah voltmeter digital jenis integrasi.
Dari gambar 4 dapat dijelaskan :

- Tegangan dc yang di uji dimasukkan ke tingkatan masukan yang memisahkan rangkaian voltmeter terhadap rangkaian uji dan menyediakan pelemahan masukan yang dibutuhkan.

- Sinyal masukan yang diperlemah ini dihubungkan ke pengubah V/F. Rangkaian ini terdiri dari penguat integrasi, pendeteksi level tegangan ( rangkaian pembanding ), dan generator pulsa.

- Penguat integrasi menghasilkan suatu tegangan keluaran yang sebanding dengan tegangan masukan yang dikaitkan ke elemen masukan dan elemen umpan balik oleh persamaan :

1 1
Vout = - ---- ∫ i dt = - ------ ∫ Vin dt ………………………..( 13-1 )
C RC

Jika tegangan masukan konstan, keluaran adalah sebuah tegangan tanjak linier yang memenuhi persamaan :
t
Vout = - Vin ------ ………………………..( 13-2 )
RC

- Jika tegangan tanjak mencapai suatu level tegangan negatip tertentu, alat deteksi level memicu generator pulsa, yang memasukkan suatu langkah tegangan negatip ke titik penjumlahan dari penguat integrasi.

- Hasil penjumlahan tegangan masukan dan tegangan pulsa adalah negatip, yang menyebabkan tegangan tanjak mengubah/membalik arahnya.

- Penjejakan ( retrace ) ini sangat cepat karena amplitudo adalah besar dibandingkan terhadap tegangan masukan.

- Jika tanjak menuju positip yang saat ini 0 volt , alat deteksi level membangkitkan sebuah pemicu untuk me-nol-kan ( reset trigger ) generator pulsa.

- Pulsa negatip diambil dari titik penjumlahan penguat integrasi dan yang tertinggal hanya tegangan masukan mula-mula. Selanjutnya penguat menghasilkan kembali sebuah tegangan tanjak menuju negatip dan prosedur berulang.

- Laju pembangkitan pulsa diatur oleh besarnya tegangan masukan dc, Tegangan masukan yang lebih besar menyebabkan tanjakan yang lebih curam dan berarti laju pengulangan pulsanya ( pulse repititian rate, PRR ) lebih cepat.

- Keuntungan utama dari sistem pengolahan analog ke digital adalah kemam-puannya mengukur adanya campuran derau yang besar secara cermat disebabkan masukan yang digabungkan.

- Pulsa keluaran dari alat deteksi level, mengontrol gerbang sinyal yang memungkinkan pencacah desimal untuk mengumpulkan suatu pencacahan yang diberikan oleh rangkaian osilator kristal.



13.5 Voltmeter Digital Setimbang Kontinu
Voltmeter digital jenis ini merupakan instrumen yang harganya relatip murah, akan tetapi memberikan prestasi yang sangat baik.
Ketelitian voltmeter ini umumnya adalah 0,1 % dari rangkuman masukannya, dan mempunyai impedansi masukan sekitar 10 MΩ dengan resolusi yang dapat diterima secara umum.
Pada gambar 5, ditunjukkan diagram balok dari sebuah voltmeter digital setimbang kontinu yang digerakkan oleh servo.


Gambar 5

Dari gambar 5, dapat dijelaskan :
- Tegangan masukan dc dimasukkan ke sebuah pelemah masukan yang memberikan penyakelaran rangkuman yang tepat.
Pelemah masukan merupakan alat kontrol pada panel depan yang juga menyebabkan sebuah penunjuk titik desimal bergerak pada permukaan peraga sesuai dengan rangkuman masukan yang dipilih.

- Setelah lewat melalui sebuah rangkaian proteksi kelebihan tegangan dan sebuah tapis pengapkiran arus bolak balik ( ac rejection filter ), tegangan masukan dihubungkan ke satu sisi pembanding pencincang mekanis, dan sisi lain dari pembanding dihubungkan ke sebuah lengan geser ( wiper ) dari potensiometer presisi yang digerakkan oleh motor, yang dihubungkan pada sumber tegangan referensi.

- Keluaran pembanding pencincang yang digerakkan oleh tegangan jala-jala dan bergetar pada frekuensi jala-jala, merupakan sebuah sinyal gelombang persegi. Amplitudo dari gelombang persegi ini merupakan fungsi dari selisih antara besar besar dan polaritas tegangan dc yang dihubungkan ke sisi-sisi pencincang yang saling berhadapan.

- Sinyal gelombang persegi diperkuat oleh sebuah prapenguat ber impedansi tinggi, berderau rendah dan dimpankan ke sebuah penguat daya.
Penguat ini mempunyai redaman khusus untuk memperkecil lonjakan (over- shoot ) dan ayunan ( hunting ) pada posisi nol.

- Motor servo, ketika menerima selisih sinyal gelombang persegi, menggerak-kan lengan potensiometer presisi menurut arah yang dibutuhkan untuk meng-hilangkan tegangan selisih pada pembanding pencincang.

- Motor servo juga menggerakkan sebuah indikator mekanis tipe drum yang memiliki angka 0 sampai 9 yang tertera di sekeliling segmen-segmen drum.
Posisi dari poros motor servo sesuai dengan jumlah tegangan umpan balik yang dibutuhkan untuk me-nol-kan masukan pencincang, dan posisi ini ditunjukkan oleh indikator tipe drum. Dengan demikian posisi poros merupakan indikasi besarnya tegangan masukan.

Jelaslah bahwa instrumen ini tidak “ mencuplik “ tegangan dc yang tidak diketahui secara teratur seperti halnya instrumen-instrumen yang lebih njelimet, akan tetapi secara kontinu mencari kesetimbangan tegangan masukan terhadap tegangan referensi yang dibangkitkan secara internal.
Disebabkan di dalam mekanisme ini tercakup gerak mekanis yang berbeda seperti halnya pengaturan posisi lengan potensiometer dan putaran mekanisme indikator, waktu pembacaan rata-rata berkisar 2 detik, akan tetapi kesederhanan perencana-an dan biaya murah, membuat instrumen ini menjadi suatu pilihan yang sangat menarik jika ketelitian yang ekstrim tidak diperlukan.



13.6 Voltmeter Digital dengan Pendekatan Secara Berturut-turut
Voltmeter digital dengan kemampuan 1000 pembacaan setiap detik atau lebih telah tersedia secara komersial.
Pada umumnya, instrumen ini menggunakan konvertor dari jenis pendekatan berturut-turut untuk melakukan digitasi ( digitization : pengubahan analog menjadi digital ). Pada gambar 6, ditunjukkan diagram yang telah disederhanakan untuk Voltmeter jenis ini.
Dari gambar 6, dapat dijelaskan :

- Pada permulaan siklus pengukuran, sebuah pulsa pemulai dimasukkan ke multivibrator untuk menghidupkan dan mematikan ( start-stop multivibrator ). Ini menyetel angka 1 dalam register angka biner yang paling berarti ( MSB, most significant bit ) dan angka 0 dalam semua angka biner yang kurang berarti.

- Dengan menganggap register pengontrol adalah 8 bit, maka pembacaannya akan menjadi 10000000.

- Penyetelan permulaan pada register pengontrol ini menyebabkan keluaran konverter D/A menjadi setengah tegangan suplai referensi ( ½ V ), dan keluaran konvertor ini dibandingkan oleh pembanding terhadap masukan yang tidak diketahui. Jika tegangan masukan lebih besar dari tegangan referensi konvertor, pembanding menghasilkan suatu keluaran yang menyebabkan register pengontrol menahan penunjukan 1 di dalam MSBnya, dan konvertor terus menyalurkan tegangan keluaran referensi sebesar ½ V.

- Selanjutnya pencacah cincin ( ring counter ) bertambah satu hitungan, mengge ser angka 1 dalam MSB kedua dari register pengontrol dan pembacaannya menjadi 11000000, dan ini menyebabkan konvertor D/A memperbesar keluaran referensinya satu pertambahan menjadi ½ V + ¼ V, dan pembandi-ngan yang lain terjadi terhadap tegangan masukan yang tidak diketahui.


Gambar 6

- Jika dalam hal ini tegangan referensi yang terkumpul , sehingga melebihi tegangan yang tidak diketahui, maka pembanding menghasilkan suatu keluaran yang menyebabkan register pengontrol membuat MSB kedua menjadi 0 ( reset ). Kemudian keluaran konvertor kembali ke level semula, yaitu ½ V dan menunggu masukan lainnya dari register pengontrol untuk pendekatan berikutnya.

- Jika pencacah cincin menambah satu hitungan berikutnya, MSB ketiga dari register pengontrol distel ke 1 dan keluaran konvertor diperbesar oleh pertam-bahan berikutnya menjadi ½ V + 1/8 V.

- Jadi siklus pengukuran berjalan melalui sederetan pendekatan berturut-turut seperti ditunjukkan pada gambar 7 dengan menahan atau menolak keluaran konvertor dalam cara yang telah dijelaskan.

- Akhirnya, jika “ pencacah cincin “ mencapai hitungan terakhir, maka siklus pengukuran berhenti, dan keluaran digital dari register pengontrol memperli-hatkan pendekatan terakhir dari tegangan masukan yang tidak diketahui.


Gambar7

- Untuk tegangan masukan selain dc, level masukan berubah selama digitasi dan keputusan yang dibuat selama pengubahan tidak konsisten.

- Untuk mencegah kesalahan pengubahan ini, sebuah rangkaian cuplik dan penahan ( sample and hold circuit, SH ) ditempatkan di dalam masukan, langsung di belakang pelemah masukan dan penguat seprti ditunjukkan pada gambar 6.

- Dalam bentuk yang paling sederhana, rangkaian SH dapat dinyatakan oleh sebuah saklar dan sebuah kapasitor seperti ditunjukkan pada gambar 8.


Gambar 8


- Dalam modus cuplik ( sample ) saklar tertutup dan kapasitor mengisi ke nilai sesaat tegangan masukan .

- Dalam modus tertahan ( hold ) saklar terbuka dan kapasitor menahan tegangan yang telah dimilikinya pada saat saklar tertutup. Jika pengemudian saklar selaras dengan pulsa “ ring counter “, pengukuran aktual dan konversi berlangsung, jika rangkaian SH berada dalam posisi modus tertahan.

- Dalam sebuah rangkaian yang praktis saklar sederhana pada gambar 8 diganti oleh saklar transistor yang bekerja cepat, dan untuk mempercepat arus pengisian ke dalam kapasitor, ditambahkan sebuah penguat operasional.


GENERATOR SINYAL
11.1 Generator Sinyal Standar
Generator sinyal standar sering digunakan untuk :

- Pengukuran penguatan

- Lebar pita ( bandwidth )

- Perbandingan sinyal terhadap derau ( signal to noise ratio, S/N )

- Perbandingan gelombang diam ( SWR - Standing Wave Ratio ) dan

- Sifat-sifat rangkaian lainnya.

Generator sinyal standar ini :

- Digunakan secara luas dalam pengujian penerima radio dan pemancar-pemancar.

- Merupakan sumber energi arus bolak balik ( ac ) yang karakteristik-karakteristik-nya diketahui secara tepat.

- Mampu memodulasi sebuah frekuensi pembawa ( carrier ) atau frekuensi tengah ( center frekuensi ) yang dihasilkan oleh penyetelan cakera.

Jenis sinyal modulasi yang lazim adalah gelombang sinus, gelombang persegi, dan gelombang pulsa, dimana sinyal keluaran dapat dimodulasi amplitudo, ( amplitude modulated, AM ) ataupun dimodulasi frekuensi ( frequency modulated, FM ).
Modulasi amplitudo, AM merupakan ciri yang lazim dari generator sinyal standar. Jika sistem FM menghasilkan penyimpangan yang menyolok dalam frekuensi pada laju perputaran yang relatif rendah, maka instrumen dikenal sebagai generator penyapu frekuensi.
Pada gambar 1, ditunjukkan elemen-elemen dari sebuah generator sinyal standar .


Gambar 1

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.
AM dihasilkan dari sebuah generator gelombang sinus dengan frekuensi yang tetap, atau dari sebuah sumber luar. Modulasi berlangsung didalam rangkaian penguat keluaran yang menyerahkan frekuensi pembawa yang telah dimodulasi ke pelemah keluaran.
Stabilitas frekuensi dari instrumen dasar dibatasi oleh konstruksi rangkaian LC dari osilator induk ( master oscillator ). Karena penyakelaran rangkuman biasanya dilakukan dengan memilih elemen-elemen kapasitif yang sesuai di dalam rangkaian osilator, maka setiap perubahan dalam rangkuman frekuensi akan menggangu rangkaian sampai tingkat tertentu, dan pemakai harus menunggu sampai rangkaian tersebut distabilkan pada nilai frekuensi resonansi yang baru.
Beberapa generator sinyal jenis laboratorium menggunakan pendekatan yang berbeda terhadap pembangkitan frekuensi untuk tujuan memperbaiki stabilitas frekuensi.
Diagram balok pada gambar 2, menunjukkan sebuah generator sinyal standar yang osilator induknya dirancang secara optimal pada rangkuman frekuensi tertinggi, dan pembagi frekuensi dihubungkan untuk menghasilkan rangkuman-rangkuman yang lebih rendah.
Dengan cara ini, stabilitas rangkuman atas diberikan ke semua rangkuman lainnya, dan osilator induk dibuat tidak sensitif terhadap variasi temperatur dan
juga terhadap pengaruh tingkatan-tingkatan yang menyusulnya dengan merancang rangakain secara cermat.
Keluaran osilator RF setelah lewat melalui sebuah penguat penyanggah yang tidak disetalakan ( B1), memasuki unit penguat daya.
Pada rangkuman frekuensi paling tinggi ( 34 MHz - 80 MHz ), sinyal-sinyal RF lewat melalui sebuah penyanggah tambahan ( B2 ) menuju penguat utama ( A ).
Pada rangkuman-rangkuman frekuensi yang lebih rendah sinyal osilator dihubungkan ke sederetan pembagi frekuensi dan darisana melalui sebuah penyangga lainnya ( B3 ) menuju penguat daya..
Kesembilan pembagi 2/1 memberikan pembagi maksimal sebesar 512. Dengan demikian, rangkuman frekuensi terendah yang dihasilkan oleh rantai pembagi
kaskade sama dengan rangkuman tertinggi dibagi 512 atau sama dengan 57 KHz-156 KHz. Penguat-penguat penyangga melengkapi isolasi berderejat yang sangat tinggi antara osilator dan penguat daya, dan praktis menghi-langkan semua pengaruh tarikan frekuensi dari perubahan-perubahan kondisi operasi dan kondisi pembebanan pada tingkat keluaran.


Osilator induk disetalakan oleh sebuah kapasitor variabel yang digerakkan motor. Untuk penyetalaan cepat secara kasar, sebuah saklar pemutus ( rocker switch ) pada panel ditekan, yang mengizinkan pergeseran indikator sepanjang skala mistar geser dari cakera frekuensi utama sebesar kira-kira 7 persen dari perubahan frekuensi setiap sekon.
Jika lokasi yang tepat pada cakera utama dicapai, osilator dapat disetalakan secara peka ( fine ) dengan menggunakan sebuah alat kontrol berputar yang besar , dimana masing-masing bagian skala sesuai dengan 0,01 persen penye-telan cakera utama.
Kontrol panel depan yang kedua ( ΔF/F ) memperbolehkan penyetalaan bertahap melalui suatu rangkuman terbatas dan mengizinkan resolusi penyetalaan yang sangat besar.
Tersedianya kontrol frekuensi yang digerakkan oleh sebuah motor memberikan kesempatan yang nyata untuk penyetelan otomatis secara lokal maupun jarak jauh, dan ini dimanfaatkan oleh sebuah alat kontrol frekuensi otomatis yang dapat diprogram.
Dengan instrumen ini, kita dapat menyapu diantara batas-batas frekuensi yang dapat diatur dan disetalakan secara otomatis.untuk menyetel kembali frekuensi.
Fungsi dasar, modulasi dilakukan di dalam tingkat penguat daya oleh variasi tegangan basis dari transistor daya.
Dua sinyal modulasi dengan kestabilan yang tinggi ( 400 Hz dan 1 KHz ) dibangkitkan secara internal. Amplitudo sinyal modulasi dapat diatur oleh pengontrol level modulasi agar mencapai 95 persen modulasi.
Setiap penyetelan modulasi yang diperoleh dipertahankan konstan sepanjang rangkuman pengontrol level frekuensi pembawa, dan ketentuan untuk pema-kaian sinyal-sinyal modulasi luar juga dibuat.
Kaliberasi internal dilengkapi oleh sebuah osilator kristal 1 MHz. Sumber referensi ini digabung dengan sinyal RF dari osilator utama dan menghasilkan pelayangan ( beat ) sebesar nol, bila kedua sinyal adalah sama.
Sebuah sinyal referensi luar dapat dihubungkan ke masukan pencampur, dan dengan menggunakan sebagian dari rangkaian kalibrasi osilator kristal, instrumen berfungsi sebagai sebuah alat ukur frekuensi heterodin.
Penyempurnaan tambahan mencakup unit kontrol otomatis yang mengizinkan sejumlah operasi penyetelan secara otomatis.
Persyaratan sumber daya adalah agak kritis, akan tetapi konsumsi daya yang kecil untuk instrumen membuatnya relatif mudah untuk mendapatkan pengaturan yang sangat baik dan kestabilan dengan kerut yang sangat rendah.
Tegangan suplai bagi osilator induk yang khususnya sensitif terhadap perubahan daya , diatur oleh rangkaian referensi yang temperaturnya terkompensasi.


11.2 Generator Penyapu Frekuensi Generator penyapu frekuensi ( sweep frequency generator ) merupakan suatu pengembangan logis dari generator sinyal standar.
Generator jenis ini menghasilkan suatu tegangan keluaran berbentuk sinus, biasanya dalam rangkuman RF, yang frekuensinya dirubah secara peka dan kontinyu sepanjang keseluruhan lebar bidang frekuensi, yang biasanya pada laju audio yang rendah.
Proses modulasi frekuensi ( FM ) dapat dilakukan secara elektronik atau mekanik.







Cara Elektronik :
Untuk mengubah frekuensi osilator induk dilakukan berdasarkan pembahasan generator sinyal standar dan dapat direalisasikan dengan menggunakan sebuah kapasitor variabel didalam rangkaian osilator LC yang digerakkan oleh motor.
Metoda ini digunakan, agar menguntungkan dalam beberapa instrumen labora-torium dan menghasilkan ketepatan generator sinyal konvensional yang disetalakan secara manual, untuk pengukuran frekuensi tersapu.

Dalam pengukuran gelombang pendek ( microwave ), sebuah klystron yang digerakkan oleh motor dan disetalakan secara mekanis dapat digunakan, agar menghasilkan suatu sinyal RF tersapu, meskipun perkembangan yang lebih baru telah membawa ke konstruksi osilator yang disetalakan secara elektronis.
Salah satu perkembangan tersebut adalah tabung osilator gelombang mundur, yang mengatasi kerugian karena waktu penyapuan yang panjang dan keausan mekanis yang disebabkan oleh alat penyetalaan yang digerakkan oleh motor.
Pada gambar 3, ditunjukkan elemen-elemen sebuah generator penyapu frekuensi standar.
Jantung dari instrumen ini adalah osilator induk ( master oscillator ) yang rangku- man frekuensinya dapat dipilih melalui saklar rangkuman.
Ini melengkapi sejumlah lebar bidang atau frekuensi, dimana masing-masing pita frekuensi biasanya meliputi beberapa oktaf.
Untuk mudahnya, penyapu frekuensi yang dianggap berupa peralatan mekanis yang memutar kapasitor penyetalaan di dalam osilator induk LC, mengakibatkan penyapuan berulang sepanjang rangkuman frekuensi.
Laju penyapuan yang pantas adalah dalam orde 20 penyapuan setiap detik.
Pengontrolan frekuensi secara manual memungkinkan pengaturan manual frekuensi resonansi osilator induk secara tersendiri.
Penyapu frekuensi juga menyediakan tegangan penyapu yang berubah secara sinkron/serempak yang dapat digunakan untuk mengemudikan pelat-pelat defleksi horisontal CRO atau sumbu X dari alat pencatat X-Y.




Jadi tanggapan amplitudo dari sebuah alat yang diumpankan oleh keluaran frekuensi tersapu dari generator dapat diperagakan secara otomatis pada osiloskop atau unit pencatat X-Y.
Untuk mengenali frekuensi-frekuensi dan bidang frekuensi yang menarik secara khusus, sebuah generator tanda ( marker generator ), menyediakan bentuk-bentuk gelombang setengah sinus pada setiap frekuensi dalam batas-batas rangkuman penyapuan.
Tegangan pemberi tanda ( marker voltage )dapat ditambahkan ke garis basis dari jejak CRO selama penggantian siklus dari tegangan penyapuan dan kelihatan sebagai suatu tanda pengenalan yang ditindihkan diatas kurva dari alat yang diuji.
Rangkaian pengontrol level secara otomatis pada dasarnya adalah sebuah sistem umpan balik loop tertutup yang memonitor level RF pada suatu titik di dalam sistem pengukuran.
Rangkaian ini mempertahankan daya maju ( daya yang di suplai ke beban ) konstan terhadap variasi frekuensi dan impedansi beban.
Suatu level daya yang konstan secara ideal, mencegah setiap ketidaksepadanan sumber dan juga memberikan suatu penunjukan kalibrasi yang konstan terhadap frekuensi.

11.3 Generator Derau Acak ( random noise generator )
Generator derau acak adalah sebuah alat yang menghasilkan sebuah sinyal yang amplitudo sesaatnya ditentukan sebarang, dan dengan demikian tidak dapat diramalkan.
Derau acak yang sebenarnya tidak mengandung komponen-komponen frekuensi periodik dan mempunyai sebuah spektrum kontinyu.

Instrumen ini memberikan kemungkinan penggunaan sebuah pengukuran tunggal sebagai suatu penunjukan prestasi sepanjang suatu bidang frekuensi yang lebar.
Pengukuran derau acak digunakan dalam banyak lapangan pengukuran, antara lain :

- Dalam pengukuran akustik, derau acak digunakan untuk memperhalus kurva- kurva tanggapan, yang jika tidak demikian, maka akan sulit diinterpretasikan.

- Dalam pengukuran psikoakustik, derau acak secara nyata telah mengem-bangkan pengetahuan mengenai proses pendengaran.

- Paling baik untuk mensimulasi getaran yang mempengaruhi pesawat dan roket dalam penerbangan, dan biasanya digunakan dalam pengujian getaran dan keausan komponen-komponen serta rakitan pesawat ruang angkasa.

Dalam pengukuran listrik, derau acak dapat digunakan sebagai sinyal uji untuk dirinya sendiri.
Pengukuran distorsi intermodulasi ( IM ) dan percakapan silang ( crosstalk ) dalam sistem komunikasi, pengujian penguat-penguat servo, dan studi mengenai komputer analog adalah sebagian dari begitu banyak pemakaian.
Derau dengan amplitudo dan karakteristik-karakteristik spektral yang diketahui, adalah paling efektif untuk menguji berbagai cara deteksi dan untuk menemukan sinyal yang mengandung derau, seperti dalam radio, telemetri, radar, dan sistem sonar.
Generator derau acak tersedia untuk meliput frekuensi-frekuensi dari yang mendekati dc sampai ke gelombang pendek.
Cara pembangkitan derau acak biasanya adalah dengan dioda derau ( noise diode ) semikonduktor, yang mengirimkan frekuensi di dalam suatu ban ( pan-jang gelombang atau frekuensi radio ) dari sekitar 80 KHz - 220 KHz .
Pada gambar 4a, ditunjukkan diagram yang disederhanakan dari sebuah generator acak untuk pemakaian dalam rangkuman frekuensi audio.

Gambar 4a

Keluaran dari dioda derau diperkuat dan diheterodinkan ( efek bayangan yang dihasilkan oleh penghimpitan dua gelombang yang berlainan frekuensi ) ke ban frekuensi audio di dalam sebuah modulator ( alat untuk mengubah-ubah amplitudo, frekuensi, fase isyarat atau fase gelombang pembawa di telepon, radio, atau televisi, alat untuk menyesuaikan atau memmbetulkan kunci nada ) simetri yang setimbang, yang memberikan distribusi amplitudo yang simetris atau setimbang.
Penguat keluaran, yang merupakan tingkat akhir dalam generator, mencakup sebuah transformator dan mensuplai keluaran yang mengambang, satu ujung ( single ended ) atau setimbang.
Penempatan filter sesudah modulator, selanjutnya memperkecil dan mengontrol lebar bidang frekuensi dan mensuplai sinyal keluaran dalam tiga pilihan spektrum, yaitu : derau putih ( white noise ), derau merah muda ( pink noise ) dan derau USASI, seperti ditunjukkan pada gambar 4b.
Derau putih rata-rata dari 20 Hz sampai 25 KHz dan mempunyai frekuensi “ cut-off “ sebesar 50 KHz dengan kemiringan cut-off sebesar -12 dB/oktaf.
Derau merah muda disebut demikian sebab penekanannya ( amplitudo lebih besar ) pada frekuensi yang lebih rendah seperti pada cahaya yang kemerah-merahan.
Derau merah muda memiliki spektrum tegangan yang berbanding terbalik dengan akar kuadrat frekuensi dan digunakan dalam menganalisis lebar bidang frekuensi.
Derau USASI secara kasar mensimulasi distribusi energi dari frekuensi pembi-caraan dan frekuensi musik dan digunakan untuk pengujian penguat-penguat audio dan pengeras suara ( load speaker ).


Gambar 4b

11.4 Generator Fungsi
Generator fungsi ( function generator ) merupakan sebuah instrumen terandalkan yang memberikan suatu pilihan bentuk gelombang yang berbeda yang frekuensi-frekuensi-nya dapat diatur sepanjang suatu rangkuman yang lebar.
Bentuk-beuntuk gelombang keluaran yang paling lazim adalah : sinus, segitiga, persegi, dan gigi gergaji.
Frekuensi bentuk-bentuk gelombang tersebut diatas dapat diatur dari bilangan pecahan satu hertz sampai beberapa ratus kilohertz.
Beberapa keluaran generator dapat diperoleh pada waktu yang bersamaan. Misalnya :

- sebuah keluaran gelombang persegi untuk pengukuran linier dalam sebuah sistem audio.

- Sebuah keluaran gigi gergaji simultan dapat digunakan untuk mengemudikan penguat defleksi horisontal dari sebuah CRO, dan memperlihatkan suatu peragaan visual dari hasil pengukuran.

Manfaat lainnya dari generator fungsi adalah kemampuan untuk mengunci fasa ( phase lock ) terhadap sebuah sumber sinyal luar.
Sebuah generator fungsi dapat digunakan untuk mengunci fasa generator fungsi kedua, dan kedua sinyal keluaran dapat diperagakan dengan fasa yang sama yang besarnya dapat diatur.
Disamping itu, sebuah generator fungsi dapat dikunci fasanya terhadap harmonik gelombang sinus dari generator lainnya.
Dengan mengatur fasa dan amplitudo harmonik-harmonik, hampir setiap bentuk gelombang dapat dibangkitkan dengan menjumlahkan frekuensi dasar yang di-bangkitkan oleh generator fungsi yang satu terhadap frekuensi harmonik yang dibangkitkan oleh generator fungsi yang lain.
Generator fungsi juga dapat dikunci fasanya terhadap sebuah standar frekuensi, dan kemudian semua gelombang keluarannya dibangkitkan dengan ketelitian frekuensi dan stabilitas yang sama dengan sumber standar.
Generator fungsi dapat mensuplai bentuk gelombang keluaran pada frekuensi-frekuensi yang sangat rendah. Disebabkan frekuensi rendah dari sebuah osilator RC sederhana adalah terbatas, maka dalam generator fungsi yang diagram rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 5, digunakan pendekatan yang berbeda.
Dari gambar 5, dapat dijelaskan :
- Instrumen ini menghasilkan gelombang-gelombang : sinus, segitiga, dan persegi dengan rangkuman frekuensi dari 0,01 Hz sampai 100 KHz.
- Jaringan pengontrol frekuensi diatur oleh cakera frekuensi pada panel depan instrumen atau oleh sebuah tegangan pengontrol yang dimasukkan dari luar.
Tegangan pengontrol frekuensi mengatur dua sumber arus.

- Sumber arus atas mensuplai arus yang konstan ke integrator segitiga yang tegangan keluarannya bertambah secara linier terhadap waktu.
Tegangan keluaran diberikan oleh hubungan :

eout = - 1/C ∫ i dt …………………… ( * )

- Suatu pertambahan atau penurunan arus yang disuplai dari sumber arus atas akan memperbesar atau memperkecil kemiringan tegangan keluaran.
Multivibrator tegangan berubah keadaan pada suatu level yang telah ditentu-kan sebelumnya pada kemiringan tegangan keluaran integrator yang positif.
Perubahan keadaan ini akan menghentikan penyaluran arus atas menuju integrator dan menghubungkan suplai arus bawah.

- Sumber arus bawah mensuplai suatu arus balik menuju integrator, sehingga keluarannya berkurang secara linier terhadap waktu. Jika tegangan keluaran mencapai suatu level yang telah ditentukan lebih dahulu dengan kemiringan bentuk gelombang keluaran yang negatif, pembanding tegangan sekali lagi


mengubah dan menghentikan sumber arus bawah tersebut dan pada saat yang sama menghubungkan sumber arus atas.



- Tegangan keluaran pada integrator mempunyai bentuk gelombang segitiga yang frekuensinya ditentukan oleh besarnya arus yang dialirkan oleh sumber-sumber arus yang konstan.

- Pembanding tegangan membangkitkan suatu tegangan keluaran gelombang persegi dengan frekuensi yang sama.

- Bentuk gelombang keluaran ketiga yang diperoleh dari bentuk gelombang segitiga, yang dibentuk menjadi sebuah gelombang sinus oleh sebuah jaringan tahanan dioda. Dalam rangkaian ini, kemiringan gelombang segitiga berubah jika amplitudonya berubah, dan memperlihatkan sebuah gelombang sinus dengan distorsi yang lebih kecil dari 1 %.

- Rangkaian keluaran dari generator fungsi terdiri dari dua penguat keluaran yang melengkapi dua keluaran simultan, yang dipilih secara terpisah dari setiap fungsi bentuk gelombang.