Fig. 11.17

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Pilihan Ganda

8. Percobaan

9. Download File

Sub-Chapter 11.4 Controlled Sources

1. Pendahuluan[Kembali]

        Dalam analisis rangkaian listrik, selain sumber tegangan dan arus bebas, dikenal juga sumber terkendali (controlled sources). Sumber ini tidak memiliki nilai tetap, melainkan nilainya tergantung pada besaran lain dalam rangkaian, seperti tegangan atau arus di titik tertentu. Controlled sources terbagi menjadi empat jenis, yaitu VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source), VCCS (Voltage-Controlled Current Source), CCVS (Current-Controlled Voltage Source), dan CCCS (Current-Controlled Current Source). Rangkaian dengan controlled sources banyak digunakan dalam model komponen aktif seperti transistor dan op-amp. Melalui simulasi, pemahaman mengenai cara kerja dan pengaruh controlled sources terhadap rangkaian dapat diamati lebih jelas, serta membantu dalam merancang dan menganalisis sistem elektronika yang kompleks.

2. Tujuan[Kembali]

1. Melengkapi tugas mata kuliah elektronika yang ditugaskan oleh Bapak Darwison, M.T.
2. Memahami konsep dan prinsip kerja dari sumber tegangan terkendali (controlled voltage sources) dalam rangkaian listrik.
3. Menganalisis pengaruh resistor terhadap tegangan output.
4. Membandingkan besar tegangan input dan tegangan output.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

    1) Instrument

        a. Oscilloscope

    Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik secara visual pada layar dalam bentuk grafik tegangan terhadap waktu.

Spesifikasi :

Pin Out :

     2) Probe

         a. Voltage

    Probe voltage adalah alat atau komponen dalam sistem pengukuran listrik/elektronika yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur tegangan pada titik tertentu dalam rangkaian.

Spesifikasi :

1. Tegangan Maksimum: 300V – 1000V (tergantung kategori keselamatan: CAT II/III).
2. Bandwidth: 10 MHz – >500 MHz (untuk osiloskop).
3. Attenuation Ratio: 1:1 atau 10:1 (peredam sinyal).
4. Input Resistance: Umumnya 10 MΩ.
5. Input Capacitance: Sekitar 10–20 pF.
6. Konektor: BNC (osiloskop), banana plug/needle (multimeter).

     3) Generators 

         a. Genarator Sinus

 Generator sinus adalah alat yang menghasilkan sinyal berbentuk gelombang sinusoidal, yaitu gelombang halus dan berulang yang umum ditemui dalam sistem listrik AC dan komunikasi. Generator sinus berbentuk gelombang sinusoidal secara periodik. Gelombang sinus adalah bentuk sinyal analog paling dasar dan sangat penting dalam dunia teknik elektro, terutama dalam bidang elektronika analog, komunikasi, dan sistem tenaga listrik.

Spesifikasi :

1. Frekuensi: 1 Hz – 1 MHz (umum)
2. Amplitudo: 0 – 10 Vpp (dapat diatur)
3. THD: < 1% (distorsi rendah)
4. Kontrol: Potensiometer/manual atau digital
5. Sumber daya: DC (5V/12V) atau AC 220V
6. IC umum: XR2206, ICL8038, op-amp (Wien Bridge)
7. Aplikasi: Pengujian audio, osiloskop, eksperimen sinyal

B. Bahan

    1) Resistor

         Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.

    Spesifikasi dari Resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu.

Spesifikasi :

    Resistor adalah komponen elektronika pasif yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena dia berfungsi sebagai penghambat arus listrik. Bila kita menginginkan arus yang besar maka kita pasang resistor yang nilai resistansinya kecil, mendekati nol atau sama dengan nol atau tidak dipasang sama sekali dengan demikian arus tidak lagi dibatasi. Resistor berfungsi sebagai  Penghambat arus listrik, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar.

    2) Operational Amplifier (Op-Amp)

    Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

Spesifikasi :

Pin Out :

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor

     Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Simbol :

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Rumus :

B. Op-Amp

    Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

1. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
2. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
3. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
4. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Kurva Karakteristik I/O

Rangkaian Dasar Op-Amp

Controlled Sources

    Penguat operasional (op-amp) dapat digunakan untuk membentuk berbagai jenis sumber terkendali. Dalam sistem ini, tegangan atau arus masukan digunakan untuk mengendalikan tegangan atau arus keluaran. Jenis sambungan seperti ini cocok digunakan dalam berbagai rangkaian instrumentasi. 

Voltage-Controlled Voltage Source 

    Bentuk ideal dari sumber tegangan yang dikendalikan oleh tegangan masukan Vi ditunjukkan pada Gambar 11.16, di mana tegangan keluaran 𝑉𝑜 bergantung pada tegangan masukan dikalikan dengan suatu faktor skala 𝑘. Rangkaian seperti ini dapat dibangun menggunakan op-amp, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 11.17. Dua versi rangkaian ditampilkan: satu menggunakan input inverting, dan satu lagi menggunakan input non-inverting. Untuk konfigurasi Gambar 11.17a, tegangan keluarannya mengikuti rumus:

sedangkan Gambar 11.17 b menghasilkan rumus:

Inverting Amplifier

Bentuk Gelombang                                     Kurva  Karakteristik I/O

Non Inverting Amplifier

Bentuk Gelombang                                     Kurva  Karakteristik I/O

5. Example[Kembali]

1. Sebuah sumber tegangan Vi sebesar 3 volt digunakan sebagai pengendali pada suatu rangkaian yang memiliki elemen VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source) dengan faktor penguatan sebesar 5. Tegangan output dari VCVS ini dialirkan ke resistor sebesar 5kΩ. Hitung arus yang mengalir dari VCVS melalui resistor tersebut.

    Jawaban:

    Tegangan output VCVS:  Vo = A.Vi

    Vo = 5 . 3 

         = 15 V

    I = Vo / R 

      = 15 / 5000

      = 0.003

      = 3mA

2. Dalam suatu rangkaian, terdapat dua titik dengan tegangan masing-masing V1 = 6V dan V2 = 2V. Sebuah VCVS digunakan untuk menghasilkan tegangan output berdasarkan beda tegangan antara kedua titik tersebut, yaitu Vo = A. (V1-V2), dengan penguatan A=10. Hitung tegangan output dari rangkaian tersebut.

    Jawaban:

    Vo = A. (V1-V2)

         = 10. (6 - 2)

         = 10. (4)

         = 40 V

3. Sebuah sumber tegangan Vi = 12V dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan yang terdiri dari dua resistor dengan nilai yang sama, masing-masing 4kΩ. Tegangan di tengah pembagi ini digunakan sebagai input pengendali dari VCVS yang memiliki penguatan sebesar 3. Hitung tegangan output dari VCVS tersebut.

    Jawaban:

    Vcontrol = R1/(R1+R2).Vi

                   = 4000 / (4000+4000) . 12

                   = 1/2 . 12 

                   = 6 V

    Vo = A. Vcontrol

         = 3. 6

         = 18 V

7. Problem[Kembali]

1. Untuk rangkaian pada Gambar 11.53, hitung IL

    

    Jawab:

    Vo = (-Rf / R1).Vi

         = (-10000 / 2000). 12

         = (-5). 12

         = -60 V

    IL = Vo / RL

        = -60 / 10000

        = -0,006 A

        = -6 mA

2. Diberikan sebuah rangkaian VCVS seperti pada gambar. Sumber tegangan Vi = 12V terhubung ke dua resistor  R1 = 4kΩ dan R2 = 4kΩ secara seri. Titik tengah antara R1 dan R2 dihubungkan ke input kendali dari VCVS. VCVS menghasilkan output Vx = 2VAB, di mana AB adalah tegangan pada titik tengah tersebut terhadap ground. Output VCVS ini mengalirkan arus ke resistor beban RL = 8kΩ. Hitung:

1)    Tegangan kendali VAB

2)    Tegangan output Vx dari VCVS

3)    Arus pada beban RL

    Jawab : 

    VAB = Vi. R2 / (R1+R2)

                   = 12. 4000 / (4000+4000)

                   = 12. 1/2

                   = 6 V

    Vx  =2VAB

           = 2. 6

           = 12 V

    IL = Vx / RL

         = 12 / 8000

         = 0,0015 A

         = 1,5 mA

3. Sebuah rangkaian terdiri dari sumber tegangan Vi = 15V yang terhubung ke tiga resistor masing-masing 5kΩ, membentuk pembagi tegangan seperti pada gambar. Titik A dan B adalah node antara resistor atas dan bawah. Tegangan antara A dan B, yaitu VAB, menjadi input kendali untuk sebuah VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source) yang memiliki penguatan 4 kali (Vo = 4VAB). Output dari VCVS disalurkan ke resistor beban RL = 10kΩ. Hitung tegangan kendali (VAB), tegangan ouput (Vo) dan IL

     Jawab :

    VAB = Vi. R2 / (R1 + R2 + R3)

             = 15. 5000 / (5000 + 5000 + 5000)

             = 15. 1/3

             = 5 V

    Vo = 4VAB

         = 4. 5

         = 20 V

    

    IL = Vo / RL

         =  20 / 10000

         = 0,002

         2 mA

7. Pilihan Ganda

1. Sebuah VCVS memiliki penguatan tegangan Av = 5. Jika tegangan kendalinya Vi = 2V, berapakah tegangan output-nya?

    A. 2 V

    B. 5 V

    C. 10 V

    D. 15 V

    Jawaban: C

    Vo = Av. Vi 

         = 5. 2

         = 10 V

2. Rangkaian pembagi tegangan menghasilkan tegangan Vcontrol = 4V. VCVS yang dikendalikan oleh tegangan ini memiliki penguatan Av = 3. Jika resistor beban adalah RL = 2kΩ, maka arus yang mengalir ke beban adalah:

    A. 2 mA

    B. 4 mA

    C. 6 mA

    D. 12 mA

    Jawaban: C

    Vo = Av. Vi

         = 3. 4

         = 12V

    IL = Vo / RL

         = 12 / 2000

         = 0,006 A

         = 6 mA

3. Apa pernyataan yang paling tepat mengenai sumber tegangan terkendali tipe VCVS?

    A. Output VCVS selalu sama besar dengan input tegangan kendalinya

    B. VCVS menghasilkan arus yang dikendalikan oleh tegangan

    C. VCVS hanya bekerja jika input kendalinya lebih dari 5 V

  D. VCVS menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan tegangan kendali berdasarkan penguatan tertentu

    Jawaban: D

    Penjelasan:

    VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source) menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan tegangan kendalinya, dengan suatu penguatan (gain) yang telah ditentukan. Bentuk umumnya adalah:

Voutput = Av. Vcontrol

di mana Av adalah konstanta penguatan tegangan.

8. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

    1) Rangkaian 11.17 a

1. Buka aplikasi proteus.
2. Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti op-amp (741), generator sinus, resistor, ground dan lain-lain.
3. Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 11.17 a lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
4. Pasang probe voltage untuk menghitung besar tegangan input dan tegangan output.
5. Jalankan simulasi dan amati gelombang input dan output

    2)    Rangkaian 11.17 b

1. Buka aplikasi proteus.
2. Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti op-amp (741), generator sinus, resistor, ground dan lain-lain.
3. Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 11.17 b lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
4. Pasang probe voltage untuk menghitung besar tegangan input dan tegangan output.
5. Jalankan simulasi dan amati gelombang input dan output.

B. Simulasi Rangkaian dan Prinsip Kerja

    1)    Rangkaian 11.17 a

Simulasi Rangkaian 11.17 a

Hasil Simulasi Rangkaian 11.17 a 

Prinsip Kerja :

Tegangan input sebesar 1mV masuk melalui resistor R1 ke kaki inverting, sementara kaki non-inverting (+) di-ground-kan. Resistor umpan balik Rf sebesar 10kOhm menghubungkan output ke kaki inverting, membentuk umpan balik negatif. Op-amp menjaga agar tegangan antara kaki (+) dan (–) hampir nol, sehingga titik inverting menjadi virtual ground. Arus dari Vin mengalir melalui R1dan Rf, menghasilkan output yang merupakan kebalikan fasa dari input. Dengan nilai Vo = -(Rf/Ri).Vi sehingga Vo = -(10k/5k).0,001 = -0,002 Volt. Secara keseluruhan, rangkaian ini berfungsi sebagai sumber tegangan yang dikendalikan oleh tegangan input, dengan besar tegangan output bergantung pada nilai masukan dan rasio resistor.

    2)    Rangkaian 11.17 b

Simulasi Rangkaian 11.17 b

Hasil Simulasi Rangkaian 11.17 b

Prinsip Kerja :

Tegangan input Vin sebesar 1mV diberikan langsung ke kaki non-inverting (+), sedangkan umpan balik negatif diberikan dari output ke kaki inverting (–) melalui jaringan resistor, yaitu R1 (1kOhm) dan Rf(10kOhm). Op-amp akan menyesuaikan tegangan output sedemikian rupa sehingga tegangan di kaki inverting (–) sama dengan tegangan di kaki non-inverting (+). Karena itu, tegangan output akan mengikuti input dengan rumus Vo = (Rf/R1+1).Vi sehingga Vo = (10k/1k + 1).0,001 = 0,011 Volt. Tidak seperti konfigurasi inverting, output di sini tidak mengalami pembalikan fasa terhadap input. Tegangan output naik seiring naiknya tegangan input. Rangkaian ini digunakan saat dibutuhkan penguatan tegangan tanpa perubahan polaritas, seperti pada buffer sinyal, penguat sensor, dan rangkaian kendali tegangan.

Video Simulasi :

9. Download File[Kembali]

Download Rangkaian 11.17 [klik disini]

Download Datasheet Op-Amp [klik disini]

Download Datasheet Resistor [klik disini]