11

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

            Dalam analisis rangkaian listrik, dikenal dua jenis sumber energi: sumber bebas (independent source) dan sumber terkendali (controlled source). Sumber bebas memiliki nilai tetap yang tidak bergantung pada elemen lain dalam rangkaian. Sebaliknya, sumber terkendali adalah elemen aktif yang besarannya ditentukan oleh tegangan atau arus pada bagian lain dari rangkaian tersebut. Sumber terkendali banyak digunakan dalam pemodelan komponen elektronik seperti transistor dan op-amp, sehingga pemahaman terhadap prinsip dan karakteristik sumber terkendali menjadi sangat penting dalam studi teknik elektro dan elektronika.

2. Tujuan (kembali)

• Memahami konsep dasar sumber terkendali serta perbedaannya dengan sumber bebas dalam rangkaian listrik.

• Mengidentifikasi dan membedakan jenis-jenis sumber terkendali, seperti VCVS, VCCS, CCVS, dan CCCS.

• Mampu menerapkan sumber terkendali dalam analisis rangkaian, baik menggunakan metode analitik seperti Hukum Kirchhoff, analisis nodal dan mesh, maupun simulasi perangkat lunak.

• Menjelaskan peran penting sumber terkendali dalam pemodelan komponen aktif, seperti transistor, op-amp, dan perangkat elektronik lainnya.

• Mengembangkan kemampuan analisis dan desain rangkaian yang melibatkan sumber terkendali untuk keperluan aplikasi elektronika dan sistem kendali.

3. Alat dan Bahan (kembali)

B. BAHAN

1. Battery

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

2. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

3. Diode

             

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

4. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika. 

                                                             Cara Menghitung Nilai Resistor

5. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

6. Ampere Meter

Alat ukur untuk mengukur Kuat Arus dalam satuan Ampere

4. Dasar Teori (kembali)

Dasar Teori Op-Amp Inverting

Penguat operasional (Operational Amplifier atau Op-Amp) adalah sebuah komponen aktif analog berupa penguat diferensial dengan gain tegangan yang sangat tinggi, biasanya mencapai ribuan hingga jutaan. Idealnya, sebuah Op-Amp memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Impedansi Input Tak Hingga (${\mathbf{Z}}_{\mathbf{in}}=\infty$): Tidak ada arus yang mengalir masuk ke terminal input (inverting maupun non-inverting).
• Impedansi Output Nol (${\mathbf{Z}}_{\mathbf{out}}=0$): Mampu menyalurkan arus output berapapun tanpa tegangan output menurun.
• Penguatan Tegangan Loop Terbuka Tak Hingga (${\mathbf{A}}_{\mathbf{OL}}=\infty$): Perbedaan tegangan sekecil apapun antara terminal input akan menghasilkan tegangan output yang sangat besar.
• Lebar Pita Frekuensi Tak Hingga: Mampu menguatkan sinyal pada rentang frekuensi yang sangat luas.
• Karakteristik Ideal Lainnya: Seperti common-mode rejection ratio (CMRR) yang tak hingga dan offset voltage nol.

5. Prinsip Kerja [kembali]

1. Current Controlled Current Source (CCCS)

Prinsip Kerja:

CCCS adalah sumber arus yang menghasilkan arus output yang dikendalikan oleh arus input. Artinya, besarnya arus keluaran sebanding dengan arus yang mengalir di input.

Biasanya direpresentasikan dengan persamaan:

$$I_{out} = \beta \times I_{in}$$

Di mana:

• $I_{out}$: Arus output

• $I_{in}$: Arus input

• $\beta$: Faktor pengali atau konstanta penguatan arus

Cara Kerja:

• CCCS bekerja berdasarkan sensing atau pendeteksian arus input.

• Komponen seperti transistor BJT atau current mirror digunakan untuk merealisasikan CCCS.

• Arus input mengendalikan perangkat aktif, sehingga menghasilkan arus output yang proporsional terhadap input.

Contoh Implementasi:

• Current mirror circuit, di mana arus input di satu sisi transistor akan dikopi oleh transistor lain sebagai arus output.

2. Voltage Controlled Current Source (VCCS)

Prinsip Kerja:

VCCS adalah sumber arus yang menghasilkan arus output berdasarkan tegangan input. Besarnya arus output sebanding dengan tegangan input.

Persamaannya:

$$I_{out} = g_m \times V_{in}$$

Di mana:

• $I_{out}$: Arus output

• $V_{in}$: Tegangan input

• $g_m$: Transkonduktansi, yaitu kemampuan untuk mengubah tegangan menjadi arus (Satuan: Siemens)

Cara Kerja:

• Tegangan input akan mengendalikan elemen aktif seperti FET, Op-Amp, atau Transkonduktor.

• Perubahan tegangan input menyebabkan perubahan kondisi penghantar komponen sehingga mengontrol arus keluaran.

Contoh Implementasi:

• Penguat Transkonduktansi, seperti pada MOSFET di mana $I_D = k(V_{GS} - V_{TH})^2$

6. Problem [kembali]

Soal 1 – VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source) Circuit

Deskripsi:
Sebuah rangkaian penguat non-inverting menggunakan op-amp ideal memiliki resistor umpan balik $R_f=100k\mathrm{\Omega }$ dan resistor input $R_{in}=20k\mathrm{\Omega }$. Tegangan input $V_{in}$ sebesar 0.5 V diberikan ke input.

Pertanyaan:

1. Hitung tegangan output $V_{out}$ dari op-amp.

2. Gambar skema rangkaiannya.

3. Apakah rangkaian ini memenuhi karakteristik VCVS? Jelaskan.

 jawaban :

Diketahui:

• $R_f=100k\mathrm{\Omega }$

• $R_{in}=20k\mathrm{\Omega }$

• $V_{in}=0.5V$

• Op-amp ideal, konfigurasi non-inverting. 

Rumus penguat non-inverting:

Penjelasan VCVS:

• Output tegangan dikendalikan oleh tegangan input.

• Ada penguatan linier berdasarkan nilai resistor → sesuai karakteristik VCVS.

• Jadi, rangkaian ini adalah implementasi praktis dari VCVS menggunakan op-amp.

Soal 2 – CCCS (Current-Controlled Current Source) dengan Transistor

Deskripsi:
Rangkaian berikut menggunakan dua transistor NPN (Q1 dan Q2) dalam konfigurasi current mirror. Arus input $I_{in}$ sebesar 1 mA diberikan ke kolektor Q1. Asumsikan transistor identik dan memiliki $\beta$ sangat besar.

Pertanyaan:

1. Berapa besar arus keluaran $I_{out}$ pada kolektor Q2?

2. Jelaskan bagaimana konfigurasi ini mewakili bentuk praktis dari CCCS.

3. Bagaimana efek mismatch (ketidaksamaan) antara Q1 dan Q2 terhadap kinerja rangkaian?

Diketahui:

• Dua transistor NPN identik (current mirror)

• $I_{in}=1mA$

• $\beta$ besar → abaikan arus basis

Jawaban:

1. Karena transistor identik dan konfigurasi cermin arus:

   $${\mathrm{I }}_{ou\mathrm{t }}{\mathrm{I }}_{i\mathrm{n }}=1mA$$

   
   

2. Penjelasan CCCS:

   • Arus keluaran dikendalikan oleh arus input.

   • Tidak tergantung tegangan beban (selama dalam batas kerja transistor).

   • Implementasi praktis CCCS menggunakan pasangan transistor.

3. Efek mismatch:

   • Jika Q1 dan Q2 tidak identik, maka arus output tidak akan sama dengan input.

   • Dapat menyebabkan kesalahan cermin arus → kurang akurat.

   • Penting menggunakan transistor berpasangan atau chip IC yang presisi.

Soal 3 – Analisis Kombinasi VCVS dan CCCS

Deskripsi:
Sebuah rangkaian terdiri atas dua blok:

• Blok A: VCVS dengan gain 5, menguatkan sinyal input $V_{in}$.

• Blok B: CCCS yang menghasilkan arus keluaran sebesar $2\times I_{ref}$, dengan $I_{ref}$ berasal dari beban yang dikendalikan oleh $V_{out}$ dari blok A. $V_{in}=1V$, dan beban yang terhubung menghasilkan $I_{ref}=\frac{V_{out}}{10k\mathrm{\Omega }}$.

Pertanyaan:

1. Hitung nilai $V_{out}$ dari blok A.

2. Tentukan $I_{ref}$ dan $I_{out}$ dari blok B.

3. Sebutkan aplikasi praktis dari kombinasi VCVS dan CCCS seperti ini.

Diketahui:

• Blok A: VCVS dengan gain 5

• $V_{in}=1V$

• Beban resistif $10k\mathrm{\Omega }$

• Blok B: CCCS dengan gain 2 terhadap arus $I_{ref}$

Jawaban:

1. Tegangan output dari blok A:

   $$V_{out}=5\cdot V_{in}=5\cdot 1=5V$$

2. Arus referensi (lewat beban 10kΩ):

   $$I_{ref}=\frac{V_{out}}{R}=\frac{5V}{10k\mathrm{\Omega }}=0.5mA$$

   CCCS menghasilkan arus output:

   $$I_{out}=2\cdot I_{ref}=2\cdot 0.5mA=1mA$$

3. Aplikasi praktis:

• Rangkaian kontrol arus beban yang tergantung pada sinyal tegangan input.

• Driver LED atau aktuator yang membutuhkan kontrol arus presisi berdasarkan tegangan sensor.

• Rangkaian sistem penguat dan konversi sinyal (analog signal conditioning)

7. Soal Latihan [kembali]

Soal 1 – Practical VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source)

Sebuah op-amp digunakan sebagai VCVS, dengan tegangan input $V_{in}$ masuk ke non-inverting terminal, dan feedback resistif antara output dan inverting input. Nilai $R_1=10k\mathrm{\Omega }$= 10\,k\Omega, $R_2=40k\mathrm{\Omega }$.

Pertanyaan:

Berapa tegangan output jika $V_{in}=0.5V$?

A. 0.5 V
B. 1 V
C. 2.5 V
D. 5 V

Jawaban: C. 2.5 V

Penjelasan:

Rumus gain untuk non-inverting amplifier (VCVS):

$$V_{out}=V_{in}\cdot (1+\frac{R_2}{R_1})=0.5\cdot (1+4)=0.5\cdot 5=2.5V\mathrm{<br>}\mathrm{<br>}$$

Soal 3 – Sirkuit Pengendali Tegangan dan Arus

Perhatikan konfigurasi: Sebuah VCVS mengendalikan tegangan input ke rangkaian CCCS. Output VCVS diatur agar memberikan tegangan sesuai input sensor, dan CCCS memberi arus tetap ke beban.

Pertanyaan:

Apa manfaat menggunakan kombinasi VCVS dan CCCS dalam satu sistem?

A. Menurunkan daya sistem
B. Mengurangi noise sepenuhnya
C. Mengatur tegangan dan arus secara fleksibel dan terisolasi
D. Meningkatkan efisiensi LED

Jawaban: C. Mengatur tegangan dan arus secara fleksibel dan terisolasi

Penjelasan:

Menggunakan VCVS memungkinkan pengaturan tegangan yang presisi, dan CCCS memberi arus konstan ke beban (misalnya transistor atau LED array), yang penting untuk kestabilan dan kontrol daya di sistem elektronik.                                                                                                                                   

8. Percobaan [kembali]

a. prosedur percoban

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan  semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja.

Fig 11.23

fig 11.24(a)

fig 11.24(b)

9. Download File [kembali]

fig 11.23 disini

fig 11.24(a) disini

fig 11.24(b) disini

Download Datasheet

resistor [download]

baterai [download]

dioda [download]

voltmeter [download]

amperemeter [download]

[menuju awal]