PSPICE Tutorial

Posted by admin on June 16th, 2009

1. Overview Tentang PSPICE dengan Orcad

SPICE merupakan sebuah simulator untuk rangkaian elektronika analog/digital yang sangat powerful yang dapat digunakan untuk meneliti dan memprediksi karakteristik rangkaian. Dirintis oleh Electronics Research Laboratory Universitas California, Berkeley (1975), nama SPICE adalah singkatan dari Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis.

PSPICE adalah SPICE versi PC dari ORCAD Corp. of Cadence Design Systems, Inc. Tersedia versi student dengan beberapa keterbatasan. Versi yang akan kita pakai adalah PSPICE Light 9.1 student version dengan keterbatasan, rangkaian maksimum mempunyai 64 titik, 10 transistor dan 2 op-amp.

SPICE dapat mengerjakan beberapa analisis rangkaian, di antaranya yang penting adalah:• Non-linear DC analysis: menunjukkan kurva DC transfer• Non-linear transient and Fourier analysis: memperlihatkan kurva tegangan dan arus sebagai fungsi waktu• Fourier analysis: memperlihatkan spectrum frekuensi• Linear AC Analysis: memperlihatkan grafik sebagai fungsi frekuensi• Noise analysis• Parametric analysis• Monte Carlo Analysis

Semua analisis di atas dapat dilakukan pada beberapa temperature yang berbeda. Temperature secara default adalah 300K.

Di dalam simulator PSPICE ini tersedia library analog and digital untuk komponen-komponen standard, seperti NAND, NOR, flip-flops, MUXes, FPGA, PLDs dan sebagianya. Hal ini membuat PSPICE sebagai simulator lebih powerful untuk mengaplikasikan rangkaian-rangkaian elektronika. Rangkaian yang dapat disimulasikan dapat berisi komponen-komponen berikut:

• Sumber tegangan dan sumber arus• Resistor• Capacitor• Inductor• Mutual inductor• Transmission line• Operational amplifier• Switches• Diode• Bipolar transistor• MOS transistor• JFET

• MESFET• Digital gate• and komponen-komponen lain.

Komponen-komponen dari vendor yang bukan bawaan PSPICE dapat ditambahkan dengan men-download library komponen yang bersangkutan dan kemudian menambahakannya ke dalam library PSPICE ini.

2. Instalasi PSPICE Light 9.1

Versi yang akan kita pakai adalah PSPICE Light 9.1 student version sebagaimana telah disebutkan sebelumnya. Ada beberapa halaman web yang menyediakan versi ini untuk di-download secara gratis. Kami telah mem-back-up juga untuk dapat di-download, di sini

Download PSPICE9.1

Gambar 1 memperlihatkan file PSPICE Light 9.1 student version terdownload. Untuk instalasi, ekstrak file ter-download ke direktori yang dikehendaki. Akan terdapat banyak file di dalam direktori yang dimaksud, salah satu di antaranya adalah setup.exe. Untuk instalasi, double klik setup.exe tersebut. Instalasi akan berjalan dengan sendirinya.

Gambar 1. File PSPICE versi 9.1

Tergantung di mana anda meletakkan file program hasil instalasi (secara default terletak di C:\Program Files\), maka struktur direktori dan file terinstall tampak seperti gambar 2.

Gambar 2..Letak file PSPICE terinstall

3. Memulai PSPICE Dengan Orcad

Untuk menjalankan PSPICE ini, mulai dari Start All Programs PSPICE Student Capture Student, Klik di sana. Sebagaimana terlihat seperti gambar 3.

Gambar 3. Menjalankan PSPICE

Klik ini mengeksekusi capture.exe yang terletak di subdirektori:

C:\Program Files\OrCAD_Demo\Capture.exe.

Maka project pertama PSPICE siap untuk dibuat.2.1.1 Membuat project baruSebagaimana kalau kita membuat program baru atau skema baru, setiap pekerjaan baru harus mendefisinikan project baru terlebih dahulu. Berikut langkah-langkahnya,

1. Panggil OrCAD Capture sebagaimana langkah-langkah di atas. Gambar 4 menunjukkan ORCAD Capture telah dipanggil namun belum ada project/sesuatu untuk dikerjakan,

Gambar 4. IDE Capture

2. Buat sebuah project baru dengan: menu FILE NEW_PROJECT3. Muncul tampilan seperti Gambar 5. Tuliskan nama project ini4. Pilih Analog or Mixed-AD5. Lokasi, definisikan sendiri jika tak ingin default.

Gambar 5. Tampilan membuat project baru

5. Setelah itu, muncul dialog untuk “Create PSpice Project”. Pilih saja “Create Blank Project”.

6. Akhirnya, sebuah halaman untuk perancangan rangkaian di dalam orcad pspice muncul sebagaimana terlihat pada gambar 6.

Gambar 6. Project Design Manager

2.1.2 Membuat rangkaian sederhanaSebagai contoh, akan kita buat rangkaian seperti terlihat pada gambar 7. Berikut langkah-langkahnya,

1. Click pada jendela Schematic.2. Untuk menambahkan kompnonen, click pada icon PLACE PART di sebelah kanan atas (lihat gambar 6). Akan muncul dialog seperti gambar 8 berikut.

Gambar 7. Rangkaian sederhana

Gambar 8. Dialog Place Part

Pilih library yang sesuai dengan komponen yang kita inginkan. Sebagai contoh adalah komponen R (resistor). Library-nya adalah Analog, kemudian scroll (gulung ke bawah) pada Part list sampai ditemukan komponen R. Maka dialog akan tampak seperti gambar 8 di atas.

Jika library pada gambar 8 masih kosong, maka anda perlu menambahkan library pada PSIPCE. Caranya, klik Add Library, kemudian untuk mudahnya tambahkan semua library yang disediakan (bawaan) oleh PSPICE ini. Ada beberapa library di sana, yaitu (dalam versi PSPICE yang berbeda mungkin library bawaan berbeda pula, namun secara garis besar adalah sama),

Ke semua library ini disediakan oleh PSPICE secara default, dan terletak di subdirektori;

C:\Program Files\OrCAD_Demo\Capture\Library\Pspice

• Analog: berisi komponen-komponen pasif (R,L,C), mutual inductance, transmission line, serta tegangan dan arus tergantung sumber(voltage dependent voltage source E, current-dependent current source F, voltage-dependent current source G and current-dependent voltage source H).• Source: berisi berbagai macam sumber tegangan dan sumber arus dengan tipe-tipe yang berbeda. (Vdc, Idc, Vac, Iac, Vsin, Vexp, pulse, piecewise linear, dll). Simak isinya untuk mengenal lebih dekat.

• Eval: menyediakan dioda-dioda (D…), bipolar transistor (Q…), MOS transistor, JFETs (J…), real opamp seperti u741, switch (SW_tClose, SW_tOpen), berbagai gerbang dan komponen-komponen digital.• Abm: berisi operator-operator dasar matematis yang dapat diaplikasikan ke isyarat, seperti multiplication (MULT), summation (SUM), Square Root (SWRT), Laplace (LAPLACE), arctan (ARCTAN), dan masih ada lagi.• Special: berisi berbagai macam komponen lain, seperti PARAM, NODESET, dsb.

Click OK, komponen R akan terbawa oleh kursor untuk siap ditempatkan di dalam jendela skematik. Click kursor di posisi komponen R ini ingin ditempatkan.

Untuk mengubah nilai R, double click pada nilainya (dalam hal ini 1k). Akan muncul dialog Display Properties seperti gambar 9. Ubah nilainya sesuai dengan yang diinginkan (10k)

Gambar 9 . Display Properties

Pspice menyediakan eksponen atau factor scalar seperti terlihat pada tabel 1. Notasi di PSPICE adalah tidak case sensitive, sehingga M dan m dianggap sama.

Tabel 1. Faktor scalar PSPICESimbol Nilai faktorF atau f (femto) 1e-15P atau p (pico) 1e-12N atau n (nano) 1e-9U atau u (mikro) 1e-6M atau m (mili) 1e-3

K atau k (kilo) 1e+3MEG atau meg (mega) 1e+6G atau g (gega) 1e+9T atau t (Terra) 1e+12

Cara lain untuk memberi nilai komponen adalah dengan “Property Editor”. Caranya , klik pada komponen yang bersangkutan dan kemudian klik kanan “Edit Properties”. Sebuah tampilan muncul (Lihat gambar 10) menampilkan berbagai parameter (atribut). Masukkan nilai yang ingin ke atribut yang sesuai.

Gambar 10. Property Editor

3. Tambahkan komponen-komponen lain dengan cara yang sama. Resistor kapasitor berada di dalam library ANALOG, dan sumber tegangan DC dan sumber arus DC dari library SOURCE. Kombinasi klik kanan dan kiri mouse mempunyai fungsi pilihan yang berbeda. Untuk menambahkan komponen yang sama, cukup dengan klik kiri mouse. Tekan ESC untuk mengakhiri komponen.

Dalam hal kapasitor, kondisi awal dapat pula didefinisikan. Buka property editor sebagaimana gambar 10, namun untuk kapasitor. Pada kolom IC (maksudnya Initial Condition) masukkan nilai yang diinginkan, misal 2 V.

4. Setelah semua komponen dimasukkan ke dalam skema, sambungkan masing-masing komponen itu dengan kabel. Maka kita perlu Place Wire. Klik tombol “Place Wire” (lihat gambar 6) dan sambungkan semua kaki-kaki komponen sebagaimana skema yang diinginkan. Tekan tombol “ESC” untuk mengakhiri.

5. Terakhir, yang diperlukan adalah menambahkan Ground ke dalam skema rangkaian. Klik “Place Ground” (gambar 6). Akan muncul Dialog Place Ground seperti terlihat pada gambar 11. Ketika muncul dialog, pilih GND/CAPSYM dan berilah nilai 0 pada isian Name. Jangan lupa meng-nol-kan. Jika tidak PSpice akan memunculkan peringatan kesalahan ketika simulasi rangkaian dijalankan atau muncul peringatan “Floating Node”. Ini terjadi karena SPICE memerlukan terminal ground sebagai titik referensi yaitu 0 pada ground.

Gambar 11. Dialog Place Ground

6. Jika semua langkah-langkah di atas dijalankan dengan benar, maka skema rangkaian adalah seperti gambar 12. berikut ini,

Gambar 12. Rangkaian

4. Analysis Rangkaian

PSPICE dengan Orcad telah menampilkan rangkaian elektronika secara visual. Hal ini sangat mempermudah untuk mengetahui cara kerja rangkaian. Namun demikian, awal mulai spice yang berupa text untuk netlist-nya masih diperlukan, kadang untuk melacak jika ada kesalahan. Demikian juga untuk melacak arah arus.

Orcad/Pspice menyediakan menu untuk melacak/membuat text file dari rangkaian, disebut dengan netlist. Dari menu PSpice Create Netlist, maka text file dari rangkaian akan dibuatkan. Untuk melihat rangkaian dalam bentuk text tersebut, cukup dengan memilih View Netlist. Gambar 13 di bawah memperlihatkan create netlist dan view netlist. Sedangkan gambar 14 memperlihatkan sebuah rangkaian dengan text netlist-nya.

Gambar 13. Menggenerate text rangkaian

* source TEST01R_R1 IN OUT 10kR_R2 0 OUT 10kI_I1 0 OUT DC 1mAdcC_C1 0 OUT 5uFV_V1 IN 0 20Vdc

Gambar 14. Rangkaian dan text-nya

Simulasi dengan SPICE memungkinkan kita untuk melakukan analisis-analisis DC bias, DC Sweep, Transient, AC analysis, Montecarlo, Parameter sweep dan Temperature sweep.

Berikut akan dijelaskan analisis yang sering dipakai pada simulasi spice ini, yaitu DC bias, DC sweep, AC analysis, dan transient.

4.1 Analisis BIAS

Langkah-langkah untuk melakukan simulasi dengan analisis tegangan/arus bias adalah sebagai berikut,

1. Dengan diagram skematik, terdapat menu PSPICE. Pilihlah NEW SIMULATION PROFILE.2. Akan muncul sebuah jendela, seperti pada gambar 15. Ketikkan nama profil simulasi, misal Bias. Pada list “Inherit From”, pilih none. Klik Create.

Gambar 15.

3. Akan muncul jendela untuk men-set nilai-nilai untuk simulasi. Lihat Gambar 16. Pada bagian “Analyis Type”, pilih Bias Point. Klik OK.

Gambar 16.

5. Jalanlan simulasi, PSPICE RUN6. Akan muncul sebuah jendela. Dari sini akan diketahui apakah simulasi berhasil atau ada kesalahan. Jika simulasi gagal/error, kesalahan dapat dilacak dari Output file.7. Hasil simulasi ini dapat dilihat secara detail jika diinginkan. Bukalah Output file, atau dari diagram skematik klik pada V icon dan I icon. Lihat Gambar 17. Arah arus yang bernilai positif/negative dapat dicek dari netlist-nya. Gambar 18 di bawah memperlihatkan nilai hasil simulasi bias.

Gambar 17.

Gambar 18.

4.2 Analisis DC Sweep

Tetap dipakai rangkaian yang sama, namun sekarang yang dievaluasi adalah pengaruh sweep tegangan sumber antara 0 dan 20V. Sumber arus 1 mA. Berikut langkah-langkah analisis DC sweep,

1. Buat sebuah simulasi baru dengan “New Simulation Profile” (dari menu Pspice); Beri nama, misal DC Sweep2. Masukkan nama tegangan sumber yang akan di-sweep. V1. Masukkan nilai awal dan akhir (start value, end value), serta nilai step kenaikannya. Dalam contoh ini, start value 0, end value 20, dan increment 0.1 V. Lihat Gambar 19 di bawah berikut.

Gambar 19. Setting untuk simulasi DC Sweep

3. Jalankan Simulasi. Pspice akan menghasilkan data output yang berisi nilai – nilai dari semua tegangan dan arus pada rangkaian.

Ketika simulasi selesai, akan muncul sebuah jendela baru, seperti pada Gambar 20. Sebut saja sebagai Probe Window.

Gambar 20. Probe Window

Untuk melihat hasilnya, dari menu Trace pilih Add Trace, lihat Gambar 21. Kemudian pilih tegangan dan/atau arus yang ingin ditampilkan. Sebagai contoh adalah V(out) dan V(in). Klik OK.

Gambar 21. Jendela Add Trace

Jika dikehendaki, dapat ditambahkan sumbu Y kedua. Misal untuk melihat arus yang melalui R2. Dari menu Plot Add Y Axis. Pilih Trace untuk I(R2).

Nilai actual titik tertentu Vout dan Vin pada grafik juga dapat ditampilkan. Dari Trace Cursor Display. Di sini kursor berlaku sebagai trace pertama. Perhatikan kotak-kotak kecil grafik dan keterangan untuk V(out) di bagian bawah. Klik kiri pada trace 1, nnilai sumbu x dan y akan ditampilkan. Klik kanan pada V(out) maka nilai kursor akan ditampilkan.

Gambar 22 memperlihatkan hasil dari dc sweepn, memperlihatkan Vout, Vin dan arus yang melalui resistor R2. Kursor digunakan untuk V(out) dan V(in).

Gambar 22.

4. 3 Analisis Transien

Dipakai rangkaian yang sama seperti pada DC sweep (Gambar 23), dengan menambahkan sebuah switch untuk mengatur tegangan dan arus yang masuk, seperti terlihat pada Gambar 12. Caranya dengan memasukkan SW_TCLOSE switch dari EVAL library. Kemudian double click pada switch TCLOSE value dan masukkan nilainya setelah switch menutup. Kemudian buat nilai TCLOSE = 5 ms.

Gambar 23 : Rangkaian untuk simulasi transient

Langkah-langkah untuk analisis transient,

1. Buat PSPICE/NEW SIMULATION PROFILE2. Berikan nama simulasi (misal : Transient). Saat jendela setting simulasi terbuka, pilih analisis “Time Domain (Transient)”. Masukkan pula Run Time, misal dengan nilai = 50 ms. Untuk ukuran Max Step, anda dapat membiarkannya kosong atau memberi masukan 10us.3. Jalankan PSpice4. Jendela Probe pada PSpice akan membuka. Anda dapat menambahkan traces untuk memperlihatkan hasilnya. Pada Gambar 24 di bawah, kami memplot arus melalui kapasitor pada

jendela atas dan tegangan melalui kapasitor bawah. Kami menggunakan kursor untuk menemukan konstanta waktu dari bentuk eksponensial (dengan menemukan perhitungan 0,632 x V(out)max = 9,48. Kursor akan memberikan waktu yang cocok yaitu 30 ms kemudian memberikan konstanta waktu 30-5=25 ms (5 ms dikurangkan karena switch menutuh pada 5 ms)

Gambar 24 : Hasil dari simulasi transien rangkaian Gambar 23

5. Selain menggunakan switch, kita dapat pula menggunakan sumber tegangan yang berubah sesuai waktu. Seperti terlihat pada Gambar 24 dimana digunakan sumber VPULSE dan IPULSE dari SOURCE library. Dengan memasukkan nilai level tegangan (V1 dan V2), waktu tunda / delay (TD), waktu tanjakan dan turunan (Rise and Fall time), lebar pulsa (PW) dan periode (PER). Nilai tersebut dapat diindikasi pada gambar di bawah.

Gambar 24 : rangkaian dengan sebuah tegangan PULSE dan sumber arus.

6. Setelah melakukan simulasi transien hasilnya dapat ditampilkan seperti langkah sebelumnya.7. Contoh terakhir dari analisis transien adalah menggunakan sinyal sinusoidal VSIN. Lihat Gambar 25. Rangkaian adalah seperti pada Gambar 25 di bawah. Kami membuat nilai amplitude 10 V dan frekuensi 10 Hz.

Gambar 25.

8. Jalankan PSpice.9. Hasil simulsi untuk Vout dan Vin terlihat pada Gambar 26 di bawah ini.

Gambar 26.

4. 4 Analisis AC Sweep

Analisis AC diterapkan pada tegangan atau arus masukan sinusoidal (ac) dengan menggeser frekuensi sampai range tertentu. Analisis ini melihat hubungan antara tegangan, magnitude arus,dan fase untuk setiap frekuensi masukan.

Contoh di bawah memperlihatkan sebuah filter RC sederhana, dengan rangkaian seperti pada Gambar 27.

Gambar 27.

1. Buat “new project” dan gambar rangkaian seperti pada gambar.2. Pada komponen tegangan input, gunakan voltage source VAC dari source library3. Masukkan nilai amplitude input source = 1 V

4. Buat simulation profile baru. Pada simulation setting window pilih AC Sweep/Noise5. Masukkan nilai start and end frekuensi beserta jumlah titik per decade. Misal menggunakan 0.1 Hz, 10 kHz dan 116. Jalankan (Run) simulasi7. Pada probe window, tambahkan trace untuk tegangan input kemudian tambahkan jendela baru untuk memperlihatkan fase dan magnitude dari tegangan output. Tegangan dapat juga ditampilkan dalam bentuk dB dengan cara ketik Vdb(out) pada trace expression box dan ketik VP(out) untuk fasenya8. Selain itu, untuk menampilkan Vout dalam db dapat juga dilakukan dengan menggunakan markers pada schematic (PSPICE/ MARKERS/ ADVANCED/ dBMagnitude atau fase tegangan atau arus. Kemudian letakkan markers pada titik yang diinginkan.9. Hasil simulasi dapat dilihat dari Gambar 28 di bawah ini :

Gambar 28.

Gambar 28 menunjukkan, titik 3 dB mempunyai nilai frekuensi 6.49 Hz dengan time constant sebesar 25 ms [R1/(R2.C)]. Pada saat f=10Hz, Vout=11.4dB, dan seterusnya.

.

Semoga manfaat.

Sumber:1. PSPICE A brief primer, http://www.seas.upenn.edu/~jan/spice/PSpicePrimer.pdf2. Dll

Analisa Rangkaian DC (bagian 1)

Posted: Agustus 13, 2011 in ELEKTRO Tag:analisa cabang, analisa dc, analisa mesh, analisa rangkaian, KCL, KVL 0

Analisa rangkaian DC

Apa itu analisa rangkaian?

Secara umum, analisa rangkaian adalah suatu teknik analisa rangkaian secara matematis (rangkaian adalah komponen-komponen yang saling terhubung). Sering sekali para teknisi dan insinyur menemukan rangkaian yang berisi sumber yang berjumlah lebih dari satu atau suatu rangkaian yang susunan komponenya sangat sulit untuk diselesaikan menggunakan aturan rangkaian seri-paralel. Karena itulah, digunakan analisa rangkaian.

Untuk mengilustrasikan bagaimana suatu rangkaian sederhana dapat dianalisa dengan memecah menjadi bagian seri dan bagian paralel, kita mulai dari rangkaian ini:

Untuk menganalisa rangkaian di atas, pertama-tama harus dicari rangkaian ekivalen dari R2 dan R3 yang disusun paralel, lalu menambahkan dengan R1 yang disusun seri hingga mendapatkan resistansi totalnya. Lalu, kita dapat memperoleh nilai arus total dengan menggunakan hukum Ohm dengan cara I = E/R, lalu arus yang didapat ini digunakan untuk mendapatkan tegangan pada masing-masing resistor. Semuanya dalam prosedur yang sederhana.

Namun, apabila rangkaian tersebut ditambah sebuah baterai lagi maka akan berubah menjadi:

Resistor R2 dan R3 tidak lagi tersusun paralel satu sama lain, karena baterai B2 telah dimasukkan ke dalam cabang dari resistor R3 pada rangkaian. Bila kita cari-cari lagi, kita tidak mungkin bisa menemukan dua resistor yang saling terhubung seri atau paralel secara langsung. Oleh karena itu, analisa seri-paralel tidak bisa digunakan untuk menganalisa rangkaian seperti ini. Kalau sudah tidak ada lagi resistor yang bisa disederhanakan dengan cara seri-paralel, maka apa yang bisa kita lakukan?

Bukan hanya rangkaian ini yang tidak bisa diselesaikan dengan cara seri-paralel, perhatikan juga rangkaian ini:

Ini adalah rangkaian jembatan, apabila rangkaian tidak berada dalam kondisi seimbangnya (rasio R1/R4 tidak sama dengan R2/R5). Bila jembatan itu seimbnag, maka arus yang melewati R3 adalah nol, dan jembatan itu bisa diselesaikan dengan cara seri-paralel (R1 – - R4 || R2 – - R5). Namun, apabila rangkaian tidak seimbang, maka arus yang melewati R3 membuat analisa seri-paralel tidak memungkinkan. R1 tidaklah seri dengan R4 karena ada jalur lain bagi elektron untuk lewat melalui R3. Begitu juga dengan R2 dengan R5 tidak bisa dianalisa secara seri-paralel karena alasan yang sama. Begitu pula dengan R1 tidaklah paralel dengan R2 karena R3 memisahkan titik bawahnya.

Meskipun saat ini tidak tampak, inti permasalahan yang sebenarnya adalah adanya banyak nilai yang tidak diketahui. Paling tidak pada analisa seri-paralel, kita bisa menemukan arus total dengan cara menyederhanakan rangkaian dari resistor.

Jadi bagaimana kita menyelesaikan suatu rangkaian dimana nilai yang tidak diketahuinya ada banyak? Jawabannya adalah dengan menggunakan proses matematika yang disebut sistem persamaan (simultaneous equations atau systems of equations,) dimana, nilai-nilai yang tidak diketahui ini dibuat dalam bentuk variabel-variabel yang dimasukkan ke dalam suatu persamaan-persamaan matematis.

Metode Arus Cabang

Teknik analisa rangkaian yang pertama adalah metode arus cabang (atau analisa mesh). Dalam metode ini, kita mengumpamakan arah arus pada rangkaian itu, lalu menulis persamaan-persamaan yang mendiskripsikan hubungan-hubungan dari hukum Kirchhoff dan Ohm. Setelah kita mendapatkan semua persamaan dari semua nilai arus yang tidak diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan serempak (simultaneous equation) dan menemukan nilai semua arus, sehingga nilai tegangan pada semua rangkaian dapat dihitung.

Mari kita lihat ilustrasi dari metode ini:

Langkah pertama adalah memilih sebuah node (atau titik sambungan) pada rangkaian yang digunakan sebagai titik referensi dari arus-arus yang tidak diketahui. Kita akan memilih node yang menghubungkan R1 dengan R2 dan juga R3.

Pada node ini, ada tiga nilai arus yang tidak diketahui yang dinamakan I1, I2, dan I3. Anggap saja arah yang dipilih seperti ditunjukkan pada gambar. Arah dari arus ini dipilih secara sembarang, anda tidak perlu kawatir apabila arah arus perumpamaan ini salah, karena dari hasil perhitungan matematis nanti akan diketahui “salah tidaknya” arah perumpamaan yang kita ambil, indikasinya apabila arah yang kita ambil salah yaitu hasil perhitungannya arusnya adalah negatif.

Hukum arus Kirchhoff (Kirchhoff’s Current Law atau disingkat KCL) menyatakan bahwa jumlah aljabar arus yang masuk dan keluar pada suatu titik adalah nol, atau jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang sama. Jadi dari sini, ketiga arus (I1, I2, I3) dapat dituliskan dalam suatu persamaan. Untuk mempermudah, kita akan menyatakan arus yang “masuk” node sebagai tanda positif, dan arus yang “keluar” bertanda negatif:

KCL diterapkan pada node yang dipilih menghasilkan persamaan :

I1 – I2 + I3 = 0

Langkah selanjutnya adalah menentukan polaritas tegangan dari resistor-resistor berdasarkan arah arus yang kita asumsikan tadi. Ingat bahwa terminal resistor yang dimasuki arus (arah konvensional) merupakan terminal tegangan yang bertanda positif. Polaritas baterai, terminal yang lebih panjang berarti positif sedangkan yang pendek negatif. Arus konvensional mengalir dari terminal positif menuju negatif. Apabila arah arus yang kita umpamakan tadi tidak sesuai dengan arah arus yang ditimbulkan baterai tidak apa-apa, dihiraukan saja dankita tetap konsisten menggunakan arah arus yang kita umpamakan tadi karena tanda yang sebenarnya ditentukan dari hasil perhitungan nantinya.

Hukum tegangan Kirchhoff (Kirchhoff’s Voltage Law atau disingkat KVL) menyatakan bahwa jumlah aljabar semua tegangan pada loop tertutup haruslah sama dengan nol, jadi kita dapat membuat persamaan lagi (dalam bentuk arus I1, I2, dan I3). Untuk mendapatkan persamaan dari KVL, kita harus menghitung drop-drop tegangan yang terjadi dalam loop, untuk contoh kali ini, kita akan menggunakan voltmeter. Kita akan memulainya dari pojok kiri atas dan bergerak berlawanan arah jarum jam seperti ditunjukkan pada gambar-gambar ini:

Voltmeter menunjukkan -28 V

Voltmeter menunjukkan 0 V

Voltmeter menunjukkan sebuah tegangan positif.

Voltmeter menunjukkan sebuah tegangan positif

Setelah meyelesaikan penjejakan mengitari loop yang sebelah kiri, kita menambahkan tegangan-tegangan ini menghasilkan nilai nol:

KVL untuk tegangan-tegangan drop pada loop sebelah kiri

-28 + 0 + VR2+ VR1 = 0

Tentu saja, kita belum tahu tegangan pada R1 dan R2, sehingga kita tidak bisa memasukkan nilai ke dalam persamaan. Namun, kita pasti tahu bahwa jumlah ketiga tegangan ini adalah nol, jadi persamaan tersebut adalah benar.Kita melangkah pada tahap berikutnya dan menyatakan tegangan VR2 dan VR1 ini dalam ekspresi arus, I. Menggunakan hukum Ohm, V = IR, kita dapat merubah persamaan di atas menjadi

-28 + VR2 + VR1 = 0

Hukum Ohm : V = IR, subsitusikan persamaan ini kedalam persamaan KVL menjadi,

-28 + I2R2 + I1R1 = 0

Karena kita tahu nilai resistansi dari resistor R1 dan R2, maka kita dapat memasukkannya ke dalam persamaan, sehingga didapatkan

-28 + 2I2 + 4I1 = 0

Anda pasti bingung mengapa kita memulai manipulasi persamaan ini dengan -28 + VR2 + VR1. Apalagi, kedua variabel ini belum diketahui nilainya (VR2 dan VR1), jadi apakah keuntungan mengekspresikan nilai tegangan yang tidak diketahui ini dengan menyatakannya dalam arus (dikalikan dengan resistansi)? Tujuannya adalah untuk mendapatkan persamaan KVL yang mempunyai ekspresi/variabel yang sama dengan variabel yang tidak diketahui dari persamaan yangg diperoleh dari KCL yaitu variabel I. Karena persamaan-persamaan ini dibutuhkan untuk mendapatkan nilai-nilai dari I1, I2, dan I3. Karena ada tiga variabel yang tidak diketahui, maka kita harus mempunyai sekurang-kurangnya tiga persamaan (dalam variabel arus) untuk mendaptkan solusinya (bukan dalam variabel tegangan).

Dengan menggunakan cara yang sama, kita analisa loop yang sebelah kanan dari rangkaian tersebut. Kita mulai dari node yang dipilih dan bergerak berlawanan arah jarum jam, kita dapatkan persamaan KVL yang lainnya:

Voltmeter menunjukkan sebuah tegangan negatif

Voltmeter menunjukkan 0 V

Voltmeter menunjukkan + 7 V

Voltmeter menunjukkan sebuah tegangan negatif

KVL dipakai pada tegangan-tegangan drop dari loop yang sebelah kanan menghasilkan persamaan

-VR2 + 0 + 7 – VR3 = 0

Kita ingin menyatakan drop tegangan pada resistor (VR2 dan VR3) dalam bentuk arus dikalikan resistansi (menggunakan hukum Ohm), maka kita dapat persamaan

-2I2 + 7 – 1I3 = 0

Sekarang kita mendapatkan tiga buah sistem persamaan matematika (satu persamaan KCL dan dua persamaan KVL) dan tiga variabel yang tidak diketahui nilainya:

I1 + I2 – I3 = 0 KCL

-28 + 2I2 + 4I1 = 0 KVL

-2I2 + 7 – 1I3 = 0 KVL

Salah satu metode untuk mendapatkan solusinya mungkin kita bisa menggunakan softwere/program komputer, karena alasan inilah sehingga akan lebih memudahkan apabila ditulis dalam bentuk:

1I1 – 1I2 + 1I3 = 0

4I1 + 2I2 + 0I3 = 28

0I1 – 2I2 -1I3 = -7

Anda dapat menyelesaikan persamaan diatas ini dengan berbagai metode, seperti metode subsitusi, eliminasi, atau metode determinan. Bila anda telah menghitungnya, anda akan mendapatkan solusi:

I1 = 5 A

I2 = 4 A

I3 = -1 A

Jadi, I1 adalah 5 ampere, I2 adalah 4 ampere, dan I3 adalah negatif 1 ampere. Tetapi apa yang dimaksud arusnya bernilai negatif? Pada kasus ini berarti arah perumpamaan kita di awal analisa tadi adalah berkebalikan dari arah yang “sebenarnya”. Kembali lagi pada rangkaian yang asli, kita dapat menggambar ulang dan untuk I3, arah arusnya harus dibuat ulang dan arahhnya dibalik sehingga nilai dari I3 sekarang adalah positif.

Coba perhatikan bagaimana arus ditekan menuju baterai B2. Bisa dianalogikan baterai B2

mencoba menekan tetapi kalah karena nilai baterai B1 lebihh besar. Apakah Ini berarti baterai yang lebih kuat akan selalu menang dan mengalirkan arus ke baterai yang lebih lemah? Tidak, ini tergantung dari tegangan relatif dari baterai dan nilai resistansi resistor pada rangkaian itu. Untuk memastikannya secara pasti kita harus menganalisa rangkaiannya secara matematis.

Jadi, sekarang kita bisa memperoleh drop tegangan pada masing-masing resistor dengan menggunakan hukum Ohm (V = IR)

VR1 = I1R1 = (5 A) (4 Ω) = 20 V

VR2 = I2R2 = (4 A) (2 Ω) = 8 V

VR3 = I3R3 = (1 A) (1 Ω) = 1 V

Review:

Berikut ini langkah-langkah analisa metode arus cabang:

1. Pilih node/titik dan asumsikan arah arus secara sembarang.2. Tuliskan persamaan KCL berdasarkan arus masuk atau keluar pada node yang dipilih.3. Tuliskan polaritas dari tegangan drop pada masing-masing resistor berdasarkan arah arus

yang kita umpamakan tadi.4. Tulis persamaan KVL untuk masing-masing loop pada rangkaian, lalu subsitusikan V =

IR pada masing-masing drop tegangan pada resistor.5. Selesaikan arus cabang yang tidak diketahui itu dari persamaan-persamaan yang didapat.6. Bila ada solusi (nilai arus) yang negatif, berarti arah arus yang kita asumsikan pada

langkah 1 tadi adalah salah atau arahnya terbalik dengan arah arus yang sebenarnya.7. Hitung drop tegangan pada masing-masing resistor menggunakan hukum Ohm , V = IR.8. Rangkaian bias tetap (fix bias) untuk transistor ini cukup sederhana karena hanya terdiri

atas dua resistor RB dan RC. Kapasitor C1 dan C2 merupakan kapasitor kopling yang berfungsi mengisolasi tegangan dc dari transistor ke tingkat sebelum dan sesudahnya, namun tetap menyalurkan sinyal ac-nya. Rangkaian dasar untuk memberikan fix bias pada transistor dapat dilihat pada gambar berikut. Rangkaian Dasar Fix Bias Pada Transistor fix bias transistor,rangkaian bias tetap transistor,bias tetap transistor,rumus bias tegangan transistor,analisa dc fix bias transistor,rumus fix bias transistor,teori fix bias transistor,arah srus fix bias transistor Fungsi kapasitos C1 dan C2 adalah kopling input dan output seperti dijelaskan diatas, sehingga untuk analisa DC rangkaian fix bias transistor menjadi seperti berikut. Rangkaian Analisa DC Fix Bias Transistor analisa dc fix bias,analisa dc bias tetap transistor,rangkaian dc bias transistor,ekuivaen dc bias tegangan transistor Dari gambar rangkaian DC diatas dapat dirumuskan nilai arus basis IB sebagai berikut : IB=\fracVCC-VBERB Dari nilai IB tersebut maka dapat diketahui nilai IC IC=\beta IB VCE=VCC-(IC\cdot RC) Karena VCC dan VBE tetap, maka RB adalah penentu arus basis pada titik kerja transistor dengan tegangan bias tetap seperti rangkaian diatas. Nilai IB, IC dan VCE inilah yang menentukan titik kerja transistor. Oleh karena itu dalam penulisan sering ditambah huruf Q di belakangnya, sebagai IBQ, ICQ dan VCEQ. Harga ICQ dan VCEQ merupakan koordinat dari titik kerja transistor (Q) pada kurva karakteristik output CE. Titik kerja Q dalam kurva karakteristik selalu terletak pada garis beban. Hal ini karena harga VCEQ diperoleh dari persamaan garis beban VCE diatas. Untuk menggambar garis beban pada kurva, ditentukan dua titik yang berpotongan dengan masing-masing sumbu x (VCE) dan sumbu y (IC). Garis beban akan memotong sumbu x (VCE), apabila arus IC adalah nol. Dalam hal ini transistor dalam keadaan mati (IC = 0), sehingga tegangan VCE adalah maksimum, yaitu: VCEmax=VCC Garis beban akan memotong sumbu y (IC), apabila tegangan VCE adalah nol. Dalam hal ini transistor dalam keadaan jenuh (VCE = 0), sehingga arus IC adalah maksimum, yaitu: ICmax=\fracVCCRC Apabila kedua titik ekstrem (VCEmaks dan ICmaks) ini dihubungkan maka diperoleh garis beban dimana titik Q berada. Garis beban ini disebut dengan garis beban dc, karena hanya berkaitan dengan parameter dc dari rangkaian. dari persamaan-persamaan diatas dapat dibentuk kurva garis beban sebgai berikut. Kurva Garis Beban DC Fix Bias Transistor garis beban DC fix bias,kurva garis beban DC,kurva garis beban DC fix bias transistor,titik kerja DC,kurva titik kerja DC transistor

Read more at: http://elektronika-dasar.com/teori-elektronika/fix-bias-transistor/Copyright © Elektronika Dasar