4.11 Design Operations

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

b) Rangkaian simulasi

c) Video Simulasi

6. Download File

1. Pendahuluan [kembali]

Pentingnya proses desain operasi dalam elektronika, yang fokusnya adalah menentukan nilai arus dan tegangan menggunakan komponen yang sesuai untuk mencapai level yang telah ditetapkan sebelumnya. Proses ini memerlukan pemahaman yang mendalam terhadap karakteristik perangkat elektronik, pemilihan komponen yang tepat, serta penerapan hukum-hukum dasar dalam analisis rangkaian. Dengan memilih nilai komponen yang tepat, seperti resistor dalam contoh yang disebutkan, desain dapat dikembangkan dengan mempertimbangkan toleransi dan parameter yang terkait untuk memastikan kinerja yang stabil dan andal dalam aplikasi elektronik.

2. Tujuan [kembali]

Mengetahui definisi Design Operation
Mengetahui berbagai komponen pada Design Operation
Mensimulasikan rangkaian pada Design Operation

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. ALAT

1 . Function Generator

Function Generator adalah alat ukur elektronik yang dapat membangkitkan gelombang dalam bentuk sinus, persegi empat dan bentuk gelombang lainnya sesuai dengan kebutuhan. Alat ini juga dapat menghasilkan frekuensi tertentu sesuai dengan kebutuhan.

2. Baterai

Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.

3. Osiloskop

Sebuah alat ukur yang berfungsi menunjukan bentuk sinyal listrik berupa grafik dari tegangan terhadap waktu yang tertampil pada layarnya. Singkatnya alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyak listrik agar dapat dilihat dan dipelajari.

B. BAHAN

1. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakbai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Secara umum transistor dapat digolongkan menjadi dua keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan. Transistor yang digunakan adalah 2N4401.

2. Kapasitor

Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor mempunyai satuan Farad dari nama Michael Faraday.

3. 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.

4. 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).

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

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

4. Dasar Teori [kembali]

Design Operation (Operasi perancangan) merupakan salah satu tahap kritis dalam pengembangan rangkaian elektronika untuk menentukan nilai arus dan/atau tegangan menggunakan komponen yang sesuai agar mencapai level yang telah ditetapkan sebelumnya. Proses ini memerlukan pemahaman mendalam tentang karakteristik masing-masing komponen elektronik yang digunakan, serta penerapan persamaan dasar dalam analisis jaringan rangkaian. Pemahaman yang kuat terhadap hukum-hukum dasar seperti hukum Ohm, hukum Kirchoff, dan hukum hambatan seri dan paralel menjadi fundamental dalam memastikan bahwa desain rangkaian tidak hanya berfungsi dengan baik tetapi juga dapat diandalkan dalam aplikasi praktisnya.

Secara umum, urutan desain sangat dipengaruhi oleh komponen yang sudah ditentukan dan elemen-elemen yang perlu diidentifikasi untuk mencapai spesifikasi yang diinginkan. Misalnya, jika rangkaian memerlukan transistor tertentu yang sudah dipilih, proses perancangan akan berfokus pada penentuan nilai resistor yang sesuai untuk mendukung operasi transistor tersebut dengan optimal. Setelah nilai teoritis resistor dihitung, langkah selanjutnya adalah memilih nilai komersial standar yang paling dekat, mengingat toleransi yang umumnya terkait dengan nilai resistansi dan karakteristik transistor.

Adapun dalam proses pemilihan komponen, penting untuk mempertimbangkan tidak hanya nilai nominal tetapi juga variasi yang dapat diterima dalam kinerja akhir rangkaian. Variasi ini bisa berasal dari toleransi komponen, yang dapat mempengaruhi parameter seperti akurasi dan stabilitas operasi rangkaian. Dalam beberapa kasus, variasi ini dapat ditangani dengan menggunakan komponen yang memiliki toleransi lebih ketat atau dengan merancang rangkaian yang dapat mengakomodasi variasi tersebut tanpa mengorbankan kinerja keseluruhan.

Selain itu, desain operasi juga melibatkan penggunaan simulasi komputer yang canggih untuk memvalidasi kinerja prediksi rangkaian sebelum implementasi fisik. Alat simulasi seperti Proteus memungkinkan insinyur untuk menguji rangkaian dalam berbagai kondisi operasional dan memprediksi responsnya terhadap berbagai stimulus dan kondisi lingkungan. Hal ini memungkinkan iterasi desain yang efisien dan pengoptimalan sebelum memasuki tahap prototyping dan produksi, menghemat waktu dan biaya yang terkait dengan pengembangan produk elektronika.

Terakhir, desain operasi tidak hanya tentang menetapkan nilai komponen individual, tetapi juga tentang mempertimbangkan interaksi kompleks antara komponen-komponen tersebut dalam rangkaian yang lebih besar. Ini termasuk memastikan bahwa desain memenuhi persyaratan daya, keandalan, dan efisiensi yang diperlukan sesuai dengan aplikasi yang ditujukan. Dengan demikian, pendekatan yang terstruktur dan komprehensif dalam desain operasi menjadi kunci untuk mencapai produk elektronika yang berkualitas tinggi dan dapat diandalkan dalam aplikasi praktisnya.

Jika nilai resistif ditentukan, salah satu persamaan paling kuat hanyalah hukum Ohm dalam bentuk berikut:

5. Percobaan[kembali]

a) Prosedur[kembali]

Buka Proteus dan buat proyek baru.
Buka lembar skematik.
Pilih dan tambahkan komponen dari Components Library.
Tempatkan komponen di lembar skematik.
Hubungkan komponen menggunakan Wire Tool.
Tambahkan sumber daya (seperti baterai atau power supply).
Simpan proyek.
Buka mode simulasi dan jalankan simulasi untuk menguji rangkaian.
Analisis hasil simulasi dan buat penyesuaian jika diperlukan.
Simpan kembali proyek setelah selesai.

b) Rangkaian simulasi [kembali]

CARA KERJA DALAM PROTEUS :

1. Rangkaian Gambar 4.59

2. Rangkaian Gambar 4.60

3. Rangkaian Gambar 4.61

4. Rangkaian Gambar 4.62

5. Rangkaian Gambar 4.63

Rangkaian pertama yang disimulasikan menggunakan AC input berupa function generator dan AC output berupa osiloskop. Komponen-komponen lainnya adalah resistor, power, kapasitor, tranasitor, ground. Arus mengalir dari function generator lalu melewati kapasitor, resistor, dan tranasistor. Channel A pada osiloskop dihubungkan ke input dan channel B ke output, ketika osiloskop dijalankan maka akan terbentuk gelombang input dan output. Rangkaian kedua yang disimulasikan adalah Design of a Current-Gain-Stabilized (Beta-Independent) Circuit. Prinsip kerjanya hampir sama dengan rangkaian pertama. Komponen yang dibutuhkan adalah baterai, osiloskop, transistor NPN, resistor, ground, dan kapasitor. AC input digunakan function generator dan AC output digunakan osiloskop. Sinyal mengalir dari AC input yaitu function generator lalu melewati kapasitor, resistor, dan transistor. Channel A pada osiloskop dihubungkan ke input, dan channel B pada osiloskop dihubungkan ke output. Karena design operation mengutamakan mencari nilai yang belum diketahui, maka simulasi rangkaian ini hanya memperlihatkan bentuk sinyalnya.

contoh 1 :

Tentukan Vcc, Rc, dan Rb untuk konfigurasi Fixed-Bias diatas .

Dari garis beban

Maka ,

Dengan menghasilkan ,

Nilai Resistor ;

Menggunakan nilai resistor standar memberikan:

Yang mana bernilai 5% dari nilai yang ditetapkan.

contoh 2 :

Diberikan ICQ = 2 mA dan VCEQ = 10 V, tentukan R1 dan RC untuk rangkaian dibawah

Nilai komersial standar terdekat dengan R1 adalah 82 dan 91 kΩ. Bagaimmanapun, gunakan kombinasi seri nilai standar 82 kΩ dan 4,7 kΩ = 86,7 kΩ akan menghasilkan nilai yang sangat dekat dengan tingkat desain.

contoh 3 :

Konfigurasi emitter-bias pada gambar 4.49 memiliki spesifikasi sebagai berikut:

ICQ = ½ ICsat, ICsat =8 mA,VC = 18 V, and β = 110. Tentukan RC, RE, and RB.

Maka,

1. Desain Sirkuit Bias dengan Resistor Umpan Balik Emitter

Tentukan nilai resistor untuk rangkaian pada gambar 4.50 (di atas) untuk operasi yang ditunjukkan titik dan tegangan suplai.

2. Desain Sirkuit Penguatan Stabil Arus (Beta Bebas/Tidak Bergantung)

Tentukan tingkat RC, RE, R1, dan R2 untuk rangkaian pada gambar 4.51 (di atas) untuk titik poin yang ditunjukkan.

Dengan menggunakan nilai tegangan dasar yang dihitung di atas dan nilai tegangan suplai akan memberikan satu persamaan, namun ada dua yang tidak diketahui, R1 dan R2. Sebuah persamaan tambahan dapat diperoleh dari pemahaman tentang pengoperasiannya dua resistor dalam memberikan tegangan dasar yang diperlukan. Agar rangkaian beroperasi secara efisien, diasumsikan arus sampai R1 dan R2 harus kira-kira sama dan jauh lebih besar dari arus base (paling tidak 10:1). Fakta dan persamaan tegangan ini untuk tegangan base memberikan dua hubungan yang diperlukan untuk menentukan resistor dasar. Itu adalah,