8.19 COMPUTER ANALYSIS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

   a) Prosedur

   b) Rangkaian simulasi

   c) Video Simulasi

6. Download File

 1. Pendahuluan[kembali]

Analisis rangkaian komputer adalah proses penggunaan perangkat lunak dan alat-alat komputasi untuk memecahkan, menganalisis, dan mensimulasikan perilaku rangkaian listrik dan elektronik. Beberapa langkah umum dalam analisis rangkaian komputer meliputi:

1. Pemodelan Rangkaian: Menggambar skema rangkaian dengan semua komponen seperti resistor, kapasitor, induktor, sumber tegangan, dan sumber arus. Menentukan nilai komponen dan penghubungan antar komponen.

2. Pemilihan Perangkat Lunak: Menggunakan perangkat lunak simulasi rangkaian seperti SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), LTspice, Multisim, atau perangkat lunak lainnya.

3. Simulasi: Melakukan simulasi rangkaian untuk menganalisis berbagai parameter seperti tegangan, arus, daya, dan lain-lain. Memahami perilaku rangkaian dalam berbagai kondisi (AC, DC, transient, frekuensi, dan sebagainya).

4. Analisis Hasil: Menginterpretasikan hasil simulasi untuk memastikan bahwa rangkaian bekerja sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Melakukan optimasi atau perubahan desain berdasarkan hasil simulasi.

5. Verifikasi dan Validasi: Membandingkan hasil simulasi dengan pengukuran eksperimental atau data referensi untuk memvalidasi model rangkaian. Melakukan penyesuaian jika ada ketidaksesuaian antara hasil simulasi dan hasil eksperimen.

 2. Tujuan[kembali]

     -memahami dan mengetahui rangkaian jfet fixed bias configuration               - memahami mengetahui rangkaian jfet voltage divider configuration

     - memahami mengetahui rangkaian cascade jfet configuration

 3. Alat dan Bahan[kembali]

 ALAT : 

    a). Baterai (Battery)

Baterai (Battery) adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.

Tampilan baterai pada aplikasi Proteus

Tampilan baterai asli

b). DC Voltmeter

        Voltmeter DC yaitu alat ukur biasa digunakan untuk mengukur tegangan DC dengan cara mengukur beda potensial dari tegangan DC antara 2 titik suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Penambah sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan d’arsonval menjadi sebuah voltmeter arus searah

            c). ACinput

                    

                        Sumber AC yaitu sumber tegangan bolak-balik

BAHAN :

a). Ground

        Ground pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah memberikan perlindungan ke seluruh sistem serta menetralisir cacat yang disebabkan daya yang kurang baik atau kualitas komponen yang tidak standar.

         Tampilan ground pada aplikasi Proteus

b).  Resistor 

                   Resistor berfungsi untuk mengatur tegangan listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik diantara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir. Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya

Tampilan RESISTOR pada aplikasi Proteus

         Besaran resistor dilambangkan dengan kumpulan warna-warna yang berbeda, yang tersusun pada luar resistor . Untuk mengetahui milai warna,, berikut  tabel warna untuk menentukan besaran resistor :

            c). Kapasitor

                    Kapasitor adalah komponen listrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.

Tampilan KASISTOR pada aplikasi Proteus

 4. Dasar Teori[kembali]

COMPUTER ANALYSIS

PSpice Windows

penggunaan software simulasi pada komputer untuk melakukan analisis sirkuit dan memprediksi kinerja sirkuit elektronik, sehingga dapat membantu dalam merancang dan memperbaiki sirkuit secara efektif dan efisien.

Ringkasan sub-chapter

jfet fixed bias configuration

   Konfigurasi Fixed-Bias JFET Konfigurasi JFET pertama yang akan dianalisis di ac domain akan menjadi konfigurasi fixed-bias dari Gambar. 8.61 , menggunakan JFET dengan VP 4 Vdan I DSS 10 mA. Resistor 10-M ditambahkan untuk bertindak sebagai jalur ke ground untuk kapasitor tetapi pada dasarnya merupakan sirkuit terbuka untuk analisis ac. J2N3819 n-saluran

JFET dari perpustakaan EVAL digunakan, dan tegangan ac ditentukan pada empat titik berbeda untuk perbandingan dan ulasan.

  Konstanta Beta ditentukan oleh

        dan dimasukkan ke dalam kotak dialog Edit Model yang diperoleh dengan urutan EDIT-PROPERTIES . Vto juga diubah menjadi 4 V.

       SIRKUIT DESKRIPSI mencakup semua elemen jaringan bersama dengan node yang ditugaskan. Secara khusus, perhatikan bahwa Vi diatur pada 10 mV pada frekuensi 10 kHz dan sudut fase 0 derajat. Dalam daftar PARAMETER MODEL FET Persimpangan berikut, perhatikan bahwa VTO adalah 4 V dan BETA adalah 625E-6 A>V 20,625 mA>V 2, seperti yang dimasukkan sebelumnya. Yang kecil

              SOLUSI BIAS SINYAL mengungkapkan bahwa tegangan pada kedua ujung R G adalah 1,5 V, menghasilkan V GS 1,5 V. Level tegangan pada bagian ini dapat dikaitkan dengan aslinya jaringan hanya dengan mencatat daftar node yang ditugaskan di DESKRIPSI SIRKUIT. Itu tegangan dari drain ke sumber (ground) adalah 12 V, meninggalkan penurunan 8 V di R D . AC Daftar ANALISIS mengungkapkan bahwa tegangan pada sumber (N01707) adalah 10 mV sebagaimana diatur, tetapi tegangan di ujung lain kapasitor adalah 3 m V lebih kecil karena impedansi kapasitorpada 10 kHz—tentu saja penurunan yang harus diabaikan. Pilihan 0,02 m F untuk frekuensi ini adalah jelas bagus. Tegangan sebelum dan sesudah kapasitor pada sisi keluaran adalah persis sama (ke tiga tempat), mengungkapkan bahwa semakin besar kapasitor, semakin dekat jaraknya karakteristik hubung singkat. Output dari 6.275E-2 62.75 mV mencerminkan keuntungan sebesar 6.275

            jfet voltage divider configuration

            Konfigurasi Pembagi Tegangan JFET Jaringan selanjutnya yang akan dianalisis dalam domain ac adalah konfigurasi bias pembagi tegangan pada Gambar di bwh. Perhatikan bahwa parameter yang dipilih adalah berbeda dari yang digunakan dalam contoh sebelumnya, dengan V i pada 24 mV dan frekuensi5 kHz. Selain itu, level dc ditampilkan, dan sebidang tegangan output dan input ditampilkan pada layar yang sama.

            Untuk menjalankan analisis, pilih kunci Profil Simulasi Baru untuk mendapatkan kotak dialog Simulasi Baru. Setelah memasukkan Name of OrCAD 8-2 , pilih Create , dan Simulation Kotak dialog pengaturan akan muncul. Di bawah Analysis type , pilih AC/Sweep/Noise , lalu di bawah AC Sweep pilih Linear . Frekuensi Mulai adalah 5 kHz, Frekuensi Akhir adalah 5 kHz dan Total Poin adalah 1 . OK , dan simulasi dapat dimulai dengan memilih tombol Jalankan PSpice. Skema akan muncul, yang dapat keluar untuk menghasilkan tampilan dari Gambar 8.63 dengan semua level tegangan ditampilkan sebagai dikontrol oleh opsi V. Tingkat dc yang dihasilkan mengungkapkan bahwa V GS adalah 1,823 V 3,635 V 1,812 V, sangat baik dibandingkan dengan yang 1,8 V dihitung dalam Contoh 7.4. V D adalah 10,18 V, dibandingkan dengan tingkat yang dihitung dari 10,24 V, dan V DS adalah 10,18 V 3,635 V 6,545 V, dibandingkan dengan 6,64 V. Untuk solusi ac, kita dapat memilih View-Output File dan temukan di bawah OPERASI POINT INFORMASI bahwa g m adalah 2,22 mS, sangat baik dibandingkan dengan nilai yang dihitung dengan tangan 2,2 mS, dan di bawah ANALISIS AC bahwa tegangan keluaran ac adalah 125,8 mV, menghasilkan keuntungan sebesar 125,8 mV 24 mV 5.24. Level yang dihitung dengan tangan adalah gmRD = (2,2 mS)(2,4 k ) = 5,28.

            cascade jfet configuration

            Cascaded JFET Amplifier Penguat JFET dua tahap yang ekstensif dari Gambar 8.65 dapat dibuat menggunakan prosedur yang sama yang dijelaskan dalam contoh sebelumnya menggunakan PSpice. Untuk kedua JFET, Beta ditetapkan pada 0,625 mA>V 2 dan Vto pada -4 V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.66. Itu frekuensi yang diterapkan adalah 10 kHz untuk memastikan bahwa kapasitor mengambil pendekatan hubung singkat. Output ac pada output setiap tahap diminta. Setelah simulasi, file keluaran dari Gambar 8.67 menghasilkan, menunjukkan bahwa gain adalah 63.23 mV>10 mV 6,3 setelah tahap pertama dan 322,6 mV>10 mV 32,3 setelah kedua tahap. Keuntungan untuk tahap kedua adalah 322,6 mV>63,23 mV 5.1. Keuntungan dan tegangan output sangat mendekati hasil yang diperoleh pada Contoh 8.1. Pada Gambar 8.67 opsi V dipilih untuk mendapatkan level dc jaringan. Secara khusus, perhatikan seberapa dekat tegangan gerbang ke 0 V, memastikan bahwa tegangan bias gerbang-ke-sumber pada dasarnya sama dengan yang melintasi resistor sumber. Bahkan, karena isolasi yang ditawarkan oleh kapasitor C2, tingkat bias dari setiap konfigurasi persis sama.

Example :

1.

 

2. Dalam rangkaian JFET Fixed-Bias Configuration, sebuah JFET dengan parameter R_DSS (Drain-Source Saturation Resistance) sebesar 10 kΩ memiliki tegangan V_DD sebesar 15 V. Resistor R_1 memiliki nilai 220 kΩ. Hitunglah nilai tegangan gate (V_G) yang dihasilkan oleh pembagi tegangan pada rangkaian jika R_2 memiliki nilai 100 kΩ.

           jawaban :

            Untuk menghitung nilai tegangan gate (V_G) dalam JFET Fixed-Bias                         Configuration, kita dapat menggunakan rumus pembagi tegangan:

                V_G = (R_2 / (R_1 + R_2)) * V_DD

            Menggantikan nilai-nilai yang diketahui:

                V_G = (100 kΩ / (220 kΩ + 100 kΩ)) * 15 V V_G = (100 kΩ / 320 kΩ) *                 15 V V_G = 0.3125 * 15 V V_G ≈ 4.69 V

             Jadi, nilai tegangan gate (V_G) yang dihasilkan oleh pembagi tegangan pada            rangkaian adalah sekitar 4.69 V.

3.

Problem :

2. Sebuah rangkaian JFET Fixed-Bias Configuration menggunakan JFET dengan parameter R_DSS (Drain-Source Saturation Resistance) sebesar 5 kΩ. Tegangan sumber (V_DD) yang diberikan adalah 12 V. Resistor R_1 memiliki nilai 100 kΩ. Anda diminta untuk menentukan nilai resistor R_2 yang diperlukan agar tegangan gate (V_G) menjadi 2 V.

jawab  :

: Dalam JFET Fixed-Bias Configuration, tegangan gate (V_G) dapat ditentukan menggunakan rumus pembagi tegangan:

V_G = (R_2 / (R_1 + R_2)) * V_DD

Kita ingin tegangan gate (V_G) menjadi 2 V, maka kita dapat menggantikan nilai-nilai yang diketahui ke dalam rumus tersebut:

2 V = (R_2 / (100 kΩ + R_2)) * 12 V

Sekarang kita akan mencari nilai resistor R_2 dengan mencari nilai yang memenuhi persamaan tersebut. Untuk melakukan ini, kita bisa menggunakan metode aljabar atau mencoba nilai-nilai resistor secara berulang-ulang.

Dalam contoh ini, kita akan menggunakan metode percobaan nilai-nilai resistor secara berulang-ulang untuk mendekati solusi:

1. Ambil contoh nilai resistor R_2 = 47 kΩ. Substitusikan nilai R_2 = 47 kΩ ke dalam persamaan: 2 V = (47 kΩ / (100 kΩ + 47 kΩ)) * 12 V 2 V = (47 kΩ / 147 kΩ) * 12 V 2 V ≈ 0.320 mV

2. Periksa apakah nilai yang diperoleh mendekati 2 V. Jika tidak, coba nilai resistor R_2 yang berbeda. Lanjutkan proses ini hingga nilai tegangan gate (V_G) mendekati 2 V dengan presisi yang diinginkan

3.

         

  

               

c. soal pilihan ganda 

Soal 1:

Pada simulasi rangkaian elektronika menggunakan software analisis komputer, manakah yang tidak termasuk dalam parameter yang dapat dianalisis?

A. Arus dan tegangan pada setiap komponen B. Daya yang dikonsumsi oleh rangkaian C. Respon frekuensi rangkaian D. Warna fisik komponen pada PCB

Soal 2:

Manakah software analisis komputer yang paling umum digunakan untuk simulasi rangkaian elektronika?

A. SPICE B. MATLAB C. AutoCAD D. Fritzing

Soal 3:

Keuntungan utama menggunakan software analisis komputer untuk simulasi rangkaian elektronika dibandingkan dengan membangun rangkaian fisik adalah:

A. Lebih hemat waktu dan biaya B. Memungkinkan pengujian pada kondisi yang berbahaya C. Menghasilkan hasil yang lebih akurat D. Semua jawaban benar

Jawaban:

1. D (Warna fisik komponen pada PCB)
2. A (SPICE)
3. D (Semua jawaban benar)

Penjelasan:

• Soal 1: Software analisis komputer tidak dapat mensimulasikan warna fisik komponen pada PCB.
• Soal 2: SPICE adalah software analisis komputer yang paling umum digunakan untuk simulasi rangkaian elektronika karena gratis, mudah digunakan, dan memiliki banyak fitur.
• Soal 3: Software analisis komputer menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan dengan membangun rangkaian fisik, seperti:
  • Lebih hemat waktu dan biaya karena tidak perlu membeli komponen fisik dan merakit rangkaian.
  • Memungkinkan pengujian pada kondisi yang berbahaya, seperti tegangan tinggi atau arus tinggi, yang dapat berbahaya jika dilakukan pada rangkaian fisik.
  • Menghasilkan hasil yang lebih akurat karena software analisis komputer dapat memperhitungkan faktor-faktor yang sulit untuk diukur dalam rangkaian fisik, seperti parasit dan interferensi.

 5. Percobaan[kembali]

    a) Prosedur[kembali]

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

    b) Rangkaian simulasi [kembali]

Rangkaian 1

        Prinsip kerja:

    

            pertama yang akan dianalisis di ac domain akan menjadi konfigurasi fixed-bias dari Gambar. 8.61 , menggunakan JFET dengan VP 4 Vdan I DSS 10 mA. Resistor 10-M ditambahkan untuk bertindak sebagai jalur ke ground untuk kapasitor tetapi pada dasarnya merupakan sirkuit terbuka untuk analisis ac. J2N3819 n-saluran JFET dari perpustakaan EVAL digunakan, dan tegangan ac ditentukan pada empat titik berbeda untuk perbandingan dan ulasan.tegangan pada kedua ujung R G adalah 1,5 V, menghasilkan V GS 1,5 V. Level tegangan pada bagian ini dapat dikaitkan dengan aslinya jaringan hanya dengan mencatat daftar node yang ditugaskan di DESKRIPSI SIRKUIT. Itu tegangan dari drain ke sumber (ground) adalah 12 V, meninggalkan penurunan 8 V di R D . AC Daftar ANALISIS mengungkapkan bahwa tegangan pada sumber (N01707) adalah 10 mV sebagaimana diatur, tetapi tegangan di ujung lain kapasitor adalah 3 m V lebih kecil karena impedansi kapasitorpada 10 kHz—tentu saja penurunan yang harus diabaikan. Pilihan 0,02 m F untuk frekuensi ini adalah jelas bagus. Tegangan sebelum dan sesudah kapasitor pada sisi keluaran adalah persis sama (ke tiga tempat), mengungkapkan bahwa semakin besar kapasitor, semakin dekat jaraknya karakteristik hubung singkat. Output dari 6.275E-2 62.75 mV mencerminkan keuntungan sebesar 6.275

 Rangkaian 2

    

        Prinsip kerja:

 Konfigurasi Pembagi Tegangan JFET Jaringan selanjutnya yang akan dianalisis dalam domain ac adalah konfigurasi bias pembagi tegangan pada Gambar di bwh. Perhatikan bahwa parameter yang dipilih adalah berbeda dari yang digunakan dalam contoh sebelumnya, dengan V i pada 24 mV dan frekuensi5 kHz.pilih kunci Profil Simulasi Baru untuk mendapatkan kotak dialog Simulasi Baru. Setelah memasukkan Name of OrCAD 8-2 , pilih Create , dan Simulation Kotak dialog pengaturan akan muncul. Di bawah Analysis type , pilih AC/Sweep/Noise , lalu di bawah AC Sweep pilih Linear . Frekuensi Mulai adalah 5 kHz, Frekuensi Akhir adalah 5 kHz dan Total Poin adalah 1 . OK , dan simulasi dapat dimulai dengan memilih tombol Jalankan PSpice. Skema akan muncul, yang dapat keluar untuk menghasilkan tampilan dari Gambar 8.63 dengan semua level tegangan ditampilkan sebagai dikontrol oleh opsi V. Tingkat dc yang dihasilkan mengungkapkan bahwa V GS adalah 1,823 V 3,635 V 1,812 V, sangat baik dibandingkan dengan yang 1,8 V dihitung dalam Contoh 7.4. V D adalah 10,18 V, dibandingkan dengan tingkat yang dihitung dari 10,24 V, dan V DS adalah 10,18 V 3,635 V 6,545 V, dibandingkan dengan 6,64 V. Untuk solusi ac, kita dapat memilih View-Output File dan temukan di bawah OPERASI POINT INFORMASI bahwa g m adalah 2,22 mS, sangat baik dibandingkan dengan nilai yang dihitung dengan tangan 2,2 mS, dan di bawah ANALISIS AC bahwa tegangan keluaran ac adalah 125,8 mV, menghasilkan keuntungan sebesar 125,8 mV 24 mV 5.24. Level yang dihitung dengan tangan adalah gmRD = (2,2 mS)(2,4 k ) = 5,28.

 Rangkain 3

    

        prinsip kerja :

            Cascaded JFET Amplifier Penguat JFET dua tahap yang ekstensif dari Gambar 8.65 dapat dibuat menggunakan prosedur yang sama yang dijelaskan dalam contoh sebelumnya menggunakan PSpice. Untuk kedua JFET, Beta ditetapkan pada 0,625 mA>V 2 dan Vto pada -4 V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.66. Itu frekuensi yang diterapkan adalah 10 kHz untuk memastikan bahwa kapasitor mengambil pendekatan hubung singkat. Output ac pada output setiap tahap diminta. Setelah simulasi, file keluaran dari Gambar 8.67 menghasilkan, menunjukkan bahwa gain adalah 63.23 mV>10 mV 6,3 setelah tahap pertama dan 322,6 mV>10 mV 32,3 setelah kedua tahap. Keuntungan untuk tahap kedua adalah 322,6 mV>63,23 mV 5.1. Keuntungan dan tegangan output sangat mendekati hasil yang diperoleh pada Contoh 8.1. Pada Gambar 8.67 opsi V dipilih untuk mendapatkan level dc jaringan. Secara khusus, perhatikan seberapa dekat tegangan gerbang ke 0 V, memastikan bahwa tegangan bias gerbang-ke-sumber pada dasarnya sama dengan yang melintasi resistor sumber. Bahkan, karena isolasi yang ditawarkan oleh kapasitor C2, tingkat bias dari setiap konfigurasi persis sama.

Rangkaian 4 

     

        Prinsip kerja

            
penentuan DC level, nilai gm, dan penguatan yang dimuat. Arus pembuangan Contoh 9.12 adalah 2 mA, menghasilkan tegangan pembuangan 10,6 V dan tegangan sumber 2 V, yang sangat baik perbandingannya dengan masing-masing 10,594 V dan 2,0 V, pada Gambar 8.68. Ketika beban seperti RL ditambahkan ke jaringan, itu akan muncul secara paralel dengan R D jaringan, mengubah persamaan penguatan ke -gmRD RL. Misalnya 9.12, g m adalah 2 mS, menghasilkan penguatan V o >V i sebesar ( 2 mS) (2,2 k 4,7 k ) = -2,997. Meter pada Gambar 8.68 memberikan nilai efektif dari tegangan pada titik-titik tersebut. Karena kami menggunakan sumber listrik, pembacaan meter XMM1 adalah sangat dekat dengan sumber yang diterapkan. Perbedaannya semata-mata disebabkan oleh penurunan tegangan ac pada Rsig dan CG. Besarnya penguatan ac ( V o >V i ) dari konfigurasi tersebut adalah 2,042 mV>0,699 mV 2,921, yang sangat mendekati solusi perhitungan tangan.

    c) Video Simulasi [kembali]

Rangkaian 1

rangkaian 2 

Rangkaian 3

Rangkaian 4 

 6. Download File[kembali]

File rangkaian :

•  Rangkaian 1[Download]
  
• Rangkaian 2[Download]
• Rangkaian 3[Download]
• Rangkaian 4[Download]
  

File video :

•  Rangkaian 1[Download]
  
• Rangkaian 2[Download]
• Rangkaian 3[Download]
• Rangkaian 4[Download]

file datasheet :

• Datasheet Baterai[Download]
• Datasheet Resistor[Download]
• Datasheet Capasitor[Download]
• Data sheet JFET[Download]