Controlled Source

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Pinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

Rangkaian sumber terkendali (controlled sources) merupakan salah satu aplikasi penting dari penggunaan op-amp (operational amplifier) dalam sistem elektronik. Sumber terkendali adalah sumber tegangan atau arus yang output-nya tergantung atau dikendalikan oleh sinyal input lainnya, baik berupa tegangan maupun arus.

Dengan op-amp, kita dapat membentuk beberapa jenis controlled sources seperti:

• Voltage-Controlled Voltage Source (VCVS)

• Voltage-Controlled Current Source (VCCS)

• Current-Controlled Voltage Source (CCVS)

• Current-Controlled Current Source (CCCS)

Jenis rangkaian ini banyak digunakan dalam rangkaian penguat, sistem kontrol, dan instrumentasi. Keempat jenis controlled sources memiliki peran penting dalam pengkondisian sinyal dan transfer energi di dalam sistem analog.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip dasar dan cara kerja dari berbagai jenis sumber terkendali.
2. Mempelajari konfigurasi rangkaian op-amp sebagai VCVS, VCCS, CCVS, dan CCCS.
3. Menganalisis hubungan matematis antara input dan output dari masing-masing jenis sumber.
4. Mengaplikasikan hukum Ohm, hukum Kirchhoff, dan konsep op-amp ideal dalam analisis controlled source.
5. Mengembangkan keterampilan dalam merancang dan mengevaluasi rangkaian sumber terkendali secara praktis.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. Function Generator

       Function Generator adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan berbagai bentuk gelombang sinus, kotak, segitiga, dan lain-lain dengan frekuensi dan amplitudo yang bisa diatur.

    2. Op Amp

        Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu input non-inverting (+) dan input inverting (−), serta satu terminal output. Beberapa konfigurasi umum op-amp meliputi inverting amplifier (input diberikan ke terminal inverting, output berbanding terbalik dengan input), non-inverting amplifier (input ke terminal non-inverting, output searah dengan input), dan voltage follower (output langsung mengikuti input tanpa penguatan).

    3.  Resistor

    Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian, komponen ini digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, melindungi komponen lain dari arus berlebih, dan sebagai bagian dari filter, pengatur waktu, atau pembentuk sinyal. Nilai hambatan resistor ditentukan oleh kode warna atau ditulis langsung pada bodinya

    4. Ground

    Ground dalam sebuah rangkaian elektronik adalah titik referensi tegangan nol volt yang digunakan sebagai acuan untuk semua tegangan lainnya dalam rangkaian. Ground bukan berarti harus terhubung secara fisik ke bumi, tapi bisa berarti titik nol secara konseptual atau fungsional di dalam sistem.

    5. Power Supply

     Power supply adalah perangkat atau rangkaian yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik kepada komponen atau sistem elektronik. Secara umum, power supply dapat dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu DC power supply yang menghasilkan arus searah (direct current), dan AC power supply yang menghasilkan arus bolak-balik (alternating current).

    6. Oscilloscope

        Berguna untuk melihat sinyal atau gelombang input dan output yang dihasilkan.

6. Ground

Ground adalah titik referensi tegangan nol dalam suatu rangkaian elektronik. Meskipun tidak selalu terhubung ke bumi secara fisik, ground sangat penting sebagai jalur balik arus. Dalam sistem elektronika modern, ground digunakan untuk menjaga kestabilan sistem, meminimalkan noise, dan memastikan pengukuran tegangan dilakukan secara akurat terhadap referensi yang konsisten.

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, yang memungkinkan pengaturan tegangan atau arus output berdasarkan tegangan atau arus input. Jenis sambungan ini umum digunakan dalam rangkaian instrumentasi. Berikut adalah berbagai jenis sumber terkendali yang dapat dibangun menggunakan op-amp.

1. Sumber Tegangan Terkendali Tegangan (Voltage-Controlled Voltage Source)

Sumber tegangan yang outputnya dikendalikan oleh tegangan input dapat dilihat pada Gambar 11.16. Output tegangan ini bergantung pada input yang dikalikan dengan faktor skala (k). Rangkaian ini dapat dirancang menggunakan op-amp, seperti pada Gambar 11.17.

Dua konfigurasi yang mungkin adalah:

Konfigurasi Inverting (Gambar 11.17a):

$${\mathrm{<div\; class="separator"\; style="clear:\; both;\; text-align:\; center;"><a\; href="https://blogger.googleusercontent.com/img/a/AVvXsEhut8HFuUlXdh0K0Jl6r-NKGkrtX5Hrs2H1VJh8HnCtnV-PZmxYcSx2tQwZrolUAIvszV0N4hkl5RTCXW4CtG4pS-3XEcrrLKusbUX5EE1UU9bpzhQc9IPVok154Tj0B5Kv88CHqC2rIq5LpPBzV2piBsCPx0CUFimhXY1XVEP\_KAIiIFF8JnVrBtaoUN0"\; style="margin-left:\; 1em;\; margin-right:\; 1em;"><img\; alt=""\; data-original-height="98"\; data-original-width="211"\; height="149"\; src="https://blogger.googleusercontent.com/img/a/AVvXsEhut8HFuUlXdh0K0Jl6r-NKGkrtX5Hrs2H1VJh8HnCtnV-PZmxYcSx2tQwZrolUAIvszV0N4hkl5RTCXW4CtG4pS-3XEcrrLKusbUX5EE1UU9bpzhQc9IPVok154Tj0B5Kv88CHqC2rIq5LpPBzV2piBsCPx0CUFimhXY1XVEP\_KAIiIFF8JnVrBtaoUN0"\; width="320"></a></div>}}_{}$$Konfigurasi Non-Inverting (Gambar 11.17b):

$${\mathrm{<div\; class="separator"\; style="clear:\; both;\; text-align:\; center;"><a\; href="https://blogger.googleusercontent.com/img/a/AVvXsEhsOWcVaKKBFW8Xt1jSYh14c8kFdjzIpJBm4AALkmaSB9ZZwLRNjDLQ-HhTwnoPh2wob5Ab6W1Xz\_5NzI3oeqCgf5MWkdmicAN6FSUcjP6xDE4GdRnerYhMq08au\_j8ZCMUL5NbYWJme\_cfpaoZdl7UBjp38OoJBNwpnYL3ayXXG7nkmZ7UiID\_kVO2Ebc"\; style="margin-left:\; 1em;\; margin-right:\; 1em;"><img\; alt=""\; data-original-height="86"\; data-original-width="254"\; height="108"\; src="https://blogger.googleusercontent.com/img/a/AVvXsEhsOWcVaKKBFW8Xt1jSYh14c8kFdjzIpJBm4AALkmaSB9ZZwLRNjDLQ-HhTwnoPh2wob5Ab6W1Xz\_5NzI3oeqCgf5MWkdmicAN6FSUcjP6xDE4GdRnerYhMq08au\_j8ZCMUL5NbYWJme\_cfpaoZdl7UBjp38OoJBNwpnYL3ayXXG7nkmZ7UiID\_kVO2Ebc"\; width="320"></a></div><br>}}_{}$$

2. Sumber Arus Terkendali Tegangan (Voltage-Controlled Current Source)

Sumber arus ideal yang output arusnya dikendalikan oleh tegangan input dapat dilihat pada Gambar 11.18. 

Pada rangkaian praktis 11.19, arus yang mengalir melalui resistor beban $R_L$ dikendalikan oleh tegangan $V_1$, dan arus tersebut dihitung dengan persamaan:

3. Sumber Tegangan Terkendali Arus (Current-Controlled Voltage Source)

Sumber tegangan ideal yang outputnya dikendalikan oleh arus input dapat dilihat pada Gambar 11.20. Tegangan output bergantung pada arus input ${\mathrm{I1}}_{}$. 

Dalam bentuk praktis, rangkaian ini menggunakan op-amp, dan output tegangan dapat dihitung dengan:

4. Sumber Arus Terkendali Arus (Current-Controlled Current Source)

Sumber arus yang output arusnya tergantung pada arus input dapat dilihat pada Gambar 11.22. Dalam rangkaian ini, arus output $I_{}$ bergantung langsung pada arus input ${\mathrm{I1}}_{}$. 

Bentuk praktis dari rangkaian ini ditunjukkan pada Gambar 11.23, dengan arus output dihitung sebagai berikut:

5. Example[Kembali]

3) Hitung arus ($I$) yang mengalir jika $V=9\text{V}$ diberikan pada resistor $R=3\text{kΩ}$.
4) Hitung tegangan ($V$) pada resistor $R=1.5\text{kΩ}$ saat dialiri arus $I=4\text{mA}$.

Jawaban:
3) $I=\frac{V}{R}=\frac{9}{3000}=3\text{mA}$.
4) $V=I\times R=0.004\times 1500=6\text{V}$.

6. Problem[Kembali]

(Current-Controlled Voltage Source - CCVS):

Sebuah op-amp digunakan sebagai transresistance amplifier dengan $R_f=5\text{ kΩ}$. Jika arus input $I_{in}=2\text{ mA}$, hitung tegangan output $V_o$.

Jawaban:
$V_o=-I_{in}\times R_f=-2\text{ mA}\times 5\text{ kΩ}=-10\text{ V}$

7. Soal Latihan[Kembali]

Jenis controlled source yang menghasilkan arus keluaran berdasarkan tegangan masukan disebut:
A. Voltage-Controlled Current Source (VCCS)
B. Current-Controlled Voltage Source (CCVS)
C. Voltage-Controlled Voltage Source (VCVS)
D. Current-Controlled Current Source (CCCS)

Jawaban: A

Soal 2

Pada rangkaian VCCS menggunakan op-amp, tegangan input biasanya diberikan ke terminal:
A. Output op-amp
B. Inverting input (-)
C. Non-inverting input (+)
D. Ground

Jawaban: C

Soal 3

Jika sebuah CCCS menggunakan arus I₁ sebagai input dan resistor R₁ dan R₂ dalam konfigurasi seperti FIG 11.23, maka arus keluar Iₒ diberikan oleh:
A. Iₒ = I₁ + R₁R₂
B. Iₒ = I₁(R₁/R₂)
C. Iₒ = I₁ + (I₁·R₁/R₂)
D. Iₒ = R₁ / (R₂·I₁)

Jawaban: C

8. Percobaan[Kembali]

Prosedur

1. Siapkan komponen yang dibutuhkan seperti op-amp (misalnya 741), resistor (R₁, R₂, Rᴸ), power supply (misalnya 8V DC), dan amperemeter untuk pengukuran arus.

2. Susun rangkaian sesuai diagram pada gambar FIG 11.23 atau FIG 11.24 di software Proteus.

3. Sambungkan jalur power supply ke op-amp (+V dan -V), serta input arus I₁ ke titik yang sesuai dalam rangkaian.

4. Hubungkan ground ke semua titik referensi rangkaian, termasuk input non-inverting (+) dan sumber tegangan negatif op-amp.

5. Aktifkan simulasi di Proteus dan amati hasilnya.

6. Cek nilai arus input (I₁) dan output (Iₒ) melalui amperemeter.

7. Jika rangkaian berjalan tanpa error dan output sesuai teori, maka simulasi berhasil.

Karakteristik

FIG 11.23 – Praktis Current-Controlled Current Source (CCCS)

• Jenis sumber: Arus keluar dikendalikan oleh arus input I₁.

• Prinsip:

  • Arus I₁ mengalir melalui resistor R₁ ke input op-amp.

  • Op-amp menjaga agar tegangan antara input inverting dan non-inverting tetap nol (prinsip virtual ground).

  • Arus ini disalurkan melalui jalur umpan balik dan pembagi arus (R₂), menghasilkan arus tambahan I₂.

  • Total arus output:

    $$$$
    Io=I1+I1R1R2I_o = I_1 + \frac{I_1 R_1}{R_2}

• Karakteristik: Termasuk prakstis CCCS, karena bergantung pada kombinasi resistor untuk merealisasikan penguatan arus.

FIG 11.24a – Praktis Voltage-Controlled Current Source (VCCS)

• Jenis sumber: Arus output dikendalikan oleh tegangan input V₁.

• Prinsip:

• Tegangan V₁ masuk melalui pembagi resistor ke input non-inverting op-amp.

• Konfigurasi ini membentuk tegangan pengendali di input op-amp.

• Tegangan ini menghasilkan arus I₁ melalui R₁ dan R꜀.

• Op-amp mengatur agar arus yang sama I₁ juga mengalir melalui Rᴸ sebagai Iᴸ (output).

• Karakteristik: Sumber arus praktis, karena dikendalikan oleh tegangan dengan bantuan resistor.

FIG 11.24b – Ideal Current-Controlled Current Source (CCCS)

• Jenis sumber: Arus output dikendalikan langsung oleh arus input tanpa pengaruh resistansi eksternal.

• Prinsip:

  • Arus I₁ = 10 mA dimasukkan langsung ke input op-amp.

  • Op-amp mengatur output Vₒ sehingga arus yang sama (atau sesuai skala) mengalir ke beban R.

  • Tidak ada resistor pembagi atau penguat, artinya ini mendekati sumber ideal.

• Karakteristik: Contoh ideal CCCS, karena tidak bergantung pada elemen resistif untuk mengontrol arus output

Simulasi Rangkaian

Fig. 11.23

Prinsip Kerja :

Tegangan input sebesar 0.5 V masuk melalui resistor R1 ke kaki inverting, sementara kaki non-inverting (+) di-ground-kan. Resistor umpan balik Rf sebesar 2k Ohm 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 = -(2k/100).0,5 = -10 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.

Fig 11.24a

Prinsip Kerja :

Tegangan input sebesar 8 V masuk melalui resistor R1 ke kaki inverting, sementara kaki non-inverting (+) di-ground-kan. Resistor umpan balik Rf sebesar 4k Ohm 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 = -(4k/2k).8 = -16 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.

Fig 11.24b

Prinsip Kerja :

Tegangan input sebesar 10 V masuk melalui resistor R1 ke kaki inverting, sementara kaki non-inverting (+) di-ground-kan. Resistor umpan balik Rf sebesar 2k Ohm 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 = -(2k/1k).10 = -20 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.

9. Download File[Kembali]

Download rangkaian Fig. 11.23 Klik Di sini
Download rangkaian Fig 11.24a Klik Di sini
Download rangkaian Fig 11.24b Klik Di sini
Download Datasheet Op-Amp  Klik Di sini
Download Datasheet Resistor  Klik Di sini

Download Datasheet Baterai [download]

Download Datasheet Voltmeter [download]

Download Datasheet Amperemeter [download]

Download Datasheet LM741 [download]