Pengenalan Dasar Simulasi Rangkaian dengan LTSpiceIV - Bagian 1

LTSpice merupakan salah satu perangkat lunak simulator rangkaian eletronika yang handal, akurat dan tentunya bersifat free, juga tersedia untuk digunakan di OS Windows dan Mac. 

AWAL PERKENALAN

Bila belum punya LTSpice yang terinstal di laptop atau komputer Anda, cobalah untuk mengunduhnya di link berikut ini: LTSpice. Setelah diinstal, kemudian jalankan aplikasinya dan pada awal pertama kali muncul, tampilannya adalah seperti di bawah ini:

Jika Anda ingin menggunakannya untuk membuat suatu rangkaiaan elektronik, maka klik ikon LT (berwarna merah latar putih) di bagian pojok kiri atas. Jadilah nantinya tampilan siap untuk membuat skematik rangkaian elektronik yang baru seperti di terlihat bawah ini.

Mulai dari sini, Anda dapat mulai melakukan penambahan, edit dan mengatur komponen-komponen elektronik. Pada bagian menu bar, Anda dapat membuka bagian “Edit” dan “View” jika merasa bingung pada awalnya. Akan tetapi, perlu dipelajari dan mengenal lebih dekat lagi berbagai macam shortcut yang dapat digunakan, di antaranya adalah:

R : Menempatkan resistor

C : Menempatkan kapasitor

L : Menempatkan induktor

D : Menempatkan dioda

G : Menempatkan ground

F2 : Menu untuk memilih komponen-komponen

F3 : Membuat jalur kabel

F4 : Membuat label khusus

F5 : Menghapus komponen (tekan F5 dan kemudian menghapus komponen)

F6 : Mengkopi komponen

F7 : Memindahkan komponen tanpa memindahkan kabel

F8 : Memindahkan komponen dan kabel

F9 : Undo (shift + F9 untuk redo)

CTRL+R : Rotate (ketika komponen dipilih)

CTRL+E : Mirror (ketika komponen dipilih)

CTRL+Z : Zoom in

CTRL+B : Zoom out

Space : Membuat zoom jadi lebih efektif untuk dilihat pengguna 

MERANGKAI KOMPONEN

Tekan F2 dan kemudian tulis “Voltage sources”, kemudian muncul sumber tegangan berkode V1 s.d N dan tempatkan di mana saja sesuka hati Anda. Dilanjutkan dengan “opamp” hingga mucul “UniversalOpamps2” dan tempatkan lagi di skematik. Ulangi hal yang sama untuk komponen resistor.

Setelah komponen lengkap, kemudian adalah menulis label-label unik “SUM”, “OUT”, “+V” dan  “-V” yang nantinya ditempatkan sesuai dengan gambar di bawah ini. Untuk membuat label (contoh label SUM), tekan F4 dan kemudian mengesetnya seperti terlihat gambar di bawah ini: 

Label yang sudah tersedia kemudian disambung dan ditempatkan sesuai dengan lokasinya (mengikuti gambar skematik yang utuh). Selanjutnya, yang perlu dilakukan adalah mengubah nilai konstanta tahanan yang dimiliki oleh resistor dan tegangan pada Voltage sources. Penulisan nilai konstanta dapat dilakukan dengan menambahkan karakter huruf seperti m atau M untuk mili, k untuk kilo dan MEG untuk nilai sama dengan 1000k. Rangkaian yang dihadirkan adalah contoh dari summing amplifier  yang dapat diterapkan dengan menggunakan opamp. Oleh karena tegangan input yang masuk bernilai 2, 3 dan 7V, maka diharapkan output yang keluar adalah -12V. Untuk membuktikannya, kita harus melakukan simulasi. Bagaimana caranya? silakan lanjutkan membaca.

SIMULASI RANGKAIAN

Setelah rangkaian sudah dipastikan siap, selanjutnya adalah simulasi untuk mengetahui apakah hasilnya sesuai harapan atau tidak. LTSpice mampu untuk melakukan berbagai tipe dan jenis simulasi. Akan tetapi, kali ini hanya dikhususkan untuk .tran dan .AC yang mana masing-masing adalah Transient dan AC Sweep Analysis. Lanjut, buka menu “Simulate” pada menu bar dan tujukan ke “Edit Simulation Cmd”. 

Meskipun banyak tab pada bagian ini, namun hanya bagian “Transient” saja yang digunakan. Isikan bagian-bagian kosong dengan angka yang ‘realistis’ pada “Stop Time” dan “Maximum Time Step” contohnya 5 dan 0,2. Setelah itu, klik OK dan klik “Run” untuk menjalankan simulasi rangkaian dan hasilnya terlihat seperti pada gambar di bawah ini. Nilai -12V adalah hasil dari summing amplifier yang di-invers. 

Agar output dari simulasi terlihat lebih variatif dan ingin mengetahui nilai apa saja yang ingin ditampilkan, klik kanan pada layar “Add Trace” dan kemudian pilih net yang ingin ditampilkan. Klik pada bagian wire/kabel untuk melihat tegangan atau klik pada komponen untuk melihat besarnya nilainya arus. Jika, ingin melihat lebih banyak variabel lainnya, klik kanan pada layar hitam, kemudian pilih “Visible Traces”.  

PENGUJIAN -  AC Sweeps and Filter Simulation

Banyak cara dan trik yang masih bisa dilakukan ketika proses simulasi sedang berlangsung dasar ini seperti:

• Jika ingin memplot sinyal relatif terhadap sesuatu selain ground, dapat dilakukan dengan cara meng-klik kanan pada node di rangkaian dan pilih “Mark Reference”. Sampai anda melakukan set ulang lagi terhadap ground sebagai titik referensi, maka semua plot yang terjadi akan direferensikan ke titik yang telah ditandai itu.

• Kita juga dapat melihat besarnya tegangan diferensial dengan cara mengklik salah satu komponen di rangkaian dengan menggunakan probe dan men-dragnya ke node yang kedua (yang ingin dicari selisihnya).

• Jika ingin melihat besarnya arus yang mengalir di kabel, klik kabel tersebut dan pada saat yang bersamaan menekan tombol ALT. Besarnya nilai daya (instan) juga dapat diketahui dari komponen yang dituju.

• Melepas/buang trace tegangan maupun arus dapat dilakukan dengan meng-klik kanan pada namanya di bagian atas jendela output atau dengan cara menekan tombol F5 dan kemudian pilih yang ingin dilepas/buang.

Di bawah ini, adalah contoh lain dari rangkaian simulasi yang bisa dilakukan dengan menggunakan LTSpice. Tambah komponen baru kapasitor dan induktor pada rangkaian dan kemudian menetukan nilai-nilainya. Selanjutnya adalah memberikan nilai tegangan pada sumber dengan cara mengklik tombol “Advanced” untuk menampilkan bagian seperti ini:

Pada bagian “Small signal AC analysis (AC)” isikan nilai 12 pada bagian “AC Amplitude” kemudian klik OK. Selanjutnya pergi ke bagian AC Sweep yang mana akan memasukkan rentang nilai frekuensi ke rangkaian filter dan kemudian dapat dilihat seberapa besar tegangan yang teratenuasi. Untuk melakukannya, pilih menu “Simulate” - > “Edit Simation Cmd” dan pilih tab “AC Analysis”. Pada percobaan ini, menaikkandan/atau menurunkan nilai per octave akan memiliki efek yang signifikan terhadap bentuk dari sinyal output yang dihasilkan. Saat ini, contohya tampil di bawah ini:

Selanjutnya, klik “Run” untuk menjalankan simulasi rangkaian yang telah dibuat. Tempatkan probe tegangan pada bagian output untuk melihat besarnya nilai tegangan setelah adanya efek filter. Hasil yang ditampilkan seharusnya terlihat seperti pada gambar di bawah ini.

Terlihat bahwa bandpass terletak pada nilai kurang lebih 50MHz. Ingin tahu lebih jelas berapa besarnya nilai atenuasi dan puncak frekuensi? untuk mendapatkannya, Anda dapat menambahkan sebuah kursor ke plot (grafik) – lakukan hal ini pada nama output trace-nya [contoh V(n002)]dan di dalam jendela pop up, pilih “1st” dari “Attached Cursor” turunkan dan klik OK. Layar hitam ini juga dapat di-zoom in maupun out, dengan tujuan untuk mendapatkan pengujian yang lebih akurat. Setelah dilakukan, besarnya bandpass adalah 50,3MHz dan rangkaian terjadi atenuasi pada 1,40dB. 

Sementara, sampai disini dulu untuk pengenalannya, ya!

referensi: allaboutcircuits.com

Halaman lanjutannya yang lebih advanced dari LTSpice ada di sini.