bendera china

Untuk kali keempat, pada 15 s.d. 20 Mei 2019, saya mengunjungi kembali daratan  China. Kebetulan saat itu masih dalam suasana bulan puasa Romadhon 1440 H, sehingga diperlukan effort yang agak besar untuk mempertahankan keadaan tubuh selama menjalankan berbagai aktivitas di sana.

Setelah selesai berkunjung  ke Yangzhou Polytechnic Institute (YPI) China, saya diantar oleh Pak Sun (direktur kantor internasional YPI) ke salah satu industri elektronik berbasis Surface Mount Technology (SMT) di kawasan industri kota Yangzhou. SMT adalah metode fabrikasi rangkaian elektronik yang dilakukan dengan menempelkan  komponen elektronika ke permukaan PCB (printed circuit board), dan dengan cara seperti ini proses produksi menjadi semakin cepat.  Komponen elektronika yang dapat dipasangkan oleh mesin SMT adalah komponen khusus yang biasanya disebut dengan Surface Mount Device (SMD). Prinsip fabrikasi rangkaian dengan SMT dapat digambarkan sebagai berikut.

difference-between-SMT-and-SMD

Proses fabrikasi rangkaian elektronik berbasis SMT menurut JingHongYi PCB (HK) Co., Limited

Pada 10 tahun yang lalu saya pernah mengunjungi industri elektronik berbasis SMT di kota Shenzhen untuk produksi perangkat telepon selular (HP) dan Dekoder Televisi. Kunjungan saya kali ini diarahkan ke industri SMT untuk pemasangan komponen rangkaian driver/pengendali display LCD di kota Yangzhou.

SMT-display-factory

Kunjungan ke industri SMT di Yangzhou

Saat ini teknologi SMT telah mampu mengantarkan teknologi fabrikasi rangkaian elektronik pada tingkat kecepatan produksi yng tinggi dan teliti. keberadaannya menjadi tulang punggung industri modern semua perangkat elektronik yang memerlukan level mass production. Pertanyaannya, apa yang harus kita ajarkan kepada mahasiswa kita untuk menghadapi tuntutan dunia kerja seperti ini???

Salam persahabatan dunia.

bendera chinaUntuk kali keempat, pada 15 s.d. 20 Mei 2019, saya mengunjungi kembali daratan  China. Kebetulan saat itu masih dalam suasana bulan puasa Romadhon 1440 H, sehingga diperlukan effort yang agak besar untuk mempertahankan keadaan tubuh selama menjalankan berbagai aktivitas di sana.

Mengisi Pengajian di Nanjing

Salah satu kegiatan di sela-sela aktivitas utama kunjungan saya ke China adalah mengisi kajian agama di hadapan anggota PCIM (Pimpinan Cabang Istmewa Muhammadiyah) Tiongkok Region Nanjing, yang dalam kenayataannya dihadiri pula oleh berbagai komunitas muslim Nanjing seperti Komunitas Khusnul Khatimah. Nampaknya panitia telah merancang kegiatan ini sejak jauh hari sebelum kedatangan saya ke China, terbukti beredar  meme publikasi melalui medsos beberapa waktu sebelum saya mengisi pengajian ini. Untuk kali ini saya lebih berperan sebagai Ketua Majelis Pustaka dan Informasi (MPI) Pimpinan Pusat Muhammadiyah yang berkewajiban melakukan sosialisasi Fiqih Informasi seperti tema yang disodorkan kepada saya.

meme-fiqih-info1

Perlu diketahui bahwa pada awal 2019, Majelis Tarjih Pimpinan Pusat Muhammadiyah telah menerbitkan versi awal buku Fiqih Informasi sebagai pedoman umat Islam khususnya warga Muhammadiyah dalam mengelola informasi. Kebetulan panitia meminta saya mengisi kajian dengan tema tersebut, sehingga momentum ini saya gunakan sebagai media sosialisasi fiqih informasi yang telah diterbitkan agar umat Islam dalam mengelola informasi (menerima, menyimpan, memroses, dan menyebarkuaskannya) dapat memberikan manfaat bagi kemajuan peradaban manusia.

kajian-1

pengajian-nanjing
Mengisi kajian Fiqih Informasi di kota Nanjing

Pengajian dilaksanakan menjelang berbuka puasa di salah satu hotel di kota Nanjing. Alhamdulillah sore itu antusiasme peserta sangat tinggi dalam mengikuti kajian walaupun mereka datang dari tempat-tempat yang jauh. Selain saya, pengajian juga menghadirkan Ir. Endi Syaiful Alim, M.Sc. (Ketua PCIM Tiongkok), salah satu kandidat doktor yang sedang menempuh program Ph.D. di China. Sebelum ke China, Pak Endi adalah salah satu Dekan di Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka (UHAMKA), dan saya pernah bertemu beliau beberapa tahun yang lalu (lebih dari 10 tahun yang lalu) di kampusnya saat Majelis Pustaka dan Informasi PP Muhammadiyah (MPI PPM) menyelenggarakan kegiatan di UHAMKA. Kajian dipandu oleh pak Muh. Aziz, M.Cs (dosen Teknik Informatika UAD salah satu kandidat doktor Universitas Hohai, China). Direktur Program Internasional UAD pak Dr. Dwi Santoso nampak pula hadir setia menemani saya selama bertugas di China.

PCIM Tiongkok Region Nanjing yang diketuai pak Muh. Aziz dengan pengurus lain seperti pak Sularso, pak Dani Fadilah, pak Andri Pranolo, pak Zalik Nuryana, pak Aziz Ikhsanudin, dan bu Lolita, bu Nissa bu Tarnoto, serta bu Rudy Yuniawati, terasa menjadi organ Muhammadiyah yang aktif dalam menggerakkan dakwah di luarnegeri dengan berbagai aktivitasnya. Situasi seperti inilah sesungguhnya yang merupakan harapan pimpinan UAD,  yakni para dosen yang sedang bertugas menempuh studi lanjut di luar negeri senantiasa menjadi pioner dakwah dengan menginisiasi dan menggerakkan pimpinan cabang istimewa Muhammadiyah di tempat mereka menempuh studi.

Progress Check Studi Lanjut S3

Sebelum melaksanakan aktivitas pokok menjalin kerjasama dengan dengan beberapa perguruan tinggi di negara tirai bambu tersebut, saya berkesempatan melakukan progress check kemajuan belajar dosen-dosen UAD yang sedang menempuh studi doktor di sana. Pada tahun 2019 tercatat 16 orang UAD sedang studi S2 & S3 di China yakni:(1) Sularso-PGSD (Nanjing University of the Art); (2) Dani Fadilah-Ilmu Komunikasi (Nanjing Normal University); (3) Muhammad Aziz-Teknik Informatika (Hohay University, Nanjing); (4) Satrianawati-PGSD (Harbin Normal University); (5) Rifky Dora Wijayati-Pendidikan Bahasa Inggris (Southwest University, Chongqing); (6) Arum Priadi-Pendidikan Bahasa Inggris (Central China Normal University, Wuhan); (7) Sucipto-Pendidikan Bahasa Inggris (Central China Normal University, Wuhan); (8) Zalik Nuryana-Pendidikan Agama islam (Nanjing Normal University); (9) Andri Pranolo-Teknik Informatika (Hohay University, Nanjing); (10) Anang Masduki-Ilmu Komunikasi (Shanghai University); (11) Nissa Tarnoto-psikologi (Nanjing Normal University); (12) Rudy Yuniawati-Pasikologi (Nanjing Normal University); (3) Aziz Ikhsanudin-Farmasi (China Pharmatical University); (14) Lolita (Nanjing Medical University); (15) Adhita Sri Prabakusuma-Teknologi Pangan (Yunnan Agriculture University); dan (16) Nurun Isnaini-Staf KUI (Northwestern Polytechnical University).

buka bersama di nanjing

Buka puasa bersama sekaligus progress check kemajuan belajar S3 di Asrama Mahasiswa Nanjing Normal University

Secara umum, kemajuan belajar dosen-dosen UAD yang sedang menempuh studi S3 di China cukup baik, beberapa di antaranya memang masih harus menempuh ujian bahasa China sampai pada level tertentu, namun sebagian besar telah melewati fase tersebut sehingga telah memasuki kelas-kelas kuliah sesuai disiplin ilmu yang dipilih, dan bahkan di antaranya telah mulai bimbingan proposal disertasi dengan supervisornya.

Berkunjung ke Masjid-masjid di Nanjing

Saya juga berkesempatan mengunjungi dua masjid di kota Nanjing. Masjid pertama yang saya kunjungi adalah masjid Jingjue (净觉寺) di daerah Qihuai, Nanjing. Merujuk Wikipedia diperoleh informasi bahwa masjid ini dibangun atas perintah Kaisar Hongwu dari Dinasti Ming pada tahun 1388. Selama pemerintahan Kaisar Xuande, Zheng He mengimbau agar masjid menjalani renovasi sebelum pelayarannya yang membuat total masjid menjadi 2,6 hektar. Sejak itu, masjid telah dihancurkan dan dibangun kembali beberapa kali, dengan struktur saat ini dibangun pada akhir Dinasti Qing dan wilayahnya telah berkurang menjadi 0,4 hektar. Pada 2007, masjid tersebut mengalami perbaikan dan renovasi dengan dukungan pemerintah kota Nanjing. Selanjutnya, pada tahun 2014, pemerintah menambahkan sekolah dasar yang berdekatan ke area masjid.

masjid nanjing 1

Masjid Jingjue (净觉寺) di Nanjing

Oleh karena masjid ini merupakan peninggalan Laksamana Cheng Ho atau Zheng He (鄭和), maka bentuk bangunannya mirip dengan bangunan-bangunan masjid peninggalan laksamana tersebut yang ada di Indonesia. Menjelang keluar dari arena masjid, kami sempat bersilaturahmi dengan ketua takmir masjid Al-Jingjue yang merupakan penduduk asli kota Nanjing.

china-19-masjid2

Sesaat setelah silaturahmi dengan Ketua Takmi Masjid Jingjue (净觉寺) di Qihuai, Nanjing

Saya juga sempat mengikuti sholat jumat di masjid kedua yang saya kunjungi yakni Masjid Jizhaoying (吉兆营清真寺).  Dari Wikipedia diperoleh informasi bahwa  masjid ini telah berdiri sebelum tahun 1912 dan pada tahun 1987, masjid  mengalami renovasi dengan dana yang dikumpulkan oleh Perkumpulan Islam Urban di Nanjing.

masjid-nanjing-2

Suasana di dalam Masjid Jizhaoying (吉兆营清真寺) dan luar masjid setelah selesai sholat Jumat

Saat saya berkunjung ke masjid ini di Nanjing, sedang berkembang opini  di negara kita bahwa pemerintah China mempersulit pelaksanaan ibadah kaum muslimin. Namun, keadaan di lapangan sangat berbeda dengan opini yang berkembang, saya merasa nyaman dalam melaksanakan rangkaian kegiatan sholat jumat di masjid Jizhaoying (吉兆营清真寺) ini, dan tidak terlihat sama sekali aparat keamanan yang menjaga sudut-sudut masjid apalagi melakukan intervensi mempersulit ibadah.

Salam pesahabatan dunia.

bendera chinaUntuk kali keempat, pada 15 s.d. 20 Mei 2019, saya mengunjungi kembali daratan  China. Kebetulan saat itu masih dalam suasana bulan puasa Romadhon 1440 H, sehingga diperlukan effort yang agak besar untuk mempertahankan keadaan tubuh selama menjalankan berbagai aktivitas di sana.

Kunjungan ke Universitas Hohai di Nanjing

Universitas pertama yang saya kunjungi di Nanjing adalah Hohai University yang merupakan universitas di bawah yurisdiksi langsung Kementerian Pendidikan Tiongkok. Dari tahun 1958 hingga 2000 universitas ini dikelola oleh Kementerian Sumber Daya Air sehingga wajar kalau sekarang universitas ini memiliki program studi Teknik Hidrologi dan Teknik Sipil terbaik di Tiongkok. Dengan didukung oleh 2.084 dosen, 10 laboratorium utama, 7 pusat penelitian teknik berlevel nasional, Universitas Hohai menyelenggarakan 52 program studi sarjana, 34 program magister level 1 dan185  level 2, serta 12 program doktoral level 1 dan 57 level 2. Saat ini jumlah mahasiswa total sebesar 33.304 orang dengan hampir 700 di antaranya mahasiswa internasional. Beberapa program studi yang diselenggarakan memiliki kompatibilitas yang tinggi dengan program-program studi yang diselenggrakan di UAD seperti teknik informatika.

Dalam kunjungan ini saya ditemani Pak Dr. Dwi Santoso (Kepala Program Internasional UAD) dan  beberapa dosen yang sedang studi di China. Selama bertugas di China, saya ditempatkan di asrama mahasiswa post graduate (mirip hotel) Nanjing Normal University. Hanya memerlukan waktu 15 menit dengan berjalan kaki dari asrama untuk mencapai kampus pusat Universitas Hohai.

 

Kunjungan saya dan rombongan UAD disambut langsung oleh Wakil Rektor Universitas Hohai, Prof. Xu Weiya, dan beberapa dosen dari kantor urusan internasional mereka. Tahun ini terdapat dua orang dosen UAD yang mendapat beasiswa China Government Scholarship kuliah di universitas ini yakni pak Muh. Aziz dan pak Andri Pranolo, keduanya mengambil bidang teknik informatika.

DSCF6800-3

Pertukaran informasi antara UAD dan Universitas Hohai mengawali penandatangan MoU

Atas usaha-usaha pendekatan informal yang intensif oleh pak Muh. Aziz, Universitas Hohai dapat menerima delegasi UAD dan bekerjasama dengan UAD. Dalam sesi pertukaran informasi, dilakukan pula penegasan kembali butir-butir kerjasama antara lain: joint conference, credit transfer, student exchange, joint research, dan visiting professor. 

DSCF6815-4

DSCF6824-5

DSCF6825-6

Penandatangan MoU antara UAD dan Universitas Hohai, Nanjing China

Penandatangan MoU ini menjadi tonggak awal dimulainya kerjasama antara UAD dengan Universitas Hohai di China, harapannya program-program studi rumpun teknologi yang ada di UAD dapat menindaklanjutinya dengan mengadakan technical agreement sesuai dengan kebutuhan masing-masing dan diteruskan dengan mengimplementasikannya.

Kunjungan ke Yangzhou Polytechnic Institute

Selanjutnya, dari Universitas Hohai saya meneruskan perjalanan ke Yangzhou Polytechnic Institute (YPI), salah satu perguruan tinggi vokasi yang cukup besar di sebelah timur laut kota Nanjing. Perjalanan dari Nanjing ke Yangzhou ditempuh dalam waktu kurang dari 3 jam dan saya ditemani oleh pak Dr. Dwi Santoso, pak Muh. Aziz dan pak Dani Fadilah. Delegasi UAD disambut oleh direktur kantor internasional YPI , kami memanggilnya Pak Sun, dan selanjutnya dipertemukan dengan presiden dan para dekan di lingkungan YPI.

YPI-1-new

ypi-2-new

ypi-3-new

Pembahasan kesepakatan kerjasama UAD dan Yangzhou Polytechnic Institute

Pertemuan antara delegasi UAD dan tuan rumah YPI membahas peluang-peluang kerjasama yang dapat dilakukan oleh kedua perguruan tinggi. Salah satu program kerjasama yang disepakati (dalam waktu dekat dapat dilakukan) adalah  student exchange dan magang dosen/mahasiswa program vokasi. Peluang-peluang ini perlu memperoleh perhatian kita arena saat ini UAD telah memiliki dua program vokasi yakni Bisnis Jasa Makanan D4 dan Disain Komunikasi Visual D3 (dalam proses penyatuan dari Poliseni Yogyakarta ke dalam UAD) serta  sedang mengajukan 5 program studi vokasi lagi ke Kementerian Ristekdikti. Nantinya, YPI dapat ditetapkan sebagai mitra kerjasama luar negeri oleh program-program studi vokasi UAD.

Kunjungan ke Lab Yangzhou Polytechnic Institute

YPI sebagai kampus vokasi telah menunjukkan profil pendidikan vokasi yang ideal. Fasilitas lab yang disediakan telah menggunakan prinsip penyelenggaraan pendidikan vokasi dari bapak vokasi Charles Prosser  yakni “effective vocational training can only be given where the training jobs are carried on in the same way with the same operations, the same tools and the same machines as in the occupation itself”, peralatan lab yang ada benar-benar sama dengan keadaan yang sesungguhnya di tempat kerja.

ypi-4-new

ypi-5-new

ypi-6-new

Peralatan lab vokasi dan cara operasinya  sama persis dengan peralatan yang ada di tempat kerja (industri)

Saya juga berkesempatan mengunjungi lab teknik elektro dan berdiskusi dengan Dekan Fakultas Teknik Elektro tentang penggunaan alat-alat yang ada di tempat tersebut. Ternyata, semua peralatan lab teknik elektro seperti oscilloscope dan signal generator yang digunakan disediakan oleh mitra industri, dalam hal ini SIEMENS, Ltd, untuk menjamin para lulusan sekolah vokasi ini memiliki keterampilan yang sesuai dengan dunia industri.

ypi-7-new

ypi-8-new

Peralatan lab disediakan oleh mitra industri Siemens, Ltd.

Terlihat pula pembelajaran klasikalnya dilaksanakan di area lab dekat dengan peralaan-peralatan praktik mahasiswa. Cara ini menjadikan mahasiswa langsung dapat berinteraksi dengan alat-alat praktik selama proses pembelajaran berlangsung.

ypi-7

Pembelajaran klasikal dilaksanakan di area lab

Harapannya, kedua perguruan tinggi yang telah dikunjungi ini dapat menjadi mitra kerjasama internasional UAD baik untuk program-program akademik maupun vokasi.

Salam persahabatan dunia!!!

Pada Maret 2019, saya telah selesai menciptakan lab virtual untuk praktik Elektronika Dasar menggunakan aplikasi PSPICE. Proyek ini dilatarbelakangi oleh kenyataan bahwa saat ini ketersediaan modul-modul untuk mendukung praktik elektronika dasar berbasis laboratorium virtual masih belum dapat memenuhi kebutuhan. Mengapa harus menggunakan lab virtual? Perkembangan teknologi informasi yang sangat pesat telah mendisrupsi landscape laboratorium teknik termasuk elektronika dasar, yang semula hanya mengandalkan peralatan-peralatan real, saat ini muncul kebutuhan untuk mengintegrasikan kegiatan-kegiatan hands-on activity dengan online activity dalam sebuah blanded learning  penyelenggaraan praktik. Produk yang saya ciptakan ini memperkaya implementasi lab virtual untuk mendukung online activity menggunakan aplikasi yang handal dan mudah dioperasikan dalam praktik elektronika dasar.

Produk ini dapat digunakan oleh dosen/mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan jurusan sejenis serta guru/siswa SMK untuk mengajar/belajar Elektronika Dasar. Secara fungsional, produk ini dapat digunakan sebagai media pembelajaran di kelas atau untuk mendukung praktik di laboratorium. Secara lebih detil, spesifikasi produk disajikan pada tabel berikut ini.

Tabel 1. Spesifikasi produk

Screen Shot 2019-07-05 at 7.11.20 AM

Produk ini menyediakan 8 topik praktik elektronika dasar dengan dukungan rangkaian virtual seperti ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Topik dan Rangkaian Virtual Pendukung yang disediakan Produk

Screen Shot 2019-07-05 at 1.25.46 PM

 Rangkaian elektronika virtual berbasis PSPICE pada produk ini ditunjukkan melalui gambar berikut ini.

Screen Shot 2019-07-07 at 11.12.36 AM

Screen Shot 2019-07-07 at 11.12.50 AM

Gambar 1. Rangkaian Pengisian dan Pengosongan Kapasitor, Rangkaian RC, dan Rangkaian Karakteristik Diode

Screen Shot 2019-07-07 at 11.43.50 AM

Gambar 2. Rangkaian Pembentuk Gelombang

Screen Shot 2019-07-07 at 11.48.44 AM

Gambar 3. Rangkaian Penyearah

Screen Shot 2019-07-07 at 11.52.24 AM

Gambar 4. Rangkaian Penjepit dan Pengganda TeganganScreen Shot 2019-07-07 at 11.56.29 AM

Gambar 5. Karakteristik Transistor dan Rangkaian Penguat

Sedangkan ouput yang dihasilkan oleh rangkaian-rangkaian tersebut disajikan gambar-gambar berikut ini.

1. Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Screen Shot 2019-07-05 at 8.09.21 AMGambar 6. Kurva tegangan (atas) dan arus (bawah) pengisian kapasitor hasil eksperimen laboratorium virtual SPICE (kiri) dan teoritik (kanan)

Screen Shot 2019-07-05 at 8.11.13 AMGambar 7. Kurva tegangan (atas) dan arus (bawah) pengosongan kapasitor hasil eksperimen laboratorium virtual SPICE (kiri) dan teoritik (kanan)

2. Rangkaian RC

Screen Shot 2019-07-05 at 8.20.17 AM

Gambar 8. Watak integrator dengan input gelombang kotak (garis tebal: tegangan output; garis tipis: tegangan input)

Screen Shot 2019-07-05 at 8.20.28 AM

Gambar 9. Watak integrator dengan masukan gelombang sinus (garis tebal: tegangan output; garis tipis: tegangan input)

Screen Shot 2019-07-05 at 1.02.19 PM

Gambar 10.  Watak diferensiator dengan input gelombang kotak

Screen Shot 2019-07-05 at 1.02.33 PM

Gambar 11. Watak diferensiator dengan input gelombang sinus

Screen Shot 2019-07-05 at 1.17.28 PM

Gambar 12. Respons frekuensi filter low pass dan filter high pass hasil eksperimen dengan PSPICE

3. Karakteristik Diode

Screen Shot 2019-07-07 at 12.28.27 PM

Gambar 13. Hasil pengukuran karakteristik diode 1N4002 menggunakan PSPICE

4. Rangkaian Pembentuk Gelombang

Screen Shot 2019-07-05 at 1.17.51 PM

Gambar 14. Watak rangkaian pembentuk gelombang hasil eksperimen PSPICE

5. Rangkaian Penyearah

Screen Shot 2019-07-05 at 1.18.35 PMGambar 15. Bentuk gelombang tegangan pada penyearah setengah gelombang hasil eksperimen menggunakan PSPICE dengan beban ringan

Screen Shot 2019-07-05 at 1.19.31 PM

Gambar 16. Bentuk gelombang tegangan pada penyearah gelombang penuh hasil eksperimen dengan PSPICE: (a) beban ringan, dan (b) beban penuh

Screen Shot 2019-07-05 at 1.20.05 PM

Gambar 17. Bentuk gelombang penyearah jembatan dengan beban ringan hasil  eksperimen menggunakan PSPICE

Screen Shot 2019-07-07 at 12.48.29 PM

Gambar 18. Bentuk gelombang tegangan rangkaian penyearah filter C Hasil eksperimen menggunakan PSPICE

6. Rangkaian Penjepit dan Pengganda Tegangan

Screen Shot 2019-07-07 at 12.49.56 PM

Gambar 19. Watak rangkaian penjepit hasil eksperimen menggunakan PSPICE dan hasil komputasi teoritik

Screen Shot 2019-07-07 at 12.52.10 PM

Gambar 20.  Watak pengganda tegangan dua kali

Screen Shot 2019-07-07 at 12.52.22 PM

Gambar 21. Watak pengganda tegangan empat kali

7. Karakteristik Transistor

Screen Shot 2019-07-07 at 12.58.34 PM

Gambar 22. Karaktersitik transistor 2N2222 hasil eksperimen dengan PSPICE

8. Rangkaian Penguat

Screen Shot 2019-07-07 at 12.59.59 PM

Gambar 23. Respons amplitudo amplifier common emitter untuk Vi=1mV: (a) tanpa kapasitor bypass; (b) dilengkapi kapasitor bypass

Selamat menggunakan!!


pspice-logo2
Rangkaian RC merupakan rangkaian elektronika yang tersusun atas komponen resistor (R) dan kapasitor (C)  serta dicatu dengan sumber tegangan atau sumber arus. Pada domain waktu, rangkaian RC dapat dimanfaatkan sebagai pendeferensiasi sinyal (rangkaiannya disebut dengan diferensiator) dan rangkaian untuk mengintegralkan sinyal (rangkaiannya disebut dengan integrator). Selain itu, pada domain frekuensi, rangkaian RC dapat diaplikasikan sebagai rangkaian untuk menyeleksi frekuensi dari suatu sinyal. Dengan menggunakan rangkaian RC dapat dibuat filter low pass yang digunakan untuk meloloskan sinyal frekuensi rendah, filter high pass untuk meloloskan sinyal frekuensi tinggi, filter band pass untuk meneruskan sinyal dengan band frekuensi tertentu, dan filter band reject  untuk menahan sinyal dengan band frekuensi tertentu.

Rangkaian RC Pengisian Kapasitor

Rangkaian RC sederhana terdiri atas satu resistor, satu kapasitor, satu sumber tegangan DC, satu buah saklar dapat ditunjukkan seperti gambar di bawah ini.

RC-charging

Gambar 1. Rangkaian RC Pengisian Kapasitor

Jika saklar diarahkan ke posisi 1 maka akan mengalir arus i(t) mengisi kapasitor C dan dalam keadaan ini dapat ditulis persamaan:

             V_{S}=V_{{R}}+V_{{C}}

             V_{{s}}=iR+\frac{Q}{C}

             V_{{s}}=\frac{dQ}{dt}}}R+\frac{Q}{C}

             \frac{dQ}{dt}}}R=V_{{s}}-\frac{Q}{C}

             \frac{dQ}{dt}= \frac{1}{R}(V_{{s}}-\frac{Q}{C}) (persamaan 1)

Persamaan 1 dapat diselesaikan dengan metode pemisahan variabel. Langkah pertama adalah memisahkan notasi-notasi yang berhubungan dengan variabel muatan listrik (Q dan dQ) terhadap notasi yang berhubungan dengan variabel waktu (dt). Pada kasus ini, notasi Q dan dQ ditempatkan pada ruas kiri, sedangkan dt di ruas kanan persamaan, sehingga persamaan 1 dapat diubah bentuknya menjadi persamaan 2 berikut ini.

             \frac{dQ}{(V_{{s}}-\frac{Q}{C})}= \frac{1}{R}dt</p><br /><br /><br /> <p> (persamaan 2) 

Jika ruas kiri dan ruas kanan dibagi dengan -C, maka persamaan 2 dapat diubah bentuknya menjadi:

             \frac{dQ}{Q-CV_{{s}}}=- \frac{1}{RC}dt</p><br /><br /><br /> <p> (persamaan 3)

Pengintegralan ruas kiri dan ruas kanan pada persamaan 3 menghasilkan persamaan:

             \int_{0}^{Q(t)} \frac{dQ}{Q-CV_{{s}}}=- \frac{1}{RC}\int_{0}^{t}dt<br /><br /><br />  (persamaan 4)

Berdasarkan rumus integral, telah diketahui bahwa \int_{}^{} \frac{1}{ax+b}dx=\frac{1}{a}ln\left \| ax+b \right \|, sehingga  persamaan 4 dapat diubah menjadi:

             ln\left \| Q-CV_{s} \right \||_{0}^{Q(t)}=-\frac{t}{RC}\

             ln\left \{Q(t)-CV_{s}  \right \}-ln\left \{ Q(0)-CV_{s} \right \}=- \frac{t}{RC}

             ln\left \{ Q(t)-CV_{s}  \right \}-ln(-CV_{s})=- \frac{t}{RC}

             <br /><br /><br /> ln(\frac{Q(t)-CV_{s} }{{-CV_{s} }})=- \frac{t}{RC}</p><br /><br /> <p>

Telah diketahui bahwa e ^{ln(x)}=x, sehingga apabila ruas kiri dan ruas kanan dari persamaan di atas menjadi pangkat dari e, maka akan dihasilkan persamaan:

             e^{ln(\frac{Q(t)-CV_{s} }{{-CV_{s} }})}=e ^{-\frac{t}{RC}}

             \frac{Q(t)-CV_{s} }{{-CV_{s} }}}=e ^{-\frac{t}{RC}}

             Q(t)=-CV_{s} e ^{-\frac{t}{RC}}+CV_{s}

             Q(t)=CV_{s}(1- e ^{-\frac{t}{RC}})   (persamaan 5)

Oleh karena muatan listrik yang mengisi kapasitor  besarnya Q(t)=CV_{{c}}(t), maka tegangan kapasitor dapat diperoleh dengan melakukan substitusi persamaan ini ke dalam persamaan 5 sehingga diperoleh persamaan:

             CV_{c}(t)=CV_{s}(1- e ^{-\frac{t}{RC}})

             Screen Shot 2018-10-03 at 10.06.12 PM(persamaan 6)  

Persamaan 6 menunjukkan besarnya tegangan kapasitor yang merupakan fungsi waktu t, sedangkan  persamaan arus yang mengisi kapasitor dapat diturunkan dari persamaan 5. Oleh karena besarnya arus pada proses pengisian kapasitor didefinisikan sebagai besar muatan per satuan waktu, maka persamaan arus dapat diperoleh dengan menurunkan fungsi Q(t) pada persamaan 5 terhadap waktu t. Dengan demikian persamaan arus pada pengisian kapasitor dapat ditulis sebagai berikut.

              i(t)=\frac{dQ(t)}{dt}=\frac{d}{dt}CV_{s}(1- e ^{-\frac{t}{RC}})

              i(t)=\frac{d}{dt}CV_{s}-CV_{s}\frac{d}{dt} e ^{-\frac{t}{RC}}

Berdasarkan rumus diferensial, telah diketahui bahwa \frac{d}{dx} e^{u}= e^{u}\frac{du}{dx}, sehingga persamaan dapat diubah menjadi:

             i(t)=0-(CV_{s})(e ^{-\frac{t}{RC}}) </p><br /> <p>(-\frac{1}{{RC}})

             Screen Shot 2018-09-30 at 10.15.14 AM(persamaan 7)

Pada persamaan 6  dan persamaan 7, keterangan untuk setiap notasinya adalah sebagai berikut.

             Vc(t) = tegangan pada kapasitor (V)

             i(t) = arus yang mengalir pada kapasitor setiap saat (A)

             Vs = tegangan sumber (V)

             e = bilangan natural=2,72

             RC = Konstanta Waktu (time constant) dalam satuan detik (s)

Konstanta waktu diberi simbol \tau (tau), sehingga

             Screen Shot 2018-09-30 at 10.28.17 AM(persamaan 8),

dengan R dalam ohm dan C dalam farad. Contoh jika R=10K\Omega= 10^{4}K\Omega  dan C=0,1\mu F= 10^{-7}F, maka \tau=RC= 10^{-3}detik=1ms.

Persamaan 6 dan persamaan 7  menunjukkan besarnya tegangan dan dan arus kapasitor selama komponen tersebut mengalami pengisian muatan.  Jika ke dalam kedua persamaan tersebut dimasukkan nilai-nilai variabel t untuk R=10K\Omega dan C=0,1\mu F akan menghasilkan nilai-nilai tegangan dan arus kapasitor seperti ditunjukkan pada tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Nilai tegangan dan arus pada pengisian kapasitor untuk RC=1ms

Screen Shot 2018-09-27 at 9.06.08 AM

Selanjutnya, jika dilakukan plotting antara Vc versus t akan diperoleh kurva pengisian kapasitor seperti pada gambar 2.

cap-charging-V-500

Gambar 2. Kurva tegangan kapasitor versus waktu selama pengisian muatan

Sedangkan plotting antara arus versus waktu selama pengisian kapasitor menghasilkan kurva seperti pada gambar 3 berikut ini.

cap-charging-i-500Gambar 3. Kurva arus kapasitor versus waktu selama pengisian muatan

Rangkaian RC Pengosongan Kapasitor

Perhatikan kembali gambar 1 di atas! Pada saat saklar diarahkan ke posisi 1, rangkaian akan membentuk konfigurasi pengisian kapasitor. Andaikata kapasitor telah terisi penuh dengan muatan, saklar kemudian diarahkan ke posisi 2 maka rangkaian akan membentuk konfigurasi pengosongan kapasitor dengan arah arus terbalik menuju ke potensial nol.

Screen Shot 2018-10-04 at 6.14.53 AM

Gambar 4. Rangkaian RC Pengosongan Kapasitor

Dalam keadaan seperti ini Vs=0 dan  persamaan tegangan menjadi:

             -V_{{R}}-V_{{C}}(t)=0

              V_{{C}}(t)=-V_{{R}}   (persamaan 9)

Persamaan dapat diubah dalam bentuk:

             Vc(t)=-i(t)R

             \frac{Q}{C}=-\frac{dQ}{dt}R</p><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
<p>  (persamaan 10)

Seperi halnya pada pegisian kapasitor, persamaan 10 yang menunjukkan arus pengosongan kapasitor dapat diselesaikan dengan metode pemisahan variabel. Dalam hal ini, notasi Q dan dQ ditempatkan pada ruas kiri, sedangkan dt di ruas kanan persamaan, sehingga persamaan 10 dapat diubah menjadi:

             \frac{dQ}{{Q}}=-\frac{1}{RC}dt

Jika ruas kiri dan ruas kanan diintegralkan, maka persamaan dapat diubah bentuknya menjadi:

             \int_{Q(0)}^{Q(t)} \frac{dQ}{{Q}}=-\frac{1}{RC}\int_{0}^{t}dt</p><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
<p>

             ln\left \| Q \right \||</p><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
<p> _{Q(0)}^{Q(t)}=-\frac{t}{RC}

             lnQ(t)-lnQ(0)=-\frac{t}{RC}</p><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
<p>

             ln\frac{Q(t)}{Q(0)}=-\frac{t}{RC}</p><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
<p>

             e^{ln\frac{Q(t)}{Q(0)}}= e^{-\frac{t}{RC}}

Berdasarkan sifat bilangan natural, telah diketahui bahwa  e ^{ln(x)}=x, sehingga apabila ruas kiri dan ruas kanan dari persamaan di atas menjadi pangkat dari e, maka akan dihasilkan persamaan:

             \frac{Q(t)}{Q(0)}}= e^{-\frac{t}{RC}}

             Q(t)=Q(0) e^{-\frac{t}{RC}} (persamaan 11)

             CV_{{c}}(t)=CV_{{c}}(0)e^{-\frac{t}{RC}}

             V_{{c}}(t)=V_{{c}}(0)e^{-\frac{t}{RC}}

Oleh karena pada saat awal pengosongan kapasitor (t=0) nilai tegangan awal pada ujung-ujung kapasitor sama dengan nilai tegangan sumber (V_{{c}}(0)=V_{{s}}), maka persamaan dapat ditulis dalam bentuk:

             Screen Shot 2018-10-04 at 7.51.29 AM  (persamaan 12)

Persamaan 12 menunjukkan tegangan kapasitor selama proses pengosongan muatan (discharging) berlangsung. Persamaan arus pengosongan dapat diturunkan dari persamaan 11. Oleh karena pada proses pengosongan kapasitor arusnya berkurang dari waktu ke waktu maka persamaannya dapat ditulis i(t)=-\frac{dQ(t)}{dt} (tanda negatif menunjukkan arus semakin lama semakin berkurang). Substitusi persamaan ini ke dalam persamaan 11 menghasilkan persamaan:

            i(t)=-\frac{dQ(t)}{dt}=-\frac{dQ(0)}{dt}e^{-\frac{t}{RC}}

             i(t)=-I(0)e^{-\frac{t}{RC}}

Pada saat awal (t=0), nilai muatan kapasitor maksimum, sehingga arus awalnya juga maksimum yakni sebesar \frac{Vs}{R}. Persamaan arus pengosongan dapat ditulis;

             Screen Shot 2018-10-04 at 8.13.22 AM  (persamaan 13)

Persamaan 12 dan persamaan 13  menunjukkan besarnya tegangan dan dan arus kapasitor selama komponen tersebut mengalami pengosongan muatan (discharging). Jika ke dalam kedua persamaan tersebut dimasukkan nilai-nilai variabel untuk R=10K\Omega dan C=0,1\mu F akan menghasilkan nilai-nilai tegangan dan arus kapasitor seperti ditunjukkan pada tabel 2 berikut ini.

 Tabel 2. Nilai tegangan dan arus pada pengosongan kapasitor untuk RC=1ms

Screen Shot 2018-09-27 at 9.06.28 AM

 Plotting antara Vc versus t akan diperoleh kurva pengosongan kapasitor seperti pada gambar 5 berikut ini.

Screen Shot 2018-09-27 at 9.23.20 AM

Gambar 5. Kurva tegangan kapasitor versus waktu selama pengosongan muatan

Sedangkan plotting antara arus versus waktu selama pengosongan kapasitor menghasilkan kurva seperti pada gambar 6 berikut ini.

Screen Shot 2018-10-04 at 10.37.31 AM

Gambar 6. Kurva arus kapasitor versus waktu selama pengosongan muatan

Simulasi menggunakan PSPICE

Simulasi fenomena pengisian dan pengosongan kapasitor menggunakan PSPICE dapat dilakukan dengan menyusun rangkaian seperti pada Gambar 7.

Screen Shot 2018-10-18 at 12.21.25 AM

Gambar 7. Rangkaian Untuk Simulasi Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Menggunakan PSPICE Dengan Output Tegangan

Rangkaiannya menggunakan komponen saklar tOpen dan tClose dengan nilai parameter masing-masing 10 ms. Sifat dari kedua saklar tersebut adalah sebagai berikut.

  • tOpen selalu tertutup, saklar akan terbuka jika diberi nilai parameter tertentu misalnya 10 ms, artinya saklar akan terbuka setelah mencapai waktu10 ms.
  • tClose memiliki sifat selalu terbuka, jika nilai parameternya diberi 10 ms, kondisinya akan tertutup setelah waktu mencapai 10 ms.

Pengaturan (setting) parameter simulasi agar tampilan grafik proporsional, dapat dilakukan dengan cara:

  • Hitung terlebih dahulu RC time constant dalam hal ini RC=1ms
  • Oleh karena kapasitor akan terisi penuh pada t=5RC, maka untuk pengisian kapasitor dapat diberikan waktu simulasi pengisian kapasitor misalnya dua kali 5RC yakni 10ms dan waktu pengosongan juga 10ms sehingga total waktu simulasi sebesar 20ms.
  • Lakukan pengaturan seperti pada Gambar 8.

Screen Shot 2018-10-18 at 12.58.25 AM

Gambar 8. Pengaturan Parameter Simulasi Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Jika pengaturan tersebut dilakukan dengan benar, maka proses simulasi pengisian dan pengosongan tegangan (rangkaian pada Gambar 7) akan menghasilkan grafik seperti pada Gambar 9.

Screen Shot 2018-10-18 at 1.03.04 AM

Gambar 9. Grafik Tegangan Pengisian (t=0 s.d. 10 ms) dan Pengosongan (t=10 s.d. 20 ms) Kapasitor Hasil Simulasi PSPICE

Penampilan  grafik arus pada pengisian dan pengosongan kapasitor dapat dilakukan dengan mengganti voltage marker dengan current marker sehingga rangkaian menjadi seperti Gambar 10.

Screen Shot 2018-10-18 at 1.13.27 AM

Gambar 10. Rangkaian Untuk Simulasi Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Menggunakan PSPICE Dengan Output Arus

Hasil simulasi dengan menggunakan Gambar 10 ditunjukkan pada gambar 11 berikut ini.

pengosongan-3

Gambar 11. Grafik Arus Pengisian (t=0 s.d. 10 ms) dan Pengosongan (t=10 s.d. 20 ms) Kapasitor Hasil Simulasi PSPICE dengan Variabel terikat -I(R1)

Ubahlah variabel -I(R1) menjadi I(R1) sehingga  tampilan grafik menjadi seperti pada gambar 12.

pengosongan4

Gambar 12. Grafik Arus Pengisian (t=0 s.d. 10 ms) dan Pengosongan (t=10 s.d. 20 ms) Kapasitor Hasil Simulasi PSPICE dengan Variabel terikat I(R1)