P R O G R A M S T U D I F I S I K A F M I P A I T B LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI MODUL 11 PRAKTIKUM SUSULAN B 1 TUJUAN Pengenalan simulasi menggunakan Proteus Praktikan dapat mengenal software EAGLE dan merancang desain skematik dari rangkaian elektronika Praktikan dapat membuat desain PCB siap cetak 2 PERSIAPAN Menginstalasi Proteus Pelajari cara menggunakan aplikasi Proteus Menginstalasi perangkat lunak EAGLE Pelajari cara menggunakan perangkat lunak EAGLE 3 PERALATAN PRAKTIKUM Laptop yang terinstal Proteus (ISIS) dan EAGLE 4 DASAR TEORI Proteus merupakan salah satu peranti lunak yang digunakan untuk mendesain dan menyimulasikan rangkaian elektronika [1]. Simulasi memberikan keleluasaan kepada pengguna tanpa merusak komponen elektronika. Tentu dengan bantuan peranti lunak simulasi rangkaian akan lebih menghemat kantung mahasiswa. Library Proteus yang cukup banyak membuat peranti lunak ini dikatakan peranti lunak simulasi lengkap; yaitu dari komponen-komponen pasif, Analog, Transistor, SCR, FET, jenis Buton/tombol, jenis sakelar/relay, IC digital, IC penguat, IC programmable (mikrokontroler) dan IC memori. Selain didukung dengan kelengkapan komponen, juga didukung dengan kelengkapan alat ukur seperti Voltmeter, Amper meter, Osiloskop, Penganalisis Sinyal, serta pembangkit Frekuensi. Proteus memiliki versi yang mengalami pembaharuan, setiap perubahan mengalami penambahan library. Proteus 7.8 memiliki penampakan seperti pada gambar 1. Bagian yang ditunjuk nomor 1 adalah menu bar; berupa menu-menu yang digunakan dalam pengolahan, perancangan, dan sebagainya. Bagian nomor 2 adalah tool bar; berupa icon yang berfungsi untuk pengolahan, perancangan, pengamatan. Bagian nomor 3 adalah mini view untuk menampilkan gambar di area root sheet (bagian 4). Nomor 5 berisikan icon Gambar 1. Tampilan ISIS Professional, Proteus 7.8 M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 1 component mode, drawing tools, dan rotate. Nomor 6 berupa list component. Nomor 7 tombol untuk simulasi dan komentar pada bagian nomor 8. Nomor 9 adalah contoh komponen yang disimulasikan di ISIS. EAGLE merupakan singkatan dari Easily Applicable Graphical Layout Editor. EAGLE merupakan salah satu software komputer yang dapat digunakan untuk merancang skematik dan PCB dari rangkaian elektronika.
Tujuan utama dari penggunaan Cadsoft EAGLE adalah untuk menciptakan desain PCB. EAGLE memungkinkan kita untuk merancang PCB dengan atau tanpa melaui desain skematik. Namun metode yang lebih umum digunakan adalah merancang desain skematik terlebih dahulu sebelum mendesain PCB. Sehingga EAGLE memiliki dua jenis lembar kerja, yaitu tampilan untuk desain skematik, dan tampilan untuk desain PCB. Gambar 2. Tampilan awal EAGLE. 5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Sebutkan masing-masing 3 manfaat dan kerugian simulasi pada sistem elektronika! [poin 30] 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penguat operasional (operational amplifier/op-amp) dan gambarkan skema op-amp LM 741 beserta setiap kakinya (fungsi tidak usah dijelaskan)! [pon 20] 3. Gambarkan rangkaian penguat instrumentasi! [poin: 10] 4. Turunkan nilai penguatan dari penguat instrumentasi [poin: 10] 5. Sebutkan tahapan-tahapan yang harus dilakukan dari mendesain PCB secara skematik hingga mencetak/membuat PCB riil secara manual! [poin:30] M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 2
6 LANGKAH PERCOBAAN ISIS Proteus Gambar 3. Rangkaian Penguat Instrumentasi 1. Buat rangkaian gambar 3 pada software ISIS Proteus 2. Berikan tegangan input berupa sinyal AC pada input pada kedua Op-Amp di awal dengan nilai 5 Vpp. 3. Atur nilai hambatan pada RV1 agar memperoleh nilai penguatan tertentu. 4. Hitung nilai penguatan dari penguat instrumentasi secara teoretik (menggunakan persamaan yang telah diturunkan pada tugas pendahuluan). 5. Berikan tegangan DC pada V+ sebesar +12 Volt dan V- sebesar -12 Volt untuk masingmasing Op-Amp. 6. Hubungkan sinyal input dan output pada fitur osiloskop di ISIS Proteus. 7. Jalankan (Run) simulasi pada Proteus. 8. Catat (screenshot) citra yang ditampilkan pada osiloskop dan pastikan kedua respon (input maupun output) terlihat dengan jelas dengan fitur osiloskop yang telah terkalibrasi dengan baik. 9. Ulangi kembali langkah 1-8 untuk nilai tegangan input 12 Vpp, dan bandingkan hasil yang diperoleh untuk masing-masing sinyal AC berfrekuensi rendah (50 Hz) dan frekuensi tinggi (5000 Hz). Dengan kata lain percobaan dilakukan dengan 4 variasi, yakni dengan tegangan 5 Vpp frekuensi 50 Hz dan 5000 Hz, serta tegangan input 12 Vpp dengan frekuensi 50 Hz dan 5000 Hz. 10. Tentukan nilai penguatan yang dihasilkan oleh simulasi penguat instrumentasi di ISIS Proteus. Bandingkan dengan hasil yang diperoleh secara teoretik, dan tulis analisis di laporan. Cadsoft EAGLE 1. Pada tampilan awal, pilih File New Project 2. Ketikkan nama folder yang akan digunakan untuk menyimpan projek (misal: elektronika) M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 3
Gambar 4. Membuat skematik baru. 3. Dari folder elektronika tersebut klik kanan, lalu New Schematic 4. Kita akan mendapatkan tampilan seperti Gambar 2. Simbol Nama Fungsi Info Melihat properties dari suatu komponen Show Move Copy Group Rotate Delete Add Name Net Label Melihat komponen apa saja yang terhubung dengan jalur tertentu Untuk memindahkan komponen Untuk mengkopi komponen di lembar kerja Menyeleksi sebagian komponen Memutar komponen Menghapus komponen dan jalur Menambahkan komponen ke dalam lembar kerja Name berguna untuk menamai jalur atau pin/kaki komponen. Menghubungkan kaki-kaki/pin komponen Memberi label pada jalur agar mudah dikenali Gambar 5. Selector toolbar yang akan sering digunakan dalam desain skematik. 5. Klik Add pada selector toolbar, sehingga muncul kotak dialog ADD 6. Untuk memudahkan pencarian komponen, ketikkan komponen yang akan di cari yang diawali dan diakhiri dengan tanda bintang (*). Misal ingin mencari mega8, maka diketikkan *mega8* 7. Untuk satu nama komponen, kemungkinan akan ada beberapa library. Maka dari itu, harus disesuaikan dengan komponen yang akan dipakai (dapat dilihat pada kotak sebelah kananatas (Gambar 6)). Penyesuaian yang dilakukan berupa jarak lubang (biasanya standar, 0.254mm), jumlah kaki, dan jenis kaki (lubang (dip) atau SMD). Sehingga sebelum mendesain, setidaknya sudah mengetahui bentuk fisik dari komponen yang akan digunakan. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 4
Gambar 6. Kotak dialog ADD, tempat memasukkan komponen ke lembar kerja EAGLE schematic. 8. Pada modul ini, komponen yang akan dimasukkan kedalam lembar kerja adalah OPAMP jenis UA741, Potentiometer (untuk Rgain) jenis 3RP/1610N, Resistor jenis 0207/7, dan pinhead jenis 1x2 sebanyak 2 buah, untuk V1 dan V2 serta yang kedua untuk Vout dan ground. Untuk memasukkan VCC dan GND tidak perlu menambahkan tanda bintang (*) pada kolom Search. Lalu semua komponen disusun seperti skema pada gambar 7. Gambar 7. Desain skematik 9. Dengan Net di selector tool, kita hubungkan kaki-kaki komponen. Ingat, tarik garis dari ujung kaki komponen, agar komponen benar-benar terhubung. 10. Setelah di save (Ctrl+S), maka pilih File Switch to board. Dengan begitu, desain skematik telah selesai, dan akan beralih ke desain papan sirkuit PCB. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 5
Gambar 9. Tampilan awal lembar kerja desain PCB. 11. Semua komponen di-drag ke dalam kotak putih dengan Move dari selector tool. 12. Setelah di-drag lalu komponen disusun sedemikian rupa agar memudahkan proses unutk menghubungkan kaki/pin komponen. Contohnya seperti Gambar 11. Simbol Nama Fungsi Route Menghubungkan jalur PCB Ripup Via Menghapus jalur yang dibuat dengan menggunakan Route Menambah lubang tambahan pada PCB Text Untuk menambahkan kalimat/teks pada PCB Gambar 10. Selector toolbar yang akan sering digunakan dalam desain PCB. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 6
Gambar 11. Komponen yang telah disusun. 13. Setelah komponen disusun, maka langkah selanjutnya adalah menghubungkan kaki-kaki komponen dengan Route dari selector tool. Kaki yang dihubungkan adalah kaki pada komponen yang terhubung dengan garis kuning tipis. Garis kuning tersebut menandakan bahwa kaki yang bersangkutan belum terhubung. Apabila terhubung, maka akan berubah menjadi garis biru/merah tergantung dari layer yang digunakan. Pada modul ini kita menggunakan bootom layer (bukan top layer) sehingga jalur berwarna biru. Setelah dihubungkan, maka Gambar 12 merupakan contoh PCB yang siap cetak. Gambar 12. Contoh desain PCB siap untuk dicetak. Properties dari jalur yang digunakan pada PCB diatas dapat dilihat pada Gambar 11. Dalam mendesain jalur PCB, sebaiknya hindari jalur yang tertekuk 90 o di setiap belokan. Untuk mengganti jenis belokan, dapat dipilih pada jenis belokan garis, dan ketebalan jalur dapat dipilih pada Width. Gambar 13. Properties jalur PCB. Dalam mendesain, hal yang perlu diperhatikan adalah lebar jalur dan dimensi PCB. Dalam mendesain, sebaiknya jalur yang dipakai tidak terlalu tipis, agar jalur PCB kuat dan tidak mudah lepas dalam proses penyolderan. Untuk dimensi, hal ini tergantung dari jalur yang digunakan. Semakin pendek jalur, maka dimensi PCB dapat dibuat seminimalis mungkin. Untuk dapat M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 7
menentukan panjang jalur yang efisien, pendesain dituntut untuk dapat mengatur tata letak PCB agar panjang jalur yang digunakan sesingkat mungkin sehingga ukuran PCB menjadi ringkas (tidak terlalu besar sehingga biaya produksi semakin besar). Untuk estetika, pendesain dapat menggunakan masking yang berwarna (selain untuk memperindah, hal ini juga digunakan untuk mencegah korosi pada jalur PCB) dan susunan komponen yang seragam. Gambar 14. Contoh desain PCB yang baik dengan memperhatikan tata letak, efisiensi aalur, dan estetika [1]. 14. Setelah skematik dan PCB telah disusun maka screenshot masing-masing windows untuk dicantumkan pada laporan. 15. Bereskan meja praktikum anda dan jangan meninggalkan barang ataupun sampah di laboratorium. 7 TUGAS LAPORAN 1. Bandingkan hasil yang diperoleh pada simulasi dengan menggunakan ISIS Proteus dengan secara teori! Jelaskan apabila terdapat perbedaan! 2. Jelaskan mengapa simulasi diperlukan pada elektronika! Apakah kelebihan dan kekurangan dengan adanya simulasi pada elektronika? 3. Jelaskan manfaat penguat instrumentasi dan sebutkan contoh penggunaannya (masingmasing minimal 3)! 4. Jelaskan langkah-langkah mendesain hingga membuat PCB riil secara manual! 5. Jelaskan mengapa jalur PCB tidak disarankan memiliki sudut siku-siku atau sudut lancip! 8 REFERENSI [1] User Manual. ISIS Intelligent Schematic Input System. Labcenter Electronic. 2002. [2] Malvino, Albert., David J. Bates. Electronic Principles 7ed. [3] http://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/adsb/adsb_en.html [4] http://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-8/the-instrumentationamplifier/ M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 8