Perhitungan nilai tegangan/arus berdasarkan sudut

Mari mulai dari sesuatu yang sudah dipelajari pada post sebelumnya.

Gambar 1.

Gambar 2.

Dengan bantuan software seperti Maxima (wxMaxima) maka penurunan persamaan untuk perhitungan dapat diperoleh dengan mudah dan cepat.

sqrt((1/(2*%pi))*(integrate((Vm*sin(x))^2, x, 0, (2*%pi))));

Gambar 3.

Gambar 4.

(1/(1*%pi))*(integrate((Vm*sin(x))^1, x, 0, (1*%pi)));

Gambar 5.

Sebagai contoh kasus bisa kembali melihat pada post sebelumnya mengenai penyearah setangah gelombang berbeban RL (resistor dan induktor). Tegangan rata-rata keluaran dapat dihitung dari persamaan singkat berikut:

 

screenshot_20161018-06551601.jpg.jpgGambar 6.

Dari manakah persamaan untuk mencari nilai pendekatan tersebut berasal?

Gambar 7.

Gambar 8.

Bagaimana dengan nilai RMS seperti pada contoh di Gambar 4?

sqrt((1/(2*%pi))*(integrate((Vm*sin(x))^2, x, 0, (b))));

Gambar 9.


sqrt((1/(2*%pi))*(integrate((Vm*sin(x))^2, x, a, b)));

Gambar 10.

Gambar 11. [Klik gambar untuk memperbesar]

https://sunupradana.info/pe/wp-content/uploads/2016/10/img_58054580541c8.pngGambar 12. [Klik gambar untuk memperbesar]

screenshot_20161019-150052.jpgGambar 13.

Pada persaman %i23 di Gambar 10, terdapat variabel “b” yang nilainya biasanya diisi dengan nilai (2π). Nilai ini adalah nilai batas atas dari persamaan integral hingga. Untuk kepentingan penyelesaian pada contoh kasus (contoh soal), nilai b bisa diperoleh dengan memperhatikan Gambar 12. Tepatnya batas paling kanan, sekitar 10.36 mS. Nilai ini dibandingkan dengan nilai satu siklus penuh untuk memperoleh nilai pendekatan 3.255 radian seperti pada Gambar 13.

Hasil perhitungan pada Gambar 13, Gambar 14, dan Gambar 15 bisa dibandingkan dengan hasil simulasi pada Gambar 11. Keduanya sebanding, sedangkan mengenai selisih nilai perhitungan bisa dipelajari pada post sebelumnya. Mengenai unsur parasitik pada komponen elektronik/elektrikal bisa dicari informasinya di Internet, sebagai salah satu awalan bisa dicoba di halaman situs ini.

Gambar 14.

Gambar 15.

Persamaan pada Gambar 10, batas nilai a dan b (dengan nilai yang berbeda dari nilai 0 dan 2π) dapat dipergunakan untuk mempelajari sakelar (terutama sakelar elektronis) selain diode.

Gambar 16. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 17.


Gambar 18. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 19.


Gambar 20. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 21.


Gambar 22. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 23.


Gambar 24. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 25.


Gambar 26. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 27.


Gambar 28. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 29.


Gambar 30. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 31.

Persamaan pada Gambar 31 dapat dibandingkan dengan persamaan yang terdapat pada paper ini.


 

Gambar 32. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 33. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 34. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Gambar 35. [Klik kiri pada gambar untuk memperbesar tampilan.]

Pengaruh resolusi / ketelitian pada simulasi dan perhitungan.

 

Mari memulai dengan suatu contoh yang sangat sederhana. Berapakan empat ditambah dengan tiga di dalam perhitungan basis sepuluh?

screenshot_20161018-214259.jpgGambar 1.

Sayangnya tidak semua perhitungan semudah dan setepat sebagaimana pada Gambar 1. Ada perbedaan pada hasil perhitungan (dan karenanya) hasil simulasi yang perlu diperhatikan sehingga tidak akan menjadi sumber kebingungan dan bahkan keraguan terhadap landasan teoritis yang sebenarnya tidak memiliki alasan yang cukup kuat. Terutama dalam engineering technology yang titik beratnya adalah untuk memanfaatkan temuan-temuan dalam sains dan teknologi.

Gambar 2.

Gambar 3.

Gambar 4.

Gambar 5.

Gambar 6.

Gambar 7.

screenshot_20161018-220353.jpgGambar 8.

https://en.wikipedia.org/wiki/Round-off_error

A round-off error, also called rounding error, is the difference between the calculated approximation of a number and its exact mathematical value due to rounding. This is a form of quantization error. One of the goals of numerical analysis is to estimate errors in calculations, including round-off error, when using approximation equations and/or algorithms, especially when using finitely many digits to represent real numbers (which in theory have infinitely many digits).

When a sequence of calculations subject to rounding error is made, errors may accumulate, sometimes dominating the calculation. In ill-conditioned problems, significant error may accumulate.

The error introduced by attempting to represent a number using a finite string of digits is a form of round-off error called representation error. Here are some examples of representation error in decimal representations:

Gambar 9.

How to correct rounding errors in floating-point arithmetic

Many combinations of arithmetic operations on floating-point numbers in Microsoft Excel and Microsoft Works may produce results that appear to be incorrect by very small amounts. For example, the equation
=1*(.5-.4-.1)
may be evaluated to the quantity (-2.78E-17), or -0.0000000000000000278 instead of 0.

 

The IEEE 754 standard is a method of storing floating-point numbers in a compact way that is easy to manipulate. This standard is used by Intel coprocessors and most PC-based programs that implement floating-point math.

IEEE 754 specifies that numbers be stored in binary format to reduce storage requirements and allow the built-in binary arithmetic instructions that are available on all microprocessors to process the data in a relatively rapid fashion. However, some numbers that are simple, nonrepeating decimal numbers are converted into repeating binary numbers that cannot be stored with perfect accuracy.

For example, the number 1/10 can be represented in a decimal number system with a simple decimal:
.1
However, the same number in binary format becomes the repeating binary decimal:
.0001100011000111000111 (and so on)
This number cannot be represented in a finite amount of space. Therefore, this number is rounded down by approximately -2.78E-17 when it is stored.

If several arithmetic operations are performed to obtain a given result, these rounding errors may be cumulative.

Rounding Error
Jeffrey L. Popyack, June 2000

Rounding (roundoff) error is a phenomenon of digital computing resulting from the computer’s inability to represent some numbers exactly. Specifically, a computer is able to represent exactly only integers in a certain range, depending on the word size used for integers. Certain floating-point numbers may also be represented exactly, depending on the representation scheme in use on the computer in question and the word size used for floating-point numbers. Certain floating-point numbers cannot be represented exactly, regardless of the word size used.

Errors due to rounding have long been the bane of analysts trying to solve equations and systems. Such errors may be introduced in many ways, for instance:

+ inexact representation of a constant

+ integer overflow resulting from a calculation with a result too large for the word size

+ integer overflow resulting from a calculation with a result too large for the number of bits used to represent the mantissa of a floating-point number

+ accumulated error resulting from repeated use of numbers stored inexactly

 

Summary

Rounding error is a natural consequence of the representation scheme used for integers and floating-point numbers in digital computers. Rounding can produce highly inaccurate results as errors get propagated through repeated operations using inaccurate numbers. Proper handling of rounding error may involve a combination of approaches such as use of high-precision data types and revised calculations and algorithms. Mathematical analysis can be used to estimate the actual error in calculations.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Rounding

Rounding a numerical value means replacing it by another value that is approximately equal but has a shorter, simpler, or more explicit representation; for example, replacing £23.4476 with £23.45, or the fraction 312/937 with 1/3, or the expression √2 with 1.414.

Rounding is often done to obtain a value that is easier to report and communicate than the original. Rounding can also be important to avoid misleadingly precise reporting of a computed number, measurement or estimate; for example, a quantity that was computed as 123,456 but is known to be accurate only to within a few hundred units is better stated as “about 123,500”.

On the other hand, rounding of exact numbers will introduce some round-off error in the reported result. Rounding is almost unavoidable when reporting many computations — especially when dividing two numbers in integer or fixed-point arithmetic; when computing mathematical functions such as square roots, logarithms, and sines; or when using a floating point representation with a fixed number of significant digits. In a sequence of calculations, these rounding errors generally accumulate, and in certain ill-conditioned cases they may make the result meaningless.

Accurate rounding of transcendental mathematical functions is difficult because the number of extra digits that need to be calculated to resolve whether to round up or down cannot be known in advance. This problem is known as “the table-maker’s dilemma”.

Rounding has many similarities to the quantization that occurs when physical quantities must be encoded by numbers or digital signals.

A wavy equals sign (≈) is sometimes used to indicate rounding of exact numbers. For example: 9.98 ≈ 10.

https://en.wikipedia.org/wiki/Significant_figures

The significant figures of a number are digits that carry meaning contributing to its measurement resolution. This includes all digits except:

+ All leading zeros;
+ Trailing zeros when they are merely placeholders to indicate the scale of the number (exact rules are explained at identifying significant figures); and
+ Spurious digits introduced, for example, by calculations carried out to greater precision than that of the original data, or measurements reported to a greater precision than the equipment supports.

Penyearah setengah gelombang dengan beban R-L

Untuk jangka panjang, langkah-langkah yang sistematis untuk mempelajari tentang penyearah setengah gelombang dengan beban RL (R-L) adalah dengan mempelajari masing-masing komponen pembentuknya. Hal ini baik untuk diusahakan dengan sungguh-sungguh setelah melihat gambaran besar (overview) dari rangkaian/sistem.

Untuk komponen resistor, penyegaran kembali dapat dilakukan dengan membaca ulang sumber-sumber antara lain seperti: Wikipedia, Sparkfun, atau Rohm. Sedangkan untuk diode (terutama untuk keperluan penyearahan dari AC ke DC, sumber-sumber belajar telah dicantumkan di post ini juga di sini.

Bahan untuk mengingat kembali tentang komponen induktor juga sudah banyak terdapat di Internet. Beberapa contoh ada di kumpulan link berikut:

Karena proses belajar ini termasuk cukup panjang, mungkin perlu mengingat kembali “kecenderungan umum” mengenai tantangan dalam menjalaninya. 🙂 .

https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/originals/dd/71/e8/dd71e84b08007730f7cce32c4049af58.jpg

Google is your friend!

Ungkapan di atas bukanlah isapan jempol belaka atau suatu ajakan “normatif” atau bahkan suatu ungkapan promosi. Era Internet sudah sejak lama ditandai dengan adanya banjir informasi. Untuk cukup banyak hal, alih-alih sulit untuk mencari informasi maka yang terjadi adalah tantangan bagaimana memilah informasi yang tersedia. Dengan kata kunci yang tepat, setahap demi setahap lebih sering daripada tidak informasi yang memang bersifat umum bisa ditemukan. Untuk kegiatan belajar mengajar, hal seperti ini sudah merupakan bagian yang rutin dalam proses. Terutama untuk yang merasa bosan “dijajah” atau “dikuasai” oleh kaum atau bangsa asing 🙂 . Berbuat/bertindak dengan sistematis setelah menyusun rencana, untuk membangun peradaban adalah lebih baik daripada cuma rutin menggelar demo jalanan, IMHO.

Sekadar sebagai contoh kasus, informasi seperti ini sudah sangat banyak tersedia di berbagai tempat di jaringan internet (Internet) untuk dapat dibandingkan satu sama lain.

Gambar 1. [Sumber: Slideshare]

Gambar 2. [Sumber: Slideshare]

Gambar 3. [Sumber: Slideshare]

Gambar 4. [Sumber: Slideshare]

Gambar 5. [Sumber: Slideshare]

Gambar 6. [Sumber: Slideshare]

Gambar 7. [Sumber: Slideshare]

Gambar 8. [Sumber: Slideshare]

Gambar 9. [Sumber: Slideshare]

Gambar 10. [Sumber: Slideshare]

Gambar 11. [Sumber: Slideshare]

Gambar 12. [Sumber: Slideshare]

Gambar 13. [Sumber: Slideshare]

Gambar 14. [Sumber: Slideshare]

Gambar 15. [Sumber: Slideshare]

Gambar 16. [Sumber: Slideshare]

Gambar 17. [Sumber: Slideshare]

Gambar 18. [Sumber: Slideshare]

Gambar 19. [Sumber: Slideshare]

Gambar 20. [Sumber: Slideshare]

Gambar 21. [Sumber: Slideshare]

Gambar 22. [Sumber: Slideshare]

Gambar 23. [Sumber: Slideshare]

Gambar 24. [Sumber: Slideshare]

Gambar 25. [Sumber: Slideshare]

Gambar 26. [Sumber: Slideshare]

Gambar 27. [Sumber: Slideshare]

Gambar 28. [Sumber: Slideshare]

Beberapa sumber yang baik untuk mengingat kembali mengenai phase angle, complex number & phasor:

Gambar 29.

Gambar 30.

screenshot_20161017-11402801.jpg.jpgGambar 31.

screenshot_20161017-11414501.jpg.jpgGambar 32.

screenshot_20161017-11425901.jpg.jpgGambar 33.

screenshot_20161017-11434401.jpg.jpgGambar 34.

screenshot_20161017-11435101.jpg.jpgGambar 35.

Gambar 36.

Perhitungan pada Gambar 36 adalah perhitungan sederhana yang teori penunjang/landasan teoritisnya dapat dengan mudah dicari untuk diperbandingkan dengan bantuan mesin pencari di Internet.

Bagaimana dengan simulasi dengan beban L (induktor) murni?

Gambar 37. rapidtables.com.

screenshot_20161018-020511.jpgGambar 38.

screenshot_20161018-013051.jpgGambar 39.

Gambar 40.

Mengapa perhitungan pada Gambar 37, Gambar 38 dan Gambar 39 tidak sama dengan hasil simulasi pada Gambar 40?

screenshot_20161018-02230601.jpg.jpg Gambar 41.

Dapatkah Gambar 13 memberikan penjelasan mengenai fenomena tersebut di atas?

Salah satu “keuntungan” tertinggal adalah kenyataan bahwa ada kemungkinan bisa belajar dari yang sudah lebih dahulu maju. Pendapat yang saya sering ungkapkan adalah bahwa sepanjang menganai sains dan teknologi (termasuk engineering dan engineering technology), penduduk Indonesia masih memiliki kesempatan untuk belajar dari penduduk di negara-negara yang lebih maju. Ada cukup banyak hal yang baru terpikirkan, baru dialami dan baru ditanyakan ternyata sudah pernah terjadi di tempat lain yang lebih maju, sudah dibahas dan sering sudah ditemukan solusinya. Persoalannya adalah apakah kita cukup punya “kerendahan hati”, minat dan kesempatan untuk mempelajarinya.

Berikut ini adalah salah satu yang bisa dijadikan contoh. Agar di lain kesempatan mahasiswa bisa memiliki kemampuan untuk secara mandiri mencari informasi sejenis.

Gambar 42. [Sumber: Miscalculation of current for a pure inductive circuit in LTspice]

Gambar 43. [Sumber: Miscalculation of current for a pure inductive circuit in LTspice]

Gambar 44.

Gambar 45.

Gambar 46.

Gambar 47.

Gambar 48.

Gambar 49.

screenshot_20161018-03123301.jpg.jpgGambar 50.

screenshot_20161018-041425.jpgGambar 51.

screenshot_20161018-04154401.jpg.jpgGambar 52.

screenshot_20161018-04204801.jpg.jpgGambar 53.

Gambar 54.

Gambar 55.

Gambar 56.

screenshot_20161018-04405001.jpg.jpgGambar 57.

Gambar 58.

screenshot_20161018-04475901.jpg.jpgGambar 59.

Gambar 60.

Gambar 60.

Gambar 61.

Gambar 62.

Gambar 63.

Gambar 64.

Gambar 65.

Gambar 66.

\(Vo_{avg}=\frac{Vm}{2\pi }\times(1-\cos \theta )\)

Gambar 67.

screenshot_20161018-06551601.jpg.jpgGambar 68.

Simulasi model diode di LTspice

 

.MODEL contohModDiode d
+IS=1.22478e-08 RS=0.0414786 N=1.83369 EG=0.6
+XTI=0.05 BV=10 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1
.MODEL 1n4001 d
+IS=1.22478e-08 RS=0.0414786 N=1.83369 EG=0.6
+XTI=0.05 BV=50 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1
* Model generated on October 12, 2003
* Model format: SPICE3, MODEL 1n4001rl d
.MODEL 1n4002 d
+IS=1.22478e-08 RS=0.0414786 N=1.83369 EG=0.6
+XTI=0.05 BV=100 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1
* Model generated on October 12, 2003
* Model format: SPICE3

Gambar 1.

Gambar 2.

Gambar 3.

Untuk nilai breakdown voltage dari perusahaan/produsen/pabrikan lain, silakan melihat kembali pada tulisan yang lalu.

.MODEL elda5b d
+IS=1.22478e-08 RS=0.0414786 N=1.83369 EG=0.6
+XTI=0.05 BV=10 IBV=5e-08 CJO=1e-11
+VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1

Gambar 4.

Gambar 5.

Gambar 6.

Gambar 7.

Gambar 8.

Gambar 9.

Gambar 10.

Gambar 11.

Gambar 12.

Gambar 13.

Gambar 14.

Gambar 15.

Gambar 16.

Gambar 17.

Gambar 18.

Gambar 19.

Gambar 20.

Gambar 21.


Gambar 22.

Gambar 23.

Gambar 24.

Gambar 25.

Gambar 26.

Gambar 27.

Gambar 28.

Gambar 29.

Gambar 30.

Gambar 31.

Gambar 32.

Gambar 33.

Gambar 34.

Mengenal Fritzing dan ExpressPCB

 

Fritzing adalah salah satu dari perangkat lunak gratis yang dapat dipergunakan dengan baik untuk belajar elektronika. Perangkat lunak ini bisa bekerja baik di lingkungan sistem operasi GNU/Linux maupun Microsoft Windows. Masing-masing software memiliki keunggulannya masing-masing bagi setiap tipe pengguna dan keperluan. Untuk pelajaran elektronika daya ada beberapa hal yang menarik dari Fritzing.

Pertama, sebagaimana yang telah diungkap Fritzing juga dapat bekerja di sistem ber-OS GNU/Linux seperti Fedora, Debian, Ubuntu, atau Mint. Ini penting karena OS ini bersifat gratis sehingga memungkinkan untuk dijadikan platform belajar yang dapat dipakai secara luas.

Gambar 1. Fritzing di sistem dengan OS GNU/Linux Mint.

Kedua, Fritzing memberikan fasilitas pengguna untuk melakukan perancangan sistem di breadboard. Ini sangat memudahkan bagi pengguna yang membutuhkan alat bantu perancangan atau dokumentasi pada sistem yang menggunakan breadboard.

Gambar 2. [Sumber: Sensing the Temperature with the LM35.]

Ketiga, Fritzing terus menerus diperbaharui (updated) termasuk untuk komponen, terutama komponen yang popular. Dengan begitu pengguna akan semakin mudah untuk melakukan perancangan, terutama untuk perancangan dengan menggunakan sistem papan seperti Arduino.

Gambar 3. [Sumber: Sensing the Temperature with the LM35.]

Keempat, Fritzing tidak hanya memiliki fitur perancangan pada breadboard sebagai tambahan dari fitur perancangan schematic dan PCB tetapi juga menyediakan tempat untuk melakukan coding (misalnya untuk sistem Arduino). Sehingga Fritzing cukup lengkap untuk mengembangkan sistem prototipe maupun untuk membantu proses belajar.

Gambar 4. [Sumber: Sensing the Temperature with the LM35.]

Untuk melakukan instalasi calon pengguna bisa langsung menuju ke bagian download dari situs Fritzing, yaitu: http://fritzing.org/download/. Petunjuk instalasi untuk beberapa OS yang berbeda juga telah disediakan di halaman yang sama.

Bagaimana cara mempergunakan Fritzing dapat dipelajari di halaman: http://fritzing.org/learning/. Misalnya bagaimana cara merangkai dan bagaimana cara membuat PCB. Ada pula kanal video di YouTube yang dibuat khusus oleh Fritzing [link]. Carilah video yang dibuat dengan pengantar bahasa Inggris agar lebih mudah dipahami.

Setelah instalasi berhasil selesai dilakukan dengan baik, cara pertama belajar umumnya adalah dengan melihat contoh yang sudah jadi. Ini memudahkan untuk memberikan gambaran tentang apa saja yang bisa dilakukan dengan software yang sedang dipergunakan. Cari yang paling sederhana sehingga relatif mudah untuk dipahami.

Gambar 5. Memilih contoh proyek Blink

Gambar 6.

Gambar 7.

Gambar 8.

Gambar 9.

Fritzing cocok dipakai untuk proyek yang berskala kecil, tidak memiliki banyak komponen, mengunakan breadboard atau menggunakan sistem papan mikrokontroler seperti Arduino.

ExpressPCB adalah software gratis untuk perancangan PCB yang dipergunakan di lingkungan OS Microsoft Windows. Versi-versi awal dari software ini masih dapat bekerja dengan baik di sistem ber-OS GNU/Linux dengan bantuan wine. Versi yang lebih baru tampaknya hanya dapat berjalan baik di sistem MS Windows.

Sebelum perkembangan Fritzing, ExpressPCB adalah software yang gratis yang termasuk paling ringan dan cepat untuk mengembangkan PCB yang berskala kecil (sederhana).

Gambar 10.