TUGAS MATA KULIAH
KAPITA ELEKTRONIKA KOMUNIKASI
MENGENAL LOW PASS FILTER (LPF) DAN HIGH PASS FILTER (HPF) Bidiharjo Gozali, H. Ir. MT.
Disusun oleh: Irfan Irawan: 11221718
S1 FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK TELEKOMUNIKASI
ISTN CIKINI SEMESTER GANJIL
DAFTAR ISI
BAB 1 PENDAHULUAN ... 3
1.1 Latar Belakang Masalah ... 3
1.2 Pokok Permasalahan ... 3
1.3 Tujuan Pembahasan... 3
BAB 2 DASAR TEORI ... 4
2.1 Dasar Filter Elektronika ... 4
2.2 Pengertian Low and High Pass Filter (LPF dan HPF) ... 5
2.2.1 Pengertian Low Pass Filter ... 5
2.2.2 Pengertian Filter High Pass (HPF) ... 7
2.3 Rangkaian LPF (Low Pass Filter) ... 8
2.4 Rangkaian HPF (High Pass Filter) ... 11
BAB 3 SIMPULAN ... 14
3.1 Simpulan ... 14
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Rangkaian filter merupakan rangkaian yang di desain hanya untuk memperbolehkan suatu frekuensi pada rentang tertentu memiliki nilai redaman (atenuasi) yang kecil (disebut sebagai ’Pass Band’). Filter bisa diartikan suatu rangkaian yang dipergunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu, untuk merangcang filter ini dapat memanfaatkan komponen pasif (R, L, C) dan komponen aktif (op-amp, transistor). Dengan demikian filter dapat dikelompokan menjadi filter pasfi dan afilter aktif, namun saat ini yang dibahasa adalah filter pasif saja yaitu HPF, dan LPF.
1.2 Pokok Permasalahan
Ada beberapa pokok permasalahan yang diangkat dalam pembahasan makalah ini, diantaranya:
1. Bagaimana mengetahui komponen – komponen pada filter pasif
2. Bagaimana memahami cara kerja filter pasif
3. Bagaimana mengetahui bentuk keluaran dari filter pasif
4. Bagaimana mengetahui rangkaian sederhana filter pasif
1.3 Tujuan Pembahasan
1. Mengetahui komponen – komponen pada filter pasif
2. Memahami cara kerja filter pasif
3. Mengetahui bentuk keluaran dari filter pasif
BAB 2 DASAR TEORI
2.1 Dasar Filter Elektronika
Rangkaian filter merupakan rangkaian yang di desain hanya untuk memperbolehkan suatu frekuensi pada rentang tertentu memiliki nilai redaman (atenuasi) yang kecil (disebut sebagai ’Pass Band’), sedangkan pada rentang frekuensi lainnya memiliki nilai redaman yang sangat besar (disebut sebagai ’Attenuation Band’ atau ’Stop Band’).
Filter bisa diartikan suatu rangkaian yang dipergunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu, untuk merangcang filter ini dapat memanfaatkan komponen pasif (R, L, C) dan komponen aktif (op-amp, transistor). Dengan demikian filter dapat dikelompokan menjadi filter pasfi dan afilter aktif, namun saat ini yang dibahasa adalah filter pasif saja yaitu
HPF, dan LPF, meskipun pada dasarnya filter dapat di kelompokkan berdasarkan Response
frekuensinya manjadi empat jenis, yaitu:
1. Filter lolos rendah / Low Pass Filter (LPF)
2. Filter Lolos Tinggi / High Pass Filter (HPF)
3. Filter Lolos Rentang / Band Pass Filter (BPF)
4. Filter Tolak Rentang / Band Stop Filter atau Notch Filter
Dalam pembuatan filter tentunya sering dihindari menggunakan bahan inductor, lebih lagi dikarenakan ukurannya yang besar. Sehingga umumnya filter apsif ini hanya memanfaatkan komponen R dan C saja.
Gambar Tipe Filter Berdasarkan Responya
2.2 Pengertian Low and High Pass Filter (LPF dan HPF) 2.2.1 Pengertian Low Pass Filter
Low Pass Filter memiliki tegangan output konstan dari DC (0Hz), sampai frekuensi Cut-off ditentukan, (ƒc) titik. Titik frekuensi cut-off adalah 0,707 atau-3dB (dB =-20Log Vout / Vin) dari gain tegangan diizinkan untuk lulus. Rentang frekuensi "di bawah" ini ƒc cut-off point umumnya dikenal sebagai Band Pass sebagai sinyal input diperbolehkan untuk melewati filter.
Rentang frekuensi "di atas" titik cut-off umumnya dikenal sebagai Band Stop sebagai sinyal input diblokir atau dihentikan dari melewati. Sebuah rangkaian sederhana untuk low pass
filter dapat dibuat dengan menggunakan sebuah resistor tunggal di seri dengan kapasitor non-terpolarisasi tunggal (atau komponen reaktif tunggal) di sebuah sinyal input Vin, sementara output sinyal Vout diambil dari seluruh kapasitor.
Frekuensi cut-off atau-3dB, dapat ditemukan dengan menggunakan rumus, ƒc = 1 / (2πRC). Sudut fase dari sinyal output pada ƒc dan-45o untuk Low Pass Filter. Keuntungan dari filter atau penyaring dalam hal ini, umumnya dinyatakan dalam Decibel dan merupakan fungsi dari nilai output dibagi dengan nilai input yang sesuai dan diberikan sebagai:
Aplikasi pasif Filter Low Pass berada di amplifier audio dan sistem speaker untuk mengarahkan sinyal frekuensi bass yang lebih rendah untuk speaker bass yang lebih besar atau untuk mengurangi noise frekuensi tinggi atau "mendesis" distorsi jenis.
Bila digunakan seperti ini di aplikasi audio filter lolos rendah kadang disebut "high-cut", atau "cut treble" filter. Jika kita membalikkan posisi dari resistor dan kapasitor dalam rangkaian sehingga tegangan keluaran sekarang diambil dari resistor, kita akan memiliki sirkuit yang menghasilkan frekuensi output kurva respons yang sama dengan yang dari Filter High Pass, dan ini dibahas di tutorial berikutnya.
Singkatnya Filter Low Pass (LPF) adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari DC naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc, tegangan keluarannya diperlemah (turun).
Low Pass Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam atau menahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.
Pita Lewat : Jangkauan frekuensi yang dipancarkan Pita Stop : Jangkauan frekuensi yang diperlemah.
Frekuensi cutoff (fc) : disebut frekuensi 0.707, frekuensi 3-dB, frekuensi pojok, atau frekuensi putus.
2.2.2 Pengertian Filter High Pass (HPF)
Filter High Pass (HPF) adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta meredam atau menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff fc. Di atas fc, besarnya tegangan keluaran tetap.
Filter High Pass adalah lawan yang tepat untuk low pass filter. Filter ini memiliki tegangan output dari DC (0Hz), sampai ke titik cut-off tertentu (ƒc) frekuensi. Titik cut-off frekuensi rendah adalah 70,7% atau-3dB (dB =-20Log Vout / Vin) dari gain tegangan diizinkan untuk lulus. Rentang frekuensi "di bawah" ini pointƒc cut-off umumnya dikenal sebagai Band Berhenti sementara rentang frekuensi "di atas" titik cut-off umumnya dikenal sebagai Band Pass. Frekuensi cut-off atau-3dB titik, dapat ditemukan dengan menggunakan rumus, ƒc = 1 / (2πRC). Sudut fase dari sinyal output pada ƒc adalah +45 o. Umumnya, penyaring bernilai tinggi kurang distorsi dari pass filter setara rendah.
Sebuah aplikasi yang sangat umum pass filter pasif tinggi, adalah dalam audio amplifier sebagai kapasitor coupling antara dua tahap penguat audio dan dalam sistem speaker untuk mengarahkan sinyal frekuensi tinggi untuk speaker kecil "tweeter" tipe sementara memblokir sinyal bass yang lebih rendah atau juga digunakan sebagai filter untuk mengurangi noise frekuensi rendah atau "gemuruh" distorsi jenis. Bila digunakan seperti ini di aplikasi audio pass filter tinggi kadang-kadang disebut "berpotongan rendah", atau "bass memotong" filter. Vout tegangan output tergantung pada konstanta waktu dan frekuensi dari sinyal input seperti yang terlihat sebelumnya.
Dengan sinyal AC sinusoidal diterapkan pada sirkuit berperilaku sebagai filter 1st Orde lulus sederhana tinggi. Tetapi jika kita mengubah sinyal input untuk yang dari "gelombang persegi" sinyal berbentuk yang memiliki masukan langkah hampir vertikal, respon rangkaian perubahan dramatis dan menghasilkan sirkuit umum dikenal sebagai Diferensiator.
Garis penuh adalah kurva idealnya, sedangkan kurva putus-putus menunjukkan bagaimana filter-filter high pass yang praktis menyimpang dari ideal. High Pass Filter yaitu ditunjukkan gambar di bawah ini :
Gambar respon HPF
2.3 Rangkaian LPF (Low Pass Filter)
Untuk membuat rangkaian filter Chebyshev LPF dipergunakan Anadigm Filter yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
Passband Ripple = 3 dB Passband Gain = 0 dB Stopband Attenuation = 30 dB Frekuensi Corner = 1 KHz Stop Frekuensi Low = 2 KHz
Setelah mengetahui spesifikasi dari LPF, maka rangkaian lengkap dari LPF dapat dibangun dalam sebuah IC AN221E04 seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar Implementasi Chebyshev LPF pada IC AN221E04
Dari gambar di atas, terlihat bahwa terdapat dua buah CAM jenis Biquadratic Filter LPF yang telah dikonfigurasi nilainya. Untuk Biquadratic Filter yang letaknya dibawah ( I ) mempunyai konfigurasi : frekuensi corner = 0.4 KHz, Gain = 1, Quality Factor = 1. Sedangkan Biquadratic fillter yang letaknya diatas ( II ) mempunyai konfigurasi frekuensi corner = 1 KHz, Gain = 1, Quality Factor = 5.6.
Sedangkan nilai tegangan input yang dimasukkan adalah 2 V dengan frekuensi yang bervariasi antara 500 Hz , 1000 Hz dan 1500 Hz.
Sehingga apabila nilai diatas dimasukkan kedalam rumus yang dimiliki oleh Biquadratic Filter berikut ini, maka untuk Biquadratic Filter I ( dengan frekuensi input = 500 Hz ) :
V j j Vout fo s Q fo s G fo s Vin s Vout 46 . 1 2 . 400 . 14 , 3 . 4 500 . 14 , 3 . 2 . 1 400 . 14 , 3 . 2 ) 500 . 14 , 3 . 2 . ( 1 . 400 . 14 , 3 . 4 4 2 4 ) ( ) ( 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Untuk Biquadratic Filter II : V j j Vout 93 . 1 46 . 1 . 1000 . 14 , 3 . 4 500 . 14 , 3 . 2 . 6 . 5 1000 . 14 , 3 . 2 ) 500 . 14 , 3 . 2 . ( 1 . 1000 . 14 , 3 . 4 2 2 2 2 2
Untuk nilai frekuensi input yang lain, dapat dilihat pada tabel perhitungan dibawah ini :
Tabel 1. Perhitungan LPF Frekuensi Corner = 1000 Hz Frekuensi input = 500 Hz Vin = 2 Volt Vout = 1.93 Volt Frekuensi Corner = 1000 Hz Frekuensi input = 1000 Hz Vin = 2 Volt Vout = 1,97 Volt Frekuensi Corner = 1000 Hz Frekuensi input = 1500 Hz Vin = 2 Volt Vout = 0,12 Volt
Dari tabel 1 terbukti bahwa untuk frekuensi input dibawah frekuensi corner cenderung di loloskan (tegangan keluaran mendekati tegangan input), sedangkan untuk frekuensi input diatas frekuensi corner censerung di redam ( tegangan keluaran menjauhi tegangan input ).
Untuk lebih membuktikan perhitungan diatas, dalam anadigm designer terdapat osciloskop yang dapat mensimulasikan hasil keluaran dari rangkaian LPF, seperti yang terlihat dibawah ini :
Gambar Hasil simulasi keluaran rangkaian LPF
Dari gambar di atas, terlihat bahwa gelombang yang diatas merupakan keluaran dari LPF dengan frekuensi input 500 Hz, sedangkan untuk gelombang dibawahnya merupakan keluaran dari LPF dengan frekuensi input 1500 Hz.
2.4 Rangkaian HPF (High Pass Filter)
Pembuatan rangkaian HPF Chebyshev dikonfigurasi dengan ketentuan sebagai berikut : Passband Ripple = 3 dB
Passband Gain = 0 dB Stopband Attenuation = 30 dB Frekuensi Corner = 20 KHz Stop Frekuensi = 10 KHz
Setelah mengetahui spesifikasi dari HPF, maka rangkaian lengkap dari HPF dapat dibangun dalam sebuah IC AN221E04 seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar Implementasi Chebyshev LPF pada IC AN221E04
Dari gambar di atas menunjukkan bahwa terdapat dua buah CAM jenis Biquadratic Filter HPF yang telah dikonfigurasi nilainya. Untuk Biquadratic Filter yang letaknya dibawah ( I ) mempunyai konfigurasi : frekuensi corner = 45 KHz, Gain = 1, Quality Factor = 1.
Sedangkan Biquadratic fillter yang letaknya diatas ( II ) mempunyai konfigurasi frekuensi corner = 20 KHz, Gain = 1,
Quality Factor = 5.6.
Sedangkan nilai tegangan input yang dimasukkan adalah 2 V dengan frekuensi yang bervariasi antara 15 KHz, 20 KHz dan 25 KHz.
Sehingga apabila nilai diatas dimasukkan kedalam rumus yang dimiliki oleh Biquadratic Filter berikut ini, maka untuk Biquadratic Filter I ( dengan frekuensi input = 1500 Hz ) :
V j j j Vout fo s Q fo s Gs s Vin s Vout 23 . 0 2 . 45000 . 14 , 3 . 4 15000 . 14 , 3 . 2 . 1 45000 . 14 , 3 . 2 ) 15000 . 14 , 3 . 2 . ( ) 15000 . 14 , 3 . 2 . .( 1 4 2 ) ( ) ( 2 2 2 2 2 2 2 2
V j j j Vout 29 . 0 23 . 0 . 20000 . 14 , 3 . 4 15000 . 14 , 3 . 2 . 6 . 5 20000 . 14 , 3 . 2 ) 15000 . 14 , 3 . 2 . ( ) 15000 . 14 , 3 . 2 . .( 1 2 2 2 2
Untuk nilai frekuensi input yang lain, dapat dilihat pada tabel perhitungan dibawah ini : Tabel 2. Perhitungan HPF Frekuensi Corner = 20000 Hz Frekuensi input = 15000 Hz Vin = 2 Volt Vout = 0.29 Volt Frekuensi Corner = 20000 Hz Frekuensi input = 20000 Hz Vin = 2 Volt Vout = 2.4 Volt Frekuensi Corner = 20000 Hz Frekuensi input = 25000 Hz Vin = 2 Volt Vout = 1,93 Volt
Dari tabel 2 terbukti bahwa untuk frekuensi input dibawah frekuensi corner cenderung di redam ( tegangan keluaran menjauhi tegangan input ), sedangkan untuk frekuensi input diatas frekuensi corner cenderung di loloskan ( tegangan keluaran mendekati tegangan input ). Dan berikut ini adalah gambar simulasi dari hasil rangkaian HPF Chebyshev untuk frekuensi input = 25000 Hz dan 15000 Hz.
BAB 3 SIMPULAN
3.1 Simpulan
Dari pembahasan diatas, bisa disimpulkan beberapa diantaranya seperti terlampir di bawah ini:
1. Filter Low Pass (LPF) adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari
DC naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc, tegangan keluarannya diperlemah (turun). Low Pass Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam atau menahan frekuensi tinggi.
2. Filter High Pass (HPF) adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta
meredam atau menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff FC. Di atas FC, besarnya tegangan keluaran tetap.
3. Untuk membuat rangkaian filter Chebyshev LPF dipergunakan Anadigm Filter dan
setelah mengetahui spesifikasi dari LPF (Passband Ripple = 3 dB, Passband Gain = 0 dB, Stopband Attenuation = 30 dB, Frekuensi Corner = 1 KHz, Stop Frekuensi Low = 2 KHz), maka rangkaian lengkap dari LPF dapat dibangun dalam sebuah IC AN221E04
4. Sedangkan untuk HPF, hamper sama yang membedakan adalah spesifikasi nya
(Passband Ripple = 3 dB, Passband Gain = 0 dB, Stopband Attenuation = 30 dB, Frekuensi Corner = 20 KHz, Stop Frekuensi = 10 KHz)
3.2. Saran
Untuk mengetahui secara real implementasinya disarankan untuk melakukan percobaan dengan menggunakan parameter Passive Second Order Low Pass Filter dan Passive Second Order High Pass Filter
