BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Penyaring atau tapis (filter) didefenisikan sebagai rangkaian atau jaringan listrik yang dirancang untuk melewatkan atau membelokkan arus bolak-balik yang dibangkitkan pada frekuensi tertentu serta memblok atau memperlemah semua arus bolak-balik yang dibangkitkan dengan frekuensi-frekuansi yang lain.
Filter dapat diklafisikasikan dengan arahan analog atau digital, pasif atau aktif, audio (AF) atau radio frekuensi (RF). Filter analog dirancang untuk memproses sinyal analog, sedang filter digital memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital. Filter tergantung dari tipe elemen yang digunakan pada rangkaiannya, filterakan dibedakan pada filter aktif dan filter pasif. Elemen pasif adalah tahanan, kapasitor dan induktor. Filter aktif dilengkapi dengan transistor atau op-amp selain tahanan dan kapasitor. Tipe elemen ditentukan oleh pengoperasian range frekuensi kerja rangkaian. Misal RC filter umumnya digunakan untuk audio atau operasi frekuensi rendah dan filter LC atau kristal lebih sering digunakan pada frekuensi tinggi.
Filter aktif high pass atau sering disebut dengan Active High Pass Filter (Active HPF) atau juga disebut dengan filter aktif lolos atas adalah rangkaian filter yang akan melewatkan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input dengan frekuensi dibawah frekuensi cut-off rangkaian dan ditambahkan rangkaian penguat tegangan menggunakan operasional amplifier (Op-Amp). Pada praktikum ini akan diketahui lebih dalam mengenai filter aktif, yaitu jenis-jenis filter aktif serta prinsip kerjanya, aplikasi filter aktif serta fungsi dari op-amp pada rangkaian filter aktif sehingga diketahui pula pengaruh frekuensi terhadap banyak gelombang.
1.2 Tujuan
1. Untuk mengetahui pengaruh frekuensi terhadap banyak gelombang
2. Untuk mengetahui prinsip kerja dari low pass filter, high pass filter dan band pass filter
3. Untuk mengetahui aplikasi dari filter aktif
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Rangkaian filter yang dimaksud adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengurangi faktor
ripple yang terjadi pada suatu rangkaian penyearah. Umumnya komponen yang dipakai
adalah:
1. Kapasitor yang dihubungkan secara paralel pada terminal output penyearah. 2. Induktor yang dihubungkan secara seri pada penyearah
Penggunaan induktor sebagai filter. Pemakaian induktor L pada rangkaian penyearah setengah gelombang, sedangkan bentuk gelombang yang terjadi pada output-nya. Pada saat 0 < t < T/2, terjadi penyimpanan energi elektromagnetik pada induktor, sebesar:
E =
∫
P(t ) dt………...(2.1)
Kemudian pada saat T/2 < t < T, diode cut off dan terjadi pembuangan muatan dari konduktor L. Berdasarkan sifat induktor yang menyatakan bahwa tegangan pada inductor tidak dapat berubah dengan tiba-tiba dan berdasarkan persamaan Vo(t) = Vs(t) – VL(t), maka
diperolah bentuk tegangan. Penggunaan L dan C sebagai filter. Gabungan pemakaian L dan C pada penyearah akan menyebabkan akan menyebabkan tegangan dc yang dihasilkan makin baik dengan factor ripple sangat kecil. (Zuhal, 1993)
Arus sinyal elektronik terdiri dari dua atau lebih komponen-komponen frekuensi. Untuk contoh, sinyal dari stasiun radio siaran terdiri dari pembawa frekuensi radio dan kecerdasan audio frekuensi yang terkesan pada operator dengan proses yang disebut modulasi. Sinyal termodulasi, yang terdiri dari pembawa frekuensi tinggi dan sidebands yang membentuk gelombang termodulasi, bersama-sama membawa kecerdasan yang terkandung dalam frekuensi rendah komponen audio, disiarkan oleh pemancar radio dan dipilih oleh penerima radio. Pembawa frekuensi tinggi, frekuensi unik yang diberikan untuk stasiun tertentu, memungkinkan penerima untuk mendengarkan atau memilih stasiun siaran. Tapi begitu di penerima, pembawa frekuensi tinggi tidak lagi diperlukan. Hanya variasi amplitudo gelombang termodulasi di tingkat frekuensi audio yang dibutuhkan. Dalam salah satu tahap dari penerima frekuensi pembawa dihilangkan, variasi audio diperoleh, diperkuat, dan dibiarkan actuade pengeras suara. Proses yang disebut deteksi dan frekuensi filter yang digunakan untuk mencapai hal ini. Yang banyak contoh lain dari sinyal kompleks frekuensi
dalam elektronik. Sebuah sinyal stasiun televisi adalah salah satu contoh. Sinyal stasiun FM adalah hal lain. Dalam semua kasus frekuensi filter selektif yang digunakan untuk memisahkan arus sinyal yang diinginkan dan tidak diinginkan, menyampaikan komponen-komponen frekuensi yang dibutuhkan untuk sirkuit yang mengolahnya. Adalah tupes berbeda filter. Beberapa sangat selektif dan akan memungkinkan frekuensi tunggal atau band frekuensi yang sangat sempit melalui, menghaluskan semua orang lain. Ini disebut filter narrowband. Lainnya, disebut filter wideband, akan melewati pita lebar frekuensi sementara pelemahan semua orang lain. Filter memiliki klasifikasi lain , termasuk yang diklasifikasikan sebagai low-pass dan high-pass filter. Kami akan memeriksa karakteristik dari dua tipe yang terakhir dalam percobaan ini. Penyaringan dilakukan dengan aksi kapasitor, induktor, dan resistor, dalam kombinasi. Sirkuit resonansi LC adalah salah satu contoh atau frekuensi filter, untuk sirkuit ini sangat selektif mendukung satu frekuensi atas semua orang lain. Sebuah kapasitor, secara teoritis, menawarkan reaktansi tak terbatas untuk sinyal frekuensi nol, yaitu, untuk arus searah. Oleh karena itu , jika kapasitor ditempatkan secara seri dengan resistansi beban RL dalam gambar. Ini akan melewati komponen ac sinyal kompleks tapi blok komponen dc dari sinyal itu. Reaktansi kapasitor berbanding terbalik dengan frekuensi. Karakteristik ini digunakan untuk melewati frekuensi tertentu tapi menolak yang lain. Tingkat tegangan ac vR digabungkan dengan kapasitor C resistor R adalah vR = V cos θ = V x R Z ………... ………(2.2) Dimana θ = arctan XC R ………... ………(2.3)
Sudut tergantung pada nilai relatif dari C dan R, dan F frekuensi sumber sinyal diterapkan. Asumsikan ada tiga frekuensi dalam sinyal V kompleks, yaitu 159 Hz, 1590 Hz, dan 15.900 Hz. Reaktansi Xc C pada masing-masing frekuensi ini adalah , masing-masing, 10.00 , 1000, aand 100 ohm. Tegangan Vr dikirim ke R, pada 159 Hz adalah dari 10 persen dari V. Pada 1590 Hz lebih dari 70 % dari V dikirim ke R, dan pada 15.900 Hz lebih dari 99 % dari V dikirim ke R.
Hal ini jelas, karena itu, C yang akan memungkinkan frekuensi yang lebih tinggi untuk mencapai R dengan minimal redaman, tetapi akan menipiskan frekuensi yang lebih rendah. Ini adalah pada jenis filter lolos atas.
Reaktansi induktor bervariasi secara langsung dengan frekuensi. Karakteristik ini L digunakan untuk lulus frekuensi rendah ke R , tapi menolak frekuensi tinggi jika input mengandung frekuensi tinggi dan rendah. Tegangan di R menurun.
Seperti frekuensi berkurang, XL berkurang dan tegangan R meningkat . Ini adalah contoh dari low-pass filter. Penambahan kapasitor C di sirkuit ini meningkatkan penyaringan frekuensi lebih tinggi. Untuk sebagai frekuensi.
Untuk frekuensi F dari sinyal masukan meningkat, tidak hanya XL meningkat, mengurangi tegangan output, tapi Xc menurun, mengurangi impedansi dari rangkaian output , dengan demikian semakin mengurangi Vout.
Jika L diganti dengan resistor R, hasilnya akan tetap menjadi filter lolos bawah karena tindakan bypass capasitor C. Dimana frekuensi tinggi start cut- off tergantung pada nilai dua resistor dan dari capasitor C. Kami akan gunakan di sini definisi frekuensi cutoff sebagai frekuensi yang tegangan output yang hanya 70.7 persen dari output maksimum, yaitu, pada redaman yang setidaknya 29.3 persen dari maksimum. (Paul B. Zbar, 1983)
Penguat daya praktis menghasilkan arus-arus harmonik yang harus disaring kalau penguat daya tersebut dihubungkan ke suatu antena. Distorsi silih silang (overcross) terutama merupakan penyebab harmonik-harmonik ganjil, yang biasanya 15 sampai 20 dB di bawah tingkat sinyal. Perubahan perolehan arus merupakan penyebab harmonik-harmonik genap, yang khasnya 20 sampai 40 dB di bawah sinyal. Spesifikasi khas memerlukan harmonik yang harus diperlemah paling tidak 60 dB di bawah tingkat sinyal. Bersamaan dengan pengenalan transformator pita lebar, diperkenalkan penggunakan sejumlah filter dan bukan rangkaian “tangki” yang telah biasa digunakan dalam pemancar tabung hampa. Untuk semua frekuensi, keluaran harus melewatkan frekuensi fundamental sambil menolak (memintaskan) harmonik-harmoniknya; dengan ini membatasi lebar pita dari filter bersangkutan sampai maksimum 1 oktaf (filter praktis biasanya mempunyai lebar pita setengah oktaf). Karena (dengan memisalkan operasi tepat dari penguat daya) tidak ada sinyal di bawah frekuensi pembawa, filter lewat bawah (low pass) digunakan sebagai pengganti filter lewat pita (band pass).
Pada prinsipnya, tanggapan filter dapat didasarkan pada karakteristik Butterworth (rata maksimum) atau karakteristik Chebychev (kerutan sama). Karena biasanya diinginkan pita lewat yang besar dan perlemahan harmonik yang besar, suatu bagian elliptis (atau bagian Cauer atau jabaran-m) normalnya digunakan dalam hubungannya dengan bagian lewat bawah. Bagian elliptis dari filter mempunyai baik kerutan pita lewat (seperti dalam karakteristik Chebychev) maupun nilai-nilai nol (zero) dalam tanggapannya yang
memberikan roll-off yang cepat. Membesarkan perlemahan pada frekuensi tinggi dijamin oleh bagian lewat bawah.
Masukan ke filter merupakan sumber arus impedansi tinggi (kalau ini merupakan penguat kelas A atau B tanpa umpan-balik). Karena itu elemen pertama dari filter harus memberikan alur untuk arus-arus harmonic; suatu induktor seri akan tidak berpengaruh pada tanggapan filter (tetapi akan mengakibatkan penguat daya menjadi jenuh pada keluaran lebih rendah). Perubahan dalam impedansi beban dapat pula mengubah tanggapan filter. Banyak pedoman (manual) dan program analisis komputer untuk perencanaan filter didasarkan pada impedansi sumber terhingga dan beban-beban resistif murni.
(Hervert L.K, 1996)
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Komponen dan Peralatan 3.1.1 Komponen
1. Resistor (2 buah 4,7k Ω , 27k Ω , 47k Ω ) Fungsi : sebagai hambatan pada rangkaian 2. Kapasitor 2 buah (0,33μF)
Fungsi : untuk melewatkan gelombang sinyal listrik dan menyimpan muatan listrik.
3. IC Op-Amp LM 741 (1 buah)
Fungsi: sebagai penguat tegangan pada rangkaian
3.1.2 Peralatan
1. Jumper
Fungsi : sebagai penghubung antar komponen. 2. CPE-EO224007
Fungsi : sebagai alat untuk menguji pengoperasian dari LM741 3. Osiloskop
Fungsi : untuk melihat bentuk gelombang 4. Analog Design Unit
Fungsi : sebagai sumber tegangan
1. Disediakan peralatan serta komponen yang akan digunakan sesuai dengan percobaan.
2. Dirangkai komponen pada protobroad seperti pada gambar:
3. Dihubungkan pin 6 ke kutub (+) osiloskop dan pin 4 ke kutub (-) osiloskop.
4. Dihubungkan ground pin 3 ke PSA, kaki 4 ke (+12) PSA, dan kaki 7 ke (-12) PSA. 5. Dihubungkan R1 dan sambungan R2 dan C2 ke signal generator
6. Dihubungkan osiloskop, signal generator, dan PSA ke sumber tegangan PLN
7. Dihidupkan osiloskop, kemudian dikalibrasikan terlebih dahulu dalamkeadaan normal.
8. Dihidupkan signal generator, dan PSA
9. Diatur frekuensi 100Hz pada Signal Generator dan dilihat gelombang yang ditampilkan pada Osiloskop.
10. Diukur besar tegangan keluaran (Vout) melalui tampilan Osiloskop 11. Dicatat besar Vout dan dihitung Gain (G) yang diperoleh.
12. Diulangi prosedur nomor 8-10 untuk frekuensi 300 Hz, 500 Hz, 700 Hz, 900 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz, 1400 Hz.
13. Dicatat data yang diperoleh di kertas data dan kemudian dianalisa 14. Digambar grafik sesuai dengan tampilan dari layar osiloskop
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
Vin = 10 V
Frekuensi (Hz) Vo (Volt) Vo/Vi
100 7,5 0,75 300 7 0,7 500 6,5 0,65 700 6 0,6 900 5,9 0,59 1100 5,5 0,55 1300 5,2 0,52 1500 5 0,5
Medan, 12 April 2014
Asisten, Praktikan,
(Zefanya Pardosi) (Desman Kennedy S)
4.2 Analisa Data
1. Menentukan dB tegangan dengan rumus:
G = -20 log Vo V¿ Jawab: Frekuensi 200 Hz G = -20 log Vo V¿ G = -20 log 9 10 G = -20 log 0,9 G = 0,915 dB
2. Tentukan fc dari rangkaian dengan rumus:
fc = 1 2 π
√
R1R2C1C2 Jawab: fc = 1 2 π√
R1R2C1C2 fc = 1 2 π√
(
47 x 102Ω)
x(
47 x 102Ω)
x(
33 x 10−4F)
x(
33 x 10−4F)
fc = 1 2 π√
(240.56 ) fc = 2 π x 15.511fc = 97.41
fc = 0,0102 Hz
3. Apa yang menyebabkan kerapatan dari gelombang berbanding lurus dengan frekuensi? Jelaskan!
Jawab:
Hal yang menyebabkan kerapatan atau banyaknya gelombang berbanding lurus dengan frekuensi yaitu karena semakin tinggi frekuensi maka banyak gelombang yang ditampilkan pada osiloskop akan semakin rapat/semakin banyak gelombang yang terbentuk
4. Menentukan banyak gelombang dari masing-masing frekuensi dengan rumus: f = nt
Jawab:
Pada saat f = 200 Hz; t = 2 ms = 0,002 s; (output) maka:
f = nt n = f x t
n = 200 Hz x 0,002 s n = 0,4
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Pengaruh frekuensi terhadap banyak gelombang adalah dimana frekuensi berbanding lurus dengan banyak gelombang, semakin besar frekuensi maka banyak gelombang akan semakin banyak dan sebaliknya, apabila frekuensi kecil maka banyak gelombang juga akan kecil, atau dapat ditulis: f = n/ t.
2. Prinsip kerja dari low pass filter, high pass filter,band pass filterdan band reject
filteradalah sebagai berikut:
a. Low Pass Filter (LPF), yaitu jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam atau menaikkan frekuensi tinggi.
b. High Pass Filter (HPF), yaitu jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi dan meredam atau menahan frekuensi rendah.
c. Band Pass Filter adalah sebuah pita frekuensi yang melewatkan frekuensi di daerah sekitar saja dan menolak frekuensi d luar daerah.
d. Band Reject Filter (BPF) yaitu filter band elimination menolak pita frekuensi tertentu dan melewatkan frekuensi di luar pita tersebut.
3. Aplikasi filter aktif adalah yaitu pada audio amplifier yang bekerja dalam mengatur sinyal yang dilewatkannya, pada rangkaian pembangkit gelombang (rangkaian osilator) maupun transmitter, dalam mengatur frekuensi yang akan dihasilkannya, dan juga pada receiver pemancar dalam menentukan frekkuensi gelombang yang akan diterimanya.
4. Fungsi Op-amp pada rangkaian filter aktif adalah Pada masing masing filter aktif menggunakan op-amp sebagai elemen aktifnya dan tahanan, kapasitor sebagai elemen pasifnya. Op-amp dengan high speed seperti LM301, LM318 dan lainnya digunakan pada rangkaian filter aktif untuk mendapatkan slew rate yang cepat dan penguatan serta bandwidth bidang kerja lebih baik.
5.2 Saran
2. Sebaiknya praktikan selanjutnya memahami menghubungkan rangkaian pada osiloskop
3. Sebaiknya praktikan selanjutnya lebih teliti dalam mengamati gelombang yang dihasilkan pada osiloskop
DAFTAR PUSTAKA
Krauss, Herbert L. TEKNIK RADIO BENDA PADAT. New York: Virginia Polytechnic and State University.
Halaman : 427-429
Zbar, Paul B. 1983. BASIC ELECTRICITY. Fifth Edition. New York: McGraw-Hill Book Company.
Pages : 315-316
Zuhal. 1993. DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK DAN ELEKTRONIKA DAYA. Jakarta:
PT Gramedia Pustaka Utama. Halaman : 202-203
Medan, 12 April 2016 Asisten, Praktikan,
(Desi Permata Sari) (Desman Kennedy S)
TUGAS PERSIAPAN NAMA : Desman Kennedy Siringoringo
NIM : 140801051
KELOMPOK : I/B
JUDUL PERC. : Filter Aktif
ASISTEN : Desi Permata Sari
1. Tuliskan dan pelajari tentang filter aktif sebanyak-banyaknya! 2. Aplikasi dari filter aktif?
Jawab:
1. Filter aktif adalah istilah yang sering digunakan untuk melukiskan suatu kekalang filter yang terdiri dari unsur aktif dan unsur pasif. Unsur aktifnya biasanya adalah penguat operasi dan unsur pasifnya adalah resistor dan kondensator. Resistor dan kondensator biasanya dibuat menjadi bagian dari kalang umpanbalik yang dipasang sedemikian rupa sehingga memberikan karakteristik frekuensi
Filter Aktif yaitu filter yang menggunakan komponen aktif, biasanya transistor atau penguat operasi (op-amp). Konsep dan karakteristik dari filter aktif dapat dilihat dari beberapa respon/jenis filter aktif, sebagai berikut:
FILTER LOLOS-RENDAH ( LOW-PASS FILTER )
Gambar1. Kurva Umum Karakteristik Filter Lolos-Bawah
Keterangan : (dB) Vi Vo
= amplitude response (tanggap amplitudo), satuannya deci Bell fc = cutoff frequency Berdasar definisi : Vi Vo log 20 dB 10
Jika Vo > Vi; terjadi penguatan, nilai dB merupakan nilai positif !
Jika Vo < Vi; terjadi pelemahan (atenuasi), karena dB-nya menjadi negatif !
Filter lolos-rendah orde pertama (1st order) rolloff-nya -6 dB/oktaf atau -20 dB/dekade.
Filter lolos-rendah orde kedua (2nd order) rolloff-nya -12 dB/oktaf atau -40 dB/dekade.
Filter lolos-rendah orde ketiga (3rd order) rolloff-nya -18 dB/oktaf atau -60 dB/dekade. FILTER LOLOS -TINGGI ( HIGH PASS FILTER )
Filter ini akan menahan semua sinyal yang frekuensinya di bawah frequency cutoff serta akan meneruskan sinyal di atasnya.
Gambar3. Kurva Karakteristik Filter Lolos-Tinggi Secara Umum
FILTER LOLOS-PITA ( BANDPASS FILTER )
Filter lolos-pita akan meneruskan sinyal-sinyal dengan frekuensi antara (median frequency) dan menahan frekuensi di bawah dan di atas median tersebut.
Gambar4. Kurva Karakteristik Filter Lolos-Pita
Jika diketahui lebar pita dan frekuensi tengahnya maka :
fo = (fH fL)1/2
2 fo 2 BW BW f 2 1 2 2 L fH = fL + BWLebar pita (BW) dan frekuensi tengah (fo) à faktor kualitas (Q)
BW fo Q atau fH fL fo Q
L H 2 1 L H f f f f QGambar5. Q Pada Filter Lolos Pita
FILTER NOTCH ( THE NOTCH FILTER )
Filter ini akan menghalangi atau menahan sinyal-sinyal dengan frekuensi antara (median) dan akan meneruskan sinyal-sinyal dengan frekuensi di bawah dan di atas frekuensi antara.
Gambar6. Filter Notch
Filter aktif dilengkapi dengan transistor atau op-amp selain tahanan dan kapasitor. Pada masing – masing jenis filter aktif menggunakan op-amp sebagai elemen aktifnya dan tahanan, dan kapasitor sebagai elemen pasifnya.
2. Aplikasi filter aktif, yaitu: - Berfungsi dalam peralatan bell
- Bermanfaat dalam peralatan sound system
- Filter Aktif Seri banyak digunakan untuk memfilter harmonisa dan memkompensasi distorsi tegangan seperti tegangan kedip, fliker tegangan dan tegangan tidak seimbang pada level sistem tegangan tinggi dan tegangan rendah.
