BAND-PASS FILTER PADA SISTEM PENGANALISIS KOMPONEN FREKUENSI HARMONISA ARUS BEBAN PERALATAN LISTRIK TUGAS AKHIR - Band-pass filter pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik - USD Repository

ARUS BEBAN PERALATAN LISTRIK

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

Nama : Zainal Xaperius

NIM : 045114032

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

By:

Name : Zainal Xaperius

Student Number: 045114032

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

v

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,

kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

Yogyakarta, 5 November 2008

vi

Kupersembahkan karya tulis ini kepada:

TUHAN YESUS KRISTUS

ORANG TUA YANG SAYA KASIHI

SAUDARA DAN TEMAN-TEMAN YANG TELAH

MEMBERIKAN SEMANGATNYA

Motto:

Di dalam TUHAN aku percaya pada-Nya dan

berikan yang terbaik bagi orang tua, saudara

dan teman-teman yang kita cintai disekitar

vii

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Zainal Xaperius

Nomor Mahasiswa : 045114032

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

BAND-PASS FILTER PADA SISTEM PENGANALISIS KOMPONEN FREKUENSI HARMONISA ARUS BEBAN PERALATAN LISTRIK

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 16 Desember 2008

Yang menyatakan

viii

Penggunaan beban peralatan listrik yang non linier, mengakibatkan bentuk gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan pada komponen elektronika daya peralatan listrik. Bentuk gelombang yang tidak sinus akan menimbulkan adanya komponen harmonisa selain frekuensi fundamental. Dalam penelitian ini untuk mencari komponen harmonisa menggunakan BPF (Band-Pass Filter) terkendali digital.

Band-Pass Filter diimplementasikan dengan menggunakan topologi state variable filter. BPF berfungsi untuk memperoleh sinyal harmonisa yang diinginkan sebanyak 31 harmonisa. Pengendalian digital BPF menggunakan multiplying digital to analog converter (DAC). Sinyal input pengendali digital BPF diperoleh dari output mikrokontroler AT89S52. Pada implementasi, terdapat tiga buah BPF yang dikaskadekan. Pemilihan BPF yang diinginkan dilakukan oleh PC melalui pemilih orde. Peak detector mengambil sinyal puncak output BPF. ADC mengubah tegangan analog output peak detector menjadi bit-bit digital untuk dikirim ke mikrokontroler.

Dari hasil pengujian BPF, pada BPF1 telah bekerja cukup baik dengan galat rata-rata pada Fo dan Av sebesar 0,11% dan 13,8% meskipun galat rata-rata pada BW dan Q cukup besar sebesar 25,84% dan 21,81%. Pada BPF2 dan BPF3 galat rata-rata yang diperoleh cukup besar meskipun pada Fo kecil sebesar 0,12% dan 0,11%, galat rata-rata BPF2 untuk BW, Q dan Av sebesar 29,08%; 23,02% dan 28,84%. Galat rata-rata BPF3 untuk BW, Q dan Av sebesar 31,17%; 23,9% dan 46,4%. Pada pengujian sistem, sistem mampu mengambil frekuensi fundamental dan frekuensi harmonisa sebanyak 31 harmonisa.

ix

The usage of non linier electricity load caused an uneven current wave that was compared to the voltage wave in the power electronic components of electrical equipment. Current waveform which not sine will conduct harmonic component rather than fundamental frequency. This research in order to find harmonic component using digitally-controlled BPF (Band-Pass Filter).

Band-Pass Filter was implemented using the state variable filter topology. BPF functions to obtain harmonic signal as much 31 harmonics. BPF digital control employed the multiplying digital to analog converter (DAC). The BPF digital controlled input signal was obtained from the AT89S52 microcontroller output. On the implementation, there were three BPFs which were cascaded. The selection of the desired BPF was done by the PC using the order selection. Peak detector

extracted the BPF output peak signal. ADC altered the analog voltage output of peak detector into digital bits to be sent to the microcontroller.

From the experiments, BPF1 had functioned quite well with the error average on Fo and Av valued for 0,11% and 13,8% although the error average on BW and Q was quite substantial with the values of 25,84% and 21,81%. On BPF2 and BPF3, the error average was quite substantial although the Fo valued for 0,12% and 0,11%, the error average for BPF2 on its BW, Q and Av valued for 29,08%; 23,02% and

28,84%. The error average for BPF3 on the BW, Q and Av valued for 31,17%; 23,9% and 46,4%. On the system experiments, the system could extract fundamental

x

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

Dalam proses penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan perhatian dan bantuan dengan caranya masing-masing sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih antara lain kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus atas rahmat dan berkat kasih-Nya.

2. Bapak dan mama yang telah memberikan doa dan semangat yang tidak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku pembimbing I atas bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal sampai tugas akhir ini bisa selesai. 4. Bapak A. Bayu Primawan S.T., M.Eng., selaku pembimbing II yang telah

bersedia meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat berguna untuk tugas akhir ini.

5. Ibu Bernadeta Wuri H. S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Wakil Dekan I Fakultas Sains dan Teknologi.

xi

9. Teman-teman kelompok tugas akhir : Lucia, Erik, dan Guntur. Terima kasih atas pertemanan dan kerja samanya.

10.Teman-teman elektro : Wharton P., Henry R., Bayu P., Yohanes D.I., Sumin, dan Edi, serta teman-teman angkatan ’04 lainnya yang selalu berbagi cerita dan bersama dalam kuliah dan tugas akhir ini. GBU 2 all.

11.Teman-teman kost ku: Ricky N., Febrian, “Gondrong”, Anton, Leo, dan Mas Pristo. Terima kasih atas partisipasi kalian. Selamat berjuang ya.

12.Seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu.

Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, 5 November 2008

xii

Halaman

JUDUL …. ... i

HALAMAN PERSETUJUAN OLEH PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO ... vi

LEMBAR PENRYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xix

DAFTAR LAMPIRAN ... xx

BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Batasan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.4. Manfaat Penelitian ... 4

1.5. Metodologi Penelitian ... 4

1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II. DASAR TEORI 2.1. Harmonisa ... 6

2.2. Deret Fourier ... 6

2.3. Penguat Operasional (Operational Amplifier, Op-Amp) Sebagai Pembangun Dasar ... 9

2.3.1. Dasar-Dasar Penguat Operasional... 9

xiii

2.3.5. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) ... 14

2.3.6. Integrator ... 14

2.4. Filter ... 16

2.5. Band Pass Filter (BPF) ... 17

2.6. State Variable Filter (SVF) ... 20

2.7. Pengubahan Analog ke Digital ... 27

2.8. Pengubahan Digital ke Analog (DAC) ... 30

2.9. Akurasi dan Resolusi ... 31

2.10.Mikrokontroler AT89S52 ... 31

2.10.1. Fasilitas yang dimiliki AT89S52 ... 32

2.10.2. Deskripsi fungsi pin AT89S52 ... 33

2.11.Peak Detector ... 35

2.12.Saklar Mekanik ... 36

2.13.Relay ... 36

2.14.Saklar Transistor ... 37

2.15.LED (Light Emitting Diode) ... 39

2.16.Phototransistor ... 40

BAB III. RANCANGAN PENELITIAN 3.1. Diagram Blok Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik ... 42

3.2. Multiplier (Pengali) ... 43

3.3. Perancangan Band Pass Filter ... 45

3.4. Peak Detector ... 51

3.5. Pengubah Analog ke Digital ... 53

3.6. Optocouplers Sebagai Isolator ... 54

3.7. Transistor Sebagai Pengaktif Relay ... 55

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengujian Sistem ... 57

xiv

4.4. Hubungan Antara Input Digital dengan Galat ... 74

4.5. Pemilih Orde BPF ... 78

4.6. Peak Detector ... 79

4.7. ADC (Analog To Digital Converter) ... 80

BAB V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 83

5.2. Saran ... 84

DAFTAR PUSTAKA

xv

Halaman

Gambar 2.1. Gambar gelombang kotak ... 8

Gambar 2.2. Gambar fundamental dan harmonisa 3 ... 8

Gambar 2.3. Simbol Op-Amp dalam rangkaian ... 9

Gambar 2.4. Catu daya bipolar sederhana ... 10

Gambar 2.5. Comparator non inverting dengan bias positif ... 10

Gambar 2.6. Comparator inverting dengan bias positif ... 10

Gambar 2.7. Rangkaian penguat inverting ... 11

Gambar 2.8. Rangkaian penguat non inverting ... 12

Gambar 2.9. Rangkaian pengikut tegangan ... 12

Gambar 2.10. Rangkaian penguat inverting tanpa pengikut tegangan ... 13

Gambar 2.11. Rangkaian penguat penjumlah ... 14

Gambar 2.12. Rangkaian integrator Op-Amp ... 14

Gambar 2.13. Rangkaian integrator yang menggunakan resistor untuk meminimalkan offset terror ... 15

Gambar 2.14. Karakteristik ideal filter pelewat jalur ... 16

Gambar 2.15. SinyalHPF, LPF dan BPF ... 17

Gambar 2.16. Tanggapan amplitudo BPF ... 19

Gambar 2.17. Tanggapan amplitudo BPF orde 2 dengan berbagai nilai Q ... 20

Gambar 2.18. Diagram blok yang merepresentasikan persamaan (2.29) ... 22

Gambar 2.19. Rangkaian realisasi untuk blok penjumlah ... 23

Gambar 2.20. Rangkaian filter pelewat jalur ... 23

Gambar 2.21. Rangkaian ternormalisasi filter pelewat jalur……….25

Gambar 2.22. Rangkaian ternormalisasi filter pelewat jalur untuk menghasilkan faktor kualitas sebesar Q dan penguatan amplitudo sebesar Ao………..26

Gambar 2.23. Blok diagram BPF orde 2 dikaskade tiga ... 26

Gambar 2.24. Contoh gelombang kaskade yang diinginkan ... 27

Gambar 2.25. Diagram pengubah sinyal analog menjadi digital ... 27

xvi

Gambar 2.29. Konfigurasi Pin AT89S52 ... 32

Gambar 2.30. Rangkaian detektor puncak sederhana ... 35

Gambar 2.31. Rangkaian detektor puncak dengan diode presisi ... 35

Gambar 2.32. Rangkaian saklar mekanik ... 36

Gambar 2.33. Relay ... 37

Gambar 2.34. Rangkaian saklar transistor ... 37

Gambar 2.35. Karakteristik output transistor ... 38

Gambar 2.36. Transistor sebagai saklar tertutup ... 39

Gambar 2.37. Transistor sebagai saklar terbuka... 39

Gambar 2.38. Rangkaian LED………..40

Gambar 2.39. Rangkaian Phototransistor ... 41

Gambar 3.1. Diagram blok sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatam listrik ... 42

Gambar 3.2. Simbol pengali ... 43

Gambar 3.3. DAC yang dihubungkan ke sebuah Op-Amp ... 44

Gambar 3.4. Rangkaian multiplying DAC... 45

Gambar 3.5. Rangkaian filter pelewat jalur ternormalisasi yang dikendalikan oleh k ... 46

Gambar 3.6. Bandwidth dua filter yang saling overlap ... 47

Gambar 3.7. Bandwidth minimum antar frekuensi pusat yang diinginkan ... 47

Gambar 3.8. Rangkaian BPF terkendali kode digital (kon) ... 49

Gambar 3.9. Rangkaian pengikut tegangan ……….49

Gambar 3.10. Untai BPF menggunakan multiplying DAC ... 50

Gambar 3.11. Blok BPF orde 2 dikaskade 3 ... 51

Gambar 3.12. Rangkaian peak detector ... 52

Gambar 3.13. Konfigurasi ADC0804 ... 53

Gambar 3.14. Rangkaian optocouplers ... 55

Gambar 3.15. Transistor sebagai pengaktif relay ... 56

Gambar 4.1. Gambar sinyal input arus dan frekuensi fundamental BPF1 ... 58

xvii

osciloscop digital dengan FFT... 61

Gambar 4.5. Gambar harmonisa ganjil dan genap pada osciloscop digital ... 62

Gambar 4.6. Tanggapan magnitude BPF hasil pengamatan bit 100 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 1000 Hz ... 64

Gambar 4.7. Tanggapan magnitude teoritis pada bit 100 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 1000 Hz ... 64

Gambar 4.8. Tanggapan magnitude hasil pengamatan pada bit 15 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 149,8 Hz ... 65

Gambar 4.9. Tanggapan magnitude teoritis pada bit 15 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 150 Hz ... 65

Gambar4.10. Tanggapan magnitude hasil pengamatan pada bit 155 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 1553,2 Hz ... 66

Gambar4.11. Tanggapan magnitude teoritis pada bit 155 dengan frekuensi pusat BPF1, BPF2 dan BPF3 sebesar 1550 Hz ... 66

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara input digital dengan frekuensi pusat BPF berdasarkan hasil pengamatan dan teori ... 68

Gambar 4.13 Grafik hubungan antara input digital dengan bandwidth setiap BPF ... 70

Gambar 4.14 Grafik hubungan antara input digital dengan faktor kualitas hasil pengamatan dan teori ... 71

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara input digital dengan penguatan amplitudo berdasarkan hasil pengamatan dan teori ... 72

Gambar 4.16 Gelombang sinyal pada frekuensi 1450 Hz, 1500 Hz dan 1550 Hz yang tidak overlap ... 74

Gambar 4.17 Grafik hubungan antara input digital dan galat frekuensi pusat ... 76

Gambar 4.18 Grafik hubungan antara input digital dan galat bandwidth ... 76

Gambar 4.19 Grafik hubungan antara input digital dan galat faktor kualitas ... 77

xviii

xix

Tabel 2.1. Fungsi khusus port 3 ... 33 Tabel 4.1. Frekuensi sisi atas dan frekuensi sisi bawah BPF saat 100(d) ... 64 Tabel 4.2. Bandwidth setiap BPF saat masukan digital 100(d) ... 64 Tabel 4.3. Data pengamatan fH, fL, bandwidth dan faktor kualitas pada

xx

1. Gambar 1 Rangkaian lengkap BPF pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik ... L2 2. Gambar 2 Rangkaian BPF dengan pengali ... L3 3. Gambar 3 Hasil simulasi BPF ... L3 4. Tabel 1 Hasil pengamatan amplitudo harmonisa BPF

untuk input 9,6 Ipp ... L4 5. Tabel 2 Hasil pengamatan amplitudo harmonisa BPF

untuk input 8,16 Ipp ... L5 6. Tabel 3 Hasil pengamatan amplitudo harmonisa BPF

untuk input 8,8 Ipp ... L6 7. Tabel 4 Hasil pengamatan tegangan output BPF dari bit 5 sampai bit 155 dengan

kenaikan 5 bit dalam satuan Vpp dan input 1Vpp ... L7 8. Tabel 5 Hasil pengamatan tanggapan magnitude dari bit 5 sampai

bit 155 dengan kenaikan 5 bit ... L19 9. Tabel 6 Tabel tanggapan magnitude teoritis dari bit 5 sampai bit 155

dengan kenaikan 5 bit ... L32 10. Tabel 7 Hasil pengamatan Fo, fL, fH dan hasil perhitungan bandwidth (BW),

faktor kualitas (Q) berdasarkan hasil pengamatan setiap kenaikan 5 bit .. L46 11. Tabel 8 Perhitungan fH, fL, bandwidth dan faktor kualitas secara

xxi

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi pada saat ini telah mempengaruhi segala bidang kehidupan manusia, termasuk dalam bidang elektronika. Kemajuan dalam bidang elektronika membawa perkembangan dalam hal peralatan listrik dan peralatan elektronika. Peralatan listrik yang telah ada dalam dunia industri maupun peralatan elektronika mengarah pada aplikasi elektronika. Pada saat ini telah banyak teknologi yang digunakan manusia dalam kehidupannya, namun tidak menutup kemungkinan teknologi yang sudah ada saat ini terus berkembang yang akan menunjang kelancaran kehidupan manusia.

Penggunaan beban peralatan listrik yang non linier, mengakibatkan bentuk gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan pada komponen elektronika daya peralatan listrik. Bentuk gelombang yang tidak sinus akan menimbulkan adanya komponen harmonisa selain frekuensi fundamental. Komponen arus dapat menimbulkan banyak implikasi pada jala-jala daya listrik. Hal ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya listrik, selain itu dapat menginteferensi saluran komunikasi. Dalam menganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik diperlukan peralatan yang mampu merekam bentuk gelombang yang

diperoleh dari sumber agar sesuai dengan kenyataan yang nantinya bentuk gelombang dapat terlihat pada unit penampil.

Untuk memperoleh bentuk gelombang arus beban peralatan listrik, sistem menggunakan sensor arus berupa resistor yang akan diambil besaran tegangan pada saat resistor dialiri arus listrik, sedangkan sensor tegangan menggunakan resistor sebagai pembagi tegangan dan dilakukan penguatan tegangan. Sinyal tegangan output penguat dari sensor arus dan tegangan selanjutnya diolah oleh mikrokontroler II setelah sebelumnya melalui ADC untuk diketahui nilai Irms dan Vrms sehingga dapat dihitung nilai Prms. Sinyal tegangan output penguat dari sensor arus kemudian diinputkan ke dalam BPF terkendali digital. BPF ditala pada frekuensi tertentu (fundamental atau harmonisanya), yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Output filter dimasukkan ke dalam rangkaian yang dapat mengambil nilai puncak gelombang, yang kemudian dihubungkan ke pengubah tegangan analog menjadi data digital. Data digital kemudian direkam oleh mikrokontroler I sesuai dengan komponen frekuensi harmonisa orde tertentu sesuai penalaan BPF. Setiap kali mengubah frekuensi pusat dari BPF, dilakukan pengukuran terhadap amplitudo gelombang. Hasil pembacaan amplitudo komponen harmonisa ini dapat langsung dikirimkan ke PC. Kemudian data diproses lebih lanjut untuk menggambarkan grafik hubungan antara amplitudo arus beban komponen harmonisa sebagai fungsi orde frekuensi harmonisa listrik jala-jala. Sarana bantu pemrograman menggunakan Visual Basic.

digital. Pengubahan sinyal analog ke sinyal data digital dikenal dengan Analog to Digital Converter (ADC)

1.2. Batasan Masalah

Pada penelitian ini, dilakukan batasan-batasan terhadap sistem yang akan diteliti. Batasan yang dilakukan antara lain :

1. Dalam realisasi digunakan Penapis Peubah Kondisi (State Variable Filter, SVF) yang berbasis pada orde 2 yang dikaskade tiga.

2. Faktor kualitas dipilih sebesar 40. 3. Penguatan amplitudo sebesar 1.

4. Jangkauan frekuensi pusat, yaitu mulai 50 Hz sampai dengan 1550 Hz, dengan kenaikan 10 Hz/bit.

5. Pengendalian frekuensi pusat menggunakan Digital to Analog Coverter 8 bit.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan yang diharapkan dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengaplikasikan Filter Pelewat Jalur terkendali digital untuk melewatkan komponen frekuensi tertentu, yaitu frekuensi fundamental atau komponen frekuensi harmonisa, dan menerapkannya untuk penganalisis komponen harmonisa.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dapat diperoleh dari penelitian ini adalah 1. Sistem pengendalian yang dilakukan lebih praktis.

2. Sebagai referensi yang dapat mendukung penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan Filter Pelewat Jalur.

3. Sebagai dasar pengembangan untuk aplikasi yang lebih bervariasi. 1.5. Metodologi Penelitian

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini dilakukan beberapa metodologi penelitian. Adapun metodologi penelitian yang dilakukan terdiri dari :

1. Studi pustaka, yaitu dengan mengumpulkan dan mempelajari berbagai informasi, baik dari buku, makalah maupun internet mengenai hal-hal yang berkaitan dengan Filter Pelewat Jalur, sehingga informasi yang diperoleh dapat digunakan sebagai referensi pendukung dalam penyusunan laporan. 2. Merealisasikan pengetahuan yang diperoleh dalam bentuk perancangan

hardware.

3. Melakukan pengujian terhadap hasil perancangan agar dapat diketahui hasil secara realistis.

4. Menganalisis hasil pengujian dan membandingkan dengan teori yang ada. 5. Mengambil kesimpulan terhadap perancangan dan pengujian yang telah

1.6

Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini terbagi menjadi 5 bab yang disusun sebagai berikut :

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian serta sistematika penulisan.

BAB II. DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan-penjelasan umum serta persamaan matematis yang berkaitan dengan filter pelewat jalur terkendali digital, Analog to Digital Converter (ADC), Digital to Analog Converter (DAC), Peak detector.

BAB III. RANCANGAN PENELITIAN

Bab ini berisi tentang rancangan filter pelewat jalur terkendali digital pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik, yang meliputi diagram blok, penjelasan cara kerja secara singkat dan pemilihan komponen.

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil pengamatan dan pembahasan dari pengujian yang telah dilakukan.

BAB V. PENUTUP

DASAR TEORI

2.1 Harmonisa

Harmonisa adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan

frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi

dasarnya[1]. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang

aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan

harmonik. Misalnya, frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka

harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonik

ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya.

Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni/aslinya

sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara gelombang

murni sesaat dengan gelombang hormonisanya.

2.2 Deret Fourier

Setiap gelombang perodik, yaitu yang merniliki bentuk f(t) = f(t + T) dapat

dinyatakan oleh sebuah deret fourier bila mernenuhi persyaratan Dirichlet:

1. bila gelornbang diskontinu, hanya terdapat jumlah diskontinuitas yang terbatas

dalam perioda T.

2. gelombang memiliki nilai rata-rata yang terbatas dalam perioda T.

3. gelombang memiliki jumlah maksimum dan minimum yang terbatas dalam

perioda T.

B S d d k d m b ( A N d k s f Bila syarat-s Secara umum dengan :

dimana h ad

komponen d

dc atau nila

muncul dala

berbentuk si

(terdistorsi)

Amplitudo h

Nilai-nilai c

dikenal deng kotak pada sinus yang frekuensi fun syarat terseb m, tegangan

dalah orde h

dasar atau fu

ai rata-rata d

am jaringan

inusoidal sem

memiliki ko

harmonisa bi

c sebagai fu

gan 'spektrum

gambar 2.1

mempunyai

ndamental d

but dipenuhi,

dan arus da

harmonisa, y

undamental dari gelanba sistem arus mpurna, mak oefisien-koef isa dinyataka

ungsi h seri

m frekuensi

yang perio

nilai ampli

dan frekuens

, deret Fouri

apat dinyatak

yaitu bilang

dari gelomb

ang, yang m

bolak-balik

ka orde h=l

fisien dengan

an sebagai :

, h≥

ingkali diga

' gelombang

odis dapat d

itudo dan fr

i harmonisa.

er dapat diny

kan dalam de

an 1,2,3…d

bang. Suku a

mana umum

k. Bila gelom

saja yang ad

n indeks h.

≥1

ambarkan d

g. Sebagai co

diuraikan me

rekuensi tert

.

yatakan dala

eret Fourier

dst. Orde h=

ao rnenyatak

mnya kompon mbang arus da. Gelomba alam suatu ontoh, denga enjadi bany tentu, yang am bentuk: (2.1) sebagai: (2.2) (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) =1 menyatak kan kompon

nen ini tid

atau tegang

ang yang cac

(2.7)

barchart d

an input siny

G s H D f g k Gambar 2.2 sinus Hasil pengur Dari hasil fundamental gelombang

kecil dan fre

Ga

Contoh hasi

Gambar 2

raian gelomb

penguraian

l yang mem

berikutnya

ekuensinya s

ambar 2.1 G

il penguraian

.2 Gelomban

bang kotak d

sinyal kota mpunyai am merupakan semakin naik Gambar gelom n gelombang ng fundamen dapat dilihat ak, gelomba mplitudo ma gelombang

k dengan kel

mbang kotak

g kotak men

ntal dan harm

t pada rumus

ang sinus p

aksimum de g harmonisa lipatan bilan k[2]. ghasilkan ge monisa 3[2]. s berikut: pertama ada engan frekue a, amplitudo gan bulat. elombang . (2. alah frekuen

ensi d

onya semak 8)

nsi

dan

2.3. Penguat Operasional (Operational Amplifier, Op-Amp)

sebagai pembangun dasar

2.3.1 Dasar-Dasar Penguat Operasional

Istilah penguat operasional atau Op-Amp awalnya dikenal dalam bidang

elektronika analog dan biasanya digunakan untuk operasi-operasi aritmatika seperti

penjumlahan, integrasi, dll. Op-Amp sebenarnya merupakan sebuah penguat

tegangan DC diferensial. Adapun simbol Op-Amp dalam suatu rangkaian

ditunjukkan oleh gambar 2.3.

Gambar 2.3 Simbol Op-Amp dalam rangkaian

karakteristik ideal yang dimiliki, yaitu : lebar pita yang tak berhingga (infinite

bandwidth), impedansi input yang tak berhingga (infinite input impedance), serta

impedansi output sama dengan nol (zero output impedance). Dari gambar 2.3

terlihat bahwa Op-Amp memiliki dua input, yaitu input positif (V+) dan input

negatif (V-). Biasanya Op-amp diberi catu daya dengan polaritas ganda atau bipolar

dalam jangkauan ± 5 volt hingga ± 15 volt. Untuk keperluan eksperimen yang

murah, kita dapat membuat catu daya bipolar sederhana seperti ditunjukkan pada

C

Seperti tel

outputnya

maka suat

bias DC p

diinginkan

mana yang

oleh gamb

Dari gamb

Vi > Vref

Comparator

G

lah disebutk

mengindika

tu Op-Amp

pada input O

n. Hal ini ter

g diberi bias

bar gambar 2

Gambar 2

bar 2.5 terlih

maka Vo =

inverting de

Gamba

Gambar 2.4 C

kan sebelum asikan mana dapat digu Op-Amp, lev rgantung pul s. Comparat 2.5. 2.5 Compara

hat bahwa saa

Vsat.

engan bias p

ar 2.6 Compa

Catu daya bip

mnya, Op-Am

a diantara ke

unakan sebag

vel transisi d

la pada pola

tor non inve

ator non inve

at Vi < Vref

ositif ditunju

arator invert

-Vsat

Vsat polar sederh

mp memilik

edua teganga

gai compara

dapat diset p

aritas bias da

erting denga

erting denga

f maka Vo =

ukkan oleh g

ting dengan b

Vs Vo Vref -V Vref Vo hana

ki dua inpu

an input yan

ator. Dengan

pada level t

an pada term

an bias posit

an bias positi

-Vsat, sedan gambar 2.6. bias positif sat Vi Vsat Vi

ut. Agar stat

ng lebih bes

D V r m O

2

2

Dari gambar Vref maka

rangkaian O

menggunaka Op-Amp itu

2.3.2 Peng

R K Penguatan dapat ditul Dengan de atau lebih tersebut sa

2.3.3 Peng

R

r 2.6 terlihat

Vo = -Vs

Op-Amp ya

an umpan ba

u sendiri.

guat Mem

Rangkaian pe

G

Keterangan :

n tegangan a

liskan sebag

emikian, pen

dari 1. Bia

ama dengan

guat tidak

Rangkaian pe

t bahwa saat

sat. Selanjut

ang diguna

alik eksterna

balik (Inv

enguat inver

Gambar 2.7 R

: Ra = Hamb

atau perband

gai :

nguatan tega

asanya Ra =

Ra.

membalik

enguat non i

t Vi < Vref m

tnya pada p

akan dalam

al yang berg

verting Am

rting ditunju

Rangkaian p

batan input, R

dingan tegan

angan bisa k

1KΩ, karen

k (Non Inv

inverting ditu

maka Vo = V

pembahasan

filter akti

guna untuk m

mplifier)

kkan pada g

penguat inve

Rb = Hamba

ngan output kurang dari na impedans

verting Am

unjukkan ole Vsat, sedang n-pembahasa

f selalu be

menstabilkan

gambar 2.7.

erting

atan umpan b

t terhadap t

1, sama den

si input pen

mplifier)

eh gambar 2

gkan saat Vi

an berikutny erbentuk at n karakterist balik egangan inp (2.9)

ngan 1 (uni

nguat inverti

2

Persamaan

2.3.4 Peng

P

dan memil

tegangan b

oleh beba sama deng Gambar 2. Jika diban rangkaian tegangan s Ga

n untuk men

gikut Tega

Pengikut teg

liki fungsi y

berfungsi un an. Tegangan gan tegangan .9 menunjuk G ndingkan de pengikut te

selalu = 1

ambar 2.8 Ra

entukan pen

angan (Vo

angan kadan

ang sama se

ntuk mempe

n output ya

n input.

kkan rangkai

Gambar 2.9 R

engan rangk

egangan, Ra

angkaian pen

nguatan tegan

oltage Follo

ng-kadang d

eperti pengik

ertahankan t

ang dihasilk

ian pengikut

Rangkaian p

kaian pengua

= ∞ dan R

nguat non in

ngan adalah

ower)

disebut sebag

kut emiter (e

tegangan ou

kan rangkaia

tegangan.

pengikut tega

at non inve

Rb = 0. Den

verting

:

gai penyang

emitter follow

utput agar ti

an buffer te

angan

erting (gamb

ngan demiki

(2.10)

gga atau buff

wer)[3]. Buff

idak terbeba

egangan per

bar 2.8), pa

B

p

R

s

S

pengikut t

masukan i

Ga

Berdasarkan

penguat inve

Ri, seperti p

sesungguhny Hal terseb tegangan m Untuk me sebagai pe digunakan besar sehin Sebagai cont

tegangan, y

nverting.

ambar 2.10 R

n gambar 2.1

erting, pengu

pada persam

ya harus mel

but memper

masukan Ein

engatasi hal

enyangga seb

n apabila tah

ngga arus ya

toh, gambar

yang mana

Rangkaian pe

10, apabila

uatan tegang

maan yang u

liputi Rint, se

rlihatkan ba menjadi kec tersebut, sa belum dihub hanan masuk ang dialirkan 2.10 menun terlihat bah

enguat inver

sumber imp

gan dari Vou

umum untuk

ehingga pers

ahwa Egen t

cil.

angat diperl

bungkan ke m

kan (Rint) da

n dari sebuah

njukkan suat

hwa sumber

rting tanpa p

pedansi tingg

ut ke Egen tid

k penguat in

samaan untuk

terbagi anta

lukan pengg

masukan Op

ari suatu rang

h sumber dia

tu penguat in

r isyarat dih

engikut tega

gi dihubungk

dak ditentuka

nverting. Pe

k gambar 2.

ara Rint dan

gunaan peng

p-Amp. Peng

gkaian pemb

abaikan.

(2.11)

nverting tan

hubungkan

angan

kan ke sebu

an oleh Rf d

enguatan ya

10 menjadi

(2.12)

n Ri sehing

2

T (

2

d m

2.3.5 Sum

R analog ata untuk peng Penguatan Tegangan ya (2.16)

2.3.6 Integ

Integ dari rangka menunjukka

mming Amp

Rangkaian

au lebih me

guat penjum

Ga

n tegangan un

ang diperole

grator

grator Op-A

aian pengu

an sebuah ran

Ga

plifier (Pe

penjumlah

enjadi satu o

mlah.

ambar 2.11 R

ntuk masing

eh:

Amp dibentu

uat invertin

ngkaian inte

ambar 2.12 R

enjumlah T

berfungsi

output [3]. G

Rangkaian p

g-masing inp

uk dengan c

ng dengan egrator Op-A Rangkaian in

Tegangan

untuk men Gambar 2.1 penguat penj

put, yaitu :

cara mengga

sebuah k

Amp. ntegrator Op

)

nggabungkan 1 menunjuk umlah anti resistor

kapasitor. G

p-Amp

n dua siny

kkan rangkai

(2.14)

(2.15)

r umpan ba

Gambar 2. yal

ian

lik

B “ B Berdasarkan “luasan diba Bentuk C R_a.

1 Karena inte (berkaitan antara inpu menunjukk offset error Gambar 2.1

n gambar di

awah kurva”

C

harus sesu

R

egrator juga

dengan offse

ut positif de

kan rangkaian

r.

13 Rangkaia

iatas, sinyal

. Tegangan k

uai dengan i

C R_a.

1

bereaksi ter

et arus bias

engan groun

n integrator

an integrator

l input diin

keluaran yan

input frekuen

rhadap semb

Op-amp), s

nd untuk me

yang mengg

yang mengg

offset erro

ntegralkan d

ng dihasilkan nsi minimum barang tegang sebuah resis eminimalkan gunakan resi gunakan resi or dan sekaligu

n, yaitu :

m yang dihar

gan offset re

stor (Ra) seri

n offset ini.

istor untuk m

istor untuk m

us menyatak

(2.17)

rapkan :

(2.18)

esultant outp

f f_o

1

2.4 Filter

Filter didefinisikan sebagai sebuah alat atau rangkaian atau substansi yang

meneruskan atau meloloskan arus listrik pada frekuensi-frekuensi atau

jangkauan frekuensi tertentu serta menahan (menghalangi) frekuensi-frekuensi

lainnya [4]. Filter yang digunakan pada penelitian ini adalah BPF. Filter pelewat

jalur melewatkan frekuensi dalam pita tertentu, sedangkan

frekuensi-frekuensi diatas pita dan dibawah pita semuanya ditolak.. Karakteristik ideal

filter pelewat jalur ditunjukkan oleh gambar 2.14.

Tanggapan amplitudo

2.5 Band Pass Filter (BPF)

BPF melewatkan frekuensi-frekuensi dalam pita tertentu, sedangkan

frekuensi-frekuensi diatas pita dan dibawah pita semuanya ditolak. Pada penelitian ini

menggunakan BPF yang berfungsi untuk memfilter input yang masuk dan mencari

komponen frekuensinya. Penggunaan BPF pada penelitian ini untuk mengambil

sinyal tertentu pada frekuensi tertentu. Dalam hal ini mengapa tidak digunakan

rangkaian LPF dan HPF karena kedua rangkaian filter ini hanya melewatkan

frekuensi rendah atau frekuensi tinggi tertentu hal ini bisa dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Sinyal HPF, LPF dan BPF

Pada gambar 2.15 menunjukkan sinyal HPF, LPF dan BPF. Sinyal BPF

berupa sinyal gabungan dari sinyal HPF dan LPF. Pada BPF sinyal yang dilewatkan

hanya pada frekuensi f1(-3dB) dan f2(-3dB) diluar frekuensi tersebut sinyal tidak

akan dilewatkan oleh BPF. Pada penelitian ini sinyal input akan difilter BPF seperti

m a f k B f F d Q a memperoleh

amplitudo y

fundamental

komponen te

BPF yang p

function) un

deng

Fungsi alih d

dapat dinyat

Q merupak

amplitudo A

h komponen

yang berkait

l dan kom

ersebut mak

aling umum

ntuk BPF ord

gan: A ω Q dalam keada takan sebaga an ukuran

A(f), sesuai d

frekuensi h

tan dengan f

mponen frek

ka BPF ditala

m digunakan

de 2 standar d

Ao = Magni

denga

ωo = frekuen

Q = faktor

aan tunak (st

ai : selektifitas dengan denga harmonisa te frekuensinya kuensi harm

a pada frekue

adalah BPF

ditunjukkan

itude pada sa

an frekuensi p

nsi pusat BP

kualitas.

teady state),

atau ketaja

an persamaa

ertentu dan k

a, dalam ha

monisa terte

ensi tersebut

F orde 2. Ad

oleh persam

aat frekuensi

pusat

PF

BPF orde 2

aman suatu

an (2.12) dap

keluarannya

al ini kompo

entu. Untuk

t.

dapun fungsi

maan berikut

i sinyal sama

filter. Unt

pat ditulis se

berupa siny

onen frekuen

k memperol

i alih (transf

Tanggapan relatif (dalam decibel), AdB(ω) dapat diperoleh dengan membagi

persamaan (2.13) dengan Ao, sehingga diperoleh:

20

20

1

1 2

(2.22)

atau

10

₁ 2

(2.23)

Bentuk umum dari tanggapan amplitudo BPF A(ω) seperti gambar 2.16

(pada skala linier) seperti berikut:

Gambar 2.16 Tanggapan umum amplitudo BPF[5].

Berdasarkan gambar 2.16 kemiringan pada sisi frekuensi tinggi (f2) lebih landai

daripada frekuensi rendah (f1).

Jika f1 dan f2 menyatakan frekuensi pada sisi bawah dan atas yang mempunyai

tanggapan 1/√2 kali tanggapan maksimum (-3.01 dB), maka bandwidth B adalah

B = f2 – f1 (2.24)

Frekuensi f1 dan f2 mempunyai simetris geometris disekitar frekuensi pusat fo. Sifat

ini akan memenuhi persamaan berikut :

fo =√f1. f2 (2.25)

J a l p K S b p s p

2

H

Jika Q meni

atenuasi 3 d

lebih tinggi,

pada kedua s

Kurva tangg

Gam

Skala horiso

bentuk loga

pada skala li

Pada

semakin cep

parameter ya

2.6 State V

State

High Pass f

ingkat, maka

dB semakin

, frekuensi f

sisi fo,dan se

gapan amplit

mbar 2.17 Ta

ontal adalah

aritmis. Kurv

inear, maka

a nilai Q yan

pat untuk nil

ang sangat m

Variabel F

e Variable F

filter (HPF)

a filter sema

sempit untu

f1 dan f2 aka

emakin sime

tudo untuk B

anggapan am

frekuensi t

va tanggapa

akan terlihat

ng rendah, p

lai Q yang le

membantu da

Filter (SVF

Filter diguna

), Band Pass

akin selektif,

uk frekuens

an mempuny

etris secara a

BPF dua kutu

mplitudo BPF

ernormalisas

n adalah sim

t seperti pad

penurunan k

ebih tinggi.

alam analisa

F)

akan untuk i

s Filter (BP

, artinya ban

si pusat terte

yai jarak ya

arimatis.

ub tampak p

F dengan be

si f/fo (dari

metris pada

da gambar 2.

kurva sangat

Frekuensi pu

a dan peranca

implementsa

PF), dan Ba

ndwidth yang

entu. Untuk

ang semakin

ada gambar

rbagai nilai

0,1fo sampa

skala logar

16.

t lambat. Pe

usat geomet

angan BPF d

ai Low Pass

and Rejected

(2.26)

g dibatasi ol

k nilai Q ya

n sama deng

2.17.

Q [5].

ai 10fo) dala

ritmis ini. Ji

enurunan ak

tris merupak

dua kutub.

s Filter (LPF

d Filter (BR

d s s S O s d y s D d m 2 3 D dalam satu sistem yang suatu persam

SVF dengan

Orde yang l

sedangkan u Untu digunakan p yang diperli sebagai berik Dari persam dari modul-m mengimplem 1. Perkalian penyebu jalur. 2. Melakuk pangkat 3. Menyusu sinyal ou Dengan mel struktur yan

g disebut teo

maan diferen

n orde berap

lebih tinggi untuk peranc uk mengimp persamaan fu hatkan pada kut : maan (2.27), modul integ mentasikan p

n silang (cro

ut dan antara

kan pembag

terbesar.

un kembali

utput.

akukan 3 tah

ng sama. Ist

ori State Va

nsial dari sis

papun, tetapi

dibuat deng

cangan denga

plementasik

ungsi alih fil

a persamaan

dilakukan si

grator. Ada 3

persamaan fu

oss-multiply

a sinyal inpu

gian hasil ta

persamaan h

hapan, persa

tilah State V

riable yang

stem yang b

i kebanyaka

gan mengkas

an orde ganj

kan filter p

lter pelewat

(2.19). Pers

intesis sehin

3 tahapan m

ungsi alih ini

ying), yaitu p

ut dengan pem

ahap pertam

hasil tahap k

amaan 2.27 m

Variable berh

memberika besar. Secara an perancang skade orde-o il diperlukan pelewat jal

jalur orde k

samaan terse

ngga menjad

matematis das

i, yaitu :

perkalian an

mbilang dar

ma dengan v

kedua untuk

menjadi:

hubungan d

an penyelesa

a teoritis, da

gan berbasis

orde yang be

n filter deng

ur dalam

kedua standar

ebut dapat d

i rangkaian

sar yang dip

ntara sinyal

ri fungsi alih

variabel s y

k mendapatk

dengan anali

aian sistema

apat diranca

s pada orde

erbasis orde

an orde 1.

bentuk SV

r, yaitu sepe

diubah menja

(2.27)

yang dibent

perlukan unt

output deng

h filter pelew

P P m d d D 2 U d p Persamaan 2 Persamaan modul integ dalam filter dapat disusu Diagram blo 2.18 Gam Untuk peny direalisasika penjumlah d

2.28 dibagi d

(2.30) meny

grator, yang m

. Untuk mem

un menjadi :

ok yang me

Vi

mbar 2.18 Di

yederhanaan,

an menjadi r

ditunjukkan o dengan varia yatakan per mana kompo mperoleh re erepresentasi + iagram blok

, dipilih Ao

rangkaian pe

oleh gambar

abel s2 yang m

rsamaan unt

onen (ω_o/s) ealisasi yang ikan persam - + + yang merep

= -1. Blok

enguat penju r 2.19. + memiliki pa tuk sebuah ) menunjukk

g paling sed

maan (2.31) resentasikan k penjumlah umlah. Rang Q / 1 angkat terbes jaringan de

kan suatu mo

derhana, per ditunjukkan Vbp n persamaan pada gamb gkaian realis (2.28) sar menjadi: (2.29) (2.30) engan modu odul integrat samaan (2.3 (2.31)

n pada gamb

(2.29)

bar 2.17 dap

D

J

f

D

B

Dengan men

Jika rangkai

filter pelewa

Dianggap ba

Berdasarkan

Gambar 2

njumlahkan k

ian pada gam

at jalur ditun

Ga

ahwa : R3 = R

n gambar 2.2

2.19 Rangka

ketiga input,

mbar 2.19 di

njukkan oleh

ambar 2.20 R

R4 = Ra, Ri =

20, diperoleh

aian realisasi

, maka diper

ihubungkan

h gambar 2.2

Rangkaian fi

= Rb, R5 = R

h :

Æ

i untuk blok

roleh :

ke modul in

0.

lter pelewat

Rc, R1 = R2 =

k penjumlah

ntegrator, m

jalur

= R, C1 = C2

(2.32)

(2.33)

maka rangkai

= C

P

J

S

A

j

S

Persamaan p

Jika

masing-Sehingga:

Apabila pers

jalur orde ke

Sehingga:

pada output V

-masing bag

samaan (2.4

edua standar

Vx, yaitu :

gian persama

40) dibanding

r, yaitu seper

Æ

Æ

aan (2.38) dik

gkan dengan

rti pada pers

kalikan deng

n persamaan

amaan (2.27

gan s , dipe2

n fungsi alih

7), maka dipe

(2.35)

(2.36)

(2.37)

(2.38)

eroleh :

(2.39)

(2.40)

h filter pelew

eroleh :

(2.41)

(2.42)

(2.43)

(2.44)

t R i p J p 2 f d t p Deng ternormalisa

R1, R2 dan

identik, beg

persamaan :

Jika nilai R

pelewat jalu

2.21 akan m

faktor kuali

dihubungkan

ternormalisa

penguatan am

gan menorm

asi filter pele

Gambar 2

C1, C2 adala

gitu pula de

R5 dan Ri ya

ur, yaitu y

menghasilka

tas sebesar

n ke sebuah

asi filter pele

mplitudo seb

malisasi ni

ewat jalur dit

.21 Rangkai

ah elemen p

engan C1 d

ang ternorma

yang mempu

an penguata

Q dan pen

rangkaian p

ewat jalur u

besar Ao.

ilai resistor

tunjukkan ol

an ternorma

penala sehing

dan C2. Nila

alisasi di inp

unyai nilai s

an amplitudo

nguatan amp

pelemahan.

untuk mengh

r dan kap

leh gambar 2

alisasi filter p

gga R1 dan

ai C1 dan C

putkan ke k

ebesar

o sebesar 2

plitudo sebe Gambar 2.2 hasilkan fakt pasitor, ma 2.21. pelewat jalur

R2 mempun

C2 diperoleh

konstanta fun

,

rangkaian

2Q-1. Untuk

sar Ao, mak

4 menunjuk

tor kualitas

ka rangkai

r

nyai nilai ya

h berdasark

(2.46)

ngsi alih filt

n pada gamb

k memperol

ka input filt

kkan rangkai

P B G P s p S b Gambar 2.2 Pada penelit

BPF yang di

Gambar blok

Vi

Proses kask

seperti ampl

pada multist

Sehingga dih

bandwidth d

2 Rangkaian

kualitas

tian ini penu

ikaskade ada

k diagram B

BPF orde 2

BPF1

Gambar

kade ini dim

litudo dan ba

tate frequenc

harapkan ge

dan lereng ge

n ternormalis

sebesar Q d

ulis membuat

alah identik.

BPF orde 2 di

Vbp1

2.23 Blok d

maksudkan u

andwidth. D

cy. Rumus d

lombang kas

elombang ya

sasi filter pe

an penguata

t BPF orde 2

Pemilihan ikaskade tig BPF ord BPF2 diagram BPF untuk memb alam mengk alam mengk

skade yang d

ang dihasilka

lewat jalur u

an amplitudo

2 yang dikas

BPF akan di

a kali.

de 2 V

F orde 2 dika

bandingkan

kaskade, pen

kaskade adal

dihasilkan se

an semakin s

untuk mengh

o sebesar A

kade tiga, di

ilakukan ole B Vbp2 askade tiga sinyal outpu neliti menggu ah: eperti gamba sempit. hasilkan fakt imana setiap eh selektor.

BPF orde 2

BPF3

ut setiap BP

Gambar 2.24 Contoh gelombang kaskade yang diinginkan [2].

2.7 Pengubahan Analog ke Digital (ADC)

Pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital disebut penyandi atau encoder.

Pengubah analog analog ke digital, berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal

digital. Gambar 2.25 diagram blok pengubah analog ke digital.

Gambar 2.25 Diagram pengubah sinyal analog menjadi digital

Gambar 2.25 memperlihatkan input berupa sinyal analog yang diubah menjadi bentuk

biner pada bagian output dari bit paling rendah (LSB) sampai bit yang paling tinggi

b s d y 2 b 0 S k R G M beroperasi p

sampai 5 Vo

Kete

dapat memb

yang dapat d

2,55 volt, de

berubah 1 b

00H sampai Sesuai den konfigurasi Resolusi AD Gambar 2.26 Macam-mac

pada daya sta

olt.

elitian ADC

bangkitkan te

dibangkitkan

engan kenai

it. Nilai cac

FFH.

ngan rumus

typical IC 08

DC dengan ju

6 menunjukk

G

cam pin (kak

andar +5volt

tergantung p

egangan den

n 2,55 volt. A

kan 0,01 vo

ahan 0 samp

san pada d

804 pada da

umlah bit(n)

kan konfigur

Gambar 2.26

ki) yang dim

t dan dapat m

pada bit dat

ngan 255 tin

ADC dapat m

olt. Setiap ke

pai 225 akan

datasheet A

atasheet adal

) dapat dihitu

rasi kaki IC

Konfigurasi

miliki oleh IC

menerima in

ta digital yan

ngkatan. Mis

mencacah te

enaikan 0,01

n dirubah m

ADC0804,

lah sebagai b

ung dengan:

ADC 0804.

i pin ADC 0

C ADC0804:

nput analog b

ng diharapka

salkan tegan

egangan dari

1 volt keluar

enjadi digita

frekuensi c

berikut:

804

berkisar 0 V

an. ADC 8 b

ngan maksim

i 0 volt samp

ran ADC ak

al dengan ni

clock deng

a. CS: Berfungsi sebagai input. Pin ini sebagai chip select dari kontrol

mikroprosesor.

b. RD: Berfungsi sebagai input. Pin ini sebagai kontrol untuk membaca

data dari mikroprosesor.

c. WR: Berfungsi sebagai input. Pin ini sebagai kontrol untuk menulis data ke

mikroprosesor.

d. CLK IN: Berfungsi sebagai input. Pin ini sebagai pengatur detak.

e. INTR: Berfungsi sebagai output. Pin ini sebagai sarana untuk memberikan

interupsi pada input interupsi mikroprosesor.

f. V (+) IN : Berfungsi sebagai input. Pin ini merupakan jalan masuk bagi

sinyal analog input positif.

g. V (-) IN: Berfungsi sebagai input. Pin ini merupakan jalan masuk bagi sinyal

analog masukan negatif.

h. A GND: Berfungsi sebagai input daya. Pin ini sebagai pembulatan analog.

i. V/2 REF: Berfungsi sebagai input. Pin ini merupakan jalan masuk bagi

tegangan acuan yang lain (±).

j. D GND: Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai pembulatan digital.

k. DB7-DB0: Berfungsi sebagai output. Pin ini merupakan jalan keluaran bagi

data keluaran bit7 sampai bit0.

l. CLKR: Berfungsi sebagai output. Pin ini sebagai pengatur detak dengan

menghubungkannya ke resistor eksternal.

m. VCC (Or ref): Berfungsi sebagai masukan daya. Pin ini sebagai jalan masuk

2

( k k m b

2.8 Pengu

Peng (DAC). Seca

ke dalam inf

ke sinyal ana

Penu merupakan berupa arus. Nilai arus gambar 2.2 Berdasark dan

bahan Dig

gubah digital

ara umum, D

formasi berb

alog disebut

ulis dalam

converter 8

Simbol DA

diperoleh b

28.

Gam

an gambar 2

gital ke An

l ke analog s

DAC merupa

bentuk analo

t juga pengaw

penelitian

bit yang da

AC0832 ditun

Gambar 2

berdasarkan

mbar 2.28 Ran

2.28, nilai aru

nalog (DA

sering disebu

akan suatu p

og ekuivalenn

was sandi at

ini mengg

apat mengub

njukkan oleh

2.27 Simbol

rangkaian

ngkaian R-2

us output ya

AC)

ut dengan Di

enerjemah in

nya. Peralat

au decoder.

gunakan IC

bah input b

h gambar 2.2

l DAC0832

R-2R Ladde

2R Ladder pa

ang diperoleh

igital to Ana

nformasi ber

an pengubah

C DAC083

biner menjad

27.

er yang ditu

ada DAC

h, yaitu :

alog Convert

rbentuk digi

h sinyal digi

2. DAC08

di output ya

2

c m dengan : Digital inp jika dieku referensi d

2.9 Akur

P yang salin dekat nilai secara teo nilai secar yang dapa oleh tegan

dari 8 bit

dengan ba

perubahan

2.10 Mikr

Mikr

chip mikrok

mikrokontro

put terdiri d

uivalenkan d

dan Rfb meru

rasi dan R

Pengubahan

ng berkaiatn,

i output sebe

ritis. Semak

ra teoritis. Se

at diamati. Pe

ngan input b

sehingga m

anyaknya ste

n yang tetap.

rokontrole

rokontroler m

kontroler tela

oler dapat

dari 8 bit ko

dalam bilan upakan hamb

Resolusi

sinyal digit yaitu akura enarnya dari

kain kecil pe

edangkan re

ertambahan

it terkecil (L

mempunyai 2

ep maka set

er AT89S5

merupakan p

ah terintegra

langsung

de biner yan

ngan desima

batan dalam.

tal ke sinya

si/ketelitian

i pengubah d

ersentase ke

solusi adalah

terkecil pada

LSB). Pada

28 atau 256

tiap kenaika

52

perkembang asi memori, dibuat sist ng mempun al. Sedangk

al analog m

dan resolusi

digital ke an

etelitian, ma

h pertambah

a tegangan o

DAC0832, i

6 step. Jika

an atau penu

gan dari mikr

CPU dan I/

tem dengan

nyai rentang

kan Vref ada

memerlukan

i. Akurasi ad

nalog terhada

aka semakin

han terkecil p

output teruta

input yang d

output mak

urunan per b

roprosesor.

/O. Hal ters

n menamba

(2.51)

0 sampai 2

alah tegang

2 hal penti

dalah sebera

ap nilai outp

peripheral lain. Sifat mikrokontroler yang mampu diprogram (programmable)

menyebabkan mikrokontroler mempunyai kemampuan aplikasi yang sangat luas.

Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S52 buatan Atmel dan

merupakan anggota keluarga MCS-52.

2.10.1 Fasilitas yang dimiliki AT89S52

Pada mikrokontroler AT89S52 mempunyai beberapa fitur standar

yaitu memiliki 4K bytes memori flash, 128 bytes RAM, 32 jalur I/O,

watchdog timer, dua data pointer register, dua timer/counter 16-bit, 5 sumber

interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal), port

serial full-duplex, on-chip oscillator, dan untai clock. AT89S52 juga terdapat

fasilitas ISP (In System Programming), yang artinya mikrokontroler ini

mampu diprogram meskipun dalam kondisi bekerja, mikrokontroler AT89S52

memakai pin MOSI, MISO, dan SCK untuk flash programming (mengisi

program). Gambar 2.29 memperlihatkan konfigurasi 40 kaki IC AT89S52.

2.10.2 Deskripsi fungsi pin dari AT89S52 :

1. Port 0 (kaki 32-39). Pada perancangan komponen minimum, port ini dapat

digunakan untuk port I/O dwi-fungsi. Untuk perancangan yang lebih besar

(dengan memori luar), port ini menjadi bus data dan bus alamat rendah.

2. Port 1 (kaki 1-8). Port ini dipakai untuk port I/O dwi-fungsi yang

dilengkapi dengan pullup internal. Saat flash programing jalur P1.5, P1.6,

P1.7 digunakan masing-masing untuk saluran MOSI, MISO, dan SCK.

3. Port 2 (kaki 21-28). Port ini dipakai untuk I/O atau sebagai bus byte

alamat tinggi (high addres) untuk rancangan dengan memori luar.

4. Port 3 (kaki 10-17). Port ini dipakai untuk I/O dwi-fungsi atau untuk

fungsi kendali khusus.Fungsi khusus port 3 ditunjukkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Fungsi khusus port 3

PORT PIN NO PIN FUNGSI KHUSUS

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

10

11

12

13

14

15

16

17

RXD (masukan data port serial)

TXD (keluaran data port serial)

INT0’ (masukan interupsi 0 dari luar)

INT1’ (masukan interupsi 1 dari luar)

T0 (masukan ke pencacah 0)

T1 (masukan ke pencacah 1)

WR’ (sinyal baca untuk memori luar)

5. PSEN (Program store enable, kaki 29). PSEN merupakan output untuk

sinyal kendali yang mengijinkan memori program (kode) eksternal.

6. ALE (Address Latch Enable, kaki 30). Sinyal output ALE untuk

demultiplexing bus data dan alamat. Jika port 0 digunakan sebagai bus

data dan bus byte rendah alamat, ALE mengunci alamat ke register luar

selama setengah pertama siklus memori. Selanjutnya selama setengah

kedua siklus memori, jalur-jalur port 0 disediakan untuk data input atau

output ketika perpindahan data sedang dilakukan.

7. Vpp (External Access, kaki 31). Untuk eksekusi program dari memori

eksternal maka kaki ini harus dihubungkan ground, sedangkan jika

mengakses program secara internal maka harus dihubungkan Vcc.

8. RST (Reset, kaki 9). Jika diberikan tegangan tinggi selama paling sedikit

2 siklus mesin, maka register internal akan diisi dengan harga tertentu

untuk kondisi awal sistem program.

9. Vcc (kaki 40) yang digunakan sebagai suplai tegangan mikrokontroler.

10.GND (kaki 20) digunakan sebagai ground mikrokontroler.

2

m w s G p a k

2.11 Peak

Peak maksimum waktu (peri sebuah kapa G Gambar ran penahanan s akan turun konstanta w

Detector

k detector b

dan nilai pu

ode) tertent

asitor yang m

Gamba

Gambar 2.3

ngkaian (2.3

sinyal yang l

secara eks aktu: berfungsi un uncak minim tu. Rangkaia membentuk s

ar 2.30 Rang

1 Rangkaian

0) berguna

lama. Dalam

sponensial d

ntuk mengu

mum dari se

an detektor

suatu rangka

gkaian detekt

n detektor pu

untuk aplik

m mode kerja

dengan kons

ukur nilai p

ebuah sinya

dasar terdir

aian seperti p

tor puncak s

uncak dengan

kasi yang ti

a ‘menahan’

stanta wakt

puncak baik

al gelombang

ri dari sebu

pada gambar

sederhana

n diode pres

dak membu

(hold), tegan

tu. Persama

k nilai punc

g pada sela

uah dioda d

2

m d R B s t m

2

y i d a g

2.12 Sakla

Sakla memutuskan dibahas me Rangkaian s Berdasarkan saklar akan tinggi dihasi menghasilka

2.13 Relay

Relay yang melalu

inti besi dan

dilalui arus

akan menar

gambar 2.33

ar Mekani

ar merupaka

n arus listrik

ngenai sakl

saklar mekan

G

n gambar 2.3

menghasilk

ilkan jika sa

an logika ren

y

y adalah su

ui kumparan

n kontak-ko

listrik maka

rik kontak-k

3 berikut ini.

ik

an suatu kom

k yang dapa

lar mekanik

nik ditunjukk

Gambar 2.32

32, jika sala

kan output b

aklar tidak d

ndah.

uatu kompon

nnya. Sebuah

ontak pengh

a akan meni

kontak peng

mponen yang

at terkunci p

k yang digu

kan oleh gam

Rangkaian

ah satu kaki

berupa logik

ditekan, seda

nen elektron

h relay terdi

hubung. Apa

imbulkan in

ghubung rela

g berfungsi u

pada posisi

unakan seba

mbar 2.32.

saklar meka

saklar dihu

ka tinggi ata

angkan jika

nika yang ak

ri dari kump

abila kumpa

duksi medan

ay. Diagram

untuk mengh

terakhir. Pa

agai input

anik

ubungkan ke

au logika re

saklar ditek

kan bekerja

paran yang d

aran yang m

n magnet, d

m relay ditu

hubungkan d

ada bagian

ke rangkaia

e ground ma

endah. Logi

kan maka ak

bila ada ar

dililitkan pa

melilit inti be

2

Kont 1. Kont tidak yang terbu 2. Kont tegan pada

2.14 Sakla

Rang tak penghub

tak NC (Nor

Kontak p

k mendapat i

g mencukup

uka.

tak NO (Nor

Kontak p

ngan pada k

a kumparann

ar Transis

gkaian saklar

G

Ga

ung relay te

rmally Close

penghubung

input tegang

pi pada kum

rmally Open

penghubung

kumparanny

nya maka kon

stor

r transistor d

Gambar 2.34

ambar 2.33 R

erdiri dari du

e)

dalam kond

an pada kum

mparannya

n)

dalam kond

ya. Tetapi b

ntak penghu

ditunjukkan

Rangkaian s

Relay

ua bagian, ya

disi menutup

mparannya. T

maka kont

disi terbuka

bila diberi te

ubung menjad

oleh gambar

saklar transi aitu :

p atau terhub

Tetapi bila d

tak penghub

bila relay ti

egangan yan

di tertutup.

r 2.34.

stor

bung bila rel

S T p V a m d b o d J d o Sedangkan k Transistor b potensial an

Vce(sat), seda

arus basis d

mengalami disebut deng basis bertam Nilai on-kan /men dengan basis

Jika arus ba

dapat berfun oleh gambar karakteristik Gam erada dalam ntara kolekto angkan arus iperbesar m perubahan. gan keadaan mbah besar.

i arus basis

ngaktifkan tr

s. Arus basis

BB B

R V

I =

asis lebih dar

ngsi sebagai

r 2.36.

k output trans

mbar 2.35 K

m keadaan sa

or dan emitt

kolektor IC

enjadi IB1 at

Nilai Vce =

n saturasi seb

tergantung

ransistor dan

s IB diperole

b be

R V

−

ri 0 atau sem

saklar tertut

sistor ditunju

Karakteristik

aturasi/jenuh

ter (Vce) ada

yang menga

tau IB2 atau l

= Vce(sat) dan

bab nilai IC

dari teganga

n juga pada

h berdasarka

makin besar

tup. Transist

ukkan oleh g

output trans

h saat IB = IB

alah sangat

alir hampir

lebih besar l

n nilai IC =

dan Vce tida

an VBB yang

a hambatan R

an persamaa

maka trans

tor sebagai s

gambar 2.35

sistor.

B0. Pada kea

kecil, yaitu

sama denga

lagi, nilai V

= Vcc/Rc. Ha

ak berubah w

g digunakan

Rb yang dih

an :

istor menjad

saklar tertutu .

adaan ini, be

u sama deng

an Vcc/Rc. Ji

Vce dan IC tid

al inilah ya

walaupun ar

n untuk men

hubungkan s

(2.53)

di on sehing

S d T

2

p t e L m y d Sedangkan j

daerah cut-o

Transistor se

2.15 LED

Pada persambung tingkat energ energi. Pada Light Emitt menggantika yang rendah Gam dihitung seb Gam

jika arus bas

off sehingga

ebagai sakla

Gamba

(Light Em

a dioda ya

gan dan jatuh

gi yang lebih

a dioda-diod

ting Diode

an lampu-la

h, umurnya y

mbar 2.38 me

bagai berikut

mbar 2.36 Tra

sis sama den

transistor m

ar tebuka ditu

ar 2.37 Trans

mitting Dio

ang diberi

h ke dalam l

h tinggi ke t

da biasa, en

(LED), e

ampu pijar d

yang panjang

emperlihatka

t :

ansistor seba

ngan 0, maka

menjadi off d

unjukkan ole

sistor sebaga

ode)

prateganga

lubang (hole)

tingkat energ

ergi ini kelu

energi mem

dalam bebe

g, dan switch

an lambang s

agai saklar te

a dapat dika

dan berfung

eh gambar 2

ai saklar terb

an maju, e

e) [3]. Pada s

gi yang lebih

uar dalam b

mancar seba

erapa pemak

h mati-hidup

skematis unt ertutup

atakan transi

gsi sebagai s

.38.

buka.

elektron beb

saat elektron

h rendah, ia

bentuk panas

agai cahaya

kaian karena

pnya yang ce

tuk LED. Ar

stor bekerja

saklar terbuk

bas melinta

n ini jatuh d

memancark

s. Tetapi pa

a. LED tel

a tegangann

epat.

LED

0

R

VCC

VLED

ILED =

R V VCC − LED

(2.54)

Dengan ILED adalah arus yang melalui LED, Vcc adalah tegangan catu daya,

VLED adalah tegangan pada LED, dan R adalah resistansi yang diseri dengan LED.

I

Gambar 2.38 Rangkaian LED [3]

2.16 Phototransistor

Phototransistor adalah sebuah transistor yang titik kerjanya dipengaruhi oleh

cahaya tertentu, cahaya yang memancar ke transistor tersebut akan menyebabkan

timbulnya arus basis (Ib), sehingga transistor tersebut on. Dalam phototransistor untai

basisnya dibiarkan terbuka sehingga bila tidak ada cahaya, transistor ini akan off.

Rangkaian phototransistor sebagai sensor cahaya ditunjukkan pada Gambar