Rafly Rizky P - 17 - TT2E - FILTER AKTIF [PDF]

Citation preview

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI



LAPORAN PRAKTIKUM FILTER AKTIF Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Elektronika Telekomunikasi Semester 3



PEMBIMBING: Lis Diana Mustafa S.T., M.T.



Disusun Oleh:



Nama



: Rafly Rizky Primadianta



NIM



: 1931130078



Kelas/ No



: D III TT 2E / 17



PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2020



FILTER AKTIF



3.1 Tujuan • Mengukur besarnya frekuensi Cut-Off pada filter aktif Low Pass orde satu. • Mengukur besarnya frekuensi Cut-Off pada filter aktif Low Pass orde dua. • Mengukur besarnya frekuensi Cut-Off pada filter aktif high Pass orde dua. 3.2 Alat dan Bahan • Laptop atau PC • R1 = 1 KΩ • R2 = 10 KΩ • R3 = 22 KΩ • C1 = 0,01 µF • C2 = 0,022 µF • Op-Amp (LM 741) • Osiloskop Dual Trace • Power Supply • Generato Fungsi • Proto Board • Test Probe Adaptor • Kabel Penghubung Secukupnya • Software Multisim



1 buah 1 buah 3 buah 1 buah 2 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah



3.3 Teori Dasar Filter aktif diimplementasikan menggunakan kombinasi pasif dan aktif (memperkuat) komponen, dan memerlukan sumber daya dari luar. amplifier operasional yang sering digunakan dalam desain filter aktif. Ini dapat memiliki tinggi faktor Q, dan dapat mencapai resonansi tanpa menggunakan induktor. Namun, batas frekuensi atas mereka dibatasi oleh bandwidth dari amplifier yang digunakan. Ada dua tipe rangkaian filter yaitu aktif dan pasif. Filter pasif menggunakaan komponen pasif, yaitu kapasitor dan induktor. Rangkaian filter aktif menggunakan komponen aktif. Komponen aktif yanag digunakan pada percobaan ini adalah Op-Amp. Filter Pasif Gambar 3.1 menunjukkan salah satu bentuk low pass filter. Pada frekuensi rendah reaktansi induktif dari L1 dan L2 sangat rendah. Reaktansi kapasitif dari C1 dan C2 sangat tinggi. Kita boleh mengatakan bahwa inductor berfungsi sabagai rangkaian hubung singkat, sementara kapasitor berfungsi sebagai rangkaian terbukaa, sehingga pada frekuensi rendah Vout = Vin. Ketika frekuensi input bertammbah, inductor melai menunjukkan XL tinggi dan kapasitor menunjukkan XC rendah. Pada saat frekuensi tinggi, inductor mencul sebagai rangkaian terbuka dan kapasitor berfungsi sebagai rangkaianhubung singkat. Ketika hal ini tarjadi maka Vout = 0V.



Gambar 3.1 (c) menunjukkan rangkaian high pass filter. High pass filter ini bekerja berlawanan dengan low pass filter. Jika yang dilewatkan frekuensi tinggi dan meredam frekuensi rendah dinamakan high pass filter. Gambar 3.1 (b) dan (d) menunjukkan hubungan antara keluaran filter dan masukkan frekuensi. Pada frekuensi cut off (fc ), fc berada pada titik setengah daya dimana filter keluaran adalah 3 dB “turun” daroi keluaran maksimum (0,707 x puncak output). Mengingat bahwa bandwidth juga diukur dari titik setangah daya.



3.1(a)



3.1(b)



3.1(c) Ket : a) Low Pass Filter c) High Pass Filter



3.1(d) ,b) Kurva respon Low Pass ,d)Kurva respon High Pass



Desibel Decibel 0,1 bel (dB) adalah cara menggambarkan penguatan peredaman. Desibel juga digunakan pada penguatan tegangan (positif atau negative). Penguatan dalam decibel pada rangkaian filter adalah A dB = 20 log Av Dimana logaritma dasar 10 dan Av merupakan penguatan tegangan (Av = Vout/Vin) Pada rangkaian filter. Jika filter mempunyai masukkan 1V pada 1KHz dan keluaran 0,707V penguatan tegangannya adalah:



Av =



Rangkakian penguatan decibel adalah : A dB = 20 log Av =20 log 0,707 = 20 (-0,15) = -3 dB



Bila peredaman 6 dB, penguatan tegangan terbagi menjadi 2, untuk masing-masing penambahan menjadi 2 kali lipat Decibel (dB) adalah unit logaritmik yang menunjukkan rasio kuantitas fisik (biasanya daya atau intensitas ) relatif terhadap level referensi tersirat atau ditentukan. Sebuah rasio dalam desibel adalah sepuluh kali logaritma basis 10 untuk rasio dari dua kuantitas daya. [1] Menjadi rasio dari dua pengukuran kuantitas fisik dalam satuan yang sama, itu adalah unit berdimensi . Decibel adalah sepersepuluh dari sebuah bel, sebuah unit jarang digunakan. Desibel ini secara luas dikenal sebagai ukuran tingkat tekanan suara , tetapi juga digunakan untuk berbagai macam pengukuran lainnya dalam sains dan teknik , yang paling menonjol dalam akustik , elektronik , dan teori kontrol . Dalam elektronik, yang mendapatkan amplifier, atenuasi sinyal, dan sinyal ke rasio noise sering dinyatakan dalam desibel. Ini menganugerahkan sejumlah keuntungan, seperti kemampuan untuk mudah merupakan jumlah yang sangat besar atau kecil, sebuah skala logaritmik yang kira-kira sesuai dengan persepsi manusia terhadap suara dan cahaya, dan kemampuan untuk melakukan perkalian rasio dengan penambahan dan pengurangan sederhana. Sebuah desibel (dB) adalah sepersepuluh dari bel a (B), yaitu 1 B = 10 dB. ratio bel adalah logaritma rasio dari dua kuantitas kekuatan 10:1, dan untuk dua jumlah lapangan di rasio . Sebuah jumlah lapangan adalah kuantitas seperti tegangan,, suara tekanan saat ini, kekuatan medan listrik, kecepatan dan densitas muatan, alun-alun yang dalam sistem linier sebanding dengan kekuasaan. Sebuah jumlah daya kekuatan atau kuantitas berbanding lurus dengan daya, misalnya kepadatan energi, intensitas akustik dan intensitas cahaya. Filter Aktif Filter aktif mempunyai beberapa manfaat lebih dari filter pasif. Pada pengguanan OP-Amp sebagai komponen dasar komponen aktif. Perubahan penguat filter dapat dicapai. Op-Amp juga kemungkinan menyetel range filter lebih lebar tanpa merubah respon frekuensi dan dapat memisahkan sumber karena Zin tinggi dan Zout rendah. Tetapi filter aktif tidak sempurna. Ada beberapa kekurangannya. Pertama, respon frekuensi tergantung pada pengunaan tipe Op-Amp dan sebagian besar tidak mempunyai respon frekuensi tinggi yang layak. Kedua, op-amp keberadaannya memerlukan daya operasi diman a filter pasif tidak memrlukan daya operasi. Rangkaian low pass filter terlihat pada gambar 3.3 (a) dan gambar (b) menunjukan respon frekuensinya.



3.3(a)



3.3(b)



AdB, dB



A 1000



60



100



40



10



20



8



18



4



12



2



6



1



0



0,707



-3



0,5



-6



0,25



-12



0,125



-18



0,1



-20



0,01



-40



0,001



-60



Tabel 3.2 perbandingan penguatan dalam dan penguatan dalam dB



Dikatakan filter aktif karena selain menggunakan beberapa resistor dan kapasitor juga menggunakan beberapa komponen aktif seperti OpAmp, dengan penguatan yang bisa diatur sesuai dengan yang kita inginkan. Besarnya nilai tanggapan biasa dinyatakan dalam volt ataupun dalan dB dengan bentuk respon yang berbeda pada setiap jenis filter. Besar nilai respon dapat diperoleh dari perhitungan fungsi alih:



Rangakain ini dianggap filter orde satu karena pengurangan rata-rata 6 dB/oktaf melewati fc. Untuk penambahan frekuensi dua kalinya terdapatperedaman 6 dB pada sinyal keluaran. Dengan Cin parallel dengan Rf, Xc menjadi factor penentu pada penguatan rangkaian. Pada frekuensi rendah Xc adalah tinggi (terhingga) akan tidak mempengaruhi Rf. Dengan demikian penguatan rangkaian sangat tingggi. Namun pada frekuensi tertinggi Xc menjadi berkurang dan impedansi parallel Xc dan Rf akan menjadi lebih rendah. Denagan demikian penguatan rangakaian menjadi rendah. Sehingga frekuansi masukkan menjadi takhingga, Xc mendekati 0 dan penguatan sekalipun juga 0. Frekuensi dari rangkaian dapat dihitung dengan :



fc =



Rangkaian pada gambar 3.3 terdapat paergeseran penguatan dan dapat mengontrol frekuensi cutoff. Pergeseran ini C menyebabkan nilai fc tercapai. Pergeseran dari R 1 digunkan mengubah penguatan rangkaian. Low Pass Filter Low pass filter mengalami perubahan output pada 12 dB/oktaf. Kurva respon rangakaian ini ditunjukkan pada gambar 3.4 (b). Filter aktif telah dijelaskan pada gambar 3.4 (a). pada rangkaian ini 2 kapasitor mempengaruhi op-amp. Salah satu uang digunakan sebagai feedback R, sebagai filter orde satu dan yang lainnya berasal dari satu masukkan input sampai ground. Pada frekuensi rendah, rangkaian Xc tinggi. Oleh karena itu, C1 tidak mempengaruhi masukkan dan C2 memberikan nilai Xc tinggi untuk penguatan op-amp tinggi. Frekuensi masukkan bertambah, C1 menunjukkan Xc rendah. Kemudian sinyal input pada op-amp berkurang. Xc pada C2 juga berkurang. Jadi penguatan rangkaian berkurang sementatra satu kapasitorsinyal masukkan rendah yang lain membatasi penguatan Op-Amp. Hasil keluaran membentuk kurva filter orde satu. Frekuensi filter in dapat dihitung dengan :



fc =



Second Order High Pass Filter Rangkaiannya menunjukkan pada gambar 3.5 (a) bekerja kebalikan dengan gambar 3.4 (a). pada frekuensi rendah C1 dan C2 mempunyai Xc tinggi dan daerah-daerah sinyal Op- Amp terlihat. Pada frekuensi rendah, filter keluaran adalah nol. Frekuensi tinggi, Xc dari C1 dan C2 menjadi rendah, kebanyakan sinyal input dilewatkan. Pelewatan C1 ini untuk mengendalikan level input dan C2 untuk mengontrol level feedback.



Gambar 3.4 (a) LPF orde 2, (b) kurva respon



Gambar 3.4 (a) HPF orde 2, (b) kurva respon



3.4 Prosedur Percobaan A. LPF Orde Satu 1. Buat rangkaian seperti berikut :



Vout



Vi



Gambar 3.6 LPF orde satu 2. Atur Keluaran Generator Fungsi Sehingga diperoleh keluaran filter sebesar 1 Vpp,



frekuensi 100 Hz. Ukur besar tegangan input dan lengkapi table 3.1



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 2000 5000 10000



Table 3.1 Pengukuran LPF Orde satu Vin (Vpp) Vout (Vpp) Av



Av (dB)



3. Besarkan frekuensi Generator fungsi ke 200 Hz dan ukur Vout (kondisi Vin tetap) dan



lengkapi table 3.1 4. Ulangi langkah ke-3 diatas sesuai dengan frekuensi yang ada dalam table 3.1 5. Hitung besar penguatan (Av = Vout/Vin) serta dalam bentuk dB (AvdB = 20 log Av) 6. Gunakan hasil pengukuran untuk mengambarkan kurva respon frekuensi filter (AvdB



sebagai fungsi frekkuensi) B. LPF Orde Dua 1. Buatlah rangkaian berikut ini :



Vi



Vou



Gambar 3.7 Rangkaian LPF orde dua



2. Atur Keluaran Generator Fungsi Sehingga diperoleh keluaran filter sebesar 1 Vpp,



frekuensi 100 Hz. Ukur besar tegangan input dan lengkapi table 3.2 3. Besarkan frekuensi Generator fungsi ke 200 Hz dan ukur Vout (kondisi Vin tetap)



dan lengkapi table 3.2 4. Ulangi langkah ke-3 diatas sesuai dengan frekuensi yang ada dalam table 3.2 5. Hitung besar penguatan (Av = Vout/Vin) serta dalam bentuk dB (AvdB = 20 log Av). 6. Gunakan hasil pengukuran untuk mengambarkan kurva respon frekuensi filter (AvdB sebagai fungsi frekkuensi) Table 3.2 Pengukuran LPF Orde Dua



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 2000 5000 10000



Vin (Vpp)



Vout (Vpp)



Av



Av (dB)



C. HPF Orde Dua 1. Buatlah rangkaian berikut ini :



Vou



Vi



Gambar 3.8 Rangkaian HPF orde Dua 2. Atur Keluaran Generator Fungsi Sehingga diperoleh keluaran filter sebesar 1 Vpp,



frekuensi 100 Hz. Ukur besar tegangan input dan lengkapi table 3.



Table 3.3 Pengukuran HPF Orde Dua



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 2000 5000 10000



Vin (Vpp)



Vout (Vpp)



Av



Av (dB)



3. Besarkan frekuensi Generator fungsi ke 200 Hz dan ukur Vout (kondisi Vin tetap) dan



lengkapi table 3.3 4. Ulangi langkah ke-3 diatas sesuai dengan frekuensi yang ada dalam table 3.3 5. Hitung besar penguatan (Av = Vout/Vin) serta dalam bentuk dB (AvdB = 20 log Av). 6. Gunakan hasil pengukuran untuk mengambarkan kurva respon frekuensi filter (AvdB sebagai fungsi frekkuensi) 3.5 Hasil Percobaan A. LPF Orde satu



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 2000 5000 10000 15900



Vin (Vpp) 1 1 1 1 1 1 1 1



Vout (Vpp) 1 0,99794 0,994943 0,996252 0,969775 0,95167 0,843248 0,704292



Av 1 0,99794 0,994943 0,996252 0,969775 0,95167 0,843248 0,704292



Av (dB) 0 -0,017911388 -0,044035983 -0,032615875 -0,266580317 -0,430272419 -1,480893604 -3,044944894



B. LPF Orde dua



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 1100 1120 1500 2000 5000 10000



Vin (Vpp) 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01



Vout (Vpp) 1 0,998417 0,985808 0,789137 0,726303 0,715065 0,489113 0,289765 0,109471 0,64562



Av 0,99009901 0,988531683 0,976047525 0,781323762 0,719111881 0,707985149 0,484270297 0,28689604 0,108387129 0,639227723



Av (dB) -0,086427575 -0,100188135 -0,210580709 -2,14337935 -2,864070717 -2,999517043 -6,298243357 -10,84550892 -19,30044575 -3,886887963



C. HPF Orde dua



Frekuensi (Hz) 100 200 500 1000 1020 1100 1200 2000 5000 10000



Vin (Vpp) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1



Vout (Vpp) 0,789075 0,035008 0,217463 0,689039 0,704734 0,759837 0,816854 0,999286 0,95842 0,924008



Av 0,789075 0,035008 0,217463 0,689039 0,704734 0,759837 0,816854 0,999286 0,95842 0,924008



Av (dB) -2,05763432 -29,11665399 -13,2522925 -3,235123922 -3,039495508 -2,385591249 -1,757111199 -0,00620394 -0,368882643 -0,686485373



3.6 Analisa Hasil Percobaan A. LPF Orde 1 Untuk perhitungan frekuensi cut off menggunakan rumus berikut. 𝐹𝑐 = =



1 2𝜋𝑅𝑐 1 2(3,14)(103 )(0,01𝑥10−6 )



=15925 Hz =15,925 kHz



Berdasarkan percobaan yang dilakukan menggunakan software multisim, dengan menggunakan osiloskop diketahui frekuensi cut off sebesar 15,9 kHz. Dengan blode potter dapat diketahui frekuensi cut off sebesar 15,873 kHz. Sedangkan untuk hasil perhitungan menggunakan rumus, diperoleh nilai frekuensi cut off sebesar 15,923 kHz. Hasil yang didapat antara perhitungan, menggunakan osiloskop, dan blode potter hampir sama. Hal yang mempengaruhi perbedaan ini dikarenakan kurangnya teliti dalam menentukan skala pada frekuensi



B. LPF Orde 2 Untuk perhitungan frekuensi cut off menggunakan rumus berikut. 𝐹𝑐 = =



1 2𝜋√𝑅1 𝐶1 𝑅2 𝐶2 1



2(3,14)√(104 )(0,02.10−6 )(104 )(0,01.10−6 ) =1125 Hz =1,125 kHz



Berdasarkan percobaan yang dilakukan menggunakan software multisim, dengan menggunakan osiloskop diketahui frekuensi cut off sebesar 1,120 kHz. Dengan blode potter dapat diketahui frekuensi cut off sebesar 1,124 kHz. Sedangkan untuk hasil perhitungan menggunakan rumus, diperoleh nilai frekuensi cut off sebesar 1,125 kHz. Hasil yang didapat antara perhitungan, menggunakan osiloskop, dan blode potter hampir sama. Hal yang mempengaruhi perbedaan ini dikarenakan kurangnya teliti dalam menentukan skala pada frekuensi. C. HPF Orde 2 Untuk perhitungan frekuensi cut off menggunakan rumus berikut 𝐹𝑐 = =



1 2𝜋√𝑅1 𝐶1 𝑅2 𝐶2 1



2(3,14)√(104 )(0,02.10−6 )(22.103 )(0,01.10−6 ) =1073 Hz =1,073 kHz



Berdasarkan percobaan yang dilakukan menggunakan software multisim, dengan menggunakan osiloskop diketahui frekuensi cut off sebesar 1,020 kHz. Dengan blode potter dapat diketahui frekuensi cut off sebesar 1,027 kHz. Sedangkan untuk hasil perhitungan menggunakan rumus, diperoleh nilai frekuensi cut off sebesar 1,073 kHz. Hasil yang didapat antara perhitungan, menggunakan osiloskop, dan blode potter hampir sama. Hal yang mempengaruhi perbedaan ini dikarenakan kurangnya teliti dalam menentukan skala pada frekuensi.



3.7 Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa terdapat selisih antara hasil perhitungan, menggunakan osiloskop, dan blode potter. Hal ini dikarenakan kurangnya teliti dalam melakukan perhitungan atau menentukan skala pada frekuensi saat mengukur menggunakan osiloskop. Namun, selisih tersebut tidak jauh berbeda.