MODUL 05 FILTER PASIF PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018

Transkripsi

1 MODUL 05 FILTER PASIF PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018 LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Riwayat Revisi Rev

2 1 TUJUAN Memahami prinsip kerja dari Low Pass Filter. Memahami prinsip kerja dari High Pass Filter. Memahami prinsip kerja dari Band Pass Filter. Memahami perbedaan kinerja dari filter pasif orde satu dan filter pasif orde dua Mampu menjelaskan kegunaan / aplikasi dari rangkaian pasif filter. 2 PERSIAPAN Peserta diharapkan mengetahui cara membaca nilai kapasitansi pada kapasitor non polar. Peserta diharapkan membaca materi tentang rangkaian filter terlebih dahulu. Peserta diharapkan melakukan simulasi terlebih dahulu terkait percobaan yang akan dilakukan. 3 PERALATAN PRAKTIKUM 1 Set Signal Generator 1 buah Multimeter Digital 1 buah breadboard 3 Resistor (2 resistor bernilai sama, 1 resistor bernilai berbeda) 3 Kapasitor non polar (2 kapasitor bernilai sama, 1 kapasitor bernilai berbeda) 1 Set jumper 1 Set toolbox 4 DASAR TEORI Dalam dunia elektronika, terdapat 2 jenis komponen, yaitu komponen aktif dan komponen pasif. Perbedaan mendasar dari kedua jenis komponen ini terletak pada ada tidaknya sumber tegangan ekternal yang digunakan agar komponen tersebut dapat beroperasi. Apabila komponen tersebut membutuhkan tegangan eksternal, maka komponen tersebut termasuk komponen aktif, seperti transistor, operational amplifier, dan dioda. Apabila komponen tersebut tidak membutuhkan tegangan eksternal, maka komponen tersebut merupakan komponen pasif. Contohnya adalah resistor dan kapasitor [1]. Modul kali ini membahas tentang filter pasif. yaitu filter yang rangkaiannya hanya menggunakan resistor dan kapasitor. Apabila rangkaian filter tersebut menggunakan operational amplifier (op-amp) maka filter tersebut dikatakan filter aktif. Filter digunakan untuk menyeleksi frekuensi yang akan dilewatkan dan yang tidak dilewatkan. Salah satu kegunaan umum dari filter adalah pembersihan sinyal dari noise. Untuk menghilangkan noise tersebut dibutuhkan suatu alat yang dapat menyeleksi frekuensi sehingga keluarannya murni frekuensi yang bebas dari noise. Secara umum, rangkaian filter pasif terdiri dari Low Pass Filter (LPF) dan High Pass Filter (HPF). Adapun tambahan jenis filter pasif adalah Band Pass Filter (BPF) merupakan kombinasi dari rangkaian LPF dan HPF. BPF dibentuk dengan menyerikan rangkaian LPF dan HPF. Kemudian, untuk menentukan frekuensi mana yang akan dipotong atau diteruskan, terlebih dahulu ditentukan frekuensi cut-off atau frekuensi potong dari rangkaian filter tersebut. Analisis respon amplitudo terhadap frekuens menggunakan respon amplitudo. Kurva respon frekuensi/tanggapan amplitudo biasanya dituliskan dengan 20.logG(ω) (db) terhadap f (Hz), dengan [2] : G(ω) = V output V input (1) G(ω) merupakan fungsi yang menggambarkan penguatan tegangan terhadap frekuensi. Dalam melukiskan tanggapan amplitudo, biasanya digunakan rasio tegangan dalam db (desibel), yang didefinisikan sebagai: G(ω) = 20 log ( V output V input ) (2)

3 Gambar 1. Tanggapan Amplitudo Ideal [3] High Pass Filter High Pass Filter (HPF) merupakan rangkaian pasif filter yang melewatkan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off. Berikut ini gambar rangkaian High Pass Filter dan tanggapan amplitudonya. Gambar 2. High Pass Filter Untuk menentukan besarnya tegangan keluaran (Vout) pada gambar 2, digunakan prinsip pembagi tegangan, yaitu: Dimana ω p = 1/R 2C 2 V out = R 2 V R 2 + X in (3) c R 2 V out = R V in (4) jωc 2 G(ω) = jω (5) jω + ω p Low Pass Filter High Pass Filter (LPF) merupakan rangkaian pasif filter yang melewatkan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off. Berikut ini gambar rangkaian Low Pass Filter dan tanggapan amplitudonya. Gambar 3. Low Pass Filter Untuk menentukan besarnya tegangan keluaran (Vout) pada gambar 1, digunakan prinsip pembagi tegangan, yaitu: V out = X c R 1 + X c V in (6)

4 Dimana ω p = 1/R 1C 1 1 jωc V out = 1 R V in (7) jωc 1 G(ω) = ω p (8) jω + ω p Band Pass Filter Band Pass Filter (BPF) merupakan rangkaian pasif filter yang melewatkan frekuensi diantara frekuensi cut-off LPF dan HPF. Syarat agar Band Pass Filter dapat bekerja adalah frekuensi cut-off LPF harus lebih besar dari frekuensi cut-off HPF. BPF dibentuk dengan menggunakan Filter Pasif Orde 2 Filter orde 2 memiliki arti bahwa filter tersebut mengalami proses filter sebanyak 2 kali. Suatu filter orde 2 dapat didapatkan dengan menyerikan rangkaian filter yang sama. Frekuensi potongnya dinyatakan dengan persamaan [2] : 1 f p = (9) 2π R 1 C 1 R 2 C 2 apabila ingin didapatkan f p yang sama, maka digunakan resistor dan kapasitor yang masing-masing bernilai sama. Persamaan (9) berlaku untuk HPF maupun LPF. 5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Turunkan persamaan 5 dan 8! [20] 2. Gambarkan rangkaian orde 1 LPF, HPF, dan BPF! [20] 3. Apa yang dimaksud dengan frekuensi cut-off? Tuliskan rumus frekuensi cut-off untuk rangkaian HPF, LPF, serta BPF! [20] 4. Apabila diketahui R = 100 Ω dan C = 10/π μf, tentukan frekuensi cut-off hitung! Pada filter riil, pada saat kapankah (atau nilai berapakah) frekuensi yang masuk dikatakan sebagai frekuensi cut-off?[20] 5. Jelaskan perbedaan rangkaian pasif filter orde satu dan dua? Gambarkan rangkaian filter pasif orde satu dan orde dua untuk filter pasif jenis LPF dan HPF![20] 6 LANGKAH PERCOBAAN Pada praktikum kali ini terdapat 3 percobaan yang akan dilakukan, yaitu High Pass Filter (HPF), Low Pass Filter (LPF), dan Band Pass Filter (BPF). Pada modul kali ini, rangkaian pasif filter yang digunakan adalah rangkaian orde satu. A. High Pass Filter 1. Siapkan resistor dan kapasitor yang akan digunakan. Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor non polar. Kemudian, catat besar hambatan yang dimiliki oleh resistor dan besar kapasitansi yang dimiliki kapasitor. (Catatan : Nilai yang tercatat harus sesuai yang tertera pada multimeter). 2. Hitung besar frekuensi cut-off. 3. Siapkan breadboard dan susunlah rangkaian seperti pada gambar Pastikan kabel, jumper, dan komponen telah berada pada posisi yang benar. 5. Siapkan signal generator. Kemudian nyalakan signal generator. 6. Atur input signal generator sebesar 5Vpp 7. Set frekuensi signal generator pada frekuensi paling rendah. 8. Ukur tegangan output menggunakan multimeter. 9. Ubah frekuensi pada signal generator. Naikan frekuensi signal generator. 10. Setiap perubahan frekuensi, tegangan output dicatat. (Catatan : Pastikan nilai tegangan input tetap 5Vpp setiap perubahan frekuensi).

5 11. Ketika frekuensi yang diubah mendekati nilai frekuensi cut-off teoritik, frekuensi dinaikan dengan rentang yang lebih kecil. 12. Variasikan frekuensi signal generator sebanyak 15 kali. B. Low Pass Filter Susunlah rangkaian seperti gambar 3 pada breadboard kemudian ulangi langkah percobaan sama seperti percobaan HPF. C. Band Pass Filter Susunlah rangkaian LPF dan HPF secara seri pada breadboard. Ingat bahwa frekuensi cut-off LOW Pass Filter HARUS lebih besar dibandingkan dengan frekuensi cut-off High Pass Filter. Kemudian ulangi langkah percobaan sama seperti percobaan HPF. D. High Pass Filter Orde 2 Susunlah rangkaian HPF yang diserikan dengan rangkaian HPF dengan nilai kedua kapasitor dan resistor dari tiap rangkaian HPF tersebut sama. Ulangi langkah percobaan seperti pada poin A. E. Low Pass Filter Orde 2 Susunlah rangkaian HPF yang diserikan dengan rangkaian HPF dengan nilai kedua kapasitor dan resistor dari tiap rangkaian HPF tersebut sama. Ulangi langkah percobaan seperti pada poin A. CATATAN: Untuk membandingkan hasil keluaran yang didapat, pengukuran dilakukan pada daerah dekat frekuensi cut-off juga. Ada baiknya pengukuran keluaran pada daerah frekuensi bisa juga dilakukan di frekuensi yang tidak begitu dekat dengan frekuensi cut-off. Selain itu, nilai tegangan dapat diatur sedemikian rupa agar hasil bisa terlihat lebih baik. Perhatikan juga nilai frekuensi cut-off dari kombinasi R dan L yang sesuai agar fenomena percobaan dapat terlihat dengan baik. Untuk resistor dan kapasitor, disarankan untuk menggunakan pasangan 1 kω dan 180 nf serta 100 Ω dan 300 nf 7 TUGAS LAPORAN 1. Jelaskan sistem/cara kerja High Pass Filter, Low Pass Filter, dan Band Pass Filter sehingga dapat meloloskan frekuensi-frekuensi tertentu! 2. Gambarkan respon frekuensi/tanggapan amplitude untuk masing-masing percobaan yang dilakukan! Tunjukkan frekuensi cut-off berdasarkan respon frekuensi tersebut! 3. Berdasarkan data yang diperoleh, mengapa tegangan keluaran yang diperoleh tidak nol pada daerah frekuensi yang tidak dilewatkan? Jelaskan! 4. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kerja rangkaian filter pasif? Jelaskan! 5. Apakah filter orde 2 memiliki kemampuan mem-filter sinyal yang lebih baik? Jelaskan! 6. Apakah ada perbedaan hasil filter dari filter aktif dan filter pasif? Jelaskan! 7. Carilah contoh aplikasi dari rangkaian pasif filter. Jelaskan!

6 8 REFERENSI [1] Sutrisno ELEKTRONIKA: Teori dan Penerapannya, Jilid 1. Bandung: Penerbit ITB. [2] Malvino, Albert Electronic Principles 7 th Edition. McGraw-Hill: USA. Chapter Active Filters. Page 783 [3] Aspencore, Inc. Passive Low Pass Filter. Tersedia di [7 Juni 2017]

7 LOG AKTIVITAS Nama : NIM : Shift : Berikut ini adalah log aktivitas yang harus diisi oleh praktikan. Log aktivitas ini terdiri atas 5 bagian sesuai dengan percobaan yang dilakukan, yaitu data HPF, LPF, BPF, HPF orde 2, dan LPF orde 2. Data High Pass Filter R ( ) C ( ) V inv pp( ) Frekuensi ( ) Vout ( ) G(ω) 20 log G(ω) Log f G(ω) 20logG(ω) Log f Frekuensi (Hz) Grafik Respon Frekuensi Grafik Bode Plot

8 Data Low Pass Filter R ( ) C ( ) V inv pp( ) Frekuensi ( ) Vout ( ) G(ω) 20 log G(ω) Log f G(ω) 20logG(ω) Log f Frekuensi (Hz) Grafik Respon Frekuensi Grafik Bode Plot

9 Data Band Pass Filter V inv pp( ) R 1 ( ) C 1 ( ) R 2 ( ) C 2 ( ) Frekuensi ( ) Vout ( ) G(ω) 20 log G(ω) Log f G(ω) 20logG(ω) Log f Frekuensi (Hz) Grafik Respon Frekuensi Grafik Bode Plot

10 Data High Pass Filter Orde 2 V inv pp( ) R 1 ( ) C 1 ( ) R 2 ( ) C 2 ( ) Frekuensi ( ) Vout ( ) G(ω) 20 log G(ω) Log f G(ω) 20logG(ω) Log f Frekuensi (Hz) Grafik Respon Frekuensi Grafik Bode Plot

11 Data Low Pass Filter Orde 2 V inv pp( ) R 1 ( ) C 1 ( ) R 2 ( ) C 2 ( ) Frekuensi ( ) Vout ( ) G(ω) 20 log G(ω) Log f G(ω) 20logG(ω) Log f Frekuensi (Hz) Grafik Respon Frekuensi Grafik Bode Plot Revised by: Joshua Dwi Prasetyo