Filter Aktiif Dasar (Fisika Punya)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar  Belakang

Penyaring atau tapis didefinisikan sebagai rangkaian atau jaringan listrik yang dirancang untuk melewatkan atau melolokan arus bolak-balik yang dibangkitkan pada frekuensi tertentu serta memblok atau memperlemah semua arus bolak-balik yang dibangkitkan dengan frekuensi-frekuensi yang lain.

Tapis memiliki aplikasi yang sangat luas dalam rekayasa listrik dan electronik serta memiliki meruakan elemen yang sangat penting peranannya dalam banyak macam sistem komunikasi dan instrmentasi di mana proses pemisahan dari sinyal-sinyal yang diinginkan dan tidak diinginkan, trermasuk di dalamnya adalah sinyal-sinyal pengganggu noise, merupakan proses yang esensial untuk mencapai keberhasilan operasi dari fungsi sistem yang bersangkutan.

      Secara garis besar terdapat dua tipe generik tapis yaitu tapis pasif dan tapis aktif. Tapis tipe yang pertama, tapispasif, akan terdiridari komponen-komponen rangkaian yang berupa resistor, kapasitor dan indktor. Sementara tapis tipe yang kedua yaitu tapis aktif, di samping terdiri atas komponen-komponen rangkaian yang berupa resistor, kapasitor dan induktor, pada tapis ini terdapat pula komponen tambahan yang berupa komponen aktif yang biasanya diwujudkan oleh komponen op-amp.

Kedua tipe tapis ini dapat dibagi lebih lanjut menjadi empat kelas yang berbeda sesuai penggunaannya masing-masing. Keempat kelas tapis ini adalah tapis low-pass, tapis highpass, tapis band-pass dan tapis band-stop.

Tapis low-pass ialah suatu rangkaian yang intinya merupakan sebuah rangkaian pembagi tenaga tegangan yang terdiri atas sebuah komponen resistif (resistor) yang terhubung secara seri dengan sebuah kapasitor.

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

4.      Untuk mengetahui fungsi op-amp pada rangkaian filter aktif

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Filter aktif RC adalah rangkaian pemilah frekuensi yang komponen-komponen pasifnya terdiri dari tahanan (R), kapasitor (C) dan Op-Amp sebagai komponen aktif. Tidak digunakannya induktasni merupakan keuntungan terutama dalam fabrikasi rangkaian terpadu. Dalam rangkaian diskritpun, komponen induktansi selalu besar dan tidak linier dan dapat memancarkan disipasi energi dengan daya yang besar. Rangkaian pemilah frekuensi dalam hal ini memilih sinyal denga frekunsi tertentu saja, demikian sehingga V₂ (t) merupakan tegangan dengan salah satu (daerah) frekuensi saja. Pemisahan frekuensi ini dinyatakan dalam apa yang dinamakan fungsi alih H(jω), yang merupakan perbandingan tegangan sinyal keluaran dan tegangan sinyal masukan.

            Ada empat jenis filter ideal, yang memiliki tanggapan frekuensi ideal. Tanggapan frekuensi filter ideal tersebut adalah dari jenis filter-filter (a) lewat-bawah (low-pass), (b) lewat-pita (band-pass), (c) lewat-atas (high-pass), dan (d) penolakan pita (band-rejection) (eliminasi-pita). Pada filter lewat-bawah (low-pass) (a), keluaran filter (yang mungkin merupakan penguatan), yang dinyatakan olehH (j2πf) muncul untuk frekuensi-frekuensi rendah. Pada filter lewat-atas (high-pass) (c), keluaran filter, yang dinyatakan oleh H (j2πf) muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi- batas bawah (f_L) dan frekuensi batas-atas tak terhingga. Sedangkan pada filter penolakan-pita (band-rejection) (eliminasi-pita) (d), keluaran filter, yang dinyatakan oleh H (j2πf) tidak muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas-bawah (f₁) dan frekuensi batas-batas (f₂). Pada pita-lewat (bandpass), dimana ada tanggapan, dalam keadaan ideal, tanggapan maksimumnya adalah H_o.      (Sutanto, 2006)

Rangakain tapis high pass dapat dengan mudah dibentuk dengan cara saling menukarkan posisi komponen C dan R dari rangkaian tapis low pass. Pada frekuensi-frekuensi masukan yang rendah kapasitor akan memiliki nilai reaktan yang tinggi dan secara efektif akan menlak setiap tgangan yang diberikan seiring dengan meningkatnya frekuensi maka secara progresif kapasitor akan menurunkan reaktansinya sehingga memungkinkan terjadinya peningkatan proporsi tegangan maskan yang dapat dibangkitkan pada terminal-terminal komponen resistor yang akan muncul sebagai keluaran rangkain. Frekuensi-frekuensi di bawah fc dapat di pandang sebagai frekuensi yang berada dalam wilayah stop-band sementara frekuensi-frekuensi di atas fc dipandang sebagai frekuensi yang berada dalam wilayah pass band.Sebuah tapis band-stop orde kedua dapat diperoleh dengan menggunakan susunan rangakain LC paralel. Pada frekuensi-frekuensi rendah, secara efektif rangkaian ini merupakan sebuah tapis low-pass yang hanya terdiri dari komponen L dan R. Pada frekuensi resonansi rangkaian, yang dtentukan oleh persamaan , rangkaian L dan C paralel keluaran rangakaian akan sama dengan nol. Jika frekuensi resonansi ini terlampaui maka reaktansi induktif rangkaian akan terus bertambah besar sementara reaktansi kapasitifnya justru semakin berkurang.

            Dalam kondisi ini rangkaian seolah-olah bekerja sebagai sebuah rangkaian tapis high pass yang hanya terdiri dari komponen rangakain C dan R.Empat buah rangkaian dasar tapis yang bersifat sensitif terhadap frekuensi sinyal rangkaian yang telah kita bahas dapat dihubungkan secara kaskade (bertingkat) dengan menggunakan campuran varian-varian orde pertama dan kedua yang kiranya diperlukan untuk mengahsilkan respons rangkaian yang dikehendaki. Bentuk kurva-kurva respons rangkaian tapis telah dipelajari secara mendalam dan seksamaoleh banyak ilmuan ternama. Beberapa di antaranya bahkan dipatrikan namanya sebagai nama beberapa rangkaian tapis tertentu sebagai penghargaan atas dedikasinya dalam dalam mempelajari bentuk kurva-kurva respon ini.

            Rangkaian-rangkaian tapis pasif mengandung berbagai macam kombinasi variasi pasangan resistor, kapasitor dan induktor dengan berbagai macam kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Secara matematis, rangkaian-rangkaian tapis pasif ini merupakan rangkaian yang sulit untuk di rancang. Arus beban yang ditarik oleh rangkaian seringkali berpengaruh terhadap frekuensi kerja rangkaian. Bahkan dalam pass band rangkaian sering kali terjadi efek pelemahan sinyal.

Rangkaian-rangkaian tapis pada umumnya relatif  sulit untuk ditala pada rentang frekuensinya tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan dalam karakteristik responsnya. Permasalahan yang lebih lanjut adalah terkait dengan penggunaan komponen induktor dalam rangkaian-rangkaian tapis. Penggunaan OP-AMP untuk membentuk rangkaian tapis akan dapat mengatasi sebagian besar permasalahan yang basanya muncul dalam rangkaian tapis pasif. Impedansi masukan op-amp yang tinggi serta impedansi keluaran yang rendah akan secara efektif mengisolasi rangkaian tapis yang sensitif terhadap frekuensi dari efek pembebanan rangkaian.

Di samping itu op-amp dapat memberikan gain arus dan tegangan yang diperlukan. Yang lebih penting lagi, dengan suatu cara tertentu op-amp dapat dirancang menjadi rangkaian CR yang menghasilkan respons tapis yang secara virtual adalah identik dengan respons jaringan tapis induktif pasif.hal ini berarti penggunaan komponen induktor menjadi tidak diperlukan lagi. Berbeda halnya dengan sebuah induktor, op-amp tidak memiliki medan magnetik yang disimpan secara energi. Sebuah pembalik impedansi negatif tunggal tidak mampu mensimulasikan aksi yang sesungguhnya dari sebuah induktor. Walaupun demikian , efek ini dapat tetap kita dapatkan jika digunakan sepasang konverter impedansi negatif. Jika dimisalkan bahwa Z = -jXc maka Zi = /-jXc = +j. Sekarang kapasitor ini dibuat agar berperilaku sebagai sebuah induktor yang sesungguhnyadengan nilai impedansi C = L/.       

            (George clayton, 2005) 

Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu. Untuk merancang rangkaian filter dapat digunakan komponen pasif (R,L,C) dan komponen aktif (Op-Amp, transistor). Dengan demikian filter dapat dikelompokkan menjadi filter pasif dan filter aktif. Pada makalah ini akan dibahas mengenai filter pasif dan filter aktif.Pada dasarnya filter dapat dikelompokkan berdasarkan response (tanggapan) frekuensinya menjadi 4 jenis:

1. Filter lolos rendah/ Low pass Filter.

2. Filter lolos tinggi/ High Pass Filter.

3. Filter lolos rentang/ Band Pass Filter.

4. Filter tolah rentang/Band stop Filter or Notch Filter.

Filter adalah suatu device yang memilih sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi dari sinyal tersebut. Filter akan melewatkan gelombang/sinyal listrik pada batasan frekuensi tertentu sehingga apabila terdapat sinyal/gelombang listrik dengan frekuensi yang lain (tidak sesuai dengan spesifikasi filter) tidak akan dilewatkan. RAngkaian filter dapat diaplikasikan secara luas, baik untuk menyaring sinyal pada frekuensi rendah, frekuensi audio, frekuensi tinggi, atau pada frekuensi-frekuensi tertentu saja.Magnitude (nilai besar) dari fungsi alih dinyatakan dengan |T|, dengan satuan dalam desibel (dB). Filter dapat diklasifikasikan menurut fungsi yang ditampilkan, dalam term jangkauan frekuensi, yaitu passband dan stopband. Dalam pass band ideal, magnitude-nya adalah 1 (= 0 dB), sementara pada stop band, magnitude-nya adalah nol.Berdasarkan hal ini filter dapat dibagi menjadi 4, yaitu :

1. Filter lolos bawah (low pass filter), pass band berawal dari w = 2pf = 0 radian/detik sampai dengan w = w0 radian/detik, dimana w0 adalah frekuensi cut-off.

2. Filter lolos atas (high pass filter), berkebalikan dengan filter lolos bawah, stop band berawal dari w = 0 radian/detik sampai dengan w = w0 radian/detik, dimana w0 adalah frekuensi cut-off.

3. Filter lolos pita (band pass filter), frekuensi dari w1 radian/detik sampai w2 radian/detik adalah dilewatkan, sementara frekuensi lain ditolak.

4. Filter stop band, berkebalikan dengan filter lolos pita, frekuensi dari w1 radian/detik sampai w2 radian/detik adalah ditolak, sementara frekuensi lain diteruskan.

(http://andri19921119.blogspot.co.id/p/filter-aktif-dan-filter-pasif.html)

BAB 3

Metodologi Percobaan

3.1  Komponen dan Peralatan

3.1.1 Komponen

1.         Resistor (2 buah 4,7k, 27k, 47k)

Fungsi : sebagai hambatan pada rangkaian

2.         Kapasitor 2 buah (0,033μF)

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

3.2    Prosedur Percobaan

1.    Disediakan peralatan serta komponen yang akan digunakan sesuai dengan percobaan.

2.    Dirangkai komponen pada protobroad seperti pada gambar:

3.      Dipasangjumper ke analog design unit

4.      Dihubungkan analog unit design ke sumber tegangan,Kemudian ditekan saklar pada peralatan (On).

5.      Dihubungkan osiloskop ke  analog design unit dengan penjepit buaya.

6.       Diatur frekuensi 100 Hz  dan dilihat gelombang yang ditampilkan pada Osiloskop.

7.      Diukur besar tegangan keluaran (V_out) melalui tampilan osiloskop.

8.      Dicatat besar Vout dan dihitung Gain (G) yang diperoleh.

9.      Diulangi prosedur 6-8 untuk frekuensi 100 Hz, 300 Hz, 500 Hz, 700 Hz, 900 Hz, 1000 Hz, 1200 Hz.

10.  Dicatat data yang diperoleh pada kertas data

3.3    Skema Rangkaian

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Percobaan

f (Hz)	(Volt)	(Volt)
100	7,5	0,75
300	7	0,7
500	6,5	0,65
700	6	0,6
900	5,9	0,59
1000	5,5	0,55
1200	5,3	0,53

 = 10 V

1.      Menentukan dB tegangan dengan rumus

·      Frekuensi 100 Hz

g = - 20 log 0,78

= - 20 ( - 0,125 ) = 2,5 dB

·      Frekuensi 300 Hz

g = - 20 log 0,7

= - 20 ( - 0,155 ) = 3,1 dB

·      Frekuensi 500 Hz

g = - 20 log 0,65

= - 20 ( - 0,187 ) = 3,74 dB

·      Frekuensi 700 Hz

g = - 20 log 0,6

= - 20 ( - 0,221 ) = 4,42 dB

·      Frekuensi 900 Hz

g = - 20 log 0,59

= - 20 ( - 0,230 ) = 4,6 dB

·      Frekuensi 1000 Hz

g = - 20 log 0,55

= - 20 ( - 0,259 ) = 5,18 dB

·      Frekuensi 1200 Hz

g = - 20 log 0,53

= - 20 ( - 0,275 ) = 5,5 dB

2.      Menentukan frekuensi cut-off

4.3. Gambar Percobaan

Analog design unit                                                          osiloskop   

Jumper                                                                              penjepit buaya

 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 danlainnya digunakan pada rangkaian filter aktif untuk mendapatkan slew rate yang cepat dan penguatan serta bandwidth bidang kerja lebih baik.

5.2  Saran

1. Sebaiknya praktikan. teliti dalam merangkai peralatan dan komponen dalam rangkaian.

2. Sebaiknya praktikan sudah memahami prosedur percobaan sebelum melakukan praktikum.

3. Sebaiknya praktikan memahami kaki – kaki pada IC.

DAFTAR PUSTAKA

Clayton,george. 2005. Operational Amplifiers. Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.

Halaman: 250-259.

Sutanto, 2006. Rangkaian Elektronika. Jakarta: UI-Press.

           Halaman: 146-148.

http://andri19921119.blogspot.co.id/p/filter-aktif-dan-filter-pasif.html

Diakses Pada Tanggal : 4 April 2016

        Pukul : 19.25  WIB

1.      Tuliskan jenis-jenis filter aktif !

Jawab :

·               LPF (Low-Pass Filter)

Filter Low Pass adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari dc naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc, tegangan keluarannya diperlemah (turun).Filter Low Pass adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam/menahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.

Low-pass filter aktif

·               HPF (High-Pass Filter)

Filter High Pass memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff fc. Di atas fc, besarnya tegangan keluaran tetap. Garis penuh adalah kurva idealnya, sedangkan kurva putus-putus menunjukkan bagaimana filter-filter high pass yang praktis menyimpang dari ideal.
Pengertian lain dari High Pass Filter yaitu jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta meredam/menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.

High-pass filter aktif

·               BPF (Band-Pass Filter)

Filter Band Pass hanya melewatkan sebuah pita frekuensi saja seraya memperlemah semua frekuensi di luar pita itu. Pengertian lain dari Band Pass Filter adalah filter yang melewatkan suatu range frekuensi. Dalam perancangannya diperhitungkan nilai Q(faktor mutu). Jenis tanggapan dapat diwujudkan hanya dengan menggabungkan high-pass filter dan low-pass filter.Gambar Band Pass Filter seperti berikut ini :

Band-pass filter aktif

·               BEF (Band Elimination Filter)

Filter Band Elimination yaitu filter band elimination menolak pita frekuensi tertentu seraya melewatkan semua frekuensi diluar pita itu.Bisa juga disebut Band Reject merupakan kebalikan dari Band Pass, yaitu merupakan filter yang menolak suatu range frekuensi. Sama seperti bandpass filter, band reject juga memperhitungkan faktor mutu

Unknown

Add Comment

Fisika Jurnal

Saturday, June 25, 2016

Share

Like

G+

Tweet

Tweet

Related Posts