BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Pada rangkaian dibagian listrik sering disebut
rangkaian seleksi frekuensi untuk melewatkan band frekunsi tersentuh dan
menahannya dari frekuensi diluar band itu. Filterdapat diklafisikasikan dengan
arahan analog atau digital, pasif atau aktif, audio (AF) atau radio frekuensi
(RF). Filter analog dirancang untuk memproses sinyal analog, sedang filter
digital memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital. Filter
tergantung dari tipe elemen yang digunakan pada rangkaiannya, filterakan
dibedakan pada filter aktif dan filter pasif. Elemen pasif adalah tahanan,
kapasitor dan induktor. Filter aktif dilengkapi dengan transistor atau op-amp
selain tahanan dan kapasitor. Tipe elemen ditentukan oleh pengoperasian range
frekuensi kerja rangkaian. Misal RC filter umumnya digunakan untuk audio atau
operasi frekuensi rendah dan filter LC atau kristal lebih sering digunakan pada
frekuensi tinggi.Pada percobaan ini, The
State Variable Filter, akan membahas filter aktif bertingkat, dimana
dalam filter aktif ini digunakan komponen IC op-amp sebagai penguat frekuensi
dan untuk menyempurnakan kinerja filter, serta menjadi suatu bentuk
penyederhanaan rangkaian yang lebih kompleks dari filter pasif. Untuk menyaring
sinyal dengan frekuensitinggi (lebih dari 1 MHz), biasanya digunakan filter
pasif LRC dimana komponennya terdiri dari induktor (L), resistor (R), dan
kapasitor (C), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Namun untuk
menyaring sinyal listrik pada rentang frekuensi yang rendah (1Hz- 1MHz). Filter
aktif memang sangat handal dan juga sangat mampu digunakan pada komunikasi dan
sinyal prosesing, tapi juga sangat baik dan sering digunakan pada rangkaian
elektronika seperti radio, televisi, telepon ,radar, satelit ruang angkasa dan
peralatan biomedik, akan dibutuhkan nilai komponen induktor produksi filter
dengan frekuensi yang sangat lebih rendah.
1.2 Tujuan
Percobaan
1.
Untuk mengetahui rangkaian state
variable filter.
2.
Untuk mengetahui rangkaian bandpass
filter.
3.
Untuk mengetahui rangkaian bandstop
filter.
4.
Untuk mengetahui aplikasi rangkaian state
variable filter.
BAB II
LANDASAN TEORI
Rangkaian penyearah yang sempurna harus
menyediakan tegangan mantap bebas kerutan melalui resistansi bebannya.
Keluaran dari penyearah setengah-gelombang atau gelombang-penuh terdiri dari
komponen kerutan ditambah suku dc (searah). Komponen penyearah dapat
diperbaiki dengan memasukkan rangkaian tambahan antara penyearah dan beban untuk
mengganti komponen kerutan. Rangkaian tambahan ini dinamakan penyaringan
(atau filter). Dalam peristiwa yang sederhana, filter terdiri dari
kapasitor C yang ditempatkan bercabang dengan resistansi beban RL atau beberapa
induktor L yang ditempatkan seri dengan resistansi beban RL. Isi kerutan
dari rilis penyearah dapat diperkaya lebih lanjut dari dengan menggunakan
rangkaian filter LC seksi "L" atau seksi "T", seperti
ditunjukkan secara keseluruhan dalam.
Aksi rangkaian filter dapat dimengerti
dengan cara berikut. Dalam peristiwa filter kapasitor yang digunakan
paralel dengan resistansi beban, reaktansi dari kapasitansi C pada frekuensi
sinyal masuk diambil sangat kecil dibandingkan dengan Ri. Maka komponen
kerutan dipintas oleh kapasitor dan fluktuasi tegangan dekat resistansi beban
berkurang. Dalam peristiwa induktor yang seri dengan beban resistansi,
reaktasi induktor pada frekuensi sinyal masuk diambil lebih banyak dari R, maka
komponen ac dari keluaran penyearah terutama akan muncul lewat
induktansi. Komponen dc dilewatkan induktor tidak ada banyak kegagalan,
pertahankan resistansi induk ke arus searah diabaikan. Jelas, fluktuasi
dari tegangan lewat R akan kecil. Dalam rangkaian LC, aksi penyaringan
baik dari filter induktor baik filter kapasitor.
Tegangan kerutan diperlemah oleh induktor
seri dan kapasitor cabang, dan hasil tegangan keluaran yang rata-rata lewat
RL. Jika kapasitor tidak ada, selama setengah siklus sinyal input, salah
satu tabung dan penguat gelombang penuh akan dihantar dan, jika masukannya
sinusoidal, keluarannya muncul tegangan setengah siklus sinu- soidal. Puncak
tegangan setengah sinusoidal sama dengan tegangan yang terinduksi dalam setengah bagian
transformator (asalkan pengurangan tegangan melalui tabung diabaikan).
Jika kapasitor ada, tegangan ini memberi muatan kapasitor C hingga
puncaknya. Penghantaran tabung berarti menyediakan arus pengisian
muatan. Pada fase penurunan, masuk kapasitor C mengosongkan muatan lewat
resistansi beban R dengan konstanta waktu yang diberikan oleh hasil kali
CR1. Bentuk gelombang tegangan pada rilis penyearah dengan dan tanpa ada
kapasitor dibahas bentuk aliran yang mengalir dalam dua tabung. Di sini,
reaktansi dari kapasitor pada frekuensi kerutan jauh lebih rendah dari
resistansi beban. Ini berarti konstanta waktu CRL jauh lebih besar dari
periode waktu T dari tegangan bolak-balik. Jika salah satu tabung
dihantar, kapasitor penyaring mengisi muatan. Karena tabung dimisalkan
ideal, maka selama periode menghantar, tabung-seperti ini menghubungkan
rangkaian singkat dan kapasitor mengisi muatan sampai teganganmaksimum, yang
sama dengan maksimum dari sinyal masuk. Selama penghantaran jika sinyal
masuk lebih tinggi dari harga, tabung tidak bekerja dan kapasitor mengosongkan
muatan dengan fungsi dengan konstanta waktu CRL. Selama setengah periode
sinyal masuk yang lain, tabung kedua akan mulai menghantar jika tegangan masuk
menjadi lebih besar dari misalnya.
Penghantaran tabung berhenti jika
tegangan masuk berkurang lebih rendah dari puncaknya. Jadi, aliran tabung mengalir
selang waktu yang kecil dari setengah siklus sinyal masuk. Arus tabung
ini terbagi ke dalam dua bagian: satu melewati melewati RL dan yang lain
melewati C'untuk menyimpan kembali memuat pada kapasitor tersebut, yang lebih
besar telah ditambahkan selama periode penghantaran sebelumnya. Karena
arus kapasitor mendahului tegangan yang diberikan sebesar 90 °, jelas arus arus
akan mendahului tegangan yang diberikan dengan sudut kurang dari 90°.
Diberikan, arus dioda dan tegangan masuk yang diberikan dak mencapai
harga-harga maksimumnya dengan serempak pi arus dioda mendahului tegangan
masuk. Untuk penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor, titik
puncak balik sama dengan 2Em di mana Em adalah pun- cak tegangan antara sadapan
tengah dan kedua ujung sekunder trafo.
Untuk penyearah setengah gelombang dengan
filter kapasitor, PIV (tegangan balik puncak) juga melampaui 2Em, tetapi di
sini Em adalah tegangan puncak total lewat sekunder trafo. Jadi, jika
filter digunakan, PIV naik untuk penyearah gelombang tinggi, tetapi untuk
penyearah gelombang penuh tidak berubah. (Chattopadhyay,
1989)
Filter aktif Filter aktif mempergunakan
amplifier bersama dengan resistor dan kapasitor untuk mencapai ciri khas
frekuensi selektif. Filter aktif yang menawarkan keuntungan dibandingkan
filter pasif (RLC). Filter aktif tidak memerlukan induktor, yang secara fisik
besar pada frekuensi rendah (sebagai contoh frekuensi audio) dan ditambahkan
tidak sesuai dalam desain yang terintegrasi yang menggunakan hubungan.
Selain itu, filter aktif menawarkan kebebasan (kemampuan dalam segala hal / serba
bisa). Dalam desain, kontrol yang dapat diprogram dari sifatnya yang
diperbolehkan dan jika diperlukan. Kekurangannya adalah filter aktif yang
diperlukan, pasokan daya, yang akan menyalurkan kebisingan ke dalam sistem, dan
dalam hal filter kapasitor, sinyal waktu dapat memengaruhi koneksi dan ruang.
Akan tetapi, masalah potensial ini semuanya bisa dihindarkan dengan perancangan
yang baik, agar dapat mengambil tegangan keluaran dari kapasitor tanpa
membebaninya dengan rangkaian berikutnya, setiap pengikut tegangan (pengikut
tegangan). Di sini rangkaian penguat operasional menyediakan suatu impedansi
masukan yang sangat tinggi (dalam jangkauan mega ohm), suatu impedansi keluaran
yang sangat rendah (hanya beberapa puluh ohm saja), dan suatu penguatan tegangan
sebesar satu (satu). Prasyarat telah dibuat untuk melepaskan kapasitor ke
tanah melalui saklar MOS lain, yang dioperasikan dengan fase berbeda 180°
dengan yang pertama; yaitu membahas satu diswitch on, yang lain off,
dan. sebaliknya. Waktu periode dilambangkan dengan periode off, dan
frekuensi akhirnya adalah f = 1/ 27, membagikan rangkaian dengan C yang
pertamata dibuang memuatnya, sakelar 1 tertutup, sakelar 2 terbuka. Dengan
mentransfer frekuensi jauh lebih besar dari jumlah data pertambahan sinyal,
maka tegangan v tidak akan berubah banyak selama waktu T. Meskipun
merupakan fungsi waktu, dan kapasitor mengisi sampai mengatur v. Pada saat
beralih 1 terbuka, saklar 2 tertutup, dan kapasitor dimasukkan hingga nol dalam
waktu T, siap untuk dipindahkan berikutnya. (Roddy, 2001)
Elektronik Dasar Seperti yang terlihat,
output dari berbagai rangkaian penyearah. Ini memiliki nilai dc dan variasi
sama ac. Jenis output ini tidak berguna untuk menggerakkan sirkuit /
perangkat elektronik canggih. Pada kenyataannya, sirkuit ini membutuhkan output
dc yang sangat mantap yang mendekati kehalusan output batter. Sirkuit
yang mengubah output dari penyearah
menjadi level de yang sangat mantap adalah filter karena filter menyaring dalam
output. Induktor ini menghadirkan impedansi tinggi ke variasi ac dan
tidak ada arus. Tindakan ini adalah karena properti mendasar dari
induktor yaitu, untuk menentang setiap perubahan dalam arus yang
melewatinya. Oleh karena itu, perubahan yang tiba-tiba itu merata. Ketika
arus keluaran cenderung naik di atas nilai rata-rata, energi magnetik disimpan
dalam induktor yang memiliki efek menurunkan turun tiba-tiba dalam arus.
Namun, ketika arus rangkaian cenderung turun di bawah nilai rata-rata energi
yang tersimpan ini dikembalikan ke sirkuit dalam upaya untuk mencegah arus
lepas terlalu banyak. Dengan cara ini, variasi saat ini dikurangi
seminimal mungkin. Faktor filter semacam itu diberikan oleh f = 50 Hz
1330L. Seperti yang terlihat y bervariasi secara langsung dengan tahanan beban
R, dan berbanding terbalik dengan induktansi. Di filter ini, kapasitor
tunggal yang terhubung di penyearah dan
paralel dengan beban R, untuk aksi penyaringan. Jenis filter ini dikenal
sebagai filter input kapasitor. Filter ini bergantung pada operasinya pada
properti kapasitor untuk mengisi daya (menyimpan energi) saat melakukan dan
melepaskan energi) selama siklus non konduksi. Dengan kata sederhana,
kapasitor menentang setiap perubahan tegangan. Ketika dihubungkan melalui
tegangan dc yang berdenyut, ia cenderung menyaring tegangan. Tindakan penyaringan filter
kapasitor sederhana bila digunakan dalam penyearah setengah gelombang dapat
dipahami. Analisis Sirkuit setengah siklus positif dari input ac diterapkan,
dioda karenanya dinyalakan. Ini memungkinkan C untuk mengisi daya dengan
cepat hingga mengisi waktu hampir nol. Itu karena tidak ada
resistansi dalam jalur pengisian kecuali resistansi dioda dan diabaikan.
Oleh karena itu, kapasitor mengikuti tegangan pengisian seperti yang
ditunjukkan. Setelah terisi penuh, kapasitor menahan muatan hingga
pasokan ac input ke penyearah menjadi negatif. Selama setengah siklus
negatif, kapasitor mencoba melepaskan. Namun, itu tidak dapat melepaskan
D yang sekarang menjadi balik, mati. Karenanya, C tidak memiliki waktu
yang cukup untuk mengeluarkan. Terlihat bahwa bahkan selama setengah
siklus negatif dari pasokan input, kapasitor mempertahankan tegangan besar di
R.
(Theraja, 2008)
Filter high passs variable dan fungsi
yang dibahas sebelumnya tidak dapat dengan mudah disesuaikan. Jika tingkat
akurasi yang dibutuhkan menghasilkan toleransi komponen yang tidak masuk akal,
pendekatan variable akan memungkinkan penyesuaian independen terhadap tiang
filter dan koordinat nol. Fitur lain dari rangkaian ini adalah berkurangnya
sensitivitas respons terhadap banyak keterbatasan penguat seperti bandwidth dan
gain terbatas. Konfigurasi semua pola untuk merancang filter high-pass
semua-kutub variabel-negara, tiang low-pass yang dinormalisasi harus terlebih
dahulu menjalani perubahanlow-pass ke high-pass. Masing pasangan low-pass yang terdiri dari bagian nyata a dan
bagian daripadaB diubah menjadi high-pass yang dinormalisasi.
(Taylor. F,1988)
Perencanangan
rangkaian penyaring (tapis), merupakan sebuah bahasan yang sangat menarik dan
bersifat sangat praktis.
Dalam bab ini, kita akan berkenalan dengan beberapa konsep dasar penyaring
sinyal, serta menelaah lebih dalam lebih dalam bebbagai jenis rangkaian
penyaring aktif maupun
pasif. Rangkaian penyaring bisa jadi merupakan rangkaian yang
sederhana yang hanya terdiri atas sebuah kapasitor dan induktor yang penambahannya
terhadap suatu rangkaian akan dapat memperbaiki unjuk kerja rangkaian yang
bersangkutan.
Konsep
dasar penyaring adalah
memilih frekuensi sinyal yang boleh dilewatkan pada suatu
rangkaian.Terdapat berbegai macam penyaring, bergantung padakeperluannya dalam
suatu aplikasi. Nilai dari seatu penyaring ditentukan kurva pada daerah
disekitar frekuensi sudut/patahan.
Secara umum, kurva yang semakin memerlukan rangkaian yang lebih kompleks.
Penyaring takik (dalam istilah asingnya dikenal dengan nama penyaring “notch”)
merupakan penyaring bandstop khusus yang dirancang dengan karakteristik yang memblok
sinyal dengan satu nilai frekuensi tertentu. Adapun penyaring multiband adalah
rangkaian penyaring yang memiliki
passband dan stopband.
Sebuah
rangkaian penyaring dapat dibuat hanya dengan menggunakan sebuah kapasitor dan
resistor. Disini kita harus memiliki suatu nilai untuk R atau C. Dalam
prakteknya, keputusan ini akan cenderung
didasarkan pada nilai dari
komponen resistor atau kapasitor yang kita miliki. Namun karena tidak adanya
informasi semacam ini yang diberikan, kita bebas untuk menentukan pilihan
lainnya secara sembarang. Oleh karena itu, kita memilih nilai resistor standar
sebesar 4.7 kΩ untuk R.
Tipe
rangkaian yang telah kita telaah sejauh ini dikenal sebagai penyaring pasif.
Rangkaian nya dibuat hanya dengan menggunakan komponen-komponen pasif (tidak ada lomponen
transistor Op-Amp atau elemen-elemen aktif lain yang disertakan didalamnya). Penyaring pasif
cukup umum digunakan, namun tidak selalu cocok untuk semua jenis aplikasi. Gain
(yaitu tegangan keluaran dibagi dengan tegangan masukan) dari sebuah penyaring
pasif kadangkala sulit untuk ditetapkan dan penguatan sering kali merupakan
karakteristik yang diinginkan dari suatu rangkaian penyaring.
Penggunaan
elemen aktif seperti op-Amp dalam suatu rancangan penyaring dapat mengatasi
berbagai kekurangan yang dimiliki oleh penyaring pasif. Rangkaian Op-Amp juga
dapat menampakkan perilaku yang menyerupai induktor melalui penempatan komponen
kapasitor yang dilakukan secara tepat.
Rangkaian
internal Op-Amp mengandung
nilai kapasitor yang sangat kecil (tipikal nya berorde 100 pF), dan nilai akan membatasi
frekuensi maksimum dimana Op-Amp akan berfungsi secara baik dan benar. Jadi
setiap rangkaian Op-Amp akan memberikan seperti halnya penyaring low-pass
dengan frekuensi cut-off yang biasanya berorde 10-100 kHz. Jika dinginkan
frekuensi cut-off yang lebih kecil, dapat ditambahkan sebuah penyaring
eksternal pada sisi masukan atau keluaran Op-Amp. Akan tetapi, rangkaian kita
juga harus dapat menghasilkan sudut frekuensi tinggi pada 10 kHz, sehingga kita
membutuhkan penyaring low-pass pada sisi masukan Op-Amp.
Pada
titik ini rancangan rangkaian kita telah lengkap, dan hasil simulasi untuk
tanggapan frekuensinya. Jelas
terlihat bahwa rancangan tidak memenuhi spesifikasi 10 kHz.
Adanya kesalahan,
sehingga asumsi yang salah semestinya telah kita ;akukan pada salah satu
langkah rangcangan. Simulasi ini digunakan dengan menggunakan Op-Amp, yang berlawanan dengan Op-amp
ideal yang kita gunakan dalam penurunan persamaannya
yang dapat dihasilkan frekuensi sebesar 10 kHz. (Hayt.W, 2005)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Komponen
dan Peralatan
3.1.1
Komponen dan Fungsi
1. Resistor
Fungsi: untuk meneruskan/meloloskan frekuensi
2. Kapasitor
Fungsi: untuk meredam
frekuensi
3. IC LM 741
Fungsi: Sebagai penguat tegangan pada
rangkaian
3.1.2
Peralatan dan Fungsi
1.
Osiloskop
Fungsi: untuk mengamati frekuensi output
2.
Jumper
Fungsi: untuk menghubungkan rangkaian
3.
Unit
Design Analog
Fungsi: sebagai tempat rangkaian dan
memasukkan nilai frekuensi
a.
PSA
Fungsi: sebagai
sumber tegangan listrik DC
b.
Signal
Generator
Fungsi: untuk
membangkitkan signal
c.
Multimeter
Fungsi: untuk mengetahui tegangan input
dan output yang di hasilkan
3.2
Prosedur Percobaan
3.1.1 Pass
Filter
1.
Disediakan
semua peralatan yang akan digunakan
2.
Di
test peralatan dan komponen apakah dalam keadaan baik atau tidak
3.
Dirangkai
komponen seperti pada skema rangkaian
4.
Dihubungkan
Unit Design Analog pada arus PLN
5.
Diatur
frekuensi input, dimulai dengan 2KHz
6.
Diamati
frekuensi output pada osiloskop
7.
Dicatat
hasil percobaan
8. Diubah frekuensi input menjadi 4KHz
hingga 20KHz dengan range pertambahan 2KHz, 20 KHz hingga 120KHz dengan range
pertambahan 20KHz
9.
Diamati
setiap frekuensi yang dihasilkan dan dicatat
3.2.2 Band
Pass Filter
1.
Disediakan
semua peralatan yang akan digunakan
2.
Di
test peralatan dan komponen apakah dalam keadaan baik atau tidak
3.
Dirangkai
komponen seperti pada skema rangkaian
4.
Diatur
frekuensi input, dimulai dengan 1KHz
5.
Dihubungkan
Unit Design Analog pada arus PLN
6.
Diamati
frekuensi output pada osiloskop
7.
Dicatat
hasil percobaanDiubah frekuensi input menjadi 2KHz, 4KHz, 6KHz, 8KHz, 10KHz,
12KHz, 14KHz, 20KHz, 40KHz, 60KHz, 80KHz, 100KHz, 120KHz, dan 140KHz.
8.
Diamati
setiap frekuensi output yang dihasilkan pada osiloskop dan dicatat
9.
Dimatikan
osiloskop dan diputuskan hubungan Unit Design Analog pada arus PLN
3.3 Gambar Percobaan
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
4.1 Data Percobaan
Kapasitor : 0.22μF
Vin :
7.85 volt
R1 :
10 kΩ
R2 :
12 kΩ
R3 : 150 kΩ
Prinsip
Kerja :
Menggunakan
komponen op-amp (operasional amplifier) yang dikombinasikan dengan beberapa
komponen pasif resistor dan kapasitor sehingga dapat memberikan kinerja filter
pada frekuensi tertentu saja. State variable filter digunakan untuk membentuk
integaror dan jaringan umpan balik untuk menciptakan puncak resonansi untuk
meningkatkan atau memotong frekuensi tertentu. Rangkaian ini adalah menggabungkan
Low pass filter, Band pass filter, dengan High pass filter. Sehingga
menggunakan 3 buah IC 741.
Aplikasi
:
-
Berfungsi
sebagai penguat dalam rangkaian alarm kebakaran
-
Berfungsi
dalam peralatan bell
-
Bermanfaat
dalam peralatan sound system
-
Sebagai
penguat pada speaker dan Tap recorder
-
Filter
aktif seri banyak digunakan untuk memfilter harmonisa dan memkompensasi
distorsi tegangan seperti tegangan kedip, fliker tegangan dan tegangan tidak
seimbang pada level sistem tegangan tinggi dan tegangan rendah.
4.
Hubungan
antara frekuensi dengan tegangan adalah berbanding lurus. Semakin tinggi nilai
frekuensi yang diberikan maka semakin tinggi pula tegangan listrik yang
dihasilkan. Hal ini pada umumnya terdapat pada generator listrik. Semakin cepat
kumparan berputar, maka semakin tinggi GGL induksi (tegangan) yang dihasilkan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1.
1. Rangkaian
State Variabel Filter
1.
2. Rangkaian
Band Pass Filter
1. 4. Aplikasi
Rangkaian State Variabel Filter
-
Berfungsi
sebagai penguat dalam rangkaian alarm kebakaran
-
Berfungsi
dalam peralatan bell
-
Bermanfaat
dalam peralatan sound system
-
Sebagai
penguat pada speaker dan Tap recorder
-
Filter
aktif seri banyak digunakan untuk memfilter harmonisa dan memkompensasi
distorsi tegangan seperti tegangan kedip, fliker tegangan dan tegangan tidak
seimbang pada level system tegangan tinggi dan tegangan rendah.
DAFTAR PUSTAKA
Chattopadhyay,
D. 1989. Dasar Elektronika. Jakarta :
Universitas Indonesia.
Halaman : 56-59
Hayt, W. 2005.Rangkaian
Listrik.New York : McGraw-Hill Book Company.
Halaman :
161-167
Roddy, D. 2001. Komunikasi Elektronik.
Jilid 1. Jakarta : Prenhallindo.
Halaman : 158-163
Theraja, B, L. 1985. Basic Electronic. India. Rajendra Ravindra Printers.
Pages : 250-253
Taylor, F. 1988. Electronic Filter Design Handbook. New York: McGraw-Hill Book.
Pages :
4.12 – 4.14
Tidak ada komentar:
Posting Komentar