State Variabel Filter - laporan praktikum ELektronika DASar- FISIKA

 

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

V_in  : 7.85 volt

R₁                            : 10 kΩ

R₂                            : 12 kΩ

R₃                            : 150 kΩ

3. .       Prinsip Kerja dan Aplikasi dari State Variabel Filter

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

3.       Rangkaian Bandstop

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

Filter Dasar Aktir - laporan praktikum ELektronika DASar - FISIKA

 

BAB I

PENDAHULUAN

I.1    Latar Belakang

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.

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.Filter adalah suatu sistem yang dapat memisahkan sinyal berdasarkan frekuensinya; ada frekuensi yang diterima, dalam hal ini dibiarkan lewat; dan ada pula frekuensi yang ditolak, dalam hal ini secara praktis dilemahkan. Hubungan keluaran masukan suatu filter dinyatakan dengan fungsi alih (transfer function).

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. Filter Aktif adalah rangkaian filter dengan menggunakan komponen- komponen elektronik aktif. Komponen penyusunnya terdiri dari op-amp, transistor, dan komponen lainnya. Oleh karena itu filter dapat dibuat dengan performansi yang bagus, Salah satu perangkat lunak yang dapat melakukan simulasi perancangan tersebut adalah Matlab.

1.2   Tujuan Percobaan

1.         Untuk mengetahui rangkaian low pass filter.

2.         Untuk mengetahui rangkaian high pass filter.

3.         Untuk mengetahui prinsip kerja low pass filter.

4.         Untuk mengetahui prinsip kerja high pass filter.

5.         Untuk mengetahui aplikasi dari filter aktif.

BAB II

LANDASAN TEORI

Dampak panjang kata hingga pada representasi koefisien filter IIR agak lebih rumit daripada filter FIR. Catatan pertama bahwa koefisien persatuan tidak melibatkan kesalahan kuantisasi.Jadi kuantisasi koefisien pembilang hanya mengubah frekuensi nol transmisi.Kuantisasi koefisien penyebut memindahkan kutub dari posisi ideal dan kehati-hatian harus dilakukan untuk memastikan bahwa karena kuantisasi kutub yang dekat dengan lingkaran satuan tidak bergerak ke (atau di luar) lingkaran satuan. Pada prinsipnya dimungkinkan untuk menetapkan dampak kuantisasi sebagai "kesalahan respons frekuensi" dengan cara yang sama seperti E (ꞷ) didefinisikan dalam kasus FIR serta ukuran kesalahan E, dan E. Sayangnya, deskripsi  penyimpangan ini sebagai "sinyal kesalahan" seperti dalam kasus FIR tidak begitu mudah.  Allpass Filter Ada kelas filter IIR yang memiliki respons frekuensi yang spesial.  Respons magnitudo adalah kesatuan untuk semua frekuensi dan karenanya semua frekuensi melewati tanpa pengawasan. Properti ini memunculkan nama allpass untuk kelas filter ini.

            Ada hubungan yang pasti antara pembilang dan penyebut. Secara khusus koefisien pembilang dapat dilihat sama dengan koefisien penyebut yang diambil dalam urutan terbalik. Ungkapan dalam ditulis sedemikian rupa untuk menekankan hubungan. Jadi jika penyebut dianggap polinomial dalam z maka pembilang, dengan istilah penundaan yang sesuai, adalah polinomial yang sama dalam. z +. Oleh karena itu derai kutub-nol dari filter tersebut akan mengikuti pola. Setiap kutub, dan konjugat kompleksnya, akan disertai dengan nol, dan konjugat kompleksnya, dan besarnya kutub dan nol akan bersifat timbal balik. Respon fase yang diinginkan dapat diekspresikan secara matematis, koefisien (b) dapat diperoleh dengan teknik aproksimasi untuk mencocokkan, sedekat mungkin, respon fase yang diinginkan ini. All pass filter juga dapat digunakan sebagai pemisah fase, di mana respon fase aktual  tidak sepenting memiliki pergeseran fasa 90 derajat antara dua versi (disaring) dari sinyal yang sama. Fase splitter 90 derajat juga disebut Hilbert Transformers. Dalam diskusi kami tentang filter FIR kami melihat bahwa kami dapat memperoleh  Respon fase dengan memiliki kesimetrian yang tepat. Sayangnya, dengan filter FIR, kami tidak bisa mendapatkan karakteristik magnitudo all pass dengan tepat. Merancang transformator FIR Hilbert setara dengan mendekati karakteristik "lewati", biasanya pada pita frekuensi tertentu daripada semua frekuensi. Dengan filter IIR di sisi lain, respons magnitude tepat, kesatuan (konstan) di seluruh pita frekuensi, tetapi respons fase hanya merupakan perkiraan terhadap pergeseran fase 90 derajat. Desain Filter IIR yaitu pendekatan yang diambil untuk desain IIR Ghers adalah untuk mengajukan masalah desain dengan tepat.Beberapa paket perangkat lunak tersedia untuk prosedur perkiraan yang sebenarnya. Dalam kasus khusus, desain filter passband dengan nol transmisi yang ditentukan, kami menjelaskan metode desain yang berguna. Kami akan berkonsentrasi pada desain filter IIR yang memperkirakan respons besaran yang diberikan. Tidak seperti filter FIR di mana, dengan menggunakan koefisien simetris, kami dapat menjamin respons fase-linear, filter IIR dibatasi oleh gagasan stabilitas dan hubungan sebab-akibat untuk memiliki hubungan antara besarnya dan respons fase. Dengan mendesain spesifikasi yang besar, respons fase tidak dapat dikontrol.Mengikuti prosedur desain, respons fase dapat dievaluasi untuk melihat apakah memuaskan.  Jika perlu filter allpass digunakan untuk "memperbaiki" respons fase.

            Filter Low pass IIR Kita akan berbicara, sebagian besar, tentang filter lowpass (atau "passband") yang memiliki gagasan "stopband," di mana tujuannya adalah untuk memberikan pelemahan tanpa batas. Ini menunjukkan bahwa filter H (z) memiliki semua nol transmisinya pada lingkaran unit, dan di stopband.  Transmisi nol pada frekuensi O,  0< 0, < T, memunculkan urutan kedua formulir, di mana x, semua terkandung dalam interval [x,11]. Yang sesuai dengan passband. Dengan formulir ini, P (x) akan menjadi kecil (dekat dengan nolnya) di passband dan untuk nilai x yang jauh dari [x, 1], akan meningkat secara monoton dalam besarnya.  Ini akan mencapai perilaku yang diinginkan. Konstanta yang dipilih untuk membuat respons frekuensi sama dengan nilai yang ditentukan pada frekuensi yang ditentukan.  Karena kita mensyaratkan bahwa S (x) tidak negatif atas [-1, 1], tanda g dipilih untuk membuat P (x) positif dari [-1, x].  Karena semua nolnya berada di [x, 1], P (x) tidak akan mengubah masuk [-1, x]. Filter Chebyshev dapat diperoleh dengan mengatur P (x) ke versi skala dan bergeser dari polinomial Chebyshev. Polinomial Chebyshev didefinisika dengan cara berikut. Selama interval [-1, +1], T, (y) diberikan oleh yang menggunakan identitas trigonometri umum.                                                                                       (Shenoi, 1995)

Filter pemilih frekuensi merupakan kelas filter yang diharapkan dapat memilih beberapa pita (band). Penggunaan filter pemilih frekuensi muncul dalam bermacam-macam diskusi.  Sebagai contoh, jika derau (noise) dalam perekaman tata suara pada pita frekuensi yang lebih tinggi dari musik atao suara pada saat perekaman maka derau ini dapat dihapus dengan pemfilteran pemilih-frekuensi. Aplikasi filter pemilih frekuensi penting lainnya adalah dalam sistem komunikasi. Dasar untuk sistem modulasi amplitudo (AM) adalah transmisi informasi dari banyak sumber yang berbeda secara simultan dengan mentransfer informasi dari setiap kanal ke dalam pita frekuensi yang terkonsentrasi dan mengekstraksi kanal-kanal tunggal atau pita-pita  tersebut pada penerima dengan menggunakan filter pemegang-frekuensi.  Filter pemilih-frekuensi untuk kanal siaran tunggal dan filter pembentuk frekuensi untuk terjemahan kualitas nada pada bagian utama setiap penerima radio dan televisi rumah. Sementara pemilihan tidak hanya merupakan masalah dalam aplikasi, perannya yang lebih luas lagi hingga pada pengaturan batasan-batasan yang telah diterima luas yang mempertimbangkan karakteristik-karakteristik dari filter pemegang-frekuensi. Terutama, Frekuensi Asli yang dilewatkan oleh filter pemilih frekuensi sangat berbeda dari aplikasi ke aplikasi, beberapa tipe dasar dari filter digunakan secara luas dan telah diberikan nama berdasarkan pada fungsinya. 

Banyak pertanyaan yang muncul dalam diskusi dan estimasi kualitas dari filter pemilih-frekuensi. Seberapa efektifkah filter melewatkan Frekuensi dalam passband.  Seberapa efektifkah filter mengurangi Frekuensi dalam stopband,  seberapa tajam transisi di antara frekuensi cutoff yaitu dari perbandingan bebas distorsi dalam passband hingga ke frekuensi yang diredam dalam stopband. Setiap pertanyaan ini membahas tentang karakteristik-karakteristik filter pemilih frekuensi yang sesuai dengan karakteristik dari fiter ideal. Alasan kedua penggunaan filter-filter yang dibuat oleh persamaan diferensial dan diferensiasi adalah filter-filter yang dapat diterapkan dengan mudah menggunakan perangkat keras dan dijital.Selanjutnya, sistem yang diperbarui oleh diferensial dan diferensiasi daerah perancangan yang sangat luas dan fleksibel.

            Sebagai contoh, sistem untuk menghasilkan filter-filter yang ideal atau memiliki karakteristik-karakteristik yang diinginkan lainnya.Dalam subbab ini dan selanjutnya, kita membahas beberapa contoh mengilustrasikan implementasi dari filter pemilih frekuensi waktu kontinu dan waktu disk dengan menggunakan persamaan diferensial dan perbedaan. Kita akan membahas contoh-contoh lain dari kelas filter ini dan akan mendukung pemahaman kita tentang sifat-sifat yang sesuai dengan manfaat yang menyaring Lowpass RC sederhana Rangkaian-rangkaian listrik yang digunakan untuk operasi-operasi-operasi pemfilteran waktu-kontinu.  Satu contoh yang paling sederhana dari rangkaian itu adalah rangkaian RC orde- pertama, di mana tegangan sumber v (1) merupakan input sistem.  Rangkaian ini dapat digunakan untuk menjalankan operasi pemfilteran lowpass atau highpass, tergantung pada apa yang kita ambil sebagai sinyal keluaran. Terutama, misalkan kita mengambil tegangan kapasitor v (1) sebagai keluaran.Dalam kasus ini, "tegangan" resolusi tinggi dengan tegangan tinggi.                                                                                                            (Oppenheim, 1997)

Op-ampdapat meningkatkan daya kerja rangkaian dioda. Memang sebuah op amp dengan umpan balik negatif memperkecil efek ofset dari dioda, yang memungkinkan penyerahan, pengamatan puncak (peak-detect), memotong dan menjepit sinyal kecil (yang puncaknya lebih kecil dari tegangan ofset dioda).  Sebuah pengarah yang mengandung sebuah op amp. Apabila tegangan masukan positif, maka tegangan keluaran akan positif dan diode tersebut menghantar arus. Maka rangkaian tersebut bekerja sebagai pengikut tegangan dan setengah siklus yang positif muncul lintas tanpa beban.Di pihak lain, apabila masukan menjadi negatif, keluaran dari op-amp akan negatif dan dioda tersebut tidak menghantar. Oleh karena dioda dalam keadaan terputus, tak ada tegangan yang muncul lintas resistor beban.Oleh karena itu keluarannya hampir merupakan simpal setengah gelombang yang sempurna.Bati tegangan op amp yang tinggi, hampir meniadakan pengaruh tegangan ofset dioda. Misalnya apabila tegangan ofset 0,7 V dan bati tegangan simpal terbuka 100.000,

Ini berarti rangkaian dapat mendeteksi puncak yang jauh lebih kecil dari volt.Selanjutnya apabila dioda menghantar (menyala), umpan balik negatif yang kuat menghasilkan impedansi keluaran Thevenin yang mendeteksi nol. Oleh karena itu tetapan waktu pengisian menjadi sangat kecil, dan menghilangkan pengaruh-pengaruh sumber.

Dengan ujung tahanan geser sama sekali di sebelah kiri, dan masukan non-inverting dihubungkan dengan bumi. Apabila    negatif dan menyalakan dioda.Ini berarti bahwa  berada di bumi semu untuk setiap harga  yang positif.Apabila  menjadi negatif, keluaran op-amp adalah positif yang memutuskan dioda dan membuka simpal.

Sebuah komparator adalah sebuah rangkaian dengan dua tegangan masukan (yang non-inverting dan yang inverting) dan satu tegangan keluaran.Apabila tegangan masukan yang non inverting lebih besar daripada inverting maka komparator menghasilkan tegangan keluaran yang tinggi.Apabila tegangan masukan yang non inverting lebih kecil daripada yang inverting, tegangan keluarannya rendah.                                           (Malvino, 1994)

FILTER LOW-PASS AKTIF Filter low-pass aktif dirancang menggunakan urutan operasi yang mirip dengan desain filter LC.  Persyaratan low-pass yang ditentukan pertama kali dinormalisasi dan tipe filter tertentu dari kompleksitas yang diperlukan dipilih menggunakan  aktif disediakan di bab 11 untuk setiap fungsi transfer terkait.  Filter yang sesuai didenormalisasi oleh penskalaan frekuensi dan impedansi. 

Filter aktif juga dapat dirancang langsung dari kutub dan nol.  Pendekatan ini terkadang menawarkan beberapa derajat kebebasan tambahan dan juga akan dibahas.  Filter All-Pole Fungsi uansfer dari jaringan RC pasif memiliki kutub yang hanya terletak pada sumbu real negatif dari bidang frekuensi kompleks.  Untuk mendapatkan kutub kompleks yang diperlukan oleh fungsi transfer semua kutub dari bab 2, elemen aktif harus diperkenalkan.  Amplifier operasional sirkuit terintegrasi sudah tersedia.

Aktif Low-Pass Flters 3-17 Solusi dari persamaan ini untuk menemukan nilai C, C2, dan C3 dalam hal kutub adalah cukup sulit dan paling baik dilakukan dengan komputer digital.  Jika urutan filter n adalah urutan genap, bagian filter dua kutub n / 2 diperlukan.  Dimana n ganjil, (n 3) / 2 bagian dua kutub dan satu bagian tiga kutub diperlukan.  Ini terjadi karena filter genap hanya memiliki kutub kompleks saja, sedangkan fungsi transfer orde ganjil memiliki satu kutub nyata di samping kutub kompleks.  Di DC, kapasitor menjadi sirkuit terbuka;  sehingga gain sirkuit menjadi sama dengan amplifier, yang merupakan kesatuan.  Dalam passband filter low-pass, respons masing-masing bagian mungkin memiliki puncak yang tajam dan beberapa kenaikan yang sesuai. Filter Low-Pass Aktif. Bagian pertama filter harus digerakkan oleh sumber volcage yang memiliki impedansi sumber banyak.  kurang dari resistor bagian pertama.  Input harus memiliki DC kembali ke ground jika kapasitor pemblokiran hadir. Karena impedansi keluaran filter rendah, respons frekuensi tidak tergantung pada beban terminasi, asalkan penguat operasional memiliki kemampuan mengemudi yang memadai.                                                                               (Williams, 1988)

Sebuah pembagi tegangan tanpa beban ditunjukkan dengan standar tegangan dan arus dua terminal. Fungsi transfer tegangan dan fungsi impedansi inputnya adalah konstanta real, tidak bergantung pada frekuensi, karena tidak adanya elemen reaktif. Bila jaringannya mengandung sebuah induktansi atau sebuah kapasitansi maka fungsi transfer tegangan dan fungsi impedansi inputnya akan bernilai komplek dan akan bervariasi terhadap frekuensi. Bila harga mutlak dari fungsi transfer tegangan berkurang dengan meningkatnya frekuensi, performasinya disebuy sebagai roll-off frekuensi tinggi dan rangkaiannya adalah jaringan pelewat rendah atau filter peleeat rendah.

Rangkaian pelewat tinggi RL merupakan rangkaian terbuka dibawah keadaan tanpa beban.Respon frekuensi impedansi inputnya ditentukan dari magnitudo dan sudut fase. Magnitudonya akan memdekati tak hingga dengan meningkatnya frekuensi, sehingga para frekuensi sangat tinggi, arus jaringan akan menjadi nol. Fungsi transfer akan mendekati nilai satu pada frekuensi tinggi, dimana tegangan outputnya sama dengan tegangan inputnya.Dengan mempertukarkan posisi dari R dan L menghasilkan jaringan pelewat-rendah dengan roll-off frekuensi-tinggi.                                                                            (Nahvi, 2003)

          BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1    Komponen dan Peralatan

3.1.1 Komponen dan Fungsi

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

Fungsi : sebagai hambatan pada rangkaian

2.         Kapasitor 2 buah (0,33μF)

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 dan Fungsi

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.         Dihubungkan pin 6 ke kutub (+) osiloskop dan pin 4 ke kutub (-) osiloskop.

4.         Dihubungkan ground pin 3 ke PSA, kaki 4 ke (+12) PSA, dan kaki 7 ke (-12) PSA.

5.         Dihubungkan R1 dan sambungan R2 dan C2 ke signal generator

6.         Dihubungkan osiloskop, signal generator, dan PSA ke sumber tegangan PLN

7.         Dihidupkan osiloskop, kemudian dikalibrasikan terlebih dahulu dalamkeadaan normal.

8.         Dihidupkan signal generator, dan PSA

9.         Diatur frekuensi 100Hz pada Signal Generator dan dilihat gelombang yang ditampilkan pada Osiloskop.

10.     Diukur besar tegangan keluaran (Vout) melalui tampilan Osiloskop

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

12.     Diulangi prosedur nomor 8-10 untuk frekuensi 500 Hz

13.     Dicatat data yang diperoleh di kertas data dan kemudian dianalisa

14.     Digambar grafik sesuai dengan tampilan dari layar osiloskop

 

7.         Apa yang menyebabkan kerapatan dari gelombang berbanding lurus dengan frekuensi? Jelaskan!

Jawab:

Hal yang menyebabkan kerapatan atau banyaknya gelombang berbanding lurus dengan frekuensi yaitu karena semakin tinggi frekuensi maka banyak gelombang yang ditampilkan pada osiloskop akan semakin rapat/semakin banyak gelombang yang terbentuk.

BAB V

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.

DAFTAR PUSTAKA

Nahvi, M. 2003. Rangkaian Listrik. Jakarta: Erlangga.

             Halaman : 112-117

Malvino, P. A. 1994. Aprokrimasi Rangkaian Semikonduktor. Jakarta :Erlangga.

             Halaman : 459-461

Oppenheim, A.V. 1997. Sinyal Dan Sistem.Jakarta: Erlangga.

               Halaman : 224-229

Shenoi, K. 1995. Digital Signal Processing In Telecomunication. USA: Prentice-Hall Inc.

            Pages: 530-539

Williams. 1988. Electronic Filter Design Handbook. New York: McGraw-Hill.

            Pages : (3-5) - (3-17)