Embed Size (px)
Citation preview
Rangakaian Penapis RC
Kelompok IV A
Fitri Febriani
A.Ikhsan Maulana, Fitriani Supriadi, dan La Jamsari
Abstrak
Telah dilakukan praktikum tentang rangkaian penapis RC. Rangkaian penapis RC artinya, rangakain
RC ada yang bersifat meloloskan frekuensi rendah, tetapi menahan frekuensi tinggi dan begitu pun
sebaliknya. Pratikum ini bertujuan untuk membedakan jenis rangkain RC tapis lolos rendah dan tinggi,
menentukan frekuensi cut-off ragkaian tapis RC lolos rendah dan lolos tinggi berdasarkan bode-plot,
dan merancang suatu sistem rangkaian tapis RC tingkat satu. Pengumpulan data dilakukan dengan dua
tahap. Tahap pertama untuk tapis lolos rendah dan tahap kedua untuk tapis lolos tinggi. Dalam
percobaan ini dilakukan pengukuran terhadap tegangan outputnya dengan memanipulasi nilai
frekuensinya. Berdasarkan analisis data diperoleh frekuensi cut-off untuk tapis lolos rendah dan tapis
lolos tinggi masing-masing 12918 Hz dan dari analisis grafik diperoleh frekuensi cut-offnya untuk tapis
lolos rendah dan tinggi adalah 8000 Hz dan 4000 Hz . Dari hasil analisis data disimpulkan bahwa
perbedaan rangkaian RC tapis lolos rendah dan tinggi terletak dari peletakan resistor dan kapasitornya
sedang untuk nilai ferkuensi cut-off baik secara teori maupun pratikum dilihat pada saat sinyal
mengalami pelemahan sinyal dari daya mula-mulanya pda suatu nilai frekuensi atau pada saat frekuensi
mempunyai -3dB pada =p.
Kata Kunci: penapis RC, tapis lolos rendah dan tinggi, frekuensi cut-off, tegangan input dan
output, rangakain tapis tingkat satu.
A. Metode dasar
RC Filter
Riak merupakan sesuatu yang tidak
diinginkan karenanya harus di usahakan
untuk direduksi sekecil mungkin. Salah
satu metode yang biasa digunakan untuk
mereduksi amplitudo riak keluaran dari
sebuah catu daya yaitu dengan
memperbesar konstanta waktu pelepasan
muatannya. Hal ini dapat dilakukan
dengan memperbesar nilai resistansi R atau
nilai C
(Bakri, Martawijatya, & Saleh, 2008).
Perkenalan rangkaian RC telah
dibahas pada percobaan sebelumnya.
Tetapi kali ini, akan dikaji sifat RC sebagai
penapis frekuensi. Artinya rangkaian RC
ada yang bersifat meloloskan frekuensi
rendah, tetapi menahan frekuensi tinggi,
dan begitu pula sebaliknya (Dasar, 2013).
Untuk frekuensi rendah tegangan
keluaran sama dengan tegangan masukan,
akan tetapi pada frekuensi tinggi isyarat
keluaran diperkecil, hal ini dikenal dengan
rangkaian tapis lolos rendah. Isyarat
keluaran rangakaian tapis RC lolos rendah
sebanding dengan integral masukannya.
Ini berarti rangkaian RC ini berlaku
sebagai pengintegralan pada daerah
dimana tanggapan frekuensi berupa garis
lurus dengan kemiringan -20 dB/dekade.
Untuk isyarat masukan dari rangkaian ini
berbentuk persegi (Sutrisno, 1986).
Dasar pemahaman tentang proses
tanggapan frekuensi ini, maka kita hanya
akan mengkaji pada sifat RC yang bisa
meloloskan frekuensi rendah dan tinggi
dan sebagai alat pengubah (converter)
gelombang persegi-ke-segitiga dan
persegi-ke-pulsa dengan, masing-masing,
mengintegrasikan dan
mendiferensialkan gelombang inputnya
dan rangkaiannya sendiri masing-masing
disebut rangkaian integrator dan
rangkaian diferensiator orde 1, yang
hanya terdiri dari sebuah resistor yang seri
dengan sebuah kapasitor yang ditunjukkan
oleh gambar berikut.
Untuk pengintegralan RC, sinyal
keluaran rangkaian merupakan integral
dari sinyal masukan yang dinyatakan oleh
:
0
1t
o inV V dtRC
(3.1)
dan untuk pendiferensialan RC, sinyal
keluaran rangkaian merupakan diferensial
dari sinyal masukan yang dinyatakan oleh
:
ino
dVV RC
dt (3.2)
Untuk keduanya, integrator dan
diferensiator, sinyal akan mengalami
”pelemahan” sinyal dari daya mula-
mulanya pada suatu nilai frekuensi yang
disebut frekuensi cut – off (fc) yang
dinyatakan oleh :
1
2cf
RC (3.3)
(Dasar, 2013).
Demikian juga oleh karena pada
frekuensi =0, harga A=Vo/Vi =2 -
1/2=0.707, sehingga harga:
AdB=20 log A=-10 log 2=-3,0 dB
maka harga o juga dinamakan 3 dB cut-
off frekuensi. Gambar tanggap frekuensi
dengan harga A menggunakan skala dB,
dinamakan Bode Plot (Purwandi &
Abdulrahman)
B. Identifikasi Variabel
Kegiatan 1. Rangakaian Integrator
a. Variabel Manipulasi : Frekuensi
sumber (Hz).
b. Variabel Respon : Tegangan
(V).
c. Variabel Kontrol : Resistansi
Resistor (), kapasitansi kapasitor (F).
Kegiatan 1. Rangakaian Integrator
a. Variabel Manipulasi : Frekuensi
sumber (Hz).
C
R
OutputInput
b. Variabel Respon : Tegangan
(V).
c. Variabel Kontrol : Resistansi
Resistor (), kapasitansi kapasitor (F).
C. Definisi Variabel
a. Variabel manipulasi
Frekuensi sumber merupakan frekuensi
yang berasal dari AFG dan terbaca pada
kotak frekuensinya dimana satuanyaa
adalah Hz
b. Variabel Respon
Tegangan merupakan besarnya
tegangan yang bersal dari rangkaian
yang terbaca pada osiloskop .dan cara
membacanya yaitu skala penunjukan
(𝑝𝑜𝑙/𝑑𝑖𝑣
5X jumlah skala pada osiloskop)
dimulai dari puncak gelombang yang
satu ke puncak yang lainnya.
c. Variabel Kontrol
a. Resistansi Resistor (R) merupakan
nilai dari resistor yang digunakan
sebagai penghambat muatan ataupun
arus yang terbaca pada spesifikasi dari
komponen tersebut dengan satuan
ohm yang bernilai 56.
b. Kapasitansi kapasitor merupakan
nilai dari kapasitor yang digunakan
untuk menyimpan muatan atau
berperan dalam menentukan faktor
resonansi secara teori dengan satuan F
D. Alat dan bahan
1. Audio Function
Generator (AFG) 1 buah
2. Osiloskop Sinar 1 buah
Katoda + probe
3. Papan Rangkaian, 1 buah
4. Resistor 1 buah
5. Kapasitor 1 buah
6. Kabel Penghubung 6 buah
E. Prosedur Kerja
Dalam melakukan kegiatan
percobaan ini, ada dua jenis rangkaian
yang anda harus analisis. Tetapi kedua
rangkaian tersebut pada prinsipnya adalah
sama. Hanya yang membedakan adalah
cara pengambilan outputnya saja.
a. Filter RC Lolos Rendah (Integrator).
Membuat rangkaian seperti yang
ditunjukkan oleh gambar berikut di atas
papan kit.
Sebelum anda melakukan
pengamatan terhadap outputnya, maka
terlebih dahulu anda harus catat dan ukur :
a. Mengetahui Nilai / harga komponen C
dan R.
b. Memperkirakan berapa besar frekuensi
potong (Cut-Off) rangkaian yang anda
buat dengan menggunakan Pers. (3.3).
c. Mengukur tegangan puncak Vi
(maksimum) audio generator untuk
gelombang persegi.
OutputInput
C
R
d. Mempelajari dengan seksama kalibrasi
untuk basis waktu dan basis tegangan
pada Osiloskop.
2. Setelah itu melakukan pengamatan dan
mengukur untuk tegangan output Vo
dengan langkah-langkah sebagai
berikut:
a. Setelah tampilan output tampak pada
layar monitor osiloskop dan anda sudah
memastikan bahwa sistem rangkaian
sudah berfungsi dengan baik, maka
lakukan langkah berikutnya dengan
memutar tombol/pemutar frekuensi
pada angka penunjukan 30 Hz.
b. Mengukur tegangan puncak yang
tampak pada layar monitor dan
sekaligus gambar model gelombang
keluarannya.
c. Melakukan langkah (2) dan langkah
(3) untuk frekuensi 60Hz, 90 Hz, 120
Hz, 150 Hz, …….. dan seterusnya.
d. Mencatat hasil pengamatan anda pada
tabel pengamatan.
Integrator Diferensiator
Vin = . . .
volt
Vin = . . .
volt
No. f
(Hz)
Vout
(volt)
No. f
(Hz)
Vout
(volt)
b. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi
(Diferensiator).
Selanjutnya untuk percobaan ini
bentuk rangkaiannya sama dengan bentuk
rangkaian pada gambar rangkaian
integrator, hanya yang menjadi output
adalah R (resistor). Dan proses
pengamatan dan pengambilan data sama
prosesnya dengan rangkaian Tapis RC
lolos rendah. Untuk lebih jelasnya
perhatikan gambar rangkaian diferensial
berikut:
F. Data/Hasil analisis data
1. Tabel Pengamatan
R= 56 ± 5%
C= 22 X 10-8 F
a. Kegiatan 1. Rangkaian Integrator
Tabel 1. Hubungan antara frekuensi
terhadap tegangan output dan Amplitudo
pada rangkaian Integrator.
Integrator
Vin= 10 Volt
f(Hz) Vout
(Volt)
Vout/
Vin
A
(20 Log
Vo/Vin)
(dB)
30 10.00 1.00 0.00
40 10.00 1.00 0.00
50 10.00 1.00 0.00
60 10.00 1.00 0.00
Integrator
Vin= 10 Volt
f(Hz) Vout
(Volt)
Vout/
Vin
A
(20 Log
Vo/Vin)
(dB)
70 10.00 1.00 0.00
80 10.00 1.00 0.00
90 10.00 1.00 0.00
100 10.00 1.00 0.00
200 10.00 1.00 0.00
300 10.00 1.00 0.00
400 10.00 1.00 0.00
500 10.00 1.00 0.00
600 10.00 1.00 0.00
700 10.00 1.00 0.00
800 10.00 1.00 0.00
900 10.00 1.00 0.00
1000 10.00 1.00 0.00
2000 10.00 1.00 0.00
3000 10.00 1.00 0.00
4000 9.60 0.96 -0.35
5000 9.20 0.92 -0.72
6000 8.40 0.84 -1.51
7000 7.60 0.76 -2.38
8000 7.20 0.72 -2.85
9000 6.40 0.64 -3.88
10000 6.00 0.60 -4.44
20000 3.60 0.36 -8.87
30000 2.40 0.24 -12.40
40000 0.96 0.10 -20.35
50000 0.80 0.08 -21.94
60000 0.68 0.07 -23.35
70000 0.56 0.06 -25.04
80000 0.52 0.05 -25.68
90000 0.48 0.05 -26.38
100000 0.40 0.04 -27.96
200000 0.20 0.02 -33.98
300000 0.14 0.01 -37.08
400000 0.10 0.01 -40.00
500000 0.09 0.01 -40.92
b. Kegiatan2. Rangkaian Diferensiator
Tabel 2. Hubungan antara frekuensi
terhadap tegangan output dan Amplitudo
pada rangkaian diferensiator.
Diferensiator
Vin= 10 Volt
f(Hz) Vout
(Volt)
Vout/
Vin
A
(-20Log
Vo/Vin)
(dB)
40 7.20 0.72 2.85
50 7.20 0.72 2.85
60 7.20 0.72 2.85
70 7.20 0.72 2.85
80 7.20 0.72 2.85
90 7.20 0.72 2.85
100 7.20 0.72 2.85
200 7.20 0.72 2.85
300 7.20 0.72 2.85
400 7.20 0.72 2.85
500 7.20 0.72 2.85
600 7.20 0.72 2.85
700 7.20 0.72 2.85
800 7.20 0.72 2.85
900 7.20 0.72 2.85
1000 7.20 0.72 2.85
2000 7.20 0.72 2.85
3000 7.20 0.72 2.85
4000 7.00 0.70 3.10
5000 6.80 0.68 3.35
6000 6.60 0.66 3.61
7000 6.20 0.62 4.15
8000 6.00 0.60 4.44
9000 6.00 0.60 4.44
10000 5.80 0.58 4.73
20000 5.00 0.50 6.02
30000 4.40 0.44 7.13
40000 4.20 0.42 7.54
50000 4.00 0.40 7.96
60000 4.00 0.40 7.96
70000 4.00 0.40 7.96
Diferensiator
Vin= 10 Volt
f(Hz) Vout
(Volt)
Vout/
Vin
A
(-20Log
Vo/Vin)
(dB)
80000 4.00 0.40 7.96
90000 4.00 0.40 7.96
100000 4.00 0.40 7.96
200000 3.80 0.38 8.40
300000 3.60 0.36 8.87
400000 3.60 0.36 8.87
500000 3.60 0.36 8.87
2. Grafik
Kegiatan 1. Rangkaian Integrator
Grafik 1. Hubungan antara frekuensi terhadap tegangan output dan amplitudo pada rangkaian integrator
-45.00
-42.00
-39.00
-36.00
-33.00
-30.00
-27.00
-24.00
-21.00
-18.00
-15.00
-12.00
-9.00
-6.00
-3.00
0.00
3.00
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
A (
dB
)
f (Hz)
fc=8000 Hz
Kegiatan 2. Rangkaian Diferensiator
Grafik 1. Hubungan antara frekuensi terhadap tegangan output dan amplitudo pada rangkaian diferensiator
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
A (
dB
)
f (Hz)
fc= 4000 Hz
3. Analisis perhitungan
1) Menentukan frekuensi cut-off
a. Rangkaian Integrator
a. Secara teori
fc=1
2𝜋𝑅𝐶
fc=1
2𝜋𝑥56Ωx22.10−8𝐹
fc= 12918 Hz
b. Secara praktikum
fc=f pada saat A=-3 dB
fc= 8000 Hz
% diff = |𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘
𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎| x 100%
% diff =|12918 Hz−8000 Hz
12918 𝐻𝑧+8000 𝐻𝑧
2
| x 100%
% diff =|4918 Hz
10459 𝐻𝑧| x 100%
% diff = 47 %
b. Rangkaian Diferensiator
a. Secara teori
fc=1
2𝜋𝑅𝐶
fc=1
2𝜋𝑥56Ωx22.10−8𝐹
fc= 12918 Hz
b. Secara praktikum
fc=f pada saat A= 3 dB
fc= 4000 Hz
% diff = |𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘
𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎| x 100%
% diff =|12918 Hz−4000 Hz
12918 𝐻𝑧+4000 𝐻𝑧
2
| x 100%
% diff =|8918 Hz
8459 𝐻𝑧| x 100%
% diff = 47 %
2) Menentukan kutub tapis (0)
a. Rangkaian Integrator
c. Secara teori
0=2𝜋fc
0=2𝜋1
2𝜋𝑅𝐶
0=1
𝑅𝐶
0=1
56Ωx22.10−8𝐹
0= 81.169 Hz
d. Secara praktikum
0=2𝜋fc
0=2𝜋 X 8000 Hz
0=50.265 Hz
% diff = |𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘
𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎| x 100%
% diff =|81169 Hz−50265 Hz
81169𝐻𝑧+51265𝐻𝑧
2
| x 100%
% diff =|30904 Hz
65717 𝐻𝑧| x 100%
% diff = 47 %
b. Rangkaian Diferensiator
a. Secara teori
0=2𝜋fc
0=2𝜋1
2𝜋𝑅𝐶
0=1
𝑅𝐶
0=1
56Ωx22.10−8𝐹
0= 81.169 Hz
b. Secara praktikum
0=2𝜋fc
0=2𝜋 X 4000 Hz
0=25132 Hz
% diff = |𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘
𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎| x 100%
% diff =|81169 Hz−25132 Hz
81169𝐻𝑧+25132𝐻𝑧
2
| x 100%
% diff =|56037 Hz
53151𝐻𝑧| x 100%
% diff = 105 %
G. Pembahasan
Kegiatan yang dilakukuan pada
praktikum penapis RC ada dua yaitu
melakukan pengukuran tegangan keluaran
terhadap rangkaian Integrator dan
melakukan pengukuran tegangan keluaran
pada rangkaian diferensiator, dimana
rangkaian integrator tiada lain adalah
rangkaian tapis lolos rendah yang berarti
meloloskan frekuensi yang rendah dan
menahan frekuensi yang tinggi sedang
rangkaian diferensiator tiada lain adalah
rangkaian tapis lolos tinggi yang artinya
meloloskan frekuensi yang tinggi dan
melemahkan frekuensi yang rendah.
Pada kegiatan 1 yaitu rangkaian
tapis lolos rendah. Pada kegiatan ini yang
menjadi variabel manipulasinya adalah
frekuensinya dan menjadi variabel
responnya yaitu tegangan keluaran.
Secara teori rangkaian tapis lolos
rendah merupakan rangkaian yang
meloloskan frekuensi yang rendah dan
melemahkan frekuensi yang tinggi,
dimana susunan rangkaiannya yaitu
resistor dan kapasitor di rangkai seri dan
kapasitor di rangkai parallel dengan
tegangan outputnya. Jika ditinjau dari
grafik yang dihasilkan, kurva yang
dihasilkan akan semakin menurun. Kurva
akan mulai menrun pada saat telah
mengalami frekuensi cut-off. Besar
frekuensi cut-off yang dihasilkan yaitu
12918 Hz dan kutub tapisnya sebesar
81169 Hz.
Secara praktikum telah
membuktikan bahwa kurva yang
dihasilkan akan semakin menurun jika
telah mencapai frekuensi cut-offnya.
Frekuensi cut-off diperoleh dengan
menghubungkan titik -3 dB dengan
frekuensi sehingga diperoleh frekuensi
sebesar 8000 Hz dan kutub tapisnya
sebesar 50265 Hz. % diff yang dihasilkan
cukup besar yaitu sebesar 47%.
Pada kegiatan 2 yaitu rangkaian
tapis lolos tinggi. Pada kegiatan ini yang
menjadi variabel manipulasinya adalah
frekuensinya dan menjadi variabel
responnya yaitu tegangan keluaran.
Secara teori rangkaian tapis lolos
tinggi merupakan rangkaian yang
meloloskan frekuensi yang rendah dan
melemahkan frekuensi yang tinggi,
dimana susunan rangkaiannya yaitu
resistor dan kapasitor di rangkai seri dan
resistor di rangkai parallel dengan
tegangan outputnya. Jika ditinjau dari
grafik yang dihasilkan, kurva yang
dihasilkan akan semakin meningkat.
Kurva akan mulai meningkat pada saat
telah mengalami frekuensi cut-off. Besar
frekuensi cut-off yang dihasilkan yaitu
12918 Hz dan kutub tapisnya sebesar
81169 Hz.
Secara praktikum telah
membuktikan bahwa kurva yang
dihasilkan akan semakin meningkat jika
telah mencapai frekuensi cut-offnya.
Frekuensi cut-off diperoleh dengan
menghubungkan titik 3 dB dengan
frekuensi sehingga diperoleh frekuensi
sebesar 4000 Hz dan kutub tapisnya
sebesar 25132 Hz. % diff yang dihasilkan
cukup besar yaitu sebesar 105%. Hal ini
dapat terjadi karena frekuensi secara
praktikum diperoleh pada saat 3 dB
seharusnya frekuensi diperoleh pada saat -
3 dB.
Perbedaan nilai frekuensi secara
teori dan praktek terjadi karena sulitnya
praktikan dalam menentukan besar
frekuensi sesuai dengan kenaikan
logaritmit. Tapi apa yang dikatakan teori
sudah sesuai dengan yang di peroleh pada
saat praktikum namun yang mebedakan
adalah nilainya. Hal ini terjadi karena
adanya alat AFG yang sangat sensitif.
Selain itu alat sudah tidak teliti dalam
mengukur tegangan maupun frekuensi.
H. Kesimpulan
Setelah melakukan praktikum dapat
disimpulkan bahwa:
1. Rangkaian penapis RC lolos rendah
yaitu resistor dirangkai seri dengan
kapasitor namun kapasitor dirangkai
parallel dengan tegangan outputnya
sedang rangkaian penapis RC lolos
tinggi yaitu resistor dirangkai seri
dengan kapasitor namun resistor
dirangkai parallel dengan tegangan
outputnya
2. Frekuensi cut-off dapat diperoleh baik
secara perhitungan maupun secara
teori. Frekuensi cut-off diperoleh pada
saat sinyal akan mengalami pelemahan
sinyal dari daya mula-mulanya pada
suatu nilai frekuensi atau diperoleh
pada saat -3 dB.
3. Rangkaian tapis RC tingkat satu artinya
rangkaian yang hanya terdiri atas satu
komponen resistor dan satu komponen
kapasitor.
Daftar Pustaka
Bakri, A. H., Martawijatya, M., &
Saleh, M. (2008). Dasar-Dasar
Elektronika 1. Makassar:
Universitas Negeri Makassar.
Dasar, T. E. (2013). Penuntun
Praktikum Elektronika Dasar
1. Makassar: Laboratorium
Unit Elektronika dan
Instrumentasi.
Purwandi, B., & Abdulrahman, F.
Elektronika 1. Jakarta:
Departemen Pendidikan dan
Kebudayaan.
Sutrisno. (1986). Elektronika Teori dan
Penerapannya. Bandung : ITB.
Lampiran
a. Rangkain Integrator
b. Rangkaian Diferensiator
