Laporan Praktikum Elektronika Lanjut

Nama : Nizarrachman Hadi

Nomor Induk Mahasiswa : 1113097000020

Nomor Group : 2 (Dua)

Fakultas : Sains dan Teknologi

Program Studi : Fisika

Nomor Percobaan : 8 (Delapan)

Nama Percobaan : Filter Aktif

Tanggal Percobaan : 14 Desember 2015

Minggu ke : 8 (Delapan)

Kawan Kerja : Nurhanifiyah Azura

Dosen : Nizar Septian, S.Si

1

FILTER AKTIF

TUJUAN

1. Menyelidiki pengertian rangkaian filter aktif melalui praktikum elektronika.

2. Menyelidiki kinerja rangkaian filter aktif melalui praktikum.

3. Menyelidiki fungsi rangkaian filter aktif pada rangkaian.

TEORI

Kelemahan dari filter sederhana yang terdiri atas hambatan dan kapasitor

adalah pada karakteristik dari hambatan dan kapasitor berubah ketika kita

menggunakannya sebagai filter. Hal ini dapat dicegah dengan menggunakan Op-Amp.

Filter yang menggunakan active component disebut juga filter aktif.

Rangkaian dari filter aktif pada dasarnya sama dengan rangkaian penguat

inverting, dimana nilai hambatan Rn dan Rf diubah-ubah berdasarkan frekuensi input

yang dipakai.

Low-Pass Filter

Rangkaian Low-pass filter adalah sebuah rangkaian penguat inverting (dengan

penguat dc =1 ) dengan frekuensi bergantung pada hambatan feedback (Rf dan Cf).

Hambatan dari Cf nilainya akan turun ketika frekuensi dari sinyal input dinaikkan. Ini

merupakan karakteristik dari rangkaian Low-pass filter yang akan melewatkan sinyal-

sinyal dengan frekuensi rendah, tetapi akan menghalangi sinyal-sinyal dengan

frekuensi tinggi.

2

Gambar 8.1

PERCOBAAN LOW-PASS FILTER

1. Menyusun rangkaian seperti gambar 8.1 di atas.

2. Memberikan input tegangan kotak dari Function Generator, variasikan frekuensi

dan amplitudo inputnya dan memperhatikan perubahan yang terjadi pada

gelombang outputnya.

3. Membandingkan tegangan input dan outputnya dengan menggunakan osiloskop.

4. Menggunakan gelombang input sinusoidal dan mengulangi langkah 2 dan 3.

5. Menggunakan gelombang input segitiga dengan mengulangi langkah 2 dan 3.

High-Pass Filter

Rangkaian high-pass filter adalah sebuah rangkaian penguat inverting dengan

frekuensi bergantung pada hambatan input (Rn dan Cn). Hambatan dari Cn nilainya akan

turun ketika frekuensi dari sinyal input dinaikkan dan akan naik ketika frekuensi dari

sinyal input diturunkan. Ini merupakan karakteristik dari rangkaian high-pass filter

yang akan melewatkan sinyal-sinyal dengan frekuensi tinggi, tetapi akan menghalangi

sinyal-sinyal dengan frekuensi rendah.

3

Gambar 8.2

PERCOBAAN HIGH-PASS FILTER

1. Menyusun rangkaian seperti gambar 8.2 di atas.

2. Memberikan input tegangan kotak dari Function Generator, memvariasikan

frekuensi dan amplitudo inputnya dan memperhatikan perubahan yang terjadi pada

gelombang outputnya.

3. Membandingkan tegangan input dan outputnya dengan menggunakan osiloskop.

4. Menggunakan gelombang input sinusoidal dengan mengulangi langkah 2 dan 3.

5. Menggunakan gelombang input segitiga dengan mengulangi langkah 2 dan 3.

Band-Pass Filter

Bandpass filter adalah kombinasi dari rangkaian low-pass filter dan high-pass

filter. Bandpass filter akan melewatkan sinyal input dengan range frekuensi tertentu.

4

Gambar 8.3

PERCOBAAN BAND PASS FILTER

1. Menyusun rangkaian seperti gambar 8.3 di atas.

2. Memberikan input tegangan kotak dari Function Generator, memvariasikan

frekuensi dan amplitudo inputnya dan memperhatikan perubahan yang terjadi pada

gelombang outputnya.

3. Membandingkan tegangan input dan outputnya dengan menggunakan osiloskop.

4. Menggunakan gelombang input sinusoidal dengan mengulangi langkah 2 dan 3.

5. Menggunakan gelombang input segitiga dengan mengulangi langkah 2 dan 3.

5

DATA HASIL PENGAMATAN

Low Pass Filter

Sinyal Masukan Frekuensi Vpp

Vin = 1 V Vin = 1 V

Kotak 100 1 4

500 1 4

1000 1 4

5000 0,7 3

10000 0,4 2

Sinusoidal 100 1 5

500 1 4,5

1000 0,8 4,5

5000 0,5 2,5

10000 0,5 1,2

Segitiga 100 1 5

500 0,8 5

1000 0,8 4

5000 0,4 2

10000 0,2 1

High Pass Filter

Sinyal Masukan Frekuensi Vpp

Vin = 1 V Vin = 1 V

Kotak 100 1,7 10

500 1,6 9

1000 1,2 7

5000 1 6

10000 1 5

Sinusoidal 100 0,3 1,5

500 0,7 4

1000 0,8 4,5

5000 0,85 4,5

10000 0,85 5

6

Segitiga 100 0,2 1

500 0,7 4

1000 0,8 4,5

5000 0,9 5

10000 0,8 5

Band Pass Filter

Sinyal Masukan Frekuensi Vpp

Vin = 1 V Vin = 5 V

Kotak 100 1 4

500 1 4

1000 1 4

5000 0,7 3

10000 0,4 2

Sinusoidal 100 1 5

500 1 4,5

1000 0,8 4,5

5000 0,5 2,5

10000 0,5 1,2

Segitiga 100 1 5

500 0,8 5

1000 0,8 4

5000 0,4 2

10000 0,2 1

7

PENGOLAHAN DATA

Low Pass Filter

Menentukan Vout

Vin

Rn+

Vout

Rf+ C

dVout

dt= 0 ⟹

Vin

Rn+

Vout

Rf+ C ω Vout < −90° = 0

Vin

Rn+ √(

Vout

Rf)

2

+ (C ω Vout)2

= 0

⟹Vin

Rn+ Vout√

1

Rf2 + (C ω)2 = 0

Vin

Rn= −

Vout

Rf

√1 + Rf2(C ω)2

⟹ Karena Rn = Rf, maka

Vin = −Vout√1 + Rf2(C ω)2

Vout = −Vin

√1 + (ω

ωcl)

2

⟹ Dengan:

ωcl =1

RfCf

Menentukan Beda Fase (θt)

θ = arc tan (CfωVout

VoutRf

⁄)

⟹ θ = arc tan (ω

ωcl)

θt = 180° − θ

Menentukan Frekuensi Batas (fc)

fc =1

2πRfCf=

1

2 × 3,14 × 2,4 × 103 × 2,2 × 10−9= 3015,83 Hz

Sinyal Masukan Frekuensi Vout Kesalahan Literatur

(%)

Vin = 1 V Vin = 5 V Vin = 1 V Vin = 5 V

Kotak 100 1,00 5,00 0,00 20,00

500 1,00 5,00 0,01 19,99

1000 1,00 5,00 0,05 19,96

5000 0,99 4,93 29,04 39,18

8

10000 0,95 4,75 57,86 57,86

Sinusoidal 100 1,00 5,00 0,00 0,00

500 1,00 5,00 0,01 9,99

1000 1,00 5,00 19,96 9,95

5000 0,99 4,93 49,32 49,32

10000 0,95 4,75 47,32 74,72

Segitiga 100 1,00 5,00 0,00 0,00

500 1,00 5,00 19,99 0,01

1000 1,00 5,00 19,96 19,96

5000 0,99 4,93 59,45 59,45

10000 0,95 4,75 78,93 78,93

High Pass Filter

Menentukan Vout

Vin = inRn + Vcn ⟹ Vin = inRn +1

C∫ in dt

Vin = inRn +1

ωCnin < 90° ⟹ Vin = in√Rn

2 + (1

ωCn)

2

Vin = inRn√1 + (1

RnωCn)

2

Karena Vout = ifRf

Dengan in = −if dan Rn = Rf

Vout

Vin=

ifRf

inRn√1 + (1

RnωCn)

2

⟹ Vout = −Vin

√1 + (ωch

ω )2

⟹ Dengan

ωch =1

RnCn

Menentukan Beda Fase (θt)

9

θ = arc tan (in

ωCn.

1

inRn)

⟹ θ = arc tan (ωch

ω)

θt = 180° + θ

Menentukan Frekuensi Batas (fc)

fc =1

2πRnCn=

1

2 × 3,14 × 2,4 × 103 × 220 × 10−9= 30,158 Hz

Sinyal

Masukan Frekuensi

Vout Kesalahan Literatur (%)

Vin = 1 V Vin = 5 V Vin = 1 V Vin = 5 V

Kotak

100 1,00 5,00 0,00 20,00

500 1,00 5,00 0,01 19,99

1000 1,00 5,00 0,05 19,96

5000 0,99 4,93 29,04 39,18

10000 0,95 4,75 57,86 57,86

Sinusoidal

100 1,00 5,00 0,00 0,00

500 1,00 5,00 0,01 9,99

1000 1,00 5,00 19,96 9,95

5000 0,99 4,93 49,32 49,32

10000 0,95 4,75 47,32 74,72

Segitiga

100 1,00 5,00 0,00 0,00

500 1,00 5,00 19,99 0,01

1000 1,00 5,00 19,96 19,96

5000 0,99 4,93 59,45 59,45

10000 0,95 4,75 78,93 78,93

Band Pass Filter

Menentukan Vout

Vin = inRn√1 + (ωch

ω)

2

⟹ if =Vout

R𝑓

√1 + (ω

ωcl)

2

⟹ Sehingga

10

Vout =ifRf

√1 + (ω

ωcl)

2

Vout

Vin=

ifRf

√1 + (ω

ωcl)

2

inRn√1 + (ωch

ω )2

Karena in = −if dan Rn = Rf

Vout

Vin=

ifRf

√1 + (ω

ωcl)

2

inRn√1 + (ωch

ω )2

⟹Maka:

Vout

Vin=

1

√1 + (ω

ωcl)

2√1 + (

ωch

ω )2

Vout =Vin

√1 + (ω

ωcl)

2√1 + (

ωch

ω )2

Sinyal

Masukan Frekuensi

Vout Kesalahan Literatur (%)

Vin = 1 V Vin = 5 V Vin = 1 V Vin = 5 V

Kotak

100 1,25 5,25 19,88 23,78

500 1,61 5,61 38,03 28,74

1000 1,74 5,74 42,65 30,36

5000 1,81 5,81 61,30 48,36

10000 1,73 5,73 76,87 65,09

Sinusoidal

100 1,25 5,25 19,88 4,73

500 1,61 5,61 38,03 19,84

1000 1,74 5,74 54,12 21,65

5000 1,81 5,81 72,36 56,96

10000 1,73 5,73 71,08 79,05

Segitiga

100 1,25 5,25 19,88 4,73

500 1,61 5,61 50,42 10,93

1000 1,74 5,74 54,12 30,36

5000 1,81 5,81 77,89 65,57

10000 1,73 5,73 88,43 82,54

11

PEMBAHASAN

Praktikum kali ini adalah tentang rangkaian filter aktif dengan Op-amp.

Rangkaian filter aktif adalah rangkaian operasional yang melakukan operasi fungsi

transfer orde dua (ω2), yaitu menyebabkan output menanggapi perubahan tegangan

input dari tiap frekuensi berbeda, sebagai filter aktif op-amp menghasilkan tegangan

output yang sebanding dengan fungsi transfer orde 2 dari tegangan input.

Pada percobaan filter low pass dibuktikan bahwa fungsi dari rangkaian filter

aktif low pass adalah filter yang akan meloloskan frekuensi yang berada dibawah

frekuensi cut off (fc) dan meredam frekuensi yang berada diatasnya. Terbukti pada

praktikum filter low pass nilai kesalahan literatur yang didapat kecil dan hanya

diperoleh ketika nilai variasi frekuensi berada dibawah nilai frekuensi cut off rangkaian

yang bernilai ±3kHz, percobaan ini juga membuktikan fungsi dari filter low pass yaitu

meredam frekuensi yang berada diatas frekuensi cut off. Sehingga ketika nilai

frekuensi > 3kHz maka nilai kesalahan literatur yang diperoleh naik secara drastis.

Percobaan filter high pass membuktikan bahwa fungsi dari rangkaian filter

aktif high pass adalah filter akan meloloskan frekuensi yang berada diatas frekuensi

cut off dan meredam frekuensi yang berada dibawahnya. Terbukti pada praktikum filter

high pass didapatkan nilai kesalahan literatur kecil, yaitu ketika nilai variasi frekuensi

berada diatas nilai frekuensi cut off rangkaian yang bernilai ±30Hz. Hanya saja pada

percobaan ini tidak diambil data rangkaian ketika frekuensi berada dibawah nilai

frekuensi cut off sehingga fungsi dari filter high pass tidak terlalu terlihat ketika nilai

berada dibawah frekuensi cut off.

Dalam percobaan filter band pass dibuktikan bahwa fungsi dari rangkaian

filter aktif band pass adalah filter yang akan meloloskan frekuensi yang berada diantara

frekuensi cut off dan meredam frekuensi yang berada diatas dan dibawahnya, sehingga

dalan filter band pass terdapat dua frekuensi cut off. Ini terbukti dalam praktikum filter

band pass nilai kesalahan literatur kecil hanya diperoleh ketika nilai variasi frekuensi

berada diantara nilai frekuensi cut off rangkaian yang bernilai 30Hz < x < 3000Hz.

12

KESIMPULAN

1. Rangkaian filter aktif adalah rangkaian operasional yang melakukan

operasi fungsi transfer orde dua (ω2).

2. Kinerja rangkaian filter aktif sangat bergantung dengan nilai frekuensi.

Rangkaian ini tidak memiliki fungsi yang optimal jika berada pada area

aktifnya (dibawah/ diatas / diantara frekuensi cut off).

3. Rangkaian filter aktif adalah rangkaian yang berfungsi sebagai penghasil

tegangan output yang sebanding dengan fungsi transfer orde 2 dari

tegangan input. Dalam praktikum ini diperoleh hasil kesalah literatur

yang sangat variatif dengan range 0% < x < 90%.

DOKUMENTASI

13

Low Pass Filter

Band Pass

High Pass

14

Rangkaian Low Pass Filter

DAFTAR PUSTAKA

https://id.wikipedia.org/wiki/Filter_aktif.html

http://elektronika-dasar.web.id/band-pass-filter-bpf-rc/

http://elektronika-dasar.web.id/band-pass-filter-bpf-aktif/

http://elektronika-dasar.web.id/filter-aktif-low-pass-lpf/

http://elektronika-dasar.web.id/filter-aktif-high-pass-hpf/

http://comp-eng.binus.ac.id/files/2014/05/Filter-Frekuensi.pdf