Upload
ilham-saleh
View
181
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
i
AKTIF FILTER (LPF, HPF, BSF DAN BPF)
LAPORAN PROYEK
Tim Penyusun :
ANIZSAH MULYAWATI – D411 10 261
SUARDI M – D411 10 299
ANDIKA KUMORO SETO – D411 10 901
MUYALIF NURINDAR - D411 10 902
CHAERUNISAI BAHAR – D411 10 266
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
2012
1
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan diterima oleh ................... Jurusan Elektro,Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin, dengan SK ................... tanggal ,,,,,,,,,,,,,,,, untuk
memenuhi ................................................................................... pada hari .......,
..................
Disahkan oleh
Jabatan
Fakultas Teknik
Univerrsitas Hasanuddin
Nama DosenNIP.
2
ABSTRAK
The series is a series of filters that are designed to allow only a certain
range suatufrekuensi have attenuation values (attenuation) is small (called
sebagai'Pass Band '). Filters can be defined a circuit that is used to dispose of the
output voltage at a certain frequency, for merangcang passive filter can
memanfaatkankomponen (R, L, C) and active components (op-amps, transistors).
Thus filterdapat grouped into filters afilter pasfi and active, but is now a passive
adalahfilter dibahasa the HPF and LPF. Low Pass Filter is a filter that will pass
under the frequency cut-off frequency (fc and reduce frequencies above fc. High
pass filter is a type of filter that passes high frequencies, but reduces the amplitude
frequency lower than the frequency cutoff.Nilai-value reduction for different
frequency for each filter. Sometimes the filter is called a low cut filter, bass cut
filter or rumble filter are also frequently used in applications audio.High pass
filter is the opposite of the low pass filter, and band pass filter is a combination of
the high pass filter and low pass filter. Band Pass Filter is a filter that just missed
signals frequency bands listed in a particular frequency or band pass. frequency of
the signal frequency band under or above, can not be passed or muted by a series
of band pass filter. Operational amplifier or op-amp is a circuit that receives a
signal and emit signals unaltered form larger issuance. There are two types of
operational amplifiers that do not reverse amplifier (non inverting) and the
inverting amplifier (inverting).
Key Words : Filters, LPF, HPF, BPF, DSF and OP-AMP
3
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, penyusun panjatkan ke hadirat Allah SWT., yang
memberikan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan
laporan ini dengan judul “Aktif Filter”. Laporan ini merupakan salah satu syarat
guna memenuhi syarat perkuliahan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin.
Penulis menyadari bahwa sejak penyusunan laporan ini sampai
penyelesaiannya, masih terdapat kekurangan disebabkan oleh kedangkalan dalam
memahami teori, keterbatasan keahlian, dan tenaga penyusun. Laporan ini dapat
diselesaikan atas bantuan, dorongan, bimbingan dan asuhan dari berbagai pihak
yang telah menyumbangkan tenaga, waktu, dan dana serta pemikirannya dengan
penuh keikhlasannya. Untuk itu, penyusun mengucapkan terima kasih yang tak
terhingga kepada Kakak Asisten Nurul Hikmah. Terima kasih kepada saudara-
saudaraku tercinta yang telah memahami, mengerti, dan membantu dengan penuh
kesabaran, serta keluarga tercinta yang telah banyak memberikan dorongan dan
bantuan moril maupun materi kepada penulis.
Terima kasih kepada sahabat-sahabatku, yang telah memberikan motivasi
dan pengertian yang begitu berarti. Semoga kebersamaan kita akan selalu abadi
selamanya. Terima kasih pula penyusun sampaikan kepada semua pihak yang
telah membantu penyusun selama penyelesaian laporan ini.
Semoga segala bantuan, dorongan dan petunjuk serta bimbingan yang
telah diberikan kepada penyusun dapat bernilai ibadah disisi Allah SWT. Akhir
kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat. Amin
Makassar, 28 November 2012
Tim Peyusun
4
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL........................................................................................ i
PENGESAHAN LAPORAN ...........................................................................
ABSTRAK........................................................................................................
KATA PENGANTAR......................................................................................
DAFTAR ISI....................................................................................................
DAFTAR GAMBAR........................................................................................
DAFTAR TABEL............................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang...................................................................................... 1
B. Perumusan Masalah..............................................................................
C. Batasan Masalah...................................................................................
D. Tujuan ..................................................................................................
E. Metodologi Penelitian ..........................................................................
BAB II LANDASAN TEORI
A. Teori Dasar............................................................................................
B. Prinsip Kerja.........................................................................................
C. Karakteristik Komponen.......................................................................
BAB III PERANCANGAN
A. Perancangan Simulasi...........................................................................
B. Perancangan Alat..................................................................................
BAB IV HASIL DAN ANALISA
A. Hasil Pengujian Alat.............................................................................
B. Analisa Hasil Pengujian .......................................................................
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan...........................................................................................
B. Saran.....................................................................................................
DOKUMENTASI
5
DAFTAR GAMBAR
Halaman GAMBAR 1 ( ................................................................................................
6
DAFTAR TABEL
Halaman TABEL 1 ( ......................................................................................................
7
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Rangkaian filter merupakan rangkaian yang di desain hanya untuk
memperbolehkan suatufrekuensi pada rentang tertentu memiliki nilai redaman
(atenuasi) yang kecil (disebut sebagai ’Pass Band’). Filter bisa diartikan suatu
rangkaian yang dipergunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi
tertentu, untuk merangcang filter ini dapat memanfaatkankomponen pasif (R, L,
C) dan komponen aktif (op-amp, transistor). Dengan demikian filterdapat
dikelompokan menjadi filter pasfi dan afilter aktif, namun saat ini yang dibahasa
adalahfilter pasif saja yaitu HPF, dan LPF.
Singkatnya Filter Low Pass (LPF) adalah sebuah rangkaian yang tegangan
keluarannya tetapdari DC naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama
naiknya frekuensi di atas fc,tegangan keluarannya diperlemah (turun).Low Pass
Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam
ataumenahan frekuensi tinggi.
Filter High Pass (HPF) adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi
serta meredamatau menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti
memperlemah tegangan keluaranuntuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff
fc. Di atas fc, besarnya tegangan keluarantetap.Filter High Pass adalah lawan yang
tepat untuk low pass filter. Filter ini memiliki teganganoutput dari DC (0Hz),
sampai ke titik cut- off tertentu (ƒc) frekuensi. Titik cut -off frekuensirendah
adalah 70,7% atau-3dB (dB =-20Log Vout / Vin) dari gain tegangan diizinkan
untuk lulus.
Rentang frekuensi "di bawah" ini pointƒc cut –off umumnya dikenal sebagai
BandBerhenti sementara rentang frekuensi "di atas" titik cut-off umumnya dikenal
sebagai Band Pass. Frekuensi cut-off atau-
dB titik, dapat ditemukan dengan menggunakan rumus, ƒc= 1 / (2πRC). Sudut
fase dari sinyal output pada ƒc adalah +45 o. Umumnya, penyaring bernilai tinggi
kurang distorsi dari pass filter setara rendah
8
B. Perumusan Masalah
1. Bagaimana menganalisa prinsip kerja rangkaian LPF, HPF, BPF, dan BSF
2. Bagaimana membandingkan karakteristik dan penguatan pada rangkaian LPF,
HPF, BPF dan BSF
3. Bagaimana mengetahui dan membandingkan keluaran pada rangkaian LPF,
HPF, BPF dan BSF.
C. Batasan Masalah
Pada perancangan kali ini penyusun hanya membatasi pada prinsip kerja
rangkaian LPF, HPF, BPF dan BSF
D. Tujuan
1. Tujuan Umum
Tujuan umum dari pembuatan proyek akhir ini adalah sebagai syarat
2. Tujuan Khusus
Pembuatan Proyek ini bertujuan sebagai berikut :
1. Mengetahuidan menganalisa prinsip kerja rangkaian LPF, HPF, BPF, dan BSF
2. Membandingkan karakteristik dan penguatan pada rangkaian LPF, HPF, BPF
dan BSF.
3. Mengetahui dan membandingkan keluaran pada rangkaian LPF, HPF, BPF dan
BSF.
E. Metodologi Penelitian
Beberapa langkah yang dibutuhan untuk pengerjaan proyek ini, diantaranya :
1. Penenetuan dan pengumpulan literatur
Mengumpulkan dan mempelajari literature yang berhubungan dengan
permasalahan yang dihadapi.
9
Studi literature tentang teori penunjang
Mempelajari secara teori dan praktis tentang rangkaian LPF,HPF, BPF, dan
BSF
2. Perancangan sistem
Melakukan perancangan sistem
3. Pembuatan Sistem
4. Pengujian Plant dan sistem
5. Verivikasi Sistem
6. Penyusuna Laporan
Menyimpulkan hasil perencenaan dan pembuatan serta penyempurnaan alat
dengan hasil pengujian dan menyusun buku Laporan Proyek.
1. Flow Chart
10
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Teori Dasar
1. Filter
Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk melewatkan sinyal-
sinyal yang diperlukan dan menahan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki serta
untuk memperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang
dikehendaki. (Paul, 1993,h:123).
Rangkaian filter dapat bersifat pasif maupun aktif menggunakan
perasional amplifier (op amp) dengan komponen resistor dan kapasitor.
Sedangkan filter pasif yaitu filter yang hanya tersusun dari resistor dan
kapasitor, atau resistor dan inductor maupun kombinasi ketiga komponen
tersebut.
Filter aktif mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan filter
pasif seperti ukurannya yang lebih kecil, ringan dan murah serta memberikan
banyak keleluasaan dalam hal perancangannya. Adapun kekurangan filter aktif
ini adalah adanya kebutuhan akan catu daya dan kepekaan terhadap
perubahan keadaan sekitarnya seperti perubahan suhu.
a. Low Pass Filter RC (LPF)
Low Pass Filter adalah filter yang akan meloloskan frekuensi yang berada
dibawah frekuensi cut off (fc dan meredam frekuensi diatas fc. Frekuensi cut
off dari low pass filter RC dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
11
Rangkaian low pass filter RC dan karakteristiknya dapat dilihat pada gambar 2.1
berikut ini :
Gambar 2.1 Rangkaian dan karkteristik frekuensi dari LPF
Rangkaian low pass filter RC memiliki penguatan yang konstan hingga
pada frekuensi pole tertentu. Penguatan mulai menurun seiring dengan naiknya
frekuensi.
Pada saat penguatan menurun, rangkaian ini memiliki karakteristik
sebagai integrator. Pada gambar berikut ini memperlihatkan frekuensi
responnya dan kurva fasa naik.
Persamaan fungsi transfer untuk respon frekuensi low pass filter adalah :
Fungsi transfer ini berbagai atas tiga bagian:
1. Bila f << 1/2 ʌ RC, Vo/Vi = 1 atau 0 dB dan sudut phasa 0o
2. Bila f = 1/2 ʌ RC, Vo/Vi = 0,707 -450 atau -3 dB
3. Bila f >> 1/2 ʌ RC, Vo/= (1/2 ʌ RC) (1/1) -900, dimana
Penguatan menurun bersamaan dengan kenaikan frekuensi, pada
bagian ini low pass filter ini berindak sebagai integrator.
(Paul,1993,h:132).
12
b. Rangkaian Band pass Filter (BFP)
Band Pass Filter adalah filter yang hanya melewatkan sinyal-sinyal yang
frekuensinya tercantum dalam pita frekuensi atau pass band tertentu. Frekuensi
dari sinyal yang berada dibawah pita frekuensi maupun diatas, tidak dapat
dilewatkan atau diredam oleh rangkaian band pass filter. Gambar 2.7 dibawah
ini
memperlihatkan respon dari band pass filter.
Gambar 2.2Grafik frekuensi respon dari BPF
Dilihat dari respon band pass mulai naik mencapai puncaknya kemudian
turun. Frekuensi tengah dinyatakan dengan fc yang mempunyai
penguatan maksimum. Ketika penguatan tegangan berkurang 3 dB dari
penguatan tegangan pada fc maka terdapat frekuensi pancung bawah f1 dan
frekuensi diatas f2 disebut pita frekuensi atau pass band yang akan
melewatkan frekuensi yang tercakup diantaranya. Sedangkan frekuensi
berada dibawah frekuensi pancung bawah f1 dan diatas frekuensi pancung atas
f2 akan direkam, daerah tersebut disebut stopband. (Boyleslad,1992,h:145)
Parameter penting dalam suatu rangkaian band pass filter adalah lebar
pita atau bandwitdh (¨f atau B), dan selektivitas (Q).
13
Selektivitas didefinisikan sebagai perbandingan antara frekuensi tengah
fc terhadap lebar pita ¨f yang dirumuskan sebagai berikut :
Dan lebar pita atau bandwitdh adalah lebar dari daerah pass band
yaitu selisih besar frekuensi pancung atas dengan frekuensi pancung
bawah, yang dirumuskan sebagai berikut:
Berdasarkan rumus diatas memberikan suatu ukuran lebar pita yang
relatif pada rangkaian band pass filter. Makin tinggi harga Q maka makin sempit
lebar pitanya karena itu filter ini menjadi semakin selektif. Band pass filter
secara sederhana dapat dibuat dengan menggunakan penguat operasional dan
dua pasang komponen RC seperti pada gambar 2.3 berikut ini :
14
Gambar 2.3 Rangkaian Band Pass Filter aktif
Kapasitor C1 dan resistor R2 akan membentuk sebuah high pass filter,
sedangkan kapasitor C2 dan R2 akan membentuk sebuah low pass filter. Band
pass filter pada umumnya terdiri dari sebuah low pass filter dan high pass filter
jika frekuensi sinyal input berada pada daerah pass band yaitu diantara
kedua frekuensi pancung f1 dan f2 maka sinyal akan diperkuat oleh penguat dan
dapat dilewatkan.
Jika sinyal masukan mempunyai frekuensi dibawah frekuensi pancung
bawah, reaktansi kapasitor C1 akan membesar sehingga kapasitor menjadi open
(terbuka) dan tegangan keluaran menjadi nol.
Jika sinyal masukan mempunyai frekuensi diatas frekuensi pancung atas
f1 maka reaktansi kapasitor C1 mengecil sehingga kapasitor menjadi
short (terhubung singkat) dan terjadi penguatan tegangan.
Jika frekuensi masukan dibawah frekuensi pancung f2 maka frekuensi
kapasitor C2 membesar sehingga kapasitor menjadi terbuka dan terjadi
penguatan tegangan. Jika frekuensi masukan diatas frekuensi pancung atas f2
maka reaktansi kapasitor C2 mengecil sehingga kapasitor terhubung singkat dan
arus langsung masukan R2 tanpa melalui penguatan sehingga tidak terjadi
penguatan tegangan pada keluaran.
Frekuensi pancung bawah yang terjadi berdasarkan gambar diatas adalah :
Frekuensi pancung atas yang terjadi adalah :
15
Sedangkan frekuensi tengahnya (fc) adalah :
2. Operasional Amplifier (Op-Amp)
Penguat operasional atau op-amp adalah suatu rangkaian yang menerima
sebuah isyarat dan mengeluarkan sebentuk isyarat tak berubah yang lebih besar
dikeluarkannya. Terdapat dua jenis penguat operasional yaitu penguat tak
membalik (non inverting) dan penguat membalik (inverting).
(Robert,1994,h:124).
Gambar 2.4 Lambang operasional amplifier
Gambar 2.4 adalah simbol dari penguat operasional, A adalah penguat
tegangan (volt gain), Vi merupakan masukan tak membalik dan fasa tegangan
masukan sama dengan fasa tegangan keluaran, sedangkan V2
merupakan masukan membalik dan fasa tegangan masukan berbeda 1800
dengan tegangan keluaran.
Tegangan masukan diffrensialnya adalah:
16
Tegangan masukan diffrensial ada karena perbedaan tegangan
antara masukan tak m e m b a l i k dengan masukan membalik. Selama penguat
operasional bekerja pada daerah pada daerah linier maka tegangan output
dinyatakan dalam persamaan:
Cara termudah untuk menggunakan suatu penguat operasional adalah loop
terbuka (tidak ada resistor umpan balik), seperti ditunjukkan dalam gambar 2.4.
Karena penguatan yang tinggi dari penguat operasional tegangan kesalahan yang
sedikit (secara tipikal dalam mikrovolt) menimbulkan ayunan (swing) output
maksimum. Misalnya, jika V1 lebih besar dari pada V2 maka tegangan
kesalahan adalah positif dan tegangan output menuju ke harga positif
maksimumnya secara tipikal 1 sampai 2V kurang dari tegangan catu. Dipihak
lain jika V1 kurang dari V2 maka tegangan output berayun keharga negatif
maksimum. (Robert G., Operational Amplifier, 1994)
Gambar 2.5.(a) Op-amp sebagai komparator, (b) Karakteristik komparator
Gambar 2.10.(b) memperlihatkan respon dari komparator. Tegangan
kesalahan
Positif mendorong output ke + Vsat. Harga positif maksimum dari
tegangan output.
Tegangan kesalahan negatif menimbulkan tegangan output – Vsat. Jika
sebuah penguat operasional digunakan seperti ini, maka disebut komparator
karena semua yang dapat dilakukannya adalah membandingkan V1 dengan
V2 yang menghasilkan output positif atau negatif jenuh tergantung pada V1
17
lebih besar atau lebih kecil dari pada V2. (Robert G, 1994, h:125)
B. Prinsip Kerja
1. Filter Lolos Bawah ( Low Pass Filter, LPF)
Fitler lolos bawah (Low Pass Filter, LPF) untuk melewatkan tegangan output
dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off Rangkaian
Grafik Respon Low Pass Filter
Gambar 2.5 Grafik Respon Low Pass Filter
2. Filter Lolos Atas ( High Pass Filter, HPF)
Filter Lolos Atas ( High Pass Filter, HPF) untuk melewatkan tegangan
output dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off Rangkaian
Grafik Respon High Pass Filter
Gambar 2.6 Grafik Respon High Pass Filter
3. Filter Lolos Rentang (Band Pass Filter, BPF)
Filter Lolos Rentang (Band Pass Filter, BPF) untuk melewatkan tegangan
output pada frekuensi resonansi rangkaian
Grafik Respon Band Pass Filter
Gambar 2.7 Grafik Respon Ban Pass Filter
18
4. Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter, BSF)
Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter, BSF) untuk melemahkan tegangan
output pada frekuensi resonansi rangkaian
Grafik Respon Band Stop Filter
Gambar 2.8 Grafik Respon Band Stop Filter
C. Karakteristik Komponen
1. Alat dan Bahan
- OP AMP 741 1buah
- Resistor 10 Kilo Ohm 5 buah
- Resistor 100 Kilo Ohm 2 Buah
- Resistor 50 Kilo Ohm1 Buah
- Resistor 180 Kilo Ohm 1Buah
- Resistor 2,7 Kilo Ohm 1 Buah
- Resistor 68 Kilo Ohm 1 Buah
- Kapasitor 0.01 MIkro Farad 5 Buah
- Kapasitor 0.02 Mikro Farad 4 Buah
- Kabel penghubung secukupnya
- Skun Secukupnya
- PCB 2 Buah
- Speiser 4 Buah
- Power Supp;y
- Function Generation
- Osiloskop
- Solder
- Timah
19
- Bor
BAB III
PERANCANGAN
A. Perancangan Simulasi
1. Perancangan Menggunakan Software Simulator
B. Perancangan Alat
1. Perancangan Pada Bread Board
2. Perancangan Pada PCB
20
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
A. Hasil Pengujian Alat
1. Perancangan Menggunakan Software Simulator
B. Analisa Hasil Pengujian
1. Perancangan Pada Bread Board
21
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk melewatkan sinyal-
sinyal yang diperlukan dan menahan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki serta
untuk memperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang
dikehendaki. (Paul, 1993,h:123).
Rangkaian filter dapat bersifat pasif maupun aktif menggunakan
perasional amplifier (op amp) dengan komponen resistor dan kapasitor.
Sedangkan filter pasif yaitu filter yang hanya tersusun dari resistor dan
kapasitor, atau resistor dan inductor maupun kombinasi ketiga komponen
tersebut.
Penguat operasional atau op-amp adalah suatu rangkaian yang menerima
sebuah isyarat dan mengeluarkan sebentuk isyarat tak berubah yang lebih besar
dikeluarkannya. Terdapat dua jenis penguat operasional yaitu penguat tak
membalik (non inverting) dan penguat membalik (inverting).
Fitler lolos bawah (Low Pass Filter, LPF) untuk melewatkan tegangan
output dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off Rangkaian
Filter Lolos Atas ( High Pass Filter, HPF) untuk melewatkan tegangan
output dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off Rangkaian
Filter Lolos Rentang (Band Pass Filter, BPF) untuk melewatkan tegangan
output pada frekuensi resonansi rangkaian
Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter, BSF) untuk melemahkan tegangan
output pada frekuensi resonansi rangkaian
1