Laporan Praktikum Filter Aktif

BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG Dalam era globalisasi sekarang ini, pengetahuan elektronika memegang

  peranan yang sangat penting sehingga perlu untuk diketahui dan dipahami oleh kalangan mahasiswa elektro. Untuk dapat meemenuhi akan kebutuhan tersebut, maka kita dituntut untuk dapat mengetahui dan memahami ilmu pengetahuan dan teknologi elektronika, yang dapat kita peroleh tidak hanya dengan membaca buku tetapi perlu diimbangi dengan adanya praktek.

  Elektronika yang kita kenal saat ini sangat beraneka ragam macamnya dan selalu mengalami perkembangan yang sangat pesat. Mulai dari jenis yang klasik sampai yang lebih modern. Dalam dunia elektronika kita mengenal istilah filter aktif.

  Filter aktif adalah rangkaian yang dirangcang agar melewatkan suatu pita frekuensi tertentu seraya memperlemah semua sinyal isyarat di luar pita tersebut.

  Keuntungan filter aktif adalah dapat menghasilkan impedansi masukan yang tinggi dengan impedansi keluaran yang rendah, yang sering diperlukan.

  Aplikasi dari filter aktif dapat dijumpai dalam rangkaian elektronika yang modern, seperti dalam penguat audio dengan penguatan tinggi dan instrumentasi untuk menghalangi sinyal yang tidak dikehendaki.

I.2 TUJUAN PERCOBAAN 1. Mengukur besarnya penguatan, frekuensi cut off dan Fr, Q, Bw, Fh, dan Fi.

  2. Membandingkan hasil pengamatan dan analisa data.

  3. Dapat melihat cara kerja dari filter aktif 741.

BAB II TEORI DASAR Filter aktif adalah suatu rangkaian yang dirancang agar melewatkan suatu pita frekuensi tertentu seraya memperlemah semua sinyal isyarat diluar pita tersebut. Filter aktif adalah salah satu penerapan OP – AMP yang paling penting. Filter aktif

  yang konvensional mempergunakan berbagai kombinasi dari resistor, kapasitor, dan kadang-kadang inductor untuk menghalangi satu jangkauan frekuensi tertentu dan melewatkan jangkauan frekuensi tertentu lainnya. Filter semacam ini telah digunakan selama bertahun-tahun tetapi filter ini memiliki kelemahan utama yaitu bahwa komponen pasifnya dapat menyerap banyak sinyal yang semestinya direncanakan untuk dilewatkan.

  Filter aktif dapat mengatasi keterbelakangan utama ini dengan menggunakan satu atau lebih penguat operasional atau perangkat aktif lainnya untuk menaikkan sinyal yang telah disaring. Suatu filter aktif yang dirancang dengan tepat akan dapat menghasilkam muatan yang berarti. Dan filter aktif dapat menghasilkan kombinasi impedansi masukkan yang tinggi dengan impedansi keluaran yang rendah, yang sering diperlukan.

  Sebagaimana halnya dengan filter pasif, filter aktif dirancang berdasarkan fungsinya : lewat-rendah, lewat-tinggi, lewat-jalur, atau lewat-takik. Sebagimana tersimpul dari namanya suatui filter lewat-rendah akan mengahalangi frekuensi tinggi tetapi meneruskan frekuensi rendah. Filter lewat tinggi menghalangi frekuensi rendah tetapi meneruskan frekuensi tinggi. Flter lewat-jalur hanya melewatkan jalur frekuensi sempit. Cara kerja masing-masing tipe filter ini diperlihatkan secara jelas oleh kurva respon frekuensi dari gambar dibawah ini :

  Filter lewat rendah Filter liwat tinggi Filter lewat jalur Filter takik Filter aktif sering kali dijumpai dalam rangkaian elektronika yang modern.

  Sebagai contoh filter takik dicakupkan dalam penguat audio dengan penguatan tinggi dan instrumentasi untuk menghalangi sinyal yang tidak dikehendaki seperti dengung

  60 Hz. Filter lewat tinggi juga dapat dipergunakan untuk menghalangi dengung 60 Hz maupun bising frekuensi perlahan dan interferensi pada umumnya.

  Dengan cara yang sama filter lewat-rendah dapat dipakai untuk menghalangi bising dan desis frekuensi tinggi yang tidak dikehendaki baik filter lewat-rendah maupun lewat-tinggi kedua-duanya dapat dipakai dalam berbagai penerapan audio untuk memberikan tekanan pada jangkauan frekuensi tertentu. Filter lewat-jalur dapat dipakai dalam perangkat yang peka terhadap nada seperti decoder Nada- Sentuh, alarm penggangu (pencuri) LED, indicator frekuensi dan banyak lainnya. Ada empat jenis filter :

A. LOW PASS FILTER (LPF)

  Tapis lulus bawah memberikan tanggapan keluaran yang konstan dari DC hingga frekuensi sumbat tertentu . Frekuensi sumbat (Fc) disebut frekuensi 0,707, atau frekuensi –3 dB, frekuensi sudut atau frekuensi belok. Dalam praktek (Fc) diambil pada titik separuh daya atau 70,7% tegangan keluaran maksimum. Keadaan ini dapat juga dinyatakan dalam desibel (dB) dengan rumus :

  Vout

  DB = 20 log

  Vin

  Tapis OP-AMP dapat dirancang agar memiliki karakteristik yamg berbeda- beda, sehingga terdapat bermacam- macam kemiringan. Keluaran akan berkurang – 20 dB. Perlu diingat bahwa yang diinginkan justru tapis dengan rugi-rugi dB/dekade terbesar karena nilai ini mencerminkan batas penyumbatan tapis yang lebih tajam.

  Tapis lulus bawah dasar diperlihatkan pada gambar 1.2.

  V out V in

  R C Konfigurasi rangkaian ialah sebuah pengikut tegangan resistor (R) dan kapasitor (C), pada masukan tidak membalik membentuk pembagi tegangan. Bila frekuensi Vin meliputi Fc, Xc, sehingga sebagian besar Vin jatuh ke resistor. Akibatnya kapasitor (C) akan memitas kebumi. Dengan Vin yang lebih kecil, Vout juga kecil. Jadi penguatan tahapan akan dibawah harga maksimumnya pada frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi.Untuk rangkaian-rangkaian tersebut diatas Fc dapat dicari :

  1 Fc = 2 . . R. C π

  Tapis lulus bawah sederhana ini memiliki kemiringan kurang lebih –20 dB/dekade. Karena kapasitor, taps memiliki sudut pase yang tetap (pase masukan terhadap keluaran) pada Fc. Tapis lulus bawah dengan kemiringan yang lebih terjal kurang lebih –40 dB/dekade diperlihatkan pada gambar berikut :

  R2

R3

C1 C2

  Vout

  R1

  Kapsitor C2 akan meminta arus masukan pada frekuensi-frekuensi diatas fc,xc kapsitor C1 rendah untuk frekuensi didaerah stop band. Akibatnya masukan akan menerima kiriman umpan balik negatif lebih banyakl, karena itu penguatan amat berkurang. Frekuensi sudut untuk rangkaian ini dapat dicari :

  1 Fc = 2 . . R 1 . R 2 . C 1 . C

  

2

π

  B. HIGH PASS FILTER (HPF)

  Tapis lulus atas menampilkan fungsi kebalikan tapis lulus bawah. Tapis ini akan meredam semua frekuensi sumbat fc dan melewatkan semua frekuensi diatas fc.

  Vout Vin C1

  R Gambar diatas memperlihatkan sebuah tapis lulus atas sederhana. Dengan Vin pada masukan tak membalik C dan R membentuk pembagi. Bila frekuensi Vin dibawah fc,xc, kapasitor lebih besar, sehingga sebagian besar Vin jatuh ke (C) akibatnya tegangan jatuh pada R rendah. Sebuah tapis ;lulus atas yang lebih andaldengan kemiringan kurang dari –20 dB/dekada diperlihatkan dalam gambar diatas. Untuk mendapatkan fc rangkaian ini dapat digunakan rumus yang sama sebagaimana LPF dari gambar diatas.

  C. BAND PASS FILTER (BPF)

  Tapis ini akan melewatkan frekuensi-frekuensi dalam daerah tertentu dan menolak frekuensi-frekuensi lainnya. Puncak tegangan keluaran untuk tapis tipe ini terdapat pada suatu frekuensi yang dikenal sebagai frekuensi resonansi (fr). Disekitar frekuensi ini tegangan keluaran menurun. Titik atas dan dibawah fr yang memiliki Vout 70,7% tegangan keluaran maksimumnya merupakan batas-batas yang menentukan lebar jalur tapis. Frekuensi batas atas tempat titik itu terjadi disebut sebagai (fh), sedangkan frekuensi batas bawah disebut (fl), bila lebar jalur kurang dari fr 10%, dikatakan tapis lulus jalur lebar. Makin sempit lebar jalur tapis makin selektif pemilihannya dinyatakan dalam faktor kualitas (Q) rangkaian tersebut. Adapun gambar dari BPF adalah sebagai berikut :

  C1 R3 R1 C2 R2

  D.`BAND STOP FILTER (BSF)

  Tapis titik dasar diperlihatkan pada gambar dibawah ini : Dalam konfigurasi ini Vin diberikan pada kedua masukan. Komponen- komponen R1, R4, C1, dan C2 membentuk sebuah jaringan umpan balik pemilih frekuensi. Perbandingan resistansi terhadap reaktansi kapasitor menentukan fr rangkaian.

BAB III METODE PELAKSANAAN PRAKTIKUM III.1 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

  1. Modul percobaan

  2. Catu daya

  3. Kabel penghubung

  4. Osiloskop 2 Chanel

  5. Audio generator

  III.2 GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN

  1. Gambar Tapis Lulus Bawah

  b. Gambar Tapis Lulus Atas

  c. Gambar Tapis Lulus Jalur

  d. Gambar Tapis Takik Aktif

III.3 PROSEDUR PERCOBAAN

a. Tapis Lulus Bawah

  1. Menancapkan card percobaan tapis lulus bawah yaitu card P1/2 pada slot card kotak modul praktikum.

  2. Memutar saklar tegangan power suplay ke posisi 15 V yang berada pada posisi tengah kotak.

  3. Menghidupkan saklar modul praktikum.

  4. Mengukur generator gelombang sinus untuk frekuensi pertama yang diberikan dalam tabel pengamatan.

  5. Memasang amplitude keluaran generator gelombang sinus pada 1 (PP) untuk setiap pengaturan frekuensi.

  6. Mengukur Vout 1 (PP) pada card P1/2 dan mencatat nilainya dalam table pengamatan.

  7. Mengulangi langkah 4, 5, dan 6 untuk semua frekuensi yang diberikan dalam tebal pengamatan.

  8. Menghitung fc dengan rumus : Fc =

  2 R1.R2.C1.C π

  2

  1

  b. Tapis Lulus Atas

  1. Menancapkan card percobaan tapis lulus bawah yaitu card 3/4 pada slot card kotak modul praktikum.

  2. Memutar saklar tegangan power suplay ke posisi 15 V yang berada pada posisi tengah kotak.

  3. Menghidupkan saklar yang ada pada kotak modul praktikum.

  4. Mengatur generator gelombang sinus untuk frekuensi pertama yang diberikan dalam tabel pengamatan.

  5. Memasang amplitude keluaran generator gelombang sinus pada 1 (pp) untuk setiap frekuensi.

  6. Mengukur Vout 4 (pp) pada card P3/4 dan mencatat nilainya dalam table pengamatan.

  7. Mengulangi langkah 4, 5, dan 6 untuk semua frekuensi yang diberikan dalam tebal pengamatan.

  8. Menghitung fr dengan rumus seperti diatas.

  c. Tapis Lulus Jalur

  1. Menancapkan card percobaan tapis lulus bawah yaitu card 3/4 pada slot card kotak modul praktikum.

  2. Memutar saklar tegangan power suplay ke posisi 15 V yang berada pada posisi tengah kotak.

  3. Menghidupkan saklar yang ada pada kotak modul praktikum.

  4. Mengatur generator gelombang sinus untuk frekuensi pertama yang diberikan dalam tabel pengamatan.

  5. Memasang amplitude keluaran generator gelombang sinus pada 1 (pp) untuk setiap frekuensi dalam table, memastikan bahwa level tegangan ini tetap konstan pada setiap frekuensi.

  6. Mengukur Vout 3 (pp) pada card 3/4 dan mencatat nilainya dalam table pengamatan.

  7. Mengulangi langkah 4, 5, dan 6 untuk semua frekuensi yang diberikan dalam tebal pengamatan.

  8. Menghitung fr dengan rumus seperti diatas.

d. Tapis Takik Aktif

  1. Menancapkan card percobaan tapis lulus bawah yaitu card 1/2 pada slot card kotak modul praktikum.

  2. Memutar saklar tegangan power suplay ke posisi 15 V yang berada pada posisi tengah kotak.

  3. Menghidupkan saklar yang ada pada kotak modul praktikum.

  4. Mengatur generator gelombang sinus untuk frekuensi pertama yang diberikan dalam tabel pengamatan.

  5. Memasang amplitude keluaran generator gelombang sinus pada 1 (Vpp) untuk setiap frekuensi dalam table, memastikan bahwa level tegangan ini tetap konstan pada setiap frekuensi.

  6. Mengukur Vout 2 (pp) pada card P1/2 dan mencatat nilainya dalam table pengamatan.

  7. Mengulangi langkah 4, 5, dan 6 untuk semua frekuensi yang diberikan dalam tebal pengamatan.

  8. Menghitung fr dengan rumus seperti diatas.

  

BAB IV

HASIL PRAKTIKUM DAN PEMBAHASAN IV.1 TABEL HASIL PENGAMATAN A. Low Pass Filter (LPF) Vin = 1 Volt No Frekuensi (Hz) Vout (V/div)

  1 2000 0,75 2 2500 1,85 3 3000 1,55 4 3500 1,15 5 4000 0,9 6 4500 0,8 7 5000 0,7 8 5500 0,65 9 6000 0,65 10 6500 0,65

B. High Pass Filter (HPF)

  Vin = 1 Volt No Frekuensi (Hz) Vout (V/div) 1 500 0,9

  2 600 0,92 3 700 0,92 4 800 0,92 5 900 0,92 6 1000 0,92

  C. Band Pass Filter (BPF)

  Vin = 1 Volt No Frekuensi (Hz) Vout (V/div) 1 500 0,135

  2 600 0,165 3 700 0,18 4 800 0,195 5 900 0,205 6 1000 0,215 7 2000 0,235 8 3000 0,215 9 4000 0,195

  10 5000 0,75

  D. Band Stop Filter (BSF)

  Vin = 1 Volt No Frekuensi (Hz) Vout (V/div) 1 10000 0,95

  2 15000 0,95 3 20000 0,95 4 25000 0,9 5 30000 0,85 6 35000 0,85 7 40000 0,85 8 45000 0,825 9 50000 0,825

  10 55000 0,25

IV.2 ANALISA DATA HASIL PRAKTIKUM

2.1 ANALISA SECARA TEORI

  A. Low Pass Filter (LPF) Diketehui : R1 = 10 kΩ

  R2 = 10 kΩ R3 = 22 kΩ C1 = C2 = 10 nf

  1 Fc = 2 . . R 1 . R 2 . C 1 . C

  

2

π

  

1

  = _{3 3 9 9}

  − − 2 . 3 , 14 . 10 . 10 . 10 .

10 .

10 . 10 . 10 .

  10

  1

  =

  − ⁴ 6 , 28 .

  10

  = 1592,4 Hz

  B. High Pass Filter (HPF) Diketehui : R1 = 22 kΩ

  R2 = 22 kΩ R3 = 10 kΩ C1 = C2 = 10 nf

  1 Fc = 2 . . R 1 . R 2 . C 1 . C

  

2

π

• =
_{3 3} ^{3 3} 10 .

  10 . 10 . 10 . . 100 10 . 5000 . 14 , 3 .

  10

  Fr = 2 .

  1 . . 3 . .

  2

  π

  = _{9 9 3} 10 .

  2

  10 10 .

  

1

− −

  = ₃ 10 .

  40 ,

  1

  1 −

  = 712,12 Hz

  10 . 10 .

  10 10 .

  1 −

  = _{9 9 3 3} 10 .

  1 2 .

  2

  Rp =

  R2 = 10 kΩ R3 = 100 kΩ C1 = C2 = 10 nf

  C. Band Pass Filter (BPF) Diketehui : R1 = 10 kΩ

  = 723,8 Hz

  1 R R R R

  1

  382 ,

  = ₃

  

1

− −

  2

  10 . 10 . 10 .

10 .

22 . 10 . 22 . 14 , 3 .
• = 5000 Ω

1 C C R Rp

  R3 Q = 0,5. Rp ₃ 100 .

  10 = 0,5. 5000

  = 2,236

  Fr

  Bw =

  Q 712 ,

  12

  =

  2 , 236

  = 318,48 Hz

  Bw

  Fh = Fr +

  2 318 ,

  48

  = 712,12 +

  2

  = 871,36 Hz

  Bw

  Fl = Fr -

  2 318 ,

  48

  = 712,12 -

  2

  = 552,88 Hz

  D. Band Stop Filter Diketehui : R1 = 10 kΩ

  R2 = 1 kΩ R3 = 47 kΩ R4 = 1,2 kΩ C1 = C2 = 10 nf

  1 Fr = 2 . . R 1 . R 4 . C 1 . C

  

2

π

  

1

  = _{3 3 9 9}

  − − 2 . 3 , 14 . 10 . 10 . 1 , 2 . 10 . 10 . 10 . 10 .

  10

  1

  = ⁴

  − 2 , 17 .

  10

  = 4608,29 Hz

  R

4 Q = 0,5.

  R

  1 ₃ 1 , 2 .

  10 = 0,5. ₃ 10 .

  10

  = 0,173

  Fr

  Bw =

  Q 4608 ,

  29

  =

  , 173

  = 26637,54 Hz

  Bw

  Fh = Fr +

  2 26637 ,

  54

  = 4608,29 +

  2

  = 17927,06 Hz

  Bw

  Fl = Fr -

  2 26637 ,

  54

  = 4608,29 -

  2

  = -8710,48 Hz

  R 2 . R

  3 Rp =

  2 R ₃

  3 ₃ 1 . 10 . 47 .

• R

  10

  =

  10 47 .

  10 ^{3 3}

• 1 .

  = 8245,61 Ω

  1 ( 1 − .( 2 . Q ))

  1 Q

  N = -

  Q

  1 Q

  1 ( 1 .( 2 . , 173 ))

  −

  1 , 173

• =

  , 173

  

1

, 173

( 1 )

  −

  = 5,78 –

  5 ,

  78

  = 5,95

2.2 ANALISA SECARA PRAKTEK

A. Low Pass Filter (LPF)

  Vi = 1 Volt

• Frekuensi = 2000 Hz

  Vo

  V =

  ∆ Vi

  ,

  75

  = = 0,75 Volt

  1

  a = 20 log

  V

  ∆

  = 20 log 0,75 = -2,5 dB

  V Frekuensi (Hz) Vo (V) ∆ (V) a (dB)

  2500 1,85 1,85 5,34 3000 1,55 1,55 3,81 3500 1,15 1,15 1,21 4000 0,9 0,9 -0,91 4500 0,8 0,8 -0,94 5000 0,7 0,7 -3,1 5500 0,65 0,65 -3,74 6000 0,65 0,65 -3,74 6500 0,65 0,65 -3,74

6 Frek (Hz) x 1000

  2

  6 6,5

  4 3,5 4,5 5 5,5

  3

  1 2 1,5 2,5

  a (d B )

  5

  4

  3

  1

• 5
• 4
• 3
• 2
• 1

B. High Pass Filter (HPF)

  V = 20 log 0,9 = -0,91 dB

  ∆

  = 0,9 Volt a = 20 log

  1 9 ,

  =

  Vi Vo

  V =

  ∆

  Vi = 1 Volt

• Frekuensi = 500 Hz

6 Frek (Hz) x 100

  2

  11

  10

  9

  8

  7

  6

  5

  a (d B )

  5

  4

  3

  1

• 5
• 4
• 3
• 2
• 1

  V

  = 0,135

  1 135 ,

  =

  Vi Vo

  V =

  ∆

  Vi = 1 Volt

  1000 0,92 0,92 -0,05

  600 0,92 0,92 -0,05 700 0,92 0,92 -0,05 800 0,92 0,92 -0,05 900 0,92 0,92 -0,05

  (V) a (dB)

  V ∆

  Frekuensi (Hz) Vo (V)

C. Band Pass Filter (BPF)

• Frekuensi = 500 Hz
• 9
• 8
• 7
• 6
• 5
• 4
• 3
• 2
• 1 Frek (Hz) x 100
• 18
• 17
• 16
• 15
• 14
• 13
• 12
• 11
• 10

  6

  40

  20

  9

  30

  10

  8

  7

  5

  a = 20 log

  a ( d B )

  1000 0,215 0,215 -13,35 2000 0,235 0,235 -12,58 3000 0,215 0,215 13,35 4000 0,195 0,195 14,2 5000 0,75 0,75 -2,5

  600 0,165 0,165 -15,65 700 0,18 0,18 -14,89 800 0,195 0,195 -14,2 900 0,205 0,205 -13,76

   (V) a (dB)

  V ∆

  Frekuensi (Hz) Vo (V)

  V = 20 log 0,135 = -17,39 dB

  ∆

  50

D. Band Stop Filter (BSF)

  Vi = 1 Volt

• Frekuensi = 10000 Hz

  ∆

• 13 ^{-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1} _{Frek (Hz) x 1000} ^{a ( d B )}

  15

  55

  50

  45

  40

  35

  

30

  25

  20

  10

  V =

  15000 0,95 0,95 -0,44 20000 0,95 0,95 -0,44 25000 0,9 0,9 -0,91 30000 0,85 0,85 -1,41 35000 0,85 0,85 -1,41 40000 0,85 0,85 -1,41 45000 0,825 0,825 -1,67 50000 0,825 0,825 -1,67 55000 0,25 0,25 -12,04

  Frekuensi (Hz) Vo (V)

  V = 20 log 0,95 = -0,44 dB

  ∆

  = 0,95 Volt a = 20 log

  1 95 ,

  =

  Vi Vo

  V ∆ (V) a (dB)

BAB V PENUTUP V.1 KESIMPULAN Berdasarkan hasil praktikum dan analisa data, maka dapat di

  simpulkan bahwa :

  1. Besarnya nilai Fc (LPF dan HPF) dan Fr (BPF dan BSF) sangat dipengaruhi oleh nilai R yang digunakan, apabila nilai R yang digunakan besar, maka Fc dan Fr akan semakin kecil dan sebaliknya bila nilai R yang digunakan kecil, maka Rc dan Fr akan semakin besar.

  2. Besarnya nilai a (dB) dipengaruhi oleh besarnya nilai Vo yang diperoleh, dimana semakin besar Vo maka a (dB) semakin kecil. Sebaliknya bila Vo kecil, maka a (dB) semakin besar.

V.2 SARAN

  Sebaiknya modul-modul praktikum yang akan digunakan dalam kegiatan praktikum segera dibenahi sehingga tidak terjadi kekeliruan dalam proses pengambilan data saat praktikum berlangsung.

  

V.3 AYAT AL-QUR’AN YANG BERHUBUNGAN DENGAN

PERCOBAAN ﺏﺎﻣﺭﺷﻟ ﻥﻳﻐﻁﻟﺍﻥﺍﻭﺍﺫﻫ ۰

  Artinya:

  “Beginilah (keadaan mereka). Dan sesungguhnya bagi orang-orang yang durhaka benar-benar (disediakan) tempat kembali yang buruk”.

  Penjelasan : Ayat diatas menjelaskan tentang orang-oarng yang durhaka itu tidak dibenarkan masuk dalam surga.

  Hubungannya dengan percobaan : Hubungannya dengan percobaan ini adalah dalam filter aktif hanya frekuensi- frekunsi tertentu saja yang dilewatkan oleh filter aktif sesuai dengan jenis filter yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

  Ir. Amir Ali dan Tim Asisten, Penuntun Praktikum IV -

  Laboratorium Teknik Telekomuniksai dan Elktronika, Universitas Muslim Indonesia, Makassar. 2003.

  Malvino Hanapi Gunawan, Prinsip-prinsip Elektronik, - Erlangga, Jakarta. 1996.

  Wasito S., Vademekum Elektronika, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2001. -