Active Filter 15.6

[MENUJU AKHIR]

15.6 Active Filters

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. File Download

1. Tujuan [Kembali]

• Untuk memahami karakteristik rangkaian active filters
• Untuk mengetahui bagaimana cara merangkai rangkaian active filters
• Dapat mensimulsikan rangkaian active filters

2. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

     Instrumen 

1. Osiloskop

Osiloskop digunakan untuk mengamati bentuk gelombang input dan output pada rangkaian.

Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

Pinout:

Keterangan:

     Generator

1. VSINE

 berfungsi sebagai sumber arus listrik AC.

• 

  Probe

1. Output

Berfungsi sebagai output dari rangkaian.

Spesifikasi

Input voltage: 5V-12V

Output voltage: 5V

Output Current: MAX 3A

Output power: 15W

conversion efficiency: 96%

B. Bahan

1. Resistor

Berfungsi sebagai pembagi, pembatas, dan pengatur arus dalam suatu rangkaian.

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan  arus yang melewatinya 

                                          

Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik. Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna: 

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama. 

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua. 

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.   

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.  

 

 

 2. Kapasitor

Berfungsi sebagai tempat penyimpan arus dan tegangan.

• 

   
  Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF

  Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.

  Cara menghitung nilai kapasitor :

  1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.

  2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.

  3. Satuan kapasitor dalam piko farad.

  4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

  
  

  Daftar nilai toleransi kapasitor :

  B = 0.10pF

  C = 0.25pF

  D = 0.5pF

  E = 0.5%

  F = 1%

  G = 2%

  H = 3%

  J = 5%

  K = 10%

  M = 20%

  Z = + 80% dan -20%

  3. Op-amp, berfungsi sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah.

   

  Konfigurasi PIN LM741 
   
   4. Ground  
• 

  Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

  
  

3. Dasar Teori [Kembali]

Sirkuit filter dapat dibangun menggunakan komponen pasif : resistor dan kapasitor. Dan juga menggunakan amplifier untuk memberikan penguatan tegangan dan isolasi sinyal atau buffering. 

Gambar 15.30 Respon filter ideal (a) low pass (b) High pass (c) Band pass

1) Filter active low pass

Menggunakan resistor tunggal dan kapasitor seperti pada gambar 15.31a memiliki kemiringan praktis 20 dB per dekade. Gambar 15.31b adalah respon ideal dari gambar 15.31a.

Pada frekuensi cuttof dari :

Gambar 15.31 Filter aktif low-pass orde pertama

Gambar 15.32 Filter aktif low-pass orde kedua

2) Filter active high pass

Frekuensi cutoff amplifier:

Gambar 15.33 High Pass Filter

3) Filter Bandpass

Sebuah band-pass filter merupakan perangkat yang melewati frekuensi dalam kisaran tertentu dan menolak (attenuates) frekuensi di luar kisaran tersebut. Contoh dari analog elektronik band pass filter adalah sirkuit RLC (a resistor-induktor-kapasitor sirkuit). Filter ini juga dapat dibuat dengan menggabungkan filter-pass rendah dengan filter - pass tinggi.

Gambar 15.34 Band Pass Filter

4.  Resistor

 berfungsi sebagai pembagi, pembatas, dan pengatur arus dalam suatu rangkaian.

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan  arus yang melewatinya 

                                          

Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik. Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna: 

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama. 

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua. 

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.   

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.  

 

 

5. Kapasitor

Berfungsi sebagai tempat penyimpan arus dan tegangan.

• 

   
  
  

  6. Op-Amp LM741
  

  Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

  Karakteristik penguat ideal adalah:

  • Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
  • Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
  • Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

  

  Konfigurasi PIN LM741:

  

  

  Spesifikasi:

  

  Respons karakteristik kurva I-O:

  

   7. Ground  

  
  

  
  
• 

  Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

 Example 

 

1.Hitung frekuensi cutoff dari filter-rendah orde pertama untuk R1 1,2 k dan

C1 0,02 microF.

2.Hitung frekuensi cutoff dari filter high-pass orde-2 kedua seperti pada Gambar 15.33b untuk

R1 5 R2 5 2.1 kV, C1 5 C2 5 0.05 mF, dan Ro1 5 10 kV, Rof 5 50 kV.

Problem 

 

    SOLUSI

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke sirkuit input akan

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke sirkuit output akan

    Semua contoh sejauh ini telah menggunakan konfigurasi common-emitter atau commoncollector. Dalam contoh berikutnya kami menyelidiki konfigurasi common-base. Dalam situasi ini sirkuit input akan digunakan untuk menentukan IE daripada Ib. Arus kolektor kemudian tersedia untuk melakukan analisis sirkuit output.

    SOLUSI

    Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke sirkuit input akan

    Contoh 4.18 menggunakan pasokan terpisah dan akan memerlukan aplikasi untuk menentukan yang diinginkan tidak diketahui.

    SOLUSI

    Ketahanan dan tegangan Thévenin ditentukan untuk jaringan di sebelah kiri terminal dasar seperti yang ditunjukkan pada Buah Ara. 4.44 dan 4.45.

Jaringan kemudian dapat digambar ulang seperti yang ditunjukkan dalam Gbr. 4.46, di mana aplikasi Hukum tegangan Kirchhoff akan menghasilkan

 Pilihan Soal Ganda 

1. Hitung frekuensi cutoff dari filter low-pass orde pertama untuk R1= 1.2 kOhm dan C1 = 0.02 mF.

  

  a) 6.63 kHz

  b) 3.23 kHz

  c) 7.98 kHz

  d) 4.56 kHz

Jawaban : a) 6.63 kHz

2. Hitung foL dari rangkaian filter bandpass pada gambar 15.34 dengan R1=R2= 10 kOhm , C1= 0.1 mF dan C2= 0.002 mF.

a) 267.76 Hz

b) 159.15 Hz

c) 234.09 Hz

d) 436.89 Hz

Jawaban : b) 159.15 Hz

3. Hitung foH dari rangkaian filter bandpass pada gambar 15.34 dengan R1=R2= 10 kOhm , C1= 0.1 mF dan C2= 0.002 mF.

a) 7.96 kHz

b) 8.78 kHz

c) 6.89 kHz

d) 5.43 kHz

Jawaban : a) 7.96 kHz

4. Percobaan [Kembali]

a. Prosedur Percobaan

Pada percobaan kali ini dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:

• Mempersiapkan Alat besrta Bahan seperti yang telah tertera pada Sub Bab Alat dan Bahan di atas
• Merangkai Rangkaian sesuai dengan jenisnya masing-masing, terdapat 8 jenis rangkaian yang akan diujikan.
• Pada masing-masing Rangkaian disambungkan input tegangan AC agar dapat melihat bagaimana perbedaan respons gelombang input dan outputnya.
• Amatilah nilai input dan output dengan menyesuaikannya dengan rumus yang ada, dan juga amatilah respon grafik sinyal input dan outputnya. 

b. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja 

Gambar Rangkaian 15.31

 

Gambar Rangkaian 15.32

 

Gambar Rangkaian 15.33 (a)

Gambar Rangkaian 15.33 (b)

 

Gambar Rangkaian 15.34

• Filter Active Low Pass

    Tapis pelewat rendah atau tapis lolos rendah (low-pass filter) digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi. Sinyal dapat berupa sinyal listrik seperti perubahan tegangan maupun data-data digital seperti citra dan suara. 

Untuk sinyal listrik, low-pass filter direalisasikan dengan meletakkan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. Contoh penggunaan filter ini adalah pada aplikasi audio, yaitu pada peredaman frekuensi tinggi (yang biasa digunakan pada tweeter) sebelum masuk speaker bass atau subwoofer(frekuensi rendah). Kumparan yang diletakkan secara seri dengan sumber tegangan akan meredam frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah, sedangkan sebaliknya kapasitor yang diletakkan seri akan meredam frekuensi rendah dan meneruskan frekuensi tinggi.  

15.31 Suatu filter lolos bawah orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu kapasitor. Arus input masuk ke R1 sebesar 1,6k yang paralel dengan kapasitor sebesar o,1 mikroFarad. untuk mencari frekuensi, f= 1/2phiRC. sebelumnya kita mencari WC = 1/RC dan didapatkan hasil sekitar 6250 pada frekuensi, sehingga db akan dapat dilihat pada tabel grafik frekuensi. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan -20 dB/dekade atau –6 dB/oktav. Penguatan tegangan untuk frekuensi lebih rendah dari frekuensi cut off adalah: Av = - R2 / R1 sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari: fC = 1 / (2.R2C1). Hasil dari rumus ini mendapatkan frekuensi dan dapat dilihat dB pada tabel grafik frekuensi respon, gelombang low pass filter dapat dilihat pada osiloskop. 

15.32 Suatu filter lolos bawah orde dua dapat dibuat dari dua tahanan dan dua kapasitor. Arus input masuk ke R1 sebesar 1,6k yang paralel dengan C1 sebesar o,1 mikroFarad. kemudian mengalir masuk ke R2 sebesar 10k yang paralel dengan C2 sebesar o,1 mikroFarad. untuk mencari frekuensi, f= 1/2phiRC. sebelumnya kita mencari WC = 1/RC dan didapatkan hasil sekitar 6250 pada frekuensi, sehingga db akan dapat dilihat pada tabel grafik frekuensi. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan -20 dB/dekade atau –6 dB/oktav. Penguatan tegangan untuk frekuensi lebih rendah dari frekuensi cut off adalah: Av = - R2 / R1 sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari: fC = 1 / (2.R2C1). Hasil dari rumus ini mendapatkan frekuensi dan dapat dilihat dB pada tabel grafik frekuensi respon, gelombang low pass filter dapat dilihat pada osiloskop.

•  Filter Active High Pass

    High pass filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi, tetapi mengurangi amplitudo frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi cutoff. Nilai-nilai pengurangan untuk frekuensi berbeda-beda untuk tiap-tiap filter ini .Terkadang filter ini disebut low cut filter, bass cut filteratau rumble filter yang juga sering digunakan dalam aplikasi audio.High pass filter adalah lawan dari low pass filter, dan band pass filter adalah kombinasi dari high pass filter dan low pass filter. Filter ini sangat berguna sebagai filter yang dapat memblokir component frekuensi rendah yang tidak diinginkan dari sebuah sinyal komplek saat melewati frekuensi tertinggi. High pass filter yang paling simple terdiri dari kapasitor yang terhubung secara pararel dengan resistor, dimana reistansi dikali dengan kapasitor (RXC) adalah time constant (τ). 

15.33 (A) Suatu filter lolos atas orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu kapasitor. Arus akan mengalir menuju C1 sebesar 0,1 mikroFarad yang paralel dengan R1 sebesar 22k dan menuju ke kaki non inverting op amp. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan 20 dB/dekade atau 6 dB/oktav. Penguatan tegangan untuk frekuensi lebih tinggi dari frekuensi cut off adalah: Av = - R2 / R1 sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari: fC = 1 / (2.R1C1). Hasil dari rumus ini mendapatkan frekuensi dan dapat dilihat dB pada tabel grafik frekuensi respon, gelombang high pass filter dapat dilihat pada osiloskop.  

15.33 (B) Suatu filter lolos atas orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu          kapasitor. Arus akan mengalir menuju C1 sebesar 0,1 mikroFarad yang paralel dengan R1 sebesar 22k dan mengalir menuju C2 sebesar 0,1 mikroFarad yang paralel dengan R1 sebesar 22k dan menuju ke kaki non inverting op amp. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan 20 dB/dekade atau 6 dB/oktav. Penguatan tegangan untuk frekuensi lebih tinggi dari frekuensi cut off adalah: Av = - R2 / R1 sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari: fC = 1 / (2.R1C1). Hasil dari rumus ini mendapatkan frekuensi dan dapat dilihat dB pada tabel grafik frekuensi respon, gelombang high pass filter dapat dilihat pada osiloskop.

• Filter Bandpass

    Sebuah band-passfilter merupakan perangkat yang melewati frekuensi dalam kisaran tertentu dan menolak (attenuates) frekuensi di luar kisaran tersebut. Contoh dari analog elektronik band pass filter adalah sirkuit RLC (a resistor-induktor-kapasitor sirkuit). Filter ini juga dapat dibuat dengan mengga-bungkan -pass filter rendah dengan –pass filter tinggi . 

Band pass filter digunakan terutama di nirkabel pemancar dan penerima. Fungsi utamafilter seperti di pemancar adalah untuk membatasi bandwidth sinyal output minimum yang diperlukan untuk menyampaikan data pada kecepatan yang diinginkan dan dalam bentuk yang diinginkan. Pada receiver Sebuah band pass filter memungkinkan sinyal dalam rentang frekuensi yang dipilih untuk didengarkan, sementara mencegah sinyal pada frekuensi yang tidak diinginkan. 

15.34 Rangkaian Band Pass Filter memiliki penggabungan dari low pass filter dan high pass filter dengan arus input mengalir menuju R3 sebesar 330 yang paralel dengan C1 sebesar 0,1 nF dan menuju kaki non inverting op amp. Kemudian arus mengalir menuju C2 sebesar 0,1 nF yang paralel dengan R4 sebesar 10k dan menuju kaki non inverting op amp. Penguatan tegangan untuk pita lolos adalah: Av = (-R2 / R1) (-R4 / R3) Besarnya frekuensi cut off atas didapat dari: fCH = 1 / (2.R1C1) Besarnya frekuensi cut off bawah didapat dari: fCL = 1 / (2.R4C2). Hasil dari rumus ini mendapatkan frekuensi dan dapat dilihat dB pada tabel grafik frekuensi respon, gelombang high pass filter dapat dilihat pada osiloskop.

c. Video

                                   15.31 Rangkaian Low Pass Filter First Order

15.32 Rangkaian Low Pass Filter Second Order

15.33 (a) Rangkaian High Pass Filter First Order

15.33 (b) Rangkaian High Pass Filter Second Order

15.34 Rangkaian Band Pass Filter 

       

5. File Download [Kembali]

Download materi silahkan klik Disini 

Download HTML silahkan klik Disini 

Download Datasheet Resistor silahkan klik Disini 

Download Datasheet OP-AMP silahkan klik Disini 

Download Datasheet Kapasistor silahkan klik Disini  

Download bentuk rangkaian 15.31 silahkan klik Disini 

Download bentuk rangkaian 15.32 silahkan klik Disini 

Download bentuk rangkaian 15.33 (a) silahkan klik Disini 

Download bentuk rangkaian 15.33 (b) silahkan klik Disini 

Download bentuk rangkaian 15.34 silahkan klik Disini 

Download video simulasi rangkaian 15.31 silahkan klik Disini

Download video simulasi rangkaian 15.32 silahkan klik Disini

Download video simulasi rangkaian 15.33 (a) silahkan klik Disini

Download video simulasi rangkaian 15.33 (b) silahkan klik Disini

Download video simulasi rangkaian 15.34 silahkan klik Disini 

[MENUJU AWAL]