Laporan Praktikum Elektronika Komunikasi : Filter

Laporan Praktikum Elektronika Komunikasi : Filter1

Laporan Praktikum Elektronika KomunikasiFILTER

Tanggal Percobaan : 25/9/2014Nama Praktikan: Dyah Ayu MutiariNIM: 121344007Kelas : 3-TNK

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK TELEKOMUNIKASIJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014

FILTERI. Tujuan Percobaan Membuat rangkaian filter aktif dan pasif (All Pass Filter, Low Pass Filter (LPF), High Pass Filter (HPF), Band Pass Filter (BPF) dan Band Stop Filter (BSF). Mengamati respon frekuensi tiap jenis filter.

II. Alat dan Komponen1. Osiloskop1 buah2. Function Generator (10 Vpp)1 buah3. Protoboard / Module1 buah 4. Jumper secukupnya5. Kabel capit buayasecukupnya6. Kabel konektor BNC3 buah7. Resistor 1001 buah8. Kapasitor 220 pF1 buah9. Induktor 100 mH1 buahIII. Landasan TeoriSejauh ini dalam mendisain filter, kita hanya berkonsentrasi pada pada penggunaan kapasitor atau induktor, dan tidak pernah menggunakan dua komponen itu dalam satu rangkaian. Kita tahu bahwa kombinasi komponen induktor dan kapasitor cenderung untuk beresonansi, dan sifat ini dapat dimanfaatkan dalam mendisain rangkaian filter band pass dan band stop.Rangkaian LC seri menghasilkan impedansi yang minimum saat resonansi, sedangkan rangkaian paralel LC menghasilkan impedansi maksimum saat resonansi. Dengan mengetahui dua prinsip dasar ini, kita memiliki suatu strategi untuk merancang filter band pass dan band stop.Untuk filter band pass, kita menggunakan prinsip dasar ini : dengan menggunakan rangkaian seri LC untuk melewatkan sinyal (seperti pada gambar 1), atau dengan paralel LC (gambar 3) untuk menahan atau melemahkan sinyal. Kedua rangkaian ini akan dibahas satu per satu.

Rangkaian LC seri melewatkan sinyal pada saat resonansi dan menahan setiap sinyal yang memiliki frekuensi di luar frekuensi resonansi.

Ada poin yang harus diperhatikan : lihat bagaimana sinyal tidak mengalami pelemahan sedikit pun pada frekuensi pass band (range frekunsi dimana sinyal dapat lewat), tidak seperti filter band pass yang dibuat dari susunan RC atau RL. Selain itu, karena filter ini bekerja dengan prinsip rangkaian resonansi seri LC, maka pada saat frekuensi resonansi rangkaian filter tidak dipengaruhi oleh resistansi, dan nilai dari resistor beban tidak akan membuat tegangan drop. Namun, parameter diagram bode dari filter band pass LC ini seperti bandwidth dan faktor kualitasnya dipengaruhi oleh nilai resistansi bebannya.Bentuk lain dari filter band pass dengan prinsip resonansi adalah menggunakan rangkaian resonansi paralel LC untuk menahan sinyal dengan frekuensi yang terlalu rendah dan terlalu tinggi, hanya pada range frekuensi tertentu yang dilewatkan. (Gambar 3) Rangkaian paralel LC ini memiliki impedansi yang sangat tinggi pada saat resonansi, sehingga sinyal dapat dilewatkan dari sumber menujubeban dengan pelemahan seminimal mungkin. Dibawah frekuensi resonansi atau di atas frekuensi resonansi, rangkaian ini memiliki impedansi yang sangat rendah sehingga sinyal pada frekuensi ini akan di short circuit menjadi nol (mendapat pelemahan maksimum) sehingga sinyal tidak bisa lewat dari input ke outputnya.

Sama seperti konsep filter low pass dan high pass yang didisain berdasarkan resistansi seri dan paralel untuk men-short circuit- sinyal yang tidak diinginkan, rangkaian resonansi ini tidak akan pernah melewatkan sinyal secara utuh dari input menuju outputnya (tegangan atau daya outputnya pasti lebih kecil dari pada inputnya), Resistansi seri (R1) akan selalu menghasilkan drop tegangan yang memotong nilai tegangan input sehingga pada saat resonansi, tegangan output tidak akan benar-benar bernilai sama dengan tegangan input.Bentuk filter band pass dengan menggunakan komponen LC ini sangat populer digunakan sebagai rangkaian tuning (pemilih frekuensi) dalam radio untuk memilih saluran radio dari berbagai macam frekuensi yang ditangkap oleh antena. Pada kebanyakan rangkaian tunerradio analog, untuk merubah-ubah frekuensi resonansinya bisanya dengan mengubah nilai kapasitansinya (kapasitor variabel). Kapasitor variabel dan induktor dengan inti udara ditunjukkan pada gambar 5 merupakan rangkaian radio sederhana yang digunakan untukmenangkap siaran dari stasiun radio tertentu. Dan menahan atau melemahkan sinyal dari stasiun radio lainnya. Sama seperti pada rangkaian resonansi seri dan paralel LC yang dapat memilih frekuensi dalam range frekuensi tertentu, kita juga bisa menahan atau memblok sinyal pada frekuensi tertentu yaitu dengan filter band stop. Sekali lagi, kita memiliki beberapa teori dasar yang digunakan untuk membuat rangkaian filter band stop, yaitu teori resonansi seri dan paralel. Pertama marilah kita lihat contoh resonansi seri nya pada gambar 6.

Ketika rangkaian resonansi seri LC mengalami resonansi, akan menghasilkan impedansi total yang sangat rendah sehingga akan men-shortcircuit sinyal yang masuk menuju ground (sinyal dari input tidak bisa lewat). Pada kondisi ini, tegangan beban sama dengan nol, dan tegangan sumber sama dengan tegangan R1. Perhatikan Gambar 7. Kesimpulannya, pada frekuensi resonansi, sinyal tidak bisa melewatirangkaian filter, tetapi sinyal diluar frekuensi resonansi dapat dilewatkan oleh filter.

Selanjutnya kita akan menganalisa rangkaian filter band stop yang menggunakan rangkaian LC paralel. Perhatikan Gambar 8. Rangkaian paralel LC menghasilkan imepedansi yang sangat tinggi pada frekuensi resonansinya, sehingga dapat menahan atau memblok sinyal agar tidak bisa lewat menuju beban. Begitu sebaliknya, rangkaian filter itu akan melewatkan sinyal ke beban bila frekuensi sinyal berada di luar frekuensi resonansi. Perhatikan gambar 9.

Sekali lagi, rangkaian band pass dan band stop dengan kombinasi LC ini tidak memakai resistor, sehingga pada frekuensi pass band, sinyal mendapatkan redaman seminimal mungkin karena sinyal inputnya tidak ada yang meng-korupsi. Amplitudo tegangan output pada saat frekuensi resonansi filter band stop, bernilai sangat kecil sekali. Dengan kata lain, filter ini sangat efektif meredam sinyal pada range frekuensi tertentu (yaitu pada frekuensi resonansinya).Pada semua bentuk filter yang sudah dijelaskan di atas, selektivitas seperti bandwidth dan faktor kualitasnya bergantung pada seberapa murni kapasitor dan induktor yang digunakan. Apabila ada rugi-rugi resistansi (khususnya yang ditimbulkan dari kawat lilitan induktor), ini dapat menghilangkan kemampuan filter tersebut dalam menyaring frekuensi, karena akan terjadi efek antiresonansi yang berakibat padanilai tegangan maksimum atau minimum pada frekuensi resonansinya. Mendisain filter low pass atau high pass akan lebih baik apabila kita menggunakan kombinasi komponen kapasitor dan induktor secara bersama-sama dalam satu rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 10.

Perhatikan pada gambar 10. Induktor akan menjadi open circuit pada frekuensi tinggi, sedangkan kapasitor menjadi short circuit pada frekuensi tinggi. Kedua komponen ini akan bekerja bersama-sama untuk menahan sinyal frekuensi tinggi agar tidak bisa lewat dari input menuju ke outputnya.Sekilas ini adalah ide bagus dalam mendisain filter low pass, dan seakan-akan kita tidak butuh resistor pada disain filternya. Namun apabila anda lebih teliti melihat rangkaian filter tersebut dan melihat kombinasi antara kapasitor dan induktor dalam satu rangkaian, ini dapat menimbulkan efek resonasi pada frekuensi tertentu. Resonansi, seperti yang sudah di bahas pada artikel-artikel sebelumnya, dapat menimbulkan sesuatu yang aneh. Seperti yang ditunjukkan pada grafik gambar 11.

Respon filter low pass yang kita harapkan kini malah menjadi respon filter bandwidth dimana tegangan puncaknya terjadi pada frekuensi sekitar 526 Hz. Kapasitor dan induktor pada rangkaian ini mencapai kondisi resonansi di sekitar frekuensi tersebut, menyebabkan tegangan kapasitor C1 besar sekali, dan tegangan pada Rbeban juga sama dengan kapasitor C1 karena induktor L2 hampir menjadi short circuit. Bahkan tegangan output Rbeban pada kondisi ini melebihi tegangan sumbernya. Selain itu, pada saat resonansi, induktor L1 dan kapasitor C1 akan memiliki impedansi total yang sangat kecil sekali. Hal ini akan memberikan beban yang berat bagi sumber tegangan dan ini bukan kondisi yang baik. Kita akan melakukan analisa lebih jauh terhadap rangkaian LC filter low pass ini dengan melihat respon tegangan padakapasitor C1 (vm2), tegangan pada output filter (vm3), dan arus yang keluar dari sumber I(v1) terhadap frekuensi. Hasilnya ditunjukkan padagambar 12.

Bisa kita lihat dari grafik pada gambar 12, tegangan kapasitor C1 dan arus yang keluar dari sumber melonjak tajam dan mencapai nilai maksimumnya pada saat frekuensi resonansi. Selain itu tegangan output (tegangan pada beban) juga mencapai nilai maksimumnya pada saat frekuensi resonansi. Bila kita mengharapkan rangkaian LC ini berfungsi sebagai filter low pass, maka kita akan kecewa dengan hasil ini.Permasalahannya adalah filter LC ini memiliki impedansi input dan impedansi output yang tidak cocok pada rangkaian ini. Maka kita harus melakukan pencocokan impedansi (impedance matching) terhadap rangkaian LC ini. Impedansi sumber tegangan harus cocok dengan impedansi input dari filter, dan impedansi output dari filter harus cocok (match) dengan impedansi bebannya (Rbeban). Impedansi inputdan output dari rangkaian filter pada gambar 10 adalah akar dari L/C.Z = (L/C)Subsitusikan nilai L dan C dari rangkaian pada gambar 10, dimana nilai L adalah 100 mH dan nilai kapasitor C adalah 1 F, maka kita bisamendapatkan berapa resistansi tambahan yang kita perlukan untuk mencocokkan impedansinya.Z = (L/C) = [(100 mH)/(1 F)] = 316 Maka kita perlu menambahkan resistor dengan nilai 316 pada input filter untuk mencocokkan impedansi input filter, dan hasil rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 13. Kita telah menambahkan resistor 316 pada bagian input filter dan kita telah menyetel resistansi pada beban (R ) dengan nilai 316 juga untuk mencocokkan dengan impedansi output filter. Apabila ternyata bebannya bukan 316 , misalkan Rbeban sama dengan 1000 , maka untuk melakukan pencocokan impedansi, kita bisa menyetel nilai L/C.

Respon frekuensi dari rangkaian pada gambar 13 ditunjukkan pada gambar 14. Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara tegangan pada beban dengan frekuensi. Kini, rangkaian filter low pass yang telah dicocokkan impedansinya memiliki respon sesuai yang kita harapkan. Filter tersebut dapat melewatkan sinyal tegangan frekuensi rendah dan menahan atau melemahkan sinyal tegangan padafrekuensi tinggi.

IV. Gambar Rangkaian Percobaan

V. Langkah Percobaan Rangkaian 1. Susunlah rangkaian filter LPF seperti gambar diatas, kemudian atur frekuensi hingga mendapatkan frekuensi cutt off kemudian tuliskan hasil pengerjaan dari pengaturan frekuensi tersebut beserta tegangan maksimum dan minimunnya, tentukan frekuensi resonansinya.2. Susunlah rangkaian filter HPF seperti gambar diatas, kemudian atur frekuensi hingga mendapatkan cutt off kemudian tuliskan hasil pengerjaan dari pengaturan frekuensi tersebut beserta tegangan maksimum dan minimunnya, tentukan frekuensi resonansinya.3. Susunlah rangkaian filter BPS seperti gambar diatas, kemudian atur frekuensi hingga mendapatkan cutt off kemudian tuliskan hasil pengerjaan dari pengaturan frekuensi tersebut beserta tegangan maksimum dan minimunnya, tentukan frekuensi resonansinya.4. Susunlah rangkaian filter BSF seperti gambar diatas, kemudian atur frekuensi hingga mendapatkan cutt off kemudian tuliskan hasil pengerjaan dari pengaturan frekuensi tersebut beserta tegangan maksimum dan minimunnya, tentukan frekuensi resonansinya.