LAPORAN PRAKTIKUM

LABORATORIUM SISTEM TELEKOMUNIKASISEMESTER IV TH 2010/2011

JUDUL

FILTER

GRUP

1

4APROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

PEMBUAT LAPORAN

: Kelompok 1

NAMA PRAKTIKAN

:

1. Ade Kamillia (1309030305) 2. Adi Rizky Pratomo (130903031Z) 3. Arya Wahyu Wibowo(1309030197) 4. Darmawati Anggraini (1309030349)

TGL. SELESAI PRAKTIKUM

: 2 Maret 2011

TGL. PENYERAHAN LAPORAN : 9 Maret 2011

NILAI

: ..................................

KETERANGAN

: ..................................

FILTER

1. TUJUANa. Memberikan kesimpulan tentang level 3 dB filter band pass dari pengukuran statis. b. Merangkai unit pengukuran wobble dengan menggunakan osiloskop dan function generator. c. Menjelaskan fungsi rangkaian demodulator pada proses wobble. d. Menampilkan kurva respon filter band pass 3 tingkat pada osiloskop. e. Menjelaskan keistimewaan kurva respon band pass ideal. f. Menjelaskan fungsi tiap-tiap tingkat sebuah filter band pass tiga tingkat. g. Menjelaskan pengaruh mis-match pada output filter band pass.

2. DIAGRAM RANGKAIAN

Gambar 2.1

Gambar 2. 2

3. ALAT DAN KOMPONEN- 1 Wobble function generator - 1 Dual traceoscilloscope - 3 Universal patch panels - 1 Resistor 47 Ohm - 2 Resistor 330 Ohm - 2 Resistor 470 Ohm - 1 Resistor 10 kOhm - 1 Resistor 100 kOhm - 3 Variable capasitor 5-500pF - 1 Capasitor 1 nF atau 470 pF - 3 Coils 140 uH - 1 Dioda AA116

4. DASAR TEORIA. Band Pass Filter Dalam teknik-teknik radio sering dibutuhkan penyaringan-penyaringan frekuensifrekuensi tertentu. Hal tersebut dapat dilaksanakan dengan menggunakan band pass

filter yang memiliki dua rangkaian tala atau lebih yang dikopel secara bersamaan. Kurva respon ideal band pass filter terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 4.1

Dalam pemakaian, kurva ideal ini jarang dicapai, pada gambar 4.1 ditunjukan kurva respon dengan kemiringan tertentu dan amplitudonya yang tidak konstan dalam daerah yang dilewatkan. Definisi lebar jalur yang dilewatkan relatif rumit. Pada palksanaan, jalur yang dilewatkan dibatasi pada daerah di mana tegangan U2 adalah 3dB di bawah tegangan maksimum. Tegangan-tegangan pada titik -3 dB (U2=0,7.U2max) dapat dengan mudah diukur. Frekuensi yang berkenaan dengan itu dapat dibaca pada skala generator/frekuensi meter. Perbedaan/selisih frekuensi tersebut adalah lebar jalur 3 dB yang dilewatkan.

Gambar 4.2

B. Band Pass filter dengan Rangkaian Tala

Semuanya ditala pada frekuensi yang sama, diuji pada latihan di bawah ini.

Gambar 4.3

Untuk tiap tingkat tala dengan C = 180 pF dan L = 140 uH frekuensi resonansinya adalah MHz Respon-respon rangkaian transfer tergantung pada impedansi individu di mana tingkat tala bervariasi untuk tiap tingkat frekuensi yang berbeda. Kebutuhan jalur yang dilewatkkan diperoleh hanya saat filter diterminasi internal generator harus sama dengan Zo (matcing). Harga Zo diberikan sebagai berikut: ohm Dalam pelaksanaannya, R diset ke 1,25 . Zo. Jadi R = 777 ohm, di mana harga tersebut cukup mendekati 800 ohm.

5. LANGKAH KERJA5.1. Passband Filter Satu Tingkat - Menyusun rangkaian seperti pada diagram rangkaian. - lepas konektor B1. - Menghubungkan sinyal sinusoida 1 Mhz dengan amplitudo maksimum. - Mengatur C1 hingga rangkaian beresonansi (tegangan output maksimum).

- Menurunkan tegangan input sampai mendapatkan tegangan output 8 Vpp. - Menentukan Passband 3 dB.

5.2. Passband Filter Tiga Tingkat - Memasang B1. - Menunjukkan tegangan MP1 pada Oscilloscope. - Mengatur C1, C2, dan C3 hingga rangkaian beresonansi. - Mengatur tegangan input hingga tegangan output 8 Vpp. - Menentukkan Passband 8 Vpp.

5.3. Menunjukkan Sinyal MP2 dan pengaruh rangkaian ekstra pada output filter

5.4. Membuat kurva respon dengan data sesuai Tabel pada lembar kerja. Pengaruh R3 10 kOhm terhadap kurva respon

6. Data Hasil Percobaan6.1. Lembar Kerja 16.1.1. Frekuensi Resonansi : f0 = 1 MHz 3 db drop pada Drop pada Bandwidth : f1 = 629 kHz : f2 = 1608kHz : f = 979 kHz

3 db drop pada Drop pada Bandwidth

: f1 = 505 kHz : f2 = 1155 kHz : f = 650kHz

6.2. Rangkaian GelombangFrekuensi

Ekstra

Berfungsi

Sebagai

Penyearah

Setengah

Filter

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

kHz

1 tingkat

3.2

3.8

4.5

5.3

5.8

6

5.8

5.6

5.2

4.8

4.5

Vpp

Frekuensi Filter 3 tingkat, R3=800 3 tingkat, R3=10k

500

600

700

800

900

1000

1100

1260

1300

1400

1500

kHz

1.8

2.9

4.3

4.4

4.6

5.6

4

1.75

0.96

0.6

0.42

Vpp

1.8

2.85

4.2

4.3

4.5

5.2

5.6

1.75

1

0.6

0.4

Vpp

7. ANALISAPada percobaan ini digunakan frekuensi input 1 MHz dengan amplitudo maksimum. Pada rangkaian filter 1 tingkat, nilai kapasitor variable diubah-ubah sampai didapat amplitudo maksimum. Pada filter 1 tingkat ini, amplitudo maksimum yang didapat adalah 8Vpp. Untuk mencari bandwidth, digunakan attenuasi -3 dB. Nilai ini harus diubah ke level tegangan pada oscilloscope. 20 log X = -3 Log X = -0,15 X 0,7 Vpp = 8 x 0,7 = 5,6 Vpp

Jadi, attenuasi -3 dB terjadi pada output 5,6 Vpp. Selanjutnya untuk mencari batasan untuk bandwidth (frequency low dan high), maka frekuensi diubah-ubah sampai didapat tegangan output 5,6 Vpp. Dari hasil percobaan, didapatkan f L=629 KHz dan fH=1608 KHz. Dengan demikian, bandwidth rangkaian ini dapat dihitung. Bandwidth = fH fL = 1608 629 = 979 KHz Pada rangkaian filter 3 tingkat dilakukan hal yang sama, yaitu nilai kapasitor variable diubah-ubah sampai didapat amplitudo maksimum. Pada rangkaian ini, frekuensi input yang digunakan sebesar 1 MHz dengan amplitudo maksimum sebesar 8 Vpp. Attenuasi -3 dB (output 5,6 Vpp) didapatkan pada frekuensi f L=505 KHz dan fH=1155 KHz. Dengan demikian, bandwidth dari rangkaian ini sebesar 650 KHz. Jika hasil ini dibandingkan dengan hasil pada rangkaian filter 1 tingkat, maka dapat diketahui bahwa penambahan rangkaian filter akan menyebabkan bandwidth menjadi lebih sempit. Semakin sempit bandwidth yang dihasilkan maka semakin baik filter tersebut. Rangkaian filter 3 tingkat ini kemudian ditambahkan dengan rangkaian ekstra, yaitu dioda, kapasitor 1 nF, dan resistor 100 K. Rangkaian ekstra ini berfungsi sebagai penyearah. Dioda akan melewatkan tegangan positif dan memotong tegangan negative. Kapasitor akan mengisi muatan listrik, lalu melepaskannya pada saat tegangan positif turun dari titik puncak. Akibatnya, gelombang output yang diterima resistor 100 K menjadi gelombang DC. Hal ini terlihat pada tampilan gelombang output pada oscilloscope yang bentuknya mendekati garis lurus. Jika tampilan tersebut diperbesar, maka hasilnya seperti yang terlihat pada hasil percobaan. Gelombang tersebut masih memiliki unsure AC karena terdapat ripple. Hal ini dapat dikurangi dengan menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang lebih besar.

Selanjutnya dibuat suatu kurva respon pada rangkaian filter 1 tingkat dan 3 tingkat. Pada filter 3 tingkat digunakan 2 kondisi yaitu untuk nilai R3 800 Ohm dan untuk nilai R3 10 KOhm. Untuk membuat kurva, diambil data tegangan output pada frekuensi tertentu. Akan tetapi, untuk menentukan attenuasi -3 dB, data-data tersebut harus diubah dalam bentuk decibel(dB). Berikut datanya :

Filter 1 tingkat 3 tingkat R3 800 3 tingkat R3 10K 500 600 700 10,1 11,6 13,06 5,1 800 14,5

Frekuensi (Hz) 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 15,27 15,56 15,27 14,96 14,32 13,62 13,06 dB 4,86 -0,35 -4,44 -7,53 dB

9,25 12,67 12,87 13,25 14,96 12,04

5,1

9,1

12,46 12,67 13,06 14,32 11,13

4,86

0

-4,44

-7,96

dB

Filter 3 tingkat dengan R3 = 10 kOhm Tegangan Output turun, Bandwidth juga turun.

Kemudian dari data ini dibuat suatu kurva18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 500 600 700 800 900 100011001200130014001500Kurva Respon Filter 1 Tingkat

dB Attenuasi 3 dB

20 15 10 5 0 500 600 700 800 900 100011001200130014001500 -5 -10Kurva Respon Filter 3 Tingkat untuk R3 = 800 Ohm

dB Attenuasi 3 dB

20 15 10 5 0 500 600 700 800 900 100011001200130014001500 -5 -10Kurva Respon Filter 3 Tingkat untuk R3 = 10 kOhm

dB Attenuasi 3 dB

Dari kurva tersebut terlihat bahwa penambahan rangkaian filter akan mempersempit Bandwidth. Penggunaan R3 yang besar akan menyebabkan tegangan output menurun.

8. KESIMPULAN Dari percobaan ini dapat diketahui fungsi filter bandpass, yaitu melewatkan frekuensi dengan range tertentu.

Range frekuensi yang dilewatkan ditentukan oleh Bandwidth rangkaian filter. Penambahan rangkaian filter menyebabkan Bandwidth semakin sempit. Penambahan rangklaian ekstra digunakan untuk menyearahkan gelombang output. Jika nilai R3 dinaikkan, maka level tegangan output menjadi turun.

9. REFERENSITapis 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. Untuk sinyal berupa data-data digital dapat difilter dengan melakukan operasi matematika seperti konvolusi. Finite impulse response (FIR) dan Infinite impulse response (IIR) adalah algoritma untuk memfilter sinyal digital. Contoh aplikasi low-pass filter pada sinyal digital adalah memperhalus gambar dengan Gaussian blur. Batas frekuensi antara sinyal yang dapat diteruskan dan yang diredam disebut dengan frekuensi cut-off. Frekuensi cut-off dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:

Dimana: R: Nilai hambatan C: Nilai kapasitor Low-pass filter yang dirangkai dengan high-pass filter (filter yang meneruskan frekuensi tinggi) akan membentuk filter baru, yaitu band-pass filter (meneruskan sinyal pada

jangkauan frekuensi tertentu) ataupun band-stop filter (menghambat sinyal pada frekuensi tertentu). http://id.wikipedia.org/wiki/Tapis_pelewat_rendah

Rangkaian filter (rangkaian penyaring) merupakan rangkaian yang di desain hanya untuk memperbolehkan suatu frekuensi pada rentang tertentu memiliki nilai redaman (atenuasi) yang kecil (disebut sebagai Pass Band), sedangkan pada rentang frekuensi lainnya memiliki nilai redaman yang sangat besar (disebut sebagai Attenuation Band atau Stop Band). Sebuah rangkaian filter bisa terdiri hanya dari komponen-komponen pasif dan biasa disebut sebagai rangkaian filter pasif (Passive Filter Network). Ada juga rangkaian filter yang menggunakan komponen-komponen aktif dan biasa disebut sebagai rangkaian filter aktif (Active Filter Network). Pada artikel ini hanya akan dibahas rangkaian filter pasif saja, sedangkan rangkaian filter aktif akan dibahas pada artikel tersendiri. Rangkaian Low Pass Filter Low pass filter merupakan rangkaian filter yang memberikan redaman sangat kecil pada frekuensi di bawah frekuensi cut-off (-3dB ) yang telah ditentukan, sedangkan frekuensi di atas frekuensi cut-off akan mendapatkan redaman yang sangat besar. Lebih sederhana-nya, hanya frekuensi rendah saja yang dapat melewati rangkaian filter ini. Frekuensi Cut-Off adalah frekuensi keluaran yang amplitudo-nya turun 70,7% (-3dB) terhadap amplitudo frekuensi masukan-nya. Rangkaian low pass filter dapat dibangun menggunakan dua jenis rangkaian dasar, yakni rangkaian low pass filter induktif dan rangkaian low pass filter kapasitif. Untuk rangkaian low pass filter induktif, rangkaian terdiri dari induktor (L1) dan beban (R1), seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Kurva keluaran hasil simulasi elektronika dari rangkaian low pass filter induktif di atas diketahui bahwa frekuensi di atas frekuensi cut-off (-3dB) yakni di atas 32,94 Hz, mengalami atenuasi (redaman) yang sangat besar. Perlu diketahui bahwa reaktansi induktor meningkat seiring meningkat-nya frekuensi. Reaktansi yang semakin besar menyebabkan frekuensi tinggi tidak dapat melewati induktor untuk dapat mengalir ke beban. Persamaan untuk menghitung frekuensi cut-off pada rangkaian low pass filter induktif adalah sebagai berikut:

Keterangan: Fc = Frekuensi cut-off (Hz) RLoad = Resistansi (tahanan) beban (Ohm) L = Induktansi (Henry/H) p = 3,14 Contoh, diketahui R = 1k dan L = 5H, tentukan fc? Jawab:

fc = RLoad / (2 . 3,14 . 5 )

fc = 1000 / 31,4 fc = 31.85 Hz Jika rangkaian low pass filter induktif dibangun menggunakan sebuah induktor dan

beban, lain hal-nya dengan rangkaian low pass filter kapasitif. Rangkaian low pass filter kapasitif dibangun menggunakan dua komponen utama yakni resistor (R1) dan kapasitor (C1). Berikut ini diperlihatkan gambar rangkaian dan kurva keluaran low pass filter kapasitif hasil simulasi elektronika.

Kapasitor (C1) pada rangkaian low pass filter akan memiliki reaktansi yang semakin rendah ketika frekuensi meninggi. Hal ini menyebabkan frekuensi yang berada di atas frekuensi cut-off langsung mengalir (bypass) ke ground, sedangkan frekuensi yang berada di bawah frekuensi cut-off akan mengalir ke beban (RLoad).

Persamaan untuk menghitung frekuensi cut-off pada rangkaian low pass filter kapasitif adalah sebagai berikut:

Keterangan: Fc = Frekuensi cut-off (Hz) R1 = Resistansi (Ohm) C1 = Kapasitansi (Farad/F) p = 3,14 Contoh, diketahui R1 = 1k dan C1 = 1uF, tentukan fc? Jawab:

fc = 1 / (2 . 3,14 . 1000 . 1x10-6 ) fc = 1 / 0.00628 fc = 159.23 Hz Dari hasil perhitungan di atas diperoleh fc = 159,23 Hz mendekati dengan apa yang

dihasilkan oleh hasil simulasi elektronika yakni fc = 160,88 Hz. Perlu diingat bahwa perhitungan di atas merupakan kondisi ideal suatu rangkaian low pass filter kapasitif (tanpa ada faktor eksternal), sedangkan hasil simulasi merupakan hasil yang mendekati kondisi sebenarnya. Rangkaian High Pass Filter High pass filter merupakan kebalikan dari low pass filter yakni rangkaian filter yang memberikan redaman sangat kecil pada frekuensi di atas frekuensi cut-off (-3dB ) yang telah ditentukan, sedangkan frekuensi di bawah frekuensi cut-off akan mendapatkan redaman

yang sangat besar. Lebih sederhana-nya, hanya frekuensi tinggi saja yang dapat melewati rangkaian filter ini. Seperti rangkaian low pass filter, high pass filter juga dapat dibangun menggunakan dua jenis rangkaian dasar, yakni rangkaian high pass filter induktif dan kapasitif. Untuk rangkaian high pass filter induktif, rangkaian terdiri dari resistor (R1), induktor (L1) dan beban, seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Induktor akan memiliki reaktansi yang rendah ketika frekuensi juga rendah. Hal ini menyebabkan frekuensi rendah (di bawah frekuensi cut-off) akan mengalir (bypass) ke ground melalui induktor, sedangkan frekuensi tinggi (di atas frekuensi cut-off) akan terus mengalir ke beban. Persamaan untuk menghitung frekuensi cut-off pada rangkaian high pass filter induktif adalah sebagai berikut:

Untuk rangkaian high pass filter kapasitif dibangun oleh sebuah kapasitor yang disusun seri terhadap beban.

Persamaan untuk menghitung frekuensi cut-off pada rangkaian high pass filter kapasitif sama seperti yang digunakan pada rangkaian low pass filter kapasitif yakni:

Rangkaian Band Pass Filter Band pass filter merupakan rangkaian filter yang hanya memperbolehkan frekuensi dengan rentang (band) tertentu untuk dapat melewati-nya, dengan memberi redaman yang sangat besar pada frekuensi yang terlalu tinggi dan terlalu rendah. Pada dasarnya rangkaian band pass filter dibangun oleh low pass filter dan high pass filter yang disusun secara seri, sehingga rangkaian band pass filter memiliki dua frekuensi cut-off (fcH dan fcL).

Pada rangkaian band pass filter di atas, R1 dan C1 bertindak sebagai low pass filter. C2 dan RLoad bertindak sebagai high pass filter. Hasil simulasi elektronika memperlihatkan kurva keluaran dari rangkaian band pass filter, dimana fcH = 194,19 Hz dan fcL = 13,02 Hz, sehingga bandwidth rangkaian adalah:

Bw = fcH fcL Bw = 194,19 13,02 Bw = 181,17 Hz. Sama hal-nya seperti low pass dan high pass filter, band pass filter dapat dibangun

menggunakan induktor.

Walau pada rangkaian di atas urutan penempatan high pass filter (R1 dan L1) di urutan pertama dan diikuti oleh low pass filter (L2 dan R2), hal ini tidak mempengaruhi performa rangkaian. Pada rangkaian band pass filter terdapat frekuensi tengah atau frekuensi resonansi, dimana frekuensi tengah ini merupakan titik puncak penguatan (gain) keluaran diantara fcL dan fcH. Frekuensi tengah ini dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Dimana: fr = Frekuensi tengah (Hz) fcH = frekuensi cut-off tinggi (Hz) fcL = frekuensi cut-off rendah (Hz) Contoh aplikasi penggunaan rangkaian pasif low pass, high pass dan band pass filter adalah pada rangkaian crossover sistem audio.

Penggunaan rangkaian filter pada crossover adalah untuk mendistribusikan daya sinyal audio secara efisien kepada masing-masing loudspeaker sesuai alokasi frekuensi-nya. Rangkaian Band Stop Filter Biasa dikenal juga sebagai rangkaian Band-Elimination, Band-Reject, atau Notch Filter. Rangkaian filter ini merupakan kebalikan dari band pass filter, dimana frekuensi pada rentang tertentu diberikan redaman yang sangat besar (blocking) dan memperbolehkan frekuensi di bawah dan di atas rentang tersebut untuk melewati-nya.

Rangkaian band stop filter juga disusun dari rangkaian low pass dan high pass filter, tetapi penyusunan-nya disusun secara paralel seperti tampak pada gambar berikut.

Rangkaian band stop filter di atas juga dikenal sebagai Twin-T band stop filter, karena bentuk rangkaian-nya yang membentuk dua huruf T. Pada rangkaian di atas memiliki rasio perbandingan untuk menetapkan nilai pada masing-masing komponen-nya. R1 = R2 = 2(R3) C2 = C3 = 0,5(C1) Berdasarkan pada rasio nilai komponen di atas, frekuensi stop (fstop merupakan frekuensi yang mendapatkan redaman maksimum) dari rangkaian Twin-T filter dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Contoh: Diketahui rangkaian Twin-T filter memiliki R3 = 100 Ohm dan C3 = 2uF tentukan frekuensi stop? Jawab: fstop

= 1 / (4 . 3,14 . 100 . 2x10-6)

fstop fstop

= 1 / 2,5x10-3 = 398,01 Hz

dan berikut kurva keluaran hasil simulasi rangkaian band stop filter (Twin-T filter).

Kurva keluaran di atas memperlihatkan karakteristik dari rangkaian band stop filter, dimana antara titik frekuensi cut-off low (fcL) dan frekuensi cut-off high (fcH) mengalami redaman yang sangat besar, sehingga frekuensi dalam rentang tersebut tidak dapat melewati rangkaian. Sama hal-nya seperti band pass filter, band stop filter juga memiliki bandwidth (Bw = fcH fcL). ilmu-elektronika.co.cc/.../rangkaian-filter-penyaring-pasif.html

http://www.hobbyprojects.com/general_theory/images/filter3.gif

http://www.dsplog.com/db-install/wpcontent/uploads/2008/04/frequency_domain_raised_cosine_filter.png

http://www.token.com.tw/resonator/image/tw-an-example-of-ceramic-filter-frequencycharacteristic.gif

http://1.bp.blogspot.com/_J1jeP9vaQUA/Seg3osLQXQI/AAAAAAAAADg/4969s6bMCAA/s320/ Filter+Band+Pass.jpg

10. LAPORAN SEMENTARA