RANGKAIAN RESONATOR
(Resonator Circuit / Tune Circuit)
Elektronika Telekomunikasi
Modul 2
Prodi D3 Teknik Telekomunikasi
Yuyun Siti Rohmah, MT
Memilih / meloloskan sinyal pada frekuensi
tertentu, meredam secara significant di luar
frekuensi yang diinginkan.
Jadi rangkaian resonator: Rangkaian yang dapat
meloloskan frekuensi tertentu dan menghentikan
frekuensi yang tidak diinginkan
Fungsi
2
Karakteristik Respon Ideal
3
Penguatan (dB)
-
-
Respon Resonator “Praktis”
4
Frekuensi(Hz )
Penguatan( dB )
0
-3
Insertion Loss
Ripple
Ultim
ate
atte
nu
atio
n
Stop Bandf 3 f c f 2f 1
Stop
Band
f 4
- 60
Pass Bandwidth
Bandwidth ( - 60 dB)
Beberapa definisi yang perlu diketahui:
5
Resonansi : kondisi dimana komponen reaktansi dari suatu impendansi berharga nol pada frekuensi tertentu.
Bandwidth / lebar pita : Perbedaan antara frekuensi atas dan frekuensi bawah (f2 – f1), respon amplitudonya -3 dB dibawah respon passband. Jadi yang diloloskan hanya diantara f1 dan f2, diluar frekuensi tersebut diredam secara signifikan.
Faktor kualitas (Q) : parameter untuk mengukur tingkat selektivitas rangkaian.
BdBW
fcQ 312 ff
fc
Beberapa definisi yang perlu
diketahui:
6
Faktor bentuk ( Shape Factor = SF ) : Perbandingan BW 60dB (redaman besar)terhadap BW 3 dB (redamankecil ) pada rangkaian resonator (seberapa miring terhadap ideal).
Ultimate Attenuation :Redaman minimum akhir yang diinginkan/dikehendaki rangkaian resonansi diluar passband.
Ripple / Riak :Ukuran dari kerataan passband rangkaian resonansi yang dinyatakan dalam dB.
dBBW
dBBWSF 3
60
12
34
ff
ff
Beberapa definisi yang perlu diketahui:
Insertion Loss : loss yang ditimbulkan oleh pemasangan suatu rangkaian (komponen tidak ideal) antara sumber tegangan dan suatu beban.
Tuning/ penalaan : pengaturan harga L dan C agar dapat beresonansi pada frekuensi kerjanya.
RS
Vout = RL/ (RL+RS).VS =0.5 VS
RLVS
7
Analisis Rangkaian
8
Resonansi RC paralel L
Resonansi RL paralel C
Resonansi RLC seri
Konversi rangkaian paralel ke rangkaian
seri
Konversi rangkaian seri ke rangkaian
parallel
1.1 Rangkaian resonator paralel
(Loss less components)
Rangkaian LC parallel dapat dimodelkan
sebagai ideal band pass filter, dimana :
10
Induktor ideal
Kapasitor ideal
Beban dibuka / ‘open’
Rangkaian Paralel single-pole BPF
11
Vo
C
Rs
L
Switch
Vs
Respon Vo/Vs Jika menggunakan “ C kecil”
dan “ L Besar” :
12
- 3
0
f2 f1fr
Frek ( Hz)
Rs dan L ( switch ke kanan )
6 dB/octav
Rs & C (switch ke kiri )
V0/ Vs (dB)20.LogP
en
gu
ata
n (
dB
)
Respon Vo/ Vs jika “ C diperbesar” & “ L
diperkecil”
13
f1 f2
Gab :Rs,L,C
Rs& L
Rs & C
V0/ V
s(dB)20.Log
-3
Pe
ng
ua
tan
Rangkaian resonator jika Vs short
Saat rangkaian resonansi
Xc = XL = X Paralel
↓ ↓
Sehingga
Dan nilai
XLX
CRs
14
paralel
paralelr
dB
c
X
R
ff
f
BW
fQ
123
fC2
1 fL2
LCff cr
2
1
CRsfCf
Rs
Lf
Rs
X
RQ r
rrparalel
paralel
2
212
Beban Rl (< ~ ) ,L dan C ideal
RLL
C
Vs
RpLC
RS
Sehingga
15
RLRs
RLRsRlRsRp
//
frCRpfrL
Rp
Xp
RpQ
2
2
Respon Rangkaian Resonator
16
-60
-50
-30
- 40
Q = 200
Q = 100
Q= 10
Q = 5
Pe
ng
ua
tan
(d
B)
Frekuensi (F/Fr)1
0
Contoh soal
17
1. Suatu generator dengan RS= 50 Ώ , C dan L tanpa rugi-rugi . C= 25 pF dan L= 0,05 μ H , RL= open circuit. Tentukanlah nilai : a. fc = fr = …?
b. Q = …?
c. Bw 3dB..?
2. a. jika soal no.1 diatas nilai RS= 1000 Ω hitung nilai Q
b. Jika soal 2.a diatas diberi nilai RL = 1000 Ω hitung nilai Q
Contoh soal
3. Rancanglah suatu rangkaian resonator yang mempunyai spesifikasi sbb :
RS = 150 Ω ; RL = 1 k Ω ; C dan L ideal
Respon sbb :
example 2-1 RF Circuit design
0
-3
Penguatan ( dB )
f( M Hz ) 48,75 50 51,25 18
1. 2. Resonator dengan “L dan C
mempunyai rugi-rugi/komponen Losses”
Pengertian dan Model L dan C dengan rugi-rugi :
L
L – Ideal
Menyimpan seluruh energi dalam
Medan Magnet
L praktis dengan rugi-rugi
Ada energi yang dibuang / dilepas
berupa panas di resistor
C – Ideal
Menyimpan seluruh energi dalam
Medan Listrik
C praktis dengan rugi-rugi
Ada sebagian energi yang dilepas
berupa panas di resistor
LR
20
C RC
Akibat dari komponen Losses / ada rugi-rugi komponen :
21
Q tidak mungkin lebih besar dari Q untuk Lossless komponen
Respon resonator mengalami redaman pada frekuensi resonansi
Frekuensi resonansi sedikit tergeser dengan adanya Losses / rugi
Pergeseran fasa pada filter tidak akan nol di frekuensi resonansi
Tingkat rugi-rugi pada L/C dinyatakan dalam factor kualitas Q
Untuk L/C seri dengan R :
Rseri ≈ Rs Xs = 2.π.f.Ls atau
Q Xs =
s
s
R
X
22
sfC2
1
RsLs RsCs
Kadang Induktor L atau Kapasitor C dengan rugi-rugi juga
dimodelkan sebagai rangkaian paralel dengan R-nya
RCp
Cp
RLp
Lp
p
Cp
p
Lp
pX
R
X
RQ
p
pppfC
XfLX
2
1atau 2
23
Faktor kualitas Komponen Qp:
Konversi dari “seri” ke “paralel” ekivalennya, jika Rs dan Xs diketahui maka Xp dan Rp bisa dicari
Untuk Q < 10,
Dimana, jika Q > 10 Rp Q2 . RS
12 QRR sp
24
Q
RX
p
p
ps QQQ
Rs
Rp
Xs
Xp
Seri
Paralel Ekivalen
Qp, Qs, Q :Faktor kualitas Komponen
Rangkaian Resonator menggunakan L dan C dengan rugi-rugi
25
Vs
R s
L
RLs
C
R Cs
RL
Rangkaian Ekivalen untuk menentukan Q (Vs short):
Rs L
RLs
C
RCs
RL
Rs Lp RLp Cp RCp RL
Lp Cp Rp
26
P
LSLP
p
p
dB
csistem
X
RRR
X
R
BW
fQ
////
3
pfC2
1Xp = 2 fLp atau Xp =
Perbandingan Respon LC untuk 3 kondisi:
27
0 dB
-3dB
Beban + Losses Component( Praktis)
Beban + Lossless Component
Open circuit + Lossless Compnent(Ideal)
Insertion loss
Penguatan(dB)
Frekuensi (Hz)
Contoh Soal:
28
1. Suatu inductor 50 nH dengan hambatan rugi-rugi yang disusun secara seri sebesar 10 . Pada f = 100 MHz. Carilah besarnya L dan R baru jika ditransformasikan ke rangkaian ekivalen Paralelnya !
example 2-2 RF Circuit design
2. Rancanglah rangkaian resonansi sederhana supaya menghasilkan BW3dB = 10 MHz pada frekuensi tengah 100 MHz!! Komponen yang dipakai sebagai berikut :
a. Hambatan sumber dan beban masing-masing 1000 , Kapasitor yang digunakan Ideal (Lossless C)
b. Sedangkan Induktor mempunyai factor Q = 85 Kemudian Carilah besarnya “Insertion Loss” rangkaian tersebut!
example 2-3 RF Circuit design
1.3 Transformator Impedansi
Tujuan: Menaikkan Q dengan menaikkan
Rs (atau RL)
TRANSFORMATOR IMPEDANSI
Transformasi Impedansi
dengan kapasitor yang di-
tapped di tengah
Rangkaian ekivalen untuk
mencari Q
Rs’ = RL transfer
daya maximum
AC
RLL
C2
C1
RS
RS’ RLCT L
30
Rs Rs'
21
21T
C C
C C C
2
2
1C1 Rs Rs'
C10 QL
TRANSFORMATOR IMPEDANSI
Transformasi
Impedansi dengan
Induktor yang di-
tapped
Rangkaian
ekivalennya
AC
RS
CRLn2
n1
RS’ RLC LT
31
1
2 Rs Rs'
n
n2
Contoh Soal:
Rancang suatu Resonator dengan spesifikasi
sbb:
Q = 20 pada fc = 100 MHz
Rs = 50 ohm , RL = 2000 ohm
Gunakan rangkaian transformasi impedansi C
tapped dengan asumsi QL = 100 pada 100 MHz
example 2-4 RF Circuit design
32
1.4 Rangkaian Resonator paralel ganda Tujuan: Untuk memperbaiki shape faktor.
Tujuan: Untuk memperbaiki shape faktor: a. Hubungan seri dikopling kapasitor
Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator
RS
L LC CAC
C12
RL
Resonator 1 Resonator 2
a
12Q
C C
34
singleQ
awalQ aQ
Respon ‘Resonator ganda’
aQ 0,707 Q Q
coupling critical kondisi Pada
gandatotal
Resonator
tunggal [Qa ]
Resonator
ganda [Q tot]
0 dB
-3 dB
- 60 dB
f1 f1'
fR f2f2'
Penguatan
f
35
b. Hubungan seri dikopling Induktor
Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator
RS
L LC CAC RL
L12
L Q L a12
36
singleawala QQ Q
Hubungan seri dikopling aktif
LLL CC C
VIN
+8V
12
Q Q Q
1
1totalakhir
n
Q1 : faktor
kualitas
resonator
tunggal
n : banyaknya
rangkaian
resonator
kaskade
37
Contoh Soal: example 2-5 RF Circuit design
Desainlah suatu rangkaian resonator yang terdiri dari 2 buah
resonator identik yang dihubungkan seri dengan kopling
induktor (diset pada kondisi critical coupling), sehingga
terpenuhi spesifikasi sbb:
fc = 75 MHz ; BW3dB = 3,75 MHz ; Rs = 100 ohm
RL = 1000 ohm ; Asumsikan QL = 85 pada fc
Terakhir gunakan transformasi impedansi C yang di tapped
(di sumber) untuk menaikkan Q!
AC LLC1C
C2RS
L12
RL
38
1.5 Rangkaian Resonator seri
RCQ
CL
R
L
V
VQ
SOSO
SO
SO
R
L
1,
1,
Resonansi RLC seri
40
RL
C
Vs
Faktor kualitas Q suatu rangkaian resonansi seri
didefinisikan sebagai rasio antara tegangan induktif
dengan tegangan resistif.
Impendansi seri untuk rangkaian tersebut dalam
Q adalah :
41
221
,1
1
11
11
1
QyRZ
yjyQR
QjR
RCR
LjR
RCR
LjR
CLjRZ
SO
SO
SO
SO
SO
SOSO
SO
Dari rumus tersebut tampak bahwa semakin tinggi Q dari
suatu rangkaian menghasilkan selektivitas yang baik.
Selektivitas biasa dinyatakan dengan Bandwidth 3 dB.
Qy
Qy
RQyR
1
1
21
3
22
3
22
3
42
y3 = 1/ Q harus positif
2
2
2
222
2
2
23
22
0
1
SOSOSO
SOSO
SO
SO
SO
SO
fQ
f
Q
ff
Q
ffff
Qf
f
f
fy
y
43
pada f2 > fso, dan 1/Q positif
Dari persamaan ini
tampak bahwa
semakin besar Q,
maka akan semakin
sempit Bandwidth 3
dB. Untuk rangkaian
seri biasanya Q
antara 10 – 300
Q
f
Q
f
Q
f
fQ
f
Q
ff
Q
f
Q
f
ffBW
fQ
f
Q
ff
Q
ffff
Qf
f
f
fy
SOSOSO
SOSOSO
SOSOSO
dB
SOSOSO
SOSO
SO
SO
22
2222
22
0
1
2
2
2
2
123
2
2
1
12
1
2
1
1
3
44
pada f1 < fso, dan 1/Q positif
THANK YOU
45
Top Related