Perancangan Low Pass Filter Butterworth Diajukan untuk memenuhi laporan tugas besar mata kuliah Elektonika Telekomunikasi Oleh: Amri Khurniawan (6705164104) Muhammad Rifki Qasthari (6705164076) Ni Made Astarani Utami (6705164080) Sri Dewi Sartika Syarifuddin (6705164084)
D3 TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS ILMU TERAPAN UNIVERSITAS TELKOM BANDUNG 2018
i
LATAR BELAKANG Puji syukur kehadirat Allah SWT yang memberikan kita nikmat sehat walafiat sehingga kami dapat menyelesaikan laporan ini. Pada kesempatan kali ini kami dari kelompok 38 ingin memberikan sebuah materi tentang Filter Low Pass Filter dengan jenis Butterworth untuk nilai Rs=Rl. Penyusunan laporan ini untuk memenuhi tugas besar mata kuliah Elektronika Telekomunikasi. Kami berharap dapat menambah wawasan dan pengetahua khususnya di bidang elektronika. Menyadari banyaknya kekurangan dalam penyusunan laporan ini. Karena itu, kami sangat mengharapkan kritikan dan saran dari para pembaca untuk melengkapi segala kekurangan dan kesalahan dari laporan ini. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu selama proses penyusunan laporan ini.
ii
DAFTAR ISI
LATAR BELAKANG...................................................................................................................... ii DAFTAR ISI ................................................................................................................................. 1 DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... 3 DAFTAR TABEL .......................................................................................................................... 4 BAB I .......................................................................................................................................... 5 PENDAHULUAN ......................................................................................................................... 5 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................. 5 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................................... 5 1.3 Tujuan ............................................................................................................................. 5 1.4 Batasan Masalah ............................................................................................................. 6 1.5 Metodelogi ...................................................................................................................... 6 BAB II ......................................................................................................................................... 7 DASAR TEORI ............................................................................................................................. 7 2.1 Low Pass Filter ................................................................................................................. 7 2.2 Resistor ........................................................................................................................... 7 2.3 Induktor ........................................................................................................................... 7 2.4 Project Board .................................................................................................................. 8 2.5 Osiloskop ......................................................................................................................... 9 2.6 Function Generator ......................................................................................................... 9 2.7 Solder Listrik .................................................................................................................. 10 2.8 PCB Bolong .................................................................................................................... 10 BAB III ...................................................................................................................................... 11 PERANCANGAN FILTER............................................................................................................ 11 3.1 Langkah-Langkah Perancangan Low Pass Filter ............................................................ 11 3.2 Perhitungan Low Pass Filter .......................................................................................... 11 3.3 Simulasi Perancangan ................................................................................................... 12 3.4 Hasil Perancangan Simulasi ........................................................................................... 13 BAB IV ...................................................................................................................................... 14 PENGUJIAN DAN HASIL KELUARAN ......................................................................................... 14
1
4.1 Pengujian....................................................................................................................... 14 4.2 Hasil Keluaran ............................................................................................................... 18 4.3 Grafik ............................................................................................................................. 19 BAB V ....................................................................................................................................... 20 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................................... 20 5.1 Kesimpulan .................................................................................................................... 20 5.2 Saran ............................................................................................................................. 20 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 21
2
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Resistor .................................................................................................................. 7 Gambar 2.2 Induktor ................................................................................................................. 8 Gambar 2.3 Project Board......................................................................................................... 8 Gambar 2.4 Osiloskop ............................................................................................................... 9 Gambar 2.5 Function Generator ............................................................................................... 9 Gambar 2.6 Solder .................................................................................................................. 10 Gambar 2.7 PCB Bolong .......................................................................................................... 10
Gambar 3.1 Simulasi Berdasarkan Nilai Perhitungan ............................................................. 12 Gambar 3.2 Simulasi Berdasarkan Nilai Komponen pada Pasaran ......................................... 13 Gambar 3.3 Respon Frekuensi Berdasarkan Nilai Perhitungan .............................................. 13 Gambar 3.4 Respon Frekuensi Berdasarkan Nilai Komponen pada Pasaran.......................... 13
3
DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Diagram Perancangan Low Pass Filter.................................................................... 11 Tabel 3.2 Tabel Hasil Perhitungan .......................................................................................... 12
Tabel 4.1 Hasil Pengujian ........................................................................................................ 19 Tabel 4.2 Grafik Berdasarkan Nilai Pengujian ......................................................................... 19
4
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Filter merupakan suatu rangkaian yang digunakan untuk menyaring daerah frekuensi kerja tertentu dimana hanya frekuensi yang diinginkan yang dapat diteruskan, sedangkan diluar frekuensi tersebut akan diredam. Frekuensi pemisah antara frekuensi yang diinginkan dan yang tidak diinginkan disebut frekuensi cutoff. Dalam pengerjaan Tugas Besar Elektronika Telekomunikasi ini, filter yang dibuat adalah Low Pass Filter dimana rangkaian ini akan meloloskan sinyal dibawah frekuensi Cut-off dan meredam sinyal diatas sinyal cut-off.
1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana perancangan Low Pass Filter Butterworth? 2. Komponen apa saja yang diperlukan perancangan Low Pass Filter Butterworth? 3. Bagaimana hasil pengujian dari Low Pass Filter Butterworth?
1.3 Tujuan Adapun perancangan filter ini bertujuan untuk : 1. Memenuhi tugas besar pada mata kuliah Elektronika Telekomunikasi 2. Mengetahui cara perancangan sebuah filter 3. Dapat membuat rangkaian sebuah filter 4. Mengetahui hasil pengujian dari rangkaian yang telah dibuat
5
1.4 Batasan Masalah Melakukan perhitungan, kemudian dilanjutkan dengan simulasi pada software Proteus (opsional), merangkai rangkaian filter sehingga didapatkan hasil yang sesuai dengan teori yang telah diajarkan
1.5 Metodelogi a. Studi Literatur Mengkaji teori yang didapat dari buku, internet dan modul praktikum sebagai referensi tugas besar b. Perancangan Setelah dilakukan perhitungan dan simulasi penulis melakukan perancangan sesuai dengan hasil referensi c. Pengukuran Setelah rancangan selesai dilakukan pengujian pada rangkaian yang telah dibuat
6
BAB II DASAR TEORI
2.1 Low Pass Filter Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk memfilter tegangan output pada frekuensi tertentu.Filter memiliki rangkaian aktif dan rangkaian pasif. Pada laporan ini akan dibahas mengenai filter pasif pada respon filter lolos rendah ( Low Pass Filter ). Low pass filter merupakan rangkaian yang meloloskan frekuensi dibawah
frekuensi cut-off dan meredam semua frekuensi diatasnya dan Low Pass Filter (LPF) akan memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi diatas frekuensi cut-off. 2.2 Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya.
Gambar 2.1 Resistor
2.3 Induktor 7
Induktor juga merupakan komponen Elektronika Pasif yang sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika, terutama pada rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi Radio. Induktor atau dikenal juga dengan Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan. Pada dasarnya, Induktor dapat menimbulkan Medan Magnet jika dialiri oleh Arus Listrik. Medan Magnet yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang relatif singkat. Magnet disebut dengan Induktansi yang satuan unitnya adalah Henry (H).
Gambar 2.2 Induktor
2.4 Project Board Project Board atau yang sering disebut sebagai BreadBoard adalah dasar
konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan merupakan prototipe dari suatu rangkaian elektronik. Breadboard banyak digunakan untuk merangkai komponen, karena dengan menggunakan breadboard, pembuatan prototype tidak memerlukan proses menyolder
Gambar 2.3 Project Board
8
2.5 Osiloskop Osiloskop adalah alat ukur Elektronik yang dapat memetakan atau memproyeksikan sinyal listrik dan frekuensi menjadi gambar grafik agar dapat dibaca dan mudah dipelajari. Dengan menggunakan Osiloskop, kita dapat mengamati dan menganalisa bentuk gelombang dari sinyal listrik atau frekuensi dalam suatu ran gkaian Elektronika. Pada umumnya osiloskop dapat menampilkan grafik Dua Dimensi (2D) dengan waktu pada sumbu X dan tegangan pada sumbu Y. Secara umum, Osiloskop dapat mengukur karakteristik yang berbasis Waktu (Time) dan juga karakteristik yang berbasis tegangan (Voltage).
Gambar 2.4 Osiloskop
2.6 Function Generator Function
Generator
merupakan
suatu
alat
yang
menghasilkan
sinyal/gelombang sinus (ada juga gelombang segi empat, gelombang segi tiga) dimana frekuensi serta amplitudenya dapat kita ubah‐ubah sesuai dengan spesifikasi pengukuran.
Gambar 2.5 Function Generator
9
2.7 Solder Listrik Solder merupakan alat bantu untuk merangkai rangkaian elektronika. Solder merupakan alat elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi panas. Dimana tingkat kepanasannya dapat diatur agar berfungsi merekatkan atau melepaskan kaki-kaki komponen pada papan pcb. Solder juga berfungsi sebagai alternative jumper untuk mengurangi penggunaan kabel dan menghubungkan antar komponen.
Gambar 2.6 Solder
2.8 PCB Bolong PCB Bolong merupakan board yang sering digunakan untuk meletakkan komponen elektronika sederhana yang biasanya kaki komponennya dihubungkan dengan timah yang telah dipanaskan dengan solder.
Gambar 2.7 PCB Bolong
10
BAB III PERANCANGAN FILTER
3.1 Langkah-Langkah Perancangan Low Pass Filter Perancangan Low Pass Filter dilakukan berdasarkan pembelajaran teori yang kami dapatkan
berdasarkan pembelajaran dikelas. Berikut ini
merupakan diagram alur dalam melakukan perancangan Low Pass Filter :
Diskusi Kelompok
Nilai Orde dan Normalisasi
Denormalisasi
Pengujian
Pembelian
Simulasi di
Project Board
Komponen
Proteus
Pengukuran dan Evaluasi
Pembuatan
Penyolderan Komponen
Laporan
Tabel 3. 1 Diagram Perancangan Low Pass Filter
3.2 Perhitungan Low Pass Filter Perhtungan dilakukan untuk menentukan nilai orde dan denormalisasi. Nilai orde ditentukan dengan menggunakan rumus perhitungan sebagai berikut: nn=
…… (1) Lalu, dalam perancangan Low Pass Filter dilakukan denormalisasi untuk menentukan nilai yang sesungguh nya dengan menggunakan rumus perhitungan sebagai berikut:
11
C=
L=
2fcR
2fc
… (2),untuk menentukan nilai kapasitor
… (3),untuk menentukan nilai induktor.
Berikut ini merupakan table hasil perhitungan yang dilakukan berdasarkan rumus diatas: Komponen
Nilai
Kapasitor 1 ( C1 )
277 pF
Induktor 2 ( L2 )
33 uH
Kapasitor 3 ( C3 )
669 pF
Induktor 4 ( L4 )
13 uH
Resistor ( RS )
220 Ω
Resistor ( RL )
220 Ω Tabel 3.2 Tabel Hasil Perhitungan
3.3 Simulasi Perancangan Sebelum merangkai rangkaian Low Pass Filter Butterworth, dilakukan simulasi rancangan menggunakan software Proteus. Dengan hasil rangkaian sebagai berikut :
Gambar 3.1 Simulasi Berdasarkan Nilai Perhitungan
12
Gambar 3.2 Simulasi Berdasarkan Nilai Komponen pada Pasaran
3.4 Hasil Perancangan Simulasi
Gambar 3.3 Respon Frekuensi Berdasarkan Nilai Perhitungan
Gambar 3.4 Respon Frekuensi Berdasarkan Nilai Komponen pada Pasaran
13
BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL KELUARAN 4.1 Pengujian Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat bantu osiloskop untuk menampilkan grafik respon dari hasil perancangan filter dan function generator untuk membangkitkan sinyal sinus. Berikut ini merupakan table hasil pengujian yang telah dilakukan selama melakukan proses perancangan low pass filter :
Function Generator
Oscilloscope
14
15
16
17
4.2 Hasil Keluaran Berikut ini merupakan hasil pengukuran filter Butterworth LPF dalam table sebagai berikut : Frekuensi
Vpp
500 KHz
21.2V
600 KHz
21.2V
700 KHz
21.0V
800 KHZ
21.0 V
900 KHz
21.0 V
1 MHz
21.0 V
2 MHz
12.0 V
3 MHz
3.8V
4 MHz
1.28V
18
5 MHz
740mV
6 MHz
640mV
7 MHz
640mV
8 MHz
464mV
9 MHz
744mV
10 MHz
720mV
11 MHz
784mV
Tabel 4.1 Hasil Pengujian
4.3 Grafik Dibawah ini merupakan grafik yang dibuat berdasarkan hasil pengujian sebagai berikut:
Vpp 25
20
15
10
5
0 500 600 700 800 900 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 KHz KHz KHz KHz KHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz
Tabel 4.2 Grafik Berdasarkan Nilai Pengujian
19
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Hasil pengukuran dan pengujian pada perancangan Low Pass Filter pada laporan ilmiah ini menggunakan frekuensi cut-off senilai 2 MHz dan frekuensi resonansi senilai 8 MHz dengan jenis Butterworth. Pengukuran dan pengujian yang telah dilakukan dengan alat bantu osiloskop dan function generator mendapatkan hasil yang telah sesuai dengan karakteristik filter Butterworth sesuai dengan studi literatur yang telah kami dapatkan berdasarkan teori yang tercantum pada buku RF CIRCUIT design. Komponen pada perancangan low pass filter terbagi berdasarkan nilai perhitungan dan nilai komponen yang berada pada pasar elektronik, sehingga kami mencantumkan hasil perancangan dengan nilai perhitungan dan nilai komponen yang berada pada pasar elektronik. Ketidaksesuain tersebut menyebabkan pergeseran frekuensi cut-off pada hasil simulasi. Namun, tetap menghasilkan respon Low Pass Filter yag sesuai dengan karakteristik respon Low Pass Filter berdasarkan teori yang kami dapatkan selama mengikuti perkuliahan. 5.2 Saran Berdasarkan proses yang telah kami lalui selama melakukan perancangan Low Pass Filter dengan frekuensi cut-off senilai 2 MHz dan Frekuensi Resonansi senilai 8 MHz. Sebaiknya komponen telah disediakan oleh pihak laboratorium sehingga dapat memudahkan
proses
perancangan
Tugas
Besar
mata
kuliah
Elektronika
Telekomunikasi terkait filter.
20
DAFTAR PUSTAKA Komponen Pasif, 2014, http://zonaelektro.net/resistor-karakteristik-nilai-danfungsinya/. Diakses pada 27 April 2018. Kho, Dickson., https://teknikelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-induktor-beserta jenis-jenis-induktor/. Diakses pada 27 April 2018. Khalida, Rakhmi., 2016, http://www.robotedukasi.com/mengenal-papan-proyek projectboard/. Diakses pada 27 April 2018. Kho,
Dickson.,
https://teknikelektronika.com/pengertian-osiloskop-spesifikasi-
penentu-kinerjanya/. Diakses pada 26 April 2018. Modul Teknik Antena dan Propagasi, 2018, Modul 1 Pengenalan Alat, Bandung, Fakultas Ilmu Terapan, April 2018. Modul Bengkel Elektronika, 2017, Modul 6, Bandung, Fakultas Ilmu Terapan, April 2018.
21
