JOBSHEET Untuk Mahasiswa Rangkaian Filter Aktif High Pass Filter (Filter Lolos Atas)
Untuk Mata Kuliah Praktikum Instrumentasi Industri Sub Pokok Bahasan Filter Aktif
Disusun oleh:
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MALANG Oktober 2013
I.
Tujuan a. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian, prinsip kerja, dan karakteristik High Pass Filter. b. Mahasiswa dapat merancang, merakit dan menguji rangkaian High Pass Filter dengan benar. c. Mahasiswa dapat menganalisa dan membuat kesimpulan dari hasil praktikum rangkaian High Pass Filter dengan benar.
II.
Dasar Teori Filter adalah suatu sistem yang dapat memisahkan sinyal berdasarkan frekuensinya; ada frekuensi yang diterima atau diteruskan, dan ada pula frekuensi yang ditolak atau dilemahkan (diredam). Besarnya nilai respon (hubungan keluaran-masukan suatu filter) dinyatakan dalam volt ataupun dalam dB dengan bentuk respon yang berbeda pada setiap jenis filter. Besar nilai respon dapat diperoleh dari perhitungan fungsi alih (transfer function): =T Dengan Hs = Fungsi alih Vout = tegangan keluaran Vin = tegangan masukan
Magnitude (nilai besar) dari fungsi alih dinyatakan dengan |T|, dengan satuan dalam desibel (dB). Filter dibagi menjadi 4: 1. Filter lolos bawah (low pass filter), berawal dari = 2f = 0 radian/detik sampai dengan = 0 radian/detik, dimana 0 adalah frekuensi cut-off. 2. Filter lolos atas (high pass filter), berkebalikan dengan filter lolos bawah, berawal dari = 0 radian/detik sampai dengan = 0 radian/detik, dimana 0 adalah frekuensi cut-off. 3. Filter lolos pita (band pass filter), frekuensi dari 1 radian/detik sampai 2 radian/detik adalah dilewatkan, sementara frekuensi lain ditolak.
4. Filter stop band, berkebalikan dengan filter lolos pita, frekuensi dari 1 radian/detik sampai 2 radian/detik adalah ditolak, sementara frekuensi lain diteruskan. Berikut gambaran karakteristik filter yang ideal dalam grafik magnitude terhadap frekuensi (dalam radian/detik). Meskipun filter yang ideal ini tidak pernah ada, tetapi dapat memudahkan kita memahami karakter filter. |T|
|T|
0 dB
0 dB
pass
pass stop
0
stop
0 filter lolos bawah ideal
0 dB
0 0 filter lolos atas ideal
0 dB
|T|
pass
|T| stop
0
1
2
filter lolos pita ideal
stop 0
1
2
filter bandstop ideal
Gambar 1. Karakteristik Filter yang Ideal Karakter filter yang sebenarnya tidaklah sama dengan karakter filter yang ideal. Dalam filter yang sebenarnya, frekuensi cut-off mempunyai magnitude -3 dB. Pada filter yang sebenarnya juga terdapat apa yang disebut pita transisi (transititon band), yang kemiringannya dinyatakan dalam dB/oktav atau dB/dekade.
Gambar 2. Karakteristik Filter Riil
Filter Lolos Atas (High Pass Filter) High-Pass Filter (HPF) adalah tipe/fungsi equalizer yang meloloskan frekuensi high (tinggi) frekuensi yang kita kehendaki, sehingga frekuensi low (rendah) dibawahnya disaring (filter) dan dihilangkan. Contoh : setting HPF di 10 kHz maka frekuensi 10 khz keatas di loloskan dan frekuensi dibawah 10 kHz disaring (di-filter) atau ditiadakan. Suatu filter lolos atas orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu kapasitor seperti pada. Perhatikan perbedaannya dengan filter lolos bawah pada penempatan C 1. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan 20 dB/dekade atau 6 dB/oktav. sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari:
fC = 1 / (2R1C1)
Gambar 3. High pass filter orde-1
Gambar 4 High Pass Filter Orde-2 frekuensi cutoff High Pass Filter orde-2 didapat dari rumus dibawah:
III. Alat dan komponen 1. Lm741 dan project board 2. Osciloskop 3. Generator Sinyal 4. Probe 5. Avo Meter digital 6. 15k, 2k,4k7, 10k, 20k 7. 15 nf (2) 8. 6.8 nf (2) 9. 4.7 nf IV. Langkah percobaan a. Siapkan alat dan komponen yang diperlukan. b. Hidupkan dan kalibrasi generator sinyal dan osciloskop yang akan digunakan c. Rangkai komponen-komponen pada project board sesuai dengan gambar percobaan. d. Sambungkan rangkaian yang telah selesai dirangkai dengan sumber tegangan (power supply). e. Sambungkan input rangkaian ke generator sinyal f. Sambungkan pin input pada channel 1 osciloskop dan pin output pada channel 2 osciloskop. g. Atur frekuensi keluaran dari generator sinyal sesuai dengan tabel percobaan. h. Catat dan gambar sinyal input dan sinyal output pada tabel percobaan.
i. Lakukan pengamatan pada layar osciloskop terhadap setiap perubahan frekuensi dari generator sinyal. j. Catat hasil yang didapat sesuai dengan tabel percobaan. k. Buat kesimpulan dari hasil praktikum.
V.
Hal-hal yang perlu diperhatikan saat praktikum (K3) 1. Periksa kondisi alat dan bahan sebelum digunakan praktikum. 2. Kondisi tangan sebelum praktikum harus dalam kondisi kering 3. Power supply yang digunakan adalah simetri, yaitu terdapat VCC (+), VDD (-), dan ground, jangan sampai antara VCC (+) dan VDD (-) tersambung, tanpa adanya komponen lain sebagai beban. 4. Pin 7 pada IC LM741 hanya boleh tersambung pada VCC (+), sedangkan pin 4 pada IC LM741 hanya boleh tersambung pada VDD (-).
VI. Percobaan Terdapat dua rangkaian yang akan dianalisa, yaitu high pass filter orde-1 dan high pass filter orde-2.
1.
High pass filter orde-1
Gambar 4. Rangkaian high pass filter orde-1 Sambungkan pin resistor (R1) dan pin kapasitor (C1) pada blok resistor dan kapasitor yang ada pada trainer filter aktif, dan sesuaikan nilai resistor dan kapasitor dengan tabel percobaan.
2.
High pass filter orde-2
Gambar 5. Rangkaian high pass filter orde-2 Sambungkan pin kapasitor (C1) dan pin resistor (R1) pada blok kapasitor dan resistor yang ada pada trainer filter aktif, dan sesuaikan nilai kapasitor dan resistor dengan tabel percobaan.
VII. Hasil dan Analisa Tabel 1. Percobaan High Pass Filter Orde-1 No. Frekuensi 1.
100Hz
Nilai
Nilai
C1
R1
15nF
47nF
15K
2K
Gambar Sinyal Input
Gambar Sinyal Output
T/Div = 5ms
T/Div = 5ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 5ms
T/Div = 5ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
No. Frekuensi 2.
500Hz
Nilai
Nilai
C1
R1
15nF
47nF
No. Frekuensi 3.
750Hz
15K
2K
Nilai
Nilai
C1
R1
15nF
47nF
15K
2K
Gambar Sinyal Input
Gambar Sinyal Output
T/Div = 1ms
T/Div = 1ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,2V
Gambar Sinyal Input
Gambar Sinyal Output
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 5V
V/Div = 5V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
No. Frekuensi 4.
1KHz
Nilai
Nilai
C1
R1
15nF
47nF
No. Frekuensi 5.
1,5KHz
15K
2K
Nilai
Nilai
C1
R1
15nF
47nF
15K
2K
Gambar Sinyal Input
Gambar Sinyal Output
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 5V
V/Div = 5V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
Gambar Sinyal Input
Gambar Sinyal Output
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,2ms
T/Div = 0,2ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
Tabel 2. Percobaan High Pass Filter Orde-2 Nilai No.
1.
Nilai
Frekuensi
100Hz
Gambar Sinyal Input C1
C2
R1
R2
15nF
15nF
15K
4k7
6,8nF
6,8nF
20K
Nilai No.
2.
10K
T/Div = 2ms
T/Div = 2ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,2V
T/Div = 5ms
T/Div = 2ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
Nilai
Frekuensi
500Hz
Gambar Sinyal Input C1
C2
R1
R2
15nF
15nF
15K
4k7
6,8nF
Gambar Sinyal Output
6,8nF
20K
10K
Gambar Sinyal Output
T/Div = 1ms
T/Div = 1ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
Nilai No.
3.
Nilai
Frekuensi
750Hz
Gambar Sinyal Input C1
C2
R1
R2
15nF
15nF
15K
4k7
6,8nF
6,8nF
20K
Nilai No.
4.
10K
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
Nilai
Frekuensi
1KHz
Gambar Sinyal Input C1
C2
R1
R2
15nF
15nF
15K
4k7
6,8nF
Gambar Sinyal Output
6,8nF
20K
10K
Gambar Sinyal Output
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
Nilai No.
5.
Nilai
Frekuensi
1,5KHz
Gambar Sinyal Input C1
C2
R1
R2
15nF
15nF
15K
4k7
6,8nF
6,8nF
VIII. Analisa dan Kesimpulan
20K
10K
Gambar Sinyal Output
T/Div = 0,5ms
T/Div =
V/Div = 2V
V/Div = 1V
T/Div = 0,5ms
T/Div = 0,5ms
V/Div = 2V
V/Div = 0,5V
0,5ms
IX. Soal Latihan 1. Pilih masing-masing 1 rangkaian dengan nilai resistor dan kapasitor yang ada pada tabel 1 (HPF orde-1) dan tabel 2 (HPF orde-2). Gambar rangkaiannya dan hitung frekuensi cutoffnya!
2. Hitung frekuensi cutoff dari rangkaian high pass filter orde-2 berikut:
3. Sebutkan ciri-ciri dan karakteristik dari rangkaian High Pass Filter yang anda ketahui dari percobaan ini?
