Low Pass Filter

JOBSHEET Rangkaian Filter Aktif Low Pass Filter (Filter Lolos Bawah)

Untuk Mata Kuliah Praktikum Instrumentasi Industri Sub Pokok Bahasan Filter Aktif

Disusun oleh:

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MALANG Semptember 2013

I.

Tujuan a. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian, prinsip kerja, dan karakteristik Low Pass Filter. b. Mahasiswa dapat merancang, merakit dan menguji rangkaian Low Pass Filter dengan benar. c. Mahasiswa dapat menganalisa dan membuat kesimpulan dari hasil praktikum rangkaian Low 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  = 2f = 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. Dibawah ini ditunjukkan 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

stop

0

0



filter lolos bawah ideal 0 dB

0

0



filter lolos atas ideal 0 dB

pass

stop 0

1

2



|T|

stop 0

1

2



|T| filter lolos pita ideal

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 Yang Sebenarnya

Filter Lolos Bawah (Low Pass Filter) Adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam frekuensi tinggi. Filter lolos bawah orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu kapasitor seperti pada Gambar 3. 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 / (2R1C1)

Gambar 3. Low Pass Filter Orde-1

Gambar 4 Low Pass Filter Orde-2 dan kurva respon frekuensi cutoff low pass filter orde-2 didapat dari rumus dibawah:

III. Alat dan komponen 1. projectboard Osciloskop 2. Generator Sinyal 3. Probe 4. Avo Meter 5. 15k (4) 6. 15nf(3) 7. 47nf(3) 8. 6.8nf(3) 9. 3.9nf(3) 10. Potensio 100k

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 projectboard sesuai dengan gambar percobaan.

d. Sambungkan pin resistor dan pin kapasitor pada blok resistor dan kapasitor yang tersedia pada trainer filter aktif sesuai dengan nilai resistor dan kapasitor yang diinginkan. e. Sambungkan rangkaian yang telah selesai dirangkai dengan sumber tegangan (power supply). f. Sambungkan input rangkaian ke generator sinyal g. Sambungkan pin input pada channel 1 osciloskop dan pin output pada channel 2 osciloskop. h. Atur frekuensi keluaran dari generator sinyal sesuai dengan tabel percobaan. i. Catat dan gambar sinyal input dan sinyal output pada tabel percobaan. j. Lakukan pengamatan pada layar osciloskop terhadap setiap perubahan frekuensi dari generator sinyal. k. Catat hasil yang didapat sesuai dengan tabel percobaan. l. Buat kesimpulan dari hasil praktikum.

V.

Percobaan Terdapat dua rangkaian yang akan dianalisa, yaitu low pass filter orde-1 dan low pass filter orde-2.

1.

Low pass filter orde-1

Gambar 5. Rangkaian low pass filter orde-1

2.

Low pass filter orde-2

Gambar 6. Rangkaian low pass filter orde-2

VI. Hasil dan Analisa Tabel 1. Percobaan Low Pass Filter Orde-1 No. Frekuensi 1.

100Hz

Nilai Nilai R1 15K

C1

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

2K

47nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

Gambar Sinyal Output T/Div = 2ms V/Div = 1V

T/Div = 2ms V/Div = 1V

No. Frekuensi 2.

500Hz

Nilai Nilai R1 15K

C1

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

2K

47nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

No.

Frekuensi

3.

750Hz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

2K

47nF T/Div = 2ms V/Div = 2V

Gambar Sinyal Output T/Div = 2ms V/Div = 1V

T/Div = 2ms V/Div = 1V

Gambar Sinyal Output T/Div = 2ms V/Div = 1V

T/Div = 2ms V/Div = 1V

No.

Frekuensi

4.

1KHz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

15nF

2K

No.

Frekuensi

5.

1,5KHz

47nF

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

15nF

2K

47nF

Gambar Sinyal Input

Gambar Sinyal Output

T/Div = 2ms

T/Div = 2ms

V/Div = 2V

V/Div = 1V

T/Div = 2ms

T/Div = 2ms

V/Div = 2V

V/Div = 1V

Gambar Sinyal Input

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 = 1V

No. Frekuensi 6.

1,75KHz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

15nF

2K

No. Frekuensi 7.

2KHz

47nF

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

Gambar Sinyal Input 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 = 1V

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 0,5ms V/Div = 2V

2K

Gambar Sinyal Output

47nF T/Div = 0,5ms V/Div = 2V

Gambar Sinyal Output T/Div = 0,5ms V/Div = 1V

T/Div = 0,5ms V/Div = 1V

No.

Frekuensi

8.

2,5KHz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 0,5ms V/Div = 2V

2K

47nF T/Div = 0,5ms V/Div = 2V

No.

Frekuensi

9.

2,75KHz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

Gambar Sinyal Input

15nF T/Div = 0.5ms V/Div = 2V

2K

47nF T/Div = 0,5ms V/Div = 2V

Gambar Sinyal Output T/Div = 0,5ms V/Div = 1V

T/Div = 0,5ms V/Div = 1V

Gambar Sinyal Output T/Div = 0.5ms V/Div = 1V

T/Div = 0,5ms V/Div = 1V

No.

Frekuensi

10.

3KHz

Nilai

Nilai

R1

C1

15K

15nF

2K

47nF

Gambar Sinyal Input

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 = 1V

Tabel 2. Percobaan Low Pass Filter Orde-2 No. 1.

Frekuen

Nilai

Nilai Gambar Sinyal Input

si

R1

R2

C1

100Hz

15K

15K

15nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

T/Div = 2ms

T/Div = 2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

15K

15K

6,8nF

Nilai No.

2.

500Hz

R2

15K

15K

15K

C1

V/Div = 50mV

15nF

6,8nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

3,9nF

T/Div = 1ms

T/Div = 1ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

T/Div = 1ms

T/Div = 1ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

Nilai

Frekuensi

750Hz

T/Div = 2ms

V/Div = 2V

Gambar Sinyal Input R1

Nilai

3.

T/Div = 2ms

Nilai

Frekuensi

15K

No.

3,9nF

Gambar Sinyal Input R1

R2

15K

15K

C1 15nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

T/Div = 1ms

T/Div = 1ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

15K

15K

6,8nF

Nilai No.

4.

1KHz

R2

15K

15K

15K

C1

V/Div = 50mV

15nF

6,8nF

6,8nF

3,9nF

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

Nilai Gambar Sinyal Input

R1 15K

Gambar Sinyal Output

C2

Frekuensi

1,5KHz

T/Div = 1ms

V/Div = 2V

Gambar Sinyal Input R1

Nilai

5.

T/Div = 1ms

Nilai

Frekuensi

15K

No.

3,9nF

R2 15K

C1 15nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

15K

15K

6,8n

3,9nF

F

Nilai No.

6.

R2

15K

15K

15K

C1 15nF

6,8n

Nilai

6,8nF

3,9nF

2KHz

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

Nilai

Frekuensi

Gambar Sinyal Input R1 15K

Gambar Sinyal Output

C2

F

7.

V/Div = 50mV

Gambar Sinyal Input R1

15K

No.

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

Nilai

Frekuensi

1,75KHz

T/Div = 0,5ms

R2 15K

C1 15nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

T/Div = 0,5ms

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

15K

15K

6,8n

3,9nF

F

Nilai No.

Gambar Sinyal Input

2,5KHz

15K

15K

15K

C1 15nF

6,8nF

Nilai

2,75KHz

6,8nF

3,9nF

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

Nilai Gambar Sinyal Input

15K

Gambar Sinyal Output

C2

Frekuensi R1

9.

V/Div = 50mV

Nilai R2

15K

No.

T/Div = 0,5ms

V/Div = 2V

Frekuensi R1

8.

T/Div = 0,5ms

R2 15K

C1 15nF

Gambar Sinyal Output

C2 6,8nF

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

15K

15K

6,8n

3,9nF

F

Nilai No.

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

Nilai

Frekuensi

Gambar Sinyal Input R1

10.

3KHz

15K

15K

R2 15K

15K

C1 15nF

6,8n

6,8nF

3,9nF

F

VII.

Gambar Sinyal Output

C2

Analisa dan Kesimpulan

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div =2V

V/Div = 50mV

T/Div = 0,2ms

T/Div = 0,2ms

V/Div = 2V

V/Div = 50mV

………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… VIII.

Soal Latihan 1. Pilih masing-masing 1 rangkaian dengan nilai resistor dan kapasitor yang ada pada tabel 1 (LPF orde-1) dan tabel 2 (LPF orde-2). Gambar rangkaiannya dan hitung frekuensi cutoffnya!

2. Hitung frekuensi cutoff dari rangkaian berikut:

3. Sebutkan ciri-ciri dan karakteristik dari rangkaian Low Pass Filter yang anda ketahui dari percobaan ini?