Praktikum Elektronika Medis - Band Pass Filter Dasar

PERCOBAAN 6 – BANDPASS FILTER DASAR Sita Ari Imamah (081211731039) Dosen: Akif Rahmatillah, ST, MT. Tanggal Percobaan: 27/11/2014 ELEKTRONIKA MEDIS

Laboratorium Instrumentasi Medik Universitas Airlangga Abstrak Percobaan yang dilakukan adalah tentang bandpass filter dasar. Band pass filter (BPF) adalah filter yang akan meloloskan sinyal pada range frekuensi diatas frekuensi batas bawah (fL) dan dibawah frekuesni batas atas (fH). Band pass filter (BPF) dibangun dengan cara menghubungkan rangkaian HPF dan LPF. Rangkaian ini fungsinya hanya untuk melewatkan isyarat dalam suatu pita frekuensi tertentu dan untuk menahan isyarat diluar jalur pita frekuensi tersebut. Pada percobaan ini frekuensi yang diloloskan pada kisaran frekuensi 600Hz-800Hz, sedangkan frekuensi tengahnya (f0) pada kisaran 700Hz. Hasil percobaan ini akan dibandingkan dengan diagram bode hasil analisis Transfer Function (TF) dari rangkain yang menggunakan matlab yang dijadikan sebagai acuan teoritis.

Filter aktif adalah rangkaian filter dengan menggunakan komponen - komponen elektronik pasif dan aktif seperti operational amplifier (OpAmp), transistor, dan komponen lainnya. Band pass filter (BPF) adalah filter yang akan meloloskan sinyal pada range frekuensi diatas frekuensi batas bawah (fL) dan dibawah frekuesni batas atas (fH). Untuk rangkaian bandpass filter yang kami gunakan ditunjukkan pada gambar berikut :

Vin

Vout

Kata kunci: Band Pass Filter (BPF), frekuensi batas

bawah (fL), frekuensi batas atas (fH), frekuensi tengah (f0), diagram bode, Transfer Function. 1.

PENDAHULUAN

Gambar 2-1. Rangkaian bandpass filter

Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu. Filter juga dapat dinyatakan sebagai suatu device yang memilih sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi dari sinyal tersebut., [4]. Percobaam kali ini berjudul “Band Pass Filter Dasar” dengan tujuan Menunjukkan rancangan dan cara kerja dari rangkaian feedback bandpass filter. Rangkaian orde tiga dirancang menggunakan rangkaian LPF dan HPF. Rangkaian band pass filter disusun seperti gambar 1.1.

Dalam band pass filter (BPF) ini dikenal 2 jenis rangkaian band pass filter (BPF) yaitu band pass filter (BPF) bidang lebar dan band pass filter (BPF) bidang sempit. Untuk membedakan kedua rangkaian ini adalah dengan melihat dari nilai figure of merit (FOM) atau Faktor kualitas (Q).  Bila Q < 10, maka digolongkan sebagai band pass filter (BPF) bidang lebar.  Bila Q > 10, maka digolongkan sebagai band pass filter (BPF) bidang sempit [3]. Perhitungan faktor kualitas (Q) untuk band pass filter adalah [1]: dimana 2.2 FILTER BANDPASS FILTER (BPF) BIDANG SEMPIT

Gambar 1.1 Rangkaian Feedback Bandpass Filter

2.

STUDI PUSTAKA

2.1

FILTER BANDPASS FILTER

Rangkaian tersebut sering disebut multiple feedback filter karena satu rangkaian menghasilkan 2 batasan Lf dan Hf . Persamaan persamaannya pun beda dan tersendiri. Komponen pasif yang digunakan sama dengan komponen pasif dari LPF dan HPF [3]. Komponen – komponen lain dapat ditentukan dengan persamaan

Laporan Praktikum - Laboratorium Instrumentasi Medik Univ. Airlangga

1

Penguatan passband filter adalah penguatan pada frekuensi tengah filter yaitu [1]: Ada keuntungan rangkaian band pass filter (BPF) bidang sempit ini adalah bila ingin mengganti frekuensi centernya f, maka tinggal mengganti nilai R2 saja, sehingga menjadi R2′ dengan nilai sebagai berikut:

Gambar 3-1 Diagram Metodologi Percobaan

4.

HASIL DAN ANALISIS

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh data Vi dan Vo untuk tiap frekuensi dan juga nilai dB penguatan berdasarkan rumus :

seperti yang tertera pada tabel di bawah ini :

Tanggapan amplitudo ditunjukkan gambar 2.2 yang dikenali sebagai tanggapan amplitude dari filter butterworth.

Gambar 2.2 Tanggapan amplitude pada filter butterworth

METODOLOGI

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan antara lain adalah : 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 2 buah

Vin teori

Vin eks

Vout teori

Vout eks

Vo/Vi (teori)

Vo/Vi (eks)

100

1,414

11,100

0,062

0,500

0,044

0,045

-27,161 -26,927

200

1,414

11,100

0,132

1,080

0,093

0,097

-20,598 -20,238

300

1,414

11,100

0,219

1,760

0,155

0,159

-16,200 -15,996

400

1,414

11,000

0,342

2,740

0,242

0,249

-12,328 -12,073

500

1,414

11,000

0,545

4,350

0,385

0,395

-8,281

-8,058

600

1,414

11,000

0,952

7,590

0,673

0,690

-3,436

-3,223

700

1,414

11,000

1,741

12,300

1,231

1,118

1,807

0,970

800

1,414

11,000

1,516

9,550

1,072

0,868

0,605

-1,228

dB teori

dB eks

900

1,414

11,000

0,941

6,290

0,665

0,572

-3,537

-4,855

1000

1,414

11,000

0,666

4,100

0,471

0,373

-6,540

-8,572

2000

1,414

11,000

0,189

1,190

0,134

0,108

-17,480 -19,317

3000

1,414

11,000

0,116

0,811

0,082

0,074

-21,720 -22,647

4000

1,414

11,000

0,085

0,604

0,060

0,055

-24,421 -25,207

5000

1,414

11,000

0,067

0,473

0,047

0,043

-26,487 -27,331

Dari data yang telah diperoleh dibuat diagram bode berupa kurva antara variasi frekuensi dan penguatan dB.

Diagram Bode

2 buah

teori

Untuk langkah percobaan dapat dilihat pada diagram berikut ini :

5000

4000

3000

2000

900

1000

800

700

600

500

400

0.000 300

Penguatan dB

Lakukan pengaturan osiloskop : a. Channel 1 : 0,2 V/div b. Channel 2 : 0,2 V/div c. Time base : 0,2 ms/div d. AC coupling

eksperimen

10.000

200

1. OP Amp OP07CN 2. Resistor 68 KOhm 3. Resistor 180 KOhm 4. Resistor 2,7 KOhm 5. Kapasitor 0,01 μF 6. Osiloskop digital 7. Function generator 8. Jumper secukupnya 9. Baterai 9 volt 10. Bread board

f

100

3.

Tabel 4-1 Hasil Percobaan dan Teoritis Simulasi Multisim

-10.000

Buat rangkaian bandpass filter pada proect board

-20.000

Hubungkan dengan signal generator dan osiloskop

-30.000

Frekuensi (Hz)

Gambar 4-1 Diagram Tanggapan Amplitudo Filter

Variasi-kan frekuensi pada sinyal generator

Catat frekuensi fo (frekuensi tengah) kemudian hitung Vo Vo saat fo dengan 0,707 hasil ini menjadi nilai tegangan keluaran untuk fL dan fH dengan letak fHfo Hitung tanggap amplitudo (penguatan dB eksperimental) Buat diagram bode hasil percobaan dan bode plot TF melalui matlab

Laporan Praktikum - Laboratorium Instrumentasi Medik Univ. Airlangga

2

Transfer Function dari rangkaian di ini :

NODE A

IR1

IC2

NODE B

dibagi _ R5 R3 R1C2C1 

IR5

IC1

VO  Vi

1 S R1C2 1 1 1 1   S S  S2 R5 R3C2C1 R5 R1C2C1 R5C1 R5C2

1 S VO R1C2  Vi    1 1 1 1       S  S 2    R5 R3C2C1 R5 R1C2C1   R5C1 R5C2  

IR3

Node B :

Dari hasil TF tersebut dapat dibuat bode plot melalui matlab seperti gambar berikut.

I R 5  I C1 VO  VB VB  VA   VB  0 1 R5 C1S VO  VAC1S R5 VA  

VO ..............persamaan(1) R5C1S

Node A :

I R1  I C 2  I C1  I R 3 Vi  VA VO  VA VB  VA VA  VGND    1 1 R1 R3 C2 S C1S  VB  0  VGND  0

Gambar 4-2 Diagram Tanggapan Amplitudo Filter melalui matlab

1 1 1 Vi  VA  VOC2 S  VAC2 S  VAC1S  VA R1 R1 R3 1 1 1 Vi  VOC2 S  VA  VA  VAC2 S  VAC1S R1 R3 R1

Menentukan frekuensi tengahnya:

 1  1 1 Vi  VOC2 S  VA    C2 S  C1S  R1  R3 R1 

0 

1 1 1     R5C2C4  R1 R2 

substitusi _ persamaan(1)

0 

 1 V  1 1 Vi  VOC2 S   O    C2 S  C1S  R1 R5C1S  R3 R1 

1 1  1     180  103  0,01  10 6  0,01  10 6  68  103 2,7  103 

0 

1 3,851  10 4 1,8  1011

1 VO VO V C V Vi     O 2  O  VOC2 S R1 R5 R3C1S R5 R1C1S R5C1 R5

0  5,556  1010  3,851  10 4 0  4625,413 rad/s

  1 1 1 C 1 Vi  VO    2   C2 S  R1  R5 R3C1S R5 R1C1S R5C1 R5   R1  1 RC R Vi  VO    1 2  1  R1C2 S   R5 R3C1S R5C1S R5C1 R5  VO 1   Vi  R1  1 RC R    1 2  1  R1C2 S   R5 R3C1S R5C1S R5C1 R5  VO R5 R3C1S   Vi R1  R3  R3 R1C2 S  R3 R1C1S  R5 R3 R1C2C1S 2







Menentukan nilai faktor kualitas (Q): R5  180  103 

2Q C 0 2Q 0,01 10 6  4625,413

180  103  0,01 10 6  4625,413 2 8,326 Q 2 Q  4,163 Q



Laporan Praktikum - Laboratorium Instrumentasi Medik Univ. Airlangga

3

DAFTAR PUSTAKA

Menentukan nilai fH-fL Q 

f0 fL  fH

4,163 

725 fL  fH

fL  fH 

725  174,153Hz 4,163

[1]

Eko Putra, Agfianto, Penapis Aktif Elektronika Teori dan Praktek, CV. Gava Media, Yogyakarta, 2002.

[2]

Rahmatillah, Akif dkk, Modul Praktikum Elektronika Medis, Program Studi S1 Teknik Biomedis FST UNAIR, Surabaya, 2014.

[3]

http://elektronikadasar.web.id/teorielektronika/band-pass-filterbpf-aktif/, diakses pada tanggal 3 Desember

Menentukan fL dan fH  f  fH  f L  f0   L  2    174,153   725    2    725 - 87,077

2014, pukul 23.00 WIB. [4]

 637,923Hz  f  fH  f H  f0   L  2    174,153   725    2    725  87,077  812,077Hz

http://www.ml.scribd.com/doc/142331712/ filter-aktif-lolos-rendah, diakses pada tanggal 3 Desember 2014, pukul 23.00 WIB.

Rangkain bandpass filter dirancang menggunakan rangkaian LPF yang memiliki fL 637,923Hz dan menggabungkan dengan rangkaian HPF yang memiliki fH 812,077Hz. Dari hasil bode yang didapatkan diperoleh frekuensi tengah (fo) berkisar 700 Hz. Adapun bode plot pada matlab didapatkan frekuensi tengah bernilai 725 Hz. Nilai Vi (tegangan input) dan nilai Vo (tegangan output) memiliki perbedaan dengan nilai teoritis simulasi pada multisim dikarenakan amplitudo pada signal generator saat melakukan praktikum tidak diperkecil sehingga hasil praktikum memiliki nilai jauh lebih besar. Namun hasil perbandingan Vi dan Vo atau tanggapan amplitudo yang dihasilkan memiliki nilai yang hampir mendekati kesamaan.

5.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa rangkaian bandpass filter pada percobaan ini memiliki frekuensi tengah (fo) = 725 Hz dengan fL = 637,923Hz dan fH = 812,077Hz. Adapun nilai TF rangkaian ini = 1 S VO R1C2  Vi    1 1 1 1       S  S 2    R5 R3C2C1 R5 R1C2C1   R5C1 R5C2  

Laporan Praktikum - Laboratorium Instrumentasi Medik Univ. Airlangga

4