laporan tapis/filter lolos rendah

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR

PERCOBAAN IX

( TAPIS/FILTER LOLOS RENDAH )

OLEH :

                                  NAMA               :  ZOE TRIANI SYAFI’I

                           STAMBUK        :  A1C3 13 094

                           JURUSAN         :  PENDIDIKAN FISIKA

                           KELOMPOK     :  9  B

                           ASISTEN           :  ARIS NOVIANTO

LABORATORIUM PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS HALUOLEO

KENDARI

2015

TAPIS/FILTER LOLOS RENDAH

A.    PENDAHULUAN

1.      Latar Belakang

Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu. Untuk merancang rangkaian filter dapat digunakan komponen pasif (R,L,C) dan komponen aktif (Op-Amp, transistor). Dengan demikian filter dapat dikelompokkan menjadi filter pasif dan filter aktif. Pada dasarnya filter dapat dikelompokkan berdasarkan response (tanggapan) frekuensinya menjadi 4 jenis, filter lolos rendah/ Low pass Filter, filter lolos tinggi/ High Pass Filter, filter lolos rentang/ Band Pass Filter, dan filter tolah rentang/Band stop Filter or Notch Filter (Haris, 2008).

Filter adalah suatu device yang memilih sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi dari sinyal tersebut. Filter akan melewatkan gelombang/sinyal listrik pada batasan frekuensi tertentu sehingga apabila terdapat sinyal/gelombang listrik dengan frekuensi yang lain (tidak sesuai dengan spesifikasi filter) tidak akan dilewatkan. Rangkaian filter dapat diaplikasikan secara luas, baik untuk menyaring sinyal pada frekuensi rendah, frekuensi audio, frekuensi tinggi, atau pada frekuensi-frekuensi tertentu saja.

Filter adalah suatu sistem yang dapat memisahkan sinyal berdasarkan frekuensinya; ada frekuensi yang diterima, dalam hal ini dibiarkan lewat, dan ada pula frekuensi yang ditolak, dalam hal ini secara praktis dilemahkan. Hubungan keluaran masukan suatu filter dinyatakan dengan fungsi alih (transfer function) (Nahvi, 2003).

Pada prinsipnya, rangkaian tapis lolos rendah ini, menghambat keluarnya sinyal dengan frekuensi tertentu akibat dari masukan yang diberikan. Tapis lolos rendah merupakan rangkaian tapis yang melewatkan sinyal berfrekuensi rendah dan menahan/menghambat sinyal berfrekuensi tinggi. Sehingga pada keluarannya hanya terdiri dari sinyal frekuensi rendah, dengan lengkung kemiringan untuk tanggapan amplitude dari 0 dB/oktaf ke -6 dB/oktaf dan tanggapan fasanya berubah dari 90⁰ ke 45⁰ /decade.

Untuk sinyal listrik, low-pass filter direalisasikan dengan meletakkan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. Contoh penggunaan filter ini adalah pada aplikasi audio, yaitu pada peredaman frekuensi tinggi (yang biasa digunakan pada tweeter) sebelum masuk speaker bass atau subwoofer (frekuensi rendah). Kumparan yang diletakkan secara seri dengan sumber tegangan akan meredam frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah, sedangkan sebaliknya kapasitor yang diletakkan seri akan meredam frekuensi rendah dan meneruskan frekuensi tinggi. Komponen rangkaian Low Pass Filter berupa komponen induktor (L) dan kapasitor (C). Rangkaian ini juga berfungsi sebagai filter harmonisa pada sistem distribusi yang menjaga agar gelombang tegangan atau arus tetap sinusoidal (Rusmadi, 2004).

Berdasarkan uraian-uraian diatas, maka perlu dilakukan suatu perobaan untuk mengetahui bagaimana menyusun suatu rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian filter lolos rendah, serta mempelajari hubungan amplitudo dan fase antara isyarat masukan dan isyarat keluaran sebagai fungsi frekuensi.

2.      Tujuan Praktikum

Tujuan yang ingin dicapai pada percobaan tapis/ filter lolos rendah ini yakni praktikan diharapkan dapat:

a.       Menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian filter lolos rendah.

b.      Mempelajari hubungan amplitudo dan fase antara isyarat masukan dan isyarat keluaran sebagai fungsi frekuensi.

B.     Kajian Teori

Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu. Untuk merancang filter dapat digunakan komponen pasif (R, L, C) dan komponen tarif (Op-Amp, transistor). Filter lolos rendah adalah filter yang hanya melewatkan frekuensi yang lebih rendah darai frekuensi cut-off (f_c). Diatas frekuensi tersebut outputnya mengecil  (idealnya tidak ada). Rangkaian  Rc LPF dan tanggapan frekuensinya.

1.      Pada saat frekuensi sinyal input lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) (fin << fc) maka penguatan tegangan / Gain (G) = 1 atau G = 0dB.

2.      Pada saat frekuensi sinyal input sama dengan frekuensi cut-off (fc) (fin = fc) maka ω = 1/RC sehingga penguatan tegangan / Gain (G) menjadi -3 dB atau terjadi pelemahan tegangan sebesar 3 dB.

3.      Pada saat frekuensi sinyal input lebih tinggi dari frekuensi cut-off  (fin >> fc) maka besarnya penguatan tegangan (G) = 1/ωRC atau G = -20 log Ωrc.

Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa filter lolos rendah (Low Pass Filter, LPF) hanya meloloskan sinyal dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) saja (Malvino, 1984).

Pada rangkaian tapis lolos rendah, untuk frekuensi rendah tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan, akan tetapi pada frekuensi tinggi isyarat keluaran diperkecil.

                   Gambar 6.1 Rangkaian RC Tapis Lolos Rendah

Hambatan R dan reaktansi kapasitor C membentuk pembagi tegangan kompleks. Perbandingan antara tegangan kompleks Vo dan tegangan masukan kompleks Vt disebut fungsi alih (Sutrisno, 1986).

C.    Metode Praktikum

1.      Alat dan Bahan

Alat dan bahan pada percobaan tapis/filter lolos rendah yaitu dapat dilihat pada Tabel 6.1 sebagai berikut:

Tabel 6.1 Tabel Alat dan Bahan Percobaan Tapis/Filter Lolos Rendah

No.	Alat dan bahan	Fungsi
1.	Resistor: 20 kΩ, 12kΩ, 6,8 Kω	Sebagai hambatan arus listrik.
2.	Kapasitor: 0,01 μF	Untuk menyimpan muatan listrik.
3.	IC Op-Amp; μA741	Sebagai penguat tegangan.
4.	Osilokop	Untuk menampilkan isyarat gelombang masukan dan isyarat gelombang keluaran.
5.	Pembangkit isyarat AC (Function generator- FG)	Sebagai pembangkit isyarat gelombang.
6.	Pencatu daya: ± 12 V DC	Sebagai sumber tegangan.
7.	Kabel Penghubung	Sebagai alat yang dapat menghubungkan komonen-komponen rangkaian.
8.	Papan Rangkaian	Sebagai tempat untuk merangkai rangkaian.

2.      Prosedur Kerja

Prosedur kerja yang dilakukan pada percobaan tapis/ filter lolos rendah yaitu sebagai berikut:

a.       Menyusun rangkaian Op-Amp filter lolos rendah seperti terlihat pada gambar 6.2

         Gambar 6.2 Rangkaian Op-Amp sebagai Filter Lolos Rendah

Pencatu daya dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

b.      Menghubungkan rangkaian dengan catu daya. Vcc positif (+) dihibungkan dengan kaki 7 dan Vcc negatif (-) dihubungkan dengan kaki 4.

c.       Menghubungkan pembangkit isyarat AC dengan rangkaian, V_in pada positif dan negatif pada ground.

d.      Menghubungkan rangkaian dengan osiloskop. Ch. 1 (Vin) dihubungkan ke V_in dan Ch. 2 (V_out) dihubungkan ke V_out.

e.       Mengatur frekuensi isyarat sinusoidal pada Function Generator (FG) dengan frekuensi masukkan 100 Hz. Mengamati gelombangnya pada osiloskop serta V_in dan V_out. Menuliskan hasil pengamatan pada tabel pengamatan.

f.       Mengulamgi langkah (e) dengan frekuensi 100 Hz, 300 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 3000 Hz dan 5000 Hz.

D.    Hasil dan Pembahasan

1.      Hasil

a.      Data Pengamatan

Hasil pengamatan pada percobaan tapis/filter lolos rendah yaitu sebagai berikut:

Tabel 6.2 Tabel Hasil Pengamatan pada Percobaan Tapis/Filter Lolos Rendah

No.	Frekuensi (Hz)	Vin (V)	Vout (V)
1.	100	22	2,48
2.	300	21,8	2,48
3.	500	21,2	2,44
4.	1000	22,4	2,6
5.	3000	21,6	2,72
6.	5000	21,8	2,68

Hasil pengamatan untuk tampilan gelombang ialah sebagai berikut:

     

Gambar 6.3 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

Keluaran untuk Frekuensi 100 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

Garis biru           = gelombang keluaran

                      

Gambar 6.4 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

 Keluaran untuk Frekuensi 300 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

                  Garis biru           = gelombang keluaran

    

Gambar 6.5 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

 Keluaran untuk Frekuensi 500 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

                  Garis biru           = gelombang keluaran

    

Gambar 6.6 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

    Keluaran untuk Frekuensi 1000 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

                  Garis biru           = gelombang keluaran

    

Gambar 6.7 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

 Keluaran untuk Frekuensi 3000 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

 Garis biru           = gelombang keluaran

    

Gambar 6.8 Isyarat Gelombang Masukan dan Gelombang

Keluaran untuk Frekuensi 5000 Hz

Keterangan :   Garis kuning      = gelombang masukan

 Garis biru           = gelombang keluaran

b.      Aanalisis Data

Analisis data pada percobaan tapis/filter lolos rendah yaitu sebagai berikut:

1)      Secara teori

Diketahui        : R₂        = 6,8 KΩ

                          R₁        = 12 KΩ

Ditanyakan      : AV    = …..?

Penyelesaian    :

AV        = 1 +

           = 1 +

              = 1 + 0,566

              = 1,566 kali penguatan

2)      Secara praktek

              Untuk frekuensi masukan 100 Hz :

            Diketahui     : Vin     = 22 volt

                                      Vout  = 2,48 volt        

       Ditanyakan   :  AV    

       Penyelesaian :

  AV       =

                                    =

= 0,1127 kali penguatan

  Untuk data selanjutnya dengan cara yang sama, dapat dilihat pada tabel sebagai berikut:

               Tabel 6.3 Analisis Data pada Percobaan Tapis/Filter Lolos Rendah

No.	Frekuensi Masukan (Hz)	Vi (Vp-p) (Volt)	Vo (Vp-p) (Volt)	Vo/ Vi (Kali Penguatan)
1.	300	21,8	2,48	0,11376
2.	500	21,2	2,44	0,11509
3.	1000	22,4	2,6	0,11607
4.	3000	21,6	2,72	0,1259
5.	5000	21,8	2,68	0,12294

2.      Pembahasan

Filter adalah suatu sistem yang dapat memisahkan sinyal berdasarkan frekuensinya; ada frekuensi yang diterima, dalam hal ini dibiarkan lewat, dan ada pula frekuensi yang ditolak, dalam hal ini secara praktis dilemahkan. Hubungan keluaran masukan suatu filter dinyatakan dengan fungsi alih (transfer function). Pada prinsipnya, rangkaian tapis lolos rendah ini, menghambat keluarnya sinyal dengan frekuensi tertentu akibat dari masukan yang diberikan. Tapis lolos rendah merupakan rangkaian tapis yang melewatkan sinyal berfrekuensi rendah dan menahan/menghambat sinyal berfrekuensi tinggi. Sehingga pada keluarannya hanya terdiri dari sinyal frekuensi rendah, dengan lengkung kemiringan untuk tanggapan amplitude dari 0 dB/oktaf ke -6 dB/oktaf dan tanggapan fasanya berubah dari 90⁰ ke 45⁰ /decade.

Pada percobaan ini, kami akan menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian filter lolos rendah dan mempelajari hubungan amplitudo dan fase antara isyarat masukan dan isyarat keluaran sebagai fungsi frekuensi. Pada tapis lolos rendah ini, disusun menggunakan  komponen resistor dan kapasitor dirangkai seri dan yang menjadi output adalah kapasitor. Untuk frekuensi rendah, tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Akan tetapi pada frekuensi tinggi, isyarat keluaran diperkecil.

Dalam percobaan ini juga, rangkaian Op-Amp dibentuk sebagai rangkaian filter lolos rendah dengan maksud untuk melewatkan frekuensi rendah dan memblokir masuknya frekuensi tinggi dari sinyal masukan yang diberikan. Komponen utama pada rangkaian filter lolos rendah adalah IC Op-Amp yang terdiri dari 8 kaki yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Pada kaki 3 IC Op-Amp dihubungkan dengan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. Hal ini dilakukan agar isyarat masukan yang berfrekuensi rendah dapat lolos dan frekuensi tinggi tidak diloloskan.

Berdasarkan hasil pengamatan yang telah dilakukan dalam percobaan ini, maka diperoleh besarnya nilai tegangan masukan (Vin) dan nilai tegangan keluaran (Vout) dari masing-masing frekuensi masukan yang diberikan. Untuk frekuensi masukan 100 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 22 V dan 2.48 V. Untuk frekuensi masukan 300 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 21.8 V dan 2.48 V. Untuk frekuensi masukan 500 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 21.2 V dan 2.44 V. Untuk frekuensi masukan 1000 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 22.4 V dan 2.60 V. Untuk frekuensi masukan 3000 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 21.6 V dan 2.72 V. Dan Untuk frekuensi masukan 5000 Hz diperoleh nilai tegangan masukan (Vin) dan tegangan keluaran (Vout) sebesar 21.2 V dan 2.68 V.

Dari hasil yang diperoleh diatas, menujukkan bahwa tegangan keluaran (Vout) jauh lebih kecil dibandingkan dengan tegangan masukan (Vin) yang diperoleh. Hal ini juga ditunjukkan oleh gambar gelombang yang ditampilkan pada osiloskop. Sesuai dengan fungsinya, bahwa tapis lolos rendah akan meloloskan isyarat masukan yang berfrekuensi rendah dan tidak meloloskan isyarat masukan yang berfrekuensi tinggi. Dimana berdasarkan hasil yang diperoleh, bahwa pada frekuensi masukan 100 Hz, 300 Hz, dan 500 Hz merupakan daerah tapis lolos rendah dan jika diberikan frekuensi masukan lebih besar dari 500 Hz, maka tegangan masukan dan tegangan keluarannya akan meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa pada tapis lolos rendah ini akan menyaring dan tidak meloloskan  pada frekuensi masukan yang lebih tinggi.

Dalam percobaan ini juga, akan ditentukan besarnya penguatan secara teori dan praktek. Untuk secara teori, diperoleh besarnya penguatan sebesar 1.566 kali. Besarnya penguatan secara teori bergantung pada hambatan R1 dan R2 yang dipasang. Sedangkan untuk secara praktek besarnya penguatan berbeda-beda dari masing-masing frekuensi masukan yang diberikan. Dimana, untuk frekuensi masukan 100 Hz, Av = 0.11273 kali, untuk frekuensi masukan 300 Hz, Av = 0.11376 kali, untuk frekuensi masukan 500 Hz, Av = 0.11509 kali, untuk frekuensi masukan 1000 Hz, Av = 0.11607 kali, untuk frekuensi masukan 3000 Hz, Av = 0.12593 kali, dan untuk frekuensi masukan 5000 Hz, Av = 0.12642 kali. Berdasarkan hasil yang diperoleh diatas, menunjukkan perbedaan besarnya nilai penguatan secara teori dan prkatek. Hal ini mungkin disebabkan karena praktikan kurang teliti dalam merangkai rangkaian dan kesalahan praktikan dalam membaca pada osiloskop, serta alat-alat yang digunakan sudah tidak layak pakai lagi.

E.     Penutup

1.      Kesimpulan

Kesimpulan pada percobaan tapis/filter lolos rendah ini yaitu sebagai berikut:

a.       Rangkaian filter lolos rendah dibuat dengan menggunakan sebuah resistor tunggal diserikan dengan kapasitor non-terpolarisasi tunggal (atau komponen reaktif tunggal) di sebuah sinyal input Vin, sementara output sinyal Vout diambil dari seluruh kapasitor.

b.      Frekuensi pada filter lolos rendah berbanding lurus dengan lurus dengan besarnya amplitudo yang dihasilkan dan besarnya penguatan.

2.      Saran

Adapun saran yang dapat saya ajukan pada percobaan kali ini adalah sebagai berikut:

1.      Untuk Pihak Laboratorium

Sebaiknya perlakuan yang dilakukan dalam percobaan ini, dimodifikasi lagi dan pihak laboratorium agar kiranya dapat melengkapi jumlah alat yang kurang ataupun mengganti alat yang rusak agar praktikum dapat berjalan dengan lancar dan efisien.

2.      Untuk Asisten

Menurut saya, asisten sudah baik dan bijaksana dalam membimbing kami sebagai praktikan pemula. Dan semoga ini dapat dipertahankan dan ditingkatkan lagi.