LDK maba Pend.Fisika angkatan 2013

Einstein

LAPORAN ELDAS: TAPIS/FILTER LOLOS RENDAH DAN TAPIS/FILTER LOLOS TINGGI

TAPIS/FILTER LOLOS RENDAH DAN TAPIS/FILTER LOLOS TINGGI

A.  PENDAHULUAN

1.    Latar Belakang

Terdapat berbagai macam rangkaian-rangkaian elektronik yang sangat penting dalam memfungsikan alat-alat elektronik seperti handpone, tv, laptop, dan lain sebagainya Salah satu rangkaian yang terdapat dalam rangkaian elektronik adalah rangkaian tapis/filter.

Sebuah tapis/filter merupakan sebuah jaringan yang didesain agar dapat melewatkan isyarat pada daerah frekuensi tertentu.  Daerah frekuensi dimana isyarat dapat diloloskan disebut pita lolos (pass band) dan daerah frekuensi dimana isyarat ditolak disebut pita henti (stop band).  Filter dengan pita lolos pada frekuensi rendah disebut filter lolos rendah, sedangkan untuk pita lolos frekuensi tinggi disebut filter lolos tinggi (Anonim, 2015).

Contoh penggunaan filter ini adalah pada aplikasi audio, yaitu pada peredam frekuensi tinggi (yang biasa digunakan pada tweeter) sebelum masuk speaker bass atau subwoofer (frekuensi rendah). Contoh aplikasi low-pass filter pada sinyal digital adalah memperhalus gambar dengan Gaussian blor (Toifur, 2005). High-pass filter memiliki banyak aplikasi. Diantaranya digunakan sebagai bagian dari crossover audio untuk mengarahkan frekuensi tinggi ke tweeter sementara pelemahan sinyal bass yang dapat menggangu, atau kerusakan, pembicara (Sutanto, 1994).

Berdasarkan teori diatas, kita belum mengetahui bagaimana rangkaian op-amp sebagai rangkaian filter lolos rendah dan filter lolos tinggi, serta bagaimana hubungan amplitudo dan fase antara isyarat masukan dengan isyarat keluaran sebagai fungsi frekuensi. Untuk mengetahuinya, maka dilakukanlah praktikum ini yang membahas semua itu secara rinci.

2.    Tujuan Praktikum

Tujuan praktikum pada percobaan tapis/filter lolos rendah dan tapis/filter lolos tinggi adalah sebagai berikut.

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

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

B.  LANDASAN TEORI

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

Gambar 9.1 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).

Fungsi rangkaian filter untuk menyaring, menahan atau melewatkan frekuensi tertentu. Rangkaian filter dapat dibuat dari komponen pasif maupun aktif. LPF (Low Pas Filter) atau filter lolos rendah akan melewatkan frekuensi rendah atau dengan kata lain  low pass filter akan memberikan tegangan keluaran yang konstan dari DC hingga frekuensi cutoff (frekuensi 0,707 atau frekuensi-3dB) seperti di tunjukan dalam gambar dibawah ini.

Gambar 9.2 Hubungan Vo dengan Frekuensi

Gambar 9.3 Rangkaian Tapis/Filter Lolos Rendah

(Ahmad, 2007).

Pada dasarnya filter dapat dikelompokan menjadi empat berdasarkan response (tanggapan) frekuensinya yaitu filter lolos rendah/low pass filter (LPF), filter lolos tinggi/high pass filter (HPF), lolos rentang/band pass filter (BPF), filter tolak rentang/band stop filter (BSF) atau notch filter. Dengan memanfaatkan rangkaian pembagi tegangan, diperoleh tegangan output-nya adalah V_out. Untuk filter lolos tinggi: 1). Frekuensi tinggi (f˃˃) Gain = 1 G = 0 dB, 2). Frekuensi rendah (f˂˂) Gain = ωRC , atau G = -20 log ωRC, 3). Slopenya (untuk f˂˂) adalah -6 dB/oktaf atau -20 dB/decade ( Wijaya, 2012).

Untuk filter lolos tinggi pada frekuensi rendah tegangan keluaran diperkecil, sedangkan pada frekuensi tinggi tegangan keluaran sama besar dengan tegangan masukan.

             Tegangan keluaran diambil pada R

                            

                 Gambar 9.4 Rangkaian Sederhana Filter Lolos Tinggi

         Z₂ = R ……………………………………………………………..........   (1)

         Z₁ =  …………………………………………………………………   (2)

(Yohandri, 2009).

C.  METODE PRAKTIKUM

1.    Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan tapis/filter lolos rendah dan tapis/filter lolos tinggi dapat dilihat pada Tabel 9.1 berikut.

Tabel 9.1 Alat dan Bahan Percobaan Tapis/Filter Lolos Rendah dan Tapis/Filter Lolos Tinggi

No.	Nama Alat dan Bahan	Fungsi
1.	Resistor: 20 kΩ, 12 kΩ, 6,8 kΩ	Sebagai penghambat
2.	2 Buah Kapasitor : 0,01 μF dan 1 μF	Untuk menyimpan muatan listrik
3.	IC Op-Amp: μA741	Sebagai penguat tegangan
4.	Osiloskop	Menampilkan isyarat masukan dan keluaran gelombang
5.	Pembangkit Isyarat AC (Function Generator-FG)	Sebagai pembangkit isyarat gelombang
6.	Pencatu Daya: ±12 V DC	Sebagai sumber arus listrik
7.	Papan Rangkaian	Sebagai tempat rangkaian
8.	Kabel Penghubung	Untuk menghubungkan rangkaian
9.	Probe	Menghubungkan Catu daya atau FG pada rangkaian.
10.	Ground	Untuk mentanahkan rangkaian

2.    Prosedur Kerja

Prosedur kerja pada percobaan tapis/filter lolos rendah dan tapis/filter lolos tinggi ini adalah sebagai berikut.

a.    Menyusun rangkaian Op-Amp filter lolos rendah dan filter lolos tinggi seperti terlihat pada gambar 9.1 dan gambar 9.2.  Pencatu daya µA741 dibuat dengan memasang dua baterai atau sumber DC variabel.

Gambar 9.5 Rangkaian Op-Amp sebagai Filter Lolos Rendah

Gambar 9.6 Rangkaian Op-Amp sebagai Filter Lolos Tinggi

b.    Pada Rangkaian Op-Amp sebagai filter lolos rendah, Dengan menggunakan FG, mengatur frekuensi isyarat sinusoida masukan v₁ 500 Hz dengan amplitudo 2 Vp-p.  Menghubungkan isyarat masukan ke Ch. 1 osiloskop dan isyarat keluaran ke Ch. 2.  Pembacaan pada osiloskop adalah V₁=............ Vp-p. A_V =       Beda fase antara isyarat masukan dan keluaran f = ................................ ⁰. Tampilan isyarat masukan dan keluaran yang ada di osiloskop adalah (membuat satu gelombang saja):

Ch.1 (isyarat masukan) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... Vi               = .............. Vp-p Ch.2 (isyarat keluaran) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... V0              = .............. Vp-p f                = ..........................

 

c.    Mengulangi langkah b (tanpa menggambar sketsa) untuk beberapa frekuensi lain dan melengkapi tabel.

d.    Pada Rangkaian Op-Amp sebagai filter lolos tinggi, dengan menggunakan FG, mengatur frekuensi isyarat sinusoida masukan V_i 5 kHz dengan amplitudo 2 Vp-p.  Menghubungkan isyarat masukan ke Ch.1 osiloskop dan isyarat keluaran ke Ch.2.  Pembacaan pada osiloskop adalah V_i = ................. Vp-p.

V_o = ................... Vp-p.  A_V = ................. . Beda fase antara isyarat masukan dan keluaran f =           ⁰.  Tampilkan isyarat masukan dan keluaran yang ada di osiloskop adalah (buat satu gelombang saja):

Ch.1 (isyarat masukan) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... Vi               = .............. Vp-p Ch.2 (isyarat keluaran) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... V0              = .............. Vp-p f                = ..........................

 

e.    Mengulangi langkah d (tanpa menggambar sketsa) untuk beberapa frekuensi lain dan melengkapi tabel.

D.  HASIL DAN PEMBAHASAN

1.    Hasil

a.    Data Pengamatan

1)   Filter Lolos Rendah

Data pengamatan pada percobaan filter lolos rendah dapat dilihat pada Tabel 9.2 berikut.

Tabel 9.2 Data Pengamatan pada Filter Lolos Rendah

No.	Frekuensi (Hz)	Vin (volt)	Vout (volt)
1.	100	10,60	10,60
2.	300	10,60	10,60
3.	500	10,60	10,40

Hasil pengamatan yang ditampilkan berupa bentuk gelombang pada layar osiloskop dimana harga frekuensinya divariasikan dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 9.7 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 100 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,60 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,60 V

Gambar 9.8 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 300 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,60 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,60 V

Gambar 9.9 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 500 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,60 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,40 V

2)   Filter Lolos Tinggi

Data pengamatan pada prcobaan filter lolos tinggi dapat dilihat pada Tabel 9.3 berikut.

Tabel 9.3 Data Pengamatan pada Filter Lolos Tinggi

No.	Frekuensi (Hz)	Vin (volt)	Vout (volt)
1.	100	10,40	10,40
2.	500	10,40	10,40
3.	5000	10,40	10,40
4.	10000	10,20	10,20

Hasil pengamatan yang ditampilkan berupa bentuk gelombang pada layar osiloskop dimana harga frekuensinya divariasikan dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 9.10 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 100 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,40 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,40 V

Gambar 9.11 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 500 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,40 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,40 V

Gambar 9.12 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 5000 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,40 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,40 V

Gambar 9.13 Gelombang Masukan dan Gelombang Keluaran pada Frekuensi Masukan 10000 Hz

Keterangan:

Garis kuning (gelombang masukan), Vin = 10,20 V

Garis biru (gelombang keluaran), Vout = 10,20 V

b.   Analisis Data

1)   Filter Lolos Rendah

a)   Secara Teori

Diketahui:   R₁ = 6.8 kΩ

                    R₂ = 12 kΩ

Ditanyakan:        A_V = .... ?

Penyelesaian:

                      A_V

= 1 + 0,566

= 1,566 kali

b)   Secara Praktek

Untuk frekuensi masukan 100 Hz

Diketahui:   V_in   = 5,52 Volt

                    V_out  = 40,8 Volt

Ditanyakan: A_V    = .... ?

Penyelesaian:

                    A_V   

                           

= 1 kali

Dengan cara yang sama untuk data yang lain dapat dilihat pada Tabel 9.4 berikut.

Tabel 9.4 Analisis Data pada Tapis/Filter Lolos Rendah

No.	Frekuensi Masukan (Hz)	Vin (Volt)	Vout (Volt)	AV (Kali)
1.	100	10,60	10,60	1
2.	300	10,60	10,60	1
3.	500	10,60	10,40	0,98

2)   Filter Lolos Tinggi

a)   Secara Teori

Diketahui:   R₁ = 6,8 kΩ

                    R₂ = 12 kΩ

Ditanyakan:        A_V = .... ?

Penyelesaian:

                      A_V

= 1 + 0,566

= 1,566 kali

b)   Secara Praktek

Untuk frekuensi masukan 100 Hz

Diketahui:   V_in   =10,40 Volt

                    V_out  = 10,40 Volt

Ditanyakan: A_V    = .... ?

Penyelesaian:

                    A_V   

                           

= 1 kali

Dengan cara yang sama untuk data yang lain dapat dilihat pada Tabel 9.5 berikut.

Tabel 9.5 Analisis Data pada Tapis/Filter Lolos Tinggi

No.	Frekuensi Masukan (Hz)	Vin (volt)	VOut (volt)	Av (kali)
1.	100	10,40	10,40	1
2.	500	10,40	10,40	1
3.	5000	10,40	10,40	1
4.	10000	10,20	10,20	1

2.    Pembahasan

Tapis lolos rendah yaitu sebuah filter yang digunakan untuk meloloskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi. Filter lolos tinggi yaitu jenis filter yang melewatkan sinyal frekuensi tinggi dan meredam sinyal berfrekuensi rendah.

Data pengamatan pada filter lolos rendah menggunakan frekuensi 100 Hz, 300 Hz dan 500 Hz. Vin dan Vout yang dihasilkan pada masing-masing frekuensi sama, yaitu 10,60 Volt. Data pengamatan pada filter lolos tinggi, mengunakan frekuensi 100 Hz, 500 Hz, 5000 Hz dan 10000 Hz. Vin dan Vout yang dihasilkan pada frekuensi 100 Hz, 500 Hz dan 5000 Hz sama, yaitu 10,40 volt. Sedangkan pada frekuensi 10000 Hz Vin dan Vout yang dihasilkan yaitu 10,20 Volt.

Analisis data untuk filter lolos rendah dan filter lolos tinggi,untuk tegangan penguatan secara teori yaitu 1,566 kali. Tegangan penguatan secara praktek untuk filter lolos rendah pada frekuensi 100 Hz, 300 Hz dan 500 Hz secara berturut-turut 1 kali, 1 kali dan 0,98 kali. Tegangan penguatan secara praktek pada filter lolos tinggi pada frekuensi 100 Hz, 500 Hz, 5000 Hz dan 10000 Hz masing-masing adalah 1 kali.

Pada filter lolos rendah, gelombang masukan dan gelombang keluaran pada frekuensi 100 Hz, 300 Hz dan 500 Hz bentuknya hampir sama namun ada perbedaan-perbedaan dari setiap frekuensi. Begitu pula pada filter lolos tinggi, gelombang masukan dan gelombang keluaran pada frekuensi 100 Hz, 500 Hz, 5000 Hz dan 10000 Hz juga berbeda, gelombang masukan pada filter lolos tinggi untuk setiap frekuensi adalah berbentuk sinusoidal. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan gelombang ini yaitu karena frekuensinya berbeda-beda.

Hubungan antara frekuensi terhadap tegangan masukan dan tegangan keluaran secara teori pada tapis lolos rendah yaitu semakin tinggi frekuensi maka tegangan masukan semakin besar dan tegangan keluaran semakin kecil. Sedangkan  hubungan antara frekuensi terhadap tegangan masukan dan tegangan keluaran secara teori pada tapis lolos tinggi yaitu semakin besar frekuensi maka tegangan masukan semakin kecil dan tegangan keluaran semakin besar. Namun, secara praktek diperoleh tegangan masukan dan tegangan keluaran sebanding atau sama besar. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh kerusakan alat yang digunakan pada saat melakukan pengukuran atau terjadi kesalahan pengukuran.

E.  PENUTUP

1.    Kesimpulan

Berdasarkan praktikum yang kami lakukan dapat disimpulkan bahwa:

a.    Rangkaian filter lolos rendah terdiri dari dua buah resistor yang dipasang secara seri dengan sumber sinyal dan sebuah kapasitor dipasang secara paralel dengan sumber sinyal sehingga mampu melewatkan frekuensi rendah dan meredam frekuensi tinggi. Rangkaian filter lolos tinggi terdiri dari kapasitor yang terhubung secara paralel dengan resistor sehingga mampu melewatkan frekuensi tinggi dan meredam frekuensi rendah.

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

2.    Saran

Saran yang dapat kami sampaikan pada percobaan ini adalah sebagai berikut.

a.    Untuk pengelola laboratorium, agar memperbaiki atau mengganti alat-alat laboratorium yang sudah rusak.

b.    Untuk asisten, agar ditingkatkan lagi cara menjelaskannya pada saat membimbing.

c.    Untuk praktikan, agar tetap menjaga kekompakan dan menjaga kerapian alat-alat di laboratorium setelah melakukan praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, Jayadin. 2007. Eldas. http://ftp.gunadarma.ac.id/handouts/S1-Sistem Komputer/Pengetahuan Komponen komputer/eldas.pdf. Diakses pada Tanggal 15 Mei 2015.

Anonim. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar. Universitas Halu Oleo. Kendari.

Sutanto. 1994. Rangkaian Elektronika. Universitas Indonesia. Jakarta.

Sutrisno. 1986. Elektronika Jilid 1. Penerbit ITB. Bandung.

Toifur, 2005. Indonesian Journal of Materials Science.[pdf]. http://jusami. batan.go.id/terbitan-lalu-detail-materi.php?thn=2005id=48.Diakses pada Tanggal 15 Mei 2015.

Wijaya, Sastra Kusuma. 2012. Diktat Elektronika I. Universitas Indonesia. Jakarta.

Yohandri. 2009. Rangkaian Peredam Sinyal (Filter). http://andipiliang.                   files.wordpress.com/2013/05/lecture4.pdf. Diakses pada tanggal 15 Mei 2015.