Laporan Praktikum Active Low Pass Filter Elektronika Dasar

ACTIVE LOW PASS FILTER

Muhammad Rizal Fahlepy*)
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

LATAR BELAKANG

Setiap alat elektronika yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari mempunyai beragam banyaknya komponen elektronika baik yang aktif maupun yang tidak aktif. Semua hal tersebut sudah menjadi sebuah keharusan pada semua alat elektronika tersebut. Mulai dari komponen yang terkecil sampai yang besar mempunyai peranan penting dalam mengatur skema dan komposisi arus dan tegangan dalam sebuah rangkaian elektronika.

Salah satu komponen elektronika yang perlu untuk kita ketahui adalah IC (Integrator Circuit). IC merupakan salah satu komponen elektronika yang terdiri dari beribu komponen elektronika yang lainnya dengan kemasan yang lebih kecil. Komponen yang dimaksud adalah beragam resistor, kapasitor dan tentunya transistor. Dalam hal penggunaan dan pemanfaatannya, IC tidak jauh berbeda dengan transistor yakni sebagai penguat rangkaian. Dalam hal rangkaian, IC dapat dirangkai menjadi rangkaian inverter, non- inverter, buffer, adder (penjumlah), integrator dan differensiator. Namun pada percobaan kali ini, akan digunakan rangkaian inverting dan non inverting.

Dalam pengaplikasiannya, rangkaian inverting dan rangkaian non inverting biasanya dipadukan dengan sebuah kapasitor pada sebuah rangkaian inverting. Biasanya kapasitor terpasang paralel dengan reisitor pembalik maupun dengan resistor pertama. Inilah yang disebut dengan rangkaian active high pass filter. Oleh karenanya, sangat diperlukan yang namanya percobaan untuk mengetahui sifat dari masukan serta keluaran (input output) dari jenis rangkaian ini.

RUMUSAN MASALAH

  1. Bagaimana rancangan sistem filter aktif lolos rendah orde 1 mode inverting dan non inverting?
  2. Berapa besar amplitudo tegangan filter aktif lolos rendah orde 1 sebagai fungsi frekuensi input
  3. Bagaimana cara menentukan frekuensi cut-off filter aktif lolos rendah orde 1 mode inverting dan non inverting?

TUJUAN PRAKTIKUM

Melalui eksperimen ini, mahasiswa diharapkan mampu :
  1. Merancang sistem filter aktif lolos rendah orde 1 mode inverting dan non inverting
  2. Menentukan besar amplitudo tegangan filter aktif lolos rendah orde 1 sebagai fungsi frekuensi input.
  3. Menentukan frekuensi cut-off filter aktif lolos rendah orde 1 mode inverting dan non inverting.

TEORI SINGKAT


Berdasarkan istilahnya, filter aktif mengandung komponen aktif seperti penguat operasional (Op – Amp), transistor bipolar atau transistor efek medan di dalam rangkaian filter tersebut. Penguatan filter dapat juga digunakan untuk membentuk respon frekuensi dari rangkaian filter dengan menghasilkan respon output yang dapat dipilih sempit atau lebarnya rentang frekuensinya. Dengan demikian, perbedaan dasar antara sebuah filter passif dan sebuah filter aktif adalah penguatan sinyal yang dihasilkan (Haris, 2015).

Filter aktif pada umumnya menggunakan sebuah penguat operasional (Op – Amp) dalam rangkaian filternya di mana sebuah Op – Amp akan menghasilkan suatu penguatan tegangan yang ditentukan oleh susunan resistor input (Ri) dan resistor balikannya (Rf)). Secara umum, filter aktif lebih mudah dirancang dan menghasilkan performa yang lebih baik dalam karakteristiknya.

Filter aktif dapat dibagi atas empat jenis berdasarkan rentang lebar atau sempitnya respon frekuensi output (bandwidth) yang dihasilkan yaitu :

  1. Tapis aktif lolos rendah (Active Low Pass Filter),
  2. Tapis aktif lolos tinggi (Active High Pass Filter),
  3. Tapis aktif lolos pita (Active Band Pass Filter), dan
  4. Tapis aktif lolos sekat (Active Band Stop/Notch Filter).

Pada unit ini, kajian akan dibatasi pada rangkaian tapis aktif lolos rendah (Active Low Pass Filter). Prinsip operasi dan respon frekuensinya pada dasarnya sama dengan filter passif kecuali pada kajian kali ini digunakan sebuah Op – Amp untuk kontrol penguatan. Tapis aktif lolos rendah yang akan dikaji dibatasi pada tingkat atau orde 1 dengan mode Inverting dan Non Inverting (Boylestad, 1989).

Active Low Pass Filter Inverting Mode


Besar penguatan tegangan untuk tapis aktif lolos rendah dengan mode inverting di atas adalah :
Frekuensi cut – off untuk tapis aktif lolos rendah mode inverting adalah :


Active Low Pass Filter Non Inverting Mode

Besar penguatan tegangan untuk tapis aktif lolos rendah dengan mode non inverting di atas adalah :
Frekuensi cut – off untuk tapis aktif lolos rendah mode non inverting adalah :
Respon frekuensi kedua rangkaian di atas, baik mode inverting maupun mode non inverting tetap sama dengan filter RC passif, kecuali amplitude output yang diloloskan semakin meningkat hingga sebesar AF. Tapis aktif lolos rendah untuk kedua mode memiliki penguatan konstan sebesar AF dari 0 Hz hingga frekuensi cut – off fC. Pada titik fc, penguatan menjadi 0,707AF dan setelah melewati fc maka amplitude akan menurun dengan laju konstan dengan meningkatnya frekuensi sumber (Malvino, 2003).

METODE PERCOBAAN

Alat dan Bahan

1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set. Untuk mengukur tegangan input dan output
2. Audio Function Generator (AFG) 1 set. Untuk mengatur frekuensi yang masuk ke IC
3. Op – Amp Universal kit 1 buah. Sebagai objek yang ingin diamati
4. Op – Amp Power Supply Unit 1 buah.Untuk memberi tegangan panjar pada IC
5. Resistor :1x1 kΩ, 2x10 kΩ 2 buah sebagai penghambat arus
6. Kapasitor: 10nF 1 buah sebagai pemfilter frekuensi
7. Kabel penghubung 11 buah untuk menghubungkan komponen

Identifikasi Variabel

Kegiatan 1 ( Penguat inverting)
a. Variabel manipulasi : f (Hz)
b. Variabel respon :Vout (Volt)
c. Variabel kontrol : Vin (Volt), C (nf), R1 dan R2 (kΩ)

Kegiatan 2 (Penguat non inverting )
a. Variabel manipulasi : f (Hz)
b. Variabel respon :Vout (Volt)
c. Variabel kontrol : Vin (Volt), C (nf), R1(kΩ), R2 (kΩ) dan R3 (kΩ)

Definisi Operasional Variabel

a. Vi adalah besar tegangan sumber yang digunakan pada rangkaian, dimana nilainya adalah 1 volt.

b. Vo adalah besar tegangan output yang tampak pada monitor osiloskop, satuannya adalah volt.

c. Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang terjadi dalam satuan waktu. Diperoleh dengan memutar tombol frekuensi Audio function generator yang dimulai dari 50 Hz.

d. Resistansi adalah ukuran hambatan suatu resistor, satuannya kΩ.

e. Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan, satuannya nF.

PROSEDUR KERJA

Langkah pertama adalah merangkai rangkaian tapis aktif lolos rendah mode inverting pada Op Amp Universal Kit yang disiapkan dengan komponen-komponen R1 = 1 kΩ, RF = 10 kΩ, dan CF = 10 nF. Setelah itu menghubungkan Op Amp dengan power supply sesuai polaritasnya lalu menhubungkan input rangkaian dengan AFG pada frekuensi 10 Hz. Setelah itu mengukur tegangan input dan output rangkaian. Seperti yang tertera pada gambar berikut:
Setelah selesai, langkah selanjutnya adalah menaikkan frekuensi sumber secara logaritmik dan mencatat tegangan output rangkaian untuk setiap perubahan frekuensi yang kita berikan. Kegiatan berikutnya adalah untuk rangkaian tapis aktif lolos rendah mode Non Inverting dengan spesifikasi komponen R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ, R3 = 10 kΩ dan C1 = 10 nF. Kemudian melakukan langkah-langkah seperti sebelumnya.

HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA

Untuk hasil pengamatan dan analisis data dari laporan Active Low Pass Filter ini, dapat diperoleh pada link disini (PDF)

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) . Tapis lolos rendah (low-pass filter) digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi. Filter aktif low pass adalah rangkaian filter yang menggunakan penguat operasional (Op-Amp) rangkaian terpadu (IC) dimana rangkaian filter aktif low pass ini akan meloloskan sinyal input dengan frekuensi dibawah frekuensi cut off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off rangkaian filter aktif low pass tersebut. Low Pass filter merupakan rangkaian yang memberikan redaman sangat kecil pada frekuensi bawah cut-off (-3dB) yang telah ditentukan , sedangkan frekuensi di atas frekuensi cut-off akan mendapatkan redaman sangat besar. Untuk sinyal low-pass filter direalisasikan dengan meletakkan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. 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. Pada percobaan ini melakukan dua kali percobaan yaitu filter aktif lolos rendah mode inverting dan filter aktif lolos rendah mode non inverting.

Pada percobaan filter aktif lolos rendah mode inverting dengan kenaikkan frekuensi secara logaritmik. keluaran amplitudo setiap perubahan frekuensi dimulai 100 Hz hingga nilai input Vi mendekati nilai keluaran Vo.dikarenakan rangkaian yang dihubungkan dengan inverting melewati sebuah resistor yang hambat sinyal masukan akan ada yang dikembalikan dan sedikit yang di teruskan.

Dari hasil percobaan pada percobaan filter aktif lolos rendah, menggunakan 2 resistor dan 1 kapasitor dengan mode inverting yaitu sinyal masukannya berbeda fase sebesar 1800 dengan sinyal keluarannya. Resistor dan kapasitor yang digunakan yaitu R1 = 1 (kΩ), Rf = 10 (kΩ) dan Cf : 0.000000022 PF dan Vi= 1,5 volt . Diperoleh nilai perhitungan yaitu untuk penguat secara teori yaitu : -10 volt sedangkan secara praktikum penguat adalah 18,59 dengan persentase kesalahan 60,091%, sedangkan besar frekuensi cut off yaitu 1539,36 Hz secara teori dan 700 Hz secara praktikum. Dari analisis data terlihat bahwa persentase perbedaan antara frekuensi cut-off secara teori dan praktikum sebesar 77,855%. Hal ini membuktikan bahwa percobaan kali ini sudah mendapatkan hasil yang kurang baik dikarenakan besar kesalahan antara teori dan percobaan.

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan dapat disimpulkan bahwa :

1. Filter aktif lolos rendah mode inverting Tapis lolos rendah (low-pass filter) digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam pada mode inverting sinyal masukan berbeda fase dengan sinyal keluaran . Filter aktif lolos rendah mode non inverting, digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan meredam pada mode non inverting sinyal masukan sefase dengan sinyal keluaran.

2. Cara menentukan besar amplitudo pada tegangan filter aktif lolos rendah yaitu dipengaruhi oleh frekuensi semakin besar frekuensi maka semakin kecil amplitudo.

3. Frekuensi cut –off pada filter aktif lolos rendah mode inverting yaitu 750 Hz

REFERENSI

Boylestad, R., & Nashelsky, L. (1989). Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth Edition. Delhi : Prentice Hall of India.

Bakri, Abdul Haris, dkk. 2015. Dasar-dasar Elektronika. Makassar : Badan Penerbit UNMMalvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika, Buk