ACTIVE HIGH 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 maupun non inverting. Biasanya kapasitor tersebut dipasang seri dengan sebuah resistor ataupun paralel dengan kapasitor. Inilah yang dinamakan dengan rangkaian tapis lolos tinggi atau active high pass filter.
Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut Op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat didalamnya.
Filter aktif lolos tinggi atau sering disebut dengan Active High Pass Filter (Active HPF) atau juga disebut dengan filter aktif lolos atas adalah rangkaian filter yang akan melewatkan sinyal input dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off rangkaian dan ditambahkan rangkaian penguat tegangan menggunakan operasional amplifier (Op-Amp).
Rangkaian high pass filter aktif pada dasarnya sama saja dengan filter pasif high pass, perbedaannya pada bagian output filter aktif high pass ditambahkan rangkaian penguat tegangan. Untuk mengetahui tipe – tipe filter aktif lolos tinggi dan fungsinya, maka dilakukan praktikum tentang filter aktif lolos tinggi orde 1. Oleh karenanya, sangat diperlukan yang namanya percobaan untuk mengetahui sifat dari masukan serta keluaran dari jenis rangkaian ini.
RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana rancangan sistem filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting?
- Berapa besar amplitudo tegangan filter aktif lolos tinggi orde 1 sebagai fungsi frekuensi input?
- Bagaimana cara menetukan frekuensi cut-off filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting?
TUJUAN PRAKTIKUM
- Merancang sistem filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting
- Menentuan besar amplitudo tegangan filter aktif lolos tinggi orde 1 sebagai fungsi frekuensi input.
- Menetukan frekuensi cut-off filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting.
KAJIAN TEORI
Operational Amplifier atau biasa disingkat Op – Amp, adalah sebuah penguat differensial dengan penguatan sangat tinggi dengan impedansi input yang tinggi dan dengan impedansi output yang rendah. Sebuah Op – Amp terdiri dari sejumlah tingkatan penguat differensial untuk mencapai penguatan tegangan yang tinggi. Jenis Op – Amp 741 sangat dikenal secara umum dalam penggunaan penguat, tapis aktif, aplikasi sensing dan lain sebagainya. Skema dasar dan wujud dari jenis penguat operasional (Operational Amplifier, Op – Amp) ini ditunjukkan pada Gambar berikut.
Active Low Pass Filter Inverting Mode
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).
1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set.
2. Audio Function Generator (AFG) 1 set.
3. Op – Amp Universal kit 1 buah.
4. Op – Amp Power Supply Unit 1 buah.
5. Resistor :1x1 kΩ, 2x10 kΩ
6. Kapasitor: 10nF 1 buah
7. Kabel penghubung 11 buah
Variabel respon : Tegangan Output (vo)
Variabel control : Resistansi Resistor (R) , Kapasitansi Kapasitor (C) dan Tegangan Input (vi)
2. Tegangan input adalah tegangan saat osiloskop dihungkan dengan AFG. Dimana tegangan input yang digunakan yaitu 2 volt untuk penguat inverting.
3. Frekuensi adalah variabel yang dimanipulasi dalam satuan Hz dengan kenaikan secara logaritmik dari 50 Hz – 10000 Hz.
4. Kapasitansi kapasitor adalah nilai kapasitor yang di gunakan dalam satuan nF. Kapasitansi yang digunakan adalah 10 nF.
5. Tegangan output dalah tegangan yang dihasilkan dari tegangan input yang berbentuk gelombang yang tampak pada layar osiloskop dengan satuan volt (v).
METODE PERCOBAAN
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu:1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set.
2. Audio Function Generator (AFG) 1 set.
3. Op – Amp Universal kit 1 buah.
4. Op – Amp Power Supply Unit 1 buah.
5. Resistor :1x1 kΩ, 2x10 kΩ
6. Kapasitor: 10nF 1 buah
7. Kabel penghubung 11 buah
Identifikasi variabel
Variabel manipulasi : Ferekuensi (f)Variabel respon : Tegangan Output (vo)
Variabel control : Resistansi Resistor (R) , Kapasitansi Kapasitor (C) dan Tegangan Input (vi)
Definisi operasional variabel
1. Resistansi resistor adalah nilai hambatan resistor yang digunakan dalam satuan kΩ. Resitansi yang digunakan yaitu R1 = 1 kΩ dan Rf= 10 kΩ.2. Tegangan input adalah tegangan saat osiloskop dihungkan dengan AFG. Dimana tegangan input yang digunakan yaitu 2 volt untuk penguat inverting.
3. Frekuensi adalah variabel yang dimanipulasi dalam satuan Hz dengan kenaikan secara logaritmik dari 50 Hz – 10000 Hz.
4. Kapasitansi kapasitor adalah nilai kapasitor yang di gunakan dalam satuan nF. Kapasitansi yang digunakan adalah 10 nF.
5. Tegangan output dalah tegangan yang dihasilkan dari tegangan input yang berbentuk gelombang yang tampak pada layar osiloskop dengan satuan volt (v).
PROSEDUR KERJA
Dalam praktikum ini hanya satu kegiatan yang dilakukan yaitu mode inverting. Adapun langkah – langkahnya yaitu : merakit rangkaian tapis aktif lolos tinggi pada penguat operasional universal kit yang disiapkan dengan komponen sebagai berikut. R1=1 kΩ, R2=10 kΩ, C1=10 nF. Hubungkan Op - Amp dengan power supply sesuai polaritasnya. Kemudian hubungkan input rangkaian dengan AFG pada frekuensi 10 Hz, ukur tegangan input dan output rangkaian. Lalu naikkan frekuensi sumber secara logaritmik dan catat tegangan output rangkaian untuk setiap perubahan frekuensi yang anda berikan.
HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
Untuk hasil pengamatan dan analisis data dari laporan praktikum High Pass Filter ini, dapat diperoleh pada link disini (PDF)
PEMBAHASAN
Pada percobaan berikut ini yaitu mnegenai tentang Active High-pass filter dengan tujuan merancang sistem filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting, menentukan besar amplitudo tegangan filter aktif lolos tinggi orde 1 sebagai fungsi frekuensi input dan menetukan frekuensi cut-off filter aktif lolos tinggi orde 1 mode inverting dan non inverting. Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set,Audio Function Generator (AFG) 1 set, Op – Amp Universal kit 1 buah, Op – Amp Power Supply Unit 1 buah, Resistor :1x1 kΩ, 2x10 kΩ, Kapasitor: 10nF 1 buah, dan kabel penghubung 11 buah.
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).
Pada unit ini, kajian akan dibatasi pada rangkaian tapis aktif lolos tinggi (Active High 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 tinggi yang akan dikaji dibatasi pada tingkat atau orde 1 dengan mode inverting dan non inverting.
Berdasarkan data yang dihasilkan dari praktikum kemudian di analisis sehingga di peroleh nilai AF sebesar -10 secara teori sedangkan secara praktikum nilai AF diperoleh AF(dB)=-17,08 dB dengan sebesar 0,52%. Untuk analisis grafik inverting di peroleh nilai secara teori sedangkan secara praktikum diperoleh nilai dengan sebesar 1,43%. Untuk perbedaan yang di peroleh antara hasil praktikum dengan hasil teori hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian praktikan dalam membaca alat ukur yaitu pada osiloskop sinar katoda dan sensitifnya komponen maupun alat praktikum pada sentuhan maupun karna hal-hal tertantu.
KESIMPULAN
Active High-pass filter mode inverting terdiri dari dua buah resistor, satu buah kapasitor dan satu buah Op-Amp dimana salah satu resistor di susun seri dengan kapasitor dan resistor yang satunya berfungsi sebagai feedback. Untuk menentukan besar amplitudo tegangan Active High-pass filter orde 1 sebagai fungsi frekuensi input yaitu langsung mengukur frekuensi yang berasal dari AFG pada osiloskop sinar katoda. Adapun cara menentukan frekuensi cut – off Active High-pass filter orde 1 yaitu menggunakan persamaan Hz. Berdasarkan hasil percobaan, maka dapat disimpulkan :
a. Active high pass filter dirancang dengan menggunakan sebuah resistor yang seri dengan sebuah kapasitor non polar.
b. Besar amplitudo tegangan yang diperoleh untuk mode inverting adalah -18,42 .
c. Besar frekuensi cut-off secara teori untuk rangkaian tersebut secara teori yaitu 7237.984945 Hz dan berdasarkan percobaan yang bisa terlihat pada grafik adalah 7000 Hz.
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad, R., & Nashelsky, L. (1989). Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth Edition. Delhi : Prentice Hall of India.
Malvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika, Buku 1, Jakarta : Salemba Teknika.Bakrie, Haris, Abdul & Saleh, Muh.. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 2. Makassar Laboratorium Fisika FMIPA