Blinking Cute Box Cat





pemula-AwaliHarimu

Sabtu, 22 Februari 2014

RANGKAIAN PENAPIS RC



RANGKAIAN PENAPIS RC
Minarti, Yusfirah kariskhawaty,Sitti Zam zam, Bandi
Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Alauddin Makassar
Abstrak
Telah dilakukan praktikum elektronika dengan judul “Rangkaian Penapis RC”. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Jurusan Pendidikan Fisika. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui cara menentukan jenis rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi, menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis RC lolos rendah tapis RC lolos tinggi berdasarkan grafik bode plot, merancang suatu sistem rangkaian tapis RC tingkat satu, serta mengetahui hubungan antara frekuensi dengan tegangan output pada tapis RC lolos rendah dan tapis RC lolos tinggi.  Variabel  yang diukur dalam praktikum ini adalah  frekuensi, tegangan puncak, dan tegangan output. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa untuk rangkaian RC tapis lolos rendah adalah rangkaian yang meloloskan isyarat frekuensi rendah dan menahan isyarat dengan frekuensi tinggi karena diberi pelemahan. Sedangkan rangkaian RC tapis lolos tinggi adalah rangkaian yang meloloskan isyarat dengan frekuensi tinggi dan menahan frekuensi rendah. Untuk merancang suatu system rangkaian tapis RC tingkat satu, pada rangkaian tapis lolos rendah, resistor ditempatkan sebagai input dan kapasitor sebagai outputnya, mengetahui RC tapis lolos rendah adalah dengan mengubah frekuensi, semakin besar frekuensi maka tegangannya menurun, begitu pula pada RC lolos tinggi, semakin besar frekuensinya maka tegangan keluarannya pun semakin tinggi. Hal ini sesuai dengan teori penapis lolos tinggi yaitu meloloskan frekuensi rendah dan menahan frekuensi tinngi, begitupuin tapis lolos rendah yaitu meloloskan frekuensi rendah dan menahan frekuensi tinggi.
Kata kunci: lolos rendah, lolos tinggi,tegangan puncak, dan tegangan output.

TUJUAN      
1.      Mengetahui cara menentukan jenis rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi
2.      Menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis RC lolos rendah tapis RC lolos tinggi berdasarkan grafik bode plot
3.      Merancang suatu sistem rangkaian tapis RC tingkat satu
4.      Mengetahui hubungan antara frekuensi dengan tegangan output pada tapis RC lolos rendah dan tapis RC lolos tinggi
METODOLOGI EKSPERIMEN
Teori Singkat
Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk melewatkan tegangan output pada frekuensi tertentu. Untuk merancang filter dapat digunakan komponen pasif (R,L,L) dan komponen aktif. Dengan demikian filter dapat dikelompokkan menjadi filter psif dan filter aktif(Rusmadi, 45: 2004).
Menurut Bakri (2008:180-181), sebagai dasar pemahaman tentang proses tanggapan frekuensi ini, maka kita akan hanya mengkaji pada sifat RC yang biasa meloloskan frekuensi tinggi.
1. Rangkaian tapis RC lolos rendah
Z1 = R
~
Vi
Vo
Z2 =
Untuk rangkaian jenis ini memiliki bentuk rangkaian seperti gambar (1) berikut ini :




Gambar 1 : Rangkaian tapis RC lolos rendah
Pengertian lolos rendah dalam hal ini adalah jika tegangan input (Vi) diterapkan pada rangkaian RC di atas, maka untuk frekuensi-frekuensi rendah tegangan output (V) akan sama dengan tegangan input (Vi), tetapi sebaliknya jika frekuensi yang digunakan besar maka tegangan output akan turun sesuai dengan perubahan frekuensi tersebut.
Pernyataan matematis tentang tegangan output terhadap input adalah dinyatakan oleh persamaan komplek :
                                                                                                (1)
Perbandingan antara tegangan input dan tegangan output pada persamaan (1) disebut fungsi alih (tegangan frekuensi) yang dirumuskan oleh :
                                                                        (2)
dimana disebut kutub, selanjutnya hal yang menarik untuk dikaji pada persamaan (2) adalah melukiskan grafik tanggapan amplitudo untuk tapis lolos rendah dengan menggunakan Bode-Plot. Seringkali orang melukiskan bode-plot, menggunakan ratio tegangan dalam dB (desibel), yang didefinisikan sebagai :
                                                                         (3)
2. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi
Merupakan kebalikan dari tapis lolos rendah, penapis ini akan mehanan semua sinyal yang frekuensinya dibawah frekuensi cut-off serta untuk meneruskan sinyal diatasnya Passing output dari pompa muatan langsung ke VCO menciptakan sinyal clock gelisah. Tepi jam lokal melompat bolak-balik instan dan berosilasi di sekitar posisi yang ditargetkan. Seperti telah dibahas sebelumnya, jam jitter, sangat tidak diinginkan, karena mengurangi waktu yang tersedia untuk perhitungan logika dan karena itu harus disimpan dalam persentase tertentu dari periode jam. Hal ini sebagian dilakukan dengan pengenalan loop filter. Low-pass filter ini menghilangkan komponen frekuensi tinggi dari kontrol tegangan VCO dan menghaluskan keluar responnya, yang menghasilkan pengurangan jitter. Perhatikan bahwa struktur PLL adalah struktur umpan balik dan penambahan pergeseran fase tambahan, seperti yang dilakukan oleh filter high-order, dapat menyebabkan ketidakstabilan. Sifat penting dari PLL adalah yang range-kunci rentang frekuensi input dimana loop dapat mempertahankan fungsi, kunci waktu-waktu yang diperlukan untuk PLL untuk mengunci ke sinyal masukan yang diberikan, dan jitter. Ketika di lock, sistem jam adalah N-kali frekuensi clock referensi. Memblokircomponent frekuensi rendah yang tidak diinginkan dari sebuah sinyal komplek saat melewati frekuensi tertinggi. High pass filter yang paling simple terdiri dari kapasitor yang terhubung secara pararel dengan resistor, dimana resistansi dikali dengan kapasitor (RXC) adalah time constant (τ). Secara sederhana bentuk rangkaian sebagai berikut :
Z2 = R
~
Vi
Vo
Z1 =



                       


                        Gambar 2: Rangkaian tapis RC lolos tinggi
Dengan cara yang sama seperti pada tapis RC lolos rendah, maka besar G  adalah : 
                               
dimana disebut kutub.
Prosedur Kerja
Alat dan Bahan
1.    Alat
a.   Function Generator                                                                         1 buah
b. Voltmeter                                                                                        1 buah
c.    Kabel Penghubung                                                                         5 buah
d. Osiloscop sinar Katoda (CRO)                                                       1 set
2.    Bahan
a. Resistor batu 5W 20 Ω                                                                    1 buah
b. Kapasitor 220 Ω                                                                              1 buah           
c. Kabel probe osiloskop                                                                     1 buah                                   
Identifikasi Variabel
1.      Variable Manipulasi    :Frekuensi (Hz)
2.      Variabel Kontrol         :Tegangan Puncak (volt)
3.      Variabel Respon          : Tegangan Output (volt)
Definisi Operasional Variabel
1.      Variable Manipulasi : Frekuensi (Hz) diukur menggunakan alat ukur osiloskop, satuannya Hz.
2.      Variabel Kontrol         :Tegangan Puncak (Vi) diukur menggunakan osiloskop satuannya volt
3.      Variabel Respon          : Tegangan Output (volt) diukur menggunakan osiloskop satuannya volt
ProsedurKerja
Dalam melakukan kegiatan percobaan ini, ada dua jenis rangkaian yang anda harus rangkaikan. Tetapi kedua rangkaian tersebut pada dasarnya adalah sama. Hanya yang membedakan adalah cara pengambilan outputnya saja.
1.      Percobaan Tapis Lolos Rendah (Integral)
      Membuat rangkaian seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut:























Vo
R

C

εo

 





                                  Gambar 3 : Rangkaian integral
a. Sebelum melakukan pengamatan terhadap outputnya, maka terlebih dahulu kita  harus mencatat dan mengukur:
1.      Nilai / harga komponen C dan R.
2.      Memperkirakan berapa besar frekuensi potong (cut-off) rangkaian yang telah dibuat dengan menghitung p= 1/ RC.
3.   Mengukur tegangan puncak (maksimum) audio generator untuk gelombang sinusoidal.
4.   Mempelajari dengan seksama kalibrasi untuk time/div dan volt/div pada osiloskop.
b.Setelah itu lakukan pengamatan dan pengukuran untuk tegangan output dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1.      Mengkalibrasi osiloskop.
2.      Setelah tampilan output tampak pada layar monitor osiloskop dan memastikan bahwa sistem rangkaian sudah berfungsi dengan baik.maka melakukan langkah berikutnya dengan memutar tombol/pemutar frekuensi pada angka penunjukan 1 Hz.
3.      Mengukur tegangan puncak yang tampak pada layar monitor dan sekaligus gambar model gelombang keluarannya.
4.      Melakukan langkah  (2) dan langkah (3) untuk frekuensi 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz, 600 Hz, 700 Hz, 800 Hz, 900 Hz, dan 1000 Hz, 1100 Hz, 1200 Hz, 1300 Hz, dan 1500 Hz.
5.      Mencatat hasil pengamatanpada lembar pengamatan yang  telah  disediakan.


2.    Percobaan Tapis Lolos Tinggi ( Diferensial)
Selanjutnya untuk percobaan ini bentuk rangkaiannya sama  dengan bentuk rangkaian pada gambar rangkaian integral, hanya yang menjadi output adalah R (resistor). Dan proses pengamatan dan pengambilan data sama prosesnya dengan rangkaian tapis lolos rendah. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar rangkaian diferensial berikut:
Vo
Vo
R
Vo
C
εo
 





                              Gambar 4 : Rangkaian diferensial
a. Sebelum melakukan pengamatan terhadap outputnya, maka terlebih dahulu kita  harus mencatat dan mengukur:
1.      Nilai / harga komponen C dan R.
2.      Memperkirakan berapa besar frekuensi potong (cut-off) rangkaian yang telah dibuat dengan menghitung p= 1/ RC.
3.   Mengukur tegangan puncak (maksimum) audio generator untuk gelombang sinusoidal.
4.   Mempelajari dengan seksama kalibrasi untuk time/div dan volt/div pada osiloskop.
b.Setelah itu melakukan pengamatan dan pengukuran untuk tegangan output dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1.      Mengkalibrasi osiloskop.
2.      Setelah tampilan output tampak pada layar monitor osiloskop dan memastikan bahwa sistem rangkaian sudah berfungsi dengan baik.maka melakukan langkah berikutnya dengan memutar tombol/pemutar frekuensi pada angka penunjukan 1 Hz.
3.      Mengukur tegangan puncak yang tampak pada layar monitor dan sekaligus menggambar model gelombang keluarannya.
4.  Melakukan langkah (2) dan langkah (3) untuk frekuensi 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz, 600 Hz, 700 Hz, 800 Hz, 900 Hz, dan 1000 Hz, 1100 Hz, 1200 Hz, 1300 Hz, dan 1500 Hz.
4.      Mencatat hasil pengamatanpada lembar pengamatan yang  telah  disediakan.



HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Hasil Pengamatan
Table 1: Tapis lolos rendah
Spesifikasi komponen
C = 220 μf = 220x10-6F
R = 20 Ω
No.
F (Hz)
F log
G (ɷ)(dB)
1
1
0.00
0.00
2
10
1.00
-0,02
3
20
1.30
-0.07
4
30
1.48
-0,15
5
40
1.60
-0,27
6
50
1.70
-0,41
7
60
1.78
-0,58
8
70
1.85
-0,77
9
80
1.90
-0,98
10
90
1.95
-1,20
11
100
2.00
-1,44
12
200
2.30
-4.11
13
300
2.48
-6,58
14
400
2.60
-8,64
15
500
2.70
-10,36
16
600
2.78
-11,82

Table 2: Tapis lolos tinggi
Spesifikasi komponen
C = 220 μf = 220x10-6F
R = 20 Ω
No.
F (Hz)
F log
G (ɷ)(dB)
1
1
0.00
-44,04
2
10
1.00
-24,06
3
20
1.30
-18,09
4
30
1.48
-14,65
5
40
1.60
-12,27
6
50
1.70
-10,47
7
60
1.78
-9,05
8
70
1.85
-7,91
9
80
1.90
-6,96
10
90
1.95
-6,16
11
100
2.00
-5,48
12
200
1.30
-2,13
13
300
2,48
-1,08
14
400
2,60
-0,64
15
500
2,70
-0,42
16
600
2,78
-0,30

Analisis data
Spesifikasi komponen
C  = 1000 µF = 1000 x 10-6 F
R  = 100 Ω
1.      Perhitungan p
2.      Perhitunganfrekuensipotong (fp)
fp =
fp =
3.      Perhitungan untukmasing – masingfrekuensidenganmenggunakanrumus:
Table 7.1 : Hasil Perhitungan  untuk masing – masing frekuensi
No.
f
(Hz)
(rad/s)
1
10
62,80
2
20
125,60
3
30
188,40
4
40
251,20
5
50
314,00
6
60
376,80
7
70
439,60
8
80
502,40
9
90
565,20
10
100
628,00

4.      Perhitungan f log
Table 7.2 : Hasil perhitungan f log
No
f
f  log
1
10
1,00
2
20
1,30
3
30
1,48
4
40
1,60
5
50
1,70
6
60
1,78
7
70
1,85
8
80
1,90
9
90
1,95
10
100
2,00

5.      Tapis Lolos Rendah
Perhitunganfungsialihtegangan G  dB tapislolosrendahdenganmenggunakanRumus:
G  dB =
Tabel 7.3 : Hasil perhitungan fungsi alih tegangan G  dB tapis lolos rendah
No.
F
(Hz)
F log
G  dB
1
10
1,00
-16,07
2
20
1,30
-22,01
3
30
1,48
-25,51
4
40
1,60
-28,01
5
50
1,70
-29,94
6
60
1,78
-31,53
7
70
1,85
-32,86
8
80
1,90
-34,02
9
90
1,95
-35,05
10
100
2,00
-35,96

1.      Grafik tanggapan amplitude tapis lolos rendah
6.      Tapislolostinggi
Perhitunganfungsialihtegangan G  dB dengan menggunakan Rumus:
G  dB =
 Tabel 7.4 : Hasil perhitunganfungsialihtegangan G  dB
No.
f (Hz)
F  log
G  dB
1
10
1,00
-0,11
2
20
1,30
-0,03
3
30
1,48
-0,01
4
40
1,60
-0,01
5
50
1,70
0,00
6
60
1,78
0,00
7
70
1,85
0,00
8
80
1,90
0,00
9
90
1,95
0,00
10
100
2,00
0,00

2.             Grafik tanggapan amplitude tapis lolos tinggi

Pembahasan
            Pada percobaan ini digunakan satu buah resistor 20 Ω dan sebuah kapasitor 220 x 10-6 F, dengan nilai komponen diperoleh 227.27 rad/s, melalui persamaan p = 1/RC dan nilai frekuensi potong sebesar 36,18 Hz.melalui persamaan fp = ½ πrc, dan nilai V input sebesar 2.2 volt. Karena perangkat ini hanya menggunakan komponen pasif resistor kapasitor sehingga disebut dengan system order tingkat satu yang outputnya pada dua komponen tersebut.
1.      Tapis lolos rendah
Pada tapis lolos rendah, 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.  Percobaan ini menunjukkan kesesuaian dengan teori praktikum, isyatrat dengan frekuensi rendah. Dapat diketahui bahwapada tapis lolos rendah, isyaratnya adalah frekuensi rendah diloloskan, sedangkan isyarat dengan frekuensi tinggi ditapis/ atau mendapatkan pelemahan sehingga fungsi kompleks G(w) akan semakin kecil sepertiyang terlihat pada table tanggapan amplitude tapis lolos rendah. Kemudian pada grafik hubungan F log dengan G(ɷ) terlihat bahwa frekuensi Fp garisnya dikatakan diloloskan.
2.      Tapis lolos tinggi
Pada percobaan ini tidak berbeda jauh dengan tapis lolos rendah, hanya saja yang menjadi output adala resistor, karena rangkaian tidak memperhitungkan polaritas sumber  karena sumber jenis AC. Dari data percobaan tangapan amplitude, pada grafik tersebut menunjukkan meneruskan isyarat dengan frekuensi rendah difilter atau disaring. Pada grafik tangapan amplitude lolos tinggi menunjukkan tapis meneruskan isyarat dengan frekuensi tingi, yaitu frekuensi diatas Fp diberikan pelmahan atau filter, sesuai dengan analisis data bahwa, makin tingi frekuensinya, maka makin besar pula keluarannya. Dan fungsi kompleks G (ɷ) dB akan semakin besar.
Pengamatan berdasarkan bode plot adalah hubungan antara fungsi alih tegangan dan frekuensi, dimana frekuensi yang ditunjukkan pada bode plot, digunakan sebagai hasil praktikum.
SIMPULAN DAN DISKUSI
Simpulan yang diperoleh dalam percobaan ini bahwa rangkaian RC tapis lolos rendah adalah rangkaian yang meloloskan isyarat frekuensi rendah dan menahan isyarat dengan frekuensi tinggi karena diberi pelemahan. Sedangkan rangkaian RC tapis lolos tinggi adalah rangkaian yang meloloskan isyarat dengan frekuensi tinggi dan menahan frekuensi rendah. Untuk merancang suatu system rangkaian tapis RC tingkat satu, pada rangkaian tapis lolos rendah, resistor  ditempatkan sebagai input dan kapasitor sebagai outputnya. Hubungan antara frekuensi dengan tegangan output pada rangkaian RC tapis lolos rendah yaitu semakin besar frekuensinya maka tegangan outputnya semakin rendah. Ini karena karakteristik dari rangkaian tapis RC lolos tingi yang hanya meloloskan frekuensi tinggi.








DAFTAR RUJUKAN
Haris Abdul,dkk. 2008.Dasar-Dasar Elektronika. Makassar : Badan Penerbit Universitas Negeri Makassar.

Fardo, Stephen W. dan Dale R. Patrick.2008.Electrical and Electronics Fundamentals       .United States of America: The Faimont the Press Inc.

Maini, Anil K. 2007. Digital Electronics. United States of America: John Wiley & Sons Inc.
Nahvi, Mahmood dan Joseph A. Edminister. 2003. Teory and Problems of  Electrics Circuit. United States of America: Mc.Graw-Hill.

Rusmadi, Dedi.2004. Elektronika Mengenal Teknik. Bandung : Pionir Jaya.