Elektronika Komunikasi · Modul 1 . PT2123 - Elektronika Komunikasi - Rangkaian Resonator 2 ......

Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi

Fakultas Ilmu Terapan

2016

RANGKAIAN RESONATOR

(Resonator Circuit / Tune Circuit)

Elektronika Komunikasi

Modul 1

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Rangkaian Resonator 2

Fungsi :

Memilih / meloloskan sinyal pada frekuensi

tertentu, meredam secara significant di luar

frekuensi yang diinginkan.

Jadi rangkaian resonator: Rangkaian yang dapat

meloloskan frekuensi tertentu dan menghentikan

frekuensi yang tidak diinginkan


Karakteristik Respon Ideal

Penguatan (dB)

-

-


Respon Resonator “Praktis”

Frekuensi(Hz )

Penguatan( dB )

0

-3

Insertion Loss

Ripple

Ultim

ate

atte

nu

atio

n

Stop Bandf 3 f c f 2f 1

Stop

Band

f 4

- 60

Pass Bandwidth

Bandwidth ( - 60 dB)


Beberapa definisi yang perlu diketahui:

Resonansi : kondisi dimana komponen reaktansi dari suatu impendansi berharga nol pada frekuensi tertentu.

Bandwidth / lebar pita : Perbedaan antara frekuensi atas dan frekuensi bawah (f2 – f1), respon amplitudonya -3 dB dibawah respon passband. Jadi yang diloloskan hanya diantara f1 dan f2, diluar frekuensi tersebut diredam secara signifikan.

Faktor kualitas (Q) : parameter untuk mengukur tingkat selektivitas rangkaian.

BdBW

fcQ 312 ff

fc



Faktor bentuk ( Shape Factor = SF ) : Perbandingan BW 60dB (redaman besar)terhadap BW 3 dB (redamankecil ) pada rangkaian resonator (seberapa miring terhadap ideal).

Ultimate Attenuation :Redaman minimum akhir yang diinginkan/dikehendaki rangkaian resonansi diluar passband.

Ripple / Riak :Ukuran dari kerataan passband rangkaian resonansi yang dinyatakan dalam dB.

dBBW

dBBWSF 3

60

12

34

ff

ff



Insertion Loss : loss yang ditimbulkan oleh pemasangan suatu rangkaian (komponen tidak ideal) antara sumber tegangan dan suatu beban.

Tuning/ penalaan : pengaturan harga L dan C agar dapat beresonansi pada frekuensi kerjanya.

RS

Vout = RL/ (RL+RS).VS =0.5 VS

RLVS


Analisis Rangkaian

Resonansi RC paralel L

Resonansi RL paralel C

Resonansi RLC seri

Konversi rangkaian paralel ke rangkaian

seri

Konversi rangkaian seri ke rangkaian

parallel



2016

1.1 Rangkaian resonator paralel

(Loss less components)


Rangkaian LC parallel dapat dimodelkan

sebagai ideal band pass filter, dimana :

Induktor ideal

Kapasitor ideal

Beban dibuka / ‘open’


Rangkaian Paralel single-pole BPF

Vo

C

Rs

L

Switch

Vs


Respon Vo/Vs Jika menggunakan “ C kecil”

dan “ L Besar” :

- 3

0

f2 f1fr

Frek ( Hz)

Rs dan L ( switch ke kanan )

6 dB/octav

Rs & C (switch ke kiri )

V0/ Vs (dB)20.LogP

en

gu

ata

n (

dB

)


Respon Vo/ Vs jika “ C diperbesar” & “ L diperkecil”

f1 f2

Gab :Rs,L,C

Rs& L

Rs & C

V0/ V

s(dB)20.Log

-3

Pe

ng

ua

tan


Rangkaian resonator jika Vs short

Saat rangkaian resonansi

Xc = XL = X Paralel

↓ ↓

Sehingga

Dan nilai

paralel

paralelr

dB

c

X

R

ff

f

BW

fQ

123

fC2

1 fL2

LCff cr

2

1

CRsfCf

Rs

Lf

Rs

X

RQ r

rrparalel

paralel

2

212

XLX

CRs


Beban Rl (< ~ ) ,L dan C ideal

Sehingga

RLRs

RLRsRlRsRp

//

frCRpfrL

Rp

Xp

RpQ

2

2

RLL

C

Vs

RpLC

RS


Respon Rangkaian Resonator

-60

-50

-30

- 40

Q = 200

Q = 100

Q= 10

Q = 5

Pe

ng

ua

tan

(d

B)

Frekuensi (F/Fr)1

0


Contoh soal

1. Suatu generator dengan RS= 50 Ώ , C dan L

tanpa rugi-rugi . C= 25 pF dan L= 0,05 μ H ,

RL= open circuit. Tentukanlah nilai :

a. fc = fr = …?

b. Q = …?

c. Bw 3dB..?

2. a. jika soal no.1 diatas nilai RS= 1000 Ω hitung

nilai Q

b. Jika soal 2.a diatas diberi nilai RL = 1000 Ω

hitung nilai Q


Contoh soal

3. Rancanglah suatu rangkaian resonator yang

mempunyai spesifikasi sbb :

RS = 150 Ω ; RL = 1 k Ω ; C dan L ideal

Respon sbb :

example 2-1 RF Circuit design

0

-3

Penguatan ( dB )

f( M Hz ) 48,75 50 51,25



2016

1. 2. Resonator dengan “L dan C

mempunyai rugi-rugi/komponen

Losses”


Pengertian dan Model L dan C dengan rugi-rugi :

L

L – Ideal

Menyimpan seluruh energi dalam

Medan Magnet

L praktis dengan rugi-rugi

Ada energi yang dibuang / dilepas

berupa panas di resistor

C – Ideal

Menyimpan seluruh energi dalam

Medan Listrik

C praktis dengan rugi-rugi

Ada sebagian energi yang dilepas

berupa panas di resistor

C RC

LR


Akibat dari komponen Losses / ada rugi-rugi komponen :

Q tidak mungkin lebih besar dari Q untuk Lossless komponen

Respon resonator mengalami redaman pada frekuensi resonansi

Frekuensi resonansi sedikit tergeser dengan adanya Losses / rugi

Pergeseran fasa pada filter tidak akan nol di frekuensi resonansi


Tingkat rugi-rugi pada L/C dinyatakan dalam factor

kualitas Q

Untuk L/C seri dengan R :

Rseri ≈ Rs Xs = 2.π.f.Ls atau

Q Xs =

s

s

R

X

sfC2

1

RsLs RsCs


Kadang Induktor L atau Kapasitor C dengan rugi-rugi

juga dimodelkan sebagai rangkaian paralel dengan R-nya

RCp

Cp

RLp

Lp

p

Cp

p

Lp

pX

R

X

RQ

p

pppfC

XfLX

2

1atau 2

Faktor kualitas Komponen Qp:


Konversi dari “seri” ke “paralel” ekivalennya, jika Rs dan Xs diketahui maka Xp dan Rp bisa dicari

Untuk Q < 10,

Dimana, jika Q > 10 Rp Q2 . RS

12 QRR sp

Q

RX

p

p

ps QQQ

Rs

Rp

Xs

Xp

Seri

Paralel Ekivalen

Qp, Qs, Q :Faktor kualitas Komponen


Rangkaian Resonator menggunakan L dan C

dengan rugi-rugi

Vs

R s

L

RLs

C

R Cs

RL


Rangkaian Ekivalen untuk menentukan Q (Vs short):

Rs L

RLs

C

RCs

RL Rs Lp RLp Cp RCp RL

P

LSLP

p

p

dB

csistem

X

RRR

X

R

BW

fQ

////

3

pfC2

1Xp = 2 fLp atau Xp =

Lp Cp Rp


Perbandingan Respon LC untuk 3 kondisi:

0 dB

-3dB

Beban + Losses Component( Praktis)

Beban + Lossless Component

Open circuit + Lossless Compnent(Ideal)

Insertion loss

Penguatan(dB)

Frekuensi (Hz)


Contoh Soal:

1. Suatu inductor 50 nH dengan hambatan rugi-rugi yang disusun secara seri sebesar 10 . Pada f = 100 MHz. Carilah besarnya L dan R baru jika ditransformasikan ke rangkaian ekivalen Paralelnya !


2. Rancanglah rangkaian resonansi sederhana supaya menghasilkan BW3dB = 10 MHz pada frekuensi tengah 100 MHz!! Komponen yang dipakai sebagai berikut :

a. Hambatan sumber dan beban masing-masing 1000 , Kapasitor yang digunakan Ideal (Lossless C)

b. Sedangkan Induktor mempunyai factor Q = 85

Kemudian Carilah besarnya “Insertion Loss” rangkaian tersebut!




2016

1.3 Transformator Impedansi

Tujuan: Menaikkan Q dengan

menaikkan Rs (atau RL)


TRANSFORMATOR IMPEDANSI

Transformasi Impedansi

dengan kapasitor yang

di-tapped di tengah

Rangkaian ekivalen untuk

mencari Q

Rs’ = RL transfer

daya maximum

AC

RLL

C2

C1

RS

Rs Rs'

21

21T

C C

C C C

2

2

1C1 Rs Rs'

C10 QL

RS’ RLCT L


TRANSFORMATOR IMPEDANSI

Transformasi

Impedansi dengan

Induktor yang di-

tapped

Rangkaian

ekivalennya

AC

RS

CRLn2

n1

1

2 Rs Rs'

n

n2

RS’ RLC LT


Contoh Soal:

Rancang suatu Resonator dengan spesifikasi

sbb:

Q = 20 pada fc = 100 MHz

Rs = 50 ohm , RL = 2000 ohm

Gunakan rangkaian transformasi impedansi C

tapped dengan asumsi QL = 100 pada 100

MHz




2016

1.4 Rangkaian Resonator paralel

ganda Tujuan: Untuk memperbaiki shape

faktor.


Tujuan: Untuk memperbaiki shape faktor: a. Hubungan seri dikopling kapasitor

Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator

a

12Q

C C

singleQ

awalQ aQ

RS

L LC CAC

C12

RL

Resonator 1 Resonator 2

TE3623 - Elektronika Komunikasi - Rangkaian Resonator 35

Respon ‘Resonator ganda’

aQ 0,707 Q Q

coupling critical kondisi Pada

gandatotal

Resonator

tunggal [Qa ]

Resonator

ganda [Q tot]

0 dB

-3 dB

- 60 dB

f1 f1'

fR f2f2'

Penguatan

f


b. Hubungan seri dikopling Induktor

Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator

L Q L a12

singleawala QQ Q

RS

L LC CAC RL

L12


Hubungan seri dikopling aktif

12

Q Q Q

1

1totalakhir

n

Q1 : faktor

kualitas

resonator

tunggal

n : banyaknya

rangkaian

resonator

kaskade

LLL CC C

VIN

+8V


Contoh Soal: example 2-5 RF Circuit design

Desainlah suatu rangkaian resonator yang terdiri dari 2

buah resonator identik yang dihubungkan seri dengan

kopling induktor (diset pada kondisi critical coupling),

sehingga terpenuhi spesifikasi sbb:

fc = 75 MHz ; BW3dB = 3,75 MHz ; Rs = 100 ohm

RL = 1000 ohm ; Asumsikan QL = 85 pada fc

Terakhir gunakan transformasi impedansi C yang di tapped

(di sumber) untuk menaikkan Q!

AC LLC1C

C2RS

L12

RL



2016

1.5 Rangkaian Resonator seri


Resonansi RLC seri

Faktor kualitas Q suatu rangkaian resonansi seri

didefinisikan sebagai rasio antara tegangan induktif

dengan tegangan resistif.

RL

C

Vs

RCQ

CL

R

L

V

VQ

SOSO

SO

SO

R

L

1,

1,


Impendansi seri untuk rangkaian tersebut dalam Q adalah :

221

,1

1

11

11

1

QyRZ

yjyQR

QjR

RCR

LjR

RCR

LjR

CLjRZ

SO

SO

SO

SO

SO

SOSO

SO


Dari rumus tersebut tampak bahwa semakin tinggi Q

dari suatu rangkaian menghasilkan selektivitas yang

baik. Selektivitas biasa dinyatakan dengan Bandwidth 3

dB.

Qy

Qy

RQyR

1

1

21

3

22

3

22

3

y3 = 1/ Q harus positif


pada f2 > fso, dan 1/Q positif

2

2

2

222

2

2

23

22

0

1

SOSOSO

SOSO

SO

SO

SO

SO

fQ

f

Q

ff

Q

ffff

Qf

f

f

fy

y


pada f1 < fso, dan 1/Q positif

Q

f

Q

f

Q

f

fQ

f

Q

ff

Q

f

Q

f

ffBW

fQ

f

Q

ff

Q

ffff

Qf

f

f

fy

SOSOSO

SOSOSO

SOSOSO

dB

SOSOSO

SOSO

SO

SO

22

2222

22

0

1

2

2

2

2

123

2

2

1

12

1

2

1

1

3

Dari persamaan ini

tampak bahwa

semakin besar Q,

maka akan semakin

sempit Bandwidth 3

dB. Untuk rangkaian

seri biasanya Q

antara 10 – 300

Elektronika Komunikasi · Modul 1 . PT2123 - Elektronika Komunikasi - Rangkaian Resonator 2 ......

Documents

Transcript of Elektronika Komunikasi · Modul 1 . PT2123 - Elektronika Komunikasi - Rangkaian Resonator 2 ......