Modul2

Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Fisika ITB

Modul Praktikum FI-2104 Elektronika Dasar 2009 1

MODUL II

RANGKAIAN SETARA THEVENIN DAN RANGKAIAN AC

1. TUJUAN PRAKTIKUM

Setelah melakukan praktikum, praktikan diharapkan memiliki kemampuan sebagai berikut :

1. Mampu menganalisis rangkaian thevenin

2. Mengetahui dan memahami bentuk rangkaian tapis serta fungsinya

3. Dapat menentukan frekuensi kerja tapis dari eksperimen yang dilakukan dan membandingkannya

dengan teori

4. Memahami sifat integrator dan differensiator pada rangkaian tapis

5. Menyusun rangkaian tapis (bandpass filter dan notch filter) dari rangkaian high pass dan low pass

filter

6. Dapat menganalisis keluaran (output) rangkaian jika kedua tapis digabungkan baik secara seri

maupun parallel

7. Mengetahui karakteristik resonator (RLC paralel).

2. ALAT DAN KOMPONEN

1. Signal Generator

2. Osiloskop

3. Multimeter

4. Catu Daya

5. Kit tapis lolos rendah, tapis lolos tinggi, dan resonator

6. Kabel jumper

7. PCB Thevenin

8. Solder

3. TEORI DASAR

3.1 RANGKAIAN SETARA THEVENIN

Dalam hal suatu rangkaian listrik yang mengandung sumber tegangan atau sumber arus, atau kedua-

duanya, serta mengandung resistor, kapasitor, dioda, transistor, transformator, dan sebagainya, kita dapat

menggunakan pengertian rangkaian setara, untuk mempermudah kita membahas perilaku rangkaian



dalam hubungannya dengan beban atau rangkaian lain. Ada dua bentuk dasar rangkaian setara, yakni

rangkaian setara thevenin dan rangkaian setara norton. Pada praktikum kali ini, praktikan hanya mencoba

rangkaian setara thevenin. Rangkaian setara thevenin adalah rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber

tegangan dan sebuah tahanan yang terhubung secara seri.

Gambar 1 Rangkaian Pembagi Tegangan

Untuk membuat rangkaian setara thevenin dari rangkaian di atas, praktikan harus membuat rangkaian

tersebut pada keadaan terbuka antara terminal A dan B. Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah

sebagai berikut :

1. Mencari tegangan thevenin

Karena rangkaian dibiarkan terbuka, tidak ada arus yang mengalir pada R2. Dengan demikian, tidak

ada tegangan pula pada R2. Tegangan thevenin sama dengan tegangan yang terdapat pada R3. Sesuai

dengan kaidah pembagi tegangan, diperoleh

2. Mencari hambatan thevenin

Hal pertama yang harus dilakukan untuk mencari hambatan thevenin adalah menghubung singkat

semua tegangan yang ada. Ukurlah hambatan thevenin di terminal A dan B!

Gambar 2 Pengukuran Hambatan Thevenin

Pada rangkaian di atas, ohmmeter akan mengukur nilai hambatan thevenin sebesar 10 Ω karena

resistor 4 Ω terhubung seri dengan kombinasi parallel resistor 10 Ω dan 15 Ω. Untuk lebih jelasnya,

perhatikan perhitungan hambatan thevenin di bawah ini!



3. Menggambarkan rangkaian setara thevenin

Gambar 3 Rangkaian Setara Thevenin

Seperti yang terlihat pada gambar, tegangan dan hambatan thevenin terhubung secara seri dengan

tegangan thevenin sebesar 10 V dan hambatan thevenin sebesar 10 Ω.

3.2 TAPIS (FILTER)

Bentuk umum dari pengolahan sinyal (signal processing) yaitu perubahan sinyal masukan menjadi

frekuensi keluaran yang sebanding dengan harga komponen yang digunakan. Signal processing dalam hal

ini menggunakan tapis, tapis yang ideal diilustrasikan pada gambar di bawah ini

Gambar 4 Respon Frekuensi Tapis Ideal : (a) High Pass (b) Low Pass (c) Band Pass dan (d) Notch

High pass filter yang ideal akan meloloskan semua frekuensi di atas frekuensi potong fx tanpa

pelemahan serta menahan semua frekuensi di bawah fx. Low pass filter akan melakukan hal yang

berkebalikan dengan high pass filter. Bandpass filter hanya melewatkan frekuensi di antara 2∆fo. Notch

filter atau band reject filter adalah komplemen dari bandpass filter. Filter yang tidak ideal tidak akan

memperlihatkan grafik yang menurun secara tajam (seperti pada Gambar 4).



Rangkaian tapis digunakan untuk menahan frekuensi tertentu dan meloloskan sebagian frekuensi

tertentu, bergantung pada jenis tapis yang akan kita gunakan. Rangkaian tapis (filter) yang akan kita

gunakan pada praktikum ini adalah tapis pasif.

3.2.1 Tapis Lolos Rendah (Low Pass Filter)

Rangkaian ini berfungsi sebagai rangkaian pengintegral (integrator).

Gambar 5 Tapis Lolos Rendah

Gambar 6 Bentuk Isyarat Masukan Vi dan Keluaran Vo untuk τ = RC >> T,

dengan τ adalah Tetapan Waktu

Pada frekuensi rendah, tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Namun, pada frekuensi

tinggi, isyarat keluaran diperkecil. Hambatan R dan reaktansi kapasitor C membentuk pembagi tegangan

kompleks.

………………………………(1)

dengan dan

Perbandingan antara tegangan keluaran kompleks dan tegangan masukan kompleks disebut

fungsi alih, .

………(2)



Bentuk fungsi alih, , dapat dibuat lebih sederhana menjadi

…………………………..…………….(3)

dengan .

adalah frekuensi sudut potong. Grafik sebagai fungsi frekuensi disebut tanggapan

amplitudo. Dalam melukiskan tanggapan amplitudo, biasanya digunakan rasio tegangan dalam dB

(desibel), yang didefinisikan sebagai )(

)(log20=))((

ωVi

ωVodBωG …………… (4)

3.2.2 Tapis Lolos Tinggi (High Pass Filter)

Rangkaian tapis lolos tinggi merupakan rangkaian yang berfungsi sebagai diferensiator.

Gambar 7 Tapis Lolos Tinggi

Gambar 8 Bentuk Isyarat Masukan Vi dan Keluaran Vo untuk τ = RC<<T,

dengan τ adalah Tetapan Waktu

Hambatan R dan reaktansi kapasitor C membentuk pembagi tegangan kompleks.

………………………………………………………(5)

dengan dan



Perbandingan antara tegangan keluaran kompleks dan tegangan masukan kompleks disebut

fungsi alih, .

………(6)

Bentuk fungsi alih, , dapat dibuat lebih sederhana menjadi

…………………………..……………………………….…..(7)

dengan .

adalah frekuensi sudut potong. Grafik sebagai fungsi frekuensi disebut tanggapan

amplitudo. Dalam melukiskan tanggapan amplitudo, biasanya digunakan rasio tegangan dalam dB

(desibel), yang didefinisikan sebagai )(

)(log20=))((

ωVi

ωVodBωG …………… (8)

3.2.3 Tapis Lolos Tengah (Band Pass Filter)

Rangkaian tapis lolos tengah dapat diperoleh dengan menggabungkan rangkaian tapis lolos rendah dan

tapis lolos tinggi secara seri. Frekuensi tapis lolos tengah merupakan irisan frekuensi potong dari kedua

filter di atas. Jika digambarkan secara grafik, gabungan seri dari tapis lolos rendah dan tapis lolos tinggi

akan tampak seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 9 (a) Tapis Lolos Rendah, (b) Tapis Lolos Tinggi, (c) Tapis Lolos Tengah

3.2.4 Tapis Lolos Pita (Notch Filter)

Rangkaian tapis lolos pita dapat diperoleh dengan menggabungkan rangkaian tapis lolos rendah dan tapis

lolos tinggi secara paralel. Frekuensi tapis lolos pita merupakan gabungan frekuensi potong dari kedua

filter di atas. Jika digambarkan secara grafik, gabungan paralel dari tapis lolos rendah dan tapis lolos

tinggi akan tampak seperti pada gambar di bawah ini.



Gambar 10 (a) Tapis Lolos Rendah, (b) Tapis Lolos Tinggi, (c) Tapis Lolos Pita

3.3 RESONANSI RLC PARALEL

Gambar 11 Rangkaian RLC Paralel

Apabila dibuat rangkaian di atas, kita akan memperoleh frekuensi resonansi sebagai berikut

4. PERCOBAAN


1. Pasanglah komponen-komponen pada PCB yang telah disediakan. Soderlah kaki–kaki komponen

tersebut.

2. Pastikan semua komponen telah tersolder dengan benar.

3. Hubungkan power supply dengan rangkaian thevenin (gunakan masukan tegangan sebesar +5V).

4. Setelah rangkaian terpasang, carilah ETH dan RTH.

5. Kemudian carilah Vo dengan berbagai macam hambatan RL

Vs (Volt) R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω) RL (Ω) RTH (Ω) ETH (Volt) Vo (Volt)

Tabel 1



4.2 TAPIS

4.2.1 Tapis Lolos Rendah (Low Pass Filter / LPF)

1. Hubungkan probe channel 1 osiloskop pada Vpp sinyal generator dan ground osiloskop pada ground

sinyal generator.

2. Buatlah sinyal generator menghasilkan keluaran berupa sinyal sinusoidal sebesar 500 mVpp. Amati

keluaran tersebut dengan menggunakan osiloskop.

3. Setelah diperoleh keluaran yang sesuai dari sinyal generator, hubungkan probe channel 1 osiloskop

dan Vpp sinyal generator pada input kit praktikum, hubungkan pula ground osiloskop dan ground

sinyal generator pada ground kit praktikum. Probe channel 2 dihubungkan dengan output kit

praktikum dan ground osiloskop pada ground kit praktikum.

4. Pastikan Anda telah menyusun sebuah rangkaian tertutup.

5. Ubah-ubahlah frekuensi pada sinyal generator mulai dari 100 Hz hingga 100 kHz, untuk di sekitar

frekuensi kerja, buatlah agak rapat! Tabelkan data yang telah diperoleh pada Tabel 2!

Dokumentasikan pula besar frekuensi, hambatan resistor, dan kapasitansi kapasitor.

R = Cara mengukur kapasitansi menggunakan

C = kode yg tertera pada badan kapasitor

contoh : 102 = 10x10

2 pico Farad = 1 x 10

-9

Farad

222 = 22x10

2 pico Farad = 2.2 x 10

-9

Farad

No. F (Hz) Vin (Volt) Vout (Volt)

Tabel 2



4.2.2 Tapis Lolos Tinggi (High Pass Filter / HPF)

Lakukan langkah yang sama seperti poin 1 s.d. 5 pada percobaan sebelumnya.

4.2.3 Tapis Lolos Tengah (Band Pass Filter / BPF) dan Tapis Lolos Pita (Notch Filter / NF)

Rangkailah LPF dan HPF secara seri atau parallel dan lakukan langkah yang sama seperti poin 1 s. d. 5

pada percobaan sebelumnya.

4.3 RESONANSI RLC PARALEL

Lakukan langkah yang sama seperti pada poin 1 s. d. 5 pada percobaan tapis. (Catatan : pada frekuensi

resonansi inputnya dibuat lebih rapat).

5. TUGAS LAPORAN


1. Lengkapilah semua tabel hasil percobaan Anda!

2. Buatlah analisis dengan membandingkan hasil perhitungan dan hasil eksperimen meliputi ETH dan

RTH!

3. Carilah IL berdasarkan data yang Anda dapat dari eksperimen!

5.2 TAPIS

1. Lengkapilah semua tabel hasil percobaan Anda!

2. Gambarkanlah bentuk sinyal yang Anda peroleh dari layar osiloskop dan berilah keterangan

selengkap-lengkapnya!

3. Buatlah analisis dengan membandingkan hasil perhitungan dan hasil eksperimen meliputi penguatan,

frekuensi kerja, grafik tanggapan fasa, dan grafik tanggapan amplitudo!

6. REFERENSI

1) Sutrisno.1986. ELEKTRONIKA: Teori dan Penerapannya, Jilid 1. Bandung: Penerbit ITB.

2) Buchla, David and Wayne McLachlan.1992. Applied Electronic Instrumentation and Measurement.

New York: Macmillan Publishing Company.

3) http://www.fi.itb.ac.id/

4) http://www.kpsec.freeuk.com/

5) http://www.nectec.or.th/courseware/electrical/tool/

http://www.fi.itb.ac.id/

http://www.kpsec.freeuk.com/

http://www.nectec.or.th/courseware/electrical/tool/



6) http://www.technocine.com/Equipment/

7) http://www.extras4u.com/pictures/electronics/multimeter/

8) http://www.flite.co.uk/

Sungguh,, ada kemudahan di balik kesulitan…

Bandung, Agustus 2009

Revised by : Mohamad Rendi A.S. (10206033)

Revni Yusmeiniar P. (10207078)

http://www.technocine.com/Equipment/

http://www.extras4u.com/pictures/electronics/multimeter/

http://www.flite.co.uk/

Modul2

Documents

Transcript of Modul2