Makalah tentang

FILTER (PPENYARING)

”Tekhnik Elektronika”

Dosen Pembimbing : Drs. H. Sukaya

OLEH:

1E1

TEKNIK ELEKTRONIKA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2014

KATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT , yang atas rahmat-Nya

sehinnga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul ”FILTER ATAU

PENYARING” penulisan maklah ini merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah ”TRKNIK ELEKTRONIKA” di universitas negri padang.

Dalam penulisan makalah ini kami merasa masih banyak kekurangan baik pada tekhnik penulisan maupun materi, mengingat dari kemampuan yang kami miliki. Untuk itu ,kritik dan saran dari semua pihak sangat kami harapkanndemi penyempurnaan pembuatan makalah ini.

Dalam penulisan makalah ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar –besarnya kepada pihak-pihak yang membantu dan menyelesaikan makalah ini, khususnya kepada Dosen kai yang telah memberikan tugas dan petunjuk pada kami,sehinnga kami dapat menyelesaikan tugas ini.

DAFTAR ISIKATA PENGANTAR

BAB I PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

TUJUAN

BAB II PEMBAHASAN

A. FILTER CAPACITOR

B. FILTER CONDUKTOR

C. FILTER L (LC)

D. FILTER PHI

E. RIPPLE FACTOR

BAB III PENUTUP

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULAN

LATAR BELAKANG

Dalam dunia elektonika sudah sering digunakan rangkaian pencatu tegangan atau rangkaian powe supply. Rangkaian ini memiliki bagian-bagian atau blok yang memiliki fungsi tersendiri. Seperti blok awal yang terdiri dari trafo stepdown yang befungsi sebagai penurun tegangan yang menurunkan tegangan dari tegangan 220VAC hingga menjadi tegangan 12V,6V,18VDC dan lainnya sesuai dengan trafonya.

Kemudian rangkaian penyearah dengan menggunakan diode penyearah . yang mengearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC. Tegangan yang lewat tersebut masih memiliki noise atau kerutan sinyal . maka dibuatlah rangkaian filter (penyaring) untuk menghilangkan noise tersebut. Untuk itu pada makalah ini akan dibahas teori tentang rangkaian filter.

TUJUAN

A. Mampu menjelaskan prinsip kerja filter

B. Mampu membedakan watak dari berbagai macam filter

C. Mampu menganalisa berapa besar ripple factor

BAB II

PEMBAHASAN

Filter

Filter pada DC PSU berfungsi untuk menyaring riak gelombang dari rectifier. Pada

pembahasan sebelumnya diketahui ternyata faktor riak dari rectifier masih sangat besar(121%

untuk half wave rect. dan 47% untuk full wave rect.). Ripple ini akan menjadi penyebab

banyak gangguan pada rangkaian yang sensitif terhadap perubahan tegangan, misalnya pada

peralatan untuk telekomunikasi dan rangkaian digital. Ripple inilah yang akan dihilangkan

atau diminimalkan dengan menggunakan filter. Jenis -jenis filter yang biasa digunakan pada

DC PSU diantaranya :

Filter C( Filter Kapasitor )

Filter RC-Seri ( Resistor – Kapasitor )

Filter LC-Seri ( Induktor – Kapasitor )

Filter PHI

A. FILTER CAPACITOR (CAPASITOR FILTER)

Pada gambar 8.8-a kita menambahkan sebuah kapasitor sebagai filter pada

penyearah setengah gelombang. Pada setengah periode positif (1), diode berpanjar maju

dan arusmengalir dari B menuju A melewati C, beban dan diode. Kapasitor C akan

dengan cepat terisi seharga tegangan puncak masukan, pada saat yang sama arus juga

mengalir lewat beban. Arus awal yang mengalir pada diode biasanya berharga

sangat besar kemudian berikutnya akan mengalami penurunan (lihat gambar 8.8-b).

Filter kapasitor adalah rangkaian filter yang paling sederhana karena hanya terdiri

dari satu kapasitor yang dirangkai paralel dengan beban. Gambar 4.1b menunjukkan

gambar rangkaian rectifier yang sudah ditambah dengan filter kapasitor.

Cara kerja filter kapasitor didasarkan pada kemampuan kapasitor untuk menyimpan

muatan listrik untuk waktu sementara. Jika dioda D dalam kondisi “ON” atau konduksi,

maka arus dari trafo juga akan bercabang dua, mengisi kapasitor dan mengalir melewati R

beban. Jika dioda D dalam kondisi “OFF”, maka kapasitor C akan mengalirkan muatannya

melewati R beban, sehingga pada R akan selalu ada arus listrik yang mengalir. Arah arus

listrik pada R beban akan selalu searah/sama, tetapi level tegangannya akan bervariasi.

Untuk lebih jelasnya, cara kerja filter kapasitor dapat digambarkan secara grafik sebagai

berikut :

- Selama waktu T1, tegangan output rectifier yang membesar mengakibatkan dioda

D dalam kondisi “ON”, hal ini berarti kapasitor mempunyai kesempatan untuk

mengisi muatannya(“Charging”). Perhatikan bahwa kapasitor dirangkai parallel

dengan R beban.

- Setelah tegangan rectifier mencapai puncak, maka berikutnya tegangan rectifier

berkurang hingga mencapai nol. Pada saat inilah dioda “D” akan berhenti konduksi

karena tegangan pada kapasitor lebih besar dibandingkan tegangan rectifier.

- Muatan yang tersimpan pada kapasitor tidak bisa dikembalikan ke dioda “D” karena

kondisi reverse dioda, melainkan muatan kapasitor akan dialirkan ke resistor beban.

Arus dari kapasitor yang mengalir ke beban mengakibatkan muatan kapasitor

berangsur berkurang(“Discharge”), sehingga tegangan beban juga

mengecil.(digambarkan dengan gradien garis negatif)

Penurunan rumus untuk filter kapasitor dijelaskan sebagai berikut :

- Selama T1 tegangan kapasitor tidak perlu dipermasalahkan, karena arus beban di-

supply langsung dari dioda “D”.

- Yang menjadi masalah adalah selama T2 dimana arus yang mengalir ke beban

sangat tergantung kepada muatan kapasitor.

- Baik selama T1 dan T2 tegangan kapasitor selalu berubah terhadap waktu, dimana

persamaan tegangan kapasitor adalah :

Perubahan tegangan kapasitor per satuan waktu dapat dituliskan dengan persamaan :

Pada ruas kiri persamaan di atas, perubahan tegangan kapasitor sama dengan tegangan

ripple peak-to-peak itu sendiri. Hal ini dapat dituliskan sebagai :

sedangkan perubahan tegangan kapasitor terjadi selama waktu T1 dan T2. Dengan

menganggap bahwa T1 << T2(dianggap bahwa waktu “charge” jauh lebih kecil

dibandingkan waktu “discharge”) maka dianggap bahwa T ≅ T2, sehingga :

Pada gambar 4.2, bentuk gelombang tegangan kapasitor sebenarnya bukanlah bentuk

segitiga, melainkan kombinasi antara sinusoidal(selama T1) dan logaritmik(selama T2).

Bentuk gelombang seperti gambar tersebut sangat rumit perhitungannya, sehingga untuk

memudahkan perhitungan, maka digunakan pendekatan gelombang segitiga.(dianggap

bahwa bentuk gelombang tegangan kapasitor tersebut berbentuk segitiga -- tentu ada

error yang timbul --)

Dengan asumsi di atas, maka akan digunakan persamaan nilai efektif bentuk tegangan

segitiga yaitu :

*persamaan di atas hanya berlaku untuk bentuk gelombang segitiga

*penurunan rumus untuk tegangan efektif/rms gelombang segitiga tidak diuraikan

disini

Tegangan ripple peak-to-peak adalah 2 x tegangan ripple maksimum atau

Sehingga

Jadi

Dari persamaan di atas, dapat diturunkan persamaan untuk menghitung ripple factor dari

filter kapasitor yaitu :

Dimana

Maka

Jadi ripple factor pada rangkaian filter kapasitor dirumuskan :

Keterangan :

C = kapasitansi kapasitor

f = frekuensi output rectifier

RL = resistansi beban

Perhatikan bahwa variabel frekuensi pada persamaan di atas berbeda antara rectifier half

wave dengan full wave. Jika rectifier yang digunakan adalah jenis full wave, maka frekuensi

f harus dikali 2(perhatikan gambar 2.3)

Dari analisa secara grafik pada gambar 4.2, maka dapat dihitung tegangan DC rata-rata

yang mengalir ke beban sebesar :

Sehingga didapat:

B. FILTER INDUKTOR

Induktor adalah komponen elektronika yang memiliki kemampuan untuk menyimpan

dan melepaskan energi. Penyimpanan energi dilakukan dengan mengalirkan arus dan

mengubahnya menjadi medan magnet. Kenaikan arus yang mengalir pada induktor

mengakibatkan naiknya medan magnet. Penurunan arus pada induktor mengakibatkan

jatuhnya harga medan magnet dan energi akan terlepas.

Kemampuan induktor untuk menyimpan dan melepaskan energi dapat

digunakan untuk proses penyaringan. Tegangan induksi karena adanya perubahan

medan magnet akan dilawan oleh kenaikan arus yang mengalir melalui induktor.

Penurunan arus yang mengalir akan mendapatkan reaksi yang sama. Pada prinsipnya,

induktor akan berusaha melawan terjadinya perubahan arus yang melaluinya. Tapis-L

sangat cocok untuk penyearah dengan arus beban yang besar (lihat gambar 8.6).

Penyearah dengan tapis-L diperlihatkan pada gambar 8.11, dimana induktor

cukup dipasang secara seri dengan diode dan beban. Arus yang masuk pada beban akan

selalu melewati induktor. Tapis-L tidak menghasilkan tegangan keluaran setinggi yang

dihasilkan tapis-C. Induktor cenderung akan menahan arus pada harga rata-ratanya.

Cara kerja filter RC-Seri sama dengan cara kerja Low Pass Filter yaitu melewatkan tegangan

frekuensi rendah dan menghambat tegangan frekuensi tinggi.

Dari gambar 4.4 di atas, persamaan tegangan input adalah :

sedangkan tegangan output adalah sama dengan tegangan kapasitor, maka persamaan

tegangan di atas dapat ditulis juga :

dengan menggunakan persamaan hukum Ohm, dapat ditulis bahwa

* i(t) = arus yang mengalir melewati R dan kapasitor

Arus yang melewati kapasitor dapat dihitung dengan cara membagi tegangan input

dengan total impedansi rangkaian, atau dengan cara mudahnya :

Tetapi mengingat bahwa yang diperhitungkan disini adalah tegangan AC(ripple adalah

komponen tegangan AC yang terdapat pada output filter) maka persamaan di atas tidak

bisa ditulis secara mentah, melainkan harus menggunakan perhitungan impedansi total

dalam sistem tegangan AC yaitu :

Sehingga

Jika persamaan arus di atas disubstitusikan ke persamaan tegangan output, maka didapat :

Sehinnga

Dengan asumsi bahwa

Maka dapat ditulis menjadi :

C. FILTER LC

Secara praktis induktor tunggal jarang digunakan sebagai tapis. Kombinasi

LC

lebih banyak digunakan, yaitu dengan memasang seri antara induktor dan

kapasitor

yang dihubungkan secara paralel dengan beban (lihat gambar 8.12).

Induktor akan

mengontrol perubahan besar pada arus beban sedangkan kapasitor

digunakan untuk

menjaga tegangan keluaran pada harga yang konstan. Kombinasi LC ini

dapat

menghasilkan tegangan keluaran DC yang relatif lebih halus.

Filter LC-Seri mempunyai fungsi sama dengan filter RC-Seri, hanya saja menggunakan

komponen induktor untuk mengurangi rugi-rugi tegangan pada sisi output filter. Gambar

4.5 menunjukkan rangkaian aplikasi filter jenis ini.

dari rangkaian gambar 4.6 dapat dituliskan persamaan tegangan input-outputnya sebagai

berikut :

sedangkan tegangan output adalah sama dengan tegangan kapasitor, maka persamaan

tegangan di atas dapat ditulis juga :

dengan menggunakan persamaan hukum Ohm, dapat ditulis bahwa

* i(t) = arus yang mengalir melewati L dan kapasitor

Arus yang melewati kapasitor dapat dihitung dengan cara membagi tegangan input

dengan total impedansi rangkaian, atau dengan cara mudahnya :

Tetapi mengingat bahwa yang diperhitungkan disini adalah tegangan AC(ripple adalah

komponen tegangan AC yang terdapat pada output filter) maka persamaan di atas tidak

bisa ditulis secara mentah, melainkan harus menggunakan perhitungan impedansi total

dalam sistem tegangan AC yaitu :

Sehingga

Jika persamaan arus di atas disubstitusikan ke persamaan tegangan output, maka didapat :

Sehingga

Dengan asumsi bahwa

Maka dapat ditulis menjadi

Harus diingat bahwa komponen induktor selalu mempunyai parameter faktor kualitas,

yaitu perbandingan antara reaktansi induktif terhadap resistansi statik yang dirumuskan

dengan :

Faktor kualitas dari induktor diperlukan untuk perhitungan drop tegangan pada filter LC-

Seri

D. FILTER PHI

Penyearah Pi dibuat dengan menambahkan sebuah kapasitor pada penyearah tapis-LC.

Kedua kapasitor terhubung secara paralel dengan beban L R dan seri dengan induktor L.

Seperti terlihat pada gambar 8.13, penempatan komponen ini membentuk huruf Yanani pi (Π)

sesuai dengan nama tapis ini.

Pengoperasian tapis-pi dapat dipahami dengan melihat L dan C2 sebagai tapis LC.

Bagian rangkaian ini berfungsi sebagai tegangan keluaran dari input tapis C1. Sedangkan

C1 terisi oleh puncak masukan penyearah. Tentu saja keluaran ini akan memiliki tegangan

riak identik dengan tapis-C. Tegangan ini diumpankan ke C2 melalui induktor L. C2

kemudian menahan muatannya pada intervaal waktu sesuai konstanta waktu 2 C RL .

Hasil ini akan mendapatkan proses penyaringan lebih lanjut oleh L dan C2. Dengan

demikian tegangan riak pada tapis ini akan jauh lebih rendah dibandingkan dengan tapis-C

tunggal. Namun demikian terdapat penurunan tegangan keluaran akibat melewati induktor

L.

Filter Phi sebenarnya adalah filter kapasitor yang dikaskade dengan filter LC-Seri.

Gambar

4.7 menunjukkan rangkaian aplikasi filter Phi

Tegangan n ripple rms dari rangkaian adalah :

Vm adalah besaran tegangan ripple dari 0 ke π

Vr adalah besaran semua tegangan ripple

Vm didapat

Karena

Maka

Maka

Dan ripplenya didapatkan

E. RIPPLE FACTOR

a. C Faktor Riak/Ripple Factor

Faktor riak didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan riak efektif dengan tegangan

dc rata-rata. Dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

Vripple-rms merupakan gelombang periodik(pengamatan secara grafik) dan dihitung sebagai

komponen AC dari tegangan output rectifier, sedangkan VDC-average dapat dihitung dari

persamaan integral sinusoidal yang sudah dibahas pada bagian 3.A dan 3.B Persamaan untuk

menghitung tegangan ripple efektif dituliskan sebagai berikut :

b. C.1 Faktor Riak/Ripple Factor Penyearah Setengah Gelombang

Untuk dapat menghitung faktor riak/ripple factor dari tiap jenis penyearah, maka perlu

menghitung tegangan ripple efektif dari setiap jenis penyearahnya. Proses perhitungan

ditampilkan pada uraian berikut :

Untuk penyearah setengah gelombang diketahui :

Dan

Maka

Faktor riak penyearah setengah gelombang dapat dihitung

c. C.2 Faktor Riak/Ripple Factor Penyearah Gelombang Penuh

Untuk penyearah gelombang penuh diketahui :

Faktor riak penyearah gelombang penuh dapat dihitung :

Dari hasil perhitungan di atas dapat,maka dapat dibuat tabel kesimpulan seperti berikut :

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

Filter terdiri atas beberapa jenis : yakni capasitor,file inductor, filter (LC),filter

Bentuk phi. Rangkaian ini memiliki fungsi yang berbeda dan penggunaannya tergantung

kebutuhan kita. Filter juga memiliki tegangan ripple yang merupakan tegangan buangan dari

capasitor

DAFTAR PUSTAKA

Website : www.elektronik-tutorial.com

Milman,Jacob & susanto, mikroelektronika II, Jakarta:1992 penerbit

Erlangga hal .25

Ebook didatik3 ,bab 3 DC Power Supply