RANGKAIAN FILTER RC

Sri Agustini*) Indri Gayatri Patangke, Nurbaeti Suci Qalbi, Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

Jurusan FisikaUniversitas Negeri Makassar

Tahun 2014Abstrak

Telah dilakukan praktikum tentang rangkaian Filter RC dengan tujuan praktikum yaitu mahasiswa mampu membedakan jenis rangkaian RC tapis lolos rendah dan tinggi, yang kedua, menentukan frekuensi cut-off rangkaian tapis RC lolos rendah dan lolos tinggi berdasarkan bode-plot, dan yang ketiga merancang suatu sistem rangkaian tapis RC tingkat satu. Terdapat 2 Proses pengambilan data yang dilakukan yakni filter lolos rendah dan filter tapis lolos tinggi. Dalam praktikum ini alat dan bahan yang dibutuhkan yaitu audio function generatao,osiloskop, resistor, kapsitor, kabel penghubung. Berdasarkan analisis data yang telah dlakukan, dapat disimpulkan bahwa rangkaian tapis lolos rendah meloloskan frekuensi rendah tetapi menahan frekuensi tinggi, sedangkan tapis lolos tinggi meloloskan frekuensi tinggi dan menahan frekuensi rendah. Pada frekuensi cut-off kurva terletak pada skala -3dB fungsi alih tegangan yaitu 15000 Hz pada iintegrator sedangkan frekuensi cut-off pada differensiator diambil dari kurva -3 dB fungsi alih tegangannya yaitu 17000 Hz. Untuk merancang system rangkaian tapis RC tingkat satu maka Resistor dan Kapasitor disusun seri

Kata kunci : Diferensiator, Frekuensi cut-off, Integrator

PENDAHULUAN

Saat ini kita mengenal alat-alat elektronik dimana didalamnya terdapat berbagai komponen elektronika yang memiliki funsi masing-masing perpaduan antara Saat ini kita telah mengenal yang namanya alat-alat elektronik, dimana dalamnya terdapat berbagai macam komponen-komponen elektonika yang memiliki fungsi masing-masing. Perpaduan antara berbagai komponen seperti resistor, dan kapasitor dalam suatu rangkaian, dapat berfungsi untuk menahan ataupun meloloskan frekuensi tertentu sehingga rangkaian tersebut dapat dikatakan sebagai rangkaian filter RC.

Hal inilah yang menjadi dasar untuk melakukan praktikum yang

berjudul Rangkaian Filter RC (RC low and High –Pass Filter). Dimana praktikum ini bertujuan agar mahasiswa dapat membedakan jenis rangkaian RC tapis lolos rendah dan tinggi, mampu menentukan frekuensi cut-off rangkaian tapis RC lolos rendah dan lolos tinggi berdasarkan bode-plot, serta mampu merancang suatu sistem rangkaian tapis RC tingkat satu.

.

TEORI

Perkenalan rangkaian RC telah dibahas pada percobaan sebelumnya. Tetapi kali ini, akan dikaji sifat RC sebagai penapis frekuensi. Artinya rangkaian RC ada yang bersifat meloloskan frekuensi rendah, tetapi

menahan frekuensi tinggi, dan begitu pula sebaliknya.

Dasar pemahaman tentang proses tanggapan frekuensi ini, maka kita hanya akan mengkaji pada sifat RC yang bisa meloloskan frekuensi rendah dan tinggi dan sebagai alat pengubah (converter) gelombang persegi-ke-segitiga dan persegi-ke-pulsa dengan, masing-masing, mengintegrasikan dan mendiferensialkan gelombang inputnya dan rangkaiannya sendiri masing-masing disebut rangkaian integrator dan rangkaian diferensiator orde 1, yang hanya terdiri dari sebuah resistor yang seri dengan sebuah kapasitor yang ditunjukkan oleh gambar berikut

Gambar 3.1 Model Rangkaian (a) Integrator (b) Differensiator

Tapis Lolos Rendah RC

Untuk tapis lolos rendah yang dihasilkan oleh pengintegralan RC, sinyal keluaran rangkaian merupakan integral dari sinyal masukan yang dinyatakan oleh:

[3.1]Di mana rasio Vo/Vi atau faktor

penguatan tegangan (AV) dari rangkaian

pada Gambar 3.1 (a) ditentukan dengan :

AV =V 0

V 1

=X c

√ R2+X2c

= 1√¿¿¿

Dan menghasilkan frekuensi kritis atau frekuensi cut-off sebesar :

f c=1

2πRC

Plot ternormalisasi antara faktor penguatan tegangan AV terhadap frekuensi f menghasilkan kurva seperti pada gambar berikut:

Gambar 3.2. Plot ternormalisasi dari rangkaian pada Gambar 3.1

Tapis Lolos Tinggi RC

Untuk tapis lolos tinggi yang dihasilkan oleh rangkaian differensiator RC, sinyal keluaran rangkaian merupakan diferensial dari sinyal masukan yang dinyatakan oleh :

[3.4]

Dengan rasio Vo/Vi atau faktor penguatan tegangan (AV) dari rangkaian pada Gambar 3.1 (b) ditentukan dengan

AV =V 0

V 1

=X c

√ R2+X2c

= 1√¿¿¿ [3.5]

Dan menghasilkan frekuensi kritis atau frekuensi cut-off sebesar :

f c=1

2 πRC [3.6]

Plot ternormalisasi antara faktor penguatan tegangan AV terhadap frekuensi f menghasilkan kurva seperti pada gambar berikut.

Gambar 3. Plot ternormalisasi dari Gambar 3

METODOLOGI PERCOBAAN

Pada percobaan ini Alat dan bahan yang dibutuhkan yaitu Osiloskop sinar katoda, Auio unction generator, resistor, kapasitor, kabel penghubung. Dalam melakukan kegiatan ini, ada dua jenis rangkaian yang dianalisis. Tetapi kedua rangkaian tersebut pada prinsipnya adalah sama. Hanya yang membedakan adalah cara pengambilan outputnya saja. Kegiatan pertama yaitu rangkaian integrator dan kegiatan kedua yaitu rangkaian diferensiator.

Prosedur kerja pada kegiatan pertama adalah dibuat rangkaian di atas papan kit seperti gambar di bawah ini.

Gambar 4. Rangkaian Integrator

Sebelum dilakukan pengamatan terhadap outputnya, terlebih dahulu dicatat dan diukur nilai/harga komponen C dan R. Setelah itu diperkirakan berapa besar frekuensi potong (Cut-Off) rangkaian yang dibuat dengan menggunakan persamaan

f c=1

2πRC. Kemudian diukur tegangan

puncak Vi (maksimum) audio generator untuk gelombang persegi. Setelah langkah awal di lakukan, selanjutnya dilakukan pengamatan dan pengukuran untuk tegangan output Vo. Setelah tampilan output tampak pada layar monitor osiloskop, berikutnya tombol/pemutar frekuensi diputar pada angka penunjukan 30 Hz. Diukur tegangan puncak yang tampak pada layar monitor dan sekaligus memfoto model gelombang keluarannya. Kemudian frekuensi diganti sebesar 300Hz, 400 Hz, hingga 1000 Hz, 2000 Hz, 3000 Hz hingga 10000 Hz dan seterusnya. Kemudian hasil pengamatan dicatat pada lembar kerja.

Prosedur kerja pada kegiatan kedua yaitu dirangkaian rangkaian yang sama dengan rangkaian integrator, hanya yang menjadi output adalah R (resistor). Dan proses pengamatan dan pengambilan data sama prosesnya dengan kegitan pertama.

melakukan pengukuran maka potensiometer diputar hingga mencapai titi maksimum, pada kegiatan ini

Gambar 5. Rangkaian diferensiator

Identifikasi Variabel

Pada kegiatan pertama Variabel Manipulasi yaitu Frekuensi (Hz) Variabel kontrol yaitu Resistansi(Ω), Kapasitansi(F), Tegangan Sumber Vin

(volt) Variabel Respon yaitu Tegangan Keluaran Vo (volt) sedangkan pada Kegiatan 2 Variabel Manipulasi yaitu Frekuensi (Hz). Variabel kontrol yaitu Resistansi(Ω), Kapasitansi (F) & Tegangan Sumber Vin(volt). Variabel Respon yaitu Tegangan Keluaran Vo

(volt)

Definisi operasional variabelKegiatan 1 dan 2 (sama)

Frekuensi f adalah banyanknya getaran suatu benda tiap satuan waktu (s), dimana dalam kegiatan ini frekuensi sumber berfungsi sebagai sinyal yang akan ditapis pada rangkaian RC, besarnya frekuensi masukan dapat diatur pada audio function generator. Resistansi resistor R adalah kemampuan resistor untuk menghambat arus yang mengalir dalam rangkaian. Kapasitansi kapasitor C adalah banyaknya muatan listrik yang dapat disimpan oleh kapasitor. Pada

percobaan ini, resistor bersama-sama dengan kapasitor bertugas menyaring frekuensi masukan. Tegangan input Vin

adalah besarnya beda potensial pada sumber. Dan tegangan keluaran Vo

adalah beda potensial di titik keluaran pada rangkaian setelah sinyal masukan ditapis ada rangkaian RC.

HASIL PERCOBAAN DAN

ANALISIS

Hasil PengamatanR = 1000 ± 5%Ω C = 10 x 10-9 µF

Kegiatan 1. Rangkaian IntegratorVin = 2 volt

Tabel 1. Hubungan antara Frekuensi (f ¿ terhadap Tegangan Output (V)

IntegratorNo. f (Hz) Vout (volt)1. 300 22. 400 23. 500 24. 600 25. 700 26. 800 27. 900 28. 1000 1.99. 2000 1.910. 3000 1.911. 4000 1.8512. 5000 1.813. 6000 1.714. 7000 1.715. 8000 1.6516. 9000 1.617. 10000 1.618. 20000 1.0819. 3000 0.8

20. 4000 0.621. 5000 0.5222. 6000 0.4223. 7000 0.424. 8000 0.3225. 9000 0.3226. 10000 0.2827. 20000 0.1428. 30000 0.0929. 40000 0.0730. 50000 0.06

Kegiatan 2. Rangkaian DiferensiatorVin = 2 volt

Tabel 2. Hubungan antara Frekuensi (f ¿ terhadap Tegangan Output (V)

DiferensiatorNo. f (Hz) Vout (volt)1. 300 0.042. 400 0.053. 500 0.064. 600 0.075. 700 0.086. 800 0.17. 900 0.118. 1000 0.129. 2000 0.2410. 3000 0.3611. 4000 0.4612. 5000 0.5613. 6000 0.6814. 7000 0.7215. 8000 0.816. 9000 0.8817. 10000 0.9218. 20000 1.419. 30000 1.520. 40000 1.521. 50000 1.5

22. 60000 1.523. 70000 1.524. 80000 1.525. 90000 1.626. 100000 1.627. 200000 1.628. 300000 1.6

Anlisis Grafik

100 1000 10000 100000 1000000

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

f (Hz)

A (d

B)

15000,-3

Grafik 1.1 Hubungan frekuensi terhadap Amplitudo pada frekuensi lolos rendah

100 1000 10000 100000 1000000

-35

-33

-31

-29

-27

-25

-23

-21

-19

-17

-15

-13

-11

-9

-7

-5

-3

-1

f (Hz)

A (d

B)

Grafik 1.2 Hubungan Frekuensi terhadap Amplitudo pada Filter lolos Tinggi

17000,-3

Analisis Perhitungan

1. Rangkaian RC lolos rendaha. Secara teori

f C=1

2πRC

¿ 1

2 π (1000 Ω )(10 ×10−9 F)

¿ 1

2 π 10 ×10−6

¿0.015792 ×106 Hz

¿15923.5 Hz

ω= 1

√RC

¿1

√(1000 Ω )(10× 10−9 F)

¿1

√10 x10−6 F ¿¿

¿100000 rad / s

b. Secara praktikumf c=15000 Hz

ω=2 π f C

¿2 π 15000 Hz

¿113040 Hz

%diff =| f teori−f prak

f teori+ f prak

2 |100 %

|159235 Hz−15000 Hz15461 |100 %

¿|0.05|100 %

¿5 %

%diff =|ωteori−ωprak

ωteori+ω prak

2 |100 %

¿|100000−113040106520 |100 %

¿|0.122|100 %

¿12 %

2. Rangkaian RC lolos tinggia. Secara teori

f C=1

2 πRC

¿ 1

2 π (1000 Ω )(10 ×10−9 F)

¿ 1

2 π 10 ×10−6

¿0.015792 ×106 Hz

¿15923.5 Hz

ω= 1

√RC

¿ 1

√(1000 Ω )(10× 10−9 F)

¿1

√10 x10−6 F ¿¿

¿100000 rad / s

b. Secara praktikum

f c=17000 Hz

ω=2 π x 17000

¿106760 rad / s

%diff =| f teori−f prak

f teori+ f prak

2 |100 %

¿|15923 Hz−17000 Hz16461 |100%

¿|0.06|100 %

¿6 %

%diff =|ωteori−ωprak

ωteori+ω prak

2 |100 %

¿|100000−106760103380 |100 %

¿|0.06|100 %

¿6 %

PEMBAHASAN

Pada peraktikum ini telah dilakukan filter RC lolos tinggi dan frekuensi lolos rendah. Kita menggunakan resistor dan kapasitor sebagai penyaring. Ada 2 jenis kegitan yang dilakukan yitu yaitu integrator dan diferensiator, untuk mencari besarnya frekuensi cut-off. Dimana untuk menentukan frekuensi cut-off baik rangkaian integrator maupun rangkaian diferensiator secara teori dapat dicari melalui persamaan f=1/(2πRC), sedangan secara praktikum dapat ditentukan dengan menarik garis pada analisis kurva hasil percobaan, dimana pada kurva alih tegangan terhadap frekuensi akan tampak pada saat alih tegangan menunjukkan niai -3 dB maka dititik tersebut akan ditunjukkan nilai frekuensi cut-off nya. Pengamatan berdasarkan bode plot adalah hubungan antara fungsi alih tegangan dan frekuensi, dimana frekuensi yang ditunjukkan ada bode plot diunakan sebagai hasil praktikum.

Ada dua kegitan yang kami lakukan yaitu kegitan yang dilakukan pada kegiatan integrator fc teori yaitu 15923.5 Hz dan secara praktikum 15000 Hz, dengan nilai kutub tapis secra teori yaito 100000 rad/s dan secara praktikum yaitu 113040 rad/s. sehingga % diff yang kami dapatkan sekitar 5 %. Sedangkan Pada differnsiator fc secara teori yaitu 15923.5 Hz dan secara praktikum 17000 Hz. dengan nilai kutub tapis secra teori yaito 100000 rad/s dan secara praktikum yaitu 106760 rad/s. sehingga % diff yang kami dapatkan sekitar 6 %.

Pada praktikum ini kami kesulitan dalam proses plot grafik, walaupun % diff yang kami dapatkan tidak terlalu besar namun ketika memplot grfik kita harus benar-benar teliti. Kemudian saat melakukan experimen kita harus memperhatikan saat memanipulasi variavbel manipulasinya untuk tepat

menunjukkan dengan nilai yang ingin kita tunjukkan sehingga aka mengurangi perbedaan antara praktkum dan teori. Karena alat yang digunakan sudah sangat sensitife kemungkinan alatnya sudah kurang baik.

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa rangkaian tapis lolos rendah meloloskan frekuensi rendah tetapi menahan frekuensi tinggi, sedangkan tapis lolos tinggi meloloskan frekuensi tinggi dan menahan frekuensi rendah. Pada frekuensi cut-off kurva terletak pada skala -3dB fungsi alih tegangan yaitu 15000 Hz pada iintegrator sedangkan frekuensi cut-off pada differensiator diambil dari kurva -3 dB fungsi alih tegangannya yaitu 17000 Hz. Untuk merancang system rangkaian tapis RC tingkat satu maka Resistor dan Kapasitor disusun seriDAFTAR PUSTAKA

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

Theraja, B.L,. & Theraja,A.K. (1994). A Text Book of Electrical Technology, Vol. IV. Nem Delhi: Nirja Construction & Development Co. (P) LTD.