tp

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Penjelasan Kondisi

2. Prinsip Kerja Kondisi

3. Rangkaian Kondisi

4. Video Penjelasan Kondisi

5. Tugas Pendahuluan (Soft File)  

1. Penjelasan kondisi [Kembali]

Buatlah rangkaian HPF 20dB dan jelaskan kenggulan dan kekurangannya!

JAWAB:

Kondisi Rangkaian High Pass Filter (HPF) 20 dB

High Pass Filter (HPF) merupakan rangkaian tapis yang berfungsi untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi tinggi dan meredam sinyal dengan frekuensi rendah. Istilah 20 dB pada HPF dapat memiliki dua makna, yaitu:

1. Kemiringan (slope) sebesar 20 dB/decade, yang umumnya berlaku pada HPF pasif orde pertama berbasis RC. Hal ini berarti bahwa setelah melewati frekuensi cut-off, respon frekuensi akan meningkat sebesar 20 dB setiap kali frekuensi dinaikkan sepuluh kali lipat.

2. Penguatan (gain) sebesar 20 dB, yang biasanya dijumpai pada HPF aktif menggunakan penguat operasional (op-amp). Dalam hal ini, sinyal frekuensi tinggi tidak hanya dilewatkan, tetapi juga diperkuat sebesar 20 dB atau setara dengan penguatan tegangan 10 kali lipat.

Adapun kondisi kerja rangkaian HPF 20 dB dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Kondisi Frekuensi Rendah (f ≪ fc)
2. Kondisi pada Frekuensi Cut-Off (f = fc)
3. Kondisi Frekuensi Tinggi (f ≫ fc)

Keunggulan

1. Selektivitas yang baik terhadap frekuensi tinggi. HPF dengan gain 20 dB mampu melewatkan sinyal dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off secara efektif, sekaligus meredam sinyal frekuensi rendah yang tidak diinginkan. Hal ini menjadikannya bermanfaat dalam aplikasi komunikasi, audio, maupun instrumentasi.

2. Penguatan sinyal tinggi. Dengan adanya gain sebesar 20 dB, sinyal keluaran tidak hanya difilter, tetapi juga diperkuat. Kondisi ini berguna untuk memperkuat sinyal kecil pada frekuensi tinggi tanpa harus menggunakan penguat tambahan.

3. Sirkuit relatif sederhana. HPF aktif berbasis op-amp biasanya terdiri dari resistor, kapasitor, dan op-amp, sehingga mudah untuk dirancang dan diimplementasikan dalam rangkaian elektronika.

4. Dapat menghilangkan noise frekuensi rendah. HPF efektif dalam meredam komponen sinyal berfrekuensi rendah seperti drift DC atau hum pada frekuensi 50/60 Hz, yang sering muncul pada sistem audio maupun sensor.

Kekurangan

1. Tidak efektif untuk frekuensi rendah. Karena fungsinya adalah melewatkan frekuensi tinggi, maka sinyal dengan frekuensi di bawah frekuensi cut-off akan teredam. Hal ini menjadi keterbatasan ketika dibutuhkan respon terhadap sinyal frekuensi rendah.

2. Adanya distorsi pada transisi frekuensi. Pada daerah sekitar frekuensi cut-off, respon HPF tidak sepenuhnya ideal. Sinyal bisa mengalami pelemahan (attenuasi) parsial atau bahkan distorsi fasa, terutama jika filter yang digunakan adalah orde rendah.

3. Terbatas oleh karakteristik op-amp. Gain sebesar 20 dB bergantung pada kemampuan op-amp. Faktor seperti bandwidth terbatas, slew rate, dan noise internal op-amp dapat memengaruhi performa filter, khususnya pada frekuensi yang sangat tinggi.

4. Ketidakidealan komponen. Nilai resistor dan kapasitor yang digunakan dalam perancangan tidak selalu ideal. Toleransi komponen dapat menyebabkan pergeseran pada frekuensi cut-off dan karakteristik filter yang sebenarnya berbeda dari perhitungan teoritis.

2. Prinsip Kerja Kondisi [Kembali]

    High Pass Filter (HPF) merupakan rangkaian yang menggunakan komponen reaktif, yaitu kapasitor, untuk mengatur respon frekuensi. Prinsip dasarnya terletak pada sifat reaktansi kapasitor yang bergantung pada frekuensi. Reaktansi kapasitor dirumuskan sebagai:

$$X_c = \frac{1}{2 \pi f C}$$

    Dari persamaan tersebut, semakin rendah frekuensi maka nilai Xc semakin besar, sedangkan semakin tinggi frekuensi maka nilai Xc semakin kecil. Hal inilah yang menyebabkan kapasitor berfungsi sebagai penghalang pada frekuensi rendah dan sebagai penghantar pada frekuensi tinggi. Kondisi inilah yang menjadi dasar kerja dari HPF 20 dB.

Prinsip kerja HPF 20 dB dapat dijelaskan secara rinci pada tiap kondisi sebagai berikut:

1. Prinsip Kerja pada Frekuensi Rendah (f ≪ fc)

    Pada kondisi frekuensi rendah, nilai Xc jauh lebih besar dibandingkan dengan resistansi R. Hal ini membuat impedansi total rangkaian menjadi sangat besar, karena kapasitor seolah-olah berperan sebagai rangkaian terbuka (open circuit). Akibatnya, hampir tidak ada arus yang dapat mengalir ke resistor beban, sehingga tegangan keluaran (Vout) mendekati nol. Dengan kata lain, sinyal frekuensi rendah teredam oleh filter.

    Secara fisik, hal ini dapat dijelaskan bahwa muatan kapasitor tidak sempat berubah secara cepat pada frekuensi rendah, sehingga tegangan jatuh sepenuhnya pada kapasitor dan bukan pada resistor beban.

2. Prinsip Kerja pada Frekuensi Cut-Off (f = fc)

Frekuensi cut-off ditentukan oleh persamaan:

$$f_c = \frac{1}{2 \pi RC}$$

    Pada titik ini, reaktansi kapasitor sama dengan resistansi (Xc = R). Dengan kondisi ini, sinyal input terbagi sama besar antara resistor dan kapasitor. Akibatnya, tegangan output yang muncul pada resistor bernilai 70,7% dari tegangan input. Secara logaritmik, kondisi ini menghasilkan pelemahan sebesar −3 dB.

    Prinsip kerjanya adalah terjadinya keseimbangan pembagian tegangan, di mana sebagian tegangan jatuh pada kapasitor dan sebagian pada resistor. Kondisi ini menandai peralihan dari daerah redaman ke daerah lolos, sehingga disebut sebagai batas kerja filter.

3. Prinsip Kerja pada Frekuensi Tinggi (f ≫ fc)

    Pada frekuensi tinggi, nilai Xc menjadi sangat kecil dibandingkan dengan R. Kapasitor dalam kondisi ini berperan sebagai hubungan singkat (short circuit), sehingga sinyal frekuensi tinggi dapat melewati kapasitor dengan mudah dan langsung diteruskan ke resistor beban.

    Pada HPF pasif, kondisi ini membuat tegangan keluaran mendekati tegangan input, dengan grafik respon frekuensi yang memiliki kemiringan +20 dB/decade setelah melewati frekuensi cut-off. Artinya, untuk setiap peningkatan frekuensi sepuluh kali lipat, level tegangan output meningkat sebesar 20 dB hingga mencapai titik maksimum (0 dB).

    Pada HPF aktif yang menggunakan op-amp, selain melewatkan frekuensi tinggi, rangkaian juga memberikan penguatan tetap sebesar 20 dB. Dengan demikian, sinyal frekuensi tinggi yang lolos tidak hanya diteruskan, tetapi juga diperkuat sepuluh kali lipat dari besar tegangan input.

3. Rangkaian Kondisi [Kembali]

4.Video Penjelasan Kondisi[Kembali]

5. Tugas Pendahuluan (Soft File)[Kembali]

- Link Rangkaian Kondisi Click Here

- Link Video Penjelasan Click Here

- Link Tugas Pendahuluan Modul 3 Click Here

- Link File Datasheet Resistor Click Here

- Link File Datasheet Kapasitor Click Here

- Link File Datasheet Op-Amp 741 Click Here