Filter Audio (HPF)

A. Tujuan :

     Setelah pratikum ini siswa diharapkan dapat :

1. Menyusun rangkaian op-amp sebagai rangkaian filter.
2. Mempelajari hubungan amplitudo dan fase antara isyarat masukan dan isyarat keluaran berfungsi sebagai frekuensi.
3. Melihat respon frekuensi rangkaian terhadap frekuensi tinggi dan rendah.

B. Alat dan Bahan :

Alat dan bahan yang dibutuhkan pada pratikum kali ini adalah

1. Power Supply
2. AFG
3. Osiloskop
4. Multimeter
5. Kabel Probe x 2
6. Breadboard
7. IC LM741 x1
8. C10 nF x3
9. R 12K x1
10. R20K x2
11. R6K8 x1

C. Teori Pendukung

     Sebuah tapis/filter merupakan sebuah jaringan rangkaian yang di desain agar dapat melewatkan isyarat pada daerah frekuensi tertentu. Daerah frekuensi dimana isyarat dapat di loloskan disebut pita lolos (pass band filter) dan daerah frekuensi dimana isyarat ditolak disebut pita henti (stop band filter). Filter dengan pita lolos pada frekuensi rendah disebut filter lolos rendah (low pass band filter = LPF), sedangkan untuk pita lolos pada frekuensi tinggi disebut filter lolos tinggi (high pass band filter = HPF). Kita dapat juga mendesain filter dengan pita henti pada frekuensi rendah dan pada frekuensi tinggi . Pada bagian ini kita akan mempelajari filter lolos rendah dan tinggi dengan menggunakan op-amp dan akan melihat respon frekuensi audio terhadap filter.

     High Pass Filter adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas frekuensi cut-off (ωc) sampai frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi dibawah frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut. Prinsip kerja dari filter high pass atau filter lolos atas adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar komponen C dan R, dimana C akan mudah melewatkan sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah melewatkan sinyal dengan frekuensi yang rendah. Prinsip kerja rangkaian filter lolos atas atau high pass filter (HPF) dengan RC dapat diuraikan sebagai berikut, apabila rangkaian filter high pass ini diberikan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal tersebut akan di lewatkan ke output rangkaian melalui komponen C. Kemudian pada saat sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter lolos atas atau high pass filter memiliki frekuensi di bawah frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan dengan cara dibuang ke ground melalui komponen R. Frekuensi resonansi dari filter high-pass mengikuti nilai time constant (τ) dari rangkaian RC tersebut :

T = R x C

Sehingga frekuensi cut-off dari filter tersebut adalah :

D. Langkah Kerja

1. Susun rangkaian op-amp filter lolos rendah (LPF) seperti terlihat pada gambar 1. dan filter lolos tinggi (HPF) seperti terlihat pada gambar 2. Pencatu daya LM741 dibuat dengan memasang dua baterai atau sumber DC variabel (tegangan CT 9 Volt).
2. Rangkaian filter lolos rendah pada gambar 1 akan menghasilkan frekuensi 3dB mengikuti F3dB =1/2 πRC. Dengan menggunakan harga C = 0,01uF dan harga R 20kΩ, kita dapat mempredikisi frekuensi 3 dB rangkaian tersebut sebesar F3dB =   Hz.
3. Besarnya penguatan filter ini ditrentukan oleh pemasangan resitor R1 dan R2 dimana AV = Vo / Vi = 1 + R2 /R1. Dengan memasang R1 = 12kΩ dan R2 = 6,8kΩ, kita dapat penguatan sebesar AV = 
4. Dengan menggunakan AFG, atur frekuensi sinusoida masukan Vi = 1 kHz dengan amplitudo 200mVp-p, Hubungkan isyarat masukan ke Ch 1 osiloskop dan isyarat keluaran ke Ch 2. Pembacaan pada osiloskop adalah Vi = .........Vp-p, Vo = ..........Vp-p, V A = ............

Beda fase antara isyarat masukan dan isyarat keluaran ϕ = 1 / 2 πRC. Tampilkan isyarat masukan dan keluaran yang ada di osiloskop adalah (buat satu gelombang saja ) :

Ch. 1 (isyarat masukan)

time/div = 2 ms

Volt/div = 2 Vp-p

Vi = 7 Vp-p

Ch. 2 (isyarat masukan)

time/div = 2 ms

Volt/div = 0,2 Vp-p

Vo = 0,14 Vp-p
Beda fasa adalah 270^o

 5.   Ulangi langkah 4 (tanpa menggambar sketsa) untuk beberapa frekuensi lain dan lengkapi tabel berikut :

No.	Frekuensi Masukan  (Hz)	Vi (Vp-p)	Vo (Vp-p)	Vo/Vi	ϕ(o)
1	20 HZ
2	50 Hz
3	100 Hz	18 Vp-p	0,4 Vp-p	0,22	270o
4	300 Hz	18 Vp-p	2 Vp-p	0,11	250o
5	500 Hz	18 Vp-p	10 Vp-p	0,56	272,5o
6	700 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	272,5o
7	800 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	272,5o
8	1000 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	272,5o
9	1200 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	272,5o
10	2000 Hz	18 Vp-p	15 Vp-p	0,83	272,5o
11	3000 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	272,5o
12	10000 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	337,5o
13	50000 Hz	18 Vp-p	16 Vp-p	0,89	348o

E.       Analisa Rangkaian

 Frekuensi kerja rangkaian High Pass filter(HPF)menurut teori:

        HPF=1/2πRC

      =1/2.3,14.500Ω.1µF

      =1/6,28.5.10².10^-6

      =1/31,4.10^-4

      =10⁴/31,4

      =318,47 Hz

Frekuensi kerja rangkaian High Pass Filter(HPF) menurut pengukuran:

         HPF=300 Hz

1.  Langkah 2: Rangkaian filter lolos rendah pada gambar 1 akan menghasilkan frekuensi 3Db mengikuti F3db=1/2  RC.dengan menggunakan harga C = 1uF dan harga R = 500Ω kita dapat memprediksi  frekuensi 3 dB rangkaian tersebut sebesar F3db = ..... Hz.

Diketahui : C= 0,01 uf                      R= 20 kΩ

F3db = 1/2 . .R.C

                      = 1/2.3,14.500Ω.1.10^-6

                      = 1/6,28.5.10^-4

                      = 10⁴/31,4

                      =318 Hz

2.   Langkah 3: Besarnya penguatan filter ini ditentukan oleh pemasangan resistor R1 danR2 dimana AV = Vo / Vi = 1 + R2 / R1. Dengan memasang R1 = 12 kΩ dan R2 = 6,8 KΩ,kita dapat penguatan sebesar AV = .........................

AV =  = 1 +                   R1 = 12 KΩ                R2 = 6,8 KΩ

AV  = 1 +

AV  = 1 +

AV = 1,56 dB

3.   Langkah 4: Dengan menggunakan AFG,atur frekuensi isyarat sinusoida masukan Vi = 1kHz dengan am plitudo 2 Vp – p.gabungkan isyarat masukan ke Ch.1 osiloskop dan isyarat keluaran ke Ch.2. pembacaan pada osiloskop adalah VI = 7 Vp – p,Vo = 0,14 Vp – p.AV =

AV = 20 log 10 ( )

AV = 20 log 10  ( )

AV = 20 log 10.0,02

AV = 0,4 dB

AV =  = 1 +                   R1 = 12 KΩ                R2 = 6,8 KΩ

AV  = 1 +

AV  = 1 +

AV = 1,56 dB

F. Kesimpulan
High Pass Filter adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas frekuensi cut-off (ωc) sampai frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi dibawah frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut.