ELECTRICAL ENGINEERING

BAB XIX
[menuju akhir]

19.4 RC FILTER

[HOME]

DAFTAR ISI

1. RC FILTER [KEMBALI]
1.1 Tujuan[KEMBALI]
1. Mengetahui prinsip kerja dari rangkaian RC Filter
2. Mengetahui apa saja komponen dari rangkaian RC Filter

1.2 Komponen [KEMBALI]
A. Resistor
Resistor adalah komponen listrik dua terminal pasif yang menerapkan hambatan listrik sebagai elemen rangkaian. Di sirkuit elektronik, resistor digunakan untuk mengurangi aliran arus, menyesuaikan level sinyal, membagi tegangan , membiasakan elemen aktif, dan mengakhiri saluran transmisi , di antara kegunaan lain. Resistor daya tinggi yang dapat menghilangkan banyak watt daya listrik sebagai panas, dapat digunakan sebagai bagian dari kontrol motor, dalam sistem distribusi daya, atau sebagai beban uji untuk generator.

B. Kapasitor

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Fungsi kapasitor adalah menyimpan arus listrik, kapasitor bekerja layaknya sebuah baterai yang terisi penuh. Kapasitor adalah komponen kritis dalam rangkaian elektronika. Selain sebagai penyimpan arus listrik, kapasitor berfungsi juga sebagai filter sinyal frekuensi rendah.

14 Fungsi Kapasitor, Pengertian dan Jenis-Jenisnya yang Perlu Anda ...

C. Induktor

Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.

D. Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

Pengertian dan Fungsi Grounding Listrik | Panduan Teknisi

E. Generator DC

Generator DC Merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker).

trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2014/08/prinsip-kerja-generator-DC.html

F. Op-Amp

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

Pengertian Op-Amp (Operational Amplifier) dan Karakteristiknya

1.3 Dasar Teori [KEMBALI]

Rangkaian resistor-kapasitor ( sirkuit RC ), atau filter RC atau jaringan RC , adalah sirkuit listrik yang terdiri dari resistor dan kapasitor yang digerakkan oleh sumber tegangan atau arus . Rangkaian RC orde pertama terdiri dari satu resistor dan satu kapasitor dan merupakan tipe paling sederhana dari sirkuit RC.

Kombinasi resistensi murni R dalam ohm dan kapasitansi murni C dalam Farad disebut sirkuit RC . Kapasitor menyimpan energi dan resistor yang terhubung secara seri dengan kapasitor mengontrol pengisian dan pemakaian kapasitor. Rangkaian RC digunakan dalam flash kamera, alat pacu jantung, sirkuit waktu dll.

Rangkaian RC dapat digunakan untuk menyaring sinyal dengan memblokir frekuensi tertentu dan melewatkan yang lain. Dua filter RC paling umum adalah filter high-pass dan filter low-pass ; band-pass filter dan band-stop filter biasanya memerlukan filter RLC , meskipun yang mentah dapat dibuat dengan filter RC.

Rangkaian RC paling sederhana adalah kapasitor dan resistor secara paralel. Ketika sebuah sirkuit hanya terdiri dari kapasitor yang diisi dan sebuah resistor, kapasitor akan mengeluarkan energi yang tersimpan melalui resistor. Tegangan melintasi kapasitor, yang tergantung waktu, dapat ditemukan dengan menggunakan hukum saat ini Kirchhoff , di mana arus pemakaian kapasitor harus sama dengan arus melalui resistor. Ini menghasilkan persamaan diferensial linier

C{\frac {dV}{dt}}+{\frac {V}{R}}=0\,,

{\ displaystyle C {\ frac {dV} {dt}} + {\ frac {V} {R}} = 0 \ ,,}

C{\frac {dV}{dt}}+{\frac {V}{R}}=0\,,

dimana

C

adalah kapasitansi kapasitor.

Memecahkan persamaan ini untuk

V

menghasilkan rumus untuk peluruhan eksponensial :

V(t)=V_{0}e^{-{\frac {t}{RC}}}\,,

{\ displaystyle V (t) = V_ {0} e ^ {- {\ frac {t} {RC}}} \ ,,}

V(t)=V_{0}e^{-{\frac {t}{RC}}}\,,

di mana

V 0

adalah tegangan kapasitor pada waktu

t = 0

Waktu yang diperlukan untuk tegangan jatuh ke

V 0 / e

disebut konstanta waktu RC dan diberikan oleh ^[1] ^: 1.13

\tau =RC\,.

{\ displaystyle \ tau = RC \ ,.}

\tau =RC\,.

Di mana τ diukur dalam detik, R dalam Ohm dan C dalam Farad.

Dimungkinkan untuk mengurangi lebih lanjut jumlah riak di kapasitor filter dengan menggunakan bagian filter RC tambahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 19.8. Tujuan dari bagian RC yang ditambahkan adalah untuk melewatkan sebagian besar komponen dc sambil mengurangi (mengurangi) sebanyak mungkin komponen ac.

Gambar 19.9 menunjukkan penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor diikuti oleh bagian filter RC. Pengoperasian rangkaian filter dapat dianalisis menggunakan superposisi untuk komponen sinyal dc dan ac.

A. DC Operation of RC Filter Section

Gambar 19.10a menunjukkan rangkaian ekuivalen dc untuk digunakan dalam menganalisis rangkaian filter RC pada Gambar 19.9. Karena kedua kapasitor adalah rangkaian terbuka untuk operasi dc, tegangan dc keluaran yang dihasilkan adalah

B. AC Operation of RC Filter Section

Gambar 19.10b menunjukkan rangkaian ekuivalen ac dari bagian filter RC. Karena aksi pembagi tegangan dari impedansi ac kapasitor dan resistor beban, komponen tegangan ac yang dihasilkan melintasi beban adalah

Untuk penyearah gelombang penuh dengan ac riak pada 120 Hz, impedansi kapasitor dapat dihitung dengan menggunakan

di mana C dalam mikrofarad dan XC dalam kilohms.

High Pass RC Filter

Filter high pass RC, sekali lagi, adalah filter yang melewati sinyal frekuensi tinggi, terdiri dari resistor dan kapasitor.

Untuk membuat filter RC lulus tinggi, kapasitor ditempatkan secara seri dengan sinyal daya memasuki sirkuit, seperti yang ditunjukkan pada sirkuit di bawah ini:

Di atas adalah filter pass tinggi. Karena kapasitor adalah perangkat reaktif, kapasitor ini menawarkan ketahanan yang berbeda terhadap sinyal frekuensi berbeda yang masuk melaluinya. Kapasitor adalah perangkat reaktif yang menawarkan resistansi sangat tinggi terhadap sinyal frekuensi rendah, atau DC. Dan resistansi rendah terhadap sinyal frekuensi tinggi. Karena ia menawarkan resistansi yang sangat tinggi terhadap sinyal DC, ia menghalangi mereka untuk masuk, seperti yang Anda lihat pada diagram sirkuit di atas. Jadi jenis filter ini hanya memungkinkan sinyal frekuensi tinggi untuk melewati dan bukan DC. Kapasitor jenis ini juga berfungsi sebagai kapasitor kopling karena ini memasangkan sinyal AC dari satu bagian rangkaian ke yang lainnya, sambil memblokir DC.

Filter high pass sangat umum dan digunakan di banyak jenis pengaturan sirkuit. Salah satu sirkuit di mana mereka digunakan berada di sirkuit mikrofon. Mikrofon adalah perangkat yang membutuhkan sinyal DC dan AC agar dapat berfungsi. Mikrofon membutuhkan daya DC agar memiliki daya untuk hidup dan dapat beroperasi. Dan mereka merekam sinyal AC, seperti ucapan manusia, musik, suara. Jadi, mereka menangani kedua jenis sinyal. DC hanya diperlukan untuk menghidupkan mikrofon dan tidak akan muncul pada output dengan sinyal AC. DC hanya untuk daya dan tidak boleh dicampur dengan sinyal audio. Jadi untuk melewatkan sinyal AC dan memblokir DC, kami menggunakan filter pass tinggi, sehingga hanya sinyal AC yang muncul pada output.

Kapasitor keramik 0,1 uF

Kapasitor (C) yang merupakan komponen reaktif ini akan menawarkan resistansi yang berbeda terhadap sinyal frekuensi yang berbeda yang masuk melaluinya. Resistansi Kapasitor akan tinggi terhadap sinyal frekuensi rendah atau sinyal DC sedangkan resistansi rendah terhadap sinyal frekuensi tinggi. Karena dengan karakteristik kapasitor yang beresistansi tinggi terhadap sinyal frekuensi rendah atau sinyal DC, Kapasitor tersebut akan menghalangi sinyal frekuensi rendah untuk melewatinya sehingga hanya sinyal frekuensi tinggi saja yang berhasil melewati kapasitor tersebut. Kapasitor jenis ini juga berfungsi sebagai Kapasitor kopling (Coupling Capasitor) karena melewatkan sinyal AC tetapi memblokir sinyal DC.

Low Pass Filter RC

Frekuensi cut-off (fc) dari filter pasif lolos bawah (Low Pass Filter,LPF) dengan RC dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut.

$f_{c}=\frac{1}{2\pi RC}$

Rangkaian filter pasif LPF RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter LPF RC ini teganga output diambil pada titik pertemuan RC. Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian diatas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

$V_{out}=\frac{1/j\omega C}{1/j\omega C+R}\cdot V_{in}$

Besarnya penguatan tegangan (G) pada filter pasif yang ideal maksimum adalah 1 = 0dB yang hanya terjadi pada frekuensi sinyal input dibawah frekuensi cut-off (fc). Penguatabn tegangan (G) filter LPF RC pasif dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

$G=\left | \frac{V_{out}}{V_{in}} \right |$

Dan penguatan tegangan (G) LPF RC dapat dituliskan dalam satuan dB sebagai berikut. Pada filtrer lolos bawah (low pass filter ,LPF) terdapat beberapa karakteristik mendasar sebagai berikut.

$G=20log\frac{V_{out}}{V_{in}}=20log\frac{1}{1+\omega ^2C^2R^2}$

1.4 Prinsip Kerja [KEMBALI]

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.

Prinsip kerja rangkaian Low Pass RL Filter kapasitor yang merupakan perangkat reaktif akan menawarkan resistansi yang berbeda terhadap sinyal frekuensi yang berbeda yang masuk melaluinya. Resistansi pada Kapasitor akan sangat tinggi apabila dilewati oleh sinyal frekuensi rendah atau DC dan resistansi akan menjadi rendah apabila dilewati oleh sinyal frekuensi tinggi. Dengan demikian, Kapasitor akan memblokir sinyal frekuensi rendah atau sinyal DC sehingga sinyal tersebut harus melewati atau diteruskan ke jalur alternatif yang ditunjukan oleh arah panah pada gambar diatas. Sedangkan sinyal frekuensi tinggi akan melewati Kapasitor karena kapasitor menawarkan resistansi yang rendah bagi sinyal frekuensi tinggi tersebut.

1.5 Contoh Soal [KEMBALI]