View
239
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
Ruang Lingkup Materi :
• Rangkaian resonator paralel (loss less components)• Rangkaian resonator dengan L dan C mempunyai rugi-
rugi/ losses• Transformator impedansi (tujuan untuk menaikkan Q
dengan menaikkan RS atau RL)• Rangkaian resonator paralel ganda (tujuan untuk
memperbaiki faktor bentuk/ shape factor)
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 2
Fungsi :
• Memilih/ meloloskan sinyal pada frekuensi tertentu• Meredam secara significant di luar frekuensi yang
diinginkan• Menghentikan frekuensi yang tidak diinginkan
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 3
Definisi - Definisi :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 6
• Resonansi : kondisi dimana komponen reaktansi dari suatu impedansiberharga nol pada frekuensi tertentu
• Bandwidth/ Lebar Pita : perbedaan antara frekuensi atas danfrekuensi bawah (f2 – f1), respon amplitudanya -3 dB dibawah responpassband. Yang diloloskan hanya diantara f1 dan f2 diluar frekuensitersebut diredam secara signifikan
• Faktor Kualitas (Q) : parameter untuk mengukur tingkat selektivitasrangkaian
푄 =푓
퐵푊3푑퐵 =푓
푓 − 푓
푓
Definisi – Definisi (lanjutan) :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 7
• Faktor Bentuk (Shape Factor = SF) : perbandingan BW 60 dB (redaman besar) terhadap BW 3 dB (redaman kecil) pada rangkaianresonator (seberapa miring terhadap ideal)
• Ultimate Attenuation : redaman minimum akhir yang diinginkan/ dikehendaki rangkaian resonansi diluar passband
• Ripple/ Riak : ukuran dari kerataan passband rangkaian resonansiyang dinyatakan dalam dB
푆퐹 =퐵푊60푑퐵퐵푊3푑퐵 =
푓 − 푓푓 − 푓
Definisi – Definisi (lanjutan) :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 8
• Insertion Loss : loss yang ditimbulkan oleh pemasangan suaturangkaian /komponen tidak ideal antara sumber tegangan dan beban
• Tuning/ penalaan : pengaturan harga L dan C agar dapat beresonansipada frekuensi kerjanya
• Decibel : perbandingan antara dua besaran dalam skala Logaritma• Octave : jarak antara frekuensi dua kali atau setengah kalinya (contoh
: 20 Hz ke 40 Hz)• Decade : jarak antara frekuensi sepuluh kali lipatnya (contoh : 10 Hz
ke 100 Hz)
Definisi – Definisi (lanjutan) :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 9
• dB/octave : perbandingan besaran dalam decibel diantara 2 frekuensiyang memiliki perbandingan 2x atau 0,5x nya.
Contoh : Amplituda pada frekuensi 4kHz adalah 52 dB, berapa amplitude pada 13kHz jikakenaikan frekuensinya sebesar -2 dB/octave
JawabanJumlah octave = log (13 kHZ/4 kHz) =1,7, maka amplitudanya = 52 dB + (1,7 octave x -2 dB/octave) = 48,6 dB
Definisi – Definisi (lanjutan) :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 10
• dB/decade : perbandingan besaran dalam decibel diantara 2 frekuensi yang memiliki perbandingan 10x nya.
Contoh : Amplituda pada frekuensi 4,7MHz adalah 0 dB, berapa amplitude pada 3,2GHz jika kenaikan frekuensinya sebesar -20 dB/decade
JawabanJumlah decade = log (3,2GHZ/4,7MHz) =2,83, maka amplitudanya = 0 dB + (2,83 decade x -20 dB/decade) = -56,6 dB
Rangkaian Paralel Single-Pole BPF
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 12
Rangkaian LC paralel dapatdimodelkan sebagai ideal BPF, dimana :• Induktor ( L ) ideal• Kapasitor ( C ) ideal• Beban terbuka/ open circuit
Resonansi Seri
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 15
푍 = 푅 + 푋 + 푋
푍 = 푅 + 푗휔퐿 + = 푅+푗 휔퐿 −
휔퐿 − = 0 휔퐿 = 휔 =
휔 =1퐿퐶
→ 푓 =1
2휋 퐿퐶
Resonansi Paralel
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 16
1푍
=1푅
+1푋
+1푋
1푍
=1푅
+1푗휔퐿
+ 푗휔퐶 =1푅
+ 푗 휔퐶 −1휔퐿
휔퐶 − = 0 휔퐶 = 휔 =
휔 =1퐿퐶
→ 푓 =1
2휋 퐿퐶
Rangkaian resonator saat R beban open
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 17
Saat rangkaian beresonansi : 푋 = 푋 = 푋 , sehingga 푓 =
푄 = = ≅
푄 =푅푋 =
푅2휋푓 퐿 = 2휋푓 퐶푅
Rangkaian resonator saat R beban << ∞
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 18
푅 = 푅 //푅 =
sehingga :
푄 =푅푋 =
푅2휋푓 퐿 = 2휋푓 퐶푅
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 20
1. Suatu generator dengan Rs = 50 Ohm, C dan L tanpa rugi-rugi C = 25 pF dan L = 0,05 uH, RL = open circuit. Tentukan nilai :
a. fcb. Qc. BW 3 dB
2. a. Jika soal no. 1 diatas nilai Rs = 1000 ohm, hitung nilai Qb. Jika soal no. 2a diatas diberi nilai RL = 1000 ohm, hitung nilaiQ
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 21
3. Rancanglah suatu rangkaian resonator yang mempunyaispesifikasi sebagai berikut : Rs = 150 ohm, RL = 1 kohm, LC ideal
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 22
4. Resistansi sumber dari sebuah rangkaian resonansi LC parallel adalah 500 ohm. Rangkaian memiliki bandwidth 20 kHz denganfrekuensi cutoff bawah 990 kHz.
a. Tentukan parameter Q, L, dan Cb. Jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan beban sebesar
5000 ohm, berapakah Q dan BW sekarang
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 23
RANGKAIAN RESONATOR DENGAN LDAN C MEMPUNYAI RUGI-RUGI
(LOSSES COMPONENTS)
Pengertian dan model L dan C dengan rugi-rugi :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 24
L – Ideal
Menyimpan seluruh energi dalamMedan Magnet
L praktis dengan rugi-rugi
Ada energi yang dibuang / dilepas berupa panas di resistor
C – Ideal
Menyimpan seluruh energi dalam Medan Listrik
C praktis dengan rugi-rugi
Ada sebagian energi yang dilepasberupa panas di resistor
Akibat dari komponen losses /ada rug-rugi :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 25
• Q tidak mungkin lebih besar dari Q untuk lossless komponen• Respon resonator mengalami redaman pada frekuensi resonansi• Frekuensi resonansi sedikit tergeser dengan adanya losses / rugi• Pergeseran fasa pada filter tidak akan nol di frekuensi resonansi
Tingkat rugi-rugi pada LC dinyatakan dalam faktor kualitas Q
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 26
• Untuk LC seri dengan R :
• Untuk LC paralel dengan R :
푄 = = =
푄 = = = 2휋푓 퐶 푅
Konversi dari “seri” ke “paralel” ekivalennya, jika Rs dan Xs diketahui maka Xp dan Rp bisa dicari
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 27
Jika Q < 10
푅 = 푅 푄 + 1
푄 =푅푋
푄 =푋푅
푄 = 푄 = 푄
Jika Q > 10
푅 ≅ 푅 푄
푿풔 ≈ 푿풑
Lihat penurunan rumus
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 28
1. Suatu induktor 50 nH dengan hambatan rugi-rugi yang disusunsecara seri sebesar 10 ohm pada f = 100 MHz. Carilah besarnya L dan R baru jika ditransformasikan ke rangkaian ekivalen paralelnya !
Rangkaian Ekivalen untuk menentukan Q (Vs short):
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 31
푄 =푅푋 =
푅 푅 푅 푅2휋푓 퐿 = 2휋푓 퐶 푅 푅 푅 푅
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 33
2. Rancanglah rangkaian resonansi sederhana supaya menghasilkan BW3dB = 10 MHz pada frekuensi tengah 100 MHz!! Komponen yang dipakai sebagai berikut :a. Hambatan sumber dan beban masing-masing 1000, kapasitor yang digunakan
ideal (lossless C)b. Sedangkan Induktor mempunyai factor Q = 85
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 35
3. Sebuah rangkaian resonator parallel terdiri dari inductor 50 nHdan kapasitor ideal 200 pF. Induktor yang digunakan padarangkaian tersebut tidak ideal dan dimodelkan dengan adanyaresistansi yang terpasang seri dengan inductor tersebut sebesar5 ohm, tentukan :a. Frekuensi resonanasi, factor kualitas komponen dari inductor, dan
resistansi parallelb. Jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber dan beban yang
memiliki resistansi masing-masing 50 ohm
Contoh soal :
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 36
4. Sebuah rangkaian resonator parallel terdiri dari inductor 10 nHdan kapasitor 150 pF. Induktor memiliki resistansi seri 10 ohm dan resistansi seri kapasitor 5 ohm. Tentukan frekuensiresonansi, factor kualitas masing-masing komponen LC, factor kualitas rangkaian resonansi, resistansi parallel rangkaianresonansi dan BW 3dB
KESIMPULAN
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 37
Faktor kualitas sebuah rangkaian resonator (Q) ditentukan oleh :• Impedansi sumber Rs• Impedansi beban RL• Pemilihan besar nilai LC• Faktor kualitas dari komponen
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 38
TRANSFORMATOR IMPEDANSI(Tujuan : menaikkan Q dengan
menaikkan Rs)
TRANSFORMATOR IMPEDANSI
Transformasi Impedansidengan kapasitor yang di-tapped di tengah
Rangkaian ekivalen untukmencari QRs’ = RL transfer daya maximum
Rs Rs'
21
21T C C
C C C
2
2
1C1 Rs Rs'
C
10 QL
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 39
TRANSFORMATOR IMPEDANSI
TransformasiImpedansi denganInduktor yang di-tapped
Rangkaian ekivalennya
1
2 Rs Rs'nn
2
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 40
Contoh Soal:
Rancang suatu Resonator dengan spesifikasisbb:Q = 20 pada fc = 100 MHzRs = 50 ohm , RL = 2000 ohmGunakan rangkaian transformasi impedansi C tapped dengan asumsi QL = 100 pada 100 MHz
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 41
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 42
Rangkaian Resonator Paralel GandaTujuan: Untuk memperbaiki shape faktor
a. Hubungan seri dikopling kapasitor
Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator
a12 Q
C C singleQawalQ aQ
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 43
Respon ‘Resonator ganda’
aQ 0,707 rQcoupling critical kondisi Pada
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 44
b. Hubungan seri dikopling Induktor
Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator
L Q L a12
45
singleawala QQ Q
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 45
Contoh Soal:Desainlah suatu rangkaian resonator yang terdiri dari 2 buahresonator identik yang dihubungkan seri dengan koplinginduktor (diset pada kondisi critical coupling), spesifikasinya sbb:
fc = 75 MHz ; BW3dB = 3,75 MHz ; Rs = 100 ohmRL = 1000 ohm ; Asumsikan QL = 85 pada fc
• Terakhir gunakan transformasi impedansi C yang di tapped (di sumber) untuk menaikkan Q!
ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi 46
Recommended