Teori Aplikasi Op

Embed Size (px)

Citation preview

PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 1 Setyabudi Wong Lamongan Asli. TEORI APLIKASI OP-AMP 1.1PendahuluanPadabagianinidibahastentangmacammacamteoriyang mendasardanjugasebagianuntukterapansuaturangkaian. Pembahasandilengkapidenganlatihansoaldansoalsoaltersebut yang harus dikerjakan oleh siswa untuk mencapai target tujuan dari mata kuliah ini. Model dari pertanyaan disengaja membalik balikkan permasalahan sehingga terkesan banyak pertanyaan. 1.2Inverting Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas.Jadiadatandaminuspadarumuspenguatannya. Penguataninvertingamplifieradalahbisalebihkecilnilaibesaran dari 1, misalnya -0.2 , -0.5 , -0.7 , dst dan selalu negatif. Rumus nya : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 2 Gambar 1.1 Rangkaian inverting Amplifier 1.3Non-Inverting Rangkaian non inverting ini hampir sama dengan rangkaian invertinghanyaperbedaannyaadalahterletakpadategangan inputnya dari masukan noninverting. Rumusnya seperti berikut : sehingga persamaan menjadi Hasilteganganoutputnoninvertinginiakanlebihdarisatudan selalu positif. Rangkaian nya adalah seperti pada gambar berikut ini : Gambar 1.2 Noninverting Amplifier PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 3 1.4Buffer Rangkaianbufferadalahrangkaianyanginputnyasama denganhasiloutputnya.Dalamhalinisepertirangkaiancommon colektor yaitu berpenguatan = 1.Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini Gambar 1.2 Rangkaian Buffer NilaiRyangterpasanggunanyauntukmembatasiarus yangdikeluarkan.Besarnilainyatergantungdariindikasidari komponennya,biasanyatidakdipasangaliasarusdimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya. 1.5Add / PenjumlahRangkaianpenjumlahataurangkaianadderadalah rangkaianpenjumlahyangdasarrangkaiannyaadalahrangkaian PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 4 invertingamplifierdanhasiloutputnyaadalahdikalikandengan penguatansepertipadarangkaianinverting.Padadasarnyanilai outputnyaadalahjumlahdaripenguatanmasingmasingdari inverting, seperti : Bila Rf = Ra = Rb = Rc, maka persamaan menjadi : TahananRomgunanyaadalahuntukmeletaktitiknol supayatepat,terkadangtanpaRomsudahcukupstabil.Maka rangkaianadayangtanpaRomjugabaikhasilnya.Rangkaian penjumlahdenganmenggunakannoninvertingsangatsuah dilakukankarenateganganyangdiparalelakanmenjaditegangan terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses penjumlahan. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 5 Gambar 1.3 Rangkaian penjumlah dengan hasil negatif 1.6Subtractor/ Pengurang Rangkaianpenguranginiberasaldarirangkaianinverting denganmemanfaatkanmasukannon-inverting,sehingga persamaannyamenjadisedikitadaperubahan.Rangkaianinibisa terdiri 2 macam yaitu : a.Rangkaian dengan 1 Op Amp. b.Rangkaian dengan 2 Op Amp. c.Rangkaian dengan 3 Op Amp. Rangkaianpengurangdengan1op-ampinimemanfaatkan kakiinvertingdankakinoninverting.Supayabenarbenarterjadi pengurangan maka nilai dibuat seragam seperti gambar. Rumusnya adalah: Sehingga PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 6 Gambar 1.4 Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp Rangkaian pengurang dengan 2 op-amp tidak jauh berbeda dengan satu opamp, yaitu salah satu input dikuatkan dulu kemudian dimasukkankerangkaianpengurang,sepertigambardibawahini. Perhitungan rumus yang terjadi pada titik Vz adalah : Sehingga V0 menjadi PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 7 Bila Rf=Ri maka persamaannyaakan menjadi : Gambar 1.5 Rangkaian pengurang dengan 2 op-amp Rangkaianpengurangdengan3op-ampsangatlahbeda dengan yang lainnya. Ada 3macam proses yang terjadi disini seperti pada gambar dibawah ini. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 8 Gambar 1.6 Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp ( a ) PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 9 ( b ) Gambar 1.7 Proses mencari persamaan dari rangkaian pengurang 3 op-amp Rangkaianpenguatdengan3op-ampsepertipadagambar dibawahinisangatpersissepertirangkaianpenguatdengan1op-amp.Halinikarenasebelummasukdilewatkanbuffersaja. Perhitungannya pun sama dengan rangkaian pengurang 1 op-amp. Gambar 1.8 Rangkaian pengurang 3 op-amp dengan buffer PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 10 1.7Comparator/ Pembanding Rangkaian pembanding ini ada 3 macam yaitu : a.Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b.Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input c.Rangkaianpembanding2op-ampdenganjendelainput proses output luar d.Rangkaianpembanding2op-ampdenganjendelainput proses output dalam Rangkaianpembandingdengan1op-amptanpajenjela input,artinyarangkaiankomparator/pembandingyanglangsung dibandingkan.Sepertipadagambarberikutiniadalahkomparator biasa dan hasilnya langsung dibandingkan dengan referensinya. Rangkaiankomparatordenganjendelainputrangkaiannya hampirsamadenganrangkaiannoninvertinghanyasaja parameternyaterbalik.Sepertipadagambarberikutinidancontoh hasil dari input dan outputnya dan perhitungannya. Gambar 1.9 Rangkaian komparator /pembanding dengan referensi o volt PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 11 Gambar 1.10 Rangkaian komparator dengan jendela PerhitunganmenentukanjendelaVoltreferenceUp(Vru)danVolt reference low (Vrl) adalahsebagai berikut : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 12 Sedangkan untuk komparator dengan 2 op-amp ada 3 macam variasi seperti gambar berikut: Gambar 1.11 Rangkaian komparator 2 opamp dengan output negatif PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 13 Gambar 1.12 Rangkaian komparator 2 op-amp dengan output campuran PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 14 Gambar 1.13 Rangkaian komparator 2 opamp dengan output negatif PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 15 Aplikasiuntukkomparatorsemacaminibisadilihatdari hasiloutputnya.Misalmenginginkanhanyadidalamwindowsaja yangdiprosesatauhanyadiluarwindowsajayangdiprosesdan sebagainya. 1.8Differensiator. Rangkaiandifferensiatoradalahrangkaianaplikasidari rumusan matematika yang dapat dimainkan (dipengaruhi) dari kerja kapasitor.Rangkaiannyasepertipadagambar2.25dengan rangkaiansederhanadaridifferensiator.Untukmendapatkanrumus differensiator, urutannya adalah sebagai bagai berikut : dan selama nilai makaselisihdariinvertinginputdannoninvertinginput(v1danv2) adalahnoldanpenguatantegangannyasangatbesar,makadidapat persamaan pengisian kapasitor sebagai berikut : menjadi atau PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 16 Gambar 1.14 Rangkaian Differensiator Op-amp. Pada rangkaian aplikasi rangkaian differensiator op-amp ini ada sedikit perubahan yaitu penambahan tahanan dan kapasitor yang fungsinyauntukmenfiltersinyalmasukan.Sepertitampakpada gambar1.15adalahrangkaiandifferensiatoryangdimaksud. Dengandemikianmakaadabatasaninputdarifrekuensiyang masuk, batasan tersebut adalah sedangkan nilai frekuensi yang diakibatkan oleh RF dan C1 adalah sebagai berikut : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 17 Bila sinyal input melebihi frekuensi fa maka hasil output akan sama denganhasilinput,aliasfungsirangkaiantersebuttidaklagi differensiatorlagitapisebagaipelewatbiasa.Sedangkanuntuk gambar1.15biasanyadigunakanuntukrangkaianaplikasiyangdi integrasikandenganrangkaianlain.Syaratperhitungannilainilai R1, C1, RF, CF adalah sesuai dengan syarat sebagai berikut : sehingga frekuensi input dilewatkan terlebih dahulu ke R1, C1 , RF, kemudian lewat ke R1, C1 , CF bila frekuensinya melebihi fa. Gambar 1.15 Rangkaian praktis (aplikasi) differensial op-amp Contoh perhitungan rangkaian differensial Differensiator op-amp dari rangkaian seperti gambar 1.15 dengan nilai C1 = 1 F dan R = 1 K. Sumber tegangan Volt 15 > Awal sinyal adalah 0 Volt. Tentukan tegangan output PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 18 a)Vin = 1 Volt (sinyal dc) saat 10 detik. b)Vin = 20 Volt (sinyal dc) saat 1 detik saat Jawab: Gambar sinyal Outputnya : Gambar 1.16 Output dari rangkaian differensiator Op-amp dengan input sinyal dc PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 19 Gambarsinyaloutputuntukdifferensiatorop-ampdarisinyalsinus dan segi empat adalah seperti pada gambar 2.28. Gambar 1.17 Sinyal output rangkaian differensiator Op-amp Untuk menentukan nilai CF dan RF pada differensiator op-amp ini ditentukan dari fa dan fb dengan hubungan sebagai berikut : Contoh soal : Rancang differensiator op-amp dengan input bervariasi antara 10 Hz sampai 1KHz dengan Vin = 1 sin w t. Volt (peak to peak) a. Tenrukan nilai nilai R1,C1, RF, dan CF b. Tentukan bentuk sinyal vo PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 20 Penyelesaian : a. Karena input berkisar 10 sampai 1 KHz, maka di ambil frekuensi tertingginya. Jadi fa = 1 KHz dan rumusnya : dan ditentukanC1=0,1 F, sehingga bila maka fb=20 KHz maka nilai ( disesuaika dengan nilai tahanan yang ada ). Selama nilai R1. C1 = R. C , maka nilai C adalah : ( disesuaikan dengan nilai kapasitor yang ada ), b. Bentuk sinyal vo adalah PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 21 1.9Integrator Rangkaianintegratorop-ampinijugaberasaldari rangkaianinverting dengan tahanan umpan baliknya diganti dengan kapasitor. Proses perhitungannya sebagai berikut: , diabaikan karena sangat kecil nilainya sehingga Arus pada kapasitor adalah Sama dengansehingga Sehingga persamaannya menjadi Batasfrequensiyangdilaluikapasitordalamrangkaianintegrator adalah Biasanyarangkaianuntukaplikasiadapenambahantahananyang diparalel dengan kapasitor dengan dinama RF. Seperti pada gambar 1.18rangkaianintegratoryangbelumditambahtahananyang PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 22 diparaleldengankapasitor.NilaiROMadalahantaranolsampai dengan R1. Gambar 1.18 Rangkaian integrator op-amp sederhana PerhitungannilaiuntukRFberkaitandengankomponenlainnya yaitu fa< fb dimana rumus fa adalah : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 23 Gambar 1.19 Rangkaian integrator op-amp untuk aplikasi (praktis) 1.10Filter Aktif Padarangkaiandibagianlistrikseringdisebutrangkaian seleksifrekuensiuntukmelewatkanbandfrekunsitersentudan menahannyadarifrekuensidiluarbanditu.Filterdapat diklafisikasikan dengan arahan : 1. Analog atau digital 2. Pasif atau aktif 3. Audio (AF) atau radio frekuensi (RF) Filteranalogdirancanguntukmemprosessinyalanalog, sedang filter digital memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital. Filter tergantung dari tipe elemn yang digunakan pada rangkaiannya,filterakandibedakanpadafilteraktifdanfilterpasif. Elemenpasifadalahtahanan,kapasitordaninduktor.Filteraktif PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 24 dilengkapidengantransistoratauop-ampselaintahanandan kapasitor.Tipeelemenditentukanolehpengoperasianrange frekuensikerjarangkaian.MisalRCfilterumumnyadigunakan untuk audio atau operasi frekuensi rendah dan filter LC atau kristal lebih sering digunakan pada frekuensi tinggi. Pertamatamapadabagianinimenganalisa danmerancang filteranalogaktifRCmenggunakanop-amp.Padafrekunsiaudio, induktor tidak sering digunakan karenabadannya besar dan mahal sertamenyerabbanyakdaya.Induktorjugamenghasilkanmedan magnit. Filter aktif mempunyai keuntungan dibandingkan filter pasif yaitu : 1.Penguatandanfrekuensinyamudahdiatur,selamaop-amp masih memberikan penguatan dan sinyal input tidak sekaku sepertipadafilterpasif.Padadasarnyafilteraktiflebih gampang diatur. 2.Tidakadamasalahbeban,karenatahananinputtinggidan tahananoutputrendah.Filteraktiftidakmembebani sumber input 3.Harga, umumnya filter aktif lebih ekonomis dari pada filter pasif,karenapemilihanvariasaidariop-ampyangmurah dan tanpa induktor yang biasanya harganya mahal. Filteraktifsangathandaldigunakanpadakomunikasidansinyal prosesing,tapijugasangatbaikdanseringdigunakanpada rangkaianelektronikasepertiradio,televisi,telepon,radar,satelit ruang angkasa dan peralatan biomedik. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 25 Umumnya filter aktif digolongkan menjadi : 1.Low Pass Filter (LPF) 2.High Pass Filter (HPF) 3.Band Pass Filter (BPF) 4.Band Reject Filter (BRF) 5.All Pass Filter (APF) Padamasingmasingfilteraktifmenggunakanop-amp sebagaielemenaktifnyadantahanan,kapasitorsebagaielemen pasifnya.BiasanyadanpadaumumnyaIC741ckupbaikuntuk rangkaianfiltervaktif,namunop-ampdenganhighspeedseperti LM301,LM318danlainlainnyadapatjugadigunakanpada rangkaianfilteraktifuntukmendapatkanslewrateyangcepatdan penguatansertabandwidthbidangkerjalebihbaik.Gambaroutput darifilteraktifsepertitampakpadagambarberikutini,sebagai karakteristik responsi frekuensi dari 5 filter aktif. Responsi idealnya ditunjukkan dengan garis terputus putus. LowPassFiltermempunyaipenguatantetapdari0Hz sampaimenjelangfrekuensicutofffH.PadafHpenguatanakan turundengan3dB,artinyafrekuensidari0HzsampaifH dinamakan pass band frekuensi dengan batas 0,707 tegangan output. Sedangfrekuensiyangdiredamdibawah3dBatau0,707Vo dinamakanstopbandfrekuensi.Perubahannaikturunnyagrafik karakteristiktersebuttergantungdarikualitaskomponenselain bentuk rangkaiannya. Pada gambar b terlihat karakteristik dari high passfilter,artinyaadalahfrekuensiyangrendahdiredamsampai PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 26 padafrekuensicutonyangdianggapsebagaibatasfrekuensi rendahnya sehingga diberi nama fL. Batasan stop band adalah 0 < f fL. Untuk menghasilkan bad passfilterdanbandrejectfilteradalahkombinasiantaraLPFdan HPF. Bila HPF dirangkai serie dengan LPF maka akan mendapatkan BPF (Band Pass Filter). Sedangkan kombinasi paralel antara LPF danHPFakanmendapatkanBRF(BandRejectFilter).Gambar rangkaianbisadilihatdibagianBPFdanBRFuntukpembahasan lebihlanjut.Gambaremenerangkanoutputfasageseryang dihasilkan oleh All Pass Filter (APF). Pada rangkaian ini sebenarnya bukan termasuk filter tapi juga bisa digolongkan kefilter aktif. 1.10.1Low Pass Filter (LPF) Lowpassfilteryangdibahasdisiniadalahmodel butterworthdanbeberapamodellainnyaantaralainadalahmodel buffermodelinveting.Sepertitampakpadagambariniadalah gambarLowPassFilterButterworthdenganperhitungansebagai berikut : DEPARTEME PENDIDIKANPBHAEN POS DAN TELEKORangkaPERWIRARADIO ELRUNA BHAKTI SURAOMUNIKASI.DIREKTO27 Gambar 1.2ian Low Pass LEKTRONIKAMARITIABAYAORAT JENDERAL PE20 Filter 20 dB IMERHUBUNGAN LAUT T PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 28 Gambar 1.21 Frekuensi respon dari LPF Pengoprasian dari Low Pass Filter ini ada 3 macam yaitu : 1.Pada frekuensi yang sangat rendah yaitu : f < fH, 2.Pada f = fH 3.Pada f > fH Jadi Low Pass Filter akan konstans darin input 0 Hz sampai cut off frequensi tinggi H f . Pada H fpenguatannya menjadi 0.707 AF dan setelahmelewatiHfmakaakanmenurunsampaikonstandengan seiringpenambahanfrekuensi.Frekuensinaik1decademaka penguatan tegangan dibagi 10. Dengan kata lain, penguatan turun 20 PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 29 dB(=20log10)setiapkenaikanfrekuensidikali10.Jadiratedari penguatanberulangturun20dB/decadesetelahHfterlampuaiSaat in f = H f , dikatakan frekuensi cut off yang saat itu turun 3dB (=20 log0.707)dari0Hz.Persamaanlainmenyatakanuntukfrekuensi cut off terjadi 3 dB, break frekuensi, ujung frekuensi. Contoh soal : Rancanglah LPF dengan cut off 1KHz dan penguatan passband = 2 Penyelesaian : Langkah : 1.fH= 1KHz 2.Misal C = 0.01 F 3.MakaR=1/(2)(10)(108)=15.9K(menggunakan potensio 20 K ). 4.Karena Av = 2, Maka R1 dan RF harus sama, maka R1 = RF = 10 K 5.Gambar rangkaia sebagai berikut Gambar 1.22 Rangkaian LPF hasil perhitungan PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 30 1.10.2Low Pass Filter order kedua (-40dB) Rangkaian LPF dengan 40 dB ini memerlukan komponen pasiflebihbanyak(tanahandankapasitor).Sepertitampakpada gambar,makaperhitunganfrekuensicutoffnyaadalahditentukan oleh nilai komponen R2, R3, C2 dan C3 seperti berikut ini : Gambar 1.23 Rangkaian Low Pass Filter dengan 40 dB Pada rangkaian LPF dengan 40 dB ini persamaan penguatan tegangan absolutnya adalah: PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 31 AF = 1.586 (ketentuan Butterworth untuk orderkedua) Contoh soal : Rancanglah LPF dengan order kedua (-40dB) dengan H f = 1 KHz. Gambarkan rangkaiannya Penyelesaian : Langkah langkah : 1.H f = 1 KHz 2.Misal C2 = C3 = 0.0047 F m 3.R2 = R3 = 1( 2n )( 103) ( 47 ) ( 100) = 33.86 kHz. 4.Menurut responsi teori Butterworth , bahwa AF = 1,586 untuk order kedua, maka nilai RF dan Ri adalah : Misal RI = 27 KW , maka[1 +R27 K = 1. 585 sehingga RF menjadi RF = (0.586)(27KW) = 33.86 KW, RF dipasang potensiometer sebesar 20KW. 5.Rangkaian LPF yang dimaksud adalah PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 32 Gambar 1.24 Rangkaian hasil perhitungan dan tegangan output terhadap frekuensi PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 33 1.10.3High Pass Filter 20dB RangkaianHighPassFilteriniperbedaannyadenganLow PassFilterhanyaperpindahantempattahanandankapasitor. Perhitungan ouputnya sebagai berikut : Dimana : Penguatan tegangan absolut : Gambar 1.25 Rangkaian High Pass Filter 20 dB Grafik tegangan output terhadap frekuensi adalah : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 34 Gambar 1.26 Output High Pass Filter Vo vs frekuensi 1.10.4High Pass Filter order kedua (-40dB) Seperti halnya pada LPF order kedua, HPF order kedua ini cirinya sama, maka persamaan yang terjadi adalah : Dan persamaan untuk penguatan tegangan absolut adalah : dengan ketentuan AF = 1.586 Gambar rangkaiannya adalah sebagai berikut : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 35 Gambar 1.27 High Pass Filter order kedua (-40dB) Untukmendapatkanorderdalamfilteryanglebihtinggi didapatdariseriedariordersatudenganorderduayang menghasilkanorderketiga.Sedangkanorderduadiseriedengan order dua, maka menghasilkan filter dengan order keempat. 1.10.5Band Pass Filter (BPF) PadaBPFiniada2macamrangkaianyaituBPFbidang lebar dan BPF bidang sempit. Untuk membedakan kedua rangkaian iniadalahdilihatdarinilaifigureofmerit(FOM)atauFaktor kualitas (Q). Bila Q < 10, maka digolongkan BPF bidang lebar. Bila Q > 10, maka digolongkan BPF bidang sempit. Perihtungan faktor kualitas (Q) adalah PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 36 Sedangkan 1.10.5.1Band Pass Filter Bidang Lebar SyaratBPFbidanglebaradalahQ 10. Rangkaian yang digunakanbisasepertigambardiatastapiadarangkaiankhusus untukBPFbidangsempit.Rangkaiankhususinipunbisapula PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 38 digunakanuntukBPFbidanglebar,tapispesialisnyauntukbidang sempit. Rangkaian ini sering disebut multiple feedback filter karena saturangkaianmenghasilkan2batasanLfdanHf.Gambar rangkaiansertacontohbandwidthbidangsempitdiberikanseperti berikutini.Persamaanpersamaannyapunbedadantersendiri. Komponen pasif yang digunakan sama dengan komponen pasif dari LPF dan HPF. Gambar 1.29 Rangkaian Band Pass Filter Bidang Sempit PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 39 Perhitungan dari rangkain diatas adalah : Dipilih C C C = = 2 1 Hubungan nilai tahanannya adalah : dimana nilai F A saat pada C f adalah Perlu diingat bahwa, danAda keuntungan rangkaian ini adalah bila ingin mengganti frekuensi centernya C f , maka tinggal mengganti nilai R2 saja. Nilai yang baru adalahR2. 1.10.6Band Reject Filter Rangkaian Band Reject Filter ada 2 macam yaitu BRF bidang lebar BRF bidang sempit PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 40 1.10.6.1Band Reject Filter Bidang Lebar BRFbidanglebaradalahterdiridarirangkaianHPFdan LPF yang dimasukkan ke rangkaian penjumlah. Sedang BRF bidang sempit adalah terkenal dengan rangkaian Notch Filter yaitu menolak frekuensi tertentu. ContohrangkaianBandRejectFilterbidanglebarsepertigambar berikut ini. Gambar 1.30 Rangkaian Band Reject Filter Bidang Lebar PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 41 Gambar 1.31 Responsi output Band Reject Filter Bidang Lebar RumusrumusuntukLPFdanHPFsertarangkaian penjumlahberlakuuntukmenentukannilainilaikomponenatau elemenpasifyangdigunakanuntukrangkaianbandreject filterbidang lebar ini. 1.10.6.2Band Reject Filter Bidang Sempit Namabandrejectfilterbidangsempitiniseringdikenal dengannamaAktifNotchFilter.Rangkaianmenggunakanmodel twin-T circuit. Biasanya rangkaian aktif Notch Filter ini digunakan pada rangkaian medika. Rumus untuk rangkaian ini adalah : Gambarrangkaian nya adalah sebagai berikut : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 42 Gambar 1.32 Rangkaian Notch Filter 1.10.7All Pass Filter (APF) RangkainAPFinibisadikatakanpulabukantermasuk rangkaianfilterkarenatidakadayangdifilter.Rangkaianini terkenaldengannamadelayequalizeratauphasecorector,karena berhubungan dengan fungsi rangkaian dalam aplikasinya. Rangkain iniseringdigunakanpadasinyaltelkomunikasiuntukmencocokan fasasinyalnyaatausengajamembuatselisihdenganaslinya,dan jugaterdapatpadaaplikasiyanglainnyamisalnyadigunakanuntuk stereobuatandiaudio,atauuntukpenggetarsuarapadagitar elektrik, dan lain lain. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 43 Gambar 1.32 Rangkaian All Pass Filter Perhitungan rumusnya: Dengan menyamakan F R R = 1 tegangan outputnya diperoleh dari teori superposisi seperti : ataudimana f adalah frekuensi input Sudut fasanya adalah PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 44 2.1Oscilator Sampaisejauhinidipelajaripadaop-ampmisalnyauntuk segalamacampenguatandanfilterfilteraktif.Padabagianini menjelaskan op-amp untuk oscilator yang dapat diatur atur frekuensi outputnyadengangelombangyangbervariasipula.Padadasarnya fungsioscilatoradalahsinyalACataugelombangtegangansaja. Lebihspesifiklagi,oscilatoradalahprosespengulangan bentuk gelombang tertentu pada amplitudo dan frekuensi yang tetap tanpaeksternalinput.Oscilatorseringdigunakanpadaradio, televisi,komputer,danpesawatkomunikasi.Oscilatorterdiridari beberapamacamjenisnya,walaupunbegitu,oscilatoroscilatoritu mempunyai prinsip kerja yang sama. 2.1.1Prinsip kerja oscilator Oscilatoradalahamplifierumpanbalik(feedback)yang outputnyadiumpanbalikkankeinputmelaluirangkaianumpan baliknya.Kalausinyalumpanbaliknyaadalahsuatubesaranatau fasa,makarangkaianakanmenghasilkansinyalbolakbalikatau tegangan.Asalusuloscilatordinyatakanpadagambarberikutini yangmenerangkanawalmulatidakadateganganinput.Prinsip kerjainidinamakanumpanbalikpositif(positiffeedback). Persamaannya adalah : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 45

Dengan menggunakan hubungan ini maka persamaan menjadi Dimana 0 = in v dan 0 o v didapat A v B = 1 Dialihkan kebentuk polar adalah : 2.1.2Oscilator fasa geser OscilatoriniterdiridarirangkaianRCkaskadesebagai rangkaianfeedbacknya.Rangkaianfeedbackadalahrangkaian outputmemberikankeinputpenguat.Penguatmenggunakan inverting amplifier, maka ada beberapa sinyal yang diproses terbalik (invert) dengan beda 180o ke output. Yangmembuatperbedaan180okeoutputituadalah rangkaianRCkaskadesebagairangkaianfeedback.Frekuensiyang dihasilkanberdasarkanperhitunganmatematikatentangfasaini dengan cara matrik, maka didapat persamaan sebagai berikut : Pada penguatan tertentu sekurang kurangnya 29 yaitu : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 46 Gambar 1.33 Rangkaian oscilator fasa geser (phase shift) 2.1.3Oscilator Jembatan Wien Karenaringkasnyadanstabilnyadarioutputoscilatordan seringdigunakanpadaaudiofrekuensiadalahrangkaianoscilator jembatan Wien. Output rangkaian ini adalah : PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 47 Penguatan tegangannya adalah : Jadiatau R = 2 R1 GambarberikutiniadalahcontohJembatan WienOscilator dengan output fo = 965 Hz Gambar 1.34 Rangkaian Oscilator Jembatan Wien 2.1.4Rangkaian Oscilator Quadrature (Quadrature Oscilator Circuit) Rangkaianoscilatorinimenghasilkan2outputdengan perbedaanfasa90oyaituberupagelombangsinusdangelombang cosinus.Ada2op-ampyangdigunakan,untukop-amppertama beroperasipadarangkaiannoninvertingsebagainoninverting PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 48 integrator.Untukop-ampyangkeduaberoperasipadaintegrator murni. Frekuensi oscilasi yang terjadi adalah : R1 C1 = R2 C2 = R3 C3 = RCdan Contoh bila fo=159 Hz Ditentukan C = 0.01 F , maka Untukmwndapatkankoreksikesalahanataumelesetnyanilai komponen bisa diganti R1 dengan potensio yang bernilai 200KW. Gambar rangkaian oscilator quadarture adalah seperti berikut ini. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 49 Gambar 1.35 Quadrature Oascilator 2.1.5Oscilator gelombang segi empat Rangkaianinisepertirangkaiankomparatortapiada komponen C pada kakki inverting. Sinyalnya adalah saturasi positif dan negatif. Perhitungannya : dan dan PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 50 Untuk R2 = 1.16 R1maka nilaiGambar rangkaian seperti berikut ini Gambar 1.36 Rangkaian Oscilator segi empat 2.1.6Oscilator gelombang segitiga Rangkaian segitiga ada 2 macam cara membuatnya yaitu : a.Dari rangkaian oscilator segi empat yang dilanjutkan ke integrator. b.Dari kombinasi rangkaian komparator dan integrator yang menghasilkansegitiga Rangkaian dari oscilator segiempat ke integrator sama rumusnya yaitu untuk mencari frekuensi osilasinya adalah: PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 51 atauUntuk R2 = 1.16 R1maka nilai Gambar 1.37 Rangkaian Oscilator ouput segi tiga kesatu PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 52 Untukrangkaianyanglainadalahkombinasiantara rangkaian komparator dan rangkaian integrator rumusnya adalah : Rangkaian nya adalah seperti gambar berikut ini. Gambar 1.38 Rangkaian oscilator gelombang segi tiga kedua PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 53 2.1.7Rangkaian Oscilator gelombang segitiga gergaji Rangkaianoscilatorsegitigagigigergajiiniadalahsama dengansegitigabiasacumahanyaadapenambahanpotensiometer yang diletakkan pada kaki noninverting dengan nilai 20 KW. Rangkaiannya terlihat seperti gambar berikut ini. Gambar 1.39 Rangkaian segitiga gigi gergaji PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 54 Untukrangkaianiniadalahkombinasiantararangkaian komparatordanrangkaianintegratortapidutycyclepulsanyatidak selalu50%dantergantungdaripengaturanpotensiometeryang terpasang,rumusnya adalah : 2.1.8Voltage Control Oscilator (VCO) Adalahoscilatoryangouputfrekuensinyatergantungdari input rangkaian seperti gambar rangkaian berikut ini. PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 55 PENDIDIKANPERWIRARADIO ELEKTRONIKAMARITIMBHARUNA BHAKTI SURABAYADEPARTEMEN POS DAN TELEKOMUNIKASI.DIREKTORAT JENDERAL PERHUBUNGAN LAUT 56 Gambar 1.40 Rangkaian Voltage Control Oscilator dan hasilnya