[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

FIG 15.9 & FIG 15.11

1. Pendahuluan[Kembali]

    RC filter merupakan rangkaian pasif yang terdiri dari resistor (R) dan kapasitor (C), yang digunakan untuk menyaring sinyal berdasarkan frekuensi. Filter ini banyak digunakan dalam sistem elektronika dan komunikasi untuk meredam frekuensi yang tidak diinginkan, seperti noise atau gangguan dari sinyal luar. Terdapat dua jenis utama RC filter, yaitu low-pass filter dan high-pass filter, yang masing-masing berfungsi untuk melewatkan frekuensi rendah atau tinggi dan meredam sisanya. Pemahaman tentang prinsip kerja RC filter penting untuk desain sistem sinyal analog dan digital.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja RC filter, baik low-pass maupun high-pass.

2. Menganalisis respon frekuensi dari rangkaian RC filter.

3. Menghitung nilai frekuensi cut-off (cut-off frequency) dari filter.

4. Mengamati pengaruh perubahan nilai resistor atau kapasitor terhadap karakteristik filter.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. Resistor

Resistor adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghambat arus

2.  Kapasitor

Kapasitor atau kondensator ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) pada hakikatnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.

Dengan rumus dapat ditulis:

Q=CV

Dengan asumsi: 

    Q = muatan elektron dalam C (Coulomb)

    C = nilai kapasitansi dalam F (Farad)

    V = tinggi tegangan dalam V (volt)

3. Transformator

Transformator adalah komponen elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan listrik AC (arus bolak-balik) dari satu nilai ke nilai lainnya melalui prinsip induksi elektromagnetik. Transformator terdiri dari dua kumparan kawat, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, yang dililitkan pada inti besi yang sama. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan primer, medan magnet yang berubah-ubah terbentuk di inti, dan medan ini kemudian menginduksi tegangan pada kumparan sekunder. Besarnya tegangan output tergantung pada rasio jumlah lilitan antara kedua kumparan

4. Dioda

Dioda adalah komponen semikonduktor dua terminal yang berfungsi utama sebagai penyearah arus, yaitu hanya mengalirkan arus listrik dalam satu arah saja. Dioda terdiri dari sambungan dua jenis material semikonduktor, yaitu tipe P (positif) dan tipe N (negatif), yang membentuk sebuah junction PN. Terminal pada dioda disebut anoda (pada sisi P) dan katoda (pada sisi N). Ketika anoda diberi tegangan positif terhadap katoda (forward bias), dioda akan menghantar arus listrik. Sebaliknya, jika polaritas dibalik (reverse bias), dioda akan menahan arus, kecuali jika tegangan mencapai titik tembus (breakdown).

5. Power Supply

Power supply atau catu daya adalah rangkaian atau perangkat yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik dengan tegangan dan arus yang sesuai bagi perangkat elektronik lainnya. Dalam aplikasi praktis, power supply sangat penting karena menentukan kinerja dan keandalan sistem elektronik secara keseluruhan. Kesalahan dalam perancangan atau pemilihan komponen power supply dapat menyebabkan kerusakan pada komponen lain atau ketidakstabilan sistem. 

4. Dasar Teori[Kembali]

RC FILTER

RC Filter adalah rangkaian penyaring (filter) yang dibentuk dari kombinasi resistor (R) dan kapasitor (C). Filter ini digunakan untuk memproses sinyal listrik dengan cara melewatkan frekuensi tertentu dan menahan frekuensi lainnya. RC filter dibedakan menjadi dua jenis utama berdasarkan tujuannya, yaitu low-pass filter (LPF) yang melewatkan frekuensi rendah dan high-pass filter (HPF) yang melewatkan frekuensi tinggi. Prinsip kerja RC filter sangat bergantung pada respon kapasitor terhadap perubahan frekuensi, karena kapasitor memiliki impedansi yang berubah-ubah terhadap sinyal AC.

DC Operation of RC Filter Section

Pada operasi DC (arus searah), karakteristik RC filter menjadi lebih sederhana. Dalam konteks DC, kapasitor bertindak sebagai pemisah (isolator) dalam jangka panjang. Ketika pertama kali tegangan DC diberikan, kapasitor akan mengisi (charging), tetapi setelah terisi penuh, ia akan menghalangi arus DC karena tidak ada perubahan tegangan (frekuensi nol). Artinya, dalam jangka panjang, kapasitor berperilaku seperti open circuit terhadap DC. Oleh karena itu, dalam high-pass filter, sinyal DC akan diblokir, sedangkan dalam low-pass filter, sinyal DC bisa lewat karena hanya melewati resistor.

Gambar 15.10a menunjukkan rangkaian ekivalen dc yang digunakan dalam menganalisis rangkaian filter RC pada Gambar 15.9. Karena kedua kapasitor merupakan rangkaian terbuka untuk operasi dc, tegangan dc keluaran yang dihasilkan adalah

AC Operation of RC Filter Section

Pada operasi AC (arus bolak-balik), RC filter menunjukkan perilaku frekuensi-berbasis yang khas. Pada low-pass filter, sinyal frekuensi rendah dapat melewati kapasitor tanpa banyak hambatan, sementara sinyal frekuensi tinggi "dibuang" ke ground karena impedansi kapasitor menurun saat frekuensi meningkat. Sebaliknya, pada high-pass filter, sinyal frekuensi tinggi dilewatkan karena kapasitor mulai menghantarkan dengan baik pada frekuensi tinggi, sedangkan sinyal frekuensi rendah diblokir karena pada frekuensi rendah impedansi kapasitor tinggi. Titik batas antara frekuensi yang dilewatkan dan yang diredam disebut frekuensi cut-off (fc)

Gambar 15.10b menunjukkan rangkaian ekuivalen ac dari bagian filter RC. Karena aksi pembagi tegangan dari impedansi ac kapasitor dan resistor beban, komponen ac dari tegangan yang dihasilkan melintasi beban adalah

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

5. Example[Kembali]

1. Diketahui 

$V_{dc} = 12 \, \text{V}$, $R = 470 \, \Omega$, dan $R_L=2.2\text{k}\mathrm{\Omega }=2200\mathrm{\Omega .}\mathrm{ }\mathrm{<br>}$

Jawab: 

$$V'_{dc} = \frac{2200}{470 + 2200} \cdot 12 = \frac{2200}{2670} \cdot 12 \approx 0.8247 \cdot 12 = 9.90 \, \text{V}$$

2. Diketahui 

$V_{dc} = 5 \, \text{V}$ $R = 1 \, \text{k}\Omega = 1000 \, \Omega$, dan $R_L = 1 \, \text{k}\Omega = 1000 \, \Omega$

Jawab: 

$$V_{dc}^{\mathrm{\prime }}=\frac{1000}{1000+1000}\cdot 5=\frac{1}{2}\cdot 5=2.5\text{V}$$

3. Sebuah penyearah menghasilkan tegangan riak AC sebesar 

$V_r(\text{rms}) = 0.8 \, \text{V}$. Filter RC yang digunakan terdiri dari:

• Resistor beban $R = 1 \, \text{k}\Omega$
  

• Kapasitor $C=100\mu F$

Jawab: 

C=100×10^−6=0.0001F

$X_C = \frac{1.3}{C} = \frac{1.3}{0.0001} = 13,000 \, \Omega$

$V'_r(\text{rms}) = \frac{13,000}{1,000} \cdot 0.8 = 10.4 \, \text{V}$

6. Problem[Kembali]

1. Sebuah penyearah menghasilkan tegangan riak AC sebesar $V_r(\text{rms}) = 0.8 \, \text{V}$. Tegangan ini masuk ke filter RC yang menggunakan resistor sebesar $1 \, \text{k}\Omega$ dan kapasitor $100 \, \mu F$. Hitunglah tegangan riak setelah filter.

Jawab: 

 $X_C = \frac{1.3}{C}$, dengan $C=100\times {10}^{-6}=0.0001\text{F. Maka, }$$X_C = \frac{1.3}{0.0001} = 13,000 \, \Omega$
Kemudian, kita masukkan ke rumus $V'_r(\text{rms}) = \frac{X_C}{R} \cdot V_r(\text{rms})$. Dengan $R = 1000 \, \Omega$ dan $V_r(\text{rms}) = 0.8 \, \text{V}$, diperoleh:

$$V'_r(\text{rms}) = \frac{13,000}{1,000} \cdot 0.8 = 10.4 \, \text{V}$$

2. Tegangan riak dari penyearah adalah 2.5V, dan filter RC yang digunakan terdiri dari resistor sebesar 

$3.3 \, \text{k}\Omega$dan kapasitor $22 \, \mu F$. Hitung tegangan riak setelah melalui filter.

Jawab:
Kapasitansi $C=22\times {10}^{-6}=0.000022\text{F, maka impedansi kapasitif }$$X_C=\frac{1.3}{0.000022}\approx 59,091\mathrm{\Omega }$ Kemudian, gunakan rumus tegangan riak setelah filter:

$$V'_r(\text{rms}) = \frac{X_C}{R} \cdot V_r(\text{rms}) = \frac{59,091}{3,300} \cdot 2.5 \approx 17.9 \cdot 2.5 = 44.75 \, \text{V}$$

3. Diketahui 

$V_{dc} = 15 \, \text{V}$, $R = 330 \, \Omega$, dan $R_L = 4.7 \, \text{k}\Omega = 4700 \, \Omega$

$${\mathrm{<br>}}_{}^{}$$

Jawab:

$$V'_{dc} = \frac{4700}{330 + 4700} \cdot 15 = \frac{4700}{5030} \cdot 15 \approx 0.9342 \cdot 15 = 14.01 \, \text{V}$$

7. Soal Latihan[Kembali]

1. Apa fungsi utama transformator dalam rangkaian RC yang terhubung ke sumber AC 220V?

A. Menyearahkan tegangan
B. Menurunkan tegangan sebelum masuk ke filter
C. Menggandakan frekuensi
D. Menghilangkan harmonik

Jawaban: B

2. Pada rangkaian low-pass RC filter, dengan sumber DC yang diterapkan, apa yang terjadi pada tegangan output setelah beberapa waktu?

A. Tegangan output akan mengikuti tegangan input secara langsung
B. Tegangan output akan berosilasi sesuai dengan sumber DC
C. Tegangan output akan mencapai nilai konstan sama dengan tegangan input
D. Tegangan output akan berkurang secara bertahap sampai nol

Jawaban: C

Pada rangkaian low-pass filter, kapasitor akhirnya terisi penuh dan tegangan output akan menjadi konstan sesuai dengan tegangan input DC setelah waktu yang cukup lama.

3.  Jika sebuah low-pass RC filter memiliki R = 10 kΩ dan C = 0.1 µF, berapa frekuensi cut-off dari filter tersebut?

A. 1.59 kHz
B. 15.9 kHz
C. 159 Hz
D. 1.59 Hz

Jawaban: A

$$f_c=\frac{1}{2\pi RC}=\frac{1}{2\pi (10\times {10}^3)(0.1\times {10}^{-6})}\approx 1.59\text{kHz}$$

8. Percobaan[Kembali]

RANGKAIAN 1 (15.9)

Prosedur:

1. Siapkan segala komponen yang di butuhkan

2. Susun rangkaian sesuai panduan

3. Sambungkan rangkaian dengan power supply AC

4. Hidupkan rangkaian

5. Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

Prinsip Kerja:

Rangkaian ini bekerja untuk mengubah tegangan AC dari sumber 120 V menjadi tegangan DC yang lebih halus dan stabil. Pertama, transformator menurunkan tegangan AC ke level yang lebih rendah sesuai kebutuhan. Tegangan AC ini kemudian disearahkan oleh penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier) yang terdiri dari empat dioda (kemungkinan bridge rectifier) atau dua dioda dengan center-tap, sehingga sinyal output-nya berupa pulsa-pulsa DC positif tanpa bagian negatif. Namun, tegangan DC hasil penyearah ini masih mengandung riak (ripple), sehingga perlu dihaluskan.

Untuk menghaluskan tegangan ini, digunakan filter RC. Kapasitor  bertindak sebagai filter awal yang menyimpan muatan saat puncak tegangan dan melepaskannya saat tegangan mulai turun, sehingga mengurangi fluktuasi. Resistor  dan kapasitor  membentuk filter RC tingkat kedua yang lebih lanjut menyaring riak tegangan, menghasilkan tegangan DC yang lebih rata. Beban  menerima tegangan DC yang lebih stabil ini. Hasil akhirnya adalah tegangan  yang memiliki ripple jauh lebih kecil dibandingkan sebelum disaring.

Video Simulasi:

RANGKAIAN 2 (15.11)

Prosedur:

1. Siapkan segala komponen yang di butuhkan

2. Susun rangkaian sesuai panduan

3. Sambungkan rangkaian dengan baterai untuk sumber tenaga

4. Hidupkan rangkaian

5. Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

Prinsip Kerja:

Pertama, sinyal AC dari sumber listrik disearahkan oleh penyearah gelombang penuh sehingga menghasilkan sinyal DC berdenyut, yaitu sinyal positif yang masih mengandung fluktuasi (riak). Kemudian, kapasitor  berfungsi sebagai filter awal yang menyimpan muatan saat tegangan mencapai puncak dan melepaskannya saat tegangan turun, sehingga membantu meratakan tegangan. Setelah itu, resistor  dan kapasitor  membentuk filter RC tingkat kedua, yang menyaring sisa komponen AC (riak) lebih lanjut. Kapasitor  bekerja sama dengan  untuk menurunkan level fluktuasi tegangan sebelum sampai ke beban.

Video Simulasi:

9. Download File[Kembali]

Download File Proteus Rangkaian 15.9 (disini)

Download File Proteus Rangkaian 15.11(disini)

Download Datasheet Transformator (disini)

Download Datasheet Kapasitor (disini)

Download Datasheet Dioda 1N4007 (disini)

Download Datasheet Resistor (disini)