Filter Analog Ppt

5/20/2018 Filter Analog Ppt

1/100

FILTER ANALOG

Filter:suatu alat yang memiliki fungsi untuk melewatkanfrekuensi tertentu. Filter analog berarti filter yangmelewatkan sinyal analog dan pengolahan sinyalnya

juga dilakukan secara analog.

Filter analog banyak digunakan dalam sistemkomunikasi, misalnya pada up-down converter, untuk

merancang duplekser, filter sinyal audio, filter RF, filterSSB, dsb.

Berdasarkan komponen penyusunnya, filter analogdibagi:

1. Filter LC pasif dan RC aktif

2. Filter SAW (Surface Acoustic Waves)3. Filter-filter elektromekanik

4. Filter kristal piezoelektrik


2/100

Berdasarkan daerah frekuensi yang dilewatkan, filteranalog dibagi menjadi

1. LPF (Low Pass Filter)

2. BPF (Band Pass Filter)3. HPF (High Pass Filter)

4. BSF/BRF (Band Stop Filter/ Band Reject Filter)

5 All Pass Fil ter (hanya memperhatikan respon fasa).

Berdasarkan bentuk respon frekuensi terhadap gain:

1. Filter Bessel (Maximally Flat Time Delay)

2. Filter Cauer (Eliptic)

3. Filter Butterworth (maximally flat)4. Filter Chebyshev (Tchebycheff)


3/100

Berdasarkan sifat penguatannya, filter bisa

diklasifikasikan:

Filter aktif:bersifat menguatkanKomponen penyusunnya: penguat, kapasitor danresistor.

Keuntungan: ukuran yang lebih kecil, ringan, lebihmurah dan lebih fleksibel dalam perancangannya.

Kekurangan: kebutuhan catu daya eksternal, lebihsensitif terhadap perubahan lingkungan, dan memilikifrekuensi kerja yang tidak terlalu tinggi hanya sampairatusan MHz).

Filter pasif:bersifat tidak menguatkan.

komponen penyusunnya: induktor, kapasitor danresistor.

Kelebihan: dapat digunakan untuk frekuensi tinggi.

Kekurangan: dimensi lebih besar daripada filter aktif.


4/100

Langkah umum merancang Filter:

Tentukan spesifikasi filter: penguatan, frekuensi cut-off,frekuensi stop band, ripple.

Lakukan Normalisasi frekuensi, kemudian tentukan orde filterdengan bantuan kurva Redaman vs frekuensi ternormalisasi.

Tentukan prototype filter LPF dengan bantuan Tabel orde

filter dan harga komponen. Jika yang dirancang adalah filter HPF dan BPF/BSFNarrowband, lakukan konversi dari prototype LPF keprototype HPF/BPF/BSF.

Lakukan denormalisasi untuk mendapatkan harga-hargakomponen yang sebenarnya (lihat slde halaman 57).


5/100

Model Filter Ternormalisasi

(prototype)

Bertujuan memudahkan analisis dan perhitungandalam merancang suatu filter.

Bila LPF ternormalisasi sudah dibuat, maka dapatdirancang LPF, HPF, BPF maupun BSF riil yaitu

pada frekuensi yang sebenarnya dengan transformasitertentu.

Untuk mengaplikasikan prototype ternormalisasi padasuatu harga frekuensi tertentu (frekuensi

sesungguhnya) diperlukan denormalisasi/ penskalaandengan aturan yang ditentukan, karenanya prototypeLPF ternormalisasi ini dirancang saat frekuensi C=1 rad/s.


6/100

LPF pasif Butterworth ternormalisasi


7/100

LPF pasif Butterworth ternormalisasi

LPF Butterworth ini memiliki respon flat pada

daerah passband maupun stopband. Dari Persamaan Filter tersebut, untuk

mengetahui redaman perdekade (persepuluhkali) setelah frekuensi cut off, dilakukan

pendekatan sebagai berikut:

Jadi setelah frekuensi cut off-nya, filterButterworth ini memiliki respon meredam

mendekati 20N dB/dekade.


8/100

Posisi pole-pole pada bidang s (s-plane) ditentukan dengan

menyelesaikan persamaan berikut: (ket: s=j dan =/c)


9/100

Posisi pole-pole dari fungsi HN(s) dan HN(-s) ini

ditunjukkan pada gambar berikut ini

yaitu berada pada titik-titik dengan jari-jari = 1. Jarak

antara dua buah pole adalah /N radian. Pole-pole dari fungsi HN(-s) terletak disebelah kanan

Pole HN( sumbu vertikal (disebut Right Half PlanePoles), sedangkan pole-pole dari fungsi HN(s) terletakdisebelah kiri sumbu vertikal (disebut Left Half Plane

Poles).


10/100

Berikut ini adalah respon frekuensi LPF Butterworth

ternormalisasi yang disimulasikan menggunakan MATLAB


11/100


12/100


13/100

Untuk menentukan komponen yang

digunakan Persamaan:


14/100

Tabel harga komponen LPF Butterworth ternormalisasi

(Rs=RL=1):


15/100

Tabel harga komponen LPF Butterworth ternormalisasi (RS RL):


16/100


17/100


18/100


19/100

Pole-pole Butterworth


20/100

Urutan Perancangan LPF Butterworth

Berdasarkan spesifikasi LPF yang diberikan yaitu

spesifikasi resistansi sumber (RS), resistansi beban (RL),frekuensi cutoff (C), frekuensi stop band (S) danredamannya (As) bila c1 rad/s maka normalisasikanharga Cdan Sdgn referensi C=1.

Sesuaikan harga C dan S dengan melihat grafik

respon frekuensi LPF Butterworth ternormalisasi Pilih orde filter (N) yang sesuai dengan spesifikasi filter

(orde filter diperoleh dengan bantuan kurva penguatanvs frek ternormalisasidan lakukan pembulatan ke atas).

Dengan harga N, tentukan rangkaian yang digunakanberdasarkan spesifikasi filter dengan cara melihat Tabelharga komponen LPF Butterworth ternormalisasi.

Lakukan Denormalisasi (lihat slde halaman 57)


21/100


22/100


23/100

Latihan soal:

Rancanglah suatu filter LPF Butterworthdengan frekuensi cut off 50 MHz dan filter

harus meredam sebesar 50 dB pada 150

MHz untuk besar hambatan sumber danbeban sebagai berikut:

1. Rs = Rl = 1 ohm

2. Rs = 100 ohm, Rl = 50 ohm3. Rs = 50 ohm, Rl = 100 ohm


24/100

LPF pasif Chebyshev ternormalisasi

Filter ini cocok digunakan bila diinginkan

slope yang tajam dan diperbolehkan ripple

di passband atau di stopband

LPF Chebychev ini memiliki respon yangmemiliki ripple (disebut equiripple pada

daerah passband atau daerah stopband)


25/100

Respon magnituda kuadrat LPF Chebychev

terhadap frekuensi:


26/100

Polinomial Chebyshev berosilasi antara +1

dan1 Koefisien dipilih berdasarkan besar

kecilnya ripple yang diinginkan.

adalah frekuensi redaman yangdiinginkan.

cadalah frekuensi cut-off 3 dB.

Filter ini memiliki orde N, N integer

N semakin besar respon filtermendekati respon filter ideal.


27/100

Polinomial Chebychev dapat juga dihasilkan dari

rumus rekursif:


28/100

Sepuluh polinomial Chebychev pertama


29/100

Pada saat 1 x 1 memiliki respon seperti gambar berikut:

Untuk N genap (dalam tabel ini N ditulis sebagai n)


30/100

Untuk N ganjil (dalam tabel ini N ditulis sebagai n)


31/100

Contoh Respon LPF Chebychev untuk antara 1 sampai 10


32/100

Urutan perancangan LPF Chebychev:

1. Berdasarkan spesifikasi LPF yang diberikan, yaituspesifikasi resistansi sumber (R

S

), resistansi beban(RL), ripple yang diperbolehkan dB), frekuensi cut-off(C),frekuensi stop band (S) dan redamannya (AS),bila C1 rad/s maka normalisasikan harga Cdan Sdengan referensi C= 1.

2. Setelah dinormalisasikan, sesuaikan harga C dan Sdengan melihat grafik respon frekuensi LPF Chebychevternormalisasi.

3. Pilih orde filter (N) yang sesuai dengan spesifikasi filter(orde filter diperoleh dengan pembulatan ke atas).

4. Dengan harga N tentukan rangkaian yang digunakanberdasarkan spesifikasi filter dengan cara melihat Tabelharga komponen LPF Chebychev ternormalisasi.

5. Lakukan denormalisasi.


33/100


34/100


35/100

Semua tabel harga komponen LPF Chebychev

ternormalisasi menggunakan dua alternatif

rangkaian:


36/100


37/100


38/100


39/100


40/100


41/100


42/100


43/100


44/100

Latihan soal (lihat tabel 3-5B hal 56 bukuChris Bowick)

Cari harga-harga prototype LPF Chebysev

dengan n = 5 dan ripple yang diijinkan

pada daerah passband maksimal 0,1 dB.

Besar hambatan sumber = 50 ohm danbeban 250 ohm!

Kemudian cari harga komponen LPF yang

sesungguhnya pada frekuensi cutoff = 50MHz!


45/100

Rancanglah LPF dengan spesifikasi sbb:

fc = 35 MHz.

Redaman lebih besar dari 60 dB pada 105 MHz.

Maximally flat pada daerah passband, tanparipple.

Rs = 50 ohm

RL = 500 ohm


46/100

LPF AKTIF TERNORMALISASI

LPF aktif merupakan LPF yang di

dalamnya terjadi proses penguatan.

LPF aktif ternormalisasi merupakan model

LPF saat frekuensi sudut C= 1 rad/s.


47/100

Komponen penyusun: resistor, kapasitor

dan penguat (biasanya op-amp).

Kelebihan: dapat dihindari pembebanan

karena memiliki Zin yang besar dan

Zout yang kecil.

Frekuensi kerja tidak terlalu tinggi

maksimum pada ratusan MHz.

Dipengaruhi oleh kemampuan op-ampyang dipakai


48/100

REALISASI

Bila orde filter N genap (N2)

realisasi dilakukan dengan (N/2) buah filter

double pole.

Bila orde filter N ganjil (N3)

realisasi dilakukan dengan ((N-3)/2) buah

filter double pole dan sebuah filter triple

pole


49/100

DOUBLE POLE & TRIPLE POLE

Filter double pole:Filter aktif yang memiliki dua buah poleyang saling berpasangan pada bagianpole yang imajiner.

Filter triple pole:

Filter aktif yang memiliki tiga buah poleyaitu satu buah pole riil negatif dan dua

buah pole yang saling berpasangan padabagian pole yang imajiner.

LPF i l l


50/100

LPF single pole

LPF d bl l


51/100

LPF double pole

LPF double pole


52/100

LPF double pole


53/100

LPF Triple Pole

LPF triple pole dengan penguatan = 1

Terdiri dari sebuah LPF double pole dan

sebuah filter pasif dengan pole riil (berupa

R dan C).

Pasangan polenya sK= K jK dan real

pole sk = 0

Rangkaian LPF triple pole dengan


54/100

Rangkaian LPF triple pole dengan

penguatan = 1


55/100

LPF triple pole penguatan 1

Pasangan polenya adalah sK= KjKdan polerealnya sk= 0 Dengan penguatan - A di daerah passband


56/100

Rangkaian LPF triple pole penguatan 1

Penguatan tegangan = A


57/100

Penskalaan Impendansi dan Frekuensi

(Denormalisasi)

Nilai komponen Rn, Ln dan Cn pada rangkaian

LPF ternormalisasi (dari tabel yang tersedia)

adalah harga komponen saat frekuensi sudut

C = 1 rad/s, sehingga diperlukan prosesdenormalisasi kembali agar sesuai dengan

spesifikasi (besarnya komponen riil).


58/100

Rumus-rumus yang dipakai dalam

denormalisasi LPF

R = RnX RAc

L = (LnX RAc) / (2fCo)

C = Cn/ (2f

CoX R

Ac)

= nx 2fCo

= nx 2fCo

f = fnX 2fCo


59/100

dimana :

R : Resistor akhir

Rn : Resistor ternormalisasi

RAc : Resistor acuan = bilangan untuk melakukan

normalisasi (bisa sumber beban) L : Induktor akhir

Ln : Induktor ternormalisasi

fCo : Frekuensi cuttoff

C : Kapasitor akhir

Cn : Kapasitor ternormalisasi


60/100

: Bagian pole riil akhir.

n : Bagian pole riil ternormalisasi.

: Bagian pole imajiner akhir.

n : Bagian pole imajiner

ternormalisasi

f : Frekuensi akhir

fn : Frekuensi ternormalisasi

L tih l


61/100

Latihan soal:

1. Rancanglah LPF aktif dengan spesifikasi:

Redaman 3 dB pada 100 Hz.

Redaman 70 dB pada 350 Hz.Penguatan pada passband = 1.

Gunakan LPF Chebyshev r=0,5 dB dan Z=50 k .



Redaman min 15 dB pada 150 Hz.Penguatan (daya) pada passband = 40 dB.

Gunakan LPF Butterworth dan Z=100 k .




Penguatan (daya) pada passband = 20 dB inverting.Gunakan Z = 1M.


62/100

High Pass Filter

Fungsi :

melewatkan sinyal dengan frekuensi di

atas frekuensi cutoff dan meredam sinyal

dengan frekuensi di bawah frekuensicutoff.


63/100

Fungsi transfer didapat dengan

menggantikan pole-pole pada fungsitransfer LPF yaitu (SK)LPF= (1/SK)HPF.

Selain perubahan pole-polenya jugaterjadi perubahan pada

(S)HPF= (1/S)LPF

()HPF= ()LPF Filter ini juga memiliki respon seperti pada

LPF antara lain respon Butterworth danrespon Chebychev.


64/100

Transformasi dari LPF ternormalisasi ke

HPF ternormalisasi menyebabkan

berubahnya komponen-komponen

penyusun filter yaitu:

Pada HPF pasifternormalisasi akan terjadi

perubahan dari induktor menjadi kapasitordan sebaliknya, sedangkan pada HPF

aktif ternormalisasi terjadi perubahan dari

resistor menjadi kapasitor dan jugasebaliknya.

Adapun persamaan yang menunjukkan


65/100

Adapun persamaan yang menunjukkan

perubahan nilai komponen adalah sebagai

berikut (perubahan dilakukan pada kondisi

ternormalisasi):

HPF pasif ternormalisasi:

CHPF=1/LLPFdanLHPF=1/CLPF

HPF aktif ternormalisasi:

CHPF=1/RLPFdanRHPF=1/CLPF

Pada HPF aktif, resistor yangmenyebabkan terjadinya penguatan, tidak

perlu diganti dengan kapasitor.


66/100

Langkah Perancangan HPF


67/100


68/100


69/100

Latihan soal:

Rancanglah suatu HPF yang tersusun dari

rangkaian LC dengan frekuensi cut off 60

MHz dan redaman minimum 40 dB pada

30 MHz. Hambatan sumber dan bebanmasing-masing 300 , asumsikan ripple

maksimum yang bisa ditoleransi pada

daerah pass band sebesar 0,5 dB!


70/100

jawaban

here

B d P Filt
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/Buku%20Chris%20Bowick/RF_Circuit_Design.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/Buku%20Chris%20Bowick/RF_Circuit_Design.pdf


71/100

Band Pass Filter

Wid b d B d P Filt


72/100

Wideband Band Pass Filter

Dalam desainnya, dapat didekati denganmembuat kaskade antara LPF dan HPFyang diberi rangkaian isolatoragar responmasing-masing filter tidak saling

mempengaruhi. Pada WBPF pasif, isolator berupa

peredam yang tersusun atas resistor-resistor (bentuk T atau bentuk ).

Pada WBPF aktif, isolator berupa voltagefollower/buffer atau noninverting amplifier.

Rangkaian isolator untuk filter aktif dan pasif:


73/100

Rangkaian isolator untuk filter aktif dan pasif:

Isolator untuk filter pasif (impendansi input output


74/100

Isolator untuk filter pasif (impendansi input-output

sepadan yaitu = 500 ohm):

Langkah perancangan WBPF adalah :


75/100

Langkah perancangan WBPF adalah :


76/100


77/100

Narrowband Band Pass Filter:

Metode perancangan NBPF berdasarkan


78/100

Metode perancangan NBPF berdasarkan

faktor kualitas filter (Q = fo/BW3dB).

atas


79/100

atas


80/100

Transformasi dari LPF ke BPF akan

menyebabkan berubahnya komponen-komponen penyusun filter yaitu pada

NBPF pasif akan terjadi perubahan dari

induktor menjadi induktor yang diserikandengan kapasitor; dan kapasitor menjadi

induktor yang diparalel dengan kapasitor

(transformasi dilakukan pada saat filter

ternormalisasi).

Transformasi NBPF ternormalisasi


81/100

Transformasi NBPF ternormalisasi

dari LPF ternormalisasi pasif


82/100


83/100


84/100


85/100


86/100


87/100

Latihan soal:


88/100

Latihan soal:

1. Rancanglah suatu BPF dengan spesifikasi sbb:

fc=75 MHz

BW 3dB = 7 MHz

BW 50dB = 35 MHz

Pass ripple = 1 dB

Rs = 50

RL = 100

2. Rancanglah suatu filter LC-BPF dengan spesifikasi sbb:

Redaman 3 dB pada frekuensi 500 Hz dan 2000 Hz

Redaman minimum 40 dB pada frekuensi 100 Hz dan4000 Hz, Rs = RL = 600

B d St Filt / B d R j t Filt


89/100

Band Stop Filter / Band Reject Filter

Filter yang meredam sinyal yang memiliki bandfrekuensi tertentu.

BSF ini dikelompokkan menjadi 2 bagian:

Wideband Band Stop Filter (bila

perbandingan antara upper cutoff frequencydengan lower cutoff frequency lebih besardari 2).

Narrowband Band Stop Filter (bila

perbandingan antara upper cutoff frequencydengan lower cutoff frequency lebih kecilatau sama dengan 2).

Wid b d B d St Filt


90/100

Wideband Band Stop Filter

Dalam desainnya, dapat didekati denganmembuat LPF dan HPF terpisah dan

kemudian masing-masing keluarannya

dijumlahkan.

Ur tan perancangan WBSF


91/100

Urutan perancangan WBSF:


92/100

Narrowband Band Stop Filter


93/100

Narrowband Band Stop Filter


94/100


95/100


96/100


97/100


98/100


99/100

Latihan soal:


100/100

Latihan soal:

Rancanglah BRF dengan spesifikasi sbb:

Frekuensi center pada 10 kHz

BW-3dB = 500 Hz

Redaman 30 dB minimum pada = 200

Hz.

Rs=RL=600ohm.

Date post:	10-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	firly-firmansyah
View:	144 times
Download:	13 times

Filter Analog Ppt

Documents