DIGITAL DAN ANALOG FILTER

Apa itu Filter ?

Filter adalah adalah sebuah rangkaian yang dirancang agar melewatkan suatu pitra frekuensi tertentu seraya memperlemah semua isyarat di luar pita ini. Pengertian lain dari filter adalah rangkaian pemilih frekuensi agar dapat melewatkan frekuensi yang diinginkan dan menahan (couple)/membuang (by pass) frekuensi lainnya.

Jaringan-jaringan filter bisa bersifat aktif maupun pasif.
Jaringan filter pasif hanya berisi tahanan, inductor dan kapasitor saja.
Jaringan Filter aktif berisikan transistor atau op-amp ditambah tahanan, inductor dan kapasitor.

Adapun Jenis-Jenis Filter :
Filter Low Pass adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari dc naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc, tegangan keluarannya diperlemah (turun).
Low Pass Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam/menahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.

Gambar respon LPF
Pita Lewat : Jangkauan frekuensi yang dipancarkan
Pita Stop : Jangkauan frekuensi yang diperlemah.
Frekuensi cutoff (fc) : disebut frekuensi 0.707, frekuensi 3-dB, frekuensi pojok, atau frekuensi putus.

Filter High Pass memperlemah tegangan keluaran untuk semua frekuensi di bawah frekuensi cutoff fc. Di atas fc, besarnya tegangan keluaran tetap. Garis penuh adalah kurva idealnya, sedangkan kurva putus-putus menunjukkan bagaimana filter-filter high pass yang praktis menyimpang dari ideal.
Pengertian lain dari High Pass Filter yaitu jenis filter yang melewatkan frekuensi tinggi serta meredam/menahan frekuensi rendah. Bentuk respon HPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.


Filter Band Pass hanya melewatkan sebuah pita frekuensi saja seraya memperlemah semua frekuensi di luar pita itu. Pengertian lain dari Band Pass Filter adalah filter yang melewatkan suatu range frekuensi. Dalam perancangannya diperhitungkan nilai Q(faktor mutu). dengan
Q = faktor mutu
fo = frekuensi cutoff
B = lebar pita frekuensi
Gambar Band Pass Filter seperti berikut ini :


Filter Band Elimination, yaitu filter band elimination menolak pita frekuensi tertentu seraya melewatkan semua frekuensi diluar pita itu.Bisa juga disebut Band Reject merupakan kebalikan dari Band Pass, yaitu merupakan filter yang menolak suatu range frekuensi. Sama seperti bandpass filter, band reject juga memperhitungkan faktor mutu.


Merancang Filter
Ada 3 macam desain yang cukup dikenal pada penggunaan rangkaian filter pada sistem audio yaitu :
Chebycev,Bessel dan Butterwoth. Filter butterwoth lebih banyak digunakan dalam sistem audio.
Rancangan rangkaian yang akan dibahas adalah low pass filter butterwoth dan high filter butterwoth karena filter butterwoth memiliki tingkat kelinieran yang lebih baik.
* Tentukan spesifikasi filter : penguatan, frekuensi cut-off, frekuensi stop band
* Tentukan frekuensi cut off (Fc) untuk merancang low pass filter dan high pass filter dengan bantuan tabel dan harga komponen.
Jika kita mau berlatih merancang filter dapat menggunakan program matlab. Adapun cara merancangnya

Referensi:
1. http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=3
2. Kamus Komputer dan Teknologi Informasi
3. Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linear, Robert F.Couglin dan Frederick
4. lecturer.eepis-its.edu/~tribudi/LN_SIP_Prak/rev_01_

Prinsip Kerja Rangkaian Sensor Ultrasonik

Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat ditunjukkan dalam gambar dibawah ini :

Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :

1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
   
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.
   
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.t/2

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

a. Pemancar Ultrasonik (Transmitter)

Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik

Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adlah sebagai berikut :

1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.
   
2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.
   
3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.
   
4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
   
5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.
   
6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak – balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).

b. Penerima Ultrasonik (Receiver)

Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika ‘1’) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika’0’). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut :

1. Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.
   
2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.
   
3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.
   
4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.
   
5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.
   
6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.