KARAKTERISTIK DIODA (E5)

KARAKTERISTIK DIODA (E5)

Desy Novitasari, Siti Nor Fatmah, Irma Sari, Ali Fitroni, Tuti Nurlatifah, Mirna Wati, & Heny Amelia Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basry, Kotak Pos 219 Banjarmasin 70123 Indonesia e-mail: info@unlam.ac.id

Abstrak— Percobaan  ini  bertujuan untuk mengetahui dioda penyearah, karakteristik I-V, menentukan garis beban dan titik operasi dari karakteristik dioda penyearah. Metode yang digunakan dengan merangkai dioda panjar maju dan mundur. Arus dan tegangan panjar maju lebih besar daripada panjar mundur,ini sesuai teori. Nilai arus secara percobaan panjar maju adalah {(0,0020±0,0008)A;(0,0710±0,0008)A; (0,1607±0,0008)A;(0,2425±0,0008)A;(0,3346±0,0008)A}  dan untuk panjar mundur sebesar {(0,0025±0,0008)A; (0,0504±0,0008)A;(0,09860±0,0008)A;(0,1439±0,0008)A; (0,1932 ± 0,0008)A}. Nilai arus sedikit berbeda dengan percobaan dikarenakan ketidaktepatan dalam membaca alat ukur.

                Kata Kunci—dioda, panjar, arus, tegangan

I.                    PENDAHULUAN

D

ioda memegang peranan penting dalam elektronika, diantaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan searah dari tegangan bolak balik, untuk membuat berbagai gelombang isyarat, untuk mengukur tegnagan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan jala-jala (PLN), untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor, mengesan gelombang mikro dan sebagainya. Dioda merupakan perangkat semikonduktor sambungan P-N paling sederhana yang memiliki sifat mengalirkan arus hanya dalam satu arah. Ada beberapa macam rangkaian dioda diantaranya penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, rangkaian pemotong, rangkaian penjepit maupun pengganda tegangan.

Berdasarkan latarbelakang tersebut dapat diambil suatu rumusan masalah yakni “bagaimana mengetahui secara mendasar dioda penyearah, mengetahui karakteristik I-V , menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah ?”

Adapun tujuan dari percobaan kali ini yaitu untuk mengetahui secara mendasar dioda penyearah, untuk mengetahui karakteristik I-V , untuk menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta untuk mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah.

II.                  KAJIAN TEORI

Bagian pembahasan ini akan diarahkan pada penjelasan secara singkat tentang diode semikonduktor.Perlu diingat bahwa diode adalah komponen elektronik yang banyak kegunaannya  dalam perancangan.Pada dasarnya diode terbuat dari persambungan dua tipe bahan semikonduktor,yaitu separuh tipe P dan separuhnya tipe N.

          Jika semikonduktor tipe P dan tipe N tersebut dipersambungkan melalui proses tertentu (tentunya dengan teknologi tinggi),maka akan terbentuk diode yang memiliki karakteristik yang unik.

          Pada unit ini,akan ditinjau dua jenis diode dari sekian banyak jenis diode yang sangat penting dalam dunia divais dan rancang bangun elektronik,yaitu diode penyearah dan diode zener.

1.Dioda Penyearah

a.Pra-tegangan maju (Forward Bias)

                                Suatu Kristal p-n dapat bekerja sebagai diode karena arus didalamnya hanya dapat mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya.Peristiwa yang dilukiskan pada gambar 1 adalah yang terjadi jika antara ujung bahan p dan n diberi sumber ggl.Dengan sisi-p dihubungkan dengan kutub positif baterai dan sisi-n dengan kutub negative baterai.Pada keadaan ini dikatakan sambungan p-n diberi panjar maju.Dalam keadaan demikian,electron dari bagian n dan hole dari bagian p mudah menyebrangi persambungan,sehingga terjadi aliran listrik.

Gambar 1. Pra-tegangan maju

b.Pra-tegangan Mundur (Reverse Bias)

                                Sekarang,jika kutub baterai dibalik,sisi-p dihubungkan dengan kutub negative baterai dan sisi-n dihubungkan dengan kutub positif baterai,dikatakan sambungan p-n diberi panjar mundur yang diilustrasikan seperti gambar 2.

Gambar 2. Pra tegangan mundur

                Pada keadan panjar mundur tersebut,electron dalam sisi-n dan hole dalam sisi-p sudah mengalir.Sehingga dapatlah disimpulkan bahwa suatu sambungan p-n akan mengalirkan arus bila diberi tegangan maju dan susah mengalirkan arus bila diberi tegangan mundur,ini adalah sifat dari dioda.^[1]

                Ciri (karakteristik) diode adalah hubungan antara arus diode dan beda tegangan antara kedua ujung diode.Untuk diode sambungan p-n,lengkung cirinya seperti gambar 3.

Gambar 3.Lengkung Ciri Dioda

Pada lengkung cirri diode,arus diode i_D=0 jika V_o=0.Ini sesuaidengan yang sudah dibahas sebelumnya,yaitu pada keadaan tanpa tegangan (V_o=0) arus minoritas dan arus mayoritas mempunyai besar sama tetapi arah yang berlawanan,sehingga arus total pada keadaan tanpa tegangan panjar sama dengan nol.^[2]

                Untuk mengetahui karakteristik diode dapat dilakukan sDC dan sebuah resistor.Dari rangkaian percobaan diode tersebut dapat diukur tegangan yang diberikan.Dari rangkaian pengujian tersebut dapat dibuat kurva karakteristik diode yang merupakan fungsi dari arus I_D yang memiliki diode,terhadap tegangan V_D beda tegangan antara titik a dan b.^[3]

Gambar 4.(a) rangkaian untuk mengukur karakteristik static diode (b)Kurva karakteristik diode.

Garis Beban dan Titik Operasi Q

                Sub ini akan memperkenalkan garis beban,yang digunakan untuk menentukan nilai sebenarnya dari arus dan tegangan diode.Tinjau kembali untuk diode penyearah dan diode zener,didalam rangkaian tersebut sumber tegangan V_s mem-forward bias diode penyearah dan mem-reverse bias diode zener melalui tahanan seri R_s.Perbedaan potensial pada tahanan adalah V_s-V₁ dan arusnya adalah :

                                                                                                        (1)

                                                                                                      (2)

Sedangkan untuk arus  beban bila menggunakan tahanan beban  R_L :

(V₁=V_z untuk diode zener)                                                                             (3)

Karena rangkaian dua simpal,arus seri terbagi pada persambungan diode dan tahanan beban,dari hukum kirchoff diperoleh :

I_s=I_Z-I_L                                                                                                                                                   (4)

Dengan memvariasikan besarnya tegangan sumber,maka akan diperoleh beberapa titik dimana setiap pasangan titik,satu titik pada sumbu arus dan satu titik lagi pada sumber tegangan pada grafik karakteristik diode,maka dapat ditarik garis beban melalui titik-titik potong tegak dan mendatar,hasilnya adalah perpotongan garis beban dengan lengkung diri diode merupakan titikoperasi diode.^[1]

Arus yang mengalir melalui diode adalah hasilpenjumlahan dari arus injeksi dan arus saturasi.Sehinggadaripengertian itu didapatkan rumus umum untuk penyelesaian persamaan diode adalah sebagai berikut :

                                                                                (5)

Dari persamaan diatas dapat digunakan untuk mencari nilai karakteristik diode yaitu hubungan antara tegangan diode (V_d) dan arus diode (I_d).Karakteristik diode sendiri adalah grafik hubungan antara besar kuat arus yang melewati diode dan beda tegangan antara kedua ujung diode.^[4]

Pada dasarnya diode zener memiliki karakteristik yang hampir sama dengan diode penyearah yaitu memiliki karakteristik maju  mundur.Pda diode zener bias maju V_ji=0,sedangkan bias mundur pada saat terjadigejala yang serupa breakdown pada diode penyearah.Diode zener akan menghantarkan tanpa kerusakan,tegangan ini disebut tegangan zener.Suatu diode zener yang dirancang akan menghantar pada tegangan zenernya untuk bias reverse lazimnya dalam kemasan ditulis sebagai X_vy misalkan x=2.y=3 berati V_z=2,3 V atau 2v3,daya zener maksimal.^[5]

III. METODE PERCOBAAN

               

Pada percobaan rangkaian karakteristik dioda ini diperlkan peralatan seperti sebuah dioda penyearah, sebuah multitester digital, sebuah resistor, sebuah power supplay, sebuah basicmeter sebagai fungsi amperemeter, sebuah hambatan geser,  dan delapan buah kabel penghubung.

Gambar 5. Alat dan bahan percobaan

Adapun rumusan hipotesis yang saya ajukan pada percobaan karakteristik dioda ini yaitu pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit menalir.Serta semakin besar sumber tegangan maka kuat arus akan semakin besar.

 Pada percobaan kali ini telah dilakukan identifikasi dan definisi operasional variabel yakni variabel manipulasinya adalah tegangan sumber V_s dalam satuan volt. Dimana tegangan sumber adalah besarnya tegangan yang mengalir pada rangkaian yang berasal dari power supply, yang diukur mengunakan multitester kembali, yakni diubah-ubah sebanyak 5 kali sebesar (0,17±0,01)v, (2,56±0,01)v, (5,16±0,01)v, (7,50±0,01)v dan (10,10±0,01). Variabel responya adalah Tegangan (V) dalam satuan volt  dan arus (I) dalam satuan ampere. Dimana tegangan adalah besarnya tegangan yang terbaca pada multitester sebagai fungsi voltmeter  dengan satuan Volt. Arus adalah besarnya arus yang terbaca pada amperemeter dalam satuan amppere. Dan variabel kontrolnya yaitu  dioda penyearah, hambatan geser dengan resistansi (28,00±0,01)W dan resistor dengan resistansi (28,00±0,01)W yang diukur kembali menggunakan multitester sebagai fungsi ohmmeter, dimana ketiga alat ini kita usahakan dalam keadaan tetap, serta dengan menetapkan rangkaian yakni rangkaian dioda penyearah panjar maju dan dioda penyearah panjar mundur.

Prosedur kerja yang dilakukan dalam percobaan kali ini terbagi menjadi dua yakni dioda penyearah panjar maju dan dioda penyearah panjar mundur. Percobaan pertama yakni percobaan rangkaian dioda penyearah panjar maju, pertama-tama merangkai peralatan seperti gambar 6.

Gambar 6. Rangkaian Percobaan panjar maju

 Mencatat spesifikasi komponen-komponen yang digunakan. Memastikan bahwa tidak ada kesalahan, on-kan power supply dan mengukur arus dan tegangan, dengan besar sumber tegangan yang berbeda-beda. Mencatat hasil pengukuran pada tabel 1. Percobaan kedua yakni percobaan rangkaian dioda panjar mundur, dengan merangkai peralatan seperti pada gambar 7.

Gambar 7. Rangkaian Percobaan Panjar Maju

Melakukan langkah yang sama seperti pada percobaan pertama. Dan mencatat hasil pengukuran pada tabel 2. Menganalisis hasil yang  diperoleh dengan menggunakan  persamaan-persamaan berikut ini.

                                     (6)

Dengan ketidakpastian

    (7)

IV. DATA DAN PEMBAHASAN

          Percobaan karakteristik ini bertujuan untuk mengetahui secara mendasar dioda penyearah, untuk mengetahui karakteristik I-V , untuk menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta untuk mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah. Pengukuran besar hambatan pada komponen yang digunakan dalam satuan ohm dan tegangan sumber ataupun tegangan dioda dalam satuan volt diukur menggunakan multitester sehingga ketelitiannya sebesar 0,01 volt. Serta pengukuran arus menggunakan basicmeter dalam satuan ampere dengan batas ukur 1 A dan jumlah skala yang digunakan 100 sehingga nilai skala terkecilnya 0,01 ampere dan ketelitiannya sebesar 0,005 ampere.

Pada percobaan dioda penyearah dengan menggunakan rangkaian panjar maju dan panjar mundur ini telah diperoleh hasil pengukuran yang tampak pada tabel berikut ini.

R_s= (28,00±0,01)W dan R_L= (25,00±0,01)W

Tabel 1. Dioda Penyearah Panjar Maju

NO	(Vs±0,01) volt	(VD±0,01) volt	(I±0,005) ampere
1	0,17	0,12	0,000
2	2,56	0,57	0,040
3	5,16	0,66	0,120
4	7,50	0,71	0,240
5	10,10	0,73	0,300

Tabel 2. Dioda Penyearah Panjar Mundur

NO	(Vs±0,01) volt	(VD±0,01) volt	(I±0,005) ampere
1	0,17	0,10	0,000
2	2,56	1,15	0,020
3	5,16	2,40	0,080
4	7,50	3,47	0,120
5	10,10	4,69	0,160

Berdasarkan hasil percobaan tersebut dapat diperoleh nilai kuat arus dengan menggunakan persamaan 6 dan nilai ketidakpastiannya menggunakan persamaan 7. Pada percobaan panjar maju berdasarkan hasil pengukuran pada tabel 1 telah diperoleh nilai arus pada masing-masing sumber tegangan secara berurutan sebesar (0,0020±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 40% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 60%, (0,0710±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 1,16% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 98,84%, (0,1607±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,5% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,5%, (0,2425±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,4% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,4% dan (0,3346±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,27% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,73%. Berdasarkan hasil tersebut dapat dilihat bahwa nilai kuat arus yang dihitung menggunakan persamaan 6 nilainya hampir sama dengan nilai arus yang telah diukur, dapat dilihat pada tabel 1. Berdasarkan angka kesalahan relatifnya hanya pada percobaan pertama yang nilainya diragukan karena angka derajat kepercayaannya hanya sebesar 60%.

Pada percobaan panjar mundur dapat dilihat pada tabel 2 hasil pengukurannya, dan nilai arus yang juga dapat dihitung menggunakan persamaan 6 dan dengan ketelitiannya menggunakan persamaan 7. Hasil perhitunhan pada masing-masing tegangan secara berurutan adalah sebesar (0,0025±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 32% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 68%, (0,0504±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 1,6% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 98,4%, (0,09860±0,0008)A dengan kesalahan relatif 0,85% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,15%, (0,1439±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,6% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,4% dan (0,1932±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,45% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,55%. Berdasarkan hasil perhitungan dan pengukuran nilai arusnya tidak terlalu jauh berbeda dan dapat dilihat pula pada kesalahan relatif yang kecil, hanya saja pada percobaan pertama yang yang nilai kesalahan relatifnya yang cukup besar jadi nilai tersebut masih diragukan.

Seharusnya pada percobaan panjar maju maupun panjar mundur nilai kuat arus yang terukur pada amperemeter dan berdasarkan persamaan 6 itu nilainya sama, tetapi masih terdapat percbedaan. Hal tersebut dikarenakan ketidaktepatan dalam membaca alat ukur seperti pada amperemeter dan sulitnya menentukan nilai yang terbaca pada multitester fungsi voltmeter karena nilai yang muncul tidak stabil.

Berdasarkan hasil percobaan dan nilai teoritis kuat arus dapat dibuat grafik hubungan terhadap tegangan sumber antara panjar maju dan panjar mundur yakni sebagai berikut.

Gambar 8. Grafik I-V Percobaan

Gambar 8. Grafik I-V Percobaan

Berdasarkan grafik secara percobaan dan teoritis, bentuknya sudah sama hanya saja ada perbedaan sedikit pada nilai arusnya. Dengan demikian dapat dikatakan percobaan kali ini hampir berhasil. Dan hasil percobaan kali ini sudah sesuai dengan teoritis yang diajukan pada hipotesis yakni pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit menalir.Serta semakin besar sumber tegangan maka kuat arus akan semakin besar.

V. SIMPULAN

                 

Dioda penyearah adalah dioda yang hanya mengalirkan arus satu arah. Arus dan tegangan diode penyearah pada panjar maju lebih besar dibandingkan dengan arus dan tegangan pada panjarmundur. Ini dikarenakan pada panjar maju lebih mudah mengalirkan arus dibandingkan pada panjar mundur. Sehingga nilai arus dan tegangan panjar maju lebih besar dibandingkan dengan panjar mundur. Berdasarkan gambar 7 dan gambar 8 dapat dilihat dengan jelas bahwa yakni  pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit mengalir. Sehingga karakter dari arus terhadap tegangan yaitu arus akan semakin meningkat ketika diberikan tegangan sumber yang besar. Dan artinya prinsip dari pengaturan tegangan yakni semakin besar tegangan yang diberikan maka kuat arus akan semakin besar pula, karena tegangan sebanding dengan kuat arus (V~I).

Berdasarkan percobaan diperoleh nilai kuat arus pada setiap sumber tegangan secara berurutan sebesar (0,0020±0,0008)A, (0,0710±0,0008)A, (0,1607±0,0008)A, (0,2425±0,0008)A dan (0,3346±0,0008)A untuk panjar maju dan untuk panjar mundur sebesar (0,0025±0,0008)A, (0,0504±0,0008)A, (0,09860±0,0008)A (0,1439±0,0008)A dan (0,1932±0,0008)A. Berdasarkan hasil percobaan tersebut dapat dilihat bahwa percobaan hampir berhasil. Hanya sedikit kesalahan yang terjadi saat percobaan yakni ketidaktepatan dalam membaca alat ukur yang dikarenakan angka yang muncul tidak stabil.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Karakteristik Dioda (E5) yaitu Heny Amelia yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum ataupun pralaboratorium. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Tim Dosen Fisika Elektronika Dasar 1. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar. Banjarmasin : FKIP UNLAM

[2]   Sutrisno. 1986. Elektonika Teori dan Penerapannya.  Bandung : ITB

[3]   Misbah. 2015. Hand Out Elektronika Dasar I. Banjarmasin : FKIP UNLAM

[4]   Istichoroh, Nuzulul. 2013. Simulasi Karakteristik Dioda dengan menggunakan Bahasa Pemrograman Delphi 7.0. UNESA. Diambil www.academia.edu/3266628/SIMULASI_KARAKTERISTIK_DIODA­_DENGAN_MENGGUNAKAN_BAHASA_PEMROGRAMAN_DELPHI_7.0. 4 November 2015 pukul 12:50 WITA

[5]   Ahmad, Jayadin. 2007. ELEKTRONIKA DASAR. Jakarta : Elektronik Book

RANGKAIAN PENAPIS RC (E4)

RANGKAIAN PENAPIS RC (E4)

Desy Novitasari, Siti Nor Fatmah, Irma Sari, Ali Fitroni, Tuti Nurlatifah, Mirna Wati, & Meyrika Maharani. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basry, Kotak Pos 219 Banjarmasin 70123 Indonesia e-mail: info@unlam.ac.id

Abstrak—Percobaan rangkaian penapis RC bertujuan untuk mengetahui cara menentukan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi, dan untuk menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi berdasarkan grafik bode-plot, serta untuk merencanakan sistem rangkaian tapis RC tingkat satu. Metode yang digunakan mengukur tegangan output. Rangkaian tapis RC lolos rendah, semakin besar frekuensi, tegangan semakin kecil. Nilai tegangan alih {(0,028±0,008);(0,078±0,011);(0,020±0,008);(0,015±0,007)}. Rangkaian tapis RC lolos tinggi, semakin besar frekuensi, tegangan semakin besar. Nilai tegangan alih {(0,092±0,012); (0,13±0,01);(0,13±0,01);(0,14±0,01)}.

                Kata Kunci—penapis, tapis, tegangan, output, frekuensi.

I.                    PENDAHULUAN

S

uatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu disebut filter. Dimana filter tersebut terdiri dari beberapa jenis yaitu tapis lolos rendah, tapis lolos tinggi, filter lolos rendah, dan filter tolah rentang. Pada praktikum kali ini yang akan dibahas adalah jenis tapis lolos rendah dan tapis lolos tinggi. Tapis lolos rendah digunakan untuk meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan merendam sinyal berfrekuensi tinggi. Sedangkan tapis lolos tinggi berfungsi untuk melecutkan sinyal berfrekuensi tinggi dan merendam sinyal frekuensi rendah.

Berdasarkan latar belakang tersebut di atas , dapt diambil suatu rumusan masalah yakni, “Bagaimana cara menentukan dan menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis lolos RC renda dan tapis lolos RC tinggi berdasrkan grafik bode-plot, serta merencanakan sistem rangkaian tapis RC tingkat satu ?”

Adapun tujuan dari percobaan kali ini yaitu untuk mengetahui cara menentukan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi, dan untuk menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi berdasarkan grafik bode-plot, serta untuk merencanakan sistem rangkaian tapis RC tingkat satu.

II.                  KAJIAN TEORI

Rangkaian RC sebagaipenapis frekuensi dengan arti bahwa rangkaian RC yang ada bersifat meloloskan frekuensi tinggi, dan juga sebaliknya.

1.     Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

Untuk rangkaian jenis ini memiliki bentuk rangkaian sebagai berikut :

Gambara 1. Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

Pengertian lolos rendah dalam hal ini adalah jika tegangan input (Vi) diterapkan pada rangkaian RC di atas, maka untuk frekuensi-frekuensi rendah tegangan output (Vo) akan sama dengan tegangan input (Vi), tetapi sebaliknya jika frekuensi yang digunakan besar maka tegangan output akan turun sesuia dengan perubahan frekuensi tersebut.

Pernyataan matematis tentang tegangan output terhadap input adalah dinyatakan oleh persamaan kompleks :

                              (1)

      

Perbandingan antara tegangan input dan tegangan output pada persamaan 1 disebut fungsi alih (tegangan frekuensi)  yang dirumuskan oleh :

                   (2)

Dimana wp = 1/RC disebut kutub. Selanjutnya hal yang menarik untuk dukaji pada persamaan 2 adalah melukiskan grafik teanggapan amplitudo untuk tapis lolos remdah dengan menggunakan Bode-plot. Seringkali orang melakukan bode-plot I menggunakan ratio tegangan dalam dB, yang didefinisikan sebagai :

                         (3)

2.     Rangakaian Tapi RC Lolos Tinggi

Untuk jenis rangkaian ini hanya dapat meloloskan tegangan input pada frekuensi tinggi. Secara sederhana bentuk rangkaian sebagai berikut :

Gambar 2. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi

Dengan cara yang sama seperti pada tapis RC lolos rendah maka besar G(w) adalah

              (4)

Dimana wp = 1/RC disebut kutub.^[1]

1.     Rangakain Tapis RC Lolos Rendah

Rangkaian jenis ini memiliki bentuk rangkaian seperti berikut ini. Pada gambar 3, dalam hal ini jika tegangan input (Vi) diterapkan pada rangkaian RC (seperti gambar 4) maka untuk frekuensi-frekuensi rendah tegangan input (Vi) tetapi sebaliknya jika frekuensi-frekuensi rendah tegangan output (Vo) akan sama dengan tegangan input (Vi) tetapi sebaliknya jika frekuensi yang digunakan besar maka tegangan output akan turun sesuai dengan perubahan frekuensi tersebut.

Persamaan matematis, tegangan output terhadap tegangan input dapat ditulis.

                      (5)

Persamaan fungsi alih  sebagai berikut.

                  (6)

Gambar 3. Tapis RC Lolos Rendah

Bode-plot seringkali dilukis menggunakan ratio tegangan dalam dB (desibel) yang didefinisikan sebagai berikut.^[2]

                        (7)

2. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi

Rangkaian ini disebut juga rangkaian pendeferensial RC.

Gambar 4. Tapis RC Lolos Tinggi

Fungsi Alih^[3]

                  

                            

                                    

                                    

                                    

Dengan R_i  dan

     

               

               

          

                            

Kemudian :   atau                                  (6)

Tegangan sumber yang berubah dengan waktu secara bolak balik, atau dengan tegangan AC (seperti pada gambar 5). Sumber tegangan mempunyai harga . Harga tetapan fasi ϕ_o kita ambil sama dengan nol. Ini berarti kita menyertakan pada saat t=0 harga  . perhatikan bahwa besaran sesaat kita nyatakan dengan huruf kecil, dan harga rata-rata harga I_ms , dan amplitudo kita nyatakan dengan huruf besar.^[4]

Gambar 5. Rangkaian Seri RC

Banyaknya rangkaian elektronika harus memproses (mengolah) sinyal yang frekuensinya berubah secara lebar. Contoh khas adalah audio atau penguat video dalam frekuensi sinyal mempunyai jangkauan berturut-turut dari 50 Hz – 20000 Hz, dan dari 100 Hz – 4000000 Hz. Tambah lagi alat-alat yang digunakan dalam sistem ini harus diartikan dalam jangkauan frekuensi operasi. Karena frekuensi sinyal yang lebar, maka sering kali rangkaian dan alat-alat dalam bentuk grafik. Dan pada tanggapan keduanya biasanya diinginkan salah satu dari bentuk yang paling lazim dari penjukkan ini adalah diagram bode.^[5]

III. METODE PERCOBAAN

               

Pada percobaan rangkaian penapis RC ini diperlukan peralatan seperti sebuah komponen kapasitor dan resistor, sebuah audio generator, sebuah osiloskop, dan tiga buah kabel penghubung.

Gambar 5. Alat dan bahan percobaan

Adapun rumusan hipotesis yang saya ajukan pada percobaan kali ini yaitu pada rangkaian tapis RC lolos rendah, semakin besar frekuensi maka tegangan output semakin kecil. Dan pada rangkaian penapis RC lolos tinggi, semakin besar frekuensi maka tegangan outputnya semakin besar.

 Pada percobaan kali ini pula telah dibuat identifikasi dan definisi operasional variabel, untuk percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi variabel yang digunakan sama. Variabel yang dimanipulasi adalah frekuensi yaitu jumlah getaranpersatuan waktu, dalam satuan Hz yang diubah-ubah sebanyak empat kali, yakni sebesar 50 Hz, 500 Hz, 5000 Hz dan 50000 Hz dengan menggunakan audio generator. Variabel yang direspon adalah tegangan output (V_o) yaitu isyarat keluaran yang akan diukur dalam satuan volt dan bentuk gelombang yaitu rapat atau renggangnya gelombang yang diamati, yang diukur dan diamati dengan menggunakan osiloskop. Dan variabel yang dikontrol adalah kapasitor yaitu sebagai tempat penyimpanan energi dengan kapasitansi 1 mF atau setara dengan 10^-6F, resistor yaitu sebagai penghambat arus yang mengalir pada rangkaian dengan resistansi 10 kW, tegangan input yaitu isyarat masukan yang ditetapkan pada audio generator sebesar 8 volt, menggunakan osiloskop yang sama selama percobaan, serta dengan mempertahankan masing-masing rangkaian yakni rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi.

Adapun prosedur kerja yang telah dilakukan dalam percobaan kali ini yang pertama adalah mencatat nilai komponen-komponen bahan yang digunakan, dan sebelum melakukan pengukuran kita harus melakukan kalibrasi pada osiloskop dengan tampilan gelombang persegi pada layar. Perlu diingat bahwa setelah dikalibrasi, osiloskop tidak boleh terkalibrasi lagi yaitu dengan mempertahankan posisi tombol CAL (Vp-p) pada osiloskop. Kemudian melakukan percobaan pada rangkaian tapis RC lolos rendah yakni dengan merangkai peralatan seperti pada gambar 6. Selanjutnya mengatur frekuensi mulai dari 50 Hz, setelah terbentuk gelombang, mendokumentasikan bentuk gelombang. kemudian  mengukur tegangan output audio generator untuk tegangan sinusiodal, mengarahkan mode (x-y) sehingga pada layar terbentuk garis lurus variabel. Memperhatikan garis yang terbentuk dan mencatat tegangan yang terbaca pada tabel 1. Melakukan kembali pengukuran dengan frekuensi 500 Hz, 5000 Hz dan 50000 Hz.

Gambar 6. Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

Pada percobaan kedua yakni rangkaian tapis RC lolos tinggi, dengan merangkai peralatan seperti pada gambar 7. Pada percobaan ini dilakukan sama dengan percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah, hanya saja tegangan output yang diukur saja yang dibedakan. Dan hasil pengukurkan percobaan ini dicatat pada tabel 2.

Gambar 7. Rangkaian Tapis  RC Lolos Tinggi

Adapun teknik analisis yang digunakan pada kedua percobaan kali ini. Untuk memperoleh nilai tegangan output dan periode yang terukur yaitu :

              
                    (9)

Untuk memperoleh nilai fungsi alih (tegangan frekuensi) pada rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi menggunakan persamaan 6. Dan untuk memperoleh nilai ketidakpastiannya menggunakan persamaan berikut ini.

                   (10)

                               (11)

                            (12)

Dan persamaan untuk tanggapan amplitudonya (tegangan dalam dB(desibel) pada rangkaian tapis RC lolos rendah maupun rangkaian tapis RC lolos tinggi menggunkan persamaan 7. Dan untuk memperoleh nilai kutub yakni menggunakan persamaan berikut ini.

wp = 1/RC                                   (13)

IV. DATA DAN PEMBAHASAN

          Percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi in bertujuan untuk mengetahui cara menentukan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi, dan untuk menganalisis bentuk persamaan-persamaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tinggi berdasarkan grafik bode-plot, serta untuk merencanakan sistem rangkaian tapis RC tingkat satu. Hasil pengukuran tegangan output menggunakan osiloskop, nilai skala terkecilnya adalah 0,1 volt sehingga ketelitiannya sebesar 0,05 volt.

Pada percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan tapis RC lolos tinggi ini diperoleh hasil percobaan yang tampak pada tabel 1 dan tabel 2 sebagai berikut.

C = 10^-6 F ; R = 10⁴ W ; Vi = 8 volt

Tabel 1. Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

NO	f (Hz)	(Vc±0,05) volt	Garis Gelombang
1	50	0,63
2	500	0,22
3	5000	0,16
4	50000	0,12

Tabel 2. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi

NO	f (Hz)	(Vc±0,05) volt	Garis Gelombang
1	50	0,74
2	500	1,04
3	5000	1,07
4	50000	1,08

Berdasarkan hasil pengukuran nilai tegangan output dengan menggunakan osiloskop, dapat dilihat pada tabel 1 rangkaian tapis RC lolos rendah sudah sesuai dengan teorema ataupun hipotesis yang telah diajukan yakni semakin besar frekuensi maka teganga outputnya semakin kecil. Dan pada tabel 2rangkaian tapis RC lolos tinggi juga sudah sesuai teorema atau hipotesis yang telah diajukan yakni semakin besar frekuensi maka tegangan outputnya semakin besar.

Berdasarkan hasil percobaan di atas pada tabel 1 dan tabel 2 yakni pada percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi dapat diperoleh nilai alih fungsi (tegangan frekuensi) dengan menggunakan persamaan 6, serta ketidakpastiannya dengan menggunakan persamaan 10. Pada kedua jenis rangkaian percobaan ini yang dimanipulasi sama, yaitu frekuensi sebesar 50 Hz, 500 Hz, 5000 Hz dan 50000 Hz. Pada percobaan rangkaian tapis RC lolos rendah telah diperoleh alih fungsi untuk frekuensi 50 Hz sebesar (0,078±0,011) dengan kesalahan relatif 14,2% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 85,8%, frekuensi 500 Hz sebesar (0,028±0,008) dengan kesalahan relatif 28,97% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 71,03%, frekuensi 5000 Hz sebesar (0,020±0,008) dengan kesalahan relatif 37,5% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 62,5% dan frekuensi 50000 Hz sebesar (0,015±0,007) dengan kesalahan relatif 48% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 52%.

Pada percobaan rangkaian tapis RC lolos tinggi telah diperoleh nilai alih fungsi (tegangan frekuensi) untuk frekuensi 50 Hz sebesar (0,092±0,012) dengan kesalahan relatif 13% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 87%, frekuensi 500 Hz sebesar (0,13±0,01) dengan kesalahan relatif 11,05% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 88,95%, frekuensi 5000 Hz sebesar (0,13±0,01) dengan kesalahan relatif 10,92% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 89,08% dan frekuensi 50000 Hz sebesar (0,14±0,01) dengan kesalahan relatif 10,87% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 89,13%. Berdasarkan hasil perhitungan pada kedua rangkaian ini dapat dinyatakan percobaan masih belum berhasil karena dilihat dari angka kesalahan telatif yang masih cukup besar, yang artinya antara tegangan input dan pengukuran tegangan output yang masih belum tepat. seperti ketidaktepatan praktikum dalam menentukan batas ukur volt/Div, kurang teliti dalam menghitung skala yang terbaca, serta komponen bahan yang digunakan seperti kapasitor dan resistor yang sudah terlalu sering digunakan.

Berdasarkan perhitungan dengan menggunakan persamaan 7 yakni tanggapan amplitudo (tegangan dalam desibel). Pada rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi telah diperoleh nilai perbandingannya terhadap frekuensi yakni sebagai berikut.

Tabel 3. Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

NO	f (HZ)	G(ω) (dB)
1	50	-22,07
2	500	-31,21
3	5000	-33,98
4	50000	-36,48

Tabel 4. Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi

NO	f (HZ)	G(ω) (dB)
1	50	-20,68
2	500	-17,72
3	5000	-17,47
4	50000	17,39

Bedasarkan tabel 3 dan tabel 4 dapat dibuat grafik bode-plot hubungan G(ω) (dB) terhadap frekuensi yakni sebagai berikut.

Gambar 8. Grafik G(ω) (dB)-f  Rangkaian Tapis RC Lolos Rendah

Gambar 9. Grafik G(ω) (dB)-f  Rangkaian Tapis RC Lolos Tinggi

Berdasarkan gambar 8 grafik bode-plot tersebut  dapat dilihat bahwa pada rangkaian tapis RC lolos rendah ini tanggapan amplitudo (tegangan dalam desibel) bernilai negatif, yang nilainya semakin besar frekuensi maka semakin kecil nilai tanggapan amplitudonya. Sedangkan pada rangkaian tapis RC lolos tinggi yakni gambar 9, semakin besar frekuensi maka nilai tanggapan amplitudonya semakin semakin besar.

Jika dilihat berdasarkan garis gelombang yang terbentuk dapat dilihat pada tabel 1 rangkaian tapis RC lolos rendah semakin besar frekuensi yang digunakan garis gelombang yang terbentuk semakin rapat, begitu pula pada tabel 2 rangkaian tapis RC lolos tinggi semakin besar frekuensi yang digunakan gelombang yang terbentuk juga semakin rapat.

Adapun nilai kutub yang dapat diperoleh menggunakan persamaan 11, yakni nilai kutub pada rangkaian tapis RC lolos rendah dan rangkaian tapis RC lolos tinggi adalah sebesar 100W^-1F^-1.

V. SIMPULAN

                 

Pada percobaan rangkaian penapis RC ini untuk rangkaian tapis RC lolos rendah akan meloloskan tegangan outputnya dengan nilai kecil kecil, apabila diberikan frekuensi yang besar atau sesuai dengan teorema bahwa semakin besar frekuensi maka nilai tegangan outputnya semakin besar. Pada rangkaian tapis RC lolos tinggi akan meloloskan tegangan outputnya dengan nilai besar apabila diberikan frekuensi yang besar dan hal tersebut juga sesuai dengan teorema rangkaian tapis RC lolos tinggi bahwa semakin besar frekuensi maka nilai tegangan outpunya jua akan semakin besar.

Adapun bentuk persamaan dari rangkaian tapis RC lolos rendah maupun rangkaian tapis RC lolos tinggi yakni pada pesamaan 6 untuk memperoleh nilai fungsi alih (frekuensi tegangan) dan persamaan 7 untuk memperoleh nilai tanggapan amplitudo (tegangan dalam desibel). Pada rangkaian tapis RC lolos rendah telah diperoleh nilai fungsi alih pada setiap frekuensi sebesar (0,028±0,008), (0,078±0,011), (0,020±0,008) dan (0,015±0,007). Dan untuk nilai tanggapan amplitudonya sebesar -22,07 dB, -31,21 dB, -33,98 dB dan -36,48 dB. Berdasarkan hasil tersebut untuk nilai tanggapan amplitudo yang dihubungkan terhadap frekuensi akan terbentuk grafik bode-plot seperti pada gambar 8, hasil tersebut sesuai dengan teorema bahwa semakin besar frekuensi maka nilai tegangan semakin kecil.

Pada rangkaian tapis RC lolos tinggi nilai funsi alih pada setiap frekuensinya sebesar (0,092±0,012), (0,13±0,01), (0,13±0,01) dan (0,14±0,01). Dan nilai tanggapan amplitudonya sebesar -20,68 dB, -17,72 dB, -17,47 dB dan -17,39 dB. Jika dihubungkan grafik amplitudo tegangan dalam desibel terhadap frekuensi dapat dilihat pada gambar 9, yang juga sesuai dengan teorema bahwa semakin besar frekuensi maka tegangan juga akan semakin besar.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Rangkaian Penapis RC (E4) yaitu Meyrika Maharani  yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum ataupun pralaboratorium. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Tim Dosen Fisika Elektronika Dasar 1. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar. Banjarmasin : FKIP UNLAM

[2]   Halliday dan Resnick. 1992. Fisika Dasar Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[3]   Sutrisno. 1986. ELEKTRONIKA 1 TEORI DAN PENERAPANNYA. Bandung : ITB

[4]   Sutrisno dan Tan Ik Gie. 1983. Fisika Dasar II. Bandung : ITB

[5]   Fittgerald. 1931. Dasar-Dasar Elektronika. Jakarta : Erlangga