Fig. 15.9; dan Fig. 15.11

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Komponen

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Pilihan Ganda

8. Rangkaian Proteus

9. Video

10. Download File

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam dunia elektronika, pengolahan sinyal menjadi hal yang sangat penting, terutama dalam memisahkan atau menghilangkan frekuensi tertentu dari suatu sinyal. Salah satu rangkaian dasar yang digunakan untuk tujuan ini adalah RC filter, yaitu filter yang dibentuk dari kombinasi resistor (R) dan kapasitor (C). RC filter dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, seperti low-pass, high-pass, band-pass, dan band-stop, tergantung dari cara kerjanya terhadap sinyal frekuensi tertentu.

Pemahaman mengenai perilaku RC filter terhadap sinyal DC (arus searah) dan AC (arus bolak-balik) sangat penting untuk merancang sistem yang efektif dalam pengolahan sinyal. Dalam kondisi DC, kapasitor bertindak sebagai pemutus arus (open circuit) setelah pengisian selesai, sedangkan dalam sinyal AC, kapasitor bersifat reaktif dan memengaruhi besarnya impedansi rangkaian tergantung frekuensinya. Oleh karena itu, analisis operasi RC filter terhadap sinyal DC dan AC menjadi dasar penting dalam aplikasi seperti pemisahan sinyal, pemrosesan audio, dan sistem komunikasi.

2. Tujuan [Kembali]

1. Memahami perbedaan respons rangkaian RC terhadap sinyal DC dan AC.
2. Menganalisis fungsi kapasitor dalam menyaring frekuensi tertentu
3. Mengamati karakteristik tegangan output terhadap input pada berbagai frekuensi sinyal AC dan kondisi DC tetap.
4. Menerapkan prinsip kerja RC filter 

3. Komponen [Kembali]

Alat/Instrumen

1. Oscilloscope 

Oscilloscope adalah alat ukur yang menampilkan bentuk gelombang sinyal listrik dalam domain waktu.

Oscilloscope

Oscilloscope pada proteus

2. Sinyal generator

Sinyal generator adalah perangkat atau komponen dalam rangkaian elektronik yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal listrik dengan bentuk gelombang tertentu, seperti gelombang sinus, kotak, segitiga, atau gigi gergaji. 

Sinyal generator

Sinyal generator pada proteus

3. Voltmeter 

Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan antara dua titik dalam rangkaian listrik.

Voltmeter

Voltmeter pada proteus

Bahan/Komponen

1. Resistor

Resistor adalah komponen yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik di dalam sebuah rangkaian elektronika, satuannya adalah ohm. 

Resistor

Resistor pada Proteus

Nilai pada suatu resistor diwakilkan oleh kode angka atau gelang warna yang dapat dilihat pada  badan resistor, seperti di bawah ini:

2. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang berfungsi menyimpan muatan listrik dalam jangka waktu tertentu. Satuan dari kapasitor adalah Farad.

Kapasitor

Kapasitor pada Proteus

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

Transformator pada Proteus

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 aktif yang mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah. Dioda juga bisa menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Dioda mempunyai dua terminal yaitu katoda dan anoda.

Dioda

Dioda pada Proteus

5. Voltage probe

Voltage probe adalah alat ukur atau sensor yang digunakan untuk menghubungkan instrumen pengukur tegangan (seperti osiloskop atau multimeter) dengan titik tertentu dalam rangkaian listrik, sehingga dapat mendeteksi dan menampilkan tegangan listrik pada titik tersebut.

Voltage probe

Voltage probe pada proteus

6. Sine generator

Sine generator untuk menghasilkan sinyal listrik berbentuk gelombang sinusoidal (sine wave) yang mewakili sinyal analog murni dan berfrekuensi tertentu.

Sine generator

Sine generator pada proteus

7. Gelombang sinus AC

Gelombang sinus AC adalah bentuk standar dari sinyal AC yang digunakan dalam distribusi daya listrik serta berbagai aplikasi elektronika. Fungsi utamanya adalah untuk mengalirkan energi listrik secara efisien dan stabil ke berbagai perangkat listrik. 

Gelombang sinus AC pada Proteus

8. Ground

Ground dan titik referensi nol volt dalam rangkaian, tempat arus kembali

Ground pada proteus

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. Sebuah low-pass RC filter memiliki R = 120 Ω, C = 10 mF, dan beban RL = 1 kΩ. Tegangan DC input adalah Vdc = 60 V. Berapakah tegangan DC pada beban setelah kapasitor terisi penuh?

Jawaban: Pada kondisi steady-state (kapasitor penuh), kapasitor bersifat open circuit terhadap DC, sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui resistor. Maka, tegangan pada beban adalah:

$$V_{\text{RL}}=V_{\text{in}}=60\text{V<span class="mord mathnormal"></span>}$$

2. Sebuah high-pass RC filter memiliki R = 1 kΩ, C = 0,1 μF. Hitunglah frekuensi cut-off (fc). Apakah sinyal 100 Hz akan dilewatkan atau diblokir?

Jawaban: Frekuensi cut-off:

$$f_c=\frac{1}{2\pi RC}=\frac{1}{2\pi (1000)(0.1\times {10}^{-6})}\approx 1591,55\text{Hz}\text{<br>}\text{<br>}$$

Karena 100 Hz < 1591,55 Hz, maka sinyal 100 Hz diblokir oleh filter.

3. Penyearah gelombang penuh menghasilkan DC 60 V dengan riak AC 120 Hz. Digunakan RC filter dengan R = 120 Ω, C = 10 mF. Hitunglah impedansi kapasitor terhadap frekuensi 120 Hz. Apakah filter ini efektif untuk meredam riak?

Jawaban: Impedansi kapasitor:

$$X_C=\frac{1}{2\pi fC}=\frac{1}{2\pi (120)(10\times {10}^{-3})}\approx 0,132\mathrm{\Omega }$$

Karena impedansi sangat kecil, maka riak AC akan mengalir ke ground.
Kesimpulan: Filter ini efektif meredam riak 120 Hz.

6. Problem [Kembali]

1. Diketahui:

Resistor R = 2,2 kΩ, Kapasitor C = 0,047 μF

$$R=2200\mathrm{\Omega },C=\mathrm{0,047}\times {10}^{-6}\text{ F}$$

Ditanya:
a) Frekuensi cut-off (fc)
b) Apakah sinyal 10 kHz dilewatkan atau diredam?

Jawaban:
a) Frekuensi cut-off:

$$f_c=\frac{1}{2\pi RC}=\frac{1}{2\pi \times 2200\times \mathrm{0,047}\times {10}^{-6}}\approx \mathrm{1,535}\text{ kHz}$$

b) Karena 10 kHz > 1,535 kHz, maka sinyal diredam oleh low-pass filter.

2. Diketahui:

C = 0,1 μF, R = 1 kΩ, Vin = 5 Vpp (puncak ke puncak), f = 10 kHz
Ditanya:
a) Impedansi kapasitor (Xc)
b) Tegangan output (Vo)

Jawaban:
a)

$$X_C=\frac{1}{2\pi fC}=\frac{1}{2\pi \times {10}^4\times \mathrm{0,1}\times {10}^{-6}}=\frac{1}{\mathrm{0,00628}}\approx \mathrm{159,15}\mathrm{\Omega }$$

b) Gunakan pembagi tegangan:

$$V_o=V_{in}\times \frac{R}{\sqrt{R^2+X_C^2}}=5\times \frac{1000}{\sqrt{{1000}^2+{\mathrm{159,15}}^2}}\approx 5\times \frac{1000}{\mathrm{1012,6}}\approx \mathrm{4,94}\text{ Vpp}$$

Jadi output hampir sama dengan input karena frekuensi cukup tinggi — sinyal dilewatkan hampir sepenuhnya.

3. Diketahui:

Vin = 15 V DC dengan riak 100 Hz, R = 220 Ω, C = 2200 μF
Ditanya:
a) Impedansi kapasitor terhadap riak
b) Apakah filter efektif meredam?

Jawaban:
a)

$$X_C=\frac{1}{2\pi fC}=\frac{1}{2\pi \times 100\times 2200\times {10}^{-6}}\approx \frac{1}{\mathrm{1,382}}\approx \mathrm{0,723}\mathrm{\Omega }$$

b) Karena impedansi hanya sekitar 0,72 Ω, jauh lebih kecil dari resistor (220 Ω), maka riak AC akan dialirkan ke ground melalui kapasitor.
Kesimpulan: RC filter ini efektif untuk meredam riak 100 Hz.

7. Soal Pilihan Ganda [Kembali]

1. Sebuah RC low-pass filter menggunakan R = 3,3 kΩ dan C = 22 nF.
Berapakah nilai frekuensi cut-off (fc) dari filter tersebut?

A. 219 Hz
B. 2,19 kHz
C. 6,54 kHz
D. 21,9 kHz

Jawaban: B
Penjelasan:

$$f_c = \frac{1}{2\pi RC} = \frac{1}{2\pi \times 3300 \times 22 \times 10^{-9}} \approx 2194\ \text{Hz} = 2,19\ \text{kHz}$$

2. Sebuah RC high-pass filter memiliki R = 2 kΩ dan C = 0,047 μF.
Jika sinyal AC 10 Hz diberikan ke input dengan tegangan 5 V RMS, berapa kira-kira tegangan outputnya?

A. Sekitar 0 V
B. Sekitar 0,5 V
C. Sekitar 2,5 V
D. Sekitar 5 V

Jawaban: A
Penjelasan:
Frekuensi input (10 Hz) jauh di bawah frekuensi cut-off filter, sehingga hampir seluruh sinyal akan ditahan oleh kapasitor. Output mendekati 0 V.

3. Sebuah RC low-pass filter digunakan setelah penyearah gelombang penuh untuk mengurangi riak AC.

Pernyataan berikut ini benar, kecuali: (Pilih semua yang benar)

A. Menambah nilai kapasitor akan mengurangi riak AC.
B. Jika resistor terlalu besar, tegangan DC pada beban bisa turun.
C. Menambah kapasitor akan menaikkan frekuensi cut-off.
D. Jika impedansi kapasitor lebih kecil dari resistor, riak AC akan mengalir ke ground.
E. Frekuensi cut-off bergantung pada nilai R dan C.

Jawaban Benar: A, B, D, E
Pernyataan Salah: C
Penjelasan:

• A ✅: Kapasitor besar → impedansi kecil → riak lebih mudah diredam

• B ✅: R besar → tegangan jatuh meningkat → tegangan DC menurun

• C ❌: Menambah C menurunkan, bukan menaikkan, frekuensi cut-off

• D ✅: Jika $X_C < R$, riak akan lebih banyak ke ground

• E ✅: $f_c = \frac{1}{2\pi RC}$, bergantung pada R dan C

8. Rangkaian Proteus [Kembali]

Fig. 15.9

Prosedur:

1. Siapkan semua komponen yang dibutuhkan

2. Susun rangkaian sesuai diagram

3. Periksa kembali semua koneksi kabel dan polaritas kapasitor, terutama kapasitor elektrolit (harus sesuai arah positif dan negatif).

4. Sambungkan transformator ke sumber tegangan AC (120 V) secara hati-hati.

5. Hidupkan sumber listrik, lalu amati tegangan output pada beban RL menggunakan osiloskop.

6. Jika tidak ada kesalahan sambungan dan tegangan output sesuai, maka rangkaian berhasil dibuat.

7. Jika terjadi kesalahan, matikan sumber listrik segera, lalu periksa kembali polaritas dioda dan kapasitor, serta sambungan kabel lainnya.

Prinsip Kerja:

Rangkaian pada Gambar 15.9 merupakan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter RC yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang lebih halus. Proses dimulai ketika tegangan AC 120 V masuk ke transformator step-down yang menurunkan tegangan ke tingkat yang sesuai untuk rangkaian penyearah, misalnya menjadi 12 V AC. Tegangan AC ini kemudian masuk ke penyearah gelombang penuh yang terdiri dari dua dioda. Penyearah ini bekerja dengan mengalirkan arus dari kedua setengah siklus gelombang AC, sehingga menghasilkan tegangan DC berdenyut (pulsating DC) yang masih mengandung riak (ripple).

Selanjutnya, tegangan DC berdenyut ini disaring oleh filter RC yang terdiri dari kapasitor C₁ dan resistor R. Kapasitor C₁ mengisi saat puncak tegangan dan melepaskan muatan saat tegangan turun, sehingga membantu meratakan tegangan. Resistor R membatasi arus yang masuk ke kapasitor berikutnya (C₂), sekaligus berperan sebagai elemen penyaring tambahan untuk mengurangi fluktuasi tegangan. Kemudian, kapasitor C₂ berfungsi sebagai tahap penyaringan lanjutan, menyimpan dan menstabilkan tegangan sehingga riak yang tersisa menjadi sangat kecil. Tegangan yang telah diratakan tersebut akhirnya diberikan ke beban RL (resistor beban) dalam bentuk tegangan DC yang mendekati konstan.

Secara keseluruhan, prinsip kerja rangkaian ini adalah mengubah tegangan AC menjadi DC yang stabil melalui tiga tahap utama: penyearahan oleh dioda, penyaringan awal oleh C₁, dan penyaringan lanjutan oleh kombinasi R dan C₂. Rangkaian ini banyak digunakan dalam catu daya (power supply) untuk peralatan elektronik yang membutuhkan tegangan DC yang bersih dan stabil.

Fig. 15.11

Prosedur:

1. Siapkan komponen-komponen 

2. Pasang transformator dan full-wave rectifier 

3. Pasang kapasitor C₁ setelah output penyearah, dengan kaki negatif ke ground, dan kaki positif ke node tegangan DC awal.

4. Sambungkan resistor R (500 Ω) ke output C₁, sebagai pembatas dan penyaring tambahan.

5. Pasang kapasitor C₂ (10 µF) setelah resistor R, dengan polaritas yang benar (positif ke R, negatif ke ground).

6. Sambungkan beban RL (5 kΩ) ke output akhir (setelah C₂), lalu hubungkan ke ground.

7. Periksa kembali polaritas semua kapasitor dan sambungan kabel, pastikan tidak ada koneksi yang salah atau longgar.

8. Hubungkan input transformator ke sumber AC 120 V secara hati-hati.

9. Hidupkan sumber tegangan dan ukur tegangan output pada RL menggunakan multimeter atau osiloskop.

Prinsip Kerja:

Rangkaian ini merupakan sistem catu daya DC yang terdiri dari penyearah gelombang penuh dan filter RC bertingkat, yang bertujuan untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang stabil dengan riak (ripple) minimum. Proses dimulai ketika tegangan AC 120 V dari sumber masuk ke transformator, yang kemudian menyesuaikan level tegangan untuk masuk ke bagian penyearah gelombang penuh. Penyearah ini menggunakan dua atau empat dioda (tergantung konfigurasinya) untuk mengubah sinyal AC menjadi tegangan DC berdenyut (pulsating DC).

Tegangan hasil penyearahan tersebut masuk ke kapasitor C₁ (15 µF). Kapasitor ini berfungsi menyaring riak pertama dengan cara mengisi saat puncak tegangan dan melepaskan muatan saat tegangan turun. Namun, karena beban bervariasi dan kapasitor terbatas, masih akan muncul riak AC (Vᵣ = 15 V) pada tegangan DC (Vdc = 150 V). Untuk menyempurnakan penyaringan, sinyal DC ini kemudian diteruskan ke resistor R (500 Ω) yang membatasi arus dan mengurangi fluktuasi tegangan menuju tahap berikutnya.

Setelah melewati resistor, tegangan masuk ke kapasitor C₂ (10 µF), yang berfungsi sebagai filter tahap kedua. Kapasitor ini menyaring riak sisa dan menghasilkan tegangan DC yang lebih rata (V′dc) dengan riak yang lebih kecil (V′ᵣ). Akhirnya, tegangan ini disuplai ke beban RL (5 kΩ), yang menerima tegangan DC yang lebih bersih dan stabil.

Secara keseluruhan, prinsip kerja rangkaian ini adalah mengolah tegangan AC menjadi DC melalui proses penyearahan dan penyaringan bertingkat, sehingga tegangan output memiliki nilai rata-rata DC yang tinggi dan nilai riak yang rendah, sesuai untuk digunakan oleh perangkat elektronik sensitif

9. Video [Kembali]

10. Download File [Kembali]

Download Fig 15.9 [Klik Disini]

Download Fig 15.11 [Klik Disini]

Download Video Simulasi 15.9 [Klik Disini]

Download Video Simulasi 15.11 [Klik Disini]

Datasheet Oscilloscope [Klik Disini]

Datasheet Signal Generator [Klik Disini]

Datasheet Voltmeter  [Klik Disini]

Datasheet Resistor [Klik Disini]

Datasheet Kapasitor [Klik Disini]

Datasheet Transformator [Klik Disini]

Datasheet Dioda [Klik Disini]

Datasheet Voltage Probe [Klik Disini]

Datasheet Sine Wave AC [Klik Disini]

Datasheet Sine Generator [Klik Disini]

Datasheet Ground [Klik Disini]