BAB 1 RESONATOR Oleh : M. Ramdhani

BAB 1 RESONATOR Oleh : M. Ramdhani

Ruang Lingkup Materi : • Rangkaian resonator paralel (loss less components) • Rangkaian resonator dengan L dan C mempunyai rugirugi/ losses • Transformator impedansi (tujuan untuk menaikkan Q dengan menaikkan RS atau RL) • Rangkaian resonator paralel ganda (tujuan untuk memperbaiki faktor bentuk/ shape factor) ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

2

Fungsi : • Memilih/ meloloskan sinyal pada frekuensi tertentu • Meredam secara significant di luar frekuensi yang diinginkan • Menghentikan frekuensi yang tidak diinginkan

ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

3

Karakteristik Respon Ideal :


4

Respon Praktis :


5

Definisi - Definisi : • Resonansi : kondisi dimana komponen reaktansi dari suatu impedansi berharga nol pada frekuensi tertentu • Bandwidth/ Lebar Pita : perbedaan antara frekuensi atas dan frekuensi bawah (f2 – f1), respon amplitudanya -3 dB dibawah respon passband. Yang diloloskan hanya diantara f1 dan f2 diluar frekuensi tersebut diredam secara signifikan • Faktor Kualitas (Q) : parameter untuk mengukur tingkat selektivitas rangkaian =

3

=

−


6

Definisi – Definisi (lanjutan) : • Faktor Bentuk (Shape Factor = SF) : perbandingan BW 60 dB (redaman besar) terhadap BW 3 dB (redaman kecil) pada rangkaian resonator (seberapa miring terhadap ideal) =

60 3

=

− −

• Ultimate Attenuation : redaman minimum akhir yang diinginkan/ dikehendaki rangkaian resonansi diluar passband • Ripple/ Riak : ukuran dari kerataan passband rangkaian resonansi yang dinyatakan dalam dB ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

7

Definisi – Definisi (lanjutan) : • Insertion Loss : loss yang ditimbulkan oleh pemasangan suatu rangkaian /komponen tidak ideal antara sumber tegangan dan beban • Tuning/ penalaan : pengaturan harga L dan C agar dapat beresonansi pada frekuensi kerjanya • Decibel : perbandingan antara dua besaran dalam skala Logaritma • Octave : jarak antara frekuensi dua kali atau setengah kalinya (contoh : 20 Hz ke 40 Hz) • Decade : jarak antara frekuensi sepuluh kali lipatnya (contoh : 10 Hz ke 100 Hz) ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

8

Definisi – Definisi (lanjutan) : • dB/octave : perbandingan besaran dalam decibel diantara 2 frekuensi yang memiliki perbandingan 2x atau 0,5x nya. Contoh : Amplituda pada frekuensi 4kHz adalah 52 dB, berapa amplitude pada 13kHz jika kenaikan frekuensinya sebesar -2 dB/octave Jawaban Jumlah octave = log (13 kHZ/4 kHz) =1,7, maka amplitudanya = 52 dB + (1,7 octave x -2 dB/octave) = 48,6 dB ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

9

Definisi – Definisi (lanjutan) : • dB/decade : perbandingan besaran dalam decibel diantara 2 frekuensi yang memiliki perbandingan 10x nya. Contoh : Amplituda pada frekuensi 4,7MHz adalah 0 dB, berapa amplitude pada 3,2GHz jika kenaikan frekuensinya sebesar -20 dB/decade Jawaban Jumlah decade = log (3,2GHZ/4,7MHz) =2,83, maka amplitudanya = 0 dB + (2,83 decade x -20 dB/decade) = -56,6 dB ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

10

RANGKAIAN RESONATOR PARALEL (LOSSLESS COMPONENTS)


11

Rangkaian Paralel Single-Pole BPF Rangkaian LC paralel dapat dimodelkan sebagai ideal BPF, dimana : • Induktor ( L ) ideal • Kapasitor ( C ) ideal • Beban terbuka/ open circuit


12

Respon Vo/Vs, jika “C kecil” dan “L besar”


13

Respon Vo/Vs, jika “C besar” dan “L kecil”


14

Resonansi Seri =

+

=

+

− =

+ +

= +

=0  1

→ =

=



− =

1 2


15

Resonansi Paralel 1

=

1

=

1

1

− =

+

+

1

1

+

1

+

=

=0  1

→ =

=

1

+



−

1

=

1 2


16

Rangkaian resonator saat R beban open Saat rangkaian beresonansi : =

=

=

=

2

=

=

, sehingga

=

≅

=2 ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

17

Rangkaian resonator saat R beban << ∞ =

//

=

sehingga : =

=

2

=2


18

Respon rangkaian resonator


19

Contoh soal : 1. Suatu generator dengan Rs = 50 Ohm, C dan L tanpa rugi-rugi C = 25 pF dan L = 0,05 uH, RL = open circuit. Tentukan nilai : a. fc b. Q c. BW 3 dB 2. a. Jika soal no. 1 diatas nilai Rs = 1000 ohm, hitung nilai Q b. Jika soal no. 2a diatas diberi nilai RL = 1000 ohm, hitung nilai Q ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

20

Contoh soal : 3. Rancanglah suatu rangkaian resonator yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Rs = 150 ohm, RL = 1 kohm, LC ideal


21

Contoh soal : 4. Resistansi sumber dari sebuah rangkaian resonansi LC parallel adalah 500 ohm. Rangkaian memiliki bandwidth 20 kHz dengan frekuensi cutoff bawah 990 kHz. a. Tentukan parameter Q, L, dan C b. Jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan beban sebesar 5000 ohm, berapakah Q dan BW sekarang


22

RANGKAIAN RESONATOR DENGAN L DAN C MEMPUNYAI RUGI-RUGI (LOSSES COMPONENTS)


23

Pengertian dan model L dan C dengan rugi-rugi : L – Ideal

L praktis dengan rugi-rugi

Menyimpan seluruh energi dalam Medan Magnet

Ada energi yang dibuang / dilepas berupa panas di resistor

C – Ideal

C praktis dengan rugi-rugi

Menyimpan seluruh energi dalam Medan Listrik

Ada sebagian energi yang dilepas berupa panas di resistor


24

Akibat dari komponen losses /ada rug-rugi : • Q tidak mungkin lebih besar dari Q untuk lossless komponen • Respon resonator mengalami redaman pada frekuensi resonansi • Frekuensi resonansi sedikit tergeser dengan adanya losses / rugi • Pergeseran fasa pada filter tidak akan nol di frekuensi resonansi


25

Tingkat rugi-rugi pada LC dinyatakan dalam faktor kualitas Q • Untuk LC seri dengan R : =

=

=

=

=

=2

• Untuk LC paralel dengan R :


26

Konversi dari “seri” ke “paralel” ekivalennya, jika Rs dan Xs diketahui maka Xp dan Rp bisa dicari Jika Q < 10 =

Jika Q > 10 +1

≅ ≈

= = =

=

Lihat penurunan rumus


27

Contoh soal : 1. Suatu induktor 50 nH dengan hambatan rugi-rugi yang disusun secara seri sebesar 10 ohm pada f = 100 MHz. Carilah besarnya L dan R baru jika ditransformasikan ke rangkaian ekivalen paralelnya !


28

Pembahasan :


29

Rangkaian resonator menggunakan LC dengan rugirugi :


30

Rangkaian Ekivalen untuk menentukan Q (Vs short):

=

=

2

=2


31

Perbandingan respon LC untuk 3 kondisi:


32

Contoh soal : 2. Rancanglah rangkaian resonansi sederhana supaya menghasilkan BW3dB = 10 MHz pada frekuensi tengah 100 MHz!! Komponen yang dipakai sebagai berikut : a. Hambatan sumber dan beban masing-masing 1000, kapasitor yang digunakan ideal (lossless C) b. Sedangkan Induktor mempunyai factor Q = 85


33

Pembahasan soal :


34

Contoh soal : 3. Sebuah rangkaian resonator parallel terdiri dari inductor 50 nH dan kapasitor ideal 200 pF. Induktor yang digunakan pada rangkaian tersebut tidak ideal dan dimodelkan dengan adanya resistansi yang terpasang seri dengan inductor tersebut sebesar 5 ohm, tentukan : a. Frekuensi resonanasi, factor kualitas komponen dari inductor, dan resistansi parallel b. Jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber dan beban yang memiliki resistansi masing-masing 50 ohm


35

Contoh soal : 4. Sebuah rangkaian resonator parallel terdiri dari inductor 10 nH dan kapasitor 150 pF. Induktor memiliki resistansi seri 10 ohm dan resistansi seri kapasitor 5 ohm. Tentukan frekuensi resonansi, factor kualitas masing-masing komponen LC, factor kualitas rangkaian resonansi, resistansi parallel rangkaian resonansi dan BW 3dB


36

KESIMPULAN Faktor kualitas sebuah rangkaian resonator (Q) ditentukan oleh : • Impedansi sumber Rs • Impedansi beban RL • Pemilihan besar nilai LC • Faktor kualitas dari komponen


37

TRANSFORMATOR IMPEDANSI (Tujuan : menaikkan Q dengan menaikkan Rs)


38

TRANSFORMATOR IMPEDANSI Transformasi Impedansi dengan kapasitor yang ditapped di tengah Rs'  Rs

Rangkaian ekivalen untuk mencari Q Rs’ = RL  transfer daya maximum

CT 

C1  C2 C1  C2

 C  Rs'  Rs 1  1   C2 

2

Q L  10


39

TRANSFORMATOR IMPEDANSI Transformasi Impedansi dengan Induktor yang ditapped

Rangkaian ekivalennya


Rs'  Rs

 n2   n1

  

2

40

Contoh Soal: Rancang suatu Resonator dengan spesifikasi sbb: Q = 20 pada fc = 100 MHz Rs = 50 ohm , RL = 2000 ohm Gunakan rangkaian transformasi impedansi C tapped dengan asumsi QL = 100 pada 100 MHz


41

Rangkaian Resonator Paralel Ganda Tujuan: Untuk memperbaiki shape faktor


42

a. Hubungan seri dikopling kapasitor

C12

C  Qa

Q a  Q awal  Qsingle

Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

43

Respon ‘Resonator ganda’

Pada kondisi critical coupling Q r  0,707  Qa ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

44

b. Hubungan seri dikopling Induktor

L12  Qa  L

Q a  Q awal  Q single

Qa = faktor kualitas rangkaian single resonator ELH4E3 - Elektronika Frekuensi Tinggi

45 45

Contoh Soal: Desainlah suatu rangkaian resonator yang terdiri dari 2 buah resonator identik yang dihubungkan seri dengan kopling induktor (diset pada kondisi critical coupling), spesifikasinya sbb: fc = 75 MHz ; BW3dB = 3,75 MHz ; Rs = 100 ohm RL = 1000 ohm ; Asumsikan QL = 85 pada fc • Terakhir gunakan transformasi impedansi C yang di tapped (di sumber) untuk menaikkan Q!


46

BAB 1 RESONATOR Oleh : M. Ramdhani

Recommend Documents