PERANCANGAN FETAL DOPPLER MENGGUNAKAN BANDPASS FILTERNovember
15, 2010Desy KristyawatiErma Triawati ChTeknik Elektro, Fakultas
Teknologi Industri,Universitas GunadarmaTeknik Elektro, Fakultas
Teknologi Industri,Universitas GunadarmaJl.Margonda Raya No.100
Pondok Cina,Depok, Jawa BaratJl.Margonda Raya No.100 Pondok
Cina,Depok, Jawa [email protected]
ermach@staff.gunadarma.ac.idRingkasanFetalDopplermerupakanalatpendeteksijantungjanindalamkandungan.
Dapatdiketahuibahwadetakjantung janin dalam kandungan dalam keadaan
normal berada dalam kisaran 120-140 detak per
menit.Makauntukmemisahkanfrekuensi detakjantungjanindenganfrekuensi
detakjantungibu, digunakanbandpasslter.
Darihasilperhitungankisarandetakjantungjanindalamkandunganmakadapatdiperolehfrekuensidetak
2-3 Hz. Dan untuk mengetahui rancangan terbaik maka dilakukan
percobaan dengan menggunakan 2jenis lter yaitu bandpass lter
butterworth dan bandpas lter chebyshev.Kemudian hasil perhitungan
secarateori disimulasikanmenggunakanPSPICE.
Perancanganbandpasslterdenganhasil
terbaikadalahyangmenggunakanBandpassFilterChebyshev. KeyWord:
fetaldoppler,bandpasslter,chebyshev,butterworth,operational
amplier, detak jantung, janin1 PendahuluanDetak jantung janin
dalamkandungan yang nor-malberkisarantara120-140detakpermenit.
Caramendengarkandetakjantungjanindalamkandun-ganyangnyaristidakterdengardisini
adalahden-gan menggunakan stetoskop.Tetapi kendalanya
apa-bilamenggunakanstetoskopadalahsuarayangdi-tangkapolehstetoskopmasihbercampurantarade-takjantungibudanjanin.
MakadigunakanlahFe-tal Doppler yang merupakan alat pendeteksi
jan-tungjanindalamkandungan. BelakanganinihargaDoppler yang paling
murah berkisar 1,5 juta rupiah.Sedangkan Doppler yang bisa
sekaligus mencetakhasilnya harganya berkisar 40juta. Maka
dalampenelitian ini dirancang alat lebih murah denganmenggunakan
komponen yang lebih
sedikit.Dimanakomponen-komponenyangtelahdirancang,akandifabrikasisehinggamendapatkanFetalDoppleryangsecara
sik lebih kecil.Ide awal perancangan alat ini adalah
memisahkansuara detak jantung ibu dan janin berdasarkanfrekuensi.
Diketahui data detak jantung janin dalamkandungan yang normal
berkisar antara 2-3
Hz.Makauntukmemisahkandetakibudanjaninmakadigunakan rangkaian lter.
Interferensi dari de-takjantungibudisingkirkan. Yanglolos
ketahapberikutnyahanyadetakjantungjanin. Padapeneli-tianini,
untukmengetahuirancanganterbaikmakadilakukanpercobaandenganmenggunakan2jenislteryaitubandpasslterbutterworthdanbandpaslterchebyshev.
Dari 2jenisrancanganlterterse-but
untukselanjutnyadisimulasikandenganmeng-gunakan PSPICE untuk
mengetahui apakah hasil ran-cangan tersebut sudah sesuai dengan
perhitungan se-cara teori.Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa
hasil ran-cangan terbaik adalah Bandpass Filter Chebyshev.2
Tinjauan PustakaOP Amp LM741Adalah Penguat adalah suatu rangkaian
yangmenerima sebuah isyarat di masukkan dan
mengelu-arkanisyarattakberubahyanglebihbesardi kelu-arannya.
Opampmempunyailimaterminaldasar:dua untuk suplay daya, dua untuk
isyarat masukkan,dan satu untuk keluaran.Figure 1:Skema Op
AmpFilterFilter adalah sebuah rangkaian yang dirancangagar
melewatkansuatupitafrekuensi tertentuser-aya memperlemah semua
isyarat doluar pita ini.Jenis-jenis lter, yaitu Lowpass Filter,
Highpass Filter,Bandpass Filter, Bandreject Filter.Dan untuk jenis
l-ter tersebut ada juga beberapa jenis berdasarkan
ke-sulitanperancangan,keuntungandankerugiandarihasilrancanganyaituButterwort,Chebyshev,InversChebyshevdanCauer.
Tetapi
dalampenulisaninipenulishanyamembahas2jenissajayaituButter-worth
dan Chebyshev.Berdasarkankesulitanperancangannya,
keuntun-gan,kerugiandalamperancanganmakalterdapatdiklasikasikan
menjadi:ButterworthFigure 2:Butterworth Lowpass FilterKeuntungan
:1. Flat pada Pass Band & Stop Band2. Mudah dirancangKerugian
:Memerlukan orde yang lebih tinggi untukmemenuhi spesikasi
tertentu.Ciri-ciri Butterworth1. w = TFrekuensi setengah daya2.
Memiliki nilai redaman (attenuation) yang lebihkecil dari
chebyshev3. Nilai Q lebih kecil4. Phasa lebih linierFigure
3:Chebyshev Lowpass FilterChebyshevKeuntungan:
Memerlukanordeyanglebihdaributterworth untuk memenuhi spesikasi
tertentuKerugian:1. Terdapat ripple pada Passband2. Lebih sulit
dirancangCiri - ciri dari Chebyshev:1. W = 1 akhir dan ripple untuk
frekuensi seten-gah daya untuk chebyshev adalahwhp =
cosh_1ncosh1(1)_2. Memiliki nilai redaman (attenuation) yang
lebihbesar dari butterworth3. Nilai Q lebih besar4. Karakteristik
dari phasa bertambah sifat non lin-earitasnya3 METODOLOGI
PENELITIANTahap-tahap perancangan bandpass lter Butter-worth dan
bandpass lter Chebyshev adalah sebagaiberikut :Bandpass Filter
ButterworthLangkah-langkah perancangan BandPass Butter-worthFigure
4:BandPass Butterworths=4321b= 2 1o=1.2 Q=obDikerjakan pada LowPass
ButterworthterlebihdahuluFigure 5:LowPass Butterworthn =log_10a
min/10110a max/101_2logsJikanganjil terdapat kutubdi =0.
Setiapkutub terpisah dengan yang lainnya dengan =180nJika n genap
terdapat kutub di =90no =1_10a max/101Kutub dari LowPassS2=
2 +2S1=
1S2 = o cos 0sin
2= o cos2= o sinorde 2S1= o
1= o orde 1Algoritma GeffeOrde1:qc =oBQ =qc
1Orde2:C=
22+ 22D =2
2qcE= 4 +Cqc2G =E24D2Q =1D_12(E + G)K=
2 Qqc= k+k21o2= .o o = o2Qo1=1.o o = o2QRangkaian BandPass
Butterworth yang
digu-nakanadalahmenggunakanrangkaianDelyiannis&Friends seperti
dibawah iniFigure 6:Rangkaian Delyiannis & FriendsBandpass
Filter ChebyshevLangkah-langkah merancang Chebyshev:1. n =cosh1
10a min/10110a max/101
cosh1(s/p)2. =_10a max/10 13. whp = cosh1 _1ncosh 1(1)4.
Tentukan kuntuk chebyshev5. a =1n sinh116. Tentukan kutub
chebyshevk = cosk sinhas = k kk = sink cosha7. o =k2+ k28. Q =o2k9.
RancangRangkaian BandPass Chebyshev yang digunakanadalah
menggunakan rangkaian Delyiannis &Friends seperti gambar
diatas.4 Hasil dan PembahasanPenelitian ini dilakukan untuk
mengetahui secarateori hasil perancanganlter
yangtelahdilakukanyaituBandPassFilterButterworthdanBandpassFil-ter
Chebyshev. Yangnantinyahasil rancanganl-ter yang didapat akan
digunakan untuk pembu-atanalat Fetal Doppler.
DigunakanlterBandpasskarena frekuensi yang akan diambil adalah
frekuensitertentu yang berkisar antara 2-3 hz
berdasarkanperhitungan, sedangkan12-20Hz berdasarkanfe-tal Doppler
yangdi buat olehSolihul Hadi.
Hasilrancanganyangdidapatjugadisimulasikandenganmenggunakansoftware
PSPICEyangapabila hasilrancangan yang dibuat sesuai dengan teori
yang adamaka, kemudian dibuat secara sik lter tersebut.Bandpass
Filter Butterworth 2-3 HzPerancangandenganmenggunakanBandpass
lterButterworth yang menyaring frekuensi 2 - 3 Hz den-gan
menggunakan 0.1F.Gambar 7:Kurva Butterworth Bandpass Filter 2-3
HzBandpass Filter Chebyshev 2-3
HzPerancangandenganmenggunakanBandpass
lterChebyshevyangmenyaringfrekuensi 2-3Hzden-gan menggunakan
0.1F.Gambar 8:Kurva Chebyshev Bandpass Filter 2-3 Hz2
.0.5 = 3, 142rad/s 3 rad/s2
.2 = 12, 566rad/s 13 rad/s2
.3 = 18, 850rad/s 19 rad/s2
.5 = 31, 146rad/s 31 rad/sFigure9:
Kurva,rad/sChebyshevBandpassFilter2-3 Hzb = 19 13 = 6rad/so =13 19
= 15, 716 rad/s 16rad/ss =3131913= 4, 667Figure 10:Kurva Chebyshev
Lowpass Filter 2-3 Hzn =cosh1
10a min/10110a max/101
cosh1(s/p)=cosh1
1020/101100.5/101
cosh1(4.667/1)=1.82 2 =100.051 = 0.349Untuk meminimalkanripple
maka harus didap-atkan yang besar11+2=11=(0.349)w= 0.944hp =
cosh_1ncosh1(1) = cosh_12cosh1(10.349) = 1.39a =12 sinh 1(10.349) =
0.887=902= 45 = 45k = cosk sinha = cos 45 sinh0.887 = 0.713k = sink
cosha = sin45 cosh0.887 = 1.004s1 + s2= 0713 1.004Orde 1:
1= 0.7131 = 1.004D =2
2qc=20.7131.004= 0.535E= 4 +Cqc2= 4 +1.5162.6672= 0.535G
=E24D2=_4.21324(0.5352) = 4.075Q=1D_12(E + G) =10.535_12(4.213 +
4.075) =3.805K=
2 Qqc=(0.713)(3.805)2.667= 1.017= k+k21 = 1.017 +1.01721 =
1.202o1=1.o =11.202.16 = 13.311 13rad/so2= .o = (1.2020(16) =
19.232 19rad/sGambar 11: Blok DiagramRangkaian ChebyshevBandpass
Filter 2-3 Hz|Ti()| =_2Q1..oi(2oi2)2+(.oQ)2|T1()|
=_2Q1...oi(2oi2)2+(.oQ)2=_2(3.805)(16)(13)(16213i2)2+(16.133.805)2=
15.405|T2()|=_2(3.805)(16)(193)(1621392)2+(16.193.805)2= 17.354|T|
= (15.405)(17.354) = 270.111 270BA+B=1270270B= A + B269B= Ajika B =
1269 = ATable 1:Hasil Nilai Komponen Chebyshev Bandpass-Filter 2-3
HzKomponen Rangkaian 1 Rangkaian 2o 13 19Q 3.805 3.805kf 13
19R1lama 269 & 1 1R2lama 58 58Clama 0.131 0.131Cbaru 0.1F
0.1Fkm 100769 68947R1baru 27M &101K 69KR2baru 5.8M 4MFigure
12:Rangkaian Chebyshev Bandpass Filter 2-3HzJika rangkaian lter
bandpass chebyshev yangmemlter frekuensi 2-3hz di
simulasikandenganPSPICE maka menghasilkan:Figure 13:Rangkaian
Chebyshev Bandpass Filter 2-3Hz( PSPICE )Figure14: Simulasi
ChebyshevBandpassFilter2-3HzGambar diatas sesuai dengan hasil
perhitungan se-carateori, jadi rangkaianlterbandpasschebyshevyang
dirancang adalah benar.5 KesimpulanDari hasil uji coba dan
pengambilan data FilterButterworthdanChebyshev yaituuntuk
frekuensi2-3 Hz berdasarkan simulasi dapat disimpulkanbahwa hasil
rancangankurang lebihsama, tetapihanyasajapadaButterworth,
menunjukkanbahwapada passband hasilnya at, sedangkan pada
Cheby-shev terdapat ripple pada passbandnya. Sedan-gkan berdasarkan
penggunaan komponen Cheby-shev menggunakan komponen yang lebih
sedikitdibandingkanButterworth. Sehinggadapat disim-pulkan dengan
menggunakan Chebyshev maka
lterlebihbaikdanlebihmurahdalampemaikaiankom-ponen.References[1]
http://ajphe art.phisiology.org/cgi/reprint/275/6 / h1993.[2]
Depari, Ganti,. PokokPokokElektronika, M2S,April 2000.[3] F.
Coughlin Robert and F. Driscoll Frederick.Op-erational Ampliers and
Linear Integrated Cir-cuits. Prentice-Hall.[4] Sutrisno.
ElektronikaTeori danPenerapannya.Penerbit ITB, 1986.[5]
G.HTomlison. Electrical Networks and FiltersTeory and Design.
Prentice Hall Europe, 1991.[6] MikeTooley.
ElectronicCircuits2ndEdition. El-sevier Science Ltd England.,
1995.
