Pengertian dan Cara Kerja Low Pass Filter

Pengertian Low Pass Filter

Low Pass Filter (LPF) adalah filter yang melewatkan sinyal masukan dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (𝑓𝐶), dan melemahkan sinyal masukan dengan frekuensi di atas frekuensi cut-off. Gambar 1.a menunjukan tanggapan frekuensi ideal. Gambar 1.b. menunjukan tanggapan frekuensi praktik dari Low Pass Filter.

Gambar 1. Tanggapan Frekuensi LPF; a) Ideal; b) Praktik

Pada tanggapan frekuensi Low Pass Filter ideal, sinyal yang berada di atas frekuensi cut-off tidak akan dilewatkan. Sementara pada tanggapan frekuensi Low Pass Filter praktik, sinyal di atas frekuensi cut-off akan dilemahkan, sehingga membentuk suatu daerah yang disebut dengan transition band (pita transisi), yang nilai kemiringannya dinyatakan dalam dB/oktav atau dB/dekade. Nilai kemiringan dari pita transisi dipengaruhi oleh orde filter, dimana semakin besar orde filter akan membuat nilai kemiringan dari pita transisi semakin besar dan bentuknya akan semakin curam (mendekati bentuk tanggapan frekuensi ideal). Pada tanggapan frekuensi praktik, juga diketahui nilai penguatan dari frekuensi cut-off yaitu sebesar 0,707 (atau -3 dB).

Rangkaian Low Pass Filter Orde 1

Low Pass Filter orde 1 merupakan filter yang memiliki pita transisi sebesar -6 dB/oktav atau -20 dB/decade. Low Pass Filter orde 1 disusun dari sepasang komponen resistor dan kapasitor (R-C). Kemudian pada bagian depannya, dihubungkan dengan komponen Op-Amp yang berfungsi sebagai penguat buffer. Rangkaian buffer berfungsi untuk mempertahankan nilai sinyal masukan sampai menuju keluaran. Gambar 2. menunjukan rangkaian Low Pass Filter orde 1.

Gambar 2. Rangkaian Low Pass Filter Orde 1

Untuk dapat melewatkan frekuensi rendah, Low Pass Filter menggunakan prinsip rangkaian pembagi tegangan antara komponen resistor dan kapasitor seperti yang ditunjukan pada Gambar 2. Rumus dari pembagi tegangan antara komponen resistor dan kapasitor dapat dilihat pada persamaan (1).

persamaan (1)

Dimana XC1 merupakan reaktansi kapasitif dari kapasitor yang nilanya dinyatakan pada persamaan (2).

persamaan (2)

Keterangan:

𝑋𝐶1 = reaktansi kapasitif (Ω)

𝜔 = 2𝜋𝑓 = frekuensi radian (rad/s)

𝜋 = 3,14

𝑓 = frekuensi (Hz)

𝐶1 = Kapasitor umpan balik (F)

Dengan menggunakan persamaan (2) dan persamaan (1), didapatkan prinsip kerja dari Low Pass Filter, yaitu:

1. Jika Low Pass Filter diterapkan pada frekuensi yang rendah (0 Hz)

2. Jika Low Pass Filter diterapkan pada frekuensi yang tinggi (∞ Hz)

Dari prinsip kerja Low Pass Filter tersebut, dapat diketahui bahwa pada saat LPF diterapakan pada frekuensi rendah, nilai reaktansi kapasitif sangat besar yang membuat nilai tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Sementara pada saat LPF diterapakan pada frekuensi tinggi, nilai reaktansi kapasitif dari kapasitor sangat kecil (= 0) yang membuat nilai tegangan keluaran juga = 0 V

Frekuensi cut-off pada Low Pass Filter akan terjadi ketika nilai R1 = XC1, persamaan dari frekuensi cut-off Low Pass Filter orde 1 yaitu dapat dilihat pada persamaan (3):

persamaan (3)

Keterangan:

𝑓𝐶 = frekuensi cut-off (Hz)

Contoh 1:

Suatu rangkaian Low Pass Filter orde 1 memiliki nilai R1 = 1 kΩ dan C1 = 1 uF. Tentukan frekuensi cut-off dari Low Pass Filter tersebut!

Jawab :

Untuk menghitung nilai frekuensi cut-off dari Low Pass Filter orde 1 dapat dilakukan menggunakan persamaan (3):

Ketika frekuensi cut-off, nilai penguatan tegangan (Av) akan turun menjadi 0,707( atau –3 dB) dari nilai awal yaitu 1, Hal ini dapat dibuktikan dengan menggunakan persamaan (1):

Jika penguatan merupakan perbandingan antara tegangan keluaran dan tegangan masukan, maka dari persamaan (4) dapat diperoleh penguatan dari penguat LPF yaitu:

persamaan (4)

Jika dinyatakan dalam desibel maka penguatan dari LPF menjadi:

Rangkaian Low Pass Filter Orde 2

Low Pass Filter orde 2 merupakan filter yang memiliki pita transisi sebesar -12 dB/oktav atau -40 dB/decade. Low Pass Filter orde 2 disusun dari dua pasang komponen resistor dan kapasitor (R-C). Kemudian pada bagian depannya, dihubungkan dengan komponen Op-Amp yang berfungsi sebagai penguat buffer. Gambar 3. menunjukan rangkaian Low Pass Filter orde 2.

Dengan menggunakan dua pasang komponen resistor dan kapasitor. Frekuensi cut-off pada Low Pass Filter orde 2 dapat diperoleh dengan cara mengalikan frekuensi cut-off dari tiap pasang komponen R-C.

persamaan (5)

Keterangan:

𝑓𝐶 = frekuensi cut-off (Hz)

Contoh 2:

Suatu rangkaian Low Pass Filter orde 2 memiliki nilai R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ, C1 = 2 uF, dan C2 = 1 uF. Tentukan frekuensi cut-off dari Low Pass Filter tersebut!

Jawab :

Untuk menghitung nilai frekuensi cut-off dari Low Pass Filter orde 2 dapat dilakukan menggunakan persamaan (5):

Abdurrahman Rasyid, S.Pd.

Lulusan Teknik Elektro yang hobi ngoprek komputer, gadget, dan traveling

Share this post