Low Pass Filter dan High Pass Filter

Filter dalam bidang elektronika adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengambil/melewatkan tegangan output pada frekuensi tertentu yang diinginkan dan untuk melemahkan/membuang ke ground tegangan output pada frekuensi tertentu yang tidak diiginkan. Filter dalam elektronika dibagi dalam dua kelompok yaitu filter pasif dan filter aktif. Untuk membuat suatu filter pasif dapat digunakan komponen pasif (R, L, C).  Sedangkan untuk membuat filter aktif diperlukan rangkaian (R, L, C dan transistor atau Op-Amp).

A.    Low Pass Filter

Low Pass Filter (LPF) adalah filter yang hanya melewatkan sinyal dengan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) dan akan melemahkan sinyal dengan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc). Pada filter LPF yang  ideal sinyal dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (fc) tidak akan dilewatkan sama sekali (tegangan output = 0 volt). Rangkaian low pass filter RC merupakan jenis filter pasif, dengan respon frekuensi yang ditentukan oleh konfigurasi R dan C yang digunakan.

Rangkaian Dasar Dan Grafik Respon Frekuensi Low Pass Filter RC

Frekuensi cut-off (fc) dari filter pasif lolos bawah (Low Pass Filter,LPF) dengan RC dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut. 

Rangkaian filter pasif LPF RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter LPF RC ini teganga output diambil pada titik pertemuan RC. Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian diatas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

Besarnya penguatan tegangan (G) pada filter pasif yang ideal maksimum adalah 1 = 0dB yang hanya terjadi pada frekuensi sinyal input dibawah frekuensi cut-off (fc). Penguatabn tegangan (G) filter LPF RC pasif dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

Dan penguatan tegangan (G) LPF RC dapat dituliskan dalam satuan dB sebagai berikut.

Ø  Filter aktif low pass adalah rangkaian filter yang menggunakan penguat operasional (Op-Amp) rangkaian terpadu (IC) dimana rangkaian filter aktif low pass ini akan meloloskan sinyal input dengan frekuensi dibawah frekuensi cut off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off rangkaian filter aktif low pass tersebut. Seperti tampak pada gambar ini adalah gambar Low Pass Filter Butterworth dengan perhitungan sebagai berikut:

 Rangkaian Dasar Filter Aktif Low Pass (LPF)

Frekuensi cut-off filter low pass (fc) :

Penguatan filter low pass (AF) :

Respon Frekuensi Filter Aktif Low Pass

Respon frekuensi atau penguatan sinyal terhadap perubahan frekuensi sinyal input pada filter aktif low pass ini dibagi dalam 3 bagian yaitu :

1.      Pada saat sinyal input dengan frkuensi (f) lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) f < fc

2.      Pada saat sinyal input dengan frkuensi (f) sama dengan frekuensi cut-off (fc) f = fc

3.      Pada saat sinyal input dengan frkuensi (f) lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc) f > fc 

B.     High Pass Fillter

Filter high-pass atau sering juga disebut dengan filter lolos atas adalah suatu rangkaian yang akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas frekuensi cut-off (ωc) sampai frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang berfrekuensi dibawah frekuensi cut-off (ωc) rangkaian tersebut. Filter high-passs dasar disusun dengan rangkaian RC seperti berikut.

Rangkaian High Pass Filter (HPF) RC

Prinsip kerja dari filter high pass atau filter lolos atas adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar komponen C dan R, dimana C akan mudah melewatkan sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah melewatkan sinyal dengan frekuensi yang rendah. Prinsip kerja rangkaian filter lolos atas atau high pass filter (HPF) dengan RC dapat diuraikan sebagai berikut, apabila rangkaian filter high pass ini diberikan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal tersebut akan di lewatkan ke output rangkaian melalui komponen C. Kemudian pada saat sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter lolos atas atau high pass filter memiliki frekuensi di bawah frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan dengan cara dibuang ke ground melalui komponen R.

Frekuensi resonansi dari filter high-pass mengikuti nilai time constant (τ) dari rangkaian RC tersebut.

Sehingga frekuensi cut-off dari filter tersebut adalah :

Sinyal output rangkaian filter high-pass mendahului inputnya yaitu sebesar :

Grafik karakteristik dari high pass filter (HPF) atau filter lolos atas dengan komponen RC dapat digambarkan dengan perbandingan antara tegangan output filter terhadap frekuensi yang diberikan kepada rangkaian filter high pass (HPF) tersebut. Untuk lebih jelasnya grafik karakteristik filter high pass (HPF) ditunjukan pada gambar berikut:

Grafik Karakteristik High Pass Filter (HPF) Dengan RC

Ø  Filter aktif high pass atau sering disebut dengan Active High Pass Filter (Active HPF) atau juga disebut dengan filter aktif lolos atas adalah rangkaian filter yang akan melewatkan sinyal input dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off rangkaian dan akan melemahkan sinyal input dengan frekuensi dibawah frekuensi cut-off rangkaian dan ditambahkan rangkaian penguat tegangan menggunakan operasional amplifier (Op-Amp). Rangkaian high pass filter aktif pada dasarnya sama saja dengan filter pasif high pass, perbedaannya pada bagian output filter aktif high pass ditambahkan rangkaian penguat tegangan.

Rangkaian Filter Aktif High Pass (HPF)

Dari gambar rangkaian Filter Aktif High Pass (HPF) diatas terdapat perhitungan-perhitungan dari filter aktif high pass sebagai berikut :

Frekuensi cut-off rangkaian filter aktif high pass (fc) adalah :

Pergeseran sudut fasa yang terjadi pada rangkaian filter aktif high pass (Φ) :

Faktor penguatan tegangan rangkaian penguat pada filter aktif high pass (Af) diatas adalah :

Rangkaian filter aktif high pass pada gambar diatas adalah filter aktif high pass jenis butterworth dimana besarnya penguatan tegangan (Av) yang terjadi pada filter aktif high pass ini dapat dituliskan dengan persamaan matematis sebagai berikut :

Respon Frekuensi Filter Aktif High Pass (HPF)

Penguatan tegangan dari sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter aktif high pass ini memiliki perbedaan pada respon frekuensi rangkaian filter aktif high pass sebagai berikut.

1.      Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc)

2.      Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) sama dengan dari frekuensi cut-off (fc)

3.      Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc)