Filter - Low Pass Filter Menggunakan Komponen Pasif RC

Hello sahabat Gamma pada kesempatan kali ini saya akan menulis sebuah artikel tentang rangkaian “Low Pass Filter” atau “Tapis Lolos Rendah”. Di sini kita akan mempelajari mengenai filter sederhana menggunakan komponen pasif yaitu resistor dan kapasitor (rangkaian RC). Kita juga akan mempelajari bagaimana cara membuat sebuah filter untuk meredam frekuensi tertentu (Lihat Contoh Soal). Baik Untuk mempersingkat waktu langsung saja kita mulai.

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

A. Low Pass Filter

Low Pass Filter adalah sebuah rangkaian yang dibuat untuk meredam frekuensi tinggi yang tidak kita inginkan dari sebuah sinyal listrik dan hanya meloloskan sinyal listrik dengan frekuensi rendah sesuai yang kita inginkan.

Low Pas Filter dapat dibuat menggunakan komponen-komponen pasif seperti resistor, kapasitor dan induktor. Untuk filter frekuensi rendah (yaitu di bahwa 100 kHz), pada umumnya filter pasif dapat dibuat menggunakan rangkaian RC sederhana (yang terdiri atas komponen pasif Resistor dan Kapasitor), sedangkan untuk melakukan filter pada frekuensi yang lebih tinggi (di atas 100kHz) pada umumnya dibuat menggunakan komponen-komponen pasif RLC (Resistor-Induktor-Kapasitor). Pada umumnya ada tiga jenis filter, yaitu : Low Pass Filter, High Pass Filter, dan Band Pass Filter.
  1. Low Pass Filter (LPF) adalah jenis filter yang dirancang untuk meloloskan frekuensi rendah di bawah frekuensi cut-off dari sinyal listrik dan meredam frekuensi tinggi di atas frekuensi cut-off.
  2. High Pass Filter (HPF) merupakan kebalikan dari filter LPF di mana filter ini akan meredam sinyal-sinyal listrik berfrekuensi rendah di bawah frekuensi cut-off dan meloloskan sinyal listrik berfrekuensi tinggi di atas frekuensi cut-off.
  3. Band Pass Filter (BPF) merupakan filter gabungan antara High Pass Filter dan low Pass Filter. Filter jenis ini akan meloloskan sinyal listrik yang memiliki frekuensi pada rentang tertentu.



B. Low Pass Filter menggunakan Rangkaian RC

Filter LPF yang paling sederhana dapat dibuat menggunakan komponen resistor dan kapasitor. Filter ini dibuat dengan cara menghubungkan satu resistor dan kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan tegangan input. Untuk output tegangan pada Low Pass Filter diambil pada komponen kapasitor. Jika kita mengambil output tegangan pada komponen resistor maka itu merupakan filter High Pass Filter. Berikut adalah desain rangkaian Low Pass Filter menggunakan komponen RC.

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Pada rangkaian di atas dapat dilihat bahwa tegangan keluaran dari Low Pass Filter diambil dari komponen Kapasitor. Karena pada umumnya fungsi filter adalah untuk meloloskan atau meredam frekuensi dari sinyal listrik sesuai dengan yang kita inginkan, maka kita dapat mendefinisikan karakteristik dari filter tersebut menggunakan kurva respon frekuensi.

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Ada dua jenis filter, yaitu filter aktif dan filter pasif. Filter aktif merupakan filter yang menggunakan komponen aktif seperti penguat yang bertujuan untuk menguatkan sinyal frekuensi setelah filter. Penguat dibutuhkan karena ketika frekuensi sinyal setelah di filter sangat kecil sehingga akan sulit dibaca maka diperlukan penguat agar sinyal tersebut dapat dibaca. Sedangkan filter pasif hanya terdiri dari komponen pasif dan tidak membutuhkan penguat untuk memperkuat sinyal.

Pada artikel saya sebelumnya “Filter dan Rangkaian RC - Low Pass Filter Dan High Pass Filter”. Pada artikel tersebut telah saya bahas bahwa Reaktansi Kapasitif (Xc) dari sebuah resistor sangat bergantung pada variabel frekuensi. Ketika frekuensi input tinggi maka Reaktansi Kapasitif akan kecil, sedangkan ketika frekuensi input rendah maka reaktansi kapasitif meningkat. Hal ini dikarenakan reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi. Dengan pengetahuan ini maka kita output keluaran pada rangkaian Low Pass Filter akan sangan berpengaruh pada frekuensi.

Rangkaian Pembagi Tegangan

Rangkaian ini merupakan rangkaian yang tersusun dari dua buah resistor. Dimana output tegangan dapat kita hitung menggunakan persamaan pembagi tegangan.

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Pada rangkaian Low Pass Filter yang tersusun dari komponen RC, maka kita hanya menggantikan R2 pada rangkaian tersebut dengan sebuah kapasitor (C). Besarnya Resistansi Kapasitif (Xc) dari kapasitor tersebut dapat kita hitung menggunakan persamaan:

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Dimana j adalah bilangan imajiner.
Dari rangkaian Low Pass Filter, komponen Resistor dan Kapasitor tersusun secara seri. Maka impedansi rangkaian tersebut dapat kita hitung menggunakan persamaan berikut:

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Kemudian, dengan menggunakan konsep pembagi tegangan maka kita dapat menghitung tegangan keluaran dari sebuah rangkaian Low Pass Filter. Dengan cara menggantikan resistansi dari resistor R2 dengan reaktansi kapasitif dari kapasitor sehingga diperoleh

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Dengan j adalah bilangan kompleks. Dimana besarnya rasio tegangan keluaran dengan tegangan input adalah

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Persamaan di atas merupakan persamaan untuk menghitung tegangan keluaran dari filter LPF sederhana yang tersusun atas komponen Resistor dan Kapasitor. Karena Xc memiliki pengaruh terhadap frekuensi maka tegangan keluaran dari rangkaian RC juga berpengaruh terhadap frekuensi. Besarnya penguatan tegangan (G) didefinisikan sebagai rasio tegangan output dengan tegangan input (G = Vout/Vin). Akan tetapi filter sering kali menggunakan penguatan daya, dimana penguatan daya ini jika diungkapkan dalam desibel (dB) adalah

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Dengan mengambil nilai omega :

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Maka akan diperoleh besarnya penguatan sebesar -3dB. Ini terjadi pada saat frekuensinya sama dengan frekuensi cut-off (fc).

Contoh Soal Low Pass Filter

Sebuah rangkaian Low Pass Filter yang terdiri dari resistor 4,7 KOhm terhubung secara seri dengan sebuah kapasitor 47nF dan dihubungkan dengan tegangan input sebesar 10 Volt sinusoidal. Hitunglah tegangan keluaran dari rangkaian Low Pass Filter pada saat frekuensi input sebesar 100 Hz dan 10 KHz ?
Solusi:

Diketahui:
Vin = 10 Volt
R = 4,7 KOhm = 4700 Ohm
C = 47 nF = 47 . 10^-9 F
Ditanya : Vout = .....?

Untuk Frekuensi 100 Hz
Gunakan Persamaan Resistensi Kapasitif untuk menghitung resistansi kapasitor pada frekuensi 100 Hz . maka diperoleh:

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Tegangan keluaran rangkaian Low Pass Filter dapat dihitung menggunakan persamaan

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Untuk Frekuensi 10 KHz
Gunakan Persamaan Resistensi Kapasitif untuk menghitung resistansi kapasitor pada frekuensi 100 Hz . maka diperoleh:

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Tegangan keluaran rangkaian Low Pass Filter dapat dihitung menggunakan persamaan

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)
Jadi, tegangan keluaran rangkaian Low Pass Filter pada frekuensi input 100 Hz adalah 9,9 Volt dan pada frekuensi 10 KHz adalah 0,72 Volt. hal ini membuktikan bahwa rangkaian Low Pass Filter akan meredam sinyal listrik berfrekuensi tinggi dan meloloskan sinyal listrik berfrekuensi rendah.


Contoh Soal Low Pass Filter

Suatu sinyal pengukuran mempunyai frekuensi ≤ 1kHz, dan mengandung noise dengan frekuensi 1 MHz. Rancanglah sebuah filter yang meredam noise tersebut menjadi 1 %. Dan bagaimana pengaruh filter tersebut terhadap sinyal pengukuran pada frekuensi maksimumnya (1 kHz).
Solusi:

Gunakan persamaan Low Pass Filter untuk meredam noise pada frekuensi 1 MHz sebesar 1%.

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Misalkan kita merancang rangkaian Low Pass Filter menggunakan kapasitor sebesar 0,01 μF maka, besar resistor yang harus kita gunakan dalam rangkaian adalah

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Untuk melihat seberapa besar pengaruh filter terhadap sinyal 1 kHz, maka kita dapat memeriksanya menggunakan persamaan :

Low Pass Filter (Tapis Lolos Rendah)

Jadi sinyal pengukuran pada frekuensi maksimum hanya teredam sebesar 0,5%.

Baca Juga:

Mungkin itu saja pembahasan kalai ini, jangan lupa Like, komen dan Follow blog ini agar kalian tidak ketinggalan update artikel terbaru. Mari sama-sama kita membangun blog ini agar kita sama-sama membuat artikel yang bermanfaat lainya. Silahkan tulus di kolom komentar kira-kira artikel apa yang kalian ingin saya tuliskan dan terima kasih telah berkunjung.

Berlangganan update artikel terbaru via email:

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel