Pengaplikasian Rangkaian LPF (Low Pas Filter)

Pengertian

Rangkaian Low Pass Filter merupakan rangkaian filter yang berfungsi untuk meneruskan frekuensi rendah dan menghambat frekuensi tinggi. Rangkaian low pass filter yang terdapat pada frekuensi bagian bawah akan mendapatkan redaman paling kecil sedangkaian bagian frekuensi di atasnya akan mendapatkan redaman yang paling besar. Fungsi utama dari low pass filter adalah meneruskan sinyal input frekuensi atau frekuensi cut off pada bagian bawah. Yang dimaksud frekuensi cut off adalah frekuensi yang keluaran amplitudonya turun mencapai 70% atau sekitar -3dB terhadap amplitudo masukan. Low pass filter dapat kita buat dengan menggunakan dua jenis rangkaian dasar, yaitu rangkaian filter induktif dan rangkaian filter kapasitif. Untuk rangkaian induktif sendiri hanya dibuat menggunakan sebuah induktor dan beban, sedangkan untuk rangkaian kapasitif hanya menggunakan dua buah komponen, yaitu resistor dan kapasitor.

Low Pass Filter memiliki tegangan output konstan dari DC (0Hz), sampai frekuensi Cut-off ditentukan, (ƒc) titik. Titik frekuensi cutoff adalah 0,707 atau-3dB (dB =-20Log Vout / Vin) dari gain tegangan diizinkan untuk lulus. Rentang frekuensi "di bawah" ini ƒc cutoff pointumumnya dikenal sebagai Band Pass sebagai sinyal input diperbolehkan untuk melewatifilter.Rentang frekuensi "di atas" titik cut-off umumnya dikenal sebagai Band Stop sebagai sinyalinput diblokir atau dihentikan dari melewati. Sebuah rangkaian sederhana untuk low pass filter dapat dibuat dengan menggunakan sebuah resistor tunggal di seri dengan kapasitornon-terpolarisasi tunggal (atau komponen reaktif tunggal) di sebuah sinyal input Vin,sementara output sinyal Vout diambil dari seluruh kapasitor.Frekuensi cut-off atau -3dB, dapat ditemukan dengan menggunakan rumus, ƒc = 1 / (2πRC). Sudut fase dari sinyal output pada ƒc dan -45o untuk Low Pass Filter. Keuntungan dari filteratau penyaring dalam hal ini, umumnya dinyatakan dalam Decibel dan merupakan fungsidari nilai output dibagi dengan nilai input yang sesuai dan diberikan sebagai:

Gain in dB = 20 log Vout/ Vin

Pengaplikasian Low Pas Filter (LPF)

1.     Low Pas Filter (LPF) pada speaker

Aplikasi pasif Filter Low Pass berada di amplifier audio dan sistem speaker untuk mengarahkan sinyal frekuensi bass yang lebih rendah untuk speaker bass yang lebih besaratau untuk mengurangi noise frekuensi tinggi atau "mendesis" distorsi jenis.Bila digunakan seperti ini di aplikasi audio filter lolos rendah kadang disebut "high-cut", atau"cut treble" filter. Jika kita membalikkan posisi dari resistor dan kapasitor dalam rangkaian sehingga tegangan keluaran sekarang diambil dari resistor, kita akan memiliki sirkuit yangmenghasilkan frekuensi output kurva respons yang sama dengan yang dari Filter High Pass,dan ini dibahas di tutorial berikutnya. Singkatnya Filter Low Pass (LPF) adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetapdari DC naik sampai ke suatu frekuensi cut-off fc. Bersama naiknya frekuensi di atas fc,tegangan keluarannya diperlemah (turun).Low Pass Filter adalah jenis filter yang melewatkan frekuensi rendah serta meredam ataumenahan frekuensi tinggi. Bentuk respon LPF seperti ditunjukkan gambar di bawah ini.

Pita Lewat : Jangkauan frekuensi yang dipancarkanPita Stop : Jangkauan frekuensi yang diperlemah.Frekuensi cutoff (fc) : disebut frekuensi 0.707, frekuensi 3-dB, frekuensi pojok, atau frekuensi putus.

2.     Low Pas Filter (LPF) pada sinyal listrik

Untuk sinyal listrik, low-pass filter direalisasikan dengan meletakkan kumparan secara seri dengan sumber sinyal atau dengan meletakkan kapasitor secara paralel dengan sumber sinyal. Contoh penggunaan filter ini adalah pada aplikasi audio, yaitu pada peredaman frekuensi tinggi (yang biasa digunakan pada tweeter) sebelum masuk speaker bass atau subwoofer (frekuensi rendah).  

Kumparan yang diletakkan secara seri dengan sumber tegangan akan meredam frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah, sedangkan sebaliknya kapasitor yang diletakkan seri akan meredam frekuensi rendah dan meneruskan frekuensi tinggi. Komponen rangkaian Low Pass Filter berupa komponen induktor(L) dan kapasitor(C). Rangkaian ini juga berfungsi sebagai filter harmonisa pada sistem distribusi yang menjaga agar gelombang tegangan atau arus tetap sinusoidal.

3.     Low Pas Filter pada sensor temperature

Sensor temperatur sering digunakan sebagai umpan balik pada sistem kontrol temperatur. Sensor sangat penting dalam sistem kontrol, harus memiliki kepresisian yang baik dan harus stabil. Dalam aplikasinya sensor temperatur mengubah temperatur menjadi tegangan. Namun tegangan yang dihasilkan oleh sensor selalu disertai dengan sinyal-sinyal diluar dari informasi yang sebenarnya. Sebagai contoh sensor temperatur LM35, dapat digunakan sebagai sensor temperatur dalam sistem kontrol. Sensor ini memiliki kepresisian 10mV/^oC. Biasanya sensor ini diperpanjang dengan menggunakan 3buah kabel jalur tegangan dc +- dan jalur keluaran sensor. Sinyal noise akan dihasilkan karena adanya perpanjangan kabel dan akan membuat kesalahan pada sistem umpan balik. Untuk menghilangkan sinyal-sinyal yang bukan informasi dari temperatur digunakan filter low pass. Dengan menggunakan komponen pasip R dan C  yang diletakkkan pada ujung paling akhir dari perpanjangan kabel menuju ke pengkondisi sinyal. Adapun rangkaian pasip RC low pass filter diperlihatkan dalam gambar berikut ini:

Dari rangkaian filter low pass diatas dapat ditulis persamaan sebagai:

Dimana:

 

  Berikut gambar respon frekuensi:

Frekwensi cutt-off pada penguatan -3db berada pada sekitar 10KHz, atau sinyal yang diloloskan pada 0 db sampai pada frekwensi 100Hz. Ini sudah cukup pada sebagai umpan balik pada sistem kontrol temperature dengan frekwensi sampling maksimal 50Hz atau 20mS. Paling tidak dengan waktu sampling 50mS sinyal umpan balik sudah bisa mengikuti respon temperatur plant dengan penguatan 0 db.