Low Pass Filter Aktif

Low Pass Filter Aktif (LPF) adalah salah satu jenis filter yang paling umum digunakan, memungkinkan sinyal dengan frekuensi rendah untuk melewatinya sementara guna menghambat sinyal dengan frekuensi tinggi. Filter ini menggunakan komponen aktif seperti operational amplifier (op-amp) untuk meningkatkan performa filter.

Prinsip Dasar Low Pass Filter

  

Low Pass Filter adalah rangkaian yang memungkinkan sinyal dengan frekuensi di bawah frekuensi cutoff $f_c$ untuk melewatinya, sedangkan sinyal dengan frekuensi di atas $f_c$ akan diredam. Frekuensi cutoff adalah frekuensi di mana sinyal mulai mengalami redaman, biasanya didefinisikan sebagai titik di mana amplitudo sinyal turun hingga -3 dB dari nilai maksimumnya. Respon frekuensi dari LPF dapat digambarkan dengan kurva yang menunjukkan bagaimana amplitudo sinyal berubah terhadap frekuensi.

 

Jenis-jenis Low Pass Filter

 

- Low Pass Filter Pasif

Rangkaian ini hanya menggunakan komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor. LPF pasif termasuk sederhana dan mudah diimplementasikan, namun memiliki keterbatasan dalam hal gain dan impedansi output.

- Low Pass Filter Aktif

Rangkaian ini menggunakan komponen aktif seperti op-amp dan komponen pasif. Keuntungan utama dari LPF aktif adalah kemampuannya untuk menyediakan gain, impedansi input yang tinggi, dan impedansi output yang rendah. Selain itu, LPF aktif dapat dirancang untuk memiliki respon frekuensi yang lebih tajam daripada LPF pasif.

 

Komponen Dasar Low Pass Filter Aktif

- Operational Amplifier (Op-Amp)

Op-amp adalah komponen aktif yang digunakan untuk memperkuat sinyal. Pada konteks LPF aktif, op-amp digunakan untuk menyediakan gain dan mengontrol respon frekuensi filter.

- Resistor (R)

Resistor digunakan untuk mengatur impedansi dan menentukan frekuensi cutoff filter.

- Kapasitor (C)

Kapasitor digunakan bersama dengan resistor untuk membentuk rangkaian RC yang menentukan respon frekuensi filter.

 

Desain Low Pass Filter Aktif

 

1. Menentukan Frekuensi Cutoff

Frekuensi cutoff $f_c$ adalah parameter utama yang harus ditentukan dalam desain LPF. Frekuensi ini dipilih berdasarkan aplikasi dan kebutuhan spesifik. Sebagai contoh, dalam aplikasi audio, $f_c$ mungkin dipilih untuk memastikan bahwa hanya frekuensi suara relevan yang dapat melewati filter.

2. Memilih Tipe Respon Frekuensi

LPF aktif dapat dirancang untuk memiliki berbagai tipe respon frekuensi, seperti Butterworth, Chebyshev, atau Bessel. Setiap tipe memiliki karakteristik yang berbeda:

- Butterworth

Butterworth menyediakan respon frekuensi datar dalam passband dan roll-off yang moderat.

- Chebyshev

Chebyshey menyediakan roll-off yang lebih tajam tetapi memiliki riak dalam passband.

- Bessel

Bessel menyediakan respon fase yang linear, penting dalam aplikasi di mana distorsi fase harus diminimalkan.

3. Menghitung Nilai Komponen

Setelah menentukan $f_c$ dan tipe respon frekuensi, langkah selanjutnya adalah menghitung nilai resistor dan kapasitor yang diperlukan. Untuk LPF aktif orde pertama, frekuensi cutoff dapat dihitung menggunakan rumus:

Di mana R adalah nilai resistor dan C adalah nilai kapasitor.

Untuk LPF aktif orde kedua atau lebih tinggi, desain menjadi lebih kompleks dan mungkin melibatkan penggunaan tabel atau perangkat lunak desain filter untuk menentukan nilai komponen yang tepat.

4. Memilih Op-Amp yang Tepat

Pemilihan op-amp yang tepat sangat penting untuk memastikan performa LPF aktif. Parameter yang perlu dipertimbangkan termasuk bandwidth, slew rate dan noise. Op-amp dengan bandwidth yang cukup tinggi diperlukan untuk memastikan bahwa filter dapat beroperasi pada frekuensi yang diinginkan tanpa distorsi.

 

Baca juga : High Pass Filter Aktif

 

Implementasi Low Pass Filter Aktif

 

1. Rangkaian LPF Aktif Orde Pertama

Rangkaian LPF aktif orde pertama terdiri dari satu op-amp, satu resistor, dan satu kapasitor. Resistor dan kapasitor membentuk rangkaian RC yang menentukan frekuensi cutoff, sedangkan op-amp digunakan untuk menyediakan gain.

2. Rangkaian LPF Aktif Orde Kedua

LPF aktif orde kedua menggunakan dua rangkaian RC dan satu op-amp. Rangkaian ini menyediakan roll-off yang lebih tajam dibandingkan dengan LPF orde pertama. Desain LPF orde kedua dapat menggunakan konfigurasi Sallen-Key, memiliki kesederhaan dan performa yang baik. 

 

Aplikasi Low Pass Filter Aktif

 

1. Pemrosesan Sinyal Audio

LPF aktif digunakan untuk menghilangkan noise frekuensi tinggi dan memastikan bahwa hanya sinyal audio relevan yang diproses. Sebagai contoh, LPF dalam sistem speaker dapat digunakan untuk memisahkan frekuensi rendah (bass) dari frekuensi tinggi (treble).

2. Komunikasi

LPF aktif digunakan untuk memfilter sinyal yang tidak diinginkan dan memastikan bahwa hanya sinyal dengan frekuensi relevan yang diteruskan. Sebagai contoh, LPF dalam penerima radio dapat digunakan untuk menghilangkan interferensi frekuensi tinggi.

3. Instrumentasi

LPF aktif digunakan untuk memfilter noise dan memastikan bahwa sinyal yang diukur akurat. Sebagai contoh, LPF dalam pengukuran suhu atau tekanan dapat digunakan untuk menghilangkan noise frekuensi tinggi yang dapat mengganggu pengukuran.

 

Kelebihan Low Pass Filter Aktif

 

- Gain

LPF aktif dapat menyediakan gain yang tidak mungkin dilakukan dengan LPF pasif.

- Impedansi Input Tinggi

LPF aktif memiliki impedansi input yang tinggi, meminimalkan loading effect pada sumber sinyal.

- Impedansi Output Rendah

LPF aktif memiliki impedansi output yang rendah, memungkinkan untuk menggerakkan beban dengan efisien.

- Respon Frekuensi yang Tajam

LPF aktif dapat dirancang untuk memiliki respon frekuensi yang lebih tajam dibandingkan dengan LPF pasif.

 

Kekurangan Low Pass Filter Aktif

 

- Kompleksitas

LPF aktif lebih kompleks dibandingkan dengan LPF pasif, baik dalam hal desain maupun implementasi.

- Daya

LPF aktif memerlukan catu daya untuk mengoperasikan op-amp, sehingga dapat menjadi masalah dalam aplikasi yang memerlukan efisiensi daya.

- Noise

Op-amp dapat memperkenalkan noise ke dalam sinyal, terutama jika op-amp yang digunakan tidak berkualitas tinggi.

 

Perbandingan Low Pass Filter Aktif dan Pasif

 

- Gain

LPF aktif dapat menyediakan gain, sedangkan LPF pasif tidak. Artinya, LPF aktif dapat memperkuat sinyal yang melewatinya, berguna dalam aplikasi di mana sinyal input lemah.

- Impedansi

LPF aktif memiliki impedansi input yang tinggi dan impedansi output yang rendah, sehingga cocok untuk antarmuka dengan berbagai sumber sinyal dan beban. Sebaliknya, LPF pasif memiliki impedansi input dan output yang tergantung pada nilai komponen pasif yang digunakan, sehingga dapat menyebabkan masalah matching impedansi.

- Respon Frekuensi

LPF aktif dapat dirancang untuk memiliki respon frekuensi yang lebih tajam dan lebih selektif dibandingkan dengan LPF pasif. Hal ini penting untuk aplikasi dengan kebutuhan redaman signifikan terhadap frekuensi yang tidak diinginkan.

- Kompleksitas dan Biaya

LPF pasif umumnya lebih sederhana dan lebih murah untuk diimplementasikan karena hanya menggunakan komponen pasif. Namun, LPF aktif menawarkan performa yang lebih baik dalam banyak kasus meskipun LPF aktif lebih kompleks dan mungkin lebih mahal.

 

Baca juga : Penguat Operasional Non-Inverting

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!