Pengertian Low Pass Filter (LPF) atau Tapis Lolos Bawah

Pengertian Low Pass Filter (LPF) – Low Pass Filter atau sering disingkat dengan LPF adalah Filter atau Penyaring yang melewatkan sinyal Frekuensi rendah dan menghambat atau memblokir sinyal Frekuensi tinggi. Dengan kata lain, LPF akan menyaring sinyal frekuensi tinggi dan meneruskan sinyal frekuensi rendah yang diinginkannya. Sinyal yang dimaksud ini dapat berupa sinyal listrik seperti sinyal audio atau sinyal perubahan tegangan. LPF yang ideal adalah LPF yang sama sekali tidak melewatkan sinyal dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (fc) atau tegangan OUPUT pada sinyal frekuensi diatas frekuensi cut-off sama dengan 0V. Dalam bahasa Indonesia, Low Pass Filter ini sering disebut dengan Penyaring Lolos Bawah atau Tapis Pelewat Rendah.
Baca juga : Pengertian Frekuensi dan Cara Menghitung Frekuensi.

Penyaring Lolos Bawah atau Low Pass Filter ini dapat dibuat dengan menggunakan beberapa macam komponen pasif seperti Resistor dan Kapasitor atau Induktor. Low Pass Filter yang dibuat dengan Resistor dan Kapasitor disebut dengan Low Pass RC Filter sedangkan Low Pass Filter yang dibuat dengan Resistor dan Induktor disebut dengan Low Pass RL Filter. Filter yang hanya menggunakan komponen pasif ini sering disebut dengan Filter Pasif, Filter Pasif ini tidak memiliki elemen penguat seperti Transistor dan Op-Amp sehingga tidak memiliki perolehan penguatan sinyal, oleh karena itu tingkat OUTPUT-nya selalu kurang dari tingkat INPUT-nya.

Dua Jenis Konfigurasi Utama Low Pass Filter

Seperti yang disebutkan sebelumnya, terdapat dua konfigurasi utama pada Low Pass Filter Pasif atau Penyaring Lolos Bawah Pasif ini yaitu Low Pass RC Filter (Resistor-Capasitor) dan Low Pass RL Filter (Resistor-Induktor). Berikut ini adalah pembahasan singkat mengenai kedua konfigurasi Low Pass Filter Pasif ini.

1). Low Pass RC Filter

Low Pass RC Filter atau Penyaring Lolos Bawah RC ini adalah rangkaian filter yang terdiri dari dari komponen pasif Resistor dan Kapasitor yang meneruskan sinyal frekuensi rendah dan memblokir sinyal frekuensi tinggi. Untuk membuat Low Pass RC Filter, Resistor ditempat secara seri ke sinyal INPUT dan Kapasitor ditempatkan sejajar atau Paralel dengan sinyal INPUT seperti ditunjukan pada gambar dibawah ini :

Dengan rangkaian Low Pass RC Filter diatas, Kapasitor yang merupakan perangkat reaktif ini akan menawarkan resistansi yang berbeda terhadap sinyal frekuensi yang berbeda yang masuk melaluinya. Resistansi pada Kapasitor akan sangat tinggi apabila dilewati oleh sinyal frekuensi rendah atau DC dan resistansi akan menjadi rendah apabila dilewati oleh sinyal frekuensi tinggi. Dengan demikian,  Kapasitor akan memblokir sinyal frekuensi rendah atau sinyal DC sehingga sinyal tersebut harus melewati atau diteruskan ke jalur alternatif yang ditunjukan oleh arah panah pada gambar diatas. Sedangkan sinyal frekuensi tinggi akan melewati Kapasitor karena kapasitor menawarkan resistansi yang rendah bagi sinyal frekuensi tinggi tersebut.

Perlu diingat bahwa arus akan selalu mengambil jalur yang resistansinya paling rendah, karena kapasitor menawarkan resistansi yang rendah dalam rangkaian frekuensi tinggi maka mereka akan akan mengambil jalur melalui kapasitor. Sementara sinyal frekuensi rendah akan mengambil jalur alternatif dengan resistansi yang lebih rendah.

Cara Membuat Rangkaian Low Pass RC Filter

Setelah kita mengetahui prinsip kerja daripada sebuah Low Pass Filter yang terbuat dari komponen Resistor dan Kapasitor (RC). Pada dasarnya kita dapat membuat sendiri sebuah Rangkaian Penyaring Lolos Frekuensi Rendah yang terdiri dari kedua komponen tersebut dan tentunya memerlukan beberapa perhitungan matematis agar rangkaian yang kita buat ini dapat bekerja sesuai dengan yang kita harapkan.

Contoh Kasus LPF RC Filter

Sebagai contoh, untuk membuat sebuah LPF dengan Komponen Resistor dan Kapasitor, kita memerlukan kapasitor keramik dengan nilai 10nF dan Resistor yang bernilai 1KΩ kemudian kita rangkai seperti pada rangkaian diatas (Rangkaian LPF RC Filter).

Rumus LPF RC Filter

Rumus yang digunakan untuk menemukan titik cut-off Frekuensi dari rangkaian RC adalah :

f = 1/2πRC

Dimana :

f = Frekuensi dalam satuan Hz
π = 3.14
R = Nilai Resistor dalam satuan Ohm (Ω)
C = Nilai Kapasitor dalam satuan Farad (F)

Diketahui

π = 3.14
R = 1KΩ atau 1000Ω
C = 10nF atau 10 x 10^-9 atau 0.000000001F
f = ?

Penyelesaian

f = 1/2πRC
f = 1/2 (3.14)(1000)(0.000000001)
f = 15.923,57 Hz atau sekitar 15,9KHz

Dengan perhitungan ini, berarti semua frekuensi diatas 15,9kHz akan dihambat atau diblokir, semakin tinggi frekuensi dari 15,9kHz semakin besar pula penghambatannya. Sedangkan Frekuensi dibawah 15,9kHz akan dilewati atau diteruskan ke rangkaian selanjutnya.

Jadi, jika kita memasukan sinyal frekuensi rendah sebesar 10Hz ke rangkaian LPF RC Filter ini, maka rangkaian ini akan melewatkan sinyal tersebut hingga ke OUTPUT hampir sepenuhnya dan tidak terlemahkan. Ini dikarenakan sinyal frekuensi rendah tidak mengambil jalur Kapasitor. Namun apabila kita menaikan frekuensi ke 30kHz, frekuensi ini akan mengalami peredaman yang besar sehingga hampir tidak mencapai ke titik OUTPUT. Hal ini dikarenakan sinyal frekuensi tinggi akan mengambil jalur kapasitor dan bukan jalur ke OUTPUT.

2). Low Pass RL Filter

Low Pass RL Filter atau Penyaring lolos bawah RL adalah rangkaian penyaring frekuensi yang terdiri dari komponen Resistor dan Induktor yang melewati atau meneruskan Frekuensi rendah dan memblokir atau menghambat frekuensi tinggi. Untuk membuat Low Pass RL Filter, Induktor ditempatkan secara seri dengan sinyal INPUT dan Resistor ditempatkan sejajar atau paralel dengan sinyal INPUT seperti pada gambar rangkain dibawah ini :

Cara kerja rangkaian Low Pass RL Filter diatas berdasarkan prinsip Reaktansi Induktif. Reaktansi Induktif adalah resistansi atau impedansi Induktor yang berubah berdasarkan sinyal frekuensi yang melewatinya. Tidak seperti Resistor yang merupakan perangkat non-reaktif, Induktor menawarkan Impedansi yang berbeda untuk sinyal frekuensi yang berbeda, seperti halnya kapasitor. Namun resistansi yang dihasilkan oleh Induktor ini merupakan kebalikan dari Kapasitor, Resistansi Induktor akan menjadi sangat tinggi apabila dilewati sinyal frekuensi tinggi dan sebaliknya akan menjadi rendah apabila dilewati frekuensi rendah. Oleh karena itu, penempatan Induktor di rangkaian berbeda dengan penempatan Kapasitor pada rangkaian RC Filter.

Berdasarkan karakteristik ini, rangkaian RL (Resistor Induktor) diatas dapat berfungsi secara efektif sebagai Penyaring Lolos Bawah atau Low Pass Filter yang memblokir sinyal frekuensi tinggi dan memungkinkan sinyal frekuensi rendah melewatinya tanpa hambatan.

Cara Membuat Rangkaian Low Pass RL Filter

Setelah kita membahas karakteristik Induktor dengan Reaktansi Induktifnya, kita juga dapat merangkai sendiri Low Pass Filter dengan menggunakan Resistor dan Induktor (RL).

Contoh Kasus LPF RC Filter

Sebagai Contoh, kita dapat membuat sebuah rangkaian Low Pass RL Filter dengan sebuah Resistor 10KΩ dan sebuah Induktor yang bernilai 470mH. Rangkaiannya dapat kita lihat seperti pada gambar diatas (Rangkaian LPF RL Filter).

Rumus LPF RL Filter

Rumus yang digunakan untuk menemukan titik cut-off Frekuensi dari rangkaian RL adalah :

f = R / 2πL

Dimana :

f = Frekuensi dalam satuan Hz
π = 3.14
R = Nilai Resistor dalam satuan Ohm (Ω)
L = Nilai Induktor dalam satuan Henry (H)

Diketahui

π = 3.14
R = 10KΩ atau 10.000Ω
L = 470mH atau 0,47H
f = ?

f = R / 2πL
f = 10.000 / 2 (3.14)(0.47)
f = 3.387,99 atau sekitar 3,39kHz.

Ini berarti bahwa semua frekuensi diatas 3,39kHz akan dilemahkan dan makin tinggi dari 3,39kHz pelemahannya makin besar. Sedangkan frekuensi dibawah 3,39kHz akan dilewatkan.

Share this post