Apa itu High Pass Filter: Bekerja & Aplikasinya

Filter adalah sirkuit elektronik yang memungkinkan komponen frekuensi tertentu dan melemahkan komponen frekuensi yang tidak diinginkan dari sinyal input. Ini ditemukan dalam berbagai aplikasi elektronik untuk memungkinkan rentang frekuensi tertentu dari sinyal. Pada dasarnya filter dibagi menjadi dua jenis berdasarkan jenis komponen yang digunakan dalam perancangan dan pengoperasiannya. Mereka adalah filter pasif dan filter aktif. Tergantung pada rentang frekuensi, filter dikategorikan menjadi 4 jenis. Mereka adalah Low Pass Filter, High Pass Filter, Band Pass Filter, dan Band Stop Filter. Artikel ini menjelaskan High Pass Filter, yang dapat digunakan sebagai filter aktif dan filter pasif. Apa itu High Pass Filter? Filter memiliki kemampuan untuk memungkinkan komponen sinyal frekuensi tinggi dan melemahkan semua komponen frekuensi rendah dari sebuah sinyal, yang dikenal sebagai High Pass Filter. Ini dapat memungkinkan komponen frekuensi tinggi lebih besar dari frekuensi cut-off dan menolak semua komponen frekuensi sinyal yang tidak diinginkan lainnya. Jenis filter ini ditemukan di berbagai sirkuit RF dan sistem pemrosesan sinyal. Dalam praktiknya, filter ini akan memungkinkan frekuensi sinyal yang lebih rendah, yang lebih rendah dari frekuensi cut-off. Rangkaian High Pass Filter Rangkaian ini sama dengan rangkaian low pass filter, hanya saja komponen resistor dan kapasitornya saling dipertukarkan seperti pada gambar di bawah ini.Sirkuit High Pass FilterDua elemen pasif resistor dan kapasitor dihubungkan dalam kombinasi seri untuk memungkinkan frekuensi lebih tinggi dari frekuensi cut-off sinyal. Tegangan output dari sinyal diperoleh melintasi resistor dengan menerapkan tegangan input melintasi kapasitor. Jenis filter ini berada di bawah rangkaian filter high pass orde pertama. HPF orde kedua tidak lain adalah rangkaian dua rangkaian filter lolos tinggi RC secara seri. Peningkatan gain passband pada HPF orde kedua akan berada pada kecepatan +40dB/dekade. HPC RC Pasif Rangkaian filter high pass RC pasif dapat dirancang dalam dua kombinasi seperti resistor dan kapasitor (pasif RC HPF); resistor dan induktor (pasif RL HPF) berdasarkan aplikasi. RC HPF pasif digunakan untuk aplikasi pada audio atau rentang frekuensi rendah. Rangkaian RL HPF pasif digunakan untuk aplikasi pada RF atau rentang frekuensi tinggi. Rangkaian filter lolos tinggi juga disebut filter lolos tinggi RC pasif karena penggunaan elemen pasif seperti resistor dan kapasitor. Keuntungan utamanya adalah, tidak perlu menerapkan catu daya eksternal atau komponen amplifikasi apa pun. HPF RC pasif adalah rangkaian RC HPF sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Kapasitor dan resistor dihubungkan secara seri di mana tegangan output dikembangkan melintasi resistor. Karena reaktansi kapasitor, filter hanya memungkinkan frekuensi tinggi dari sinyal yang lebih besar dari frekuensi cut-off dan memblokir frekuensi yang lebih rendah dari sinyal di bawah frekuensi cut-off. Karakteristik Karakteristik filter lolos tinggi ini dijelaskan dalam hal respons frekuensi dan pergeseran fasa dari sinyal keluaran. Karakteristik Ideal Karakteristik utama dari HPF adalah, ia memungkinkan semua komponen frekuensi tinggi lebih besar dari frekuensi cut-off dan melemahkan semua frekuensi rendah sinyal, yang lebih rendah dari frekuensi cut-off. Karakteristik ideal HPF ditunjukkan di bawah ini. Passband yang disebut sebagai HPF memungkinkan frekuensi yang lebih tinggi yang lebih besar dari frekuensi cut-off. Filter ini melemahkan frekuensi rendah, yang disebut sebagai stopband.Karakteristik Ideal High Pass FilterFrequency ResponseFrekuensi sinyal output berbanding lurus dengan gain. Ketika frekuensi meningkat, gain meningkat. Respons frekuensi filter lolos tinggi RC tergantung pada reaktansi kapasitor. Kapasitor menghasilkan jumlah reaktansi atau reaktansi tinggi yang diperlukan untuk melemahkan frekuensi rendah sinyal, yaitu di bawah frekuensi cut-off. Pada reaktansi kapasitor yang rendah, filter lolos tinggi RC memungkinkan komponen frekuensi tinggi dari sinyal yaitu, lebih besar dari frekuensi cut-off. Tapi, secara praktis, filter high pass RC memungkinkan frekuensi rendah di bawah frekuensi cut-off-nya. Gain dari RC high pass filter menjadi satu ketika reaktansi rendah/nol pada frekuensi tinggi. Artinya tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan yang diberikan. Untuk mengizinkan frekuensi tinggi dan menolak frekuensi rendah, reaktansi kapasitif menurun dengan peningkatan frekuensi, yang menghasilkan peningkatan tegangan dan penguatan output. Reaktansi kapasitif diberikan sebagai,Xc = 1/2πfcDi mana 'fc' = frekuensi cut-off dalam Hz'Xc'= reaktansi kapasitif Respon frekuensi dan karakteristik pergeseran fasa dari filter lolos tinggi RC ditunjukkan di bawah ini.Karakteristik RC HPF Dari gambar, kita dapat mengamati bahwa frekuensi rendah diblokir/ditolak dan meningkatkan tegangan output sebesar +20dB/dekade ketika frekuensi berada pada frekuensi cut-off dan R=Xc. Filter high pass RC memungkinkan frekuensi tinggi (dari frekuensi cut-off hingga tak terhingga) ketika tegangan output 0.7071 atau 70.71% dari tegangan inputnya, yaitu pada level input dan output -3dB (dengan menghitung 20 log Vout/Vin). Itu berarti respons frekuensi HPF adalah, sinyal frekuensi tinggi diizinkan dari frekuensi cut-off hingga tak terhingga. Pada frekuensi cut-off, pergeseran fasa sinyal input dan sinyal output adalah sama, yaitu pada 45°. Ketika frekuensi sinyal lebih besar dari frekuensi cut-off, sudut fase adalah Nol. Itu berarti sinyal output dalam fase sehubungan dengan sinyal input pada frekuensi tinggi. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi dan melepaskan kapasitor dinyatakan dalam bentuk konstanta waktu, dilambangkan dengan 'τ'. Konstanta waktu filter high pass RC diberikan sebagaiτ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RCFrekuensi cut-off dari RC HPF diberikan sebagai, fc= 1/2πRCPergeseran fasa dari RC HPF adalah diberikan sebagaiΦ=tan-1 (1/2πfRC)Di mana 'fc' = frekuensi cut-off dalam Hz'f' = frekuensi operasi dalam Hz'R' = nilai resistansi dalam ohm'C'= nilai kapasitor dalam FaradsHigh Pass Filter menggunakan Op-AmpFilter high pass menggunakan op-amp sangat mudah dirancang dan diimplementasikan karena menggunakan no. komponen elektronik dan menghilangkan kebisingan dan dengung. Diagram rangkaian filter lolos tinggi menggunakan op-amp ditunjukkan di bawah ini. RC HPF pasif terhubung ke op-amp non-pembalik untuk kontrol penguatan dan penguatan tegangan.High Pass Filter menggunakan Op-AmpOutput dibatasi oleh karakteristik loop terbuka dari op-amp. Output dari RC HPF diterapkan ke op-amp untuk penguatan dan kontrol penguatan tegangan dari sinyal output. Penguatan tegangan dari filter lolos tinggi menggunakan Op-amp diberikan sebagaiAᵥ= Vout/Vin=Af(f /fc)/√(1+(f/fc)2)Di mana Av= penguatan tegangan dalam dB= 1+R2/R1Af = penguatan pita pasfc= frekuensi cut-off dalam Hzf = frekuensi operasi dalam HzKetika f < fc (frekuensi rendah) , maka Vout/Vin < AfWhen f = fc ( pada frekuensi cut-off), maka Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f > fc (frekuensi tinggi), maka Vout/Vin = AfThe closed-loop bandwidth of Op-amp menentukan frekuensi tertinggi dari HPF, yang memiliki gain passband konstan Af. Besarnya gain tegangan diberikan sebagaiAv(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Filter High Pass Aktif Jika filter high pass RC dihubungkan ke elemen aktif seperti op-amp untuk memungkinkan frekuensi tinggi dan menolak frekuensi rendah, maka itu disebut HPF aktif. Respon frekuensi dan pergeseran fasa HPF aktif sama dengan HPF RC. Tujuan dari high pass filter aktif adalah untuk mengontrol penguatan tegangan dan memperkuat sinyal keluaran. Diagram rangkaian filter lolos tinggi aktif untuk amplifikasi ditunjukkan di bawah ini.HPF Aktif untuk AmplifikasiRangkaian RC HPF terhubung ke op-amp non-pembalik. Output dan frekuensi cut-off dari high pass filter pasif dikendalikan oleh op-amp. Dimana karakteristik bandwidth dan gain op-amp menentukan frekuensi cut-off. Filter jenis ini berfungsi sebagai filter bandpass. Op-amp meningkatkan amplitudo sinyal keluaran dan penguatan tegangan keluaran pita sandi diberikan sebagai 1+R2/R1, yang sama dengan filter lolos rendah. Fungsi Transfer Untuk menurunkan fungsi transfer filter lolos tinggi, kita akan pertimbangkan rangkaian RC HPF pasif seperti yang ditunjukkan di atas. Dari rangkaian di atas,Vo = tegangan output melintasi resistorVi = tegangan input yang diterapkan melintasi kapasitorDengan mengambil Transformasi Laplace di sisi input dan output,H(s)=Vₒ(s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))Persamaan di atas menjadi,H(s)=sCR/(1+sCR)Dengan mensubstitusi s=jw pada persamaan di atasH(jω)=jωCR /(1+jωCR)Maka persamaan menjadiBesarnya fungsi transfer HPF direpresentasikan sebagai|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 )Jika = 0, maka fungsi transfer HPF = 0Jika = 1/CR, maka fungsi transfer HPF = 0.707Jika = tak terhingga, maka fungsi transfer HPF = 1 Oleh karena itu, karakteristik fungsi transfer di atas menunjukkan bahwa filter lolos tinggi RC pasif dapat memungkinkan frekuensi tinggi dari frekuensi terputus ke i tak terbatas. yaitu, bervariasi dari 0 hingga 1 jika bervariasi dari 0 hingga tak terhingga. Butterworth HPFFilter high pass Butterworth adalah salah satu jenis HPF, yang menyediakan respons frekuensi datar di pita sandi. Karena respons frekuensinya yang datar, tidak akan ada riak. Ini juga dikenal sebagai filter datar-datar, digunakan dalam berbagai aplikasi di mana gain loop tertutup dari passband adalah satu. Diagram rangkaian dan respons frekuensi filter lolos tinggi Butterworth orde pertama ditunjukkan di bawah ini. Ini sangat mudah, dan sederhana untuk dirancang.Butterworth HPFPenguatan meningkat pada kecepatan +20dB/dekade untuk HPF Butterworth orde pertama dan untuk Butterworth HPF orde kedua, akan menjadi +40dB/dekade.Karakteristik HPF ButterworthAplikasiAplikasi high pass filter adalahSpeaker untuk memperkuat sinyalPemrosesan gambarDigunakan dalam memperkuat arus DC dan untuk sambungan ACSistem kontrol dan sistem pemrosesan audio.Pembagi DSL di teleponAplikasi RFJadi, ini semua tentang ikhtisar filter lolos tinggi (tipe aktif dan pasif) - definisi, rangkaian, Butterworth HPF, HPF menggunakan Op-amp, dan aplikasinya. Berikut adalah pertanyaan untuk Anda, “Apa kelebihan dan kekurangan High Pass Filter?”

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan