Filter Low Pass Aktif Skema Serta Gambar Rangkaiannya

Sebelumnya kami menjelaskan filter low pass pasif, dalam tutorial ini kami akan menjelajahi apa yang merupakan filter low pass aktif.

Apa itu, Circuit, rumus, kurva?

Seperti yang kita ketahui dari tutorial sebelumnya, filter low pass pasif bekerja dengan komponen pasif High Pass Filter Audio Penjelasan Karakteristik Carakerja

Dari dua komponen pasif yang resistor dan kapasitor adalah kunci atau jantung dari sirkuit filter berkas rendah pasif. Kita belajar dalam tutorial sebelumnya bahwa fungsi filter rendah pasif yang dilakukan tanpa gangguan luar atau respon aktif. Tapi memiliki keterbatasan tertentu.

Kekurangan filter rendah pasif adalah sebagai berikut :-

1. Penumpukan sirkuit menyebabkan kehilangan amplitudo. Jadi Vout selalu kurang dari Vin.
2. Amplifikasi tidak dapat dilakukan hanya dengan filter rendah pasif.
3. Karakteristik Filter sangat dapat diandalkan pada impedansinya beban.
4. Keuntungan selalu sama atau kurang dari keuntungan kesatuan.
5. Semakin banyak tahapan filter atau urutan filter menambah hilangnya amplitudo menjadi lebih rendah.

Karena kekurangan ini, jika amplifikasi diperlukan, cara terbaik untuk menambahkan komponen aktif yang akan memperkuat output disaring. Amplifikasi ini dilakukan dengan amplifier operasional atau op-amp. Karena ini membutuhkan sumber tegangan, ini adalah komponen aktif. Sehingga nama aktif low pass filter.

Sebuah Amplifier khas menarik daya dari suplai daya eksternal dan memperkuat sinyal tapi sangat fleksibel karena kita dapat mengubah frekuensi bandwidth lebih fleksibel. Juga, adalah pilihan pengguna atau desainer untuk memilih jenis komponen aktif apa yang akan dipilih bergantung pada persyaratannya. Bisa jadi Fet, Jfet, Transistor, Op-Amp yang mencakup banyak fleksibilitas. 

Pilihan komponen juga dapat diandalkan pada biaya dan keefektifannya jika itu dirancang untuk produk produksi massal.

Demi kesederhanaan, efektivitas waktu dan juga meningkatnya teknologi dalam desain op-amp, umumnya sebuah op-amp digunakan untuk desain Filter aktif.

Mari kita lihat mengapa kita harus memilih dan melakukan op-amp untuk merancang low pass filter aktif

Masukan tinggi impedansinya.

Karena masukan tinggi menghambat sinyal masukan tidak bisa dihancurkan atau diubah. Secara umum atau dalam kebanyakan kasus sinyal masukan yang sangat rendah dalam amplitudo dapat dihancurkan jika digunakan sebagai sirkuit impedansinya rendah. Amp punya nilai tambah dalam kasus seperti itu.

1. Jumlah komponen yang sangat rendah. Hanya sedikit resistor yang diperlukan.
2. Berbagai jenis op-amp tersedia tergantung pada keuntungan, spesifikasi tegangan.
3. Suara rendah.
4. Lebih mudah untuk desain dan implementasi.
5. Tapi seperti yang kita tahu tidak ada yang sepenuhnya sempurna, ini desain filter aktif juga memiliki keterbatasan tertentu.

Keuntungan keluaran dan bandwidth serta respons frekuensi dapat diandalkan pada spesifikasi op-amp.

Mari kita menjelajahi lebih lanjut dan memahami apa yang khusus tentang hal itu.

Filter Low Pass aktif dengan amplifier :

Sebelum memahami desain filter low pass dengan op-amp, kita perlu tahu sedikit tentang amplifier. Amplifier adalah kaca pembesar, itu menghasilkan replika dari apa yang kita lihat tetapi dalam bentuk yang lebih besar untuk mengenalinya dengan lebih baik.

Dalam tutorial pertama filter low pass, kami telah mempelajari apa yang filter low pass. Filter Low pass disaring keluar frekuensi rendah dan blok lebih tinggi salah satu sinyal AC sinusoidal. 

Filter low pass aktif ini bekerja dengan cara yang sama sebagai filter low pass pasif, hanya perbedaan di sini satu komponen ekstra ditambahkan, itu adalah amplifier sebagai op-amp.

Berikut adalah sederhana desain filter Low pass :-

Ini adalah gambar dari filter low pass aktif. Di sini garis melanggar menunjukkan kepada kita filter RC kuno pasif rendah yang kita lihat dalam tutorial sebelumnya.

Potong frekuensi dan gain tegangan:

Formula frekuensi yang dipotong sama dengan yang digunakan dalam filter rendah pasif.

Fc = 1/2πRC

Seperti dijelaskan dalam sebelumnya fc memotong frekuensi dan R adalah nilai Resistor dan C adalah nilai kapasitor.

Dua resistor yang terhubung dalam node positif op-amp adalah umpan balik resistor. Ketika para resistor ini terhubung dalam node positif dari op-amp ini disebut konfigurasi non-inverting. Para pemberontak ini bertanggung jawab atas penguatan atau keuntungan.

Kita dapat dengan mudah menghitung keuntungan amplifier menggunakan persamaan berikut di mana kita dapat memilih nilai resistor yang setara menurut keuntungan atau dapat sebaliknya :-

Gain Amplifier (DC amplitudo)(Af) = (1+R2/R3)

Kurva respon frekuensi:

Mari kita lihat apa yang akan menjadi keluaran dari filter pass aktif atau kurva tanggapan/frekuensi Bode :-

Ini adalah keluaran terakhir dari filter Low pass aktif di konfigurasi op non-inverting. Kita akan melihat secara rinci penjelasan dalam gambar berikutnya.

Seperti yang kita lihat ini adalah identik dengan pasif low pass filter. Dari frekuensi awal ke Fc atau frekuensi cut-off point atau frekuensi sudut akan mulai dari titik -3dB. 

Keuntungan adalah 20dB dalam gambar ini, sehingga frekuensi cut-off adalah 20dB - 3dB = 17dB di mana lokasi fc. Landasannya adalah -20dB per dekade.

Terlepas dari filter, dari titik awal ke titik frekuensi cut-off itu disebut Bandwidth filter dan setelah itu, disebut band lulus yang memungkinkan frekuensi lewat.

Kita dapat menghitung keuntungan besarnya dengan mengkonversi kekuatan sinyal op-amp.

Perhitungannya adalah sebagai berikut

Db = 20log(Af)

Ini bisa menjadi keuntungan Dc yang kita jelaskan sebelumnya dengan menghitung nilai resistor atau membagi Vout dengan Vin.

Non-inverting dan Inverting sirkuit Amplifier Filter:

Sirkuit rendah lulus aktif yang ditampilkan pada awalnya juga memiliki satu keterbatasan. Stabilitas nya dapat dikompromikan jika sumber sinyal impedansinya berubah. Misalnya kurangi atau tambah.

Sebuah praktik desain standar dapat meningkatkan stabilitas, menghapus kapasitor dari masukan dan menghubungkannya secara paralel dengan resistor umpan balik kedua op-amp.

Berikut adalah sirkuit Non-inverting aktif lulus rendah Filter-

Dalam angka ini, jika kita membandingkan hal ini dengan sirkuit yang digambarkan di awal, kita dapat melihat bahwa posisi kapasitor diubah untuk stabilitas impegansi. 

Dalam konfigurasi ini impedansinya eksternal tidak berpengaruh pada reaktansi kapasitor, sehingga stabilitas meningkat.

Pada konfigurasi yang sama jika kita ingin membalikkan sinyal keluaran maka kita dapat memilih konfigurasi sinyal terbalik dari op-amp dan dapat menghubungkan filter dengan yang terbalik op-amp.

Ini adalah implementasi sirkuit dari filter rendah aktif terbalik

Ini adalah filter low pass aktif di konfigurasi terbalik. Op-ampli terhubung terbalik. Di bagian sebelumnya masukan terhubung ke pin masukan positif op-amp dan pin negatif op-amp digunakan untuk membuat sirkuit arus balik. 

Di sini putarannya terbalik. Masukan positif yang terhubung dengan referensi dasar dan resistor kapasitor dan umpan balik yang terhubung ke pin masukan negatif op-amp. Ini disebut konfigurasi op-amp terbalik dan sinyal keluaran akan terbalik dari sinyal masukan.

Unity Gain atau Voltage Follower Active Low Pass Filter:

Sampai sekarang sirkuit yang dijelaskan di sini digunakan untuk menambah tegangan dan tujuan pasca-amplifikasi.

Kita bisa membuatnya dengan menggunakan penguat gain persatuan, yang berarti amplitudo output atau gain akan sama dengan masukan: 1x. Vin = Vout.

Belum lagi, ini juga merupakan konfigurasi op-amp yang sering digambarkan sebagai konfigurasi pengikut tegangan di mana op-amp menciptakan replika yang tepat dari sinyal masukan.

Mari kita lihat desain sirkuit dan bagaimana mengatur op-amp sebagai pengikut tegangan dan membuat persatuan mendapatkan akses rendah aktif :

Dalam gambar ini, arus balik resistor op-amp dihilangkan. Alih-alih resistor pin masukan negatif dari op-amp terhubung langsung dengan output op-amp. Konfigurasi op ini disebut sebagai konfigurasi pengikut tegangan. Keuntungannya adalah 1x. Ini adalah keuntungan persatuan aktif filter low pass. Ini akan menghasilkan replika yang tepat dari sinyal masukan.

Contoh praktis dalam perhitunga

Kami akan merancang sirkuit dari filter low pass aktif di non-inverting op-amp konfigurasi.

Spesifikasi :-

Masukan impedansinya 10kohms

Keuntungannya 10x

Cutoff freq akan menjadi 320Hz

Mari kita hitung nilai terlebih dahulu sebelum membuat sirkuit

Gain Amplifier (DC amplitudo)(Af) = (1+R3/R2)

(Af) = (1+R3/R2)

Af = 10

R2= 1k (kita perlu memilih satu nilai; Kami memilih R2 sebagai 1000 untuk mengurangi kompleksitas perhitungan tersebut).

Dengan menempatkan nilai bersama-sama kita dapatkan

(10) = (1+R3/1)

Kami menghitung nilai resistor ketiga adalah 9k.

Sekarang kita perlu menghitung nilai resistor menurut frekuensi cut-off. Sebagai filter rendah lulus aktif dan filter rendah lulus pasif bekerja pada cara yang sama frekuensi rumus cut-off adalah sama seperti sebelumnya.

Mari kita periksa nilai kapasitor jika frekuensi cut-off adalah 320Hz, kami memilih nilai resistor adalah 4,7k.

Fc = 1/2πRC

Dengan menempatkan semua nilai bersama-sama kita mendapatkan :-

Dengan memecahkan benda ini kita mendapatkan nilai kapasitor sekitar 106nF.

Langkah berikutnya adalah menghitung keuntungan. Formula keuntungannya sama dengan filter rendah pasif. Rumus kenaikan atau besarnya dalam dB sebagai berikut :-

20log(Af)

Sebagai keuntungan dari op adalah 10x besarnya di dB adalah 20log(10). Ini 20dB.

Sekarang karena kami sudah menghitung nilai sekarang saatnya untuk membangun sirkuit. Mari kita semua bersama-sama dan membangun sirkuit

Kami membangun sirkuit berdasarkan pada nilai-nilai yang dihitung sebelumnya. Kami akan menyediakan 10Hz untuk 1500Hz frekuensi dan 10 poin per dekade pada masukan dari low pass filter aktif dan akan menyelidiki lebih lanjut untuk melihat apakah frekuensi cutoff adalah 320Hz atau tidak pada output dari amplifier.

Ini adalah kurva respon frekuensi. Garis hijau dimulai dari 10Hz sampai 1500Hz sebagai sinyal masukan yang diberikan untuk kisaran frekuensi saja.

Seperti yang kita tahu bahwa frekuensi sudut akan selalu di -3dB dari besarnya keuntungan maksimum. Di sini keuntungan adalah 20dB. Jadi, jika kita menemukan titik -3dB akan mendapatkan frekuensi yang tepat di mana filter menghentikan frekuensi yang lebih tinggi.

Kami menetapkan kursor di 17 db (20dB-3dB = 17dB) frekuensi sudut dan mendapatkan 317.950Hz atau 318Hz yang dekat dengan 320Hz.

Kita dapat mengubah nilai kapasitor ke yang generik dengan 100nF dan tidak menyebutkan frekuensi sudut juga akan mempengaruhi oleh sedikit Hz.

Urutan kedua aktif Filter Low Pass:

Mungkin untuk menambahkan lebih banyak filter di satu op-amp seperti urutan kedua aktif filter rendah lulus. Dalam hal ini seperti filter pasif, filter RC ekstra ditambahkan.

Mari kita lihat bagaimana susunan kedua sirkuit filter dibangun

Ini adalah filter pesanan kedua. Pada gambar di atas kita dapat dengan jelas melihat dua filter ditambahkan bersama-sama. Ini adalah filter pesanan kedua. Ini adalah filter yang banyak digunakan dan aplikasi industri adalah Amplifier, sistem musik sirkuit sebelum amplifikasi daya.

Seperti yang anda lihat ada satu op-amp. Tegangannya sama dengan yang disebutkan sebelumnya.

(Af) = (1+R3/R2)

Frekuensi akhir adalah

Satu hal yang menarik untuk diingat jika kita ingin menambahkan lebih banyak op-amp yang terdiri pertama filter keuntungan akan digandakan oleh setiap individu. Bingung? Mungkin skema akan membantu kita.

Semakin op-amp ditambahkan semakin keuntungan digandakan. Lihat gambar di atas, dalam gambar ini dua amp amp berkerut dengan op individu. Dalam sirkuit ini yang pertama adalah mendapatkan keuntungan 10x dan yang kedua adalah untuk keuntungan 5x maka total keuntungan akan menjadi 5x 10 = 50x gain.

Jadi, ukuran dari sirkuit rendah lulus op-amp untuk dua kali op-amp adalah

DB = 20log(50)

Dengan memecahkan persamaan ini itu adalah 34dB. Jadi keuntungan dari arus kas formula rendah lulus op-amp adalah

TdB = 20log(Af1*Af2*Af3* …… Afn)

Dimana jumlah TdB = jumlah besarnya

Beginilah cara kerja filter low pass. Pada tutorial berikutnya, kita akan melihat bagaimana filter lulus tinggi aktif dapat dibangun. Tapi sebelum tutorial berikutnya mari kita lihat apa aplikasi dari filter low pass aktif adalah :-

Aplikasi 

Filter pass rendah aktif dapat digunakan di banyak tempat di mana filter pass rendah pasif tidak dapat digunakan karena pembatasan tentang perolehan atau prosedur amplifikasi. Selain itu, filter low pass aktif dapat digunakan di tempat-tempat berikut :-

Filter rendah lulus digunakan secara luas sirkuit dalam elektronik.

Berikut adalah beberapa aplikasi dari Filter Low Pass aktif :-

1. Bass equalisasi sebelum penguatan daya
2. Filter yang terkait dengan Video.
3. osiloskop
4. Sistem kontrol musik dan frekuensi Bass modulasi serta sebelum woofer dan speaker audio Bass tinggi untuk Bass keluar.
5. Generator fungsi untuk memberikan variabel frekuensi rendah keluar pada level tegangan yang berbeda.
6. Mengubah bentuk frekuensi pada gelombang yang berbeda.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini