Pengertian Low Pass Filter (LPF) dan Jenis-Jenisnya

Di dalam rangkaian amplifier audio atau speaker terdapat sebuah komponen yang disebut dengan Low Pass Filter (LPF). Dalam bahasa Indonesia, komponen ini juga sering disebut sebagai tapis pelewat rendah. Sesuai dengan namanya, komponen ini memiliki fungsi sebagai penyaring. Apakah yang disaring oleh LPF? Simak terus penjelasan di bawah ini untuk mendapatkan jawabannya!

Pengertian Low Pass Filter

LPF adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang berfungsi untuk menyaring sinyal listrik yang berfrekuensi tinggi dan hanya meloloskan sinyal listrik frekuensi rendah. Contoh sinyal yang disaring oleh LPF yaitu sinyal perubahan tegangan dan audio.

Sebuah penyaring lewat rendah atau penyaring tapis bawah ini dikatakan ideal, apabila tidak meloloskan sinyal yang frekuensinya melebihi frekuensi cut off, sekecil apapun nilainya. Pada prakteknya, sinyal listrik yang frekuensinya lebih tinggi dibandingkan nilai cut off, akan dibuat lemah. Hal ini menyebabkan terbentuknya suatu pita transisi atau transition band.

Pita transisi tersebut memiliki satuan berupa dB/dekade atau dB/oktaf. Nilai dari orde filter berdampak langsung terhadap kemiringan pita transisi. Apabila nilai orde filter semakin besar, kemiringan pada transition band pun nilainya akan bertambah dan posisinya semakin curam.

Jenis Konfigurasi Low Pass Filter

LPF terbagi menjadi dua jenis berdasarkan konfigurasinya. Jenis pertama adalah LPF RC Filter yang komponennya terdiri dari kapasitor dan resistor. Sedangkan jenis kedua disebut low pass RC filter yang disusun dari komponen berupa resistor dan induktor. Berikut ini penjelasan lengkapny:

1. Low Pass RC Filter

Seperti yang sudah sempat disebutkan sebelumnya, Low Pass RC Filter dibuat menggunakan dua jenis komponen pasif, yaitu resistor dan kapasitor. Kedua komponen ini menghalangi sinyal frekuensi tinggi, sehingga tak bisa melewati filter. Sedangkan sinyal frekuensi rendah dibiarkan berlalu. 

Rangkaian low pass RC filter dibuat dengan menggabungkan dua rangkaian, yaitu seri dan paralel. Resistor dipasang sejajar atau seri dengan arah sinyal listrik yang masuk (input). Sedangkan kapasitor posisinya tegak lurus dengan frekuensi input atau dipasang secara paralel untuk menghalau sinyal frekuensi tinggi.

Kapasitor mempunyai resistansi yang akan menjadi sangat tinggi ketika dilalui oleh sinyal listrik yang frekuensinya rendah. Oleh sebab itu, sinyal tersebut diblokir dan tidak dapat melewati kapasitor dan membuat sinyal ini langsung keluar dari rangkaian begitu sudah melewati resistor.

Sebaliknya, resistansi pada kapasitor akan menjadi sangat rendah ketika ada sinyal listrik frekuensi tinggi yang masuk. Sehingga sinyal tersebut dapat melewati kapasitor dengan mudah. Hasilnya, sinyal dengan frekuensi rendah dan tinggi tidak akan melalui jalur yang sama.

• Rumus Low Pass Rc Filter

f = 1/2 πRC 

Keterangan:

f = Frekuensi (Hz)

π = 3.14

R = nilai resistor (Ohm/Ω)

C = nilai kapasitor (Farad/F)

• Contoh Kasus dalam Low Pass RC Filter

Anda ingin membuat sebuah LPF yang terdiri dari dua komponen, yaitu resistor dan kapasitor. Kapasitor yang dipakai adalah jenis kapasitor keramik yang mempunyai nilai 10nF. Sedangkan resistor yang digunakan memiliki nilai 1KΩ. Berapakah nilai frekuensi yang menjadi cut off di dalam rangkaian ini?

Diketahui:

R = 1 K Ω = 1.000 Ω

C = 10nF = 10 x 10^-9 = 0,000000001 F

Kemudian masukkan angka-angka tersebut ke dalam rumus, seperti:

f=1/2 πRC 

f=1/2 (3,14)(1.000)(0,000000001) 

f=15.923,57 Hz atau 15,9kHz 

Dari perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa nilai frekuensi cut off adalah 15,9 kHz. Sinyal listrik yang frekuensi senilai 15,9 kHz atau yang lebih rendah akan dibiarkan melewati rangkaian dan diteruskan ke arah luar. Sedangkan sinyal yang frekuensinya lebih dari 15,9 akan diblokir dan tidak dibiarkan lanjut ke luar rangkaian.

2. Low Pass RL Filter

Jenis LPF yang satu ini menggunakan komponen yang bernama resistor dan induktor. Fungsinya adalah untuk memblokir aliran sinyal listrik yang frekuensinya lebih tinggi dari yang ditentukan. Berbeda dengan low pass RC yang membiarkan sinyal frekuensi masuk ke rangkaian terlebih dahulu, pada low pass RL filter ini, sinyal frekuensi langsung dilemahkan atau diblokir.

Penempatan induktor dalam rangkaian low pass RL filter dibuat searah dengan sinyal masuk atau input sinyal. Sedangkan untuk resistornya diletakkan secara paralel atau sejajar dengan sinyal input. 

Prinsip kerja dari rangkaian ini menggunakan aturan Reaktansi Induktif. Artinya, resistansi atau impedansi induktor akan berubah-ubah seiring dengan perubahan sinyal yang masuk. Seperti yang sudah diketahui, induktor merupakan komponen yang reaktif, sehingga mampu memberikan impedansi berbeda untuk setiap frekuensi sinyal masuk yang berbeda.

Induktor menghasilkan resistansi yang sangat tinggi ketika dilewati oleh sinyal berfrekuensi tinggi. Oleh sebab itu, komponen ini diletakkan secara seri terhadap sinyal yang masuk. Hal ini memungkinkan sinyal frekuensi tinggi langsung diblokir, sedangkan yang frekuensinya rendah akan dilewatkan tanpa hambatan.

• Rumus Low Pass RL Filter

f=R/2πL 

Keterangan:

f = frekuensi (Hz)

π = 3,14

R = nilai resistor (Ω)

L = nilai induktor (Henry/H)

• Contoh perhitungan Low pass RL filter

Berapakah nilai cut off rangkaian low pass RL filter memiliki Resistor 10KΩ dan induktor 470mH?

Diketahui:

R=10KΩ=10.000Ω

L=470mH=0,47H

Masukkan angka tersebut ke dalam rumus, seperti:

f=R/2πL 

f=10.000/(2(3,14)(0,47)) 

f=3.387,99Hz=3,39kHz 

Dari perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa nilai cut off yang dimiliki oleh rangkaian low pass RL filter di atas adalah 3,39kHz. Apabila ada frekuensi sinyal yang lebih tinggi dari itu, maka akan diblokir.

Low pass filter (LPF) digunakan untuk memblokir sinyal listrik yang frekuensinya melebihi nilai cut off. Nilai cut off ditentukan oleh nilai dari komponen penyusun LPF itu sendiri yang berupa resistor, kapasitor, dan induktor.