Filter Akses Rendah: LPF menggunakan Op-Amp & Aplikasi

Filter Akses Rendah: LPF menggunakan Op-Amp & Aplikasi

Filter dapat didefinisikan sebagai salah satu jenis sirkuit yang digunakan untuk membentuk kembali, memodifikasi, dan menolak semua frekuensi sinyal yang tidak diinginkan. Filter RC yang ideal akan membagi & memungkinkan sinyal input lewat (sinusoidal) tergantung pada frekuensinya. Umumnya, dalam frekuensi rendah (<100 kHz) applications, passive filter dibangun menggunakan komponen resistor dan kapasitor. Jadi itu dikenal sebagai a filter RC pasif . Demikian pula, untuk sinyal frekuensi tinggi (> 100 kHz), filter pasif dapat dirancang dengan komponen resistor-induktor-kapasitor. Jadi sirkuit ini dinamai pasif Sirkuit RLC . Filter ini disebut berdasarkan rentang frekuensi sinyal yang dibiarkan melewatinya. Biasanya ada tiga desain filter yang digunakan seperti filter lolos rendah, pass filter tinggi , dan filter bandpass . Artikel ini membahas gambaran umum tentang low pass filter.



Apa itu Filter Akses Rendah?

Itu definisi filter lolos rendah atau LPF adalah salah satu jenis filter yang digunakan untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi rendah sekaligus menipiskan dengan frekuensi tinggi daripada frekuensi cut-off yang disukai. Itu respon frekuensi filter lolos rendah terutama tergantung pada Lulus rendah desain filter . Filter ini ada dalam beberapa bentuk dan memberikan jenis sinyal yang lebih halus. Para desainer akan sering menggunakan filter ini seperti filter prototipe dengan impedansi serta bandwidth kesatuan.


Filter yang disukai diperoleh dari sampel dengan menyeimbangkan impedansi yang disukai, dan lebar pita, & berubah menjadi jenis pita yang disukai low-pass (LPF), high-pass (HPF) , band-pass (BPSF) atau band-stop (BSF).





Filter Low Pass Pesanan Pertama

LPF orde pertama ditunjukkan pada gambar. Sirkuit apa ini? Integrator sederhana. Perhatikan bahwa integrator adalah blok bangunan dasar untuk LPF.

Filter Low Pass Pesanan Pertama

Filter Low Pass Pesanan Pertama



Menganggap Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi * 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1 = Vi (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)


= Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Sini s = j⍵

fungsi transfer filter lolos rendah aku s

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Output berkurang (melemahkan) secara terbalik sebagai frekuensi. Jika frekuensi ganda, keluaran adalah setengah (-6 dB untuk setiap penggandaan frekuensi sebaliknya - 6 dB per oktaf). Ini adalah LPF urutan pertama dan roll-off pada -6 dB per oktaf.

Filter Low Pass Orde Kedua

Itu filter low pass urutan kedua ditunjukkan pada gambar.

Filter Low Pass Orde Kedua

Filter Low Pass Orde Kedua

Menganggap Z1 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍1 / 𝑅1 + 𝑍1

Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1 + (1 / 𝑗⍵𝐶1)

Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶1𝑅1 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Sini s = j⍵

Fungsi Transfer Filter Akses Rendah

𝑉1 / 𝑉𝑖 = 1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1

Menganggap Z2 = 1 / 𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍2 / 𝑅2 + 𝑍2

Vi * (1 / 𝑗⍵𝐶2) / 𝑅2 + (1 / 𝑗⍵𝐶2)

Vi 1 / 𝑗𝜔𝐶2𝑅2 + 1

= Vi 1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1

Vi (1 / 𝑠𝐶1𝑅1 + 1) * (1 / 𝑠𝐶2𝑅2 + 1)

= 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)

Oleh karena itu, fungsi transfer adalah persamaan orde dua.

𝑉𝑜 / 𝑉𝑖 = 1 / (𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2 + 𝑠 (𝑅1𝐶1 + 𝑅2𝐶2) +1)

Output berkurang (melemahkan) secara terbalik sebagai kuadrat frekuensi. Jika frekuensi menggandakan output isc1 / 4th. (- 12 dB untuk setiap penggandaan frekuensi atau - 12 dB per oktaf). Ini adalah filter lolos rendah orde dua dan gulungan pada -12 dB per oktaf.

Itu plot pertanda low pass filter ditampilkan di bawah. Secara umum, respon frekuensi dari low pass filter ditandai dengan bantuan Bode plot, & filter ini dibedakan dengan frekuensi cut-off serta tingkat frekuensi roll off.

Filter Low Pass Menggunakan Op Amp

Op-Amps atau penguat operasional menyediakan filter low pass yang sangat efisien tanpa menggunakan induktor. Putaran umpan balik op-amp dapat digabungkan dengan elemen dasar filter, sehingga LPF berkinerja tinggi mudah dibentuk dengan menggunakan komponen yang diperlukan kecuali untuk induktor. Itu aplikasi op-amp LPF digunakan di berbagai area catu daya ke keluaran DAC (Pengonversi Digital ke Analog) untuk menghilangkan sinyal alias serta aplikasi lain.

Rangkaian LPF Aktif Orde Pertama menggunakan Op-Amp

Itu diagram sirkuit dari tiang tunggal atau urutan pertama filter akses rendah aktif ditampilkan di bawah. Sirkuit dari filter lolos rendah menggunakan op-amp penggunaan sebuah kapasitor melintasi resistor umpan balik. Sirkuit ini memiliki efek ketika frekuensi meningkat untuk meningkatkan level umpan balik maka impedansi reaktif kapasitor turun.

Filter Low Pass Order Pertama Menggunakan Op Amp

Filter Low Pass Order Pertama Menggunakan Op Amp

Perhitungan filter ini dapat dilakukan dengan bekerja pada frekuensi di mana reaktansi kapasitor dapat menyamai resistansi resistor. Ini dapat diperoleh dengan menggunakan rumus berikut.

Xc = 1 / π f C

Di mana 'Xc' adalah reaktansi kapasitif dalam ohm

'Π' adalah huruf standar dan nilainya adalah 3.412

'F' adalah frekuensi (Unit-Hz)

'C' adalah kapasitansi (Satuan-Farad)

Penguatan in-band dari sirkuit ini dapat dihitung dengan cara sederhana dengan menghilangkan efek kapasitor.

Karena jenis rangkaian ini berguna untuk memberikan pengurangan penguatan pada frekuensi tinggi, serta menawarkan kecepatan tertinggi untuk roll-off 6 dB untuk setiap oktaf, yang berarti tegangan output daya membagi untuk setiap pengulangan frekuensi. Jadi, filter semacam ini dinamakan filter low pass orde satu atau single pole.

Sirkuit LPF Aktif Orde Kedua menggunakan Op-Amp

Dengan menggunakan file penguat operasional , dimungkinkan untuk mendesain filter dalam rentang yang luas dengan tingkat penguatan yang berbeda serta model roll-off. Filter ini menawarkan respons bandwidth serta penguatan kesatuan.

Sirkuit LPF Aktif Orde Kedua menggunakan Op-Amp

Sirkuit LPF Aktif Orde Kedua menggunakan Op-Amp

Perhitungan nilai rangkaian tidak rumit untuk respons Filter lolos rendah Butterworth & keuntungan persatuan. Redaman yang signifikan diperlukan untuk rangkaian ini & nilai rasio kapasitor dan resistor menyimpulkan ini.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 - √4 π R C2

Saat memilih nilai, pastikan bahwa nilai resistor akan turun di wilayah antara 10 kilo ohm hingga 100 kilo-ohm. Hal ini bermanfaat karena impedansi output daya rangkaian meningkat dengan frekuensi & nilai luar bagian ini dapat mengubah tindakan.

Kalkulator Filter Akses Rendah

Untuk RC sirkuit filter lolos rendah , itu kalkulator filter lolos rendah menghitung frekuensi saling silang dan memplot Grafik filter lolos rendah yang dikenal sebagai plot pertanda.

Sebagai contoh:

Fungsi transfer low pass filter dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut jika kita mengetahui nilai resistor dan kapasitor pada rangkaian tersebut.

Vout (s) / Vin (s) + 1 / CR / s + 1 / CR

Hitung nilai frekuensi untuk resistor yang diberikan serta nilai kapasitor

fc = 1/2 πRC

Bentuk Gelombang LPF

Bentuk Gelombang LPF

Aplikasi Low Pass Filter

Aplikasi low pass filter meliputi berikut ini.

  • Filter akses rendah digunakan dalam sistem telepon untuk mengubah frekuensi audio di speaker menjadi sinyal pita suara terbatas pita.
  • LPF digunakan untuk menyaring sinyal frekuensi tinggi yang dikenal sebagai 'noise' dari suatu rangkaian, karena sinyal dilewatkan melalui filter ini, maka sebagian besar sinyal frekuensi tinggi dihilangkan serta gangguan yang jelas dapat dihasilkan.
  • Filter lolos rendah masuk pengolahan citra untuk meningkatkan citra
  • Terkadang filter ini dikenal sebagai potongan treble atau potongan tinggi karena aplikasi dalam audio.
  • Filter low pass digunakan dalam rangkaian RC yang dikenal sebagai RC low pass filter .
  • LPF digunakan sebagai file integrator seperti sirkuit RC
  • Dalam DSP multi-rate, saat menjalankan Interpolator, LPF digunakan sebagai Filter Anti-Imaging. Demikian pula, saat menjalankan decimator, filter ini digunakan sebagai filter anti-aliasing.
  • Filter akses rendah digunakan di penerima seperti super heterodyne untuk respons yang efisien dari sinyal pita dasar.
  • Low pass filter digunakan pada sinyal alat kesehatan yang berasal dari tubuh manusia sedangkan pengujian menggunakan elektroda frekuensinya lebih sedikit. Jadi sinyal ini dapat mengalir melalui LPF untuk menghilangkan beberapa suara sekitar yang tidak diinginkan.
  • Filter ini digunakan dalam konversi amplitudo siklus kerja serta deteksi fase dalam loop fase terkunci.
  • LPF digunakan di radio AM untuk detektor dioda untuk mengubah sinyal frekuensi menengah termodulasi AM menjadi sinyal audio.

Jadi, ini semua tentang a filter lolos rendah . Perancangan LPF berbasis op-amp mudah dirancang, serta desain yang lebih rumit menggunakan berbagai jenis filter. Untuk lebih banyak aplikasi, LPF memberikan kinerja yang luar biasa. Berikut pertanyaan buat anda, apa fungsi utama dari low pass filter?