Filter akses rendah pasif

Tutorial ini membahas tentang Passive Low Pass Filter, istilah yang banyak digunakan dalam Elektronika. Anda akan mendengar atau menggunakan istilah 'teknis' ini hampir setiap kali dalam studi Anda atau dalam karir profesional Anda. Mari kita telusuri apa yang spesial dari istilah teknis ini.

Apa itu, Sirkuit, rumus, kurva?

Mari kita mulai dari namanya. Tahukah Anda apa itu pasif ? Apa yang rendah ? Apa yang lewat dan apa itu Filter ? Jika Anda memahami arti dari empat kata “ Filter Pas Rendah Pasif ”, Anda akan memahami 50% dari “ Filter Akses Rendah Pasif ” sisanya dari 50% yang akan kami jelajahi lebih lanjut.

“ Pasif ” - Dalam kamus artinya membiarkan atau menerima apa yang terjadi atau apa yang dilakukan orang lain, tanpa respon aktif.

“ Low Pass Filter ” - artinya melewatkan apa yang rendah, itu juga berarti memblokir apa yang tinggi. Ini berfungsi seperti filter air tradisional yang kami miliki di rumah / kantor kami yang menghalangi kotoran dan hanya melewatkan air bersih.

Filter lolos rendah melewati frekuensi rendah dan memblokir yang lebih tinggi. Frekuensi lolos filter lolos rendah tradisional mulai dari 30-300Khz (Frekuensi Rendah) dan memblokir di atas frekuensi itu jika digunakan dalam aplikasi Audio.

Ada banyak hal yang terkait dengan Filter akses rendah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa itu akan menyaring hal-hal yang tidak diinginkan (sinyal) dari sinyal sinusoidal (AC).

Sebagai cara pasif, kami umumnya tidak menerapkan sumber luar apa pun ke sinyal yang disaring, itu dapat dibuat menggunakan komponen pasif, yang tidak memerlukan daya, sehingga sinyal yang disaring tidak diperkuat, amplitudo sinyal keluaran tidak akan meningkat dengan biaya berapa pun.

Filter low pass dibuat menggunakan kombinasi resistor dan kapasitor (RC) untuk menyaring hingga 100Khz tetapi untuk sisanya digunakan Resistor, Kapasitor dan Induktor 100khz-300khz (RLC).

Berikut sirkuit di gambar ini:

Ini adalah filter RC. Umumnya sinyal input diterapkan pada kombinasi rangkaian resistor dan kapasitor non-polarisasi ini. Ini adalah filter orde pertama karena hanya ada satu komponen reaktif di sirkuit yaitu kapasitor. Output yang difilter akan tersedia di seluruh kapasitor.

Apa yang sebenarnya terjadi di dalam sirkuit cukup menarik.

Pada frekuensi rendah reaktansi kapasitor akan sangat besar dari nilai resistif resistor. Jadi, potensi tegangan sinyal melintasi kapasitor akan jauh lebih besar daripada penurunan tegangan pada resistor.

Dalam frekuensi yang lebih tinggi, hal sebaliknya akan terjadi. Nilai resistif resistor semakin tinggi dan karena itu dengan pengaruh reaktansi kapasitor maka tegangan melintasi kapasitor menjadi lebih kecil.

Berikut adalah kurva bagaimana tampilannya pada keluaran kapasitor: -

Respon Frekuensi dan Frekuensi Cut-Off

Mari kita pahami kurva ini lebih jauh

f _c adalah frekuensi cutoff filter. Garis sinyal dari 0dB / 118Hz ke 100 KHz hampir datar.

Rumus Menghitung keuntungan adalah

Keuntungan = 20log (Vout / Vin)

Jika kita menempatkan nilai-nilai tersebut kita akan melihat hasil dari gain hingga frekuensi cut-off hampir mencapai 1. 1 unit gain atau 1x gain disebut dengan unity gain.

Setelah sinyal cut-off, respons rangkaian secara bertahap berkurang menjadi 0 (Nol) dan penurunan ini terjadi pada kecepatan -20dB / Dekade. Jika kita menghitung penurunan per oktaf itu akan menjadi -6dB. Dalam terminologi teknis ini disebut “ roll-off ”.

Pada frekuensi rendah, reaktansi tinggi kapasitor menghentikan aliran arus melalui kapasitor.

Jika frekuensi tinggi diterapkan di atas batas cut-off maka reaktansi kapasitor menurun secara proporsional ketika frekuensi sinyal meningkat, sehingga reaktansi yang lebih rendah keluarannya akan menjadi 0 sebagai efek dari kondisi hubung singkat melintasi kapasitor.

Ini adalah filter akses rendah. Dengan memilih resistor yang tepat dan kapasitor yang tepat, kita dapat menghentikan frekuensi, membatasi sinyal tanpa mempengaruhi sinyal karena tidak ada respons aktif.

Pada gambar di atas ada kata Bandwidth. Ini menandakan dimana penguatan persatuan akan diterapkan dan sinyal akan diblokir. Jadi jika itu adalah low pass filter 150 Khz maka bandwidth akan menjadi 150Khz. Setelah itu frekuensi bandwidth sinyal akan menipis dan berhenti melewati sirkuit.

Juga ada -3dB, itu hal yang penting, pada frekuensi cut-off kita akan mendapatkan -3dB gain di mana sinyal dilemahkan menjadi 70,7% dan reaktansi kapasitif dan resistansi sama dengan R = Xc.

Apa rumus Cut-off Frequency?

f _c = 1 / 2πRC

Jadi, R adalah resistansi dan C adalah kapasitansi. Jika kita memberi nilai kita akan mengetahui frekuensi cutoff.

Perhitungan Tegangan Output

Mari kita lihat gambar pertama rangkaian dimana 1 resistor dan satu kapasitor digunakan untuk membentuk rangkaian low pass filter atau RC.

Ketika sinyal DC diterapkan di seluruh rangkaian itu resistansi rangkaian yang menciptakan penurunan ketika arus mengalir, tetapi dalam kasus sinyal AC itu impedansinya, yang diukur dalam Ohm juga.

Pada rangkaian RC ada dua hal yang bersifat resistif. Salah satunya adalah resistansi dan yang lainnya adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor. Jadi, kita perlu mengukur reaktansi kapasitif dari kapasitor terlebih dahulu karena akan diperlukan untuk menghitung impedansi rangkaian.

Oposisi resistif pertama adalah reaktansi kapasitif, rumusnya adalah: -

Xc = 1 / 2π f _c

Output dari rumus ini akan berada dalam Ohm, karena Ohm adalah unit reaktansi kapasitif, karena merupakan oposisi berarti Resistansi.

Oposisi kedua adalah resistor itu sendiri. Nilai resistor juga merupakan hambatan.

Jadi, dengan menggabungkan kedua pertentangan ini kita akan mendapatkan hambatan total yaitu impedansi pada rangkaian RC (masukan sinyal AC).

Impedansi menunjukkan Z.

Filter RC bertindak sebagai rangkaian " pembagi potensial variabel dependen frekuensi ".

Tegangan keluaran pembagi ini adalah sebagai berikut =

Vout = Vin * (R2 / R1 + R2) R1 + R2 = R _T.

R1 + R2 adalah resistansi total rangkaian dan ini sama dengan impedansi.

Jadi, menggabungkan persamaan total ini akan kita dapatkan

Dengan menyelesaikan rumus di atas kita mendapatkan yang terakhir: -

Vout = Vin * (Xc / Z)

Contoh dengan Perhitungan

Seperti yang sudah kita ketahui apa yang sebenarnya terjadi di dalam rangkaian dan Bagaimana cara mengetahui nilainya. Mari pilih nilai-nilai praktis.

Mari kita ambil nilai paling umum dalam resistor dan kapasitor, 4.7k dan 47nF. Kami memilih nilai karena tersedia secara luas dan lebih mudah dihitung. Mari kita lihat apa yang akan menjadi frekuensi cut-off dan tegangan Output.

Frekuensi Cut off adalah: -

Dengan menyelesaikan persamaan ini frekuensi cut-off adalah 720Hz.

Mari dimana itu benar atau tidak…

Ini sirkuitnya. Seperti respon frekuensi yang dijelaskan sebelumnya bahwa pada frekuensi cut-off, dB akan menjadi -3dB, Terlepas dari frekuensinya. Kami akan mencari -3dB pada sinyal keluaran dan melihat apakah itu 720Hz atau tidak. Berikut adalah respon frekuensinya: -

Seperti yang Anda lihat respon Frekuensi (Juga disebut sebagai Bode Plot) kami mengatur kursor pada -3dB (Panah Merah) dan mendapatkan sudut 720Hz (Panah Hijau) atau Frekuensi Bandwidth.

Jika kita menerapkan sinyal 500Hz maka reaktansi kapasitif akan menjadi

Kemudian Vout diterapkan 5V Vin pada 500Hz: -

Pergeseran fasa

Karena ada satu kapasitor yang terkait dengan filter Low pass dan itu adalah sinyal AC, Sudut Fase menunjukkan sebagai φ (Phi) pada output -45

Ini adalah kurva pergeseran fasa. Kami mengatur kursor pada -45

Ini adalah Filter Low Pass pesanan kedua. R1 C1 orde pertama dan R2 C2 orde kedua. Bertumpuk bersama-sama mereka membentuk filter akses rendah urutan kedua.

Filter orde dua memiliki peran kemiringan 2 x -20dB / dekade atau -40dB (-12dB / oktaf).

Berikut adalah kurva responnya: -

Kursor menunjukkan titik potong -3dB dalam sinyal Hijau yang melintasi urutan pertama (R1 C1), kemiringan pada ini terlihat sebelumnya -20dB / Dekade dan yang merah pada keluaran akhir yang memiliki kemiringan -40dB / Dasawarsa.

Rumusnya adalah: -

Keuntungan di f _c : -

Ini akan menghitung penguatan rangkaian low pass orde-2 kedua.

Frekuensi cut-off: -

Dalam praktiknya, kemiringan roll-off meningkat sesuai dengan tahap penambahan filter, titik -3dB dan frekuensi pita lintasan berubah dari nilai aktual yang dihitung di atas dengan jumlah yang ditentukan.

Jumlah yang ditentukan ini dihitung dengan persamaan berikut: -

Tidaklah baik untuk mengalirkan dua filter pasif karena impedansi dinamis dari setiap urutan filter mempengaruhi jaringan lain di sirkuit yang sama.

Aplikasi

Low pass filter adalah rangkaian yang banyak digunakan dalam elektronik.

Berikut adalah beberapa aplikasi: -

Penerima audio dan Equalizer
Filter kamera
Osiloskop
Sistem kontrol musik dan modulasi frekuensi Bass
Generator Fungsi
Sumber Daya listrik