Band Pass Filter (BPF) - Filter Pasif
Band Pass Filter Pasif dapat dibuat dengan menghubungkan bersama Low Pass Filter dengan High Pass Filter. Band Pass Filter dapat digunakan untuk mengisolasi atau memfilter frekuensi tertentu yang berada di dalam pita (band) atau rentang frekuensi tertentu.
Frekuensi cut-off atau titik ƒc dalam filter pasif RC sederhana dapat dikontrol secara akurat hanya dengan menggunakan resistor tunggal secara seri dengan kapasitor non-terpolarisasi, dan tergantung pada bagaimana mereka terhubung, kita telah melihat sebelumnya bagaimana Low Pass Filter atau High Pass Filter dibuat.
Salah satu penggunaan sederhana untuk jenis filter pasif ini adalah dalam aplikasi penguat audio atau rangkaian seperti pada filter crossover speaker atau kontrol nada pra-penguat.
Kadang-kadang perlu untuk hanya melewati rentang frekuensi tertentu yang tidak dimulai pada 0Hz, (DC) atau berakhir di beberapa titik frekuensi tinggi atas tetapi berada dalam rentang atau pita frekuensi tertentu, baik sempit atau lebar.
Dengan menghubungkan atau "mengalirkan" bersama-sama satu rangkaian Low Pass Filter dengan rangkaian High Pass Filter, kita dapat menghasilkan jenis filter pasif RC lain yang melewati rentang atau "band" frekuensi tertentu yang bisa sempit atau lebar sambil melemahkan mereka semua yang berada di luar kisaran ini.
Jenis baru dari pengaturan filter pasif ini menghasilkan filter selektif frekuensi yang dikenal sebagai Band Pass Filter atau BPF.
Tidak seperti Low pass filter yang hanya melewati sinyal dari rentang frekuensi rendah atau High pass filter yang melewati sinyal dari rentang frekuensi yang lebih tinggi, Band Pass Filter melewatkan sinyal dalam "band" atau "sebaran/pita" frekuensi tertentu tanpa mendistorsi input memberi sinyal atau mengeluarkan suara ekstra. Band frekuensi ini dapat berupa lebar dan biasanya dikenal sebagai filter Bandwidth.
Bandwidth biasanya didefinisikan sebagai rentang frekuensi yang ada di antara dua titik batas frekuensi yang ditentukan ( ƒc ), yaitu 3dB di bawah pusat maksimum atau puncak resonansi sambil atenuasi atau melemahkan yang lain di luar kedua titik ini.
Kemudian untuk frekuensi yang tersebar luas, kita cukup mendefinisikan istilah "bandwidth", BW sebagai perbedaan antara frekuensi cut-off yang lebih rendah ( ƒcLOW ) dan titik frekuensi cut-off yang lebih tinggi ( ƒcHIGH ).
Dengan kata lain, BW = ƒH - ƒL. Jelas agar band pass filter berfungsi dengan benar, frekuensi cut-off low pass filter harus lebih tinggi daripada frekuensi cut-off untuk high pass filter.
Band Pass Filter "ideal" juga dapat digunakan untuk mengisolasi atau memfilter frekuensi tertentu yang berada dalam band/pita frekuensi tertentu, misalnya, pembuangan bising.
Band pass filter dikenal secara umum sebagai filter orde-2 dua, (dua kutub) karena mereka memiliki komponen reaktif "dua", kapasitor, dalam desain rangkaian mereka. Satu kapasitor di rangkaian low pass dan kapasitor lain di rangkaian high pass.
Bode Plot atau kurva respon frekuensi diatas menunjukkan karakteristik dari band pass filter. Berikut sinyal dilemahkan pada frekuensi rendah dengan output meningkat pada kemiringan +20dB/Decade (6dB/Octave) sampai frekuensi mencapai “cut-off low” titik ƒL. Pada frekuensi ini tegangan output lagi 1/√2 = 70,7% dari nilai sinyal input atau -3dB (20*log (VOUT/VIN )) dari input.
Output berlanjut pada gain maksimum hingga mencapai titik "cut-off upper" ƒH di mana output menurun pada tingkat -20dB/Decade (6dB/Octave) melemahkan sinyal frekuensi tinggi.
Titik perolehan output maksimum umumnya adalah rata-rata geometrik dari nilai dua -3dB antara titik batas bawah dan atas dan disebut nilai "Frekuensi Tengah" atau "Puncak Resonansi ". Nilai rata-rata geometrik ini dihitung sebagai ƒr2 = ƒ(UPPER) x ƒ(LOWER).
Band Pass Filter dianggap sebagai filter tipe orde-2 dua (dua kutub) karena memiliki "dua" komponen reaktif dalam struktur rangkaiannya, maka sudut fasa akan dua kali lipat dari filter orde-1 pertama yang dilihat sebelumnya, yaitu, 180°.
Sudut fasa dari sinyal output MEMIMPIN dari input dengan +90° hingga pusat atau frekuensi resonansi, jika titik itu menjadi "nol" derajat (0°) atau "dalam-fasa" dan kemudian berubah menjadi TERTINGGAL input oleh -90° ketika frekuensi output meningkat.
Titik frekuensi cut-off upper/atas dan low/bawah untuk filter pass band dapat ditemukan menggunakan rumus yang sama seperti untuk low pass filter dan high pass filter, misalnya.
Maka jelas, lebar band pass filter dapat dikontrol oleh posisi dua titik frekuensi cut-off dari dua filter.
Kemudian, nilai-nilai R1 dan C1 yang diperlukan untuk tahap high pass untuk memberikan frekuensi cut-off dari 1.0kHz adalah: R1 = 10kΩ dan dengan nilai yang prefer terdekat, C1 = 15nF.
Kemudian, nilai R2 dan C2 yang dibutuhkan untuk tahap low pass untuk memberikan frekuensi cut-off 30kHz adalah, R = 10kΩ dan C = 530pF. Namun, nilai yang lebih prefer terdekat dari nilai kapasitor yang dihitung dari 530pF adalah 560pF, jadi ini digunakan sebagai gantinya.
Dengan nilai resistansi R1 dan R2 yang diberikan sebagai 10kΩ, dan dua nilai kapasitor C1 dan C2 ditemukan untuk high pass filter dan low pass filter masing-masing sebagai 15nF dan 560pF, maka rangkaian untuk Band Pass Filter sederhana kami diberikan sebagai.
Frekuensi cut-off atau titik ƒc dalam filter pasif RC sederhana dapat dikontrol secara akurat hanya dengan menggunakan resistor tunggal secara seri dengan kapasitor non-terpolarisasi, dan tergantung pada bagaimana mereka terhubung, kita telah melihat sebelumnya bagaimana Low Pass Filter atau High Pass Filter dibuat.
Salah satu penggunaan sederhana untuk jenis filter pasif ini adalah dalam aplikasi penguat audio atau rangkaian seperti pada filter crossover speaker atau kontrol nada pra-penguat.
Kadang-kadang perlu untuk hanya melewati rentang frekuensi tertentu yang tidak dimulai pada 0Hz, (DC) atau berakhir di beberapa titik frekuensi tinggi atas tetapi berada dalam rentang atau pita frekuensi tertentu, baik sempit atau lebar.
Dengan menghubungkan atau "mengalirkan" bersama-sama satu rangkaian Low Pass Filter dengan rangkaian High Pass Filter, kita dapat menghasilkan jenis filter pasif RC lain yang melewati rentang atau "band" frekuensi tertentu yang bisa sempit atau lebar sambil melemahkan mereka semua yang berada di luar kisaran ini.
Jenis baru dari pengaturan filter pasif ini menghasilkan filter selektif frekuensi yang dikenal sebagai Band Pass Filter atau BPF.
Rangkaian Band Pass Filter (BPF)
Tidak seperti Low pass filter yang hanya melewati sinyal dari rentang frekuensi rendah atau High pass filter yang melewati sinyal dari rentang frekuensi yang lebih tinggi, Band Pass Filter melewatkan sinyal dalam "band" atau "sebaran/pita" frekuensi tertentu tanpa mendistorsi input memberi sinyal atau mengeluarkan suara ekstra. Band frekuensi ini dapat berupa lebar dan biasanya dikenal sebagai filter Bandwidth.
Bandwidth biasanya didefinisikan sebagai rentang frekuensi yang ada di antara dua titik batas frekuensi yang ditentukan ( ƒc ), yaitu 3dB di bawah pusat maksimum atau puncak resonansi sambil atenuasi atau melemahkan yang lain di luar kedua titik ini.
Kemudian untuk frekuensi yang tersebar luas, kita cukup mendefinisikan istilah "bandwidth", BW sebagai perbedaan antara frekuensi cut-off yang lebih rendah ( ƒcLOW ) dan titik frekuensi cut-off yang lebih tinggi ( ƒcHIGH ).
Dengan kata lain, BW = ƒH - ƒL. Jelas agar band pass filter berfungsi dengan benar, frekuensi cut-off low pass filter harus lebih tinggi daripada frekuensi cut-off untuk high pass filter.
Band Pass Filter "ideal" juga dapat digunakan untuk mengisolasi atau memfilter frekuensi tertentu yang berada dalam band/pita frekuensi tertentu, misalnya, pembuangan bising.
Band pass filter dikenal secara umum sebagai filter orde-2 dua, (dua kutub) karena mereka memiliki komponen reaktif "dua", kapasitor, dalam desain rangkaian mereka. Satu kapasitor di rangkaian low pass dan kapasitor lain di rangkaian high pass.
Respon Frekuensi dari Band Pass Filter Orde-2 dua
Bode Plot atau kurva respon frekuensi diatas menunjukkan karakteristik dari band pass filter. Berikut sinyal dilemahkan pada frekuensi rendah dengan output meningkat pada kemiringan +20dB/Decade (6dB/Octave) sampai frekuensi mencapai “cut-off low” titik ƒL. Pada frekuensi ini tegangan output lagi 1/√2 = 70,7% dari nilai sinyal input atau -3dB (20*log (VOUT/VIN )) dari input.
Output berlanjut pada gain maksimum hingga mencapai titik "cut-off upper" ƒH di mana output menurun pada tingkat -20dB/Decade (6dB/Octave) melemahkan sinyal frekuensi tinggi.
Titik perolehan output maksimum umumnya adalah rata-rata geometrik dari nilai dua -3dB antara titik batas bawah dan atas dan disebut nilai "Frekuensi Tengah" atau "Puncak Resonansi ". Nilai rata-rata geometrik ini dihitung sebagai ƒr2 = ƒ(UPPER) x ƒ(LOWER).
Band Pass Filter dianggap sebagai filter tipe orde-2 dua (dua kutub) karena memiliki "dua" komponen reaktif dalam struktur rangkaiannya, maka sudut fasa akan dua kali lipat dari filter orde-1 pertama yang dilihat sebelumnya, yaitu, 180°.
Sudut fasa dari sinyal output MEMIMPIN dari input dengan +90° hingga pusat atau frekuensi resonansi, jika titik itu menjadi "nol" derajat (0°) atau "dalam-fasa" dan kemudian berubah menjadi TERTINGGAL input oleh -90° ketika frekuensi output meningkat.
Titik frekuensi cut-off upper/atas dan low/bawah untuk filter pass band dapat ditemukan menggunakan rumus yang sama seperti untuk low pass filter dan high pass filter, misalnya.
Maka jelas, lebar band pass filter dapat dikontrol oleh posisi dua titik frekuensi cut-off dari dua filter.
Contoh Band Pass Filter (BPF) No.1
Band Pass Filter orde-2 kedua harus dibangun menggunakan komponen RC yang hanya akan memungkinkan rentang frekuensi untuk melewati di atas 1kHz (1.000Hz) dan di bawah 30kHz (30.000Hz). Dengan asumsi bahwa kedua resistor memiliki nilai 10kΩ, hitung nilai dari dua kapasitor yang diperlukan.Tahap High Pass Filter
Nilai kapasitor C1 yang diperlukan untuk memberikan frekuensi cut-off ƒL dari 1kHz dengan nilai resistor 10kΩ dihitung sebagai:Kemudian, nilai-nilai R1 dan C1 yang diperlukan untuk tahap high pass untuk memberikan frekuensi cut-off dari 1.0kHz adalah: R1 = 10kΩ dan dengan nilai yang prefer terdekat, C1 = 15nF.
Tahap Low Pass Filter
Nilai kapasitor C2 yang diperlukan untuk memberikan frekuensi cut-off ƒH 30kHz dengan nilai resistor 10kΩ dihitung sebagai:Kemudian, nilai R2 dan C2 yang dibutuhkan untuk tahap low pass untuk memberikan frekuensi cut-off 30kHz adalah, R = 10kΩ dan C = 530pF. Namun, nilai yang lebih prefer terdekat dari nilai kapasitor yang dihitung dari 530pF adalah 560pF, jadi ini digunakan sebagai gantinya.
Dengan nilai resistansi R1 dan R2 yang diberikan sebagai 10kΩ, dan dua nilai kapasitor C1 dan C2 ditemukan untuk high pass filter dan low pass filter masing-masing sebagai 15nF dan 560pF, maka rangkaian untuk Band Pass Filter sederhana kami diberikan sebagai.
Rangkaian Band Pass Filter yang Sempurna
Resonansi Frekuensi Band Pass Filter
Kita juga dapat menghitung titik “Resonansi” atau “Frekuensi Tengah” ( ƒr ) dari band pass filter jika gain keluaran berada pada nilai maksimum atau puncaknya.
Nilai puncak ini bukan rata-rata aritmatika dari titik cut-off atas dan bawah -3dB seperti yang Anda harapkan, tetapi pada kenyataannya adalah "geometrik" atau nilai rata-rata. Nilai rata-rata geometrik ini dihitung sebagai ƒr2 = ƒc(UPPER) x ƒc(LOWER) misalnya:
Persamaan Frekuensi Pusat/Tengah
Dimana, ƒr adalah resonansi atau pusat frekuensi
ƒL adalah titik frekuensi cut-off -3dB yang lebih rendah (low)
ƒH adalah titik frekuensi cut-off -3db atas (upper)
dan dalam contoh sederhana kami di atas, frekuensi cut-off yang dihitung ditemukan ƒL = 1.060 Hz dan ƒH = 28.420 Hz menggunakan nilai filter.
Kemudian dengan mensubstitusi nilai-nilai ini ke dalam persamaan di atas memberikan frekuensi resonansi sentral:
Ringkasan Pass Band Filter (BPF)
Band Pass Filter sederhana dapat dibuat dengan menggabungkan satu Low Pass Filter tunggal dengan High Pass Filter. Rentang frekuensi, di Hertz, antara titik cut-off -3dB bawah dan atas dari kombinasi RC dikenal sebagai filter "Bandwidth".
Lebar atau rentang frekuensi bandwidth filter bisa sangat kecil dan selektif, atau sangat lebar dan tidak selektif tergantung pada nilai R dan C yang digunakan.
Titik frekuensi pusat/tengah atau resonansi adalah rata-rata geometris dari titik batas bawah dan atas. Pada frekuensi tengah ini, sinyal output berada pada titik maksimum dan pergeseran fasa sinyal output sama dengan sinyal input.
Amplitudo sinyal output dari band pass filter atau filter RC pasif dalam hal ini, akan selalu lebih kecil dari sinyal input. Dengan kata lain filter pasif juga merupakan atenuasi yang memberikan penguatan tegangan kurang dari 1 (Unity). Untuk memberikan sinyal output dengan gain tegangan yang lebih besar dari satu, beberapa bentuk amplifikasi diperlukan dalam desain rangkaian.
Sebuah Band Pass Filter - Pasif digolongkan sebagai orde-2 (kedua) jenis filter karena memiliki dua komponen reaktif dalam desain, kapasitor. Itu terdiri dari dua rangkaian filter RC tunggal yang masing-masing filter orde-1 pertama.
Jika lebih filter mengalir bersama-sama rangkaian yang dihasilkan akan dikenal sebagai “orde-n” filter dimana “n” singkatan jumlah komponen reaktif individu dan oleh karena kutub dalam rangkaian filter. Sebagai contoh, filter bisa menjadi orde-2 kedua, orde-4 empat, orde-10 sepuluh, dll
Semakin tinggi orde filter, semakin curam lereng akan menjadi n kali -20dB/decade. Namun, nilai kapasitor tunggal yang dibuat dengan menggabungkan bersama dua atau lebih kapasitor individu masih satu kapasitor.
Contoh kami di atas menunjukkan kurva respon frekuensi output untuk band pass filter "ideal" dengan gain konstan pada band pass dan gain nol di stop band.
Dalam praktiknya, respon frekuensi dari Rangkaian Pass Band Filter ini tidak akan sama dengan reaktansi input dari rangkaian high pass akan mempengaruhi respon frekuensi dari rangkaian low pass (komponen yang dihubungkan secara seri atau paralel) dan sebaliknya.
Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menyediakan beberapa bentuk isolasi listrik antara dua rangkaian filter seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Tahapan Buffering Individual Filter
Salah satu cara menggabungkan amplifikasi dan filtering ke dalam rangkaian yang sama adalah dengan menggunakan Penguat Operasional atau Op-amp, dan contoh-contoh ini diberikan di bagian Penguat Operasional (Op-amp).
Dalam tutorial berikutnya kita akan melihat Rangkaian Filter yang menggunakan Op-amp dalam desain mereka untuk tidak hanya untuk memperkenalkan gain tetapi juga menyediakan isolasi antar tahap. Jenis pengaturan filter ini umumnya dikenal sebagai Low Pass Filter - Aktif.