Rangkaian high pass filter atau HPF adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk melewatkan sinyal listrik frekuensi tinggi dan memblokir sinyal frekuensi rendah. Filter frekuensi adalah rangkaian yang dirancang untuk memblokir semua frekuensi yang tidak diinginkan dari sinyal listrik ac dan melewatkan frekuensi yang diinginkan.
Dengan kata lain filter frekuensi merupakan rangkaian yang memungkinkan hanya meloloskan rentang frekuensi tertentu saja.
Dalam banyak rangkaian , jenis filter kapasitif lebih sering dipilih daripada filter induktif, karena induktor dapat menghasilkan medan magnet yang menyimpang yang dapat mengurangi daya listrik. Selain itu penggunaan induktor pada rangkaian filter frekuensi mengakibatkan desain rangkaian yang menjadi lebih besar.
Pada artikel sebelumnya kita telah membahas jenis jenis filter frekuensi dan low pass filter pasif. Di artikel ini kita akan membahas high pass filter pasif RC.
Rangkaian filter high pass pasif
Rangkaian high pass filter pasif mirip dengan filter low pass pasif. Namun posisi pemasangan kapasitor dan resistor ditukar. Bentuk rangkaian sederhana filter tapis tinggi diperlihatkan pada gambar di bawah. Kapasitor terhubung secara seri dengan resistor, sementara tegangan input diterapkan secara seri ke kapasitor namun output diambil secara paralel melintasi resistor.
High Pass filter berfungsi untuk meloloskan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut off dan memblokir sinyal frekuensi yang lebih rendah. Besar frekuensi cut off tergantung pada pemilihan nilai komponen kapasitor dan resistor pada desain rangkaian. Filter high pass sering digunakan pada sirkuit dengan rentang frekuensi tinggi 10 MHz.
Karena pertukaran posisi komponen resistor dan kapasitor pada rangkaian ini, respons yang dilakukan oleh kapasitor akan berubah dan perubahan ini kebalikan dengan respons kapasitor pada rangkaian filter low pass.
Saat dialiri arus frekuensi rendah, kapasitor akan berperilaku seperti rangkaian terbuka sehingga tidak meloloskan arus frekuensi rendah. Sementara ketika diberi arus dengan frekuensi yang lebih tinggi yang , kapasitor akan bertindak seperti korsleting sehingga melewatkan arus tersebut. Pemblokiran arus dengan frekuensi rendah ini disebabkan karena adanya fenomena reaktansi kapasitif pada kapasitor.
Kapasitor akan menghambat sejumlah arus frekuensi rendah yang melewatinya berdasarkan nilai kapasitansi yang dimilikinya. Selanjutnya kapasitor akan melewatkan semua frekuensi yang ada diatas titik cut off karena terjadi pengurangan nilai reaktansi kapasitif.
Pada frekuensi arus listrik atau sinyal yang lebih rendah nilai reaktansi meningkat sehingga meningkatkan kemampuan untuk menghambat aliran arus yang melalui kapasitor tersebut. Pita frekuensi di bawah frekuensi cut off disebut sebagai ‘Stop Band’ dan pita frekuensi setelah frekuensi cut off adalah disebut sebagai ‘Pass Band’.
Pada rangkaian high pass filter diatas hanya terdapat satu komponen reaktif berupa kapasitor dan resistor. Bentuk rangkaian filter seperti ini disebut sebagai rangkaian filter orde pertama.
Bentuk kurva respon frekuensi HPF
Bentuk kurva respon frekuensi yang bisa dilakukan oleh jenis filter frekuensi high pass filter ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
gambar kurva respon diatas menunjukkan bahwa high pass filter memiliki cara kerja yang berlawanan dengan sistem low pass filter. Pada filter high pass, semua sinyal frekuensi rendah diblokir oleh kapasitor yang sehingga menyebabkan terjadinya penurunan tegangan output.
Pada titik perpotongan frekuensi , nilai resistor ‘R’ dan reaktansi kapasitor ‘X_c’ adalah sama sehingga tegangan output meningkat hingga mencapai -20 dB / detik dan level sinyal output adalah -3 dB dari level sinyal input.
Pada frekuensi yang sangat tinggi reaktansi kapasitif berkurang hingga menjadi nol. Sehingga tegangan output sama dengan tegangan masukan yaitu Vout = Vin. Pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitif kapasitor mempunyai nilaitidak terbatas. Sehingga tegangan output menurun menjadi nol karena reaktansi kapasitor akan menahan arus agar tidak masuk ke kapasitor.
Sinyal output high pass filter memiliki sudut pergeseran fasa (ø) sebesar + 45 ° pada frekuensi cut-off terhadap sinyal input. Hal ini menunjukkan bahwa sinyal output jenis filter ini mengarah dengan mengacu pada sinyal input. Pada frekuensi tinggi (f> fC) pergeseran fasa hampir nol berarti sinyal input dan output berada dalam fase yang sama atau inphase.
Waktu yang dibutuhkan oleh kapasitor untuk melakukan pengisian dan pengosongan muatan listrik sejalan dengan sinyal input yang menghasilkan perbedaan fasa. Rangkaian resistor dengan kapasitor akan menghasilkan efek pengisian dan pengosongan.
Konstanta waktu rangkaian RC seri didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh kapasitor untuk mengisi hingga 63,2% dari nilai kondisi maksikum dan juga didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh kapasitor untuk melepaskan hingga 36,8% dari nilai kondisi minimum . Ini diwakili oleh simbol T. Hubungan antara konstanta waktu dan frekuensi cut off dinyatakan dalam rumus berikut ini :
T = RC= \frac{1}{2}πfc Rangkaian high pass filter 2 tingkat
Dengan memuat dua buah rangkaian filter kapasitif kita akan mendapatkan rangkaian filter high pass 2 tingkat. Karena terdiri dari dua komponen reaktif yang berarti dua kapasitor, rangkaian itu menjadikan rangkaian sebagai urutan kedua. Hasil sinyal output filter dua tahap ini sama seperti filter satu tingkat tetapi akan diperoleh kemiringan filter sebesar pada -40 dB / dekade.
Hal ini terjadi karena adanya variasi frekuensi cut off yang ditentukan.Bentuk rangkaian seperti ini lebih efisien jika dibandingkan dengan high pass filter satu tingkat karena memiliki dua titik penyimpanan. Pada filter dua tingkat, frekuensi cut off (fc) akan tergantung pada nilai dua kapasitor dan dua resistor yang dinyatakan dengan rumus berikut ini :
f_C= \frac{1}{(2π\sqrt{(R_1C_1R_2C_2)})} HzPenggunaan rangkaian high pass filter
- Digunakan pada rangkaian penguat audio pada sistem equalizer.
- Sebagai filter peredam noise untuk memblokir sinyal yang tidak diinginkan.
- Pada sirkuit kopling AC dan sebagai sirkuit diferensiator.
- Dalam proses pencampuran di setiap strip saluran, filter high pass ini ditambahkan.
- Dalam pemrosesan gambar, filter high pass digunakan dalam proses unsharping dimana pengeditan membutuhkan filter penguat tinggi.
- Dalam pemrosesan citra, reduksi noise dapat dilakukan baik dalam domain waktu maupun dalam domain frekuensi. Jadi, jika digabungkan dengan filter akses rendah, filter akses tinggi ini digunakan untuk menyempurnakan, menekan noise, dan memodifikasi gambar dalam pemrosesan gambar.
- Dalam aplikasi telepon, ini digunakan pada pemisah DSL dengan kombinasi filter akses rendah.
