Filter High-Pass: Desain, Fungsi, dan Aplikasi Praktis

Filter high‑pass melakukan kebalikan dari filter low‑pass: ia memungkinkan sinyal frekuensi tinggi untuk melewati sambil meredam komponen frekuensi rendah. Dua implementasi yang paling umum—kapasitif dan induktif—mencerminkan sejenisnya low-pass tetapi dengan perilaku impedansi yang berlawanan.

Filter high-pass kapasitif.

Impedansi Kapasitor

Dalam sirkuit high-pass kapasitif, impedansi kapasitor meningkat seiring penurunan frekuensi (lihat plot di bawah ini). Impedansi seri tinggi ini secara efektif mencegah energi frekuensi rendah dari mencapai beban.

capacitive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin c1 1 2 0.5u rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end 

Respons filter high-pass kapasitif naik seiring kenaikan frekuensi.

Filter high-pass induktif.

Impedansi Induktor

Filter high-pass induktif berperilaku sebaliknya: impedansi induktor menurun seiring penurunan frekuensi, menyediakan shunt impedansi rendah yang mengkorslet sinyal frekuensi rendah sebelum dapat menggerakkan resistor beban. Sebagian besar tegangan kemudian jatuh di seluruh resistor seri R1.

inductive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 l1 2 0 100m rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end 

Respons filter high-pass induktif naik seiring kenaikan frekuensi.

Dalam praktik, desain kapasitif sering dipilih karena hanya memerlukan satu komponen reaktif dan menawarkan kemurnian yang lebih baik; induktor cenderung menderita efek kulit dan kehilangan inti pada frekuensi tinggi.

Frekuensi Pemotong

Seperti semua filter orde pertama, filter high-pass memiliki frekuensi pemotong karakteristik, f_c, di mana output sama dengan 70,7% (1/√2) dari input. Untuk sirkuit high-pass kapasitif, rumus standar berlaku:

Dalam contoh di atas, satu-satunya resistensi yang ada adalah resistor beban (1 kΩ), jadi nilai tersebut digunakan dalam perhitungan.

Aplikasi Filter High-Pass

Pertimbangkan sistem stereo: kapasitor seri pada tweeter membentuk filter high-pass, mencegah energi bass frekuensi rendah membuang daya pada speaker yang tidak dapat mereproduksinya. Sebaliknya, induktor seri pada woofer bertindak sebagai filter low-pass, melindungi driver bass dari distorsi frekuensi tinggi. Speaker menengah menerima spektrum audio penuh. Untuk alokasi yang lebih halus, filter band-pass dapat digunakan untuk merutekan frekuensi menengah secara eksklusif ke driver menengah.

High-pass merutekkan frekuensi tinggi ke tweeter; low-pass merutekkan frekuensi rendah ke woofer.

Dalam sistem stereo lengkap, enam driver digunakan: dua woofer, dua menengah, dan dua tweeter, masing-masing dikirim oleh jaringan filter yang sesuai.

ULASAN:

• Filter high-pass memudahkan laluan sinyal frekuensi tinggi sambil meredam konten frekuensi rendah.
• Desain high-pass kapasitif memasukkan kapasitor seri dengan beban; desain induktif menambahkan resistor seri dan induktor paralel, menciptakan shunt impedansi rendah untuk frekuensi yang tidak diinginkan.
• Frekuensi pemotong menandai titik di mana output sama dengan 70,7% dari input; di atas titik ini output meningkat, di bawahnya sinyal diredam.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Filter Aktif
• Lembar Kerja Sirkuit Filter Pasif