DISAIN DAN IMPLEMENTASI RANGKAIAN KOPLING INDUKTIF PENALA TUNGGAL DAN GANDA UNTUK PENGUKURAN DAN ANALISA BANDWIDTH
Design and Implementation Single and Double Tuned Inductive Coupling Circuits for Measurement and Analysis Bandwidth
TUGAS AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma IV
Program Studi Teknik Telekomunikasi Wireless Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh : Ghaniyya Rahman Azizan 08334012
Politeknik Negeri Bandung 2012
iv
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Ghaniyya Rahman Azizan NIM : 08334012
Tempat/Tanggal lahir SD lulus tahun SLTP lulus tahun SLTA lulus tahun
: Bandung, 23 April 1991 : 2002 di SD Negeri Sriwijaya : 2005 di SMP Negeri 3 Cimahi : 2008 di SMA Negeri 1 Cisarua
Prestasi yang pernah dicapai: 1. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Bandung (HIMATEL POLBAN) angkatan 2008 2. Anggota Divisi Kesejahteraan Himpunan HIMATEL periode 2008-2009 3. Sekretaris Jenderal (Sekjen) HIMATEL POLBAN periode 2008-2009 4. Delegasi Utama HIMATEL dalam FORUM KOMUNIKASI MAHASISWA ELEKTRO se-BANDUNG (FKHMEB) periode 2008-2009 5. Ketua Divisi Publikasi dan Dokumentasi dalam FKHMEB periode 2008-2009 6. Delegasi Utama FKHMEB dalam FORUM KOMUNIKASI MAHASISWA ELEKTRO INDONESIA (FKHMEI) periode
vi
2008-2009
Hai orang-orang beriman apabila dikatakan kepadamu: "Berlapang-lapanglah dalam majlis", maka lapangkanlah niscaya Allah akan memberi kelapangan untukmu. Dan apabila dikatakan: "Berdirilah kamu", maka berdirilah, niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan.
QS. Al-Mujaadilah: 11
Allahumma Yass’ir walla’ Tu Assir.
Stop Waiting !!!! DO something!!!! So,,,,,,,,,,,,,,,, Do the Best From the Simple……... -My QuotesBermimpilah karena Tuhan akan Memeluk mimpi-mimpimu -Andrea Hirata-
Ku Dedikasikan Perjuangan ini kepada mereka yang berjuang demi putranya : Ayah dan Ibuku
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-
Nya sehingga penulis dapat menyesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“Disain dan Implementasi Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal dan
Ganda Untuk Pengukuran dan Analisa Bandwidth”. Laporan ini disusun untuk
memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan Diploma IV. Dan tak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ayah, Mamah, adikku keluarga yang banyak sekali memberikan kasih sayang dan dukungan kepada penulis. dan tak henti-hentinya memberikan doa
kesuksesan dan kelancaran terhadap penulis 2.
Bapak Suharjono selaku Pembimbing Utama dan Bapak Tatang yang selalu memberikan ilmu, waktu, kritikan, dan doa sehingga proyek akhir ini dapat selesai tepat pada waktunya.
3.
Bapak Enceng Sulaeman selaku wali kelas 4-NK yang selalu peduli terhadap anak-anak kelasnya.
4.
Dosen-dosen Program Studi D4-Teknik Telekomunikasi Nirkabel atas ilmu dan pendidikan yang diberi selama menempuh perkuliahan d kampus.
5.
Yuli suryani yang tak henti-hentinya selalu memberikan semangat dan motivasi dalam berbagai keadan dan kondisi .
6.
Seluruh mahasiswa bimbingan bapak Suharjono, Vera Noviana Kresnawati, Ibnu Nugraha, Fastaqimah A, Silviani Indah dan Santy Fauziah.
7.
Kang Jamal, Rahman, Asep, Mas Eko dan seluruh pegawai bengkel bapak Suharjono yang telah membantu penulis menyelesaikan tugas Akhir ini.
8.
Opik, Ucok, Bhayu dan Herry yang selalu memberikan semangat dalam mengerjakan tugas akhir ini.
9.
Anak-anak kelas NK 08 seperjuangan selama 4 tahun bersama melewati kegiatan belajar d kelas.
10. Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Bandung (HIMATEL POLBAN).
vi
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas jasanya telah
membantu penulis dalam pelaksanaan dan penyusunan proyek akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat
bermanfaat dan dapat dimanfaatkan sebagai media berbagi ilmu.
Bandung, 2012
Penulis
vii
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini telah didesain dan dirancang RANGKAIAN COUPLING INDUKTIF PENALA TUNGGAL DAN GANDA UNTUK PENGUKURAN DAN ANALISA BANDWIDTH. Jenis-jenis Rangkaian Coupling yang biasanya digunakan adalah kapasitif, induktif, transformator (ganda), aktif (transistor). Rangkaian Coupling ini digunakan untuk memblock arus DC dan dapat melewatkan arus AC pada proses transmisi couple. Rangkaian Coupling ini dirancang bekerja pada frekuensi 1 MHz – 10 Mhz yang dibangun dengan membuat blok-blok yang terdiri dari blok Penguat, Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal, Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) dan Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda. Rangkaian Coupling ini akan dimanfaatkan untuk Pengembangan pembelajaran dan melengkapi perlengkapan praktikum laboratorium mata kuliah Elektronika Komunikasi di Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Bandung. Kata Kunci : Bandwidth, Penguat RF, Rangkaian Coupling, Induktif, Kapasitif, Penala Tunggal, Penala Ganda.
ABSTRACT In this final project has been implementation and designed SINGLE AND DOUBLE TUNED INDUCTIVE COUPLING CIRCUITS FOR MEASUEMENT AND ANALYSIS BANDWIDTH. The most common forms coupling are capacitive, inductive, transformer (mutual), and active (transistor). This Coupling is used for blocked DC current and then can be passed AC current in coupled transmit process. This Coupling Circuits is designed to work at 1 MHz – 10 MHz which built by several blocks as follow RF Amplifier , Single Tuned Capacitive Coupling Circuit, Single Tuned Inductive Coupling Circuit and Double Tuned Inductive Coupling Circuit. This Coupling Circuit will be used for Study development and for completing elektronica communication laboratory Practicum instrument at telecommunication enginerring polytechnic state of Bandung Keywords : Bandwidth, RF Amplifier, Coupling Circuits, Inductive, Capacitive, Single Tuned, Double Tuned.
viii
DAFTAR ISI
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... vi
KATA PENGANTAR........................................................................................................ vi DAFTAR ISI ......................................................................................................................ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... xii DAFTAR TABEL ..............................................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang Masalah ....................................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah ............................................................................................ 2
1.3
Pemecahan Masalah ............................................................................................ 2
1.4
Tujuan Tugas Akhir .............................................................................................. 2
1.5
Batasan Masalah.................................................................................................. 3
1.6
Manfaat yang diharapkan .................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN TEORITIS .......................................................................................... 4 2.1
Tinjauan Teoritis .................................................................................................. 4
2.2
Penggunaan Rangkaian Penguat Tuning ( Penala) ................................................ 5
2.3
Induktansi ............................................................................................................ 8
2.4
Induktor yang berpasangan ( Kopling Induktor) .................................................... 9
2.5
Kopling Magnetik ............................................................................................... 11
2.5.1
Induktansi Sendiri ...................................................................................... 11
2.5.2
Induktansi Bersama .................................................................................... 13
2.5.3
Koefisien Kopling ...................................................................................... 15
2.6
Teknik Resonansi ............................................................................................... 15
2.7
Penguat RF ........................................................................................................ 20
2.7.1
Pra-Tegangan Transistor (Biasing) ............................................................. 20
2.7.2
Kelas-kelas Operasi Penguat Daya ............................................................. 24
2.7.3
Rangkaian Penyesuaian Impedansi ............................................................. 28
BAB III DISAIN & IMPLEMENTASI ............................................................................. 30 3.1
Tujuan Disain ..................................................................................................... 30
ix
3.2 Disain................................................................................................................. 30 3.2.1 Spesifikasi Teknis ...................................................................................... 30
3.2.2
Blok Diagram............................................................................................. 30
3.2.3
Pemilihan Komponen ................................................................................. 32
3.2.4
Disain Penguat RF ..................................................................................... 33
3.2.4.1
3.2.5
Skematik Rangkaian Penguat RF menggunakan transistor 2C2570 ......... 36 Disain Rangkaian Kopling.......................................................................... 37
3.2.5.1
Skematik Rangkaian Kopling Kapasitif Penala Tunggal.......................... 37
3.2.5.2
Skematik Rangkaian Kopling Induktif Penala Tunggal (Bagian Primer) . 37
3.2.5.3 Skematik Rangkaian Kopling Induktif Penala Ganda (Bagian Primer & Sekunder) .............................................................................................................. 38
Gambar 34 Rangkaian Kopling Induktif Penala Ganda (Bagian Primer & Sekunder) .............................................................................................................................. 38 3.2.6 3.3
Disain Casing ............................................................................................. 38
Implementasi ..................................................................................................... 39
3.3.1
Pembuatan Alat .......................................................................................... 39
3.3.2
Implementasi Casing Final ......................................................................... 41
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA ............................................ 43 4.1
Tujuan Pengukuran & Analisis ............................................................................ 43
4.2
Metoda Pengukuran .......................................................................................... 43
4.3
Peralatan yang Digunakan.................................................................................. 44
4.4
Pengukuran ....................................................................................................... 45
4.4.1
Pengukuran Penguat ................................................................................... 46
4.4.2
Pengukuran Rangkaian Kopling Menggunakan Spectrum Analyzer ............ 46
4.4.2.1 4.4.3 4.4.3.1 4.4.4
Langkah-Langkah Pengukuran ............................................................... 47 Menggunakan Function Generator dan Osiloskop ....................................... 48 Langkah-Langkah Pengukuran ............................................................... 49 Hasil Pengukuran ....................................................................................... 50
4.4.4.1
Hasil Pengukuran Penguat ...................................................................... 50
4.4.4.2
Hasil Pengukuran Rangkaian Coupling Menggunakan Spectrum Analyzer 51
4.4.4.2.1
Sinyal Input Spectrum Analyyzer ................................................. 51
4.4.4.2.2
Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) ............... 52
4.4.4.2.3
Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) ............... 53 x
4.4.4.2.4 Rangkaian Coupling induktif Penala Ganda (Primer dan Sekunder) ……………………………………………………………………………………………..………….54 4.4.4.2.5
Menggunakan Function Generator dan Osiloskop ....................... 55
4.5 Analisa Pengukuran ........................................................................................... 59 BAB V PENUTUP............................................................................................................ 61 5.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 61
5.2
Saran ................................................................................................................. 62
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 63 DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................................... 64 LAMPIRAN 1 .................................................................................................................. 64 LAMPIRAN 2 .................................................................................................................. 65
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Blok Diagram umum Rangkaian Coupling .......................................................... 4 Gambar 2 Rangkaian Single-Tuned direct coupling ............................................................. 5 Gambar 3 Rangkaian Single-Tuned inductive coupling........................................................ 6 Gambar 4 Rangkaian Single-Tuned Wideband amplifier ..................................................... 6 Gambar 5 Penguat Dengan Resonansi Ganda Kopling Transformator .................................. 7 Gambar 6 Rangkaian EkivalenPenguat Dengan Resonansi Ganda Kopling Transformator ………………………………….7 Gambar 7 Kopling dengan Induktansi sendiri (tunggal) ..................................................... 12 Gambar 8 Interaksi pada induksi sendiri ............................................................................ 12 Gambar 9 Kopling dengan Induktansi bersama (Ganda) .................................................... 13 Gambar 10 Interaksi Fluks Magnetik yang terjadi pada Induksi Bersama ........................... 14 Gambar 11 Resonansi Seri ................................................................................................ 16 Gambar 12 Resonansi Paralel ............................................................................................ 16 Gambar 13 Transformator Linear ...................................................................................... 18 Gambar 14 Respon dari rangkaian resonansi ..................................................................... 19 Gambar 15 Respon Penguat RF ......................................................................................... 20 Gambar 16 Rangkaian Self Bias ........................................................................................ 21 Gambar 17 Rangkaian Pengganti Self Bias ........................................................................ 21 Gambar 18 Rangkaian Fixed Bias ..................................................................................... 22 Gambar 19 Rangkaian Feedback Bias ............................................................................... 23 Gambar 20 Rangkaian Dasar Penguat Kelas A .................................................................. 25 Gambar 21 Kurva Garis Beban DC dan Titik Kerja Penguat Kelas A................................. 25 Gambar 22 Penguat Kelas B .............................................................................................. 26 Gambar 23 Rangkaian Dasar dan Kurva Garis Beban DC dan Titik Kerja Penguat Kelas B 26 Gambar 24 Rangkaian Dasar danKurva Garis Beban DC dan Titik Kerja Penguat Kelas AB ......................................................................................................................................... 27 Gambar 25 Rangkaian Dasar Penguat Kelas C................................................................... 27 Gambar 26 Jenis-Jenis Rangkaian Matching Impedance .................................................... 28 Gambar 27 Blok Diagram umum Rangkaian Kopling Kapasitif Penala Tunggal ....... 31 Gambar 28 Blok Diagram Spesifik Pada Rangkaian Kopling Induktif Penala Tunggal (bagian Primer) ............................................................................................................... 31 Gambar 29 Blok Diagram Spesifik Pada Rangkaian Kopling Induktif Penala Ganda (Primer dan Sekunder) ................................................................................................................... 32 Gambar 30 Perancangan Rangkaian Biasing ...................................................................... 33 Gambar 31 Rangkaian Penguat .......................................................................................... 36 Gambar 32 Rangkaian Kopling Kapasitif Penala Tunggal.................................................. 37 Gambar 33 Rangkaian Kopling Induktif Penala Tunggal ................................................... 38 Gambar 34 Rangkaian Kopling Induktif Penala Ganda (Bagian Primer & Sekunder) ......... 38 Gambar 35 Desain Casing ................................................................................................. 38 Gambar 36 Gambar Penguat RF tampak dari atas .............................................................. 39 Gambar 37 Implementasi Penguat dan Rangkaian Coupling Kapastif Penala Tunggal....... 40
xii
Gambar 38 Implementasi Penguat RF dengan Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal ( bagian Primer) ................................................................................................................ 40 Gambar 39 Implementasi Penguat RF dengan Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda ( Primer dan Sekunder) ........................................................................................................ 41 Gambar 40 Implementasi Chasing Final Tampak Atas ....................................................... 41 Gambar 41 Implementasi Chasing Final Tampak Pingggir dan Tampak Atas ..................... 42 Gambar 42 Setup Pengukuran sistem menggunakan Spectrum Analyzer............................. 43 Gambar 43 up pengukuran sistem menggunakan Function Generator dan Osiloskop ......... 44 Gambar 44 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal menggunakan Spectrum Analyzer. ........................................................................................................... 46 Gambar 45 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) menggunakan Spectrum Analyzer .................................................................................... 46 Gambar 46 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Induktif ........................................... 46 Gambar 47 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal menggunakan Fumction Generator dan Osiloskop ........................................................... 47 Gambar 48 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Induktif ........................................... 48 Gambar 49 Set up pengukuran Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda (Primer dan Sekunder) menggunakan Fumction Generator dan Osiloskop ............................................ 49 Gambar 50 Hasil Pengukuran Penguat Menggunakan Spectrum Analizer dan Power Meter 50 Gambar 51 Input dari Spectrum Analyzer dengan Scanwidhth 10 Mhz/Div ....................... 51 Gambar 52 Input Spectrum Analyzer dengan Scanwidhth 5 MHz/Div ............................... 51 Gambar 53 Input Spectrum Analyzer dengan Scanwidhth 2MHz/Div ................................ 52 Gambar 55 Otput Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal dengan Scanwidhth 5 MHz/Div........................................................................................................................... 52 Gambar 54 Output Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal dengan Scanwidth 10 MHz/Div........................................................................................................................... 52 Gambar 56 Output Rangkaian Coupling Kapasitif Penala Tunggal dengan Scanwidth 2 Mhz/Div ........................................................................................................................... 53 Gambar 57 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) dengan Scanwidth 10 Mhz/Div....................................................................................................................... 53 Gambar 58 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) dengan Scanwidth 5 Mhz .............................................................................................................. 53 Gambar 59 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal (Primer) dengan Scanwidth 2 Mhz/Div ....................................................................................................... 54 Gambar 60 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda dengan Scanwidth 10 Mhz/Div ........................................................................................................................... 54 Gambar 61 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda dengan Scanwidth 5 Mhz/Div ........................................................................................................................... 54 Gambar 62 Output Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda dengan Scanwidth 2 Mhz/Div ........................................................................................................................... 55 Gambar 63 Output Rangkaian Coupling kapasitif penala tunggal pada frekuensi 0-1 Mhz . 55 Gambar 64 Output Rangkaian Coupling kapasitif penala tunggal pada frekuensi 2-3 Mhz . 55 Gambar 65 Output Rangkaian Coupling kapasitif penala tunggal pada frekuensi 5-6 Mhz 56 Gambar 66 Output Rangkaian Coupling kapasitif penala tunggal pada frekuensi 7-10 ....... 56
xiii
Gambar 67 Output Rangkaian Coupling kapasitif penala tunggal pada frekuensi 0-1 Mhz . 56 Gambar 68 Rangkaian Coupling Induktif Penala Tunggal di frekuensi 9-10 Mhz dengan Mode SWP dituning .......................................................................................................... 57 Gambar 69 Output Rangkaian Coupling Induktif penala Tunggal di input 3-4 MHz dengan Mode SWP ditunning ........................................................................................................ 57 Gambar 70 Output Respon frekuensi keseluruhan Rangkaian Coupling nduktif Penala Tunggal dengan mode SWP max ....................................................................................... 57 Gambar 71 Output Rangkaiaan coupling induktif penala ganda di frekuensi 0 MHz........... 58 Gambar 72 Output Rangkaian coupling Induktif penala Ganda di frekuensi 1-2 MHz ........ 58 Gambar 73 Output Rangkaian coupling Induktif penala Ganda di frekuensi 3-6 MHz ........ 58 Gambar 74 Output Respon frekuensi Rangkaian Coupling Induktif Penala Ganda dengan SWP max ................................................................................................................ 59 mode
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Daftar komponen Penguat RF ............................................................................................ 36 Tabel 2 Daftar Komponen Rangkaian Coupling............................................................................... 37 Tabel 3 Hasil Pengukuran ............................................................................................................... 59
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Layout PCB.................................................................................................... 64 Lampiran 2 Datasheet SC2570 ………. …………… …………………………………….65
xvi
xvii
