PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ

PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh: Nama

: AGUNG PURNOMO

Nim

: 01400 – 010

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama

: Agung Purnomo

Nim

: 01400 – 010

Fakultas/Jurusan

: Teknologi Industri/Teknik Elektro

Peminatan

: Teknik Telekomunikasi

Judul Tugas Akhir

: “Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 MHz”

Menyatakan bahwa tugas akhir ini hasil karya sendiri dan bukan publikasi yang pernah dipublikasikan. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar – benarnya.

Jakarta,…….Agustus, 2007

(Agung Purnomo)

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ

NAMA

: AGUNG PURNOMO

NIM

: 01400 – 010

Disetujui dan disahkan Oleh: Koordinator Tugas Akhir

Pembimbing

(Yudhi Gunardi, ST.MT)

(DR.Ing. Mudrik Alaydrus) Ketua Jurusan Elektro

(Ir. Budi Yanto Husodo, MSc)

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz

ABSTRAK

Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah maupun inayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan tema “PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ”dengan tujuan untuk memaksimalkan fungsi Laboratorium demi kepentingan kurikulum sebagai pendamping mata kuliah untuk memudahkan mahasiswa untuk memahami lebih dalam perkuliahan tersebut.

Perancangan modul pemancar dan penerima ini dibuat satu paket dengan frekuensi kerja beberapa MHz, yang kemudian dibuat sebesar 1 MHz agar dapat memudahkan pengukuran dan perhitungannya serta pengamatan berdasarkan alat ukur yang tersedia. Adapun beberapa parameter komponennya akan dibuat variable yaitu dapat diubah – ubah sesuai kebutuhan pengguna sehingga dapat mengetahui lebih dalam konsep dari pemancar dan penerima.

Hasil akhir yang diinginkan adalah modul ini dapat bekerja dengan baik dan dapat dilihat hasil pengukuran per bagian komponen dari pemancar dan penerima.

iv


KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul “PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ” sesuai pada waktunya. Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi syarat guna mencapai gelar kesarjanaan Strata-satu (S1) pada jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Tenaga Listrik, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana, Jakarta. Dalam perancangan modul ini dan penulisan laporan tugas akhir, telah banyak arahan yang diterima penulis dari berbagai pihak yang dapat menambah wawasan penulis untuk memahami lebih jauh tentang dunia telekomunikasi. Untuk itu penulis ucapkan terima kasih atas bimbingan dan arahan yang diberikan, antara lain : 1. Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayahnya. 2. Orang tua yang tiada hentinya memberikan dukungan baik moril maupun materiil. 3. Adik – adik tersayang yang turut memperhatikan perkembangan kakaknya.

v

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 4. Para paman dan tanteku yang senantiasa merepotkan pemikiranku dengan hal yang tidak – tidak, namun bantuan moril maupun spirituilnya sungguh sangat membantu. 5. Vespa dan tas biru merupakan teman terbaik yang selalu menemani saat senang dan sulit selama masa perkuliahan. 6. DR. ing Mudrik Alaydrus sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir. 7. Ir. Budi Yanto Husodo, MSc, selaku kaprodi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 8. Yudhi Gunardi, ST.MT, selaku koordinator tugas akhir Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 9. Seluruh staff dosen pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 10. Mariodona, ST atas kesediannya menjadikan tempat kostnya sebagai markas besar dalam menyelesaikan tugas akhir, Iman Ramdan, cST selaku teman seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir, A. Rachmansyah, ST, M. Arfah, ST, M. Bashori ST, Arif W, cST, atas kerjasamanya dalam memberikan pencerahan memainkan peran kita sebagai Total Club Manager FIFA 2007, Hadi, ST atas jalan – jalanya ke Jepara, Taufiq, ST, Yuswardani, cST, Febrianti, cST, Novianto, ST, Hanif, cST, Nanik, ST serta teman – teman seangkatan yang lain yang tidak tersebut namanya. Dan juga semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dan pembuatan laporan tugas akhir ini.

vi

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz Dalam penulisan laporan ini penulis merasa masih banyak kekurangan, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna penyempurnaan laporan tugas akhir ini. Semoga penulisan laporan tugas akhir ini berguna bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Akhirnya penulis berharap mudah-mudahan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan Teknik Elektro khususnya bagi Peminatan Teknik Telekomunikasi. Wassalamu’alaikum Wr.Wb

Jakarta, Agustus 2007

AgungPurnomo ( 01400 – 010 )

vii


DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ………………...…………………………………… ii LEMBAR PERNYATAAN ……………….……………………………………. iii ABSTRAK ………………………………………………………………………. iv KATA PENGANTAR…………………………………………………………….v DAFTAR ISI……………………………………………………………………... viii

BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………... 1 1.1 Latar Belakang…………………………………………………… 1 1.2 Tujuan..……………………………………………....................... 2 1.3 Metode Penulisan…...……………………………………………. 2 1.4 Batasan Masalah……………..………………………………….

2

1.5 Sistematika Penulisan………………………..…………………... 3 BAB II LANDASAN TEORI ………………………………………………….

4

2.1 Pendahuluan….……..……………………………………………. 4 2.2 Dasar Penguat………………………………………………..…... 5 2.2.1

Penguat Transistor Bipolar……………………………….. 6

2.2.1.1 Karakteristik Transistor Bipolar…………………………… 6 2.2.1.2 Penyetelan Titik Kerja Transistor………………………….. 8 2.2.1.3 Rangkaian Pengganti………………………………………. 9

viii

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 2.3

Osilator……………………………………………..……………… 12

2.4

Modulator………………………………………………………….. 15 2.4.1

Modulator Amplitudo…………………………...…………. 17

2.4.2

Index Modulasi…………………………………………….. 18

2.4.3

Spektrum AM…………………………………...…………. 20

2.4.4

Aplikasi Modulasi Amplitudo............................................... 22

2.4.5

Single Side Band (SSB)……………………………………. 23

2.5

Rangkaian Pencampur (Mixer)…………………………………….. 23

2.6

Penerima Superheterodyne………………………………………… 25

BAB III PERANCANGAN ALAT……….……………………………………….. 27 3.1

Blok Diagram Rangkaian………………………………………… 27

3.2

Perancangan Pemancar…………………………………………… 28 3.2.1

Osilator……………………………………………………. 28

3.2.2 Modulator……………………………….……………………. 32 3.2.3 Penguat Daya…………………..…………………………… 34 3.3 Perancangan Penerima………………………………….…………….. 38 3.3.1 Osilator……………………………………………….…….. 38 3.3.2 Mixer……………………………………..………………… 40 3.3.3 Demodulator……………………………………………….. 41 BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUKURAN……….................................

43

4.1 Pengukuran Bagian Transmitter……………………………………. 43 4.1.1 Pengukuran Transistor..………………………………….. 43

ix

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 4.1.2 Osilator…………………………………………………….. 45 4.1.3 Modulator Amplitudo……………………………………… 47 4.1.4 Penguat Daya Sinyal Termodulasi…………………………. 48 4.2 Pengukuran Bagian Receiver………………………………………. 49 4.2.1 Lokal Osilator……………………………………………… 49 4.2.2 Mixer……………………………………………………….. 51 4.2.3 Demodulator……………………………………………….. 52 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………. 52 5.1 Kesimpulan…..…………………………………………………... 53 5.2 Saran..……………………………………………………………. 54 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………….

x


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Perkembangan dunia telekomunikasi yang tiada hentinya memacu orang untuk terus berkreativitas dalam memenuhi kebutuhannya akan teknologi. Untuk itu diperlukan proses yang cukup panjang agar dapat memahami berbagai proses pengaplikasian teknologi telekomunikasi itu sendiri. Salah satu proses tersebut adalah pengiriman dan penerimaan proses informasi dengan media udara atau wíreles. Ide yang diutarakan oleh salah satu dosen Teknik Eleltro ini coba untuk ditindaklanjuti untuk tujuan pendamping salah satu mata kuliah di Teknik Elektro. Dalam hal ini penulis mencoba untuk merancang dan menganalisa sebuah rangkaian pemancar dan penerima AM dengan frekwensi kerja ±1 Mhz dengan berbagai pertimbangan seperti alat ukur yang terdapat di laboratorium. Modul pemancar dan penerima yang akan dibuat menggunakan sistem diskrit atau transistor sebagai komponen dasarnya. Pemilihan ini dilakukan untuk memudahkan penulis dan pengguna dalam melakukan pengukuran dan perhitungan, dan untuk memahami proses pembentukan sinyal dan pemisahan sinyal informasi dengan sinyal pembawanya. Selain itu akan dibahas juga tentang kelemahan dan

1

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz keuntungan

dari

sistem ini,

sehingga

proses transfer pengetahuan dapat

dimaksimalkan.

1.2 Tujuan Adapun tujuan penulisan ini adalah : Merancang dan Menganalisa Modul pemancar dan penerima AM yang di fungsikan pada batasan frekwensi kerja 1MHz dan dapat divariasikan sesuai dengan keinginan pengguna.

1.3 Metode Penulisan Metode penulisan yang dilakukan dalam penulisan ini adalah : 1. Studi literature 2. Perancangan modul pemancar dan penerima AM 3. Analisa rangkaian pemancar dan penerima AM 4. Penulisan laporan.

1.4 Batasan Masalah Modul pemancar dan penerima AM yang memiliki frekwensi kerja ±1 MHz yang terdiri dari penguat sinyal kecil, Voltage Controled Oscilator, Modulator AM dan Penguat daya. Pembahasan dilakukan pada langkah-langkah dan hasil perancangan yaitu pengukuran dari blok – blok rangkaian serta dasar teori yang mendukung perancangan tersebut.

2


1.5 Sistematika Penulisan Sistematika pada penulisan tugas akhir ini terurut sebagai berikut : Bab I.

Pendahuluan, terdiri dari latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistimatika penulisan.

Bab II

Teori Dasar Perancangan Modul Pemancar dan Penerima AM, pada bagian ini membahas konsep dasar bagian – bagian dari pemancar dan penerima AM.

Bab III

Perancangan Modul Pemancar dan Penerima AM, pada bagian ini menjelaskan secara terperinci mengenai proses perancangan modul pemancar dan penerima AM.

Bab IV

Analisa Modul Pemancar dan Penerima AM, pada bagian ini membahas karakteristik per bagian dari komponen pemancar dan penerima AM.

Bab V

Kesimpulan, bagian ini merupakan bagian akhir dari penulisan skripsi ini, yang berisi kesimpulan.

3


BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Pendahuluan Salah satu bagian dari teknik telekomunikasi adalah teknologi tanpa kabel atau wireless. Dalam teknologi wireless media, transmisi yang dipergunakan untuk mengirimkan data – data adalah media udara. Dalam pengiriman data melalui media udara diperlukannya suatu rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengubah suatu data agar dapat dikirimkan melalui media tersebut dan sebaliknya yaitu mengubah kembali data tersebut kembali ke data asalnya. Dalam prakteknya terdapat modul Transmitter (pemancar) dan Receiver (penerima) sebagai pengubah dan penuntun suatu informasi yang akan dikirim dari satu tempat ke tempat lainnya dengan wireless media. Dalam proses modulasi gelombang terdapat berbagai macam teknik untuk mengirimkan data informasi tersebut agar sampai ke tempat yang akan ditujunya. Dalam hal ini penulis mencoba merancang suatu modul pemancar dan penerima yang dimodulasikan dengan menggunakan teknik Amplitudo Modulation. Bagan sederhana dari pemancar dan penerima ditunjukkan oleh gambar 2.1 dan 2.2.

4


2.2

Dasar Penguat Disini akan dibahas suatu transistor dimodelkan dengan menggunakan

rangkaian ekivalen sinyal lemah hybrid-π. Keuntungannya adalah bahwa model yang sama, karenanya metode analisis yang sama pula, dapat digunakan untuk BJT dan FET. Yang penting ialah kemampuan untuk bias membentuk persamaan rangkaian dari rangkaian ekivalen, dan sejumlah contoh yang dipergunakan untuk mengilustrasikan cara melakukannya. Sama pentingnya ialah kemampuan untuk dapat menafsirkan persamaan itu, untuk melihat berbagai macam komponen yang mungkin mempengaruhi kinerja rangkaian tersebut. Memecahkan persamaan merupakan persoalan lain lagi, dan metode yang diilustrasikan berkisar dari penggunaan metode pendekatan untuk mengenal kinerja

5

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz rangkaian, untuk metode solusi yang eksak memerlukan penggunaan personal computer atau kalkulator yang dapat diprogram untuk melaksanakannya. Sinyal daya keluaran memiliki daya yang lebih besar dari sinyal masukan, sehingga dikatakan adanya penguatan. Supaya hal ini terjadi, haruslah ada daya lain yang masuk ke dalam rangkaian penguat ini, yang akan mengangkat level daya sinyal keluaran ke atas. Daya ini diambil dari sinyal DC yang dipergunakan untuk meletakkan titk kerja dari transistor tersebut dititik yang optimal, sehingga terjadinya penguatan.

2.2.1

Penguat Transistor Bipolar

2.2.1.1 Karakteristik Transistor Bipolar Untuk

memperkenalkan

karakteristik

transistor

bipolar

dipergunakan

rangkaian emitter bersama (common-emiter), yang mana kaki emitter dimiliki oleh gerbang input dan gerbang output. Gerbang be (basis-emiter) adalah gerbang masukan (input port) dan gerbang ce (collector-emiter) adalah gerbang keluaran (output port). Jika kita berikan suatu tegangan tertentu Vbe pada gerbang be, maka akan mengalir arus Ib, yang mempunyai karakteristik seperti pada komponen dioda (karena 2 pn junction yang dimilikinya). Ib yang mengalir sebagai fungsi dati tegangan Vbe dikatakan sebagai karakteristik masukan dari transistor.

6


Pada gambar 2.3, tegangan Vbe harus melewati nilai ambang tertentu supaya mengalir arus basis Ib. jika sekarang kita amati karakteristik keluaran dari transistor, maka kita dapati gambar sebelah kanan diatas. Jika diandaikan ada arus basis yang mengalir, jika tegangan Vce diperbesar dari nol, maka arus kolektor Ic akan membesar secara linier, sampai pada batas tertentu, transistor akan mengalami saturasi, perbesaran Vce tidak akan memperbesar Ic lagi (perbesaran tidak signifikan). Dalam keadaan saturasi, Ic membesar hanya jika Ib diperbesar. Karakteristik keluaran transistor diatas digambarkan sebagai kumpulan beberapa kurva, dimana arus basis sebagai parameternya. Di gambar tersebut terlihat Ic (besaranya dalam miliampere) lebih besar dari Ib (besaranya dalam microampere), sehingga didapatkan penguatan arus, yang didefinisikan dengan

β=

7

Ic Ib

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz Penggunaan transistor bipolar sebagai penguat sinyal lemah terjadi jika bentuk sinyal keluaran merupakan replica dari sinyal masukan. Hal ini hanya akan terjadi jika tegangan yang diletakkan pada tegangan be selalu lebih besar dari nilai ambang Vbe, sehingga kita bekerja pada bagian linier dari karakteristik masukan. Demikian juga halnya dengan sinyak keluaranya. Wilayah kerja dari sinyal keluaran haruslah terletak pada bagian linier dari karakteristik keluaran transistor, yaitu pada wilayah saturasi. Untuk mendapatkan wilayah yang sesuai dengan tuntunan diatas, harus disetel dahulu dengan bantuan tegangan dan arus DC, sehingga jika kita masukkan sinyal sinus ke dalam transistor, sinyalnya akan tetap berada pada wilayah yang diinginkan.

2.2.1.2 Penyetelan Titik Kerja Transistor Ada banyak teknik penyetelan titik kerja penguat. Gambar dibawah menunjukan variasi yang sering dipakai, karena nilai paling stabil pada toleransi transistor yang diproduksi oleh pabrik.

8


Gambar 2.4 Penyetelan titik kerja transistor Vcc adalah sumber tegangan DC penyetel titik kerja. Rc adalah resistor beban.

R1 dan R2 dipakai untuk menentukan titik kerja pada karakteristik masukan, dengan persamaan kirchoff untuk tegangan :

Vbe = I c R2

dan Vcc = ( I b + I Q ) R1 + I Q R2 . Dengan mengganti IQ pada

persamaan kedua, didapati Ib =

Vcc R + R2 − Vbe 1 R1 R1R2

Untuk gerbang keluaran berlaku Vcc = I c Rc + Vce atau I c =

Vcc Vce − Rc Rc

2.2.1.3 Rangkaian Pengganti

Secara perhitungan kuantitaif sangatlah sulit dengan hanya menggunakan kurva karakteristik. Oleh sebab itu transistor yang dipergunakan diatas, dengan bantuan kurva karakteristik, digantikan dengan rangkaian ekivalen dengannya.

9


Rangkaian ini dinamakan rangkaian pengganti, yang dibawah ini akan kita lihat lebih mendalam. Rangkaian pengganti sebuah transistor bipolar

Gambar 2.5 Rangkaian pengganti transistor bipolar Resistor rb’ mempunyai besar 10 Ω … 50 Ω, resistor ini menggambarkan kerugian dari semikonduktor yang menyusun kaki basis dari transistor. Resistor rπ =

kTβ , dengan β : Gain arus transistor basis ke kolektor qI c Ic : Arus Dc pembias pada kolektor q : Muatan Elektron k : Konstanta Boltzman T : Temperatur

Pada temperature T = 290 K.

rπ =

kT = 0,026 Volt q

0,026β Ic

Resistor ro adalah resistor kolektor ke emitter (besarnya sekitar 50 KΩ).

10


Resistor rµ adalah resistor kolektor ke basis (besarnya beberapa MΩ). gm adalah transkonduktansi dari transistor g m .rπ = β ⇒ g m = Pada T = 290 K

β rπ

=

q .I c kT gm ≈ 40 Ic

Rangkaian diatas dapat disederhanakan dengan mengabaikan besaran rb’ (short, karena dianggap kecil) dan dengan menganggap rµ sangat besar (open), sehingga didapat rangkaian sederhana pengganti berikut ini, yang digambarkan dengan tiga besaran.

Gambar 2.6 Rangkaian pengganti dengan tiga besaran Ketiga besaran pada gambar 2.6 juga dapat ditentukan dari karakteristik masukan dan keluaran dari transistor yang diamati. rπ dapat ditentukan dari kemiringan karakteristik masukan pada titik A, dengan Sedangkan yang kedua lainya dengan bantuan karakteristik keluaran dan gm dengan bantuan penguatas arus β dan rπ.

11


Osilator

Sistem komunikasi elektronik tidak dapat beroperasi tanpa sumber gelombang listrik sinusoida. Banyak tipe rangkaian osilator dipergunakan untuk memproduksi sinusoida ini, dan disini hanya akan dibahas osliator yang nantinya akan dipergunakan sebagai pembangkit gelombang sinusoida. Voltage Controlled Oscilators (VCOs) atau dengan kata lain osilator yang dikendalikan oleh tegangan. Osilator jenis ini ditemukan pada banyak penggunaan seperti control frekwensi otomatis, preset tuning radio, dan pengunci loop fase (PLL). Penerapan ini dibahas kemudian, tetapi prinsip umunya sama dalam semua kasus. Osilator dirancang sedemikian rupa sehingga frekwensinya dfapat divariasikan menggunakan tegangan kendali, yang misalnya saja dapat diterapkan melalui pengoperasian sebuah saklar atau secara otomatis sebagai bagian dari loop umpan balik. Gambar 2.7 menunjukkan bagaimana frekuensi osilator Clapp dapat dikendalikan dengan menggunakan suatu tegangan yang diterapkan pada sebuah dioda varaktor, yang merupakan bagian dari rangkaian tuning. Dioda varaktor itu adalah dioda pn junction bias terbalik, dan nama varaktor itu adalah kata baru dari variable reactor. Kapasitans suatu pn junction merupakan suatu fungsi penerapan tegangan bias terbalik, yang hubungannya diberikan oleh Cd =

Co V (1 − d )α

ψ

12


Gambar 2.7 Osilator Clapp yang dikendalikan tegangan

Co adalah dioda kapasitans pada bias nul (Vd = 0), ψ adalah potensial kontak junction yang boleh dianggap konstan pada kira – kira 0,5 V, dan indeks α

13


bergantung pada tipe junctionya. Untuk suatu junction patah, α = 1/2 dan sambungan bertingkat linear (liniearly graded junction), α = 1/3. Parameter ini dibawah kendali pembuatnya (pabrik), jadi dioda yang berlain – lainan sifat itu tersedia secara komersial. Vd adalah tegangan yang diterapkan melintasi dioda, nilai negative mewakili bias terbalik. Contoh perhitungan dioda varaktor 20 pF, apabila bias nulnya -7 V diterapkan, yang dihubungkan pada osilator clap seperti gambar 3 diatas. Nilai – nilai dari kapasitor masing – masing adalah C1 = 300 pF, C2 = 300 pF, C3 = 20 pF, CB = 20 pF dan L = 100 µH. Hitung frekwensi untuk bias nul dan bias terbalik -7 V. Dengan menerapkan bias nul, maka kapasitas tuning totalnya adalah Cs =

20 1 1 1 1 + + + 300 300 20 20

= 9,38 pF

Jadi frekuensi osilasinya adalah f =

1 2π 10− 4 x9,38 x10−12

= 5,2 MHz

Dengan bias terbalik -7 V, maka kapasitas tuningnya menjadi Cd =

CS =

20 ( −7 ) 0 , 5 1− 0,5

= 5,16 pF

1 1 1 1 1 + + + 300 300 20 5,16

= 4 pF

14


f =

1 2π 10− 4 x 4 x10−12

= 7,97 MHz

VCO dapat dirancang menggunakan amplifier operasional, dan memang rancangan VCO lengkap dapat dipabrikasi sebagai suatu rangkaian terpadu tunggal. Rangkaian yang diperlihatkan pada gambar 3 mengilustrasikan rangkaian VCO yang menggunakan operasional amplifier LM3900 buatan National Semiconductor Corporation. VCO itu terdiri atas sebuah integrator terbalik, sebuah trigger (pemicu) Schmidtt noninverting (tidak membalik, keduanya menggunakan LM3900, dan sebuah transistor Q1 pemindah aliran (Switching Transistor Q1).

2.4

Modulator

Memodulasi artinya meregulasi atau menyesuaikan, dan dalam konteks yang sekarang ini berarti mengatur parameter suatu gelombang carrier frekuensi tinggi dengan sinyal informasi frekuensi yang lebih rendah. Kebutuhan akan modulasi pertama timbul sehubungan dengan transmisi radio dari sinyal informasi frekuensi yang relatif lebih rendah seperti sinyal audio. Untuk transmisi yang efesien telah ditemukan bahwa dimensi antenanya harus merupakan yang sama order besarnya seperti panjang gelombang sinyal yang ditransmisikan. Hubungan antara frekuensi f dan panjang gelombang λ untuk transmisi radio adalah f λ = c, dimana c = 3.108 m/s adalah kecepatan cahaya di ruang bebas. Bagi suatu sinyal frekuensi rendah yang tipikal dengan frekuensi 1 KHz, panjang gelombangnya akan berada pada order 300 Km (atau188 mil), yang jelas tidak praktis.

15


Masalahnya dapat diatasi dengan menggunakan sinyal frekuensi rendah unhtuk memodulasi sinyal yang frekuensinya jauh lebih tinggi yang disebut dengan istilah gelombang carrier, karena gelombang pembawa ini secara efektif membawa sinyal informasi. Panjang gelombang yang relatif pendek pada gelombang pembawa frekuensi tinggi berarti bahwa antenna yang efesien dapat dibangun. Untuk pelaksanaan modulasi secara praktis, sinyal modulasi frekuensi pembawa harus jauh lebih besar daripada frekuensi tertinggi dalam sinyal modulasi seperti yang akan ditunjukkan nanti pada saat rangkaian spesifik dibahas. Dalam prakteknya, carrier itu selalu sinusoidal yang dapat dijelaskan dengan ec (t ) = Ec max sin(2πf ct + Φ c ) Parameter yang dapat dimodulasikan adalah amplitude Ecmax, frekuensi fc, dan fase Φc. Beberapa bentuk berbeda modulasi amplitude sedang digunakan, dan pengenalan perbedaan antaranya menjadi suatu hal yang perlu. Konsep aslinya, yang masih digunakan orang secara luas misalnya dalam broadcast band gelombang menengah, juga disebut sebagai amplitude modulation atau AM (kadang – kadang disebut standar AM).

2.4.1 Modulator Amplitudo

Dalam modulasi amplitudo suatu tegangan yang sebanding dengan sinyal modulasi ditambahkan kepada amplitude pembawa. Misalkan komponen tegangan

16


yang ditambahkan itu dinyatakan dalam notasi fungsional sebagai em (t ) ; kemuadian gelombang pembawa termodulasinya diberikan oleh em (t ) = [ Ec max + em (t )] cos(2πf ct + Φ c ) Term [ Ec max + em (t )] melukiskan envelope (sampul) gelombang yang dimodulasi, gambar 2.9 menunjukkan sinyal modulasi, carrier, dan gelombang AM yang dihasilkan, dimana sampulnya terlihat mengikuti bentuk gelombang sinyal modulasi. Ini juga mengilustrasikan secara gafrik mengapa istilah carrier itu digunakan.

Dalam kasus sebuah sinyal modulasi periodik, seperti diperlihatkan gambar 2.9 tegangan maksimum dan minimum gelombang termodulasi mudah diidentifikasi. Dengan suatu sinyal nonperiodik, seperti bentuk gelombang pembicaraan,

17


kuantitasnya akan berubah dan karenanya indeks modulasinya juga akan berubah. Yang penting adalah indeks modulasi jangan diperbolehkan lebih besar dari satu. Jika indeks modulasi melebihi satu, puncak negative bentuk gelombang modulasi tergunting (clipped).

2.4.2 Index Modulasi

Modulasi amplitudo merupakan suatu transmitter gelombang kontinyu yang paling sederhana. Transmitter ini hanya membutuhkan sinyal informasi em(t) yang mempunyai amplitudo bervariasi dan berfungsi untuk merubah amplitudo sinyal carrier Ec. Hasil dari proses perubahan ini menghasilkan sinyal termodulasi amplitudo eAM(t) sehingga menghasilkan sinyal termodulasi amplitudo dalam bentuk persamaan matematis sebagai berikut: eAM(t) = {Ec+em(t)}sin(2πfct+φ) dimana : em(t) = persamaan sinyal informasi eAM(t) = persamaan sinyal termodulasi amplitudo Ec = amplitudo sinyal carrier Pada persamaan diatas terlihat bahwa amplitudo sinyal AM merupakan kombinasi dari amplitudo sinyal carrier dengan amplitudo sinyal informasi. Banyaknya perubahan amplitudo sinyal carrier tergantung pada banyaknya amplitudo dari sinyal informasi. Perubahan ini diekspresikan sebagai rasio amplitudo

18


sinyal informasi maksimum terhadap amplitudo sinyal carrier, dengan persamaan matematis sebagai berikut: m=

Em max Ec

m= index modulasi. Bila sinyal informasi dalam bentuk persamaan gelombang kontinyu, maka harga index modulasi m=

Em Ec

Sebagai contoh gambaran index modulasi m adalah prosentase dari perbandingan amplitudo sinyal informasi dengan amplitudo sinyal carrier bila dikalikan dengan 100%. Bila m = 0,5 berarti amplitudo carrier perubahannya naik dan turun sebesar 50%, dan bila m = 1 berarti perubahannya 100%. Gambar 10 menampilkan perubahan amplitudo sinyal carrier dengan m < 1, m = 0, m = 1 dan m > 1, sedangkan syarat besarnya index modulasi yang memenuhi adalah 0 < m ≤ 1.

19


2.4.3

Spektrum AM

Spektrum menggambarkan kondisi dari suatu sinyal dalam domain frekuensi. Disini dapat dilihat besaran-besaran yang dimiliki oleh sinyal yang berupa daya sinyal, bandwidth sinyal, serta sinyal-sinyal yang berdekatan.

20


Sebagai contoh sinyal sinus dan cosinus mempunyai single spectrum seperti terlihat pada gambar 2.11, sedangkan sinyal-sinyal non-sinusoidal akan mempunyai banyak spectrum frekuensi yang berupa sinyal-sinyal harmonisa. Sebagai contoh, pada gambar diatas merupakan sebuah sinyal carrier dalam time domain dan dalam frequency domain dengan T=1/65 dt sehingga mempunyai frekuensi sebesar f = 65Hz. Disini mempunyai spektrum yang terdiri dari single komponen dengan frekuensi 65Hz. Bila sinyal carrier tersebut digunakan untuk membawa sinyal informasi dengan frekuensi 5Hz menggunakan teknik modulasi amplitudo dengan index modulasi 50%, maka akan mempunyai bentuk gelombang dan spektrum sinyal termodulasi amplitudo seperti terlihat pada gambar 2.12

21


Pada sinyal termodulasi amplitudo mempunyai spektrum yang sederhana dimana pada contoh diatas terdiri dari sinyal carrier dengan frekuensi 65Hz dan sinyal pemodulasi (informasi) dengan frekuensi 5Hz, maka akan menghasilkan spectrum sinyal AM yang terdiri dari sinyal carrier, lower side band (LSB) dan upper side band (USB) dimana kedua sinyal sideband tersebut mempunyai frekuensi 60Hz(LSB) dan 70Hz(USB). Dari bentuk spektrum ini dapat diketahui besarnya bandwidth yang digunakan oleh sinyal termodulasi amplitudo, yaitu sebesar 70Hz – 60Hz sama dengan 10Hz atau dapat juga menggunakan rumus bandwidth (BW)=2fm dimana fm merupakan frekuensi dari sinyal informasi.

2.4.4

Aplikasi Modulasi Amplitudo

Radio AM merupakan salah satu contoh penerapan dari modulasi amplitudo, dimana pada radio AM menggunakan band frekuensi (range frekuensi AM) yaitu sekitar 550KHz sampai 1720KHz. Maksud dari range frekuensi tersebut adalah frekuensi carrier yang digunakan pada transmistter radio AM untuk mengirimkan sinyal informasi dengan range frekuensi audio yaitu diatas 20KHz. Tetapi pada modulasi amplitudo frekuensi informasi dibatasi hingga 5KHz sehingga mempunyai bandwidth untuk setiap transmitter sebesar 10KHz. Sehingga pada range frekuensi untuk radio AM jumlah maksimum transmitter AM sebesar 107 transmitter dimana setiap transmitter memiliki bandwidth sebesar 10KHz.

22

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 2.4.5

Single Side Band (SSB)

Prinsip dasar dari sistem single side band adalah sangat sederhana yaitu diambil dari sistem modulasi amplitudo, hanya dengan menambahkan komponen band pass filter sehingga sinyal output yang diperoleh berupa salah satu side band seperti gambar 2.13. Sinyal AM Informasi

Amplitude Modulator

Band Pass Filter (BPF LSB/USB)

Output SSB

Gambar 2.13 Blok diagram transmitter SSB

Band pass filter disini berfungsi sebagai penyeleksi sinyal yang akan dipancarkan, dalam hal ini diambil sinyal LSB atau USB sehingga hanya satu sinyal saja yang dipancarkan, oleh karena itu dinamakan transmitter single side band (SSB).

2.5

Rangkaian Pencampur (Mixer)

Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi lain. Ada sejumlah alas an mengapa pengubahan frekuensi itu diperlukan, dan kenyataannya sejumlah proses mixing dipergunakan dalam penerapan khusus, yang tampil dengan nama berbeda. Modulasi, demodulasi, dan multiplikasi frekuensi merupakan beberapa contoh ini. Istilah mixer pada umumnya dicadangkan untuk rangkaian yang mengubah sinyal frekuensi radio ke satu nilai madya (yang dikenal sebagai Intermediate Frequency atau IF) dan yang memerlukan masukan dari sebuah osilator local untuk melakukannya.

23


Beberapa tipe mixer (terutama yang digunakan untuk microwave) tersedia dalam bentuk unit paket, dengan masukan ports yang berlabel RF da LO dan output port berlabel IF. Dalam aplikasi penerima tertentu rangkaian osilatornya merupakan bagian tak terpisahkan dari rangkaian mixer, dan hanya masukan RF dan output IF sajalah yang siap untuk dikenali. Semua rangkaian mixer memanfaatkan kenyataan bahwa apabila dua sinyal sinusoidal dikalikan bersama, hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yang dijumlahkan dan yang dikurangkan atau selisihnya. Ini diperagakan sebagai berikut. Biarkan sinyal osilatornya direpresentasikan oleh Vosc = Vosc sin ω osc t Dan sinyal RFnya oleh Vsig = Vsig sin ω sig t Perkalian kedua sinyal itu memberikan VoscVsig = Vosc sin ω osc tVsig sin ω sig t VoscVsig =

VoscVsig 2

(cos(ω osc − ω sig )t − cos(ω osc + ω sig )t )

Suku yang mengandung frekuensi ω osc − ω sig adalah yang biasa dipilih dengan penyaringan, sebagai sinyal Intermediate Frequency (IF) (dalam penerapan tertentu yang lainnya, komponen frekuensi tinggi mungkin yang dipilih). Akan terlihat bahwa tidak satupun dari kedua frekuensi masukan itu hadir dalam keluaran, yang ada hanya penjumlahan dan pengurangan saja.

24


Penerima Superheterodyne

Maksud dari superheterodyne adalah percampuran dua frekuensi yang berbeda sehingga menghasilkan sebuah frekuensi baru. Pada sistem modulasi amplitudo merupakan suatu proses heterodyne, karena pada modulasi amplitudo ini sinyal informasi dicampur dengan sinyal carrier sehingga menghasilkan suatu sinyal sideband. Penerima superheterodyne disini fungsinya untuk memisahkan sinyal yang diterima berupa sinyal hasil percampuran tadi, sehingga dapat diperoleh hanya sinyal informasi yang diinginkan. Blok diagram dari penerima superheterodyne seperti gambar 2.14.

Pada receiver konvensional diperlukan sebuah mixer (pencampur frekuensi) dan rangkaian local osilator. Rangkaian lokal osilator ini fungsinya sebagai tuning (pemilih) frekuensi, oleh karena itu rangkaian ini harus dapat menghasilkan semua

25


frekuensi yang digunakan pada pemancar AM. Sebagai contoh, bila ingin menerima siaran televisi, berarti rangkaian osilator harus dapat menghasilkan frekuensi 235 MHz. Kemudian untuk mendapatkan sinyal informasi diperlukan rangkaian bandpass filter yang bekerja pada frekuensi tengah 235MHz, dimana rangkaian band-pass filter ini sudah tergabung pada bagian demodulator. Selanjutnya bagian amplifier berfungsi sebagai penguat sinyal output dari band-pass filter yang berupa sinyal informasi. Pengaturan output dari rangkaian osilator ini yang dinamakan proses tuning. Berikut ini tabel frekuensi receiver AM dan FM yang mana terdiri dari range carrier radio frekuensi (RF), frekuensi intermediate IF (fIF = fLO - fRF) dan bandwidth IF. Tabel Frekuensi-frekuensi pada receiver AM dan FM

Radio AM

Radio FM

Range carrier RF

0.535 – 1.605 MHz

88 – 108 MHz

Frekuensi intermediate IF

0.455 MHz

10.7 MHz

Bandwidth IF

10 KHz

200 KHz

26


BAB III PERANCANGAN ALAT

Sistem dari perancangan alat transceiver ini terdiri dari osilator, modulator, power amplifier, mixer, dan demodulator. Dimana di tiap bagian di usahakan ada suatu parameter yang dapat divariasikan untuk dapat melihat berbagai pola dan karakteristik yang berbeda. Dalam bab ini akan dibahas mengenai perancangan alat mulai dari blok diagram alat secara keseluruhan serta cara kerja dari setiap blok yang ada.

3.1

Blok Diagram Rangkaian

Untuk dapat menganalisa proses kerja dari transceiver yang dibuat, terlebih dahulu dibuat blok diagram rangkaian. Blok diagram rangkain ini dimaksudkan untuk mendapatkan gambaran umum mengenai cara kerja dari pemancar dan penerima dengan sistem diskrit yang nantinya akan dibahas lebih rinci lebih lanjut. Secara keseluruhan blok diagram alat ini dapat dilihat pada gambar 3.1.

27


3.2

Perancangan Pemancar

3.2.1

Osilator

Osilator yang dalam hal ini di fungsikan sebagai sinyal carrier, dibuat bekerja dalam frekuensi yang telah disepakati yaitu 1 MHz. Disini penulis mencoba menggunakan aplikasi dari Osilator Colpitt dan dibuat parameter pengubah dibagian pengesetan titik kerja dengan menggunakan variable resistor. Dan sebagai pembatasan frekuensi yang dibuatkan juga variable resistor untuk membatasi lebar bandwidth yang akan digunakan. Berikut adalah gambar dari perancangan Osilator Colpitt.

28


R1A

VCC1

L1 R1

TR 1 C1 R2

C3

R3

L2

C2 C4

Gambar 3.2 Osilator Colpitt Dalam hal ini penulis mencoba untuk membuat agar osilator ini dapat bekerja dalam berbagai kesesuaian, oleh karena itu penulis mencoba untuk menentukan besarnya nilai – nilai dari berbagai komponen yang digunakan. Dengan nilai R1 = variable resistor, R1A = 220 Ω, dan R3 = 1 KΩ sebagai penyetelan titik kerja dari transistor yang digunakan. V cc Ic

Vb =

R2 1000 Vcc = x15 = 12,295Volt R1 + R2 1220

R 1

Ve = Vb − Vbe = 12,295 − 0,7 = 11,595Volt

Ib V ce

IQ

V be

R 2

R E

Ie =

Ve = 11,6mA Re

29


I c = I e = 11,96mA Iq =

Vbe 0,7 = = 0,7 mA R2 10 3

Ib =

Vcc R + R2 − Vbe 1 = 680mA − 3,9mA = 676,1mA R1 R1 R2

Vc = Vcc − I c Rc = 15Volt Vce = Vc − Ve = 15 − 11,96 = 3,04Volt r 'e =

25mV = 2,09Ω Ie

Rc = jωL1 = j 2π 10 6.560.10 −3 = j 3,5.10 6 Ω Osilator dimodelkan sebagai amplifier berumpan balik posiif, setiap gangguan

C3

kecil pada masukan terhadap amplifier,

R1//R2 L2

seperti yang ditimbulkan oleh noise akan diperkuat dan sebagian sinyal yang

C4

diperkuat

diumpan

balikan

kepada

masukan. Asalkan sinyal umpan balik tersebut mempunyai amplitudo yang cukup dan fasenya tepat, maka proses dapat menghasilkan pembentukan suatu sinyal yang menopang sendiri atau osilasi. Disamping ini adalah analisa rangkaian pada saat mulai berosilasi.

30


Frekuensi yang dihasilkan dari rangkaian ini dengan nilai L2 = 22 µH dan C3 = 2,2 nF dan C4 = 3,3 nF adalah sebesar dan menggunakan analisa analog pada osilator Hartley maka didapatkan : H =−

Cs =

fo =

C 4 3,3 = = 1,5 C 3 2,2

C1 .C 2 3,3.2,2 = = 1,32nF C1 + C 2 2,2 + 3,3

1 2π L2 C s

=

0,1592 22.10 −6.1,32.10 −9

=

0,1592 1,592.10 6 = = 0,935MHz 1,7 1,7.10 −7

Syarat terjadinya osilasi adalah sebagai berikut dengan nilai S yang didapatkan dari hasil pengukuran dan dibahas lebih lanjut pada BAB IV H=

C4 1 1 > = = 1,808.10 −3 3 C 3 SRc 0,158.3,5.10

Dan dengan dipilihnya C4 = 3,3 nF dan C3 = 2,2 nF maka syarat diatas terpenuhi dan rangkaian ini akan bekerja dengan frekuensi osilator sebesar 1 MHz.

31


Modulator

Modulator yang berfungsi untuk membungkus sinyal informasi dirancang dengan memiliki variable resistor di posisi penyetelan titik kerja untuk dapat memvariasikan fungsi dari rangkaian modulator dan pada filter untuk memvariasikan lebar bandwidth yang diserap. Disini penulis mencoba untuk meniadakan dahulu nilai dari variable resistor dan dengan nilai – nilai komponen yang telah di tetapkan maka didapatkan perhitungan sebagai berikut.

V cc Ic R1

Ib V ce

IQ

Vbe

R2

RC

Gambar 3.3 Modulator Dalam hal ini penulis mencoba untuk membuat agar modulator ini dapat bekerja dalam berbagai kesesuaian, oleh karena itu penulis mencoba untuk menentukan besarnya nilai – nilai dari berbagai komponen yang digunakan. Dengan

32


nilai R1 = variable resistor, R1A = 330 Ω, R2 = 1,5 KΩ dan R3 = 1 KΩ sebagai penyetelan titik kerja dari transistor yang digunakan. Vb =

R2 1500 Vcc = x15 = 12,295Volt R1 + R2 1830

Ve = Vb − Vbe = 12,295 − 0,7 = 11,595Volt Ie =

Ve = 11,6mA Re

I c = I e = 11,96mA Iq =

Vbe 0,7 = = 0,7 mA R2 10 3

Ib =

Vcc R + R2 − Vbe 1 = 680mA − 3,9mA = 676,1mA R1 R1 R2

Vc = Vcc − I c Rc = 15Volt Vce = Vc − Ve = 15 − 11,96 = 3,04Volt r 'e =

25mV = 2,09Ω Ie Disini penulis mencoba untuk menyaring frekuensi yang dihasilkan oleh

osilator yaitu sebesar 1 MHz, oleh karena itu penulis mencoba menggunakan L = 1 µH dan C = 25 nF untuk menghasilkan filter frekuensi sebesar 1 MHz. f =

1 2π LC

=

1 6,28 1.10− 6.25.10− 9

107 = = 1,007 MHz 9,93

33


Syarat besarnya index modulasi yang memenuhi adalah 0 < m ≤ 1. Dan dengan Vosc = 3 V, maka VLF harus antara 0 < VLF ≤ 3 V agar dapat memenuhi syarat terjadinya modulasi yang baik.. V AM (t ) = {VC + VLF (t )} sin(2πf C t + θ ) dimana : VLF = persamaan sinyal informasi VAM = persamaan sinyal termodulasi amplitudo VC = amplitudo sinyal carrier Seandainya kita menggunakan C = 22 nF dan R = 10 KΩ, maka lebar pita frekuensi yang didapatkan adalah sebesar Qp = ωcCR = 6,28.106.22.10-9.10.103 = 1381,6

3.2.3

Penguat Daya

Gambar 3.4 merupakan gambar penguat daya dengan emitter sebagai input dan output dengan menggunakan transistor 2N3904. Sinyal akan dikuatkan dengan karakteristik yang dimiliki oleh transistor ini seperti yang terlampir. Dari gambar kita ketahui bahwa sinyal Vin adalah sinyal masukan dan Vout adalah sinyal keluarannya. Kapasitor

disini

digunakan

sebagai

kopling

kapasitor

untuk

dapat

mengirimkan sinyal input pada frekuensi yang dibatasi. Kapasitor juga berfungsi sebagai bypass capasitor untuk menghubung singkat rangkaian.

34


Telah kita ketahui bersama bahwa kapasitor memiliki reaktansi kapasitif, yaitu Xc → 0 apabila frekuensi kerja yang digunakan sangat besar, itu berarti kapasitor short (AC short). Dan Xc → ∞ apabila frekuensi sangat kecil (→ 0), itu berarti kapasitor hubung terbuka (DC open).

R1

C2

RC

L1

Osilator C1 Vcc Rg

AC 100 mV

Vout

Viin R2

RE

Gambar 3.4 Penguat Daya

35

C3


Dari contoh gambar diatas dapat kita ketahui bahwa i pada frekuensi tinggi memiliki arus maksimal karena kapasitor short. sehingga didapat i max =

Vg R g + RL

,i

= 0 apabila frekuensi rendah sinyal DC. Jika frekuensi itu antara 20 Hz – 20 KHz, maka kopling kapasitor berfungsi, kita harus menjamin bahwa pada frekuensi 20 Hz AC short dengan cara memperbesar nilai kapasitor menjadi Xc > 10 Rtotal, dimana Rtotal adalah Rg + RL. Bila diketahui Rtotal = 2 KΩ, maka kapasitor harus bernilai lebih dari : Xc = 10.2.103 →

C=

1 = 20.103 2πfC

1 = 398 pF 2.3,14.20.20.1000

Frekuensi kritis adalah frekuensi dimana Xc = R Xc = R →

1 1 = R maka fc = 2πfC 2πRC

Dampak dari frekuensi kritis ini adalah arus turun menjadi sebesar 70,7 %. i = 0,707 imax. High frekwensi border (batas frekunsi atas) fh = 10 fc. Dimana kapasitor yang digunakan dalam rangkaian penguat ini adalah 10 μF, maka dapat kita ketahui batas – batas frekuensinya : fc =

1 1 = 8 Hz = 2πRC 2.3,14.10μ.2Κ

fh = 10 fc = 80 Hz

36


Dalam analisa diatas dapat diartikan bahwa pada frekuensi diatas 80 Hz kapasitor dapat mengirimkan sinyal AC. Agar penguat dapat bekerja pada suatu titik kerja tertentu maka kita harus dapat menentukan titik kerja tersebut dengan cara menganalisa rangkaian secara DC dan dengan menggunakan bantuan dari R1 dan R2. Dimana pada rangkaian ini menggunakan Vdc sebesar 10 V, R1 = 10 KΩ, R2 = 2,2 KΩ, Rc = 1 KΩ, L1 = 1 µH, C2 = 22 nF dan Re = 1 KΩ. Dengan adanya sumber DC ini arus tidak mengalir dari sumber AC karena kapasitor mendecouple sinyal AC sehingga rangkaian menjadi hubung terbuka. Rangkaian pengganti dari analisa DC seperti terlihat dibawah ini : Vb =

R2 2,2 x Vcc = 10 R1 + R2 10 + 2,2

= 1,8 V R1

RC

Ve = Vb – Vbe = 1,8 – 0,7 = 1,1 V Ie =

Ve 1,1 = 3 = 1,1 mA Re 10

Vcc

R2

RE

Ic ≅ Ie → Ic = 1,1 mA Vc = Vcc = 10 V Vce = Vc – Ve = 10 – 1,1 = 8,9 V Ic sat =

Vcc − Ve 10 = = 10mA 1000 Rc

Jika rangkaian mendapatkan sumber AC, maka kapasitor berfungsi sebagai kopling pada frekuensi kerja yang telah ditentukan. Karena impedansinya dianggap

37


sangat kecil sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan. Dan dengan rangkaian pengganti yang telah disederhanakan sebagai berikut, maka didapat : rè =

25mV = 22,73 Ω Ie

R1//R2 =

R1

10.2,2 = 1,8 KΩ 10 + 2,2

Rg

AC 100 mV

rc = 1 KΩ

R2

Dan dengan β = 50

Jika input audio generator kita berikan sebesar Vg = 1,7 V ig =

ib =

Vg Rs + R1 // R2

=

1,7 = 6,07 mA 1000 + 1800

R1 // R2 1,8 x ig = 6,07.10-3 = 372 μA R1 // R2 + β r è 1,8 + 1,135

vb (Vin) = ib.βrè = 372.10-6.1,135.103 = 422,22 mV ic = βib = 50.372.10-6 = 18,6 mA Vc (Vout) = ic.rc = 18,6.10-3.1.103 = 18,6 V

38

RC


Av = -

Vout 18,6 == - 44,08 Vin 0,422

Dapat kita ketahui dari perhitungan diatas bahwa penguatan rangkaian ini sebesar – 44,08 yang berasal dari perbandingan Vout dan Vin. Atau yang dapat kita ketahui langsung dari perbandingan rc (tahanan kolektor pada analisa AC) dan rè (tahanan emitter pada analisa AC). Tanda minus menunjukkan bahwa terjadi pembalikan fasa dari sinyal input dalam rangkaian penguat diatas. Penguatan Daya AP = Av.β = 44,08.50 = 2204

3.3

Perancangan Penerima

3.3.1

Osilator

Di dalam penerima juga dirancang sebuah Osilator lokal yang dipergunakan untuk menurunkan frekuensi yang di terima agar menjadi selisihnya sebagai masukan untuk rangkaian mixer. Jenis dari osilator yang dipakai serupa dengan yang di pemancar yaitu menggunakan rangkaian Collpitt Osilator, hanya

dalam hal ini

osilator dirancang sedemikian rupa agar frekuensinya tidak lebih besar dari yang digunakan pada pemancar.

39


R1A

VCC1

L1 R1

TR 1 C1 R2

C3

R3

L2

C2 C4

Gambar 3.5 Osilator Colpitt Pada rangkaian gambar 3.5 penulis mencoba menghasilkan frekuensi sebesar 500 KHz agar dapat dijadikan masukan pada rangkaian mixer dan keluar hasil yang diinginkan yaitu selisih dari 1 MHz dan 500 KHz sebesar 500 KHz. Jika kita menentukan besarnya nilai dari C3 = 10 nF dan C4 = 1 nF serta L2 = 100 µH maka besarnya frekuensi yang dihasilkan adalah Cs =

C 3.C 4 10.1 = = 0,909nF C 3 + C 4 10 + 1

f LO =

1 2π LC s

=

1 −6

6,28 100.10 .0.909.10

−9

40

=

0,1592 = 505KHz 3.015.10 −7


Mixer

Rangkaian mixer dibawah ini dilakukan untuk menentukan titik kerja dilihat dari nilai R1 dan R2. sinyal RF yang datang berfrekuensi 1 MHz dan frekuensi IF yang diinginkan adalah 500 KHz.

Gambar 3.6 Mixer Jika dinginkan rangkaian ini bekerja dengan IB = 1 µA, IC = 10 mA, VBE = 0,7 V dan VCE = 3 V. Maka kita dapat menghitung nilai dari R1 dan R2 sebagai berikut : Vcc = R2 ( I b + I c + Vce ) R2 =

Vcc − Vce 4−3 = = 100Ω −6 Ib + Ic 1.10 + 10.10 −3

Vce = R1 I b + Vbe

41


R1 =

Vce − Vbe 3 − 0,7 = = 2,3.10 6 Ω Ib 1.10 −6

Dan nilai dari C2 = 1 nF dan L2 = 100 µF maka akan terjadi frekuensi osilasi sebesar f =

1 2π LC s

=

1 −6

6,28 100.10 .0.909.10

−9

=

0,1592 = 505KHz 3.015.10 −7

3.3.3 Demodulator

Disini penulis mencoba merancang demodulasi dengan menggunakan dioda, yang terlihat pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Demodulator Dioda digunakan untuk menyearahkan sinyal yang datang dari rangkaian mixer. Sinyal positif diteruskan dan sinyal negatif akan ditahan dan rangkaian R1 dan C1 berfungsi sebagai low pass filter yaitu pengisian dan pengosongan tegangan sesuai dengan indeks modulasi dan frekuensi informasi yang ingin disaring. Modulator di design untuk sinyal low frequency yang mempunyai bandwidth sebesar 10 KHz, yang datang dari mixer dengan frekuensi antara (IF) sebesar 500

42


KHz. Sinyal pemancar ini dimodulasikan dengan indeks m = 80% (0,8). Tahanan beban (R3) pada demodulator sebesar 10 KΩ. Dengan R3 = 10 KΩ maka R1 = 0,5.R3 = 5 KΩ. Tetapi karena nilai ini tidak ada di pasaran elektronika maka dirangkaian digunakan R1 = 4,7 KΩ. Kapasitor C1 di dapatkan sebesar C1 =

1 − m2 0,6 = = 2,54nF 2πf LF max mR1 6,28.10.10 3.0,8.4,7.10 3

R2 dan C2 dipilih sebagai low pass filter (LPF), karena frekuensi antaranya sebesar 500 KHz, maka kita bisa pilih frekuensi batasnya untuk LPF sebesar 20 KHz. Sehingga jika R2 = 2,2 KΩ maka R2 =

1 1 1 ⇒ C2 = = = 0,0145.10 −8 = 0,15nF 5 3 ωC C 2 ω C R2 6,28.5.10 .2,2.10

43


BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUKURAN

4.1 Pengukuran Bagian Transmitter

Dalam hal ini penulis mencoba untuk membandingkan hasil dari perancangan dan pengukuran perbagian dari rancangan pemancar tersebut untuk mengetahui apa yang menyebabkan perbedaan – perbedaan yang terjadi dan cara mengatasi perbedaan yang timbul.

4.1.1

Pengukuran Transistor

Tidak semua nilai variable bisa kita dapatkan dalam data sheet yang dikeluarkan oleh produsen transistor, oleh karena itu dilakukan beberapa pengukuran untuk mendapatkan nilai – nilai yang diperlukan dalam perhitungan. Di sini penulis mencoba untuk mendapatkan nilai S (kelandaian grafik dari transistor) dari 2 buah transistor yang digunakan oleh penulis dalam merancang modul transmitter dan receiver, yaitu BC 549 dan 2N3904.

Gambar 4.1 Pengukuran Transistor

44


Tabel 4.1 adalah hasil pengukuran dari transistor BC 549 Tabel 4.1 Karakter DC Transistor BC 549 Input Vbe (mV)

Out Vce (mV)

Out Ice (mA)

0

1900

0

100

2500

0

200

2200

0

300

2000

0

400

1100

0

500

25.3

0

600

0

0

700

0.2

0.1

800

4

0.7

900

26

5

1000

60

1.9

Dipilih Vce antara 0,2 – 4 Volt karena dalam perhitungan didapatkan hasil Vce = 3,04 V, sehingga nilai S didapatkan sebagai berikut S BC 549 =

0,7 − 0,1 0,6 = = 0,158 4 − 0,2 3,8

Tabel 4.2 adalah hasil pengukuran dari Transistor 2N3904 Tabel 4.2 Karakter DC Transistor 2N3904 Input Vbe (mV)

Output Vce (mV)

Output Ice (mA)

0

0

0

100

1

0.14

45

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 200

1.9

0.29

300

3

0.44

400

4

0.60

500

5

0.77

600

6.1

.094

700

7.2

1.10

800

8.2

1.26

900

9.4

1.46

1000

10.5

1.63

1200

12.9

2

1500

16.4

2.53

2000

23.1

3.58

2500

30.1

4.65

3000

37.6

5.84

3500

47.6

7.60

4000

60.4

9.4

5000

90.6

14.05

7000

184.8

34.60

7830

400

61.2

Dalam perancangan osilator tidak menggunakan transistor jenis ini, tapi ini hanya dijadikan sebagai pembanding saja bahwasanya terdapat perbedaan tiap jenis transistor, dan nilai S diambil secara acak. S 2 N 3904 =

2,53 − 2 0,53 = = 0,1514 16,4 − 12,9 3,5

46

Perancangan Modul Pemancar Dan Penerima Dengan Sistem Diskrit Pada Frekuensi Kerja 1 Mhz 4.1.2 Osilator

Pada bab dua penulis mencoba untuk merancang osilator dengan menggunakan osilator Clapp yang frekuensinya dapat dikendalikan oleh tegangan melalui dioda varaktor. Karena dioda varaktor sulit dicari di toko – toko komponen elektronika akhirnya penulis menggunakan osilator colpitt. Dalam pengukuran ini penulis mencoba untuk memberikan supply DC sebesar 20 Volt, dan kapasitor yang dipilih adalah C3 = 10 nF dan C4 = 1 nF. Dan dari input ini didapatkanlah hasil pengukuran sebagai berikut :

Gambar 4.2 Pengamatan Rancangan Osilator posisi selektor tegangan berada pada 2 V/DIV dan selektor waktu pada 1 µs/DIV. Vout = 3 x 2 = 6 Vpp Vouteff =

0.5Vpp 2

= 2,12Volt

T = 1 x 1 µS = 1µs fc =

1 1 = = 1MHz T 1.10 −6 Dari pengukuran hasil gambar 4.2 menunjukkan bahwa rancangan alat

bekerja, karena hanya dengan input DC dapat menghasilkan gelombang sinusoidal

47


berfrekuensi sebesar 1 MHz dan memiliki Amplitudo sebesar 3 Vpp. Sedangkan menurut hasil perhitungan dari bab tiga frekuensi osilator yang didapatkan adalah 0,935 MHz, hasil pengamatan dan perhitungan mungkin dipengaruhi oleh faktor pengamat, toleransi dari nilai komponen dan dapat pula dipengaruhi oleh faktor alat ukur osiloskop. Pada rangkaian osilator ini diberikan suatu variabel resistor untuk menentukan titik kerja transistor yang dapat menghasilkan suatu fungsi transistor sebagai osilator dan pada titik tertentu rangkaian ini tidak dapat bekerja sehingga fungsi transistor sebagai osilator tidak terpenuhi dengan mengubah nilai dari variabel resistor tersebut. Jika kita besarkan nilai variable resistor menjadi lebih besar dari nilai dari R2 pada rancangan Osilator maka rangkaian tersebut akan tidak berfungsi menjadi osilator.

4.1.3 Modulator Amplitudo

Di rangkaian modulator penulis memberikan supply DC sebesar 15 Volt dan kapasitor yang digunakan sebesar 22 nF dan induktor sebesar 1 µH untuk menyaring frekuensi sebesar 1 MHz, input dari audio generator sebesar 2 Vpp pada frekuensi 10 KHz untuk menghasilkan indeks modulasi yang tidak lebih besar atau sama dengan 1 dalam menjaga kualitas informasi.

48


Gambar 4.3 Pengamatan Modulator Posisi selektor tegangan berada pada 1 V/DIV dan selektor waktu pada 10 ms/DIV.. Dan hasil pengukuran pada alat menunjukkan sebagai berikut Vout = 1 x 1 = 1 Vpp Vouteff =

0,5Vpp 2

= 0,354V

Dari gambar 4.3 terlihat bahwa sinyal informasi membungkus sinyal carrier yang menunjukkan rangkaian dapat bekerja sesuai yang diinginkan penulis yaitu berfungsi sebagai amplitude modulator. Di dalam rangkaian modulator juga diberikan suatu variabel resistor untuk menentukan titik kerja dari transistor guna menentukan fungsi dari transistor tersebut sebagai modulator dengan cara merubah nilai dari variabel resistor tersebut. Jika kita besarkan nilai variable resistor menjadi lebih besar dari nilai dari R2 pada rancangan Osilator maka rangkaian tersebut akan tidak berfungsi menjadi modulator. Apabila frekuensi dari audio generator input dirubah yang menyebabkan indek modulasi menjadi nol atau melebihi satu maka akan terlihat bahwa sinyal yang

49


termodulasi akan berubah pula apakah itu menjadi tidak adanya modulasi (nol) atau mosulasinya akan menjadi terganggu. Begitu juga apabila kita rubah frekuensi informasi yang berasal dari audio generator akan terlihat pula bahwa terjadi pergeseran frekuensi di pengukuran pada osiloskop.

4.1.4

Penguat Daya Sinyal Termodulasi

Pada rangkaian penguat daya diberikan supply DC sebesar 15 Volt dan masukannya merupakan output dari modulator yang hasilnya telah diberikan pada pengukuran sebelumnya diatas. Vout = 1 x 2,6 = 2,6 Vpp Vouteff =

A=

0,5Vpp 2

= 1,84V

Vout 1,84 = = 5,2 0,354 Vin

Dari hasil pengukuran diatas menunjukkan terdapat penguatan sebesar 5,2. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi penguatan walaupun kecil, yang berarti rangkaian bekerja sesuai dengan fungsinya walaupun tidak sesuai dengan harapan penulis. Ini mungkin disebabkan nilai – nilai dari data sheet tidak sesuai dengan karakteristik dari transistor itu sendiri. Karena penulis sudah mencoba menggantikan transistor tersebut dengan tipe yang sama dari beberapa transistor tersebut dan menghasilkan nilai yang berbeda – beda.

50


Pengukuran Bagian Receiver

Dalam hal ini penulis mencoba untuk membandingkan hasil dari perancangan dan pengukuran perbagian dari rancangan penerima tersebut untuk mengetahui apa yang menyebabkan perbedaan – perbedaan yang terjadi dan cara mengatasi perbedaan yang timbul.

4.2.1 Lokal Osilator

Di lokal osilator di set untuk bekerja menghasilkan frekuensi antara (IF) sebesar 500 KHz dengan menggunakan osilator colpitt. Disini penulis mencoba memberikan tegangan input DC sebesar 20 V untuk mensupply transistor. Setelah penulis melakukan pengukuran dengan data – data sebagai berikut yaitu posis selector tegangan pada 2 V/DIV dan waktu pada 2 µs/DIV maka didapatkan hasil seperti ditunjukkan gambar 4.4..

Gambar 4.4 Pengamatan Osilator Lokal Vout = 4 x 2 = 8 Vpp Vouteff =

0.5Vpp 2

= 4,24Volt

T = 1 x 2 µS = 2 µs

51


fc =

1 1 = = 500 KHz T 2.10 −6 Dari hasil perhitungan di bab tiga didapatkan frekuensi sebesar 505 KHz,

terjadi perbedaan antara pengamatan, dan perhitungan yang tidak terlalu jauh disebabkan oleh pengamat, nilai toleransi dari komponen ataupun dari alat ukur yang digunakan. Pada lokal osilator rangkaian dibuat fixed dengan besarnya frekuensi yang dihasilkan tanpa adanya variable resistor yang dapat mempengaruhi apakah transistor dapat bekerja sesuai dengan fungsinya atau tidak untuk mempermudah penulis ke bagian penerima selanjutnya.

4.2.2 Mixer

Dibagian ini penulis mencoba menghasilkan rancangan frekuensi selisih dari osilator pada pemancar dan lokal osilator yang dibuat. Setelah melakukan pengukuran maka dapat terlihat bahwa rangkaian bekerja dengan hasil yang diinginkan oleh penulis dan tampak pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Pengamatan Mixer

52


Posisi Selektor switch pada tegangan adalah 10 mV/DIV dan waktu adalah 50ms/DIV, maka didapatkan hasil pengukuran sebagai berikut

V = 4.10 = 40mVpp V =

0,5Vpp 2

= 14,14mV

Dan jika kita rubah posisi dari selektor waktu maka akan terlihat bahwa frekuensi carriernya berubah sesuai dengan yang dihasilkan oleh filter pada rangkaian mixer atau selisih dari lokal osilator dan frekuensi pembawanya pada pemancar. Hal ini menunjukkan bahwa rangkaian mixer bekerja sesuai yang diinginkan penulis.

4.2.3 Demodulator

Demodulator dirancang untuk mengembalikan sinyal sesuai dengan input dari audio generator. Akan tetapi pada rangkaian demodulator dengan dioda ini hasil yang didapat tidak sesuai dengan harapan penulis karena masih ada pembungkus sinyal yang berada pada keluaran. Mungkin dikarenakan banyaknya frekuensi yang masuk sebelum demodulator sehingga dioda tidak dapat mendeteksi sinyal yang seharusnya tersaring olehnya.

53


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Penulis mencoba untuk menarik beberapa kesimpulkan dari hasil perancangan dan pengamatan ditunjang oleh teori yang ada. Pertama, untuk menghasilkan rangkaian perlu di tinjau dahulu apakah komponen – komponen yang digunakan dapat saling berinteraksi satu sama lain, karena kalau tidak kita tidak akan menghasilkan rangkaian yang sesuai dengan harapan. Yang artinya pemilihan komponen harus tepat dengan apa yang akan di buat. Kedua, jika kita memilih suatu komponen yang tidak dilengkapi dengan data sheet maka didalam perancangan akan dilakukan pengukuran – pengukuran untuk nantinya dipergunakan sebagai perhitungan dan perbandingan antara perancangan dan hasil yang di dapat. Ketiga, karena sulitnya mendapatkan pinjaman untuk pengukuran yang digunakan dalam pengukuran pada Laboratorium Teknik Elektro terbatasnya waktu dan maka perancangan modul ini kurang sempurna dibagian receiver, yaitu bagian demodulator belum dapat berfungsi dengan baik.

54


Saran

Dari hasil yang dibuat oleh penulis masih terdapat beberapa parameter yang belum dapat difungsikan sebagaimana harapan penulis, seperti penggunaan variabel kapasitor (Varco) yang seharusnya dapat dibuat fungsi osilator untuk melihat terjadinya pergeseren frekuensi yang dihasilkan. Mungkin jika frekuensi kerjanya dinaikkan varco tersebut dapat berfungsi sebagai mana mestinya. Peminjaman alat laboratorium agar dapat dipermudah bagi mahasiswa yang sedang menyelesaikan tugas akhir agar terciptanya kondisi yang baik yang diinginkan oleh semua pihak, dan penambahan suatu alat ukur yang lebih baik sebagai peningkatan kualitas mahasiswa.

55


DAFTAR PUSTAKA

Dennis Roddy and John Coolen, Electronics Communications, 4th edition, Lakehead University, Ontario. Malvino, DR, Prinsip – Prinsip Elektronika, Edisi Ke Tiga, Erlangga, Jakarta

55

PERANCANGAN MODUL PEMANCAR DAN PENERIMA DENGAN SISTEM DISKRIT PADA FREKUENSI KERJA 1 MHZ

Recommend Documents