Rancang Bangun Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo

Rancang Bangun Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo Arif Caesar Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Kampus UI Depok 16424 [email protected]

Abstrak

Dari segi teknis, sebuah pemancar televisi bekerja dengan menggabungkan sinyal video dengan sinyal audio yang dimodulasi. Dan dengan adanya pemancar televisi, informasi audio dan video dapat langsung disiarkan ke daerah lain yang berada jauh dari stasiun penyiaran. Skripsi ini membuat Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo. Perangkat keras yang dibuat meliputi, rangkaian modulator stereo, dan rangkaian modulator televisi. Pada rangkaian modulator stereo menggunakan rangkaian terintegrasi BA1404, sinyal audio akan dikondisikan menjadi satu sinyal audio stereo. Masukan dari sinyal video dan audio stereo akan dimodulasi dengan sinyal sub-pembawanya dari rangkaian transformator RF. Penggabungan keduanya menghasilkan keluaran sinyal frekuensi radio (RF). Sinyal RF dimodulasi dengan sinyal pembawa yang dihasilkan dari rangkaian osilator Colpitt. Exiter pemancar televisi yang dibuat bekerja pada Very High Frekuensi (VHF) 85 MHz. Kata kunci: modulasi, video, audio stereo, televisi

1.

1.2 Tujuan

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pembuatan Skripsi ini mempunyai tujuan yaitu : a. Merancang dan merealisasikan Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo. b. Menguji dan mengevaluasi kinerja Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo yang dipasang langsung pada televisi. c. Rangkaian ini nantinya dapat digunakan dalam penyiaran televisi sederhana pada kanal VHF 85 MHz.

Pada media televisi, perkembangan teknologinya terjadi pada sisi pesawat penerima maupun sisi pemancar televisi. Dalam hal ini sistem pemancar televisi merupakan suatu sistem yang menyiarkan media gambar dan suara dengan menggunakan teknik modulasi. Modulasi pada media gambar menggunakan teknik modulasi amplitudo dan modulasi pada media suara menggunakan teknik modulasi frekuensi. Yang kemudian memanfaatkan sinyal pembawa (carrier) pada sisi pemancar, sehingga dapat diterima dengan baik pada pesawat televisi. Pemancar televisi bekerja dengan cara menggabungkan sinyal informasi gambar komposit (video) dengan sinyal sub-pembawa gambar dan menggabungkan sinyal informasi suara (audio) dengan sinyal sub-pembawa suara. Frekuensi dari sinyal pembawa gambar dan sinyal pembawa suara saling berbeda. Nilai dari frekuensi sinyal subpembawa suara lebih besar dari frekuensi sinyal subpembawa gambar. Sedangkan frekuensi dari sinyal pembawa itu sendiri harus lebih besar dari frekuensi sinyal informasinya. Proses penggabungan dilakukan dengan mengubah karakteristik amplitudo, fasa atau frekuensi sinyal pembawa frekuensi tinggi sesuai dengan sinyal yang ditransmisikan. Proses pengubahan karakteristik sinyal pembawa disebut dengan proses modulasi. Sedangkan perangkat untuk menggabungkan sinyal video dan sinyal audio yang telah dimodulasi sinyal pembawanya menghasilkan sinyal RF untuk dipancarkan melalui antena disebut exiter.

1.3 Batasan Masalah Dengan merujuk pada perumusan masalah tersebut di atas, maka pada pembuatan alat ini dibatasi mengenai beberapa hal, yaitu sebagai berikut : a. Sinyal pembawa RF bernilai tetap karena menggunakan induktor dan kapasitor dengan nilai tetap. b. Bentuk dan karakteristik sinyal pembawa audio, video dan RF belum diukur secara kuantitatif. c. Bentuk dan karakteristik sinyal audio stereo, video dan RF belum diukur secara kuantitatif. d. Sebagai ujicoba, sinyal RF yang dihasilkan tidak mengalami penguatan daya, karena langsung dihubungkan ke TV menggunakan kabel coaxial.

2.

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Televisi 1

Rancang bangun..., Arif Caesar, FT UI, 2013

Televisi berasal dari kata tele dan vision, yang mempunyai arti masing-masing jauh (tele) dan tampak (vision)[2]. Televisi berarti melihat dari jarak jauh. Pada sistem siaran televisi praktis, informasi visual yang terlihat pada layar diubah menjadi sinyal listrik yang dikirimkan ke penerima. Perubahanperubahan listrik yang sesuai dengan perubahanperubahan dalam nilai cahaya membentuk sinyal yang dapat dilihat (sinyal video).

Sedangkan sistem SECAM digunakan di Perancis dan negara-negara bekas Uni Soviet[5]. Sistem TV yang dipergunakan di Indonesia mempergunakan standar sistem PAL dimana sesuai peraturan SDTV (Standard Television) Internasional dengan jumlah garis satu frame sebanyak 625 garis yang tersusun beraturan dari sisi atas sampai dengan di sisi paling bawah[4]. Garis dibuat titik demi titik secara teratur yang bergerak membuat garis demi garis horisontal sekaligus bergerak vertikal.

2.2 Prinsip Sederhana Televisi

Tabel 1. Pembagian Kanal/Saluran TV di Indonesia[4]

Di dalam studio TV, gambar kejadian ditangkap oleh kamera TV sebagai tranduser yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik (sinyal gambar/video). Sedangkan suara ditangkap oleh mikrofon yang berfungsi sebagai tranduser yaitu merubah energi suara menjadi energi listrik (sinyal audio/suara). Keluaran (output) dari kamera dan mikropon yaitu sinyal video dan sinyal audio dihubungkan ke Video Tape Recorder (VTR) untuk direkam dan atau secara langsung disalurkan ke unit pemancar TV.

Band

Frekuensi Saluran (MHz)

I I I III III III III III III

43-50 54-61 61-68 174-181 181-188 188-195 196-202 202-209 209-216

Frekuensi Gelombang Pembawa Video (MHz) 44,25 55,25 62,25 175,25 182,25 189,25 196,25 203,25 210,25

Frekuensi Gelombang Pembawa Audio (MHz) 49,75 60,75 67,75 180,75 187,75 194,75 201,75 208,75 215,25

2.3 Sinyal Dalam Pemancar Televisi Sinyal televisi yang digunakan saat ini bekerja pada Band frekuensi VHF dan UHF. Mekanisme kerja dengan cara menumpangkan data yang berupa sinyal pemodulasi ke dalam sinyal pembawa (carrier) dengan frekuensi yang lebih besar, baru kemudian dipancarkan ke penerima dengan menggunakan pemancar VHF maupun UHF. Sinyal televisi terdiri dari sinyal gambar yang disebut sinyal video dan sinyal suara yang disebut sinyal audio. Proses modulasi kedua sinyal ini tidak sama, sinyal video dimodulasikan dengan modulasi amplitudo sedangkan sinyal audio dimodulasikan dengan modulasi frekuensi. Hal ini karena sinyal video mencakup sebagian besar dari sinyal televisi yang dikirimkan. Sedangkan sinyal audio hanya bekerja pada band frekuensi yang kecil.

Gambar 1. Unit Pemancar TV Pada pemancar TV, sinyal video diperkuat oleh rangkaian penguat video dan kemudian dimodulasikan dengan gelombang pembawa video yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa video. Kemudian sinyal modulasi video diperkuat oleh rangkaian penguat daya agar memiliki daya yang cukup besar. Sedangkan sinyal audio diperkuat oleh rangkaian penguat audio dan dimodulasikan dengan gelombang pembawa audio yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa audio. Kemudian sinyal modulasi audio diperkuat oleh rangkaian penguat daya audio agar memiliki daya yang cukup besar. Setelah sinyal modulasi audio dan video memiliki daya yang cukup, sinyal audio-video digabungkan pada rangkaian unit penggabung dan dipancarkan oleh antena pemancar ke udara. Terdapat tiga sistem penyiaran televisi berwarna yaitu sistem PAL (Phase Alternating Line), sistem NTSC (National Television Standards Committee), dan SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire). Sistem PAL banyak dipakai di Eropa, Amerika latin, dan Asia. Sistem NTSC dipakai di Amerika Utara.

2.3.1 Sinyal Video a. Sinyal Berwarna Gambar berwarna yang terlihat pada layar suatu pesawat penerima televisi merupakan suatu emisi dari phospor tertentu. Emisi phospor tersebut merupakan gabungan dari 3 phospor utama yang ditempatkan pada layar. Phospor khusus tersebut mengemisikan warna merah (red), warna hijau (green), dan warna biru (blue) bila ditabrakkan oleh elektron. Ketiga phospor tersebut terletak terpisah tetapi diatur sangat 2


berdekkatan untuk menghasilkan m kombinasi waarna lain dengaan mudah[1].

gabungan g untuk men-scannning 1 garis pada p pesawatt [1] penerima p . warna mem miliki sinyall Sinyal informasi w sinkronisasi s yang y disebutt dengan sin nyal burst[1]. Sinyal S burst berisi inform masi fasa darri sinyal subb pembawa p warrna dari warnna yang dikiriimkan. Sinyall burst b akan meengendalikan osilator dem modulator agarr dapat d memproduksi hue yyang benar. Warna-warnaa akan a dimodulaasi oleh sinyal al sub pembaw wa warna yangg besar b fasanya tersimpan dallam sinyal burrst[1].

Gambar 2. Diagram D Venn n Sinyal Warnna

2.3.2 2 Pengkod dean NTSC & PAL a. a Pengkod dean NTSC

K Kepekaan waarna memilikii tiga karakteer utama yaitu : aa. Hue artinnya kepekaan berbeda tterhadap warna-warrna (merah, hijau, h biru, dlll). Dapat juga disebbut sebagai perbedaan jeniis warna atau namaa warna. bb. Luminance artinya kep pekaan terhaddap kuat cahaya attau terang-gelap, misalnyaa merah menyala dan d merah gelaap. cc. Chrominaance artinya kepekaan tterhadap degree) kejenuhann warna (saturation ( misalnya merah m cerah dengan d merah suram. [1]

b.

Pada sisttem NTSC, leebar kanal yan ng digunakann adalah a 6 MHz[1], dengan pembawa gaambar terletakk 1,25MHz 1 darii awal kanal ddan pembawa suara terletakk 0,25 0 MHz dari akhir kanal. Standarissasi untuk sisstem NTSC adalah sebagaii berikut: b a. Lebarr kanal sebesaar 6 MHz. b. Pemaayaran horiisontal, blaanking, dann freku uensi sinkronnisasi sebesaar 15750Hz,, karen na setiap fram me menggunak kan 525 gariss dan teerdapat 30 fraame setiap dettiknya. c. Pemaayaran horiisontal, blaanking, dann freku uensi sinkroniisasi sebesar 60Hz, karenaa setiap p detiknya dikkirimkan 60 field. d. Sub pembawa w warna sebesarr 3,58 MHz.. uensi pemayar aran horisontaal secara tepatt Freku didap pat dari 1/286 dari jarak anttara pembawaa gamb bar dan pembaawa suara yaittu 4,5 MHz.

S Sinyal Lumin nasi

S Sinyal luminansi dibuat dari d 3 warnaa primer yang kemudian diccampur dengan n perbandinggan yang tepat. Karena kepekkaan mata maanusia terhadaap warna hijau, merah dann biru berbeeda maka koomposisi campuuran sinyal warna diaturr berdasarkann urutan kepekkaannya. Perbbandingan cam mpuran sinyaal warna primeer dalam mem mbentuk warn na putih adallah hijau 59%, merah 30%, dan d biru 11%[1]. B Bila dirumuskkan menjadi persamaan: (1) Y = 0,,3R + 0,59G + 0,11B c.

b. b

Pengkod dean PAL

Sistem PAL P (Phase Al Alternating Lin ne) ada karenaa sering s terjadi kesalahan k fasee warna pada penerima dann pemancar p seh hingga warnna yang dihasilkan padaa penerima p berb beda dengan yang dikirim mkan. Sistem m PAL P didesain n untuk mem mperbaiki kesaalahan akibatt pergeseran p fasse tersebut sec ecara otomatiss. Pada sistem m PAL P warna R, G, dan B akaan dibentuk kedalam sinyall Y, Y U, dan V. Y = 0,3R + 0,559G + 0,11B (2)) U = 0,493 93 (B–Y) (3)) V = 0,8777 (R–Y) (4)) Standarissasi untuk sisstem PAL ad dalah sebagaii berikut: b a. Lebarr kanal sebesaar 7 MHz. b. Pemaayaran horiisontal, blaanking, dann freku uensi sinkronnisasi sebesaar 15625Hz,, karen na setiap fram me menggunak kan 625 gariss dan teerdapat 25 fraame setiap dettiknya. c. Pemaayaran horiisontal, blaanking, dann freku uensi sinkroniisasi sebesar 50Hz, karenaa setiap p detiknya dikkirimkan 50 field. d. Sub pembawa p warrna sebesar 4,43 MHz dann jarak antara pembaawa gambar dan d pembawaa Hz suaraa yaitu 5,5 MH

S Sinyal Sinkroonisasi

D Dasar dari sinyal s sinkron nisasi adalahh prinsip scannning pada peesawat televiisi. Scanningg adalah prosess dimana sebuah s elektrron beam bbergerak keseluuruh area peermukaan teleevisi sehinggga dapat dengaan sempurna terlapisi[1]. Terdapat duua jenis scannning yaitu horisontal h sca anning dan vertikal scannning. Horisonttal scanning merupakan m perrgerakan titik eelektron beam dari kiri ke kanan dan kem mbali lagi untukk memulai garris baru padaa tujuan yang sama[1]. Frekuuensi horisonttal scanning didefinisikan sebagai jumlaah garis yanng di-scan perdetik[1]. Vertikal scannning didefiniisikan sebag gai pergerakaan titik elektrron beam padaa arah vertikall[12]. P Pulsa sinkroonisasi horiso ontal mensinnkronkan horisoontal scanninng sedangkan n pulsa sinkkronisasi vertikkal mensinkroonkan vertikkal scanning.. Kedua pulsa tersebut daalam beberap pa praktisnyaa, dapat mposit blankinng. Pulsa digabuungkan menjaadi pulsa kom kompposit blankingg merupakan n pulsa sinkkronisasi

3


sub-pembawa dalam penerima dengan osilator subpembawa dalam pemancar[7]. Sinyal pilot dipancarkan sebagai pengganti subpembawa, karena 19-kHz jatuh ke dalam bagian yang kosong dari spektrum sinyal pemodulasi gabungan. Seandainya pembawa 38-kHz dipancarkan, maka sinyal tersebut harus dipisahkan dari pita sisi L – R, yang hanya berbeda sekitar 30-Hz. Hal ini tentunya akan memerlukan penyaringan yang sangat sulit dan mahal. Sinyal pilot ini dihasilkan oleh pemancar dari sub-pembawa 38-kHz yang kemudian ditindas. Cara ini ternyata yang paling baik, karena seperti gambar 2.6 sinyal 19-kHz ada di luar rentang frekuensi audio L + R (0 – 15 kHz) maupun rentang sub-pembawa 23 – 53 kHz. Hal tersebut menghasilkan cakap silang (interferensi) yang lebih kecil dan juga memudahkan dalam memulihkan sub-pembawa tanpa interferensi dari sinyal audio.

2.3.3 Sinyal Suara Telinga manusia dapat mendeteksi sinyal suara yang berlainan frekuensinya. Telinga yang sensitif dapat mendengar pada jangkauan frekuensi 20 Hz sampai dengan 20 KHz, meskipun sebagian orang mempunyai jangkauan yang kurang dari nilai itu[7]. Suara yang kita dengar dikarenakan adanya rambatan udara yang bergetar dalam jumlah osilasi per detik. Masukan suara pada modulator televisi, telah diubah menjadi osilasi elektrik per detik yang jumlahnya setara. Pada nada rendah biasanya mempunyai frekuensi sampai 30 Hz. Sementara untuk menghasilkan kualitas suara yang tinggi diperlukan frekuensi sebesar 15 KHz sampai 18 KHz.

2.3.4 Sinyal Pembawa (Carrier)

Gambar 3. Spektrum Gelombang Pemodulasi Stereo[7]

Sinyal pembawa adalah sinyal yang dihasilkan dari proses osilasi sebuah rangkaian osilator dan digunakan untuk membawa sinyal informasi. Frekuensi dari sinyal pembawa gambar dan sinyal pembawa suara saling berbeda. Nilai dari frekuensi sinyal pembawa suara lebih besar dari frekuensi sinyal pembawa gambar. Sedangkan frekuensi dari sinyal pembawa itu sendiri harus lebih besar dari frekuensi sinyal informasinya. Selanjutnya sinyal pembawa akan dinyatakan oleh nilai tegangan keluaran sesaat yang biasa ditulis dalam bentuk persamaan gelombang sebagai berikut: (5) eout = Aocos(2πfot) Dimana : eout : tegangan output pembawa (volt) Ao : amplitudo keluaran pembawa (volt) fo : frekueansi gelombang pembawa (Hz) t : waktu (detik) Besarnya frekuensi yang dihasilkan gelombang pembawa menandakan dimana sistem tersebut akan beoperasi dan termasuk dalam jenis sinyal berikut.

Dalam siaran FM stereo, sinyal L dan R tidak dipancarkan sendiri-sendiri. Mereka dipancarkan tergabung membentuk saluran jumlah (L + R) dan saluran selisih (L – R). Saluran jumlah dipancarkan langsung. Sedangkan saluran selisih memodulasi subpembawa 38-kHz, yang menghasilkan suatu sinyal DSB-SC (Double Side Band Suppressed Carrier). Pembawa 38-kHz ditindas agar jalur samping LSB (Lower Side Band) 38 – 23 kHz dan USB (Uper Side Band) 38 – 53 kHz lebih berperan dalam deviasi pemancar. Suatu fase sinyal “pilot” atau sinyal pandu 19-kHz yang koheren (sefasa) dengan sub-pembawa 38-kHz dipancarkan untuk mensinkronkan osilator Tabel 2. Pembagian Sinyal Frekuensi[4]

3 – 30 Hz 30 – 300 Hz 300 – 3000 Hz 3 – 30 kHz 30 – 300 kHz 300 kHz – 3 MHz 3 – 30 MHz 30 – 300 MHz 300 MHz – 3 GHz 3 – 30 GHz 30 – 300 GHz

Panjang Gelombang 104 – 105 km 103 – 104 km 100 – 103 km 10 – 100 km 1 – 10 km 100 m – 1 km 10 – 100 m 1 – 10 m 10 cm – 1 m 1 – 10 cm 1 mm – 1 cm

300 GHz - 3000 GHz

0.1 mm - 1 mm

Frekuensi

Jenis Sinyal Extremely low frequency Super low frequency Ultra low frequency Very low frequency Low frequency Medium frequency High frequency Very high frequency Ultra high frequency Super high frequency Extremely high frequency Tremendously high frequency 4


Singkatan ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF

(ditumpangkan ( n) pada gelombang pembawaa menyebabkan m perubahann frekuensi gelombangg pembawa p seesuai dengaan perubahaan tegangann (simpangan) ( sinyal info formasi. Pad da modulasii frekuensi f sin nyal informaasi mengubaah frekuensii gelombang g pembawa, p ssedangkan amplitudo-nya a a konstan k selam ma proses modu dulasi. Sinyal termodulasi t FFM, untuk memudahkann analisa, a diasu umsikan sebag agai gelomban ng sinusoidall juga, j dengan persamaan p maatematisnya (8 8): eFM = Vc sin ( ωc t + mf sin ωm t ) (8)) Dimana: D nyal termodullasi FM (volt) eFM : sin Vc : am mplitudo sinyaal pembawa (vvolt) ωc : 2π πfc ωm : 2π πfm t : waaktu (detik)

2.4 S Sistem Modu ulasi M Modulasi adaalah suatu proses p pengggabungan yang dilakukan dengan men ngubah karaakteristik nsi sinyal ppembawa ampliitudo, fasa atau frekuen frekueensi tinggi dengan siny yal informassi yang ditrannsmisikan. Modulasi M biasa dipakaii untuk mengatasi ketidak sesuaian kaarakter sinyal dengan modulasi, mediaa (kanal) yaang digunakaan. Tanpa m sinyall informasi menyadi tid dak praktis dikirim melaluui media udarra. P Pada Rangkaaian Exiter Pemancar P TV V Stereo yang dibuat ini, terjadi mod dulasi analogg yakni moduulasi amplituddo pada bagiian sinyal viddeo dan moduulasi frekuensii pada bagian sinyal audio. 2.4.1 M Modulasi Am mplitudo (AM M) adalah proses M Modulasi amplitudo menum mpangkan sinnyal informassi ke sinyal ppembawa (carriier) dengan seedemikian rup pa sehingga am mplitudo gelom mbang pembbawa berubah sesuai dengan perubbahan simpanngan (tegangaan) sinyal innformasi. Pada jenis modulaasi ini amplittuda sinyal ppembawa mplitudo diubahh-ubah secaraa proporsionaal terhadap am sesaatt sinyal pem modulasi, sed dangkan frekuuensinya tetap sselama prosess modulasi.

Gambar G 5. (a)) Sinyal pembbawa (b) Sinya al pemodulasii (cc) Sinyal term modulasi FM[111] 2.5 2 Osilatorr Osilator digunakan pada banyaak rangkaiann elektronika e daan sistem terttentu yang beekerja dengann kontrol k sinyall clock. Osilattor mengubah h masukan dcc (tegangan ( masukan) m kee keluaran ac (bentukk gelombang), g yang manna mempun nyai bentukk gelombang g yaang berbeda dan nilai freekuensi yangg lebih l akurat. Osilator yanng biasa dig gunakan padaa suatu s peralataan mempunyai ai bentuk gelo ombang sinus,, kotak, k gergaji,, segitiga, atauu pulsa. Osilator merupakaan yangg rangkaaian menghasilkan m bentuk geloombang kelu uaran tertentuu dengan d tegan ngan dan ffrekuensi daari rangkaiann induktor, i kapasitor dan aatau resistor. Osilator LC C merupakan m osilator yang sering digunakan dalam m rangkaian r eleektronika. Jarringan LC seering disebutt sebagai s “rang gkaian tangkii”, karena keemampuannyaa menampung m tegangan ac ppada “frekuensi resonansi”.. Osilator O ini dibentuk d olehh komponen induktor dann kapasitor. k

[11]

Gam mbar 4. Bentuuk Sinyal Mod dulasi Amplituudo

S Sinyal pembbawa berupaa gelombangg sinus dengaan persamaan matematisnyaa (6): (6) ec = Ecsin(2πffct) S Sinyal pemoddulasi, untuk memudahkann analisa, diasum msikan sebagai gelombaang sinusoidaal juga, dengaan persamaan matematisnyaa (7): (7) em = Emsin(2πffmt) Dimanna: eec : tegangaan keluaran sinyal pembaw wa (volt) eem : tegangaan keluaran sinyal modulas i (volt) E Ec : amplituudo sinyal pem mbawa (volt) E Em : amplituudo sinyal modulasi (volt) ffc : frekuennsi sinyal pem mbawa (Hz) ffm : frekuennsi sinyal mod dulasi (Hz) t : waktu (detik) ( 2.4.2 M Modulasi Freekuensi (FM)) adalah M Modulasi frekuensi proses menum mpangkan sinyal inforrmasi pada sinyal pembawa (carrierr) sehingga frekuensi f gellombang pembawa (carrier)) berubah sesu uai dengan peerubahan simpaangan (teganggan) gelombaang sinyal innformasi. Jadi sinyal innformasi yaang dimoddulasikan

Gambar 6. Rangkaian Dasar Osilattor LC[11] 5


Osilator ini tersusun dari dua buah kapasitor seri yang diparalel dengan sebuah kapasitor yang merupakan rangkaian intinya. Osilator Colpitt dibuat untuk menghasilkan gelombang sinus pada daerah frekuensi RF. Rangkaianya biasanya dihubungkan dengan sebuah transistor NPN.

Kapasitor menyimpan energi pada bagian medan magnet dan memproduksi tegangan statis antar lempengnya. Saat energi ini disalurkan pada lilitan induktif maka akan menimbulkan medan elektromagnetik. Capasitor ini akan diisi sampai penuh oleh tegangan dc, dangan saklar pada posisi A. Ketika kapasitor telah terisi penuh maka saklar akan berubah keposisi B. Kapasitor yang diisi sekarang dihubungkan paralel dengan induktor, maka kapasitor akan membuang tegangan ke lilitan. Nilai tegangan yang mulai turun pada kapasitor mengalir ke lilitan, sehingga sekarang lilitan dialiri arus yang mengeluarkan medan elektromagnetik pada lilitan. Setelah kapasitor selesai membuang tegangan, maka energi akan disimpan kembali pada kapasitor, dikarenakan efek penurunan elektromagnet yang mengalirkan arus. Dengan arah arus berkebalikan dari sebelumnya. Peristiwa ini berlangsung berulangulang. Terdapat beberapa jenis rangkaian dari osilator LC. Yang sering dan umum digunakan adalah osilator Hartley dan osilator Colpitt. a.

Dengan nilai frekuensi yang dihasilkan dari osilasi tersebut sesuai dengan persamaan: (10) Dimana: f : Frekuensi yang dihasilkan (Hz) L : Nilai induktor L1+L2 (henry) C : Nilai kapasitor (farad) 2.6 Transistor Transistor merupakan komponen aktif yang dibangun dengan menggunakan bahan dasar semikonduktor, yaitu menggunakan silikon (Si) maupun germanium (Ge). Perbedaan transistor yang dibuat dengan bahan silikon dan germanium adalah pada tegangan knee yang dimilikinya. Pada transistor yang dibuat dengan bahan silikon Vknee yang dimilikinya berada pada kisaran 0,6V-0,7V, sedangkan pada transistor yang dibuat dengan bahan germanium Vknee yang dimilikinya adalah 0,3V[8]. Besarnya Vknee ini akan mempengaruhi titik kerjanya, yang perlu diperhatikan juga adalah bahwa transistor dengan bahan silikon biasanya dapat dipakai pada arus besar atau daya besar, sedangkan transistor yang dibangun dengan bahan dasar germanium tidak dapat digunakan pada arus dan daya besar. Fungsi dasar dari transistor adalah sebagai penguat dan switch elektronik, namun biasanya transistor lebih sering digunakan untuk penguat daya. Biasanya transistor digunakan untuk penguat daya pada audio amplifier, atau juga driver relay.

Osilator Hartley

Salah satu pengembangan osilator LC adalah osilator Hartley. Osilator ini tersusun dari dua buah induktor seri yang diparalel dengan sebuah kapasitor yang merupakan rangkaian intinya. Osilator Hartley dibuat untuk menghasilkan gelombang sinus pada daerah frekuensi RF. Rangkaianya biasanya dihubungkan dengan sebuah transistor NPN. VCC R1

Rc Cc Vo

Cb

Q1 L1

R2

Re

Ce

C L2

GND

NPN Transistor

Gambar 7. Rangkaian Osilator Hartley Dengan nilai frekuensi yang dihasilkan dari osilasi tersebut sesuai dengan persamaan: (9) b.

Konstruksi transistor terdiri dari tiga lapisan semikonduktor, yang susunannya bergantung dari jenis transistor itu sendiri. Transistor tersebut memiliki susunan semikonduktor yang berbeda berdasarkan jenisnya. Sesuai dengan jenisnya NPN memiliki susunan semikonduktor negatif – positif negatif dan jenis PNP memiliki susunan semikonduktor positif – negatif - positif.

Osilator Colpitt VCC R1

PNP Transistor

Gambar 9. Simbol Transistor

Rc Cc Vo

Cb

Q1 C1 R2

Re

2.6.1 Transistor Switching

L

Ce

Komponen transistor dapat digunakan sebagai sakelar atau switch pada rangkaian osilator Colpitt. Pengoperasian transistor sebagai sakelar ini yaitu pada saat kondisi saturasi dan cut-off-nya.

C2 GND

Gambar 8. Rangkaian Osilator Colpitt

6


Jika sebuah transistor berada pada keadaan saturasi, transistor tersebut dapat dianalogikan seperti sebuah sakelar tertutup dari kolektor ke emitor. Dan jika transistor dalam keadaan cut-off, transistor tersebut dapat dianalogikan seperti sebuah sakelar yang terbuka. Gambar 10. menunjukkan rangkaian yang akan dianalisa.

konduksi ini akan mempengaruhi titik kerja transistor. Kelebihan transistor berbahan silikon yaitu dapat mengatasi arus atau daya besar bila dibandingkan dengan transistor berbahan dasar germanium. Transistor akan cut-off jika nilai arus basis (IB) sama dengan nol.[8] Pada daerah ini, arus kolektor bernilai sangat kecil walaupun tidak sampai bernilai nol. Arus tersebut berasal dari arus saturasi titik kolektor yang biasa disebut arus kolektor cut-off. Daerah cut-off terjadi jika VBB = 0.

3.

PERANCANGAN DAN REALISASI

3.1 Diagram Blok Gambar 10. Transistor Switching

Hal pertama dalam melakukan perancangan adalah merancang diagram blok dari sistem yang akan dibuat. Diagram blok pada gambar 11. merupakan gambaran umum mengenai prinsip kerja sistem yang akan dibuat.

Pada transistor berbahan silikon, tegangan konduksi yang dimiliki berada pada range 0,6V-0,7V, sedangkan tegangan konduksi untuk transistor yang berbahan germanium adalah 0,3V. Besarnya tegangan

Gambar 11. Diagram Blok Sistem 3.2 Cara Kerja Sistem

3.3.1 Modulator Stereo

Prinsip kerja dari sistem ini yaitu menggunakan masukan sinyal video dan sinyal audio stereo (R&L) yang telah dimodulasi oleh sinyal pembawanya dan mengeluarkan sinyal RF yang dapat ditampilkan pada televisi. Sinyal video dimodulasikan dengan gelombang pembawa video yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa video. Sedangkan sinyal audio R dan L diolah oleh rangkaian terintegrasi BA1404 dan akan mengeluarkan dua buah sinyal. Sinyal MPX yang merupakan sinyal berisi informasi audio R dan L. Selain itu sinyal pilot dengan frekuensi 19KHz yang akan menukar secara bergantian sinyal audio R dan L. Kemudian hasil penggabungan sinyal MPX dan pilot dimodulasikan dengan gelombang pembawa audio yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa audio. Setelah sinyal audio dan video dimodulasi dengan sinyal pembawanya, maka kedua sinyal tersebut digabungkan pada rangkaian unit penggabung. Tahap selanjutnya hasil dari penggabungan ini dimodulasikan dengan sinyal pembawanya dan menghasilkan sinyal RF yang telah termodulasi.

Rangkaian stereo multiplexer ini memiliki spesifikasi sebagai berikut[11]: • Tegangan kerja: +1 sampai +3 VDC • Disipasi daya: 500 mW • Temperatur kerja: -25 sampai 75 oC Rangkaian ini dibuat menggunakan rangkaian terintegrasi BA1404. Komponen ini sebenarnya biasa digunakan pada pemancar FM stereo. Yang didalamnya terdiri dari modulator stereo, modulator FM dan penguat RF. Dalam sistem ini, bagian modulator stereo saja yang digunakan. C23

Ch-L In

Ch-R In

1nF R21

C24

47k C25

10uF

18 1

C26

2 3 4 12

1nF R22 47k

10uF C27 10uF C28

BA1404

L-CH IN XTAL R-CH IN XTAL RF OUT AF BIAS VREF AF GND OSC B RF GND MOD IN VCC MPX BLC OSC MPX BLC OSC PLT OUT MPX OUT

5 6 7 11 8 15 16 17 13 14

Xtal

C29

38KHz

10nF +1.5

R23 27k R25

1nF GND

C30 1nF

27k R26 150k R27 5.6k

C31 GND 220 C32

Audio Out

10uF

Gambar 12. Rangkaian Modulator Stereo Prinsip kerja dari rangkaian stereo multiplexer yaitu masukan sinyal audio R dan L sebelum dimasukan ke pin 1 dan 18 BA1404 terlebih dahulu

3.3 Perancangan Sistem 7

10 9

U3


melewati rangkaian pre-emphasis (high pass filter) tersusun dari kapasitor non polar diparalel dengan resistor kemudian dihubungkan dengan kapasitor polar secara seri. Pada BA1404, sebelum digabung sinyal audio R dan L akan dikuatkan terlebih dahulu dengan pengaturan pada pin 2. Pada pin 5 dan 6 dihubungkan dengan kristal 38KHz[11] dan kapasitor nonpolar yang akan menghasilkan sinyal osilasi dengan frekuensi 38KHz, kemudian dikeluarkan pada pin 14. Untuk pin 16 dan 17 menggunakan resistor dengan nilai yang sama sebesar 27kΩ supaya terjadi keseimbangan sinyal keluaran pada pin 14. Sinyal osilasi frekuensi 38KHz juga akan dibagi dua menjadi sebesar 19KHz, yang akan dikeluarkan pada pin 13. Sinyal keluaran pin 13 dihubungkan dengan pin 14 supaya sinyal yang dikeluarkan dapat ditukar (switch) menjadi dua bagian. Satu bagian sebagai saluran audio R dan bagian lain sebagai saluran audio kiri. Jika pin 13 dan 14 tidak dihubungkan, maka kualitas stereo yang dikeluarkan tidak terbentuk atau otak kita hanya akan merespon sinyal yang berkelanjutan saja. Pada rangkaian stereo multiplexer yang dirancang terdapat rangkaian pre-emphasis (high pass filter). Rangkaian ini berfungsi sebagai penyaring noise atau gangguan sinyal lain pada sinyal masukan. Dimana akan hanya melewatkan sinyal berfrekuensi tinggi saja. sedangkan sinyal frekuensi rendah tidak akan dilewatkan. Sedangkan untuk nilai amplitudonya tidak berpengaruh. Dengan besarnya frekuensi yang akan ditahan dapat dihitung dengan persamaan berikut: (11) Jadi nilai frekuensi yang ditahan dengan nilai C= 10uF dan R= 47 kΩ menurut persamaan 3.3 adalah 0.34

sampai dengan 5.5 Mhz lebih besar dari sinyal subpembawa video. Sinyal sub-pembawa dengan modulasi FM dipakai pada bagian modulator C5 dan R7. Nilai R7 diatur untuk sinyal sub-pembawa ke sinyal video.

Gambar 13. Spektrum Sinyal Sub-pembawa Video & Audio Pada Q3 merupakan rangkaian osilator Colpitt yang dihubungkan dengan C12, C13 dan L1. Sinyal hasil osilasinya digunakan sebagai sinyal pembawa RF. Sehingga pada rangkaian ini akan diberoleh besarnya frekuensi sinyal pembawa RF yang nantinya modulator televisi ini akan bekerja pada saluran berapa. Sinyal video dihubungkan dengan emiter Q2 melalui R18. Besarnya nilai dari R18 berpengaruh terhadap penguatan sinyal video yang akan dimodulasikan dengan sub-pembawanya dari C5 dan R7. Sinyal video dan audio yang telah dimodulasi digabungkan dengan sinyal pembawa RF dari R9 menuju basis Q2. Dan pada kolektor Q2 sinyal RF yang termodulasi dikeluarkan melalui C9. C19

Q1 C945

Audio In

C4 68pF

1uF C1 100pF

R2 5K2

R3 10K

C2 1nF

C3 68pF T1

C2

5.5MHz/47pF

100pF C5

GND R16 100

10pF

3.3.2 Modulator Televisi (Exiter)

RF Out

R12 150

C8 25pF

Dalam modulator televisi sinyal video dimodulasikan dengan gelombang pembawa video yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa video. Sedangkan sinyal audio dimodulasikan dengan gelombang pembawa audio yang diperoleh dari rangkaian pembangkit gelombang pembawa audio. Setelah sinyal modulasi audio dan video memiliki daya yang cukup, sinyal audio-video digabungkan pada rangkaian unit penggabung dan menghasilkan sinyal RF. Prinsip kerja dari rangkaian ini terletak pada trafo RF TI dengan kapasitor di dalamnya. Ini digunakan sebagai rangkaian osilator Colpitt dengan jarak frekuensi yang dapat diatur sampai dengan frekuensi 5.5 MHz. Sinyal audio dari keluaran BA1404, dihubungkan dengan Q1 melalui C19. Gambar 3.4 menunjukan spektrum sinyal sub pembawa 5,5 MHz. Sinyal audio dimodulasi pada basis Q1 dengan frekuensi sinyal sub-pembawa audio

R17 1K

R18 1K

220

C7 33pF

R11 33K

R9

R8 1K

C12

C13

8pF

8pF

C11 100pF

L1 0.05uH

C1 100pF

GND

D1

9V 1 2 R13 1K

1N4002

GND R14 1K C16 470uF

R15 56 D2 5V

C6 1nF

C10 1nF

D3 LED

Gambar 14. Rangkaian Modulator Televisi (Exiter) Karena modulator pemancar televisi yang dibuat akan bekerja pada frekuensi Very High Frekuensi (VHF) 85 MHz. Dan dengan nilai kapasitor 100 pF, 18 pF, dan 18 pF yang tersedia. Maka diperlukan perancangan induktor persamaan (12)[8].

8

Q3 C1674

Q2 100pF C1674

R7 620

R10 3K3

C9

Video In


(12)

Dimanna: L : Nilai indukktansi (uH) d : Diameter lilitan (inci) l : Panjang lillitan (inci) n : Banyaknyaa lilitan (lilit) N Nilai induktorr yang akan diibuat sebesar 00.03 uH. Indukktor dibuat darri kawat email dengan diam meter 1.2 mm ddengan inti uddara. Dengan diameter lilitaan 0.118 inci, panjang lilittan 0.236 incci. Maka baanyaknya kan persamaann (12). lilitann dapat dihitunng menggunak 0.118 0.03 8 0.118 40 0.236 18

24.958 √2

4.995

Gam mbar 16. PCB B Rangkaian Jadi J

5 lilit

D Dengan kom mponen yang telah tersediia dapat dibuatt rangkaiaan osilator Colpitt dengan menggabungkan kapasitor, k ind duktor dan trransistor. Dengaan frekuensi osilasi yang dikeluarkan menurut persam maan (10). 1 2

0.03 10

18

18

Gambar 17. Kootak Rangkaia an

100 10 0

85.33

4. 4

PENGU UJIAN DA AN ANALIS SA

4.1. 4 Pengujia an 3.4 R Realisasi

Metode pengujian yang digun nakan adalahh dengan d cara mengukur tiap-tiap blo ok rangkaiann sistem. s Deng gan demikian akan diperoleeh kesesuaiann input/output i antara a blok yaang satu deng gan blok yangg lainnya. l Hal ini diperlukaan agar kerja sistem yangg diinginkan d dap pat tercapai.

R Realisasi meruupakan tahapan lanjutan daari tahap perancangan. Tujuaan dari realisaasi yaitu mew wujudkan m suatu u alat atau sisttem yang hasil pperancangan menjadi sesuaii dengan spesiifikasi yang diinginkan.

4.1.1 4 Penguku uran Rangkaaian Modulato or Stereo Untuk mengetahui m appakah rangkaiian modulatorr stereo s bekerjaa dengan baikk, maka dilaku ukan langkah-langkah l pengu ukuran sebagaai berikut : • Berikan n tegangan V Vcc pada pin n 15 BA14044 sebesarr 1.5V-DC • Ukur teegangan pada tiap pin BA1404 • Ukur frrekuensi padaa pin 5-6 BA14 404 • Berikan n variasi m masukan freekuensi darii generattor fungsi, denngan amplitud do 1 VPP.

Gambar 15. 1 Layout PC CB Rangkaian a Tiap Pin Tabell 3. Hasil Penggukuran Pada

Tegangan n BA1404 Pad da Pin Ke (V) 1 2 3 4 5 6 13 14 1.84 0 0 0 1.84 1.84 0 0

15 1.84

16 1 1.84 1

17 1.84

18 1.84

Tabell 4. Hasil Penggukuran Frekkuensi Pada P Pin 5-6 Tegangan n (V)

Frekuen nsi (KHz)

1.84

38

Ska ala Osilosskop

Hasil H Osiloskoop

V/div = 1 V T/div = 10 µs

9


Tabell 5. Hasil Pengukuran P Frekuensi K Keluaran Terhaadap Masukann Dengan Amp plitudo 1 VPP Freku uensi Masu ukan (kH Hz) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 11 122 133 144 155 166 177 188 199 200

• Berikan n variasi m masukan freekuensi darii generattor fungsi kee masukan video, v dengann amplitu udo 1 VPP, ukkur nilai tegan ngan pada RF F out.

Freekuensi Keeluaran (KHz) 0 0,99 1,99 3,19 4,48 4,98 6,28 7,12 8,24 9,25 9,98 11,12 11,98 12,98 13,95 14,97 16,01 17,05 18,18 19,07 20,04 2

Tabel T 6. Peng gukuran Ampplitudo Keluarran Terhadapp Masukan M Deng gan Amplituddo 1 VPP Frekuensi Masukan (Hz) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 40 50 100 500 1000 2000 3000 4000 5000

4.1.2 P Pengukuran Rangkaian Modulator M TV V U Untuk mengeetahui apakah rangkaian m modulator televisi (exiter) bekkerja dengan baik, maka di dilakukan bagai berikut : langkah-langkah peengukuran seb • Berikan tegaangan catu seb besar 9V-DC C • Ukur teganngan pada R1 15 untuk menngetahui tegangan yaang diberikan ke k rangkaian uutama. • Ukur teganggan pada tiap kaki k transistorr Q3.

Amplitudo o Keluaran (mVPP) 18,4 29,2 29,4 29,6 29,2 28,8 28,4 28,4 28,0 28,4 28,4 28,6 28,0 28,0 28,4 27,4 26,4 26,0 25,6 24,4 24,6 24,8 24,6 24,8 24,6

Tabell 7. Pengukuraan Pada Transistor Q3 Tegangan (V)

Sinya al Pada Emiter(*)

VCE

VBE

Frekuensi F (MH Hz)

Skala S Osiiloskop

5.14

4.21

86.3

V/div = 200 mV v = 100 ns T/div

Hasil O Osiloskop

(*) ( Diperoleh h dari hasil ssimulasi deng gan perangkatt lunak l Multisim m 11.0 pada raangkaian Gam mbar 18. 4.2 4 Analisa Pengukuran 4.2.1 4 Analisa Rangkaian M Modulator Stereo Pada Tabel 3 dan 4 menunju ukan adanyaa tegangan t yang g digunakan ssebagai catu daya d BA1404.. Sehingga S dapat dipastikan rangkaian teelah berfungsii

Gam mbar 18. Simulasi Rangkaiian Osilator C Colpitt M 11.0 Transistoor Q3 Pada Multisim 10


Frekuensi Keluaran (KHz)

dengan baik. Dimana rangkaian kristal yang dihubungkan pada pin 5 dan 6, dapat mengeluarkan sinyal osilasi dengan frekuensi 38 MHz. Sehingga kristal tersebut dapat bekerja dengan baik.

Dari Tabel 5, perubahan frekuensi yang terjadi pada masukan mengakibatkan frekuensi keluaran juga mengalami perubahan. Perubahan ini terjadi mendekati linier seperti ditunjukan pada Gambar 19.

25 20 15 10 5 0 0

0.4

0.8

2

4

6 8 10 12 Frekuensi Masukan (KHz)

14

16

18

20

Gambar 19. Grafik Hubungan Frekuensi Masukan Dan Keluaran Rangkaian Modulator Stereo 4.2.2 Analisa Rangkaian Modulator TV (Exiter) 2

Dari Tabel 7, rangkaian osilator Colpitt pada transistor Q3 dapat berfungsi dengan baik, seperti dengan adanya keluaran sinyal osilasi. Sinyal osilasi ini akan digunakan sebagai frekuensi pembawa sinyal RF. Seperti frekuensi sinyal osilasi keluaran yang dapat dicari dengan persamaan (10). 1 0.03 10

18

18

85.33

86.3

Dari Tabel 6 perubahan frekuensi yang terjadi pada masukan mengakibatkan tegangan keluaran juga mengalami perubahan. Tegangan keluaran mengalami penurunan sebesar 4,8 mVpp, dari frekuensi masukan 2-5000 Hz. Penurunan tegangan keluaran terbesar terjadi saat perubahan frekuensi masukan dari 28-30 Hz yaitu sebesar 1 mVpp. Perubahan ini terjadi seperti ditunjukan pada Gambar 20.

100 10

35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 40 50 100 500 1000 2000 3000 4000 5000

Tegangan Kaluaran (mVpp)

2

1 1.865 10

Frekuensi Masukan (Hz) Gambar 20. Grafik Hubungan Frekuensi Masukan Dan Tegangan Keluaran Rangkaian Modulator TV (Exiter)

5.

masukan sama dengan frekuensi keluaran (tidak ada frekuensi yang teredam). b. Rangkaian osilator Colpitt pada transistor C3 dapat menghasilkan sinyal osilasi dengan frekuensi VHF 86,3 MHz, mendekati dari nilai perhitungan yaitu 85,33 MHz. c. Terjadi perubahan tegangan keluaran pada rangkaian modulator televisi jika terjadi perubahan frekuensi masukan. Dimana jika tejadi kenaikan frekuensi masukan maka tegangan keluaran akan relatif mengalami penurunan (tetapi tidak linier).

KESIMPULAN

Berdasarkan data yang diperoleh dari pengukuran tiap blok sistem dan analisa yang dijelaskan, maka dari Skripsi “Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo” dapat disimpulkan. a. Rangkaian modulator stereo dapat menghasilkan keluaran dengan baik. Dengan tidak adanya perubahan frekuensi yang signifikan pada keluaran dari perubahan frekuensi masukan, artinya frekuensi

11


DAFTAR PUSTAKA [1] Anil K., Maini, “Basic Television : Transmission and Reception Monochrome and Color”, Edisi kedua, CBS Publisher & Distributors, New Delhi, 1987. [2] Glasford, Glenn M., “Fundamentals of Television Engineering”, Tata McGraw-Hill Publishing Company LTD, New Delhi, 1978. [3] H. Young, Paul, “Electronic Communication Technique”, Fourth Edition, Prentice Hall International, USA, 1999. [4] Adriyansyah, Budi. “Stasiun Pemancar TVRI di Demak”. Semarang: Universitas Negeri Semarang. 2008. [5] Sauerwald, Mark, “Television Standards-Part I : How Our TVs Work”, ChipCenter-QuestLink, 2002. [6] Spiwak, Marc, “TV Transmitter”, Poptronix Electronic Handbook, 1997. [7] Leon W. Couch, Digital and Analog Communication Systems, Prentice 2001 [8] Boylestad, Robert. Electronic Devices and Circuit Theory. New Jersey: Prentice Hall, Inc. 2002. [9] Kurniawan, Arief. “Perancangan Perangkat Keras Modul Pelatihan Pemancar Televisi Berwarna Bakuan PAL Dan NTSC”. Semarang: Universitas Diponegoro. 2009. [10] Malvino, Albert Paul, “Prinsip-Prinsip Elektronika”, Erlangga, Jakarta, 1984. [11] “Data-sheet BA1404” FM Stereo Transmitter. September 1989. [12] “Data-sheet LM317” Terminal Adjustable Regulator. Juni 2012.

12


Rancang Bangun Rangkaian Exiter Pemancar TV Stereo

Recommend Documents