REALISASI PLL SYNTHESIZER UNTUK PEMANCAR TV VHF PADA PITA FREKUENSI 174 MHz – 202 MHz
Realization of PLL Synthesizer For VHF TV Transmitter At Band Frequency 174 MHz – 202 MHz
PROYEK AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma III
Program Diploma III Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro
Diajukan oleh: DEA ALFAYOGA SAPUTRA 091331006
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : DEA ALFAYOGA SAPUTRA
NIM
: 091331006
Tempat/Tanggal lahir
: Bandung, 24 Maret 1991
SD lulus tahun
: 2003 di SDN 1 BATUJAJAR
SLTP lulus tahun
: 2006 di SMPN 1 CIMAHI
SLTA lulus tahun
: 2009 di SMAN 2 CIMAHI
Prestasi yang pernah dicapai:
1. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi angkatan 2009 2. Anggota Divisi PSDM HIMATEL periode 2010-2011 3. Ketua Pelaksana Seminar Kepemimpinan HIMATEL tahun 2011 4. Juara Umum Pekan Olah Raga HIMATEL 2012
iii
Jangan pernah menyerah, karena jika menyerah habislah sudah
Bismillahirrohmanirrohim
“Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan” (94:6)
JIka kita menginginkan sesuatu yang belum pernah kita miliki, maka kita harus bersedia melakukan sesuatu yang belum pernah kita lakukan. Saya adalah saya, Saya akan lakukan sebisa Saya walau itu diluar kemampuan Saya.
Ku Persembahkan Perjuangan ini kepada mereka yang berjuang demi putra-putranya : Ayah dan Ibuku
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Proyek Akhir serta Laporan
Proyek Akhir yang berjudul “Realisasi PLL Synthesizer untuk Pemancar TV VHF
pada Pita Frekuensi 174 MHz - 195 MHz” tepat waktu. Shalawat beserta salam semoga tetap tercurah kepada baginda alam nabi besar Muhammad SAW.
Dalam proses perancangan alat serta tulisan, penulis banyak mendapatkan rintangan, baik itu secara langsung maupun tidak langsung, teknikal maupun non
teknikal. Namun berkat rahmat Allah dan doa doa yang telah banyak orang
panjatkan untuk Proyek Akhir saya, Alhamdulillah Proyek Akhir ini bisa berjalan masih pada jalurnya. Dalam pembuatan Proyek Akhir ini banyak pihak yang telah membantu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya untuk melakukan yang terbaik hingga penulis dapat menyelesaikan laporan Proyek Akhir ini tepat pada waktunya. 2. Ibunda Indun Ratnaningsih, Ayahanda Agus Hermono dan Adik Juniko Rangga Pirzada tercinta yang selalu bisa menyemangati tanpa bisa mengerti dan ikut membantu. 3. Bapak Andy Haidar, selaku Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi D3. 4. Bapak Sutrisno, selaku pembimbing penulis yang telah memberikan bimbingan dan mengarahkan dalam proses pembuatan Proyek Akhir. 5. Bapak Teddi Hariyanto, selaku pembimbing penulis yang telah memberikan bimbingan dan mengarahkan dalam proses pembuatan Proyek Akhir. 6. Seluruh panitia Proyek Akhir. 7. Muhamad Anugrah Hadiyana selaku rekan pembuatan Proyek Akhir, terima kasih untuk tak pernah lelah dan tak pernah mengeluh untuk memberikan bantuan, semangat, dan segalanya. 8. Saudara-saudaraku Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Bandung yang selalu memberikan keceriaan dan semangat.
v
9. Semua mahasiswa Teknik Telekomunikasi angkatan 2009, khususnya kelas 3
TC A. Semoga persahabatan kita akan selalu dikenang
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan Proyek Akhir ini masih jauh dari sempurna.
Untuk itu kritik serta saran yang membangun sangat penulis harapkan dari pembaca untuk kesempurnaan laporan ini.
Akhir kata penulis berharap semoga laporan Proyek Akhir ini dapat bermanfaat penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. bagi
Bandung, Juli 2012
Penulis
vi
ABSTRAK
Untuk mengirimkan sinyal informasi dari pemancar ke penerima memerlukan sinyal modulasi. Dibutuhkan sebuah osilator untuk mentranslasi
frekuensi output dari TV Modulator. Osilator harus memiliki tingkat stabilitas
yang baik, untuk menghindari kesalahan dalam penerjemahan proses frekuensi. Osilator yang digunakan untuk proses translasi frekuensi ini disebut synthesizer. Digunakan metode PLL (Phase Locked Loop), osilator dari PLL Synthesizer berada pada pemancar TV dengan band frekuensi 174 MHz - 202 MHz. Berdasarkan pengukuran, frekuensi output dari osilator adalah 110,95 MHz pada
channel 4, 117,95 MHz pada channel 5, 124,95 MHz pada channel 6, dan 124,95 MHz pada channel 7 dengan 1,6 ppm akurasi frekuensi.
Kata Kunci : Osilator, Phase Lock Loop, TV Transmitter
ABSTRACT
To transmit information signal from the transmitter to the receiver requires the modulation signal. A oscillator is also required for translating output frequency of the TV Modulator. The Oscillator must have a good level of stability, to avoid error in process frequency translation. Oscillator for frequency translation process is designed using PLL (Phase Locked Loop) method called PLL Synthesizer. This PLL Synthesizer will be used for VHF TV Transmitter in frequency band of 174 MHz - 202 MHz. Based on measurement, the output frequency of the Oscillator is 110,95 MHz at channel 4, 117,95 MHz at channel 5, 124,95MHz at channel 6, and 124,95 MHz at channel 7 with 1,6 ppm frequency accuracy.
Key words: Oscillator, Phase Lock Loop, TV Transmitter
vii
Daftar Isi
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ................................................................................... iii KATA PENGANTAR ................................................................................................. v
ABSTRAK .................................................................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1 1.1
Latar Belakang Masalah ................................................................................ 1
1.2
Perumusan Masalah ....................................................................................... 1
1.3
Pemecahan Masalah ...................................................................................... 1
1.4
Tujuan Proyek Akhir ..................................................................................... 2
1.5
Batasan Masalah ............................................................................................ 2
1.6
Sistematika Penulisan .................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN TEORITIS .................................................................................. 5 2.1
Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 5
2.2
PLL Synthesizer ............................................................................................ 5
2.2.1
Phase Detector ........................................................................................ 7
2.2.2
VCO ( Voltage Controlled Oscillator ) .................................................. 8
2.2.2.1 Rangkaian Resonansi pada VCO ....................................................... 9 2.2.3 2.3
Loop Filter.............................................................................................. 9
Bagian Kontrol Digital ................................................................................ 11
2.3.1
Kontruksi ATMega8535 ...................................................................... 12
2.3.2
Pin-Pin pada Microcontroller ATmega8535 ........................................ 12
2.4
Mixer ........................................................................................................... 13
2.5
Penguat Daya Frekuensi Tinggi .................................................................. 14
2.5.1
Parameter S pada transistor .................................................................. 14
2.5.1.1 Kestabilan Transistor ........................................................................ 15 2.5.1.2 Transistor Stabil Mutlak ................................................................... 15 2.5.1.3 Transistor Potensial Tak Stabil......................................................... 16 2.5.2
Pra Tegangan Transistor (Biasing)....................................................... 17
2.5.2.1 Self bias ............................................................................................ 18 2.5.2.2 Fixed Bias ......................................................................................... 19
viii
2.5.3
Penguat Kelas A ................................................................................... 20
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT ............................................ 22
3.1
Konsep Perancangan ................................................................................... 22
3.2
Spesifikasi Perancangan .............................................................................. 23
3.2.1
3.2.1.1
Local Oscillator PLL Synthesizer ........................................................ 23 VCO .............................................................................................. 25
3.2.1.2 PLL Frequency Synthesizer ............................................................. 27
3.2.1.3 Osilator Referensi ............................................................................. 28
3.2.1.4 Prescaler ........................................................................................... 29
3.2.1.5 Loop Filter ........................................................................................ 29 3.2.1.6 Bagian Kontrol Digital ..................................................................... 32
3.2.2
Penguat Daya ....................................................................................... 36
3.2.2.1 Rangkaian biasing transistor 2N3866............................................... 36 3.2.2.2 Rangkaian penyesuai impedansi transistor 2N3866 ......................... 39 3.2.3 3.3
Mixer .................................................................................................... 44
Realisasi....................................................................................................... 44
3.3.1
PLL Synthesizer ................................................................................... 45
3.3.2
VCO ..................................................................................................... 45
3.3.3
Prescaler ............................................................................................... 45
3.3.4
Loop Filter............................................................................................ 46
3.3.5
Bagian Kontrol Digital ......................................................................... 46
3.3.6
Penguat Daya ....................................................................................... 46
3.3.7
Mixer .................................................................................................... 47
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA .................................. 48 4.1
Pengukuran Local Oscillator PLL Synthesizer ........................................... 48
4.1.1
Pengukuran Output Sinyal ................................................................... 48
4.1.1.1 Pengukuran dengan menggunakan Oscilloscope ............................. 48 4.1.1.2 Pengukuran dengan Spectrum Analyzer .......................................... 51 4.1.2
Pengukuran Frekuensi .......................................................................... 54
4.1.2.1 Set Up Pengukuran Frekuensi .......................................................... 54 4.1.2.2 Langkah Kerja pengukuran .............................................................. 54 4.1.2.3 Hasil Pengukuran ............................................................................. 55
ix
4.1.2.4 Analisa .............................................................................................. 56
4.2
Pengukuran Amplifier ................................................................................. 57
4.2.1
Menggunakan Osiloskop ...................................................................... 57
4.2.1.1 Set-up pengukuran Amplifier ........................................................... 57
4.2.1.2 Langkah-langkah pengukuran .......................................................... 58 4.2.1.3 Hasil Pengukuran ............................................................................. 58
4.2.1.4 Analisa .............................................................................................. 59
4.2.2
Menggunakan spectrum ....................................................................... 60
4.2.2.1 Set Up pengukuran ........................................................................... 60
4.2.2.2 Langkah-Langkah Pengukuran ......................................................... 60 4.2.2.3 Hasil Pengukuran ............................................................................. 60
4.2.2.4 Analisa .............................................................................................. 62 4.3
Pengukuran Mixer ....................................................................................... 63
4.3.1
Set up pengukuran Mixer ..................................................................... 63
4.3.2
Langkah-Langkah Pengukuran ............................................................ 63
4.3.3
Hasil Pengukuran ................................................................................. 63
4.3.4
Analisa.................................................................................................. 65
BAB V..................................................................................................................... 657 PENUTUP ................................................................................................................ 657 5.1
Kesimpulan ................................................................................................ 657
5.2
Saran .......................................................................................................... 657
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... xiv
x
Daftar Gambar
Gambar 1 Blok Diagram PLL synthesizer ................................................................... 6 Gambar 2 Ideal Respon Lock Time ............................................................................. 6 Gambar 3 Output Phase Detector ................................................................................. 7 Gambar 4 Rangkaian VCO .......................................................................................... 8 Gambar 5 Rangkaian Loop Filter ................................................................................ 9 Gambar 6 Pin pin Mikrokontroller ATMega 8535 .................................................... 12 Gambar 7 Diagram Mixer .......................................................................................... 14 Gambar 8 Rangkaian Self Bias................................................................................... 18 Gambar 9 Garis Beban DC ........................................................................................ 19 Gambar 10 Rangkaian Fixed Bias ............................................................................. 19 Gambar 11 Rangkaian Dasar Penguat Kelas A.......................................................... 20 Gambar 12 Garis Beban Penguat Kelas A ................................................................. 21 Gambar 13 Perbandingan Sinyal Input dan Output Kelas A ..................................... 21 Gambar 14 Diagram blok VHF TV Transmitter dengan PLL Synthesizer ................ 22 Gambar 15 Skematik PLL Synthesizer ...................................................................... 25 Gambar 16 Diagram VCO ......................................................................................... 25 Gambar 17 Blok diagram PLL frequency Synthesizer .............................................. 27 Gambar 18 Konfigurasi Pin IC MC145152 ............................................................... 27 Gambar 19 Rangkaian Prescaler ................................................................................ 29 Gambar 20 Rangkaian Loop Filter ............................................................................. 31 Gambar 21 Pin-pin Mikrokontroler ATMega 8535 ................................................... 32 Gambar 22 Konfigurasi Saklar dengan ATMega 8535.............................................. 33 Gambar 23 Sinkronisasi ATMega 8535 – IC MC145152 Port N .............................. 35 Gambar 24 Sinkronisasi ATMega 8538 – IC MC 145152 Port A ............................. 35 Gambar 25 Sinkronisasi ATMega 8535 dengan LCD ............................................... 36 Gambar 26 Self Biasing ............................................................................................. 37 Gambar 27 Rangkaian Ekivalen................................................................................. 37 Gambar 28 Kurva Garis Beban .................................................................................. 39 Gambar 29 Penyesuai Impedansi Transistor 2N3866 dengan Smith chart ................ 42 Gambar 30 Rangkaian penguat 2N3866 .................................................................... 43 Gambar 31 PLL Synthesizer ...................................................................................... 45 Gambar 32 VCO ........................................................................................................ 45 Gambar 33 Prescaler .................................................................................................. 45 Gambar 34 Loop Filter ............................................................................................... 46 Gambar 35 Bagian Kontrol Digital ............................................................................ 46 Gambar 36 Penguat Daya........................................................................................... 46 Gambar 37 Mixer ....................................................................................................... 47 Gambar 38 Set-up pengukuran Level Tegangan dengan Oscilloscope ..................... 48 Gambar 39 Level Tegangan frekuensi 110,95 MHz .................................................. 49
xi
Gambar 40 Level Tegangan frekuensi 117,95 MHz .................................................. 49 Gambar 41 Level Tegangan frekuensi 124,95 MHz .................................................. 50 Gambar 42 Level Tegangan frekuensi 131,95 MHz .................................................. 50 Gambar 43 Set-up pengukuran level daya menggunakan Spectrum Analyzer .......... 51 Gambar 44 Level Daya frekuensi 110,95 MHz ......................................................... 52 Gambar 45 Level Daya frekuensi 117,95 MHz ......................................................... 52 Gambar 46 Level Daya frekuensi 124,95 MHz ......................................................... 53 Gambar 47 Level Daya frekuensi 131,95 MHz ......................................................... 53 Gambar 48 Set up pengukuran frekuensi ................................................................... 54 Gambar 49 Frekuensi 110,95 MHz ............................................................................ 55 Gambar 50 Frekuensi 117,95 MHz ............................................................................ 55 Gambar 51 Frekuensi 124,95 MHz ............................................................................ 55 Gambar 52 Frekuensi 131,95 MHz ............................................................................ 56 Gambar 53 Set-up pengukuran amplifier dengan Oscilloscope ................................. 57 Gambar 54 Level Tegangan Frekuensi 110,95 MHz setelah dikuatkan .................... 58 Gambar 55 Level Tegangan Frekuensi 117,95 MHz setelah dikuatkan .................... 58 Gambar 56 Level Tegangan Frekuensi 124,95 MHz setelah dikuatkan ................... 59 Gambar 57 Level Tegangan Frekuensi 131,95 MHz setelah dikuatkan .................... 59 Gambar 58 Set-up pengukuran amplifier Spectrum Analyzer ................................... 60 Gambar 59 Level Daya Frekuensi 110,95 MHz setelah dikuatkan ........................... 61 Gambar 60 Level Daya Frekuensi 117,95 MHz setelah dikuatkan ........................... 61 Gambar 61 Level Daya Frekuensi 124,95 MHz setelah dikuatkan ........................... 61 Gambar 62 Level Daya Frekuensi 131,95 MHz setelah dikuatkan ........................... 62 Gambar 63 Set-up pengukuran mixer ........................................................................ 63 Gambar 64 IF frekuensi IF+ 175,25 MHz .................................................................. 64 Gambar 65 Frekuensi IF+ 182,25 MHz ...................................................................... 64 Gambar 66 Frekuensi IF+ 189,25 MHz ...................................................................... 64 Gambar 67 Frekuensi IF+ 196,25 MHz ..................................................................... 65
xii
Daftar Tabel
Tabel 1 Pengkanalan Frekuensi ................................................................................. 22 Tabel 2 Konfigurasi pembagi IC MC145152 ............................................................ 28 Tabel 3 Konfigurasi Pin ATMega 8535 ..................................................................... 32 4 Konfigurasi pin pada Port A ......................................................................... 33 Tabel Tabel 5 Pengkonfigurasian Nilai Biner ...................................................................... 34 Tabel 6 Fungsi Pin LCD ............................................................................................ 35 Tabel 7 Perhitungan Frekuensi IF .............................................................................. 44 Tabel 8 Pengukuran Level Tegangan menggunakan Oscilloscope............................ 50 9 Pengukuran Level daya menggunakan Spectrum Anayzer........................... 53 Tabel Tabel 10 Pengukuran Frekuensi ................................................................................. 56 Tabel 11 Pengukuran Level tegangan setelah dikuatkan ........................................... 59 Tabel 12 Pengukuran Mixer ....................................................................................... 65 Tabel 13 Conversion Loss.......................................................................................... 66
xiii
DAFTAR PUSTAKA [1] PLL, http://id.wikipedia.org/wiki/PLL ,17 Januari 2012
[2] PLL Frequency synthesizer, http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/oraridiklat/teknik/elektronika/PLL-frekuensi-synthesiser.pdf , Maret 2012
[3] Aditya, Dena. Phase Lock Loop pada Frekuensi 88 MHz- 108 MHz, Laporan Proyek Akhir, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah
DR.Hamka Jakarta, 2008
[4] Malvino, Paul Albert( 1996 ), Prinsip-prinsip Elektronika, jilid 2. Jakarta : Erlangga.
[5] Gantara, Dikdik. Realisasi Modulator Pemancar TV VHF dengan Metoda PLL pada Kanal 12 , Laporan Proyek Akhir, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung,2006
[6] Bowick, Chris. 1982. RF Circuit Design Second Edition.
[7] Gunawan, Yudha, Realisasi Mikrokontroler e-KTP Menggunakan Radio Frequency Identification Berbasis Jaringan, Laporan Proyek Akhir, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung,2010
[8] Mikrokontroler AVR ATMega 8535, http://kriztanu.wordpress.com/2010/08/29/mikrokontroler-avr-atmega8535/ , 10 Juni 2012
xiv
