LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tugas Akhir
: Rangkaian Audio TV Konverter
NIM
: 01498 – 023
Fakultas/Jurusan
: TEKNOLOGI INDUSTRI / TEKNIK ELEKTRO
Peminatan
: Telekomunikasi
Jakarta, Februari 2006 Menyetujui dan Mengesahkan,
Pembimbing
( DR. Ing. Mudrik Alaydrus ) Mengetahui,
Ketua JurusanTeknik Elektro
Koordinator Tugas Akhir
Fakultas Teknologi Industri
( Ir. Budi Yanto H, MSc )
( Yudhi Gunardhi, ST. MT )
i
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul “Rangkaian Audio TV Konverter “ adalah hasil kerja saya. Dan sepanjang pengetahuan saya belum pernah dipublikasikan pada media massa manapun dan belum pernah diajukan sebagai tugas akhir pada jurusan / fakultas / Universitas manapun. Demikian pernyataan ini dibuat untuk digunakan seperlunya.
Jakarta,
Februari 2006
Yang membuat pernyataan
Dedi Wahyudi NIM : 01498 - 023
ii
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunianya serta lindungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Rangkaian Audio TV Konverter. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat guna mencapai gelar Sarjana Elektro pada, Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini, terutama kepada ; 1. Orang tua dan keluarga atas doa serta dukungannya 2. Bapak DR. Ing Mudrik Alaydrus, Selaku pembimbing yang telah bersedia memmberikan saran, pengarahan serta bantuan selama penyusunan tugas akhiri. 3. Bapak Ir. Budi Yanto Husodo. MSc, Selaku ketua jurusan teknik elektro Fakultas Teknologi Industri. 4. Seluruh Staff dan Dosen Fakultas Teknologi Industri Universitas Merecu Buana. 5. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir. 6. Teman-teman elektro, terutama angkatan 98 yang telah memberikan semangat serta dukungan penuh terkait dalam selesainya pembuatan tugas akhir.
iii
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat memberikan sumbangan pengetahuan yang berguna bagi pihak yang memerlukannya.
Jakarta, Februari 2006
Dedi Wahyudi
iv
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... ii KATA PENGANTAR ................................................................................ iii DAFTAR ISI
.......................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ viii DAFTAR TABEL ........................................................................................ x ABSTRAK ................................................................................................... xi ABSTRACTION .......................................................................................... xii BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ....................................................................... 1
1.2
Tujuan Pembahasan ............................................................... 2
1.3
Batasan Masalah .................................................................... 2
1.4
Sistematika Penulisan ............................................................ 3
BAB II
TEORI DASAR
2.1.
Prinsip Dasar Penerima TV.................................................... 4
2.2.
Sinyal RF Televisi .................................................................. 5
2.3.
Sinyal Suara FM.................................................................... 9
2.4.
Prinsip Dasar Rangkaian Penala (tuner) ............................... 9 2.4.1. Resonansi, Filter, Faktor Q dan Bandwidth ............. 12 2.4.2. Osilator .................................................................... 20
v
2.4.3. Mixer ....................................................................... 23 2.5.
Prinsip Dasar Rangkaian Penguat ....................................... 24 2.5.1. Amplifier Kelas A .................................................... 27 2.5.2. Kriteria Unjuk Kerja Amplifier RF .......................... 30 2.5.3. Garis Beban ac Penguat Kelas A ............................. 31 2.5.4. Perolehan Tegangan Penguat Kelas A ..................... 33 2.5.5. Kepatuhan ................................................................ 35 2.5.6. Daya Beban dan Efesiensi ....................................... 36
2.6.
Prinsip Dasar Detektor ......................................................... 38 2.6.1. Detektor video .......................................................... 40 2.6.2. Detektor FM Suara ................................................... 41
2.7. BAB III
Prinsip Dasar Pemancar ...................................................... 43 PERANCANGAN RANGKAIAN AUDIO TV KONVERTER
3.1.
Prinsip Kerja Rangkaian ...................................................... 45
3.2.
Blok Rangkaian Tuner ......................................................... 46
3.3.
Rangkaian Penguat IF Video ( VIF Amplifier ).................. 48
3.4.
Rangkaian Video Detektor ................................................... 50
3.5.
VideoDriver ........................................................................ 51 3.5.1. Garis Beban ac Penguat Kelas A ............................. 51 3.5.2. Perolehan Tegangan ................................................. 53 3.5.3. Daya Beban Dan Efesiensi ...................................... 53
3.6.
Rangkaian SIF Amplifier Dan FM Detektor ........................ 55
3.7.
Rangkaian Modulator dan Reaktansi .................................. 56
BAB IV
PENGUKURAN DAN ANALISA
vi
4.1.
Pengujian Tuner TV ............................................................. 60
4.2.
Pengujian VIF Amplifier...................................................... 60
4.3.
Pengujian video Detektor ..................................................... 62
4.4.
Pengujian Video Driver........................................................ 63
4.5.
Pengujian Rangkaian FM Detektor ...................................... 64
4.6.
Pengujian Modulator Reaktansi ........................................... 65
BAB V
KESIMPULAN KESIMPULAN ....................................................................... 66
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 67 LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Blok Diagram Penerima TV .............................................. 5
Gambar 2-2
Sinyal Majemuk yang dipancarkan oleh Suatu Pemancar TV..................................................................... 6
Gambar 2-3
Lebar Frekuensi Satu Kanal TV ........................................ 8
Gambar 2-4
Blok Diagram Rangkaian didalam Tuner TV .................. 11
Gambar 2-5
Rangkaian Resonansi Seri dan Paralel pada Sumber ac .. 12
Gambar 2-6
Respon Amplutudo Pada Jenis – jenis Filter Dasar ......... 16
Gambar 2-7
Resistor Beban di Paralel Pada Rangkaian Tertala Menurunkan Q dan Memperlebar Tanggapan Frekuensi .. 18
Gambar 2-8
Arus Maksimum Mengalir di Dalam Rangkaian Seri Pada Keadaan Resonansi .......................................................... 19
Gambar 2-9
Rangkaian Osilator Umum .............................................. 21
Gambar 2-10
Pencampur Frekuensi....................................................... 23
Gambar 2-11
Blok Diagram Pencampran Penambahan ........................ 24
Gambar 2-12
Konfigurasi Dasar Amplifier ........................................... 26
Gambar 2-13
Karakteristik Transfer Suatu Amplifier Linier ................ 28
Gambar 2-14
Kurva Karakteristik Transfer ........................................... 28
Gambar 2-15
Rangkaian Pengauat Kelas A........................................... 29
Gambar 2-16
Rangkaian Ekivale Dari Rangkaian Penguat Kelas A ..... 30
Gambar 2-17
Garis Beban ac Kelas A ................................................... 32
Gambar 2-18a
Titik Q Dekat Keadaan Pancung .................................... 36
Gambar 2-18bTitik Q Dekat Keadaan Jenuh .............................................. 36
viii
Gambar 2-19
Detektor AM .................................................................... 39
Gambar 2-20
Detektor FM..................................................................... 40
Gambar 2-21
Rangkaian Detektor Video .............................................. 41
Gambar 2-22
Detektor FM..................................................................... 42
Gambar 2-23
Pemancar FM Yang Di Modulasi Langsung ................... 44
Gambar 2-24
Modulator Reaktansi ........................................................ 45
Gambar 3-1
Blok Diagram Konverter Audio TV ................................ 45
Gambar 3-2
Tuner TV dan Blok Diagram Tuner ................................ 47
Gambar 3-3
Rangkaian VIF Amplifier ................................................ 48
Gambar 3-4
Rangkaian Video Detektor .............................................. 50
Gambar 3-5
Rangkaian Video Driver .................................................. 51
Gambar 3-6
Rangkaian SIF Amplifier dan FM Detektor .................... 55
Gambar 3-7
Rangkaian Modulator Reaktansi...................................... 56
Gambar 4-1
Blok Diagram Pengujian VIF Amplifier ......................... 60
Gambar 4-2
Blok Diagram Pengujian Video Detektor ........................ 62
Gambar 4-3
Blok Diagram Pengujian Video Driver ........................... 63
Gambar 4-4
Susunan Peralatan Untuk Pengujian FM Detektor .......... 64
Gambar 4-5
Susunan Pengujian Peralatan Modulator Reaktansi ........ 65
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2-1
Frekuensi – frekuensi Untuk Saluran VHF dan UHF . Lamp
Tabel 2-2
Osilator – Osilator Umpan Balik Rangkaian Resonansi.. 22
Tabel 2-3
Perbandingan Karakteristik Konfigurasi Amplifier......... 27
Tabel 2-4
Karakteristik Power Transsistor ...................................... 31
Tabel 4-1
Tegangan Keluaran Amplifier ......................................... 61
x
ABSTRAK
Banyak manfaat yang diperoleh dengan keberadaan televisi dan radio, mengingat pentingnya informasi yang ada pada televisi dan pada saat kita berada jauh dari televisi maka pada tugas akhir ini direncanakan sebuah peralatan konverter. Perencanaan pembuatan alat ini adalah untuk memperoleh sinyal audio yang ada pada televisi sehingga sinyal audio televisi dapat di dengar atau diterima pada penerima FM broadcast (88-108 MHz) pada frekuensi tertentu. Rangkaianrangkaian yang diperlukan pada perencanaan ini adalah rangkaian tuner TV, penguat frekuensi tengah video (VIF Amp), video detektor, video driver, penguat frekuensi tengah suara (SIF suara), FM detektor dan modulator reaktansi. Suara yang akan diterima pada penerima FM merupakan sinyal audio mono, pemilihan channel TV atau penalaannya dilakukan secara manual dan jarak jangkauan antara konverter dan penerima FM kurang lebih 10 meter.
xi
ABSTRACTION
Many obtained benefit with existence of radio and television, important considering of information him exist in television and at the time of us reside in far from television hence at this final duty planned by a equipments of converter. Planning of making of this appliance is to obtain;get audio sinyal exist in television so that television audio sinyal earn in hearing or accepted at receiver of FM broadcast ( 88-108 MHZ) at certain frequency. Networks needed at this planning is network of tuner TV, lasing of middle frequency of video VIF Amp, detector video, video of driver, lasing of middle frequency of voice Voice SIF, FM Detector and modulator of reaktansi. Voice to be accepted at receiver of FM represent mono audio sinyal, election of TV channel or his its harmonius cavity is done conducted manually reach distance and [among/between] converter and receiver of FM more or less 10 metre.
xii
1
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Informasi merupakan hal yang sangat penting dewasa ini, semua aspek kehidupan kita memerlukan informasi. Untuk mendapatkan informasi tersebut banyak media informasi yang ditawarkan, misalnya radio dan televisi. Banyak informasi yang bermanfaat yang diperoleh dengan keberadaan televisi dan radio, mulai dari hiburan, ekonomi, politik, ilmu pengetahuan dan teknologi. Mengingat pentingnya informasi pada siaran televisi dan juga semakin populernya penggunaan penerima radio "FM Broadcast", maka direncanakan suatu peralatan tambahan yang berupa konverter. Dengan peralatan tambahan ini penggunaan penerima radio "FM Broadcast" akan menjadi luwes. Luwes disini berarti bahwa penerima tersebut selain mampu menerima sinyal "FM Broadcast" juga mampu menerima sinyal audio televisi, dengan kata lain dapat dikatakan bahwa dengan adanya peralatan ini, informasi yang dikandung oleh audio televisi akab lebih tersebar luas dan dengan mudah diperoleh. Peralatan tambahan yang berupa konverter ini disebut sebagai "Audio TV Konverter" yang fungsinya adalah memperoleh frekuensi sinyal audio televisi sehingga sinyal audio televisi dapat didengar dipenerima "FM Broadcast" ( 88108 MHz) pada frekuensi tertentu, dengan mendekatkan konverter ini dengan penerima FM tanpa menggunakan kabel sebagai penghubungnya.
1
2
I.2. Tujuan Pembahasan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah merencanakan dan membuat peralatan tambahan untuk penerima radio, sehingga siaran atau audio televisi dapat didengar pada penerima radio FM Broadcast pada frekuensi tertentu.
I.3. Batasan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini terdapat beberapa pembatasan dalam penyajian materi meliputi : •
Sinyal audio TV yang didengar pada penerima FM merupakan sinyal audio mono
•
Pemilihan channel TV atau penalaannya dilakukan secara manual tidak secara otomatis.
•
Pada rangkaian konverter ini, rangkaian tala
(tuner) dan filter yang
digunakan adalah tuner dan filter pasif yang umum digunakan pada rangkaian TV. •
Sinyal audio yang diperoleh kemudian dipancarkan oleh suatu rangkaian pemancar FM dengan jarak jangkauan kurang lebih 10 meter.
I.4 Sitematika Penulisan Penulisan laporan tugas akhir ini terdiri atas lima bab, dengan uraian sebagai berikut :
3
Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang, tujuan pembahasan, batasan masalah dan sistematika penulisan. Bab II Teori Dasar, bab ini membahas prinsip dasar penerima TV, sinyal RF Televisi, sinyal suara FM, prinsip dasar rangkaian penala (tuner), prinsip dasar rangkaian penguat, prinsip dasar rangkaian detektor, prinsip-prinsip dasar pemancar FM. Bab III Perancangan Rangkaian Konverter, bab ini membahas tentang perancangan penguat frekuensi antara video (VIF amplifier), video detektor, video driver, penguat frekuensi antara suara (SIF amplifier), FM detektor, penguat daya dan rangkaian daya dan rangkaian sederhana dari pemancar FM. Bab IV Pengukuran Dan Analisa, membahas tujuann pengukuran, hasil pengukuran dan analisa dari hasil pengukuran. Bab V Kesimpulan, berisi kesimpulan-kesimpulan pembuatan suatu rancangan peralatan konverter yang dilakukan dalam tugas akhir ini.
4
BAB II TEORI DASAR
II.1 Prinsip Dasar Penerima TV Pada dasarnya prinsip kerja pesawat penerima TV mirip pesawat penerima radio ataupun pesawat penerima gelombang radio frekuensi lebih tinggi (VHF). Jadi ada penguat RF, penyampur (mixer) dan detektor serta penguat IF seperti terlihat pada gambar 2-1. Pada pesawat penerima TV terdapat dua saluran IF dan detektor yaitu untuk sinyal video dan sinyal suaranya. Disini diperlukan penguat video dengan lebar band sekitar 7 MHz, sedangkan sinyal suara dimodulasi secara FM pada gelombang pembawa sekunder (subcarrier). Setelah pemisahan antara sinyal suara dan sinyal video, sinyal suara akan diproses seperti pesawat penerima FM. Selain itu juga ada rangkaian pembangkit tegangan gigi gergaji untuk garis-garis horizontal dan arah vertikal. Maka penerima televisi mempunyai tiga jenis pekerjaan utama : 1. Menguatkan sinyal pembawa suara, mendeteksi sinyal itu dan kemudian mengumpankannya ke pengeras suara. 2. Menguatkan sinyal pembawa gambar, mendeteksi sinyal itu dan kemudian memberikannya kepada tabung gambar. 3. Membangkitkan arus bentuk gigi gergaji guna membelokkan berkas elektron didalam tabung gambar. Selain itu juga membangkitkan tegangan sangat tinggi untuk keperluan layar tabung gambar.
4
5
Penguat Frekuensi Radio
Penguat RF Sinyal Gambar
Penguat Frekuensi RF Untuk Sinyal Audio
Detektor Video
Penguat Sinyal Video
Pembangkit Tegangan Gigi Gergaji Horizontal
Pemisah Untuk Sinyal-Sinyal Sinkronisasi
Pemisah Sinkronisasi Garis & Sinkronisasi Gambar
Speaker
Detektor Sinyal Audio
Pembangkit Tegangan Gigi Gergaji Vertikal
Penguat Audio
Tabung Sinar Katoda
Gambar 2-1. Blok diagram penerima TV
II. 2 Sinyal RF Televisi Teknik televisi menerapkan frekuensi-frekuensi yang tergolong dalam frekuensi sangat tinggi (Very High Frequency), yiatu frekuensi-frekuensi yang tingginya berkisar sampai kira-kira 200 Mhz (panjang gelombang = 1,5 meter). Frekuensi-frekuensi setinggi ini diperlukan sebagai sinyal pembawa, sebab informasi yang tertinggi sudah mencapai 5 MHz. Sinyal televisi yang mengandung informasi gambar (sinyal video) dan suara (sinyal audio) dalam penyampaiannya dimodulasikan ke dalam daya RF. Keperluan akan modulasi mula-mula timbul dalam transmisi radio dari sinyalsinyal frekuensi rendah (misal sinyal audio). Frekuensi rendah tersebut digunakan
6
untuk memodulasi sebuah frekuensi tinggi yang dinamakan gelombang pembawa, dan kemudian dipancarkan ke udara. Pada sinyal televisi, sinyal gambar menggunakan modulasi amplitudo sedangkan sinyal audio menggunakan modulasi frekuensi. Di dalam sinyal TV yang dipancarkan oleh stasion pemancar mengandung sinyal pembawa gambar, sinyal gambar, sinyal pembawa suara dan sinyal suaranya serta pulsa sikronisasi seperti yang terlihat pada gambar 2-2 dibawah ini.
Suatu daerah sinyal video ataupun audio, rangkuman perubahan frekuensi disebut daerah frekuensi dasar (baseband). Sebenarnya frekuensi-frekuensi ini sesuai dengan informasi gambar dan suara (yang dapat didengar) yang diinginkan. Dalam sistem audio, lebar frekuensi dasar (baseband) adalaj 20-20000 Hz dan dalam sistem video, rangkuman lebar frekuensi dasar adalah dari 0 Hz untuk arus searah sampai 5 MHz. Sinyal gambar mempunyai lebar pita frekuensi 5 MHz, sehingga bila dimodulasi secara AM akan mempunyai lebar pita minimum 10 MHz. Jika standar lebar pita frekuensi untuk setiap kanal TV adalah 7 MHz, maka lebar pita yang didapat terlalu lebar. Untuk mengurangi lebar pita frekuensi digunakan modulasi amplitudo. Cara penyiaran sinyal gambar dalam modulasi amplitudo ini
7
semua bidang sisi fekuensi atas (upperside) dan hanya sebagian bidang sisi bawah (lower-side) yang digunakan. Bidang sisi atas memiliki semua frekuensi pemodulasi video sampai 5 MHz, akan tetapi bidang sisi bawah mencakup frekuensi pemodulasi video hanya 0,75 MHz. Lebar band frekuensi yang digunakan untuk pengiriman sinyal video dan audio disebut kanal (Channels). Masing-masing stasiun televisi mempunyai suatu kanal (channel) dengan lebar 7 MHz serta suatu frekuensi pembawa tertentu, sinyal-sinyal pembawa RF untuk gambar dan suara keduanya dalam tiap kanal (channel). Lebar band ini diperlukan untuk menyesuaikan modulasi dengan frekuensi video sampai 7 MHz termasuk sinyal warna untuk televisi berwarna dimana sinyal suara FM juga berada dalam kanal (channel) tersebut. Selain itu, frekuensi-frekuensi radio (RF) pembawa gambar dan suara selalu terpisah sebesar 5,5 MHz dalam semua channel. Lebar pita sinyal televisi yang ditransmisikan dapat dilihat pada gambar 2-3 dibawah ini. Oleh karena itu, saluran-saluran ditetapkan ke bidang-bidang frekuensi VHF dan UHF. Bidang frekuensi VHF mencakup 30 sampai 300 MHz dan bidang frekuensi UHF 300 sampai 3000 MHz. Frekuensi-frekuensi untuk semua saluransaluran TV (VHF dan UHF) diberikan pada tabel 2-1 yang terdapat pada lembar lampiran.
8
Amplitudo
Pembawa Suara Pembawa Gambar Jalur-jalur Samping Suara
Jalur Samping Bawah Jalur Samping Atas MHz
0,75 MHz
5 MHz 5,5 MHz 7 MHz
Gambar 2-3. Lebar frekuensi satu kanal TV
Saluran-saluran televisi dibagi tiga kelompok, dikarenakan oleh adanya perbedaan yang besar dalam frekuensi, yaitu; saluran-saluran VHF bidang frekuensi rendah (low band VHF channels) mencakup frekuensi dari 54 sampai 68 MHz, Saluran-saluran VHF bidang frekuensi tinggi (high band VHF channels) yang mencakup frekuensi dari 174 sampai 230 MHz dan saluran-saluran UHF yang mencakup frekuensi dari 470 sampai 862 MHz.
II.3. Sinyal Suara FM Ada berbagai cara untuk menyalurkan informasi kepada pihak lain yang masing-masing mempunyai karakteristik tersendiri. Untuk menyalurkan sinyal informasi agar sampai ditujuan dengan cara menumpangkan sinyal informasi pada
9
sinyal pembawa yang berupa gelombang radio disebut modulasi. Salah satu modulasi yang digunakan untuk menyampaikan sinyal suara adalah dengan cara modulasi frekuensi (FM). Modulasi frekuensi (FM) digunakan untuk sinyal suara, guna meningkatkan keuntungan dari derau dan interferensi yang lebih sedikit. Sinyal suara FM pada televisi pada dasarnya sama seperti dalam penyiaran radio FM. Sinyal pembawa suara terpisah 5,5 MHz diatas pembawa gambar, sinyal suara dan sinyal gambar keduanya terdapat dalam satu saluran (channel) 7 MHz. Bandwith frekuensi pemodulasi audio adalah 50 KHz seperti dalam radio FM, guna memungkinkan menghasilkan kembali suara yang berfidelitas tinggi.
II.4. Prinsip Dasar Rangkaian Penala (Tuner) Rangkaian penala (tuner) pada dasarnya berfungsi untuk memilih frekuensi televisi yang diinginkan. Gambar 2-4 menunjukkan blok diagram rangkaian tuner. Frekuensi yang diterima oleh rangkaian tala yang terdapat di dalam tuner yaitu frekuensi tinggi seperti frekuensi VHF dan UHF. Rangkaian penala (tuner) adalah blok yang di dalamnya terkandung blokblok sebagai berikut ; •
RF amplifier (radio frekuensi amplifier)
•
Osilator lokal
•
Mixer Pada input setiap blok terdapat suatu rangkaian LC yang beresonansi pada
frekuensi yang sama dengan frekuensi pemancar, terkecuali pada osilator lokal
10
disini terdapat rangkaian LC dengan frekuensi resonansi = frekuensi pemancar + 38,9 MHz. Frekuensi 38,9 MHz merupakan standart sinyal pembawa gambar. RF amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh antena dan rangkaian LC pada input RF amplifier membuat hanya satu frekuensi yang diinginkan saja yang dikuatkan. Osilator lokal berfungsi untuk menghasilkan sinyal yang kontinu dengan frekuensi = frekuensi pemancar + 38,8 MHz. Mixer berfungsi untuk mencampurkan frekuensi dari RF amplifier dengan frekuensi dari osilator lokal, tujuan pencampuran ini adalah untuk menurunkan frekuensi pembawa dari sinyal yang dikirimkan, sinyal hasil pencampuran mixer adalah sebagai berikut : 1. Frekuensi osilator (fLO) 2. Frekuensi sinyal informasi (fi) 3. Frekuensi osilator + frekuensi sinyal informasi (hasilnya berupa frekuensi yang lebih tinggi (fLO + f1). 4. Frekuensi osilator – frekuensi sinyal informasi (hasilnya adalah sinyal 38,9 MHz untuk pembawa gambar (fLO-f1). Pada rangkaian tala pada RF amplifier, osilator lokal dan mixer dilakukan penalaan bersama, dan penalaannnya dengan mengatur nilai kapasitor atau nilai induktor. Para rangkaian penala (tuner) TV ini juga mempunyai AGC (automatic gain control), dan AFC (automatic frequency control). AGC (automatic gain control) berguna untuk mengatasi masalah perubahan level amplitudo pada sinyal
11
yang diterima oleh rangkaian penala (tuner), dengan demikian akan tetap diperoleh level amplitudo yang konstan.
Antena
IF out Rangkaian tala
RF Amplifier
Mixer
Osilator Lokal
Penyelarasan talaan
Gambar 2-4. Diagram blok rangkaian di dalam tuner TV
Sedangkan AFC (automatic frequency control) berguna untuk mengatasi jika terjadi sedikit pergeseran frekuensi pada sinyal yang diterima, dengan demikian juga akan diperoleh frekuensi yang diinginkan tetap konstan. II.4.1. Resonansi, Filter, Faktor Q dan Bandwith Rangkaian resonansi merupakan dasar kerja dari semua pemancar, penerima dan antena. Suatu rangkaian dengan satu frekuensi resonansi atau lebih dinamakan rangkaian resonansi, dan rangkaian ini sangat banyak digunakan dalam sistem komunikasi untuk memisahkan sinyal yang diinginkan dan sinyal yang tidak diinginkan. Karena impedansi dari kebanyakan rangkaian resonansi, melewati maksimum dan minimum tajam pada resonansi. Lebar pita atau Q, frekuensi resonansi, impedansi resonansi dan sifat pengubah impedansi dari rangkaian sangat penting dalam rancangan penguat RF dan osilator. Bila reaktansi
12
induktif (XL) dari suatu kapasitor pada rangkaian maka akan terjadi suatu keadaan yang dikenal sebagai resonansi. Gambar 2-5 menggambarkan sebuah rangkaian resonansi seri dan sebuah rangkaian resonansi pararel.
(a)
(b)
Gambar
(a) Sebuah rangkaian resonansi seri pada sumber ac (b) Sebuah rangkaian resonansi pararel pada sumber ac
Gambar 2-5 Rangkaian Resonansi Seri dan Resonansi Pararel pada sumber AC
Karena resonansi merupakan keadaan dimana XL sama dengan XC, maka persamaan untuk resonansi adalah : XL = XC
(2-1)
1 ωC
(2-2)
Atau
ωL =
Atau
2πfL =
Dengan :
XL = Reaktansi Induktif (ohm)
1 2πfL
XC = Reaktansi Kapasitif (ohm) f
= Frekuensi Resonansi (Hertz)
(2-3)
13
L
= Induktansi (Henry)
C
= Kapasitansi (Farad)
ω
= 2 πf (rad/detik)
Persamaan diatas memperlihatkan bahwa besarnya reaktansi induktif berbanding langsung dengan frekuensi, dan reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan frekuensi. Dengan sembarang nilai kumparan dan kapasitor, pada waktu frekuensi bertambah besar, reaktansi kumparan akan membesar tetapi reaktansi kapasitor mengecil. Pada suatu frekuensi, kedua reaktansi nilainya akan sama. Pada suatu frekuensi tersebut terjadi keadaan resonansi. Untuk menentukan besarnya frekuensi pada waktu kumparan dan kapasitor akan beresonansi, persamaan resonansi dapat disusun kembali untuk mencari f : XL = XC 2πfL =
1 2πfC
2πfL(2πfC ) = 1 4π 2 f 2 LC = 1 f2=
f =
1 4π 2 LC 1
2π LC
(2-4)
14
Persamaan-persamaan tersebut dapat digunakan untuk menentukan besarnya frekuensi pada sembarang rangkaian LC. Persamaan resonansi dapat disusun kembali dengan cara lain untuk menghitung induksi yang diperlukan agar terjadi resonansi dengan kapasitansi yang telah diketahui, atau menentukan kapasitansi yang diperlukan untuk resonansi dengan induktansi tertentu, untuk membuat rangkaian resonansi pada harga frekuensi yang dikehendaki : XL = XC 2πfL =
1 2πfC
2πfL(2πfC ) = 1 4π 2 f 2 LC = 1 C=
1 1 1 = = 2 2 2 4π f L (2πf ) L ω L
(2-5)
L=
1 1 1 = = 2 2 2 4π f C (2πf ) C ω C
(2-6)
2
2
Penyaringan (filtering) sinyal-sinyal diperlukan untuk memisahkan sinyal yang dikehendaki dari sinyal-sinyal lain yang dipancarkan, dan juga untuk memperkecil pengaruh kebisingan dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki, tersebut. Hampir semua filter yang kompleks menggunakan ketiga jenis komponen sekaligus, yaitu induktor, kapasitor dan resistor. Sebuah filter akan mengubah amplitudo dan fasa dari sinyal sinusoida yang melewatinya. Sesuai dengan bentuk umum dari respons amplitudofrekuensinya, filter-filter diklasifikasikan ke dalam low pass filter (LPF), high
15
pass filter (HPF), band pass filter (BPF) dan band stop filter (BSF). Low pass filter hanya melewatkan frekuensi rendah saja, high pass filter melewatkan frekuensi tinggi saja, sedangkan band pass filter melewatkan frekuensi-frekuensi yang berada di dalam jalur atau band tersebut. Band stop filter menahan frekuensi-frekuensi yang beada di dalam jalur. Low pass filter mempunyai ciri suatu pass band frekuensi-frekuensi yang terletak dari nol hingga suatu frekuensi potong (cut-off frequency) fc, dan juga terdapat daerah peralihan sebelum mencapai tepi dari band stop pada fs seperti yang terlihat pada gambar 2-6(a). Karakteristik high pass filter diperlihatkan dalam gambar 2-6(b). Di sini, band stop adalah dari nol sampai suatu frekuensi fs, daerah peralihan dari fs hingga frekuensi potong fc, sedangkan band pass dari fc ke atas. Karakteristik band pass filter (BPF) terlihat bahwa band pass ditentukan oleh dua frekuensi potong, yaitu yang di bawah pada fc1, dan yang di atas pada fc2. Terdapat daerah peralihan yaitu antara fs1 hingga fc1 dan antara fc2 hingga fs2. Sedangkan band stop terletak dari nol sampai fs1 dan dari fs2 ke atas, seperti yang terlihat pada gambar 2-6(c). Respons dari band stop filter (BPF) atau filter penolakan band diperlihatkan dalam gambar 2-6(d). Filter ini mempunyai suatu band pass bawah yang terletak dari nol sampai fc1, suatu daerah peralihan bawah dari fc1 hingga fs1, suatu band stop dari fs1 sampai fs2, dan kemudian suatu daerah peralihan atas yang membentang dari fs2 ke fc2 dan suatu band pass atas yang terletak di atas fc2.
16
H(f)
H(f)
fc
f
fs
fs
(a)
f
fc
(b)
H(f)
H(f)
fs1
fc1
fc2
fs2
(c)
f
fc1
fs1
fs2
fc2
(d)
Gambar 2-6. Respons amplitudo untuk jenis-jenis filter dasar : (a) LPF, (b) HPF, (c) BPF, dan (d) BSF
Faktor Q satu istilah yang sering digunakan pada rangkaian ac yang melibatkan induktansi dan kapasitansi. Simbol Q dapat diartikan sebagai "kualitas". Sebuah kumparan yang tidak mempunyai resistansi atau rugi-rugi yang lain akan merupakan sebuah induktor sempurna dan akan mempunyai Q yang nilainya tak-terhingga. Besaran Q merupakan perbandingan antara reaktansi terhadap resistansi atau rugi-rugi . Q=
XL 2πfL = R R
(2-6)
f
17
Sebuah induktor seharusnya mempunyai Q yang lebih tinggi bila digunakan pada rangkaian dengan frekuensi lebih tinggi. Kapasitor juga mempunyai nilai Q sebagaimana halnya dengan kumparan, Q merupakan perbandingan antara reaktansi kapasitif terhadap resistansi efektif kapasitor. XL = Q= R
1
1 (2πfC ) = R 2πfCR
(2-8)
Dari persamaan tersebut, Q pada kapasitor akan menjadi setengahnya bila digunakan pada frekuensi dua-kali-lipat. Jadi besarnya Q pada rangkaian LC akan mengecil bila ditala pada frekuensi yang lebih tinggi. Bila resistansi diseri dengan sembarang reaktansi, maka penambahan resistansi akan menghasilkan Q yang lebih rendah. Tetapi bila suatu resistor akan menghasilkan Q yang lebih rendah. Tetapi bila suatu resistor dihubungkan pararel dengan kumparan atau kapasitor, maka nilai Q efektif rangkaian akan berubah langsung dengan nilai resistansi. Sebuah resistor shunt sering dihubungkan pada rangkaian LC pararel untuk menurunkan Q. Hal ini membuat rangkaian menjadi kurang peka terhadap salah satu frekuensi. Sebuah rangkaian resonansi pararel dengan sebuah resistor beban yang dipararelkan padanya untuk menurunkan Q diperlihatkan pada gambar 2-7.
18
Gambar 2-7. Sebuah resistor beban dipararel pada rangkaian tertala menurunkan Q dan memperlebar tanggapan frekuensi.
Semakin tinggi Q dari rangkaian resonansi, maka akan terdapat arus yang secara sebanding semakin besar mengalir di dalamnya pada frekuensi resonansi. Persamaan Q untuk rangkaian resonansi seri dan rangkaian resonansi pararel adalah : L
QS =
C
QP =
R
R L
(2-9)
C
dimana R = resistansi beban efektif Karena Q suatu kumparan biasanya jauh lebih kecil dibandingkan dengan Q kapasitor, maka kumparan merupakan faktor pengatur besarnya Q pada rangkaian LC. Besarnya frekuensi pada suatu rangkaian tertala ditentukan oleh besarnya L dan C. f=
1 2π LC
Besarnya Q pada rangkaian resonansi yang digunakan dalam komunikasi dapat bernilai 5 – 15 pada pemancar radio dan 25 – 200 pada rangkaian penala RF di pesawat penerima. Rangkaian resonansi seri atau rangkaian resonansi pararel yang dihubungkan secara seri dengan suatu saluran ac akan melewatkan arus dengan frekuensi resonansi dengan sangat baik tetapi akan meredam arus yang mempunyai frekuensi lebih besar atau lebih kecil. Semakin jauh dari frekuensi resonansi, semakin besar redaman, seperti digambarkan pada gambar 2-8.
19
Frekuensi di bawah resonansi
Frekuensi di atas resonansi Frekuensi resonansi
Gambar 2-8. Arus maksimum mengalir di dalam rangkaian seri pada keadaan resonansi.
Semakin besar Q rangkaian resonansi, bandwith (lebar pita) nya akan semakin sempit. Hal ini dinyatakan dengan persamaan bandwith (BW) : BW = Dengan :
fo Q
(2-10)
fo
= Frekuensi Resonansi
Q
= Faktor kualitas
BW
= Bandwith (lebar pita)
II.4.2. Osilator
Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan sejumlah getaran listrik secara peiodik dengan amplitudo konstan. Secara umum osilator ada dua macam ditinjau dari bentuk outputnya yaitu : Osilator gelombang sinus
20
Osilator gelombang non sinus Pada dasarnya, osilator gelombang sinus adalah suatu rangkaian yang memiliki penguat dan umpan balik, dimana sebagian dari keluaran diumpan balikkan ke masukan. Kalau sinyal umpan balik lebih besar, dan sefase dengan masukan, osilasi mulai dan amplitudonya membesar sampai keadaan jenuh mengurangi perolehan seputar lingkar (loop gain) umpan balik sampai satu. Terdapat banyak jenis rangkaian osilator; beberapa faktor harus diperhatikan dalam pemilihan rangkaian untuk penggunaan tertentu, termasuk frekuensi kerja, amplitudo keluaran, stabilitas frekuensi, stabilitas amplitudo, dan bentuk gelombang keluaran. Metoda yang biasa digunakan untuk memperoleh output gelombang sinus adalah dengan menggunakan rangkaian tala pada output dari rangkaian osilator. Rangkaian tala pada dasarnya terdiri dari induktor dan kapasitor yang terhubung seri atau pararel dan umumnya disebut rangkaian tangki. Resonator atau tangki osilator ini menggunakan rangkaian LC yang menentukan frekuensi osilator. Osilator lokal penala RF mempunyai fungsi membangkitkan sinyal pada frekuensi tetap dan tertentu. Frekuensi sinyal dari osilator dapat dibuat lebih tinggi atau lebih rendah daripada frekuensi sinyal dari penguat RF. Bentuk umum dari sebuah osilator rangkaian yang ditala ditunjukkan dalam gambar 2-9. Beberapa macam osilator rangkaian resonansi yang umum dilihat pada tabel 2-2 menurut jenis reaktansi yang digunakan untuk ketiga impedansi tersebut.
21
Gambar 2-9. Rangkaian Osilator Umum.
Ketidakstabilan frekuensi osilator disebabkan oleh perubahan-perubahan impedansi beban, perubahan tegangan catu daya, dan perubahan karena temperatur dalam harga komponen penentu frekuensi. Tabel 2-2. Osilator-osilator umpan balik rangkaian resonansi Rangkaian
Z1
Z2
Z3
Osilator Hartley
L
L
C
Osilator Colpitts
C
C
L
Osilator Clapp
C
C
LC (Seri)
Osilator Masukan ditala/keluaran ditala
LC (pararel)
LC (pararel)
C
Osilator Kristal Pierce
C
C
Kristal
22
Sebuah Q yang rendah dalam rangkaian tangki akan menghasilkan suatu pelebaran takik yang timbul pada lengkung impedansi versus frekuensi untuk rangkaian tangki tersebut. Akibatnya ialah frekuensi osilasi dapat bergeser dengan jarak yang cukup berarti dari frekuensi osilasi yang sebenarnya. Dengan Q yang makin tinggi, pergeseran yang dimungkinkan akan lebih jadi kecil. Nilai-nilai Q rangkaian dari 10 hingga 1000 adalah praktis dan dapat dicapai dalam rangkaianrangakaian LC biasa. Stabilitas frekuensi yang paling besar diberikan oleh osilator kristal.
II.4.3 Mixer
Mixer adalah sebuah pencampur frekuensi yang digunakan hampir setiap penerima radio atau televisi dan juga dalam banyak sistem elektronika lainnya. Dalam 2-10 ditunjukkan ide dasar dari sebuah pencampur frekuensi. Dua gelombang sinus menggerakkan rangkaian non linear ini menghasilkan spektrum keluaran yang mengandung tiap-tiap frekuensi input, semua harmonik dari frekuensi-frekuensi tersebut, frekuensi jumlah dan frekuensi selisih yang dihasilkan oleh tiap kombinasi dari harmonik. Dengan filter bandpass dipilih satu dari komponen frekuensi-frekuensi intermodulasi.
fX
fX - fY Rangkaian nonlinear
Filter bandpass
fY
Gambar 2-10. Pencampur frekuensi
23
Penyampuran penambahan (additive mixing) terjadi bila sinyal masukan ditambahkan begitu saja pada keluaran dari sebuah isolator lokal, dan kemudian diteruskan lewat sebuah alat dengan fungsi transfer yang tidak linear seperti misalnya sebuah dioda. Keluaran dari pencampur mengandung banyak komponen-komponen sinyal, termasuk frekuensi selisih dan jumlah, serta beberapa harmonisa dari masing-masing frekuensi. Keluaran ini langsung diteruskan ke sebuah penguat IF yang berfungsi sebagai suatu filter bandpass yang tepat cukup lebar untuk melewatkan jalur sisi di sekitar IF, dan yang memberikan perolehan yang diperlukan untuk meningkatkan sinyal hingga ke tingkat deteksi terakhir. Gambar 2-11 memberikan diagram blok sebuah sistem penyampuran penambahan.
Vs
(Vs+Vo) +
Penguat IF dan Filter
Alat tidak linier
(fs) Vo (fo)
k Vs (fo-fs)
fo fs fo + fs fo-fs lain-lain
Osilator Lokal
Gambar 2-11. Diagram blok pencampuran penambahan
Sinyal masukan VS pada frekuensi fs yang mengandung jalur sisi modulasi ditambahkan secara langsung pada keluaran dari osilator lokal Vo pada frekuensi fo. Vo biasanya dibuat jauh lebih besar daripada VS. Sinyal-sinyal yang telah ditambahkan kemudian diteruskan lewat sebuah alat misalnya sebuah dioda, yang
24
keluarannya mengandung suatu komponen yang sebanding dengan kuadrat dari masukan, atau keluaran dari alat penambah memberikan jumlah dari kedua sinyal.
II.5 Prinsip Dasar Rangkaian Penguat
Untuk penggunaan transistor bipolar sebagai amplifier dikenal tiga konfigurasi dasar, yaitu : •
Common Emitter (CE)
•
Common Base (CB)
•
Common Collector (CC) Pada gambar 2-12 memperlihatkan ketiga konfigurasi, dan tiap-tiap
konfigurasi amplifier mempunyai karakteristik yang berbeda-beda seperti terlihat pada tabel 2-3. Penggunaan konfigurasi ini disesuaikan dengan tujuan yang diinginkan dalam rangkaian.
2-12(a). Common Emitter
25
2-12(b). Common Base
2-12 (c) Common Collektor Gambar 2-12. Konfigurasi dasar amplifier
Common emitter mempunyai penguatan arus dan tegangan yang tinggi, sehingga paling cocok untuk dipergunakan sebagai power amplifier. Common base mempunyai penguatan tegangan yang tinggi, tetapi mempunyai penguatan arus yang rendah mendekati satu, sehingga penguatan dayanya kecil, tetapi konfigurasi ini mempunyai unjuk kerja yang baik pada frekuensi tinggi, dan juga
26
mempunyai tegangan breakdown yang lebih tinggi dibandingkan dengan konfigurasi lain. Common collektor baik digunakan sebagai penguatan arus. Tabel 2-3. Perbandingan karakteristik konfigurasi amplifier Karakteristik
CE
CB
CC
Penguatan Arus (AI)
Tinggi
Rendah
Tinggi
Penguatan Tegangan (AV)
Tinggi
Tinggi
Rendah
Impedansi Masukan (Zin)
Sedang
Rendah
Tinggi
Impedansi Keluaran (Zout)
Tinggi
Tinggi
Rendah
II.5.1. Amplifier Kelas A
Pada dasarnya kelas operasi amplifier diklasifikasikan menjadi amplifier kelas A, B, dan C. Kelas operasi ditentukan dari penetapan titik kerja pada daerah operasi transistornya. Amplifier kelas A adalah amplifier yang bersifat linier. Linieritas yang dimaksudkan disini adalah sinyal keluaran menyerupai bentuk sinyal masukan. Satu amplifier yang linier mempunyai sinyal keluaran yang sebanding dengan sinyal masukan, seperti yang terlihat pada gambar 2-13. Pada gambar ini level sinyal keluaran sama dengan dua kali level sinyal masukan, dan fungsi transfer dari masukan dan keluaran adalah berupa garis lurus. Tidak ada transistor yang benar-benar linier, sehingga sinyal keluaran amplifier tidak akan benar-benar menyerupai sinyal masukan. Maka fungsi transfernya tidak akan merupa garis lurus. Kurva karakteristik akan seperti pada gambar 2-14.
27
Level sinyal Keluaran 6 5 4 3 2 1 0
1
2
3
Level sinyal masukan
Gambar 2-13. Karakteristik transfer suatu amplifier linier
Vout
18
2
Gambar 2-14. Kurva karakteristik transfer
28
Amplifier kelas A mempuyai efesiensi yang paling rendah dibandingkan amplifier kelas lainnya. Dengan asumsi tidak ada distorsi, Imin dan Vmin sama dengan nol, maka efesiensi amplifier dapat dihitung sebagai berikut : Daya keluaran AC
=
= Daya masukan DC
Vmak 2 2
I mak 2 2
Vmak xI mak 8
( 2-11 )
= Vcc x Ic = Vmak x
Efesiensi (η) =
x
I mak 2
Vmak xI mak 2 x 100 % = 25 % x 8 Vmak xI mak
Gambar 2-15. Rangkaian penguat kelas A
( 2-12 )
( 2-13)
29
Gambar 2-16. Rangkaian ekivalen dari rangkaian penguat kelas A
Dengan perhitungan di atas terlihat bahwa amplifier kelas A hanya mempunyai efesiensi sebesar 25 %, sedangkan 75 % dari daya masukan berubah menjadi panas. Gambar 2-15 memperlihatkan sebuah rangkaian penguat kelas A yang digandeng RC dan gambar 2-16 adalah rangkaian ekivalen dari gambar 2-15.
II.5.2. Kriteria Unjuk Kerja Amplifier RF
Kriteria yang amat penting dalam rangkaian power amplifier transistor adalah : •
Daya keluaran
•
Penguatan
•
Efisiensi
•
Lebar pita frekuensi Semua karakteristik di atas perlu diketahui karena dalam teknik rancangan
perlu dipertimbangkan mana yang lebih utamakan, apakah frekuensi kerja,
30
penguatan dan efisiensi. Peningkatan penguatan hanya dapat dicapai dengan pengorbanan efesiensi, demikian pula bila frekuensi kerja transistor dinaikkan, daya keluaran dan efesiensi akan menurun. Tabel 2-4 menunjukkan untuk kerja suatu transistor dengan peningkatan besar frekuensi.
Tabel 2-4. Karakteristik power transistor Frekuensi
Daya (W)
Penguatan (dB)
Efesiensi (%)
76
100
7
90
400
50
6
75
1200
10
10
50
23000
7
6
40
(MHz)
II..5.3. Garis beban ac penguat kelas A
Garis beban ac mempunyai titik jenuh (saturation point) yang diberi tanda ic (saturasi) dan suatu titik pancung yang ditunjukkan dengan Vce (cut off), seperti yang terlihat pada gambar 2-17. Untuk mencari nilai ic (sat) dan Vce (cut off) dijabarkan dengan cara berikut : Tegangan kolektor ac diberikan oleh : Vce = -ic rL
(2-14)
31
ic (ceq)
ic
Q
Vceq
Vce (cutoff)
Vce
Gambar 2-17. Garis beban ac penguat kelas A Untuk mencari nilai ic (sat) dan Vce (cut off) dijabarkan dengan cara berikut : Tegangan kolektor ac diberikan oleh : Vce = - ic rL
(2-14)
Oleh karena itu tegangan ac dan arus ac akivalen dengan perubahan dalam arus dan tegangan total, persamaan diatas ditulis sebagai : ΔVCE = - ΔIC rL
(2-15)
Perubahan arus total antara titik Q dan titik jenuh dari garis beban adalah : ΔIC = ic (sat) - ICQ
(2-16)
Ini menyatakan kenaikan arus total apabila kita berpindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Dengan jalan yang sama, perubahan tegangan total antara titik Q dan titik jenuh adalah :
32
ΔVCE = 0 – VCEQ = – VCEQ
(2-17)
Hal ini disebabkan oleh karena tegangan total menurun bila pindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Apabila persamaan (2-16) dan (2-17) disubstitusikan ke dalam persamaan (2-15), kita peroleh : – vceq = – [ ic(sat) – ICQ ] rL Dengan menyelesaikan persamaan untuk ic (sat) ini, diperoleh : ic(sat) = I CQ +
VCEQ rL
(2-18)
Arus ini adalah arus di ujung atas dari garis beban. Dengan penurunan yang sama, tegangan di ujung bawah dari garis beban adalah : Vce(cutoff) = VCEQ + ICQ rL
(2-19)
= Arus kolektor dc
Dengan : ICQ VCEQ
= Tegangan kolektor emiter
II.5.4. Perolehan tegangan penguat kelas A
Perolehan tegangan (voltage gain) didefinisikan sebagai pertandingan antara tegangan keluaran ac Vout terhadap tegangan masukan ac Vin. : A=
Vout Vin
(2-20)
Gambar 2-16 merupakan rangkaian ekivalen ac dari rangkaian dalam gambar 215. Hambatan R1 dan R2 tampak pararel setelah tegangan sumber dc dijadikan nol.
33
Selanjutnya karena ujung atas RC tampak diketanahkan bagi sinyal ac, maka RC juga berhubungan pararel dengan RL. Susunan pararel ini di RC R L RC + R L
rL =
(2-21)
Karena seluruh tegangan keluar ac ada pada r , maka : Vout = ic rL
(2-22)
= β ib rL Dengan, β dirumuskan sebagai : β =
ic ib
Pada bagian masukan, tegangan sumber ac terdapat pada hambatan β re' , sehingga berlaku persamaan : Vin = ib β re' Perbandingan tegangan keluaran dan tegangan masukan menghasilkan persamaan lain bagi perolehan tegangan, A=
Vout Vin
=
dimana
re' =
β ib r L ib β re'
=
25mV IE
rL re'
(2-24)
(2-25)
Dengan : IE = arus emiter dc
Proses pemecahan kesulitan secara cepat, persamaan (2-24) dapat dipakai untuk menghitung harga teoritis dari perolehan tegangan. Setelah mengukur
34
tegangan masuk ac dan tegangan keluar ac, persamaan (2-20) dapat dipakai untuk memeriksa perolehan sesungguhnya dari penguat. Jika penguat berfungsi baik, perolehan harus mendekati harga teoritisnya.
II.5.5. Kepatuhan ac
Kepatuhan ac PP adalah tegangan maksimum keluaran penguat dari puncak ke puncak (peak to peak). Misalnya dalam gambar 2-28.a diperlihatkan garis beban ac dengan titik Q lebih dekat ke keadaan pancung daripada keadaan jenuh. Oleh karena pemotongan dalam keadaan terpancung terjadi lebih dulu, maka kepatuhan ac-nya adalah PP = 2 ICQ rL
(2-26)
Dalam gambar 2-18.b titik Q lebih dekat pada keadaan jenuh. Ini berarti sinyal keluaran penguat mempunyai tegangan puncak ke puncak sebesar : (2-27)
PP = 2 VCEQ
Ic
Q
VCE VCEQ
VCQ rL
(a)
35
Ic
Q
VCE VCEQ
VCQ rL
(b) Gambar 2-18 (a) Titik Q dekat keadaan pancung (b) Titik Q dekat keadaan jenuh
Oleh karena itu kepatuhan ac dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2-26) dan (2-27). Untuk setiap penguat, kepatuhan ac tersebut sama dengan nilai yang terkecil antara 2VCEQ dan 2ICQrL.
II.5.6. Daya Beban dan Efesiensi
Tanpa sinyal masukan ac, transistor mempunyai kehilangan daya sebesar ; PDQ = VCEQ ICQ
(2-28)
Untuk menghindarkan kerusakan pada transistor, PDQ harus lebih kecil dari batas daya maksimum yang tertera dalam lembaran data. Daya yang diberikan pada tahanan beban adalah : 2
PL =
VL RL
(2-29)
36
Dimana VL adalah rms dari tegangan beban yang besarnya : VL =
VP
(2-30)
2
Dan VP adalah tegangan puncak yang merupakan setengah dari tegangan puncak ke puncak, sehingga dapat ditulis sebagai : VP =
V PP 2
(2-31)
Dengan mensubtitusikan persamaan (15) dan (16) ke dalam persamaan (14), didapat daya beban : VP =
V PP 2
(2-32)
Kepatuhan ac PP sama dengan tegangan maksimum beban yang tidak terpotong. Oleh karena PP = VPP, maka daya beban ac maksimum yang dapat diperoleh dari penguat yang beroperasi pada kelas A adalah : PL (mak) =
PP 2 8RL
(2-33)
Efesiensi dari sebuah didefinisikan sebagai perbandingan antara daya maksimum beban dengan daya dc dari catu daya : θ=
PL (mak ) x100% PCC
dengan : PCC = PCC . ICC dan,
ICC = I1 + ICQ
I1 adalah arus dc yang menuju ke pembagi tegangan yang besarnya : I1 = VB / rL
(2-34)
37
II.6. Prinsip Dasar Detektor
Dalam sistem komunikasi sinyal informasi yang dipancarkan dengan cara melakukan pemboncengan (superimpose) sinyal informasi pada pembawa yang lebih tinggi frekuensinya, maka di penerima harus ada demodulator untuk mengeluarkan sinyal dari pembawa termodulasi itu. Masukannya boleh termodulasi amplitudo atau termodulasi frekuensi tetapi keluaran yang dihasilkan dari demodulator harulah merupakan mendekati dari sinyal pemodulasi frekuensi rendah aslinya. Demodulator sering juga disebut detektor. Pada umumnya detektor dipakai untuk rangkaian yang bertindak sebagai demodulator untuk sinyal RF. Ada dua tipe detektor yang paling banyak dipakai yaitu detektor AM dan detektor FM. Detektor AM yang lazim dipakai dalam penerima radio diperlihatkan dalam gambar 2-19. Dioda berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang yang mengisi muatan C1 pada setiap paruh-siklus positif bentuk gelombang IF C1 lalu membuang muatan melalui resistor-resistor beban R1 dan R2 bila dioda mati. Konstanta waktu yang dibentuk oleh C1 dan R1 + R2 harus diatur agar lebih panjang daripada waktu periodik IF tetapi relatif pendek dibandingkan dengan frekuensi audio tertinggi, maka tegangan yang membentengi C1 akan terdiri atas sinyal audio dan komponen DC sebanding dengan amplitudo pembawa IF.
38
Gambar 2-19. Detektor AM
Komponen DC yang ditapis oleh R3C3 untuk menghilangkan kalau masih ada AC-nya. Detektor FM seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-20 ini adalah rangkaian demodulator yang paling banyak dipakai dalam penerima FM karena rangkaian ini hampir tidak peka terhadap variasi amplitudo. Cara kerja rangkaian tergantung pada hubungan fasa antara sinyal-sinyal yang lewat pada rangkaian L1C1 dan L2C2.
Gambar 2-20. Detektor FM
39
II.6.1. Detektor Video
Detektor ini secara khas adalah sebuah penyearah dioda frekuensi tinggi dengan sebuah filter dalam rangkaian keluarannya. Detektor mempunyai fungsi untuk menyearahkan sinyal pembawa video ac pada output penguat IF video terakhir, kemudian memisahkan sinyal video dari sinyal pembawa IF. Sinyal yang akan diambil dari output detektor video dapat sembarang polaritas, tergantung daripada
cara
pengambilannya
atau
pemasangan
dioda
detektor
yang
bersangkutan. Susunan dioda pada detektor video menentukan polaritas sinyal video yang keluar dari output detektor video tersebut. Detektor juga merupakan rangkaian dengan karakteristik yang tak linier maka fungsi detektor video selain memisahkan sinyal pembawa gambar dari sinyal gambarnya juga mencampurkan sinyal pembawa gambar 38,9 MHz dan sinyal pembawa suara 33,4 sehingga menghasilkan sinyal setinggi 5,5 MHz. sinyal ini kemudian disalurkan ke penguat frekuensi antara suara (IF amplifier). Sinyal 5,5 MHz ini dimodulasi secara modulasi frekuensi (frequency modulation, FM). Disini diterapkan teknik modulasi frekuensi, sebab pembawa gambar sudah dimodulasi secara modulasi amplitudo (AM). Jika pembawa suara dimodulasi secara AM maka akan timbul interferensi. Keuntungan lain dengan diterapkannya modulasi frekuensi adalah perbandingan sinyal terhadap desah yang diperoleh adalah tinggi. Sebuah rangkaian detektor seperti diperlihatkan pada gambar 2-21 adalah.
40
Gambar 2-21. Rangkaian detektor video
Frekuensi sinyal pembawa IF video televisi penerima cukup tinggi, oleh karena itu maka filter detektor video harus baik dan sesuai dengan frekuensi yang bersangkutan, sehingga pada output detektor video tidak akan tampak lagi sisasisa sinyal IF video.
II.6.2. Detektor FM Suara
Untuk dapat mendeteksi suatu sinyal FM, diperlukan suatu rangkaian yang tegangan keluarannya berubah secara linier sesuai dengan frekuensi dari sinyal masukan. Detektor kecuraman (slope detector) adalah suatu rangkaian dasar dari rangkaian pendeteksi sinyal FM, Gambar 2-22 (a) menunjukkan susunan dasarnya. Dengan menala rangkaian untuk menerima sinyal pada kecuraman dari lengkung respons seperti yang diperlihatkan pada gambar 2-22(b), besarnya pembawa V dibuat berubah-ubah dengan frekuensi. Rangkaian ditala sedemikian sehingga frekuensi resonansinya fo adalah lebih rendah daripada frekuensi
41
pembawa fi. Bila frekuensi sinyal meningkat ke atas fi dengan modulasi amplitudo tegangan pembawa akan jatuh.
(a)
(b) Gambar 2-22. Detektor FM
Bila frekuensi sinyal menurun ke bawah fi, tegangan pembawa akan meningkat. Perubahan tegangan terjadi karena perubahan dalam besarnya impedansi pada rangkaian tala sebagai fungsi dari frekuensi, dan ini menghasilkan konversi yang efektif dari modulasi frekuensi menjadi modulasi amplitudo. Modulasi didapatkan kembali dari modulasi amplitudo dengan menggunakan
42
sebuah detektor. Suatu detektor kecuraman ditala pada f01 diatas frekuensi pembawa yang masuk, sedangkan yang lain f02 di bawah frekuensi pembawa, dan detektor-detektor menggabungkan untuk memberikan suatu keluaran diferensial. Bila sinyal yang masuk adalah tanpa modulasi, keluaran akan balans menjadi nol, bila pembawa menyimpang ke arah f01, V1 bertambah sementara V2 berkurang dan keluaran menjadi positif, sebaliknya bila pembawa menyimpang ke arah f02, V1 berkurang sedangkan V2 bertambah sehingga keluaran menjadi negatif. Jadi pada umumnya untuk mendapatkan sinyal suara yang berasal dari sinyal IF maka digunakan detektor FM. Detektor FM ada yang menggunakan "discriminator Foster Seeley" dan ada pula yang menggunakan prinsip "ratio detektor".
II.7. Prinsip Dasar Pemancar FM
Sinyal termodulasi frekuensi dihasilkan pada tingkat daya rendah dan diperkuat oleh deretan penguat yang sama. Modulasi frekuensi dapat dilaksanakan baik langsung oleh perubahan frekuensi suatu osilator oleh sinyal masuk audio ataupun tidak langsung dengan modulasi fase sinyal RF oleh sinyal masuk audio. Bila suatu sinyal FM dilewatkan melalui rangkaian pengali frekuensi seperti misalnya sebuah penguat kelas C yang tangki keluarannya ditala pada harmonisa kedua atau ketiga, bukan hanya frekuensi pembawa saja yang dikalikan, tetapi juga deviasi frekuensinya. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-23, suatu sinyal dicampur dengan sinyal dari suatu osilator kristal yang stabil, IF yang dihasilkan mengandung
43
frekuensi selisih antara pembawa dan osilator tetap. Suatu rangkaian diskriminator membangkitkan suatu tegangan yang sebanding dengan frekuensi selisih, yang juga mengandung sinyal modulasi dan sebuah filter low pass digunakan untuk menghilangkan tegangan ini sehingga hanya meninggalkan suatu tingkat dc yang berubah-ubah dan sebanding dengan selisih antara frekuensi pembawa dan osilator. Tegangan ini ditambahkan ke sinyal audio modulasi dan dimasukkan ke modulator reaktansi dengan cara sedemikian sehingga membetulkan setiap penyimpangan pada frekuensi oasilator utama. Perolehan dari rantai (loop) umpan-balik, frekuensi ditentukan oleh konstanta perkalian frekuensi dan oleh perolehan-perolehan modulator dan diskriminator.
AUDIO MODULATOR
OSILATOR
PENGALI FREKUENSI
PENGUAT DAYA KELAS C
Gambar 2-23. Pemancar FM yang dimodulasi langsung
Untuk mencapai linearitas yang tinggi, sebagian besar modulator frekuensi menghasilkan indeks modulasi lebih kecil atau penyimpangan frekuensi kecil dari yang diinginkan dalam sinyal keluaran pemancar. Pada sistem FM, bandingkan sinyal terhadap noise (S/N) cukup besar. Pemancar FM dapat menerapkan penguat daya kelas C yang memiliki efesiensi paling tinggi, tidak perlu menggunakan penguat linier. Meskipun penguat daya kelas C akan menyebabkan amplitudo cacat, namun karena yang diperlukan adalah perubahan frekuensinya bukan perubahan amplitudo, maka cacat ini tidak berpengaruh.
44
Cara lain paling sederhana untuk menghasilkan gelombang FM yaitu dengan menggunakan modulator reaktansi. Prinsip kerja modulator reaktansi adalah mengubah frekuensi osilator dengan mengubah reaktansi rangkaian tangki (LC).
Gambar 2-24. Modulator reaktansi
Jika didalam rangkaian modulator reaktansi terhadap osilator lokal dan penguat kelas C. Hal ini dapat dilakukan dengan transistor bipolar yang dihubungkan ke rangkaian tangki osilator RF. Gambar 2-24 memperlihatkan contoh rangkaian modulator reaktansi yang menggunakan transistor bipolar. Jika ada sinyal audio yang diumpankan ke rangkaian modulator reaktansi, reaktansi pada terminal keluaran akan berubah sehingga mengubah resonansi tangki dan dihasilkan frekuensi osilator yang berubah-ubah pula.
45
BAB III PERANCANGAN RANGKAIAN KONVERTER
III.1. Prinsip Kerja Rangkaian
Konverter ini direncanakan untuk menerima sinyal carier audio TV, kemudian frekuensi yang diterima akan diturunkan menjadi frekuensi FM Broadcast (88-108 Mhz). Jadi tujuan dari perancangan ini adalah agar kita dapat mendengarkan audio/ suara TV pada penerima FM. Blok diagram konverter ini ditunjukkan pada gambar 3-1 dibawah ini, yang merupakan operasi dasar dari konverter.
TUNER TV
VIF AMPLIFIER
VIDEO DETEKTOR
PENERIMA FM
MODULATOR REAKTANSI
VIDEO DRIVER
SIF AMP, FM DETEKTOR
Gambar 3-1. Blok diagram konverter audio TV
Sinyal TV yang mempunyai frekuensi tinggi yaitu VHF (30 Mhz – 300 Mhz) dan UHF (300 Mhz – 3000 Mhz) ditangkap oleh antena dan kemudian diproses di tuner TV, sehingga keluaran dari tuner TV didapat sinyal dengan frekuensi sebesar 38,9 Mhz, frekuensi 38,9 Mhz merupakan standart frekuensi
45
46
pembawa gambar. Sinyal ini diteruskan ke penguat IF video (VIF amplifier). Sinyal keluaran dari VIF, masuk ke video detektor untuk melakukan proses pemisahan sinyal video dan suara dari sinyal pembawanya. Sinyal keluaran dari video detektor dengan frekeunsi 5,5 Mhz yang merupakan hasil pencampuran antara sinyal pembawa gambar 38,9 Mhz dengan sinyal pembawa suara 33,4 Mhz yang kemudian dikuatkan oleh video driver. Sinyal IF suara 5,5 Mhz yang telah dikuatkan tapi kemudian sinyal ini dideteksi secara FM menjadi sinyal suara dan dengan pemancar FM yang sederhana sinyal ini kemudian dipancarkan lagi untuk dapat diterima pada frekuensi 103 Mhz pada penerima FM.
III.2 Blok Rangkaian Tuner
Rangkaian tuner pada dasarnya berfungsi untuk memilih frekuensi televisi yang diinginkan. Gambar 3-2 menunjukkan tuner dan blok diagram rangkaian tuner TV. Frekuensi yang diterima oleh rangkaian tala yang terdapat di dalam tuner yaitu frekuensi VHF dan UHF. untuk menggunakan frekuensi UHF maka saklar diberi tegangan sebesar 12 volt dan dihubungkan ke pin BI (band VHF Low yaitu 47 Mhz – 68 Mhz), BIII (band VHF High yaitu 174 Mhz – 230 Mhz) dan BU (band UHF yaitu 470 Mhz – 862 Mhz) pada tuner. Pin BI untuk mengatur tegangan resonansi filter bagi band III (VHF High) dan pin BU untuk mengatur tegangan resonansi filter bagi band UHF. Untuk pemilihan channel dilakukan dengan mengatur nilai tahanan pada trimerpotensio yang diberi tegangan sebesar 30 volt pada pin VT. Pin AGC pada tuner diberi tegangan bias sebesar 3 volt melalui hambatan sebesar 12 Kohm, untuk mengatasi masalah perubahan level
47
amplitudo pada sinyal yang diterima oleh tuner, dengan demikian akan tetap diperoleh level amplitudo yang konstan. Agar terjadi operasi di dalam tuner maka tuner diberi catu daya sebesar 12 volt pada pin B+. Sinyal keluaran tuner dengan frekuensi sebesar 38,9 Mhz terdapat pada pin IF. Sinyal keluaran ini masih mengandung sinyal pembawa gambar, warna dan juga sinyal pembawa suara. Keluaran tuner ini dihubungkan ke penguat IF video melalui suatu band pass filter (BPF) dengan frekuensi cut off sebesar 38,9 Mhz.
30V
(a)
48
VHF Amplifier
Rangkaian tala
VHF Osilator
° °
Mixer
UHF Amplifier
UHF Osilator
(b) Gambar 3-2 (a) Tuner TV dan (b) Blok rangkaian tuner
III. 3. Rangkaian Penguat IF Video (VIF Amplifier)
VIF AMPLIFIER (Video Intermediete Frequency Amplifier) adalah amplifier yang menguatkan sinyal dengan frekuensi 38,9 hz, sebenarnya penguatpenguat pada VIF amplifier prinsip kerjanya sama seperti penguat biasa, hanya saja karena pemasangan band pass filter (BPF) 38,9 Mhz maka frekuensi yang lewat hanya frekuensi 38,9 Mhz saja. Penguat pada VIF amplifier selain berfungsi untuk menguatkan sinyal juga untuk menstabilkan sinyal. Pada perancangan penguatan VIF ini penguatannya menggunakan transistor C1906 jenis NPN, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3-3.
49
Gambar 3-3. Rangkaian VIF amplifier
Komponen L1-C2 dan L2-C5 merupakan suatu rangkaian low pass filter dengan frekuensi cut off 38,9 Mhz, Penguat satu dengan yang lainnya dikopel dengan kapasitor C3 dan C6 merupakan komponen kopel antara rangkaian penguat dengan rangkaian video detektor. Tahanan R1 yang terdapat pada basis transistor TR1 digunakan untuk mengatur bias basis transistor tersebut, sedangkan bias basis untuk transistor TR2 ditentukan oleh R4. Transistor TR1 diberi tegangan dari sumber dc sebesar 12 volt pada kolektornya melalui beban kolektor, tahanan R3 merupakan salah satu beban kolektor. Dan untuk TR2 salah satu beban kolektornya adalah R6. Sedangkan R2-C1 sebagai komponen bypass, dengan turunnya nilai reaktansi dari kondensator C1 pada frekuensi tinggi akan mengurangi impedansi feedback amitor, oleh karena itu akan menambah penguatan tanpa mengubah tegangan bias dc. Semakin besar nilai kapasitor ini maka penguatannya makin besar. Komponen R5-C4 fungsinya sama dengan komponen R2-C1.
50
III.4. Rangkaian Video Detektor
Detektor juga merupakan rangkaian dengan karakteristik yang tak linier maka fungsi detektor video selain memisahkan sinyal pembawa gambar dari sinyal gambarnya juga mencampurkan sinyal pembawa gambar 38,9 Mhz dan sinyal pembawa suara 33,4 sehingga menghasilkan sinyal setinggi 5,5 Mhz. Rangkaian video detektor pada rancangan ini seperti yang ditunjukkan pada gambar 3-4. Rangkaian ini terdiri dari dioda OA70 berfungsi untuk menyearahkan sinyal pembawa video ac dengan polaritas sinyal video positif. Pada perancangan ini, positif atau negatif polaritas detektor tidak terlalu pengaruh terhadap sinyal audio.
Gambar 3-4. Rangkaian video detektor
Tahanan R7 merupakan beban dari video detektor. Low pass filter yang digunakan pada output detektor adalah bentuk phi dengan frekuensi cut off 5,5 Mhz. Sinyal keluaran dari detektor dengan frekuensi 5,5 Mhz kemudian diteruskan ke panguat frekuensi-antara suara (SIF amplifier). Sinyal 5,5 Mhz ini dimodulasi secara modulasi frekuensi (frequency modulation, FM).
51
III.5. Video Driver
Pada prinsipnya video driver adalah sebuah penguat sinyal biasa, yaitu penguat dengan kelas A dan menggunakan konfigurasi common emitter. Video driver pada perancangan konverter ini seperti yang ditunjukkan pada gambar 3-5 dibawah ini.
Gambar 3-5. Rangkaian video driver
III.5.1 Garis Beban ac Penguat Kelas A
Rangkaian penguat ini merupakan penguat kelas A, karena titiki kerja Q terletak pada garis beban ac yang dapat ditentukan sebagai berikut. Dengan suatu pendekatan, tegangan dc dari basis ke ground adalah : VB =
R9 × VCC R8 + R9
(3-1)
52
4,7 KΩ × 12 18KΩ + 4,7 KΩ
=
= 2,48 volt Arus emiter dc adalah ; VB − VBE R11
IE =
=
(3-2)
2,48V − 0,7V 220Ω
= 8,09 mA Oleh karena arus emiter dc sama dengan arus kolektor dc, maka ; ICQ = 8,09 mA Arus ini menghasilkan tegangan kolektor-kolektor-emiter sebesar ; VCE = VCC – ICQ ( R10 + R11 )
(3-4)
= 12 V – 8,09 mA ( 220 +820 ) = 3,58 Volt Atau VCEQ = 3,58 Volt Tahanan beban ac-nya adalah ; rL =
=
R10 × R12 R10 + R12
(3-5)
820 × 820 820 + 820
= 410 Ω Sehingga ujung atas dari garis beban ac adalah ; ic(sat) = ICQ + (VCEQ / rL )
(3-6)
53
= 8,09 mA + ( 3,58 / 410 ) = 16,82 mA Dan, ujung bawah dari garis beban ac adalah ; Vce (cut off) = VCEQ + ICQ rL
(3-7)
= 3,58 V + ( 8,09 mA x 410 ) = 6,89 V
III.5.2. Perolehan Tegangan
Perolehan
tegangan
rangkaian
penguat
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan persamaan : re' = 25 mV / IE
(3-8)
= 25 mV / 8,09 mA = 3,09 dan rL = 410 sehingga, perolehan tegangan : A = rL / re'
(3-9)
= 410 / 3,09 = 132, 68
III.5.3. Daya Beban dan Efesiensi
Tanpa sinyal masukan ac, transistor mempunyai daya sebesar : PDQ = ICQ VCEQ = 8, 09 mA x 3,58 V
(3-10)
54
= 28,96 mW Kepatuhan ac-nya adalah : PP = 2 ICQ rL
(3-11)
= 2 . 8,09 mA . 410 = 6,63 Volt dan PP = 2 VCEQ
(3-12)
= 2 . 3,58 Volt = 7,16 Volt Maka kepatuhan ac yang digunakan adalah kepatuhan ac yang terkecil diantara kedua nilai PP di atas, yaitu : PP = 6,60 Volt
(3-13)
Sehingga daya ac maksimum pada tahanan beba : PL (maks) = PP2 / 8 R12
(3-14)
= (6,63 V)2 / 8 . 820 = 6,7 mW Daya ac dari catu daya adalah : PCC = VCC . ICC = VCC x ( I1 + ICQ ) = VCC x ( VB / R10 + ICQ ) = 12 x ( 2,48 / 4700 + 8, 09 mA ) = 103,41 mW Sehingga efesiensi dari rangkaian pada gambar 3-5 tersebut adalah :
(3-15)
55
θ=
=
PL (maks) × 100% PCC
(3-16)
6,7 mW × 100% 103,41mW
= 6,48 % III.6. Rangkaian SIF Amplifier, FM Detektor
Pada rangkaian suara, sinyal IF (intermediete frequency/ frekuensi tengah) suara 5,5 Mhz yang berasal dari video driver kemudian sinyalnya dan diteteksi secara FM menjadi sinyal suara. Rangkaian yang dibutuhkan adalah rangkaian penguat frekuensi tengah suara yaitu 5,5 Mhz dan FM detektor yang terdapat dalam suatu IC tipe TA7680AP. Rangkaian IC TA7680AP beserta komponen luarnya diperlihatkan pada gambar 3-6 dibawah ini. Pin 1 dan 2 merupakan input seimbang (balance input), sedangkan pin 8 merupakan output dari IC TA7680AP ini yang merupakan sinyal suara.
IC TA7680AP
Gambar 3-7. Rangkaian SIF amplifier dan FM detektor
56
Sinyal IF suara yang berasal dari video driver dimasukkan ke pin 1 dan 2 melalui kopling transformator yang mempunyai satu rangkaian tertala yaitu band pass filter 5,5 Mhz, karena keduanya tersambung hanya melalui gulungan sekunder transformator kopling yang tahanannya sangat rendah. Pin 5 dari IC TA7680AP diberi tegangan dc 12 volt, sedangkan antara pin 5 dan 3 terdapat kapasitor C11=2n2 dan antara pin 3 dan 1 diberi kapasitor C12=22n guna mencegah terjadinya hubungan singkat antara power regulator dengan IF amplifier yang ada di dalam IC TA7680AP. Pada pin 9 dan 10 dihubungkan ke sebuah band pass filter 5,5 Mhz dan pada pin 4,6 dan 7 dihubungkan ke ground, sedangkan pin-pin lainnya tidak digunakan.
III.7. Rangkaian Modulator Reaktansi
Rangkaian modulator reaktansi ini pada prinsipnya suatu pemancar FM yang sederhana, atau dengan kata lain suatu rangkaian yang menghasilkan gelombang FM. Prinsip kerja dari rangkaian modulator ini adalah mengubah frekuensi osilator dengan mengubah reaktansi rangkaian tangki.
Gambar 3-8. Rangkaian modulator reaktansi
57
Rangkaian modulator reaktansi yang digunakan dalam perancangan konverter ini seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3-8. Di dalam rangkaian modulator reaktansi ini terdapat osilator yang menghasilkan sinyal pembawa yang berupa sinyal sinusoida dengan frekuensi 103 Mhz. Sinyal yang dihasilkan osilator ini dicampur dengan sinyal audio pada rangkaian mixer, dimana mixer ini mempunyai rangkaian reaktansi sehingga sinyal audio yang masuk akan dianggap sebagai tegangan pengubah resonansi osilatornya. Pada rangkaian ini juga terdapat penguat daya yang mampu menguatkan sinyal baik yang berfrekuensi rendah maupun yang berfrekuensi tinggi. Pada perancangan rangkaian modulator reaktansi untuk konverter ini penalaan dari frekuensi osilator terdapat pada lilitan L5 dan C16, kapasitor yang digunakan yaitu kapasitor variabel (trimmer) 10 pF dan dengan nilai induktansi lilitan sebesar 0,22 uH. Besarnya frekuensi dari hasil penalaan L-C ini adalah : f =
1 2π LC
f =
1 2 X 3,14 √ 0.22μH X 11pf
= 103,4 MHz ≈ 103 MHz Dengan menggunakan kawat email berdiameter 0,5 mm dan data-data sebagai berikut : Jari-jari lilitan
r = 0,4 cm
Panjang lilitan
p = 0,7 cm
Induktansi lilitan
L = 0,22 uH
58
Maka jumlah lilitan yang diperlukan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : N=
L(24r + 25 p ) r2
N=
0,22(24 × 0,4 + 25 × 0,7) (0,3) 2
N = 8,14 ≈ 8 lilitan Transistor yang digunakan untuk memberikan penguatan tegangan osilator dan juga sebagai penguatan daya adalah transistor BC548 dengan jenis NPN. Resistor R15 dan R16 yang masing-masing 56K dan 12K merupakan tahanan pembagi tegangan guna untuk memberikan bias depan yang tetap. Kapasitor C14 sebagai kompling dari tegangan ac input.
59
BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISA
Dalam setiap sistem telekomunikasi, pengukuran alat yang dibuat sangat penting, karena hasilnya merupakan kualitas atau kehandalan dari alat yang dibuat. Pada bab ini akan diuraikan tentang pengujian dan pengukuran kinerja sistem, agar diketahui sejauh mana alat ini dapat berfungsi seperti yang diinginkan dan kemudian dilakukan analisa dari hasil pengujian tersebut. Pengujian dan pengukuran dilakukan secara berturut-turut pada : 1. Keluaran tuner TV 2. Input dan output rangkaian VIF amplifier 3. Output video detektor 4. Output video driver 5. Keluaran dari pin-pin IC TA7680AP 6. Keluaran modulator reaktansi
59
60
IV.1 Pengujian Tuner TV
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk sinyal, dan amplitudo dari sinyal keluaran tuner TV dan diamati dari sebuah osiloskop yang dihubungkan ke pin IF yang terdapat pada tuner. Tegangan keluaran tuner yang terdapat pada pin IF seperti yang diperlihatkan oleh osiloskop. Dari hasil pengamatan keluaran dari tuner TV ini dapat dilihat dengan jelas sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh pemancar TV, seperti sinyal pembawa gambar maupun sinyal gambar serta sinyal-sinyal sinkronisasinya. Sinyal segi empat yang terdapat pada puncak-puncak gelombang merupakan sinyal sinkronisasi dan sinyal blanking pulsa, sedangkan sinyal yang terdapat antara sinyal blanking merupakan sinyal pembawa gambar tetapi sinyal pembawa audio tidak terlihat dengan jelas. Sinyal keluaran tuner ini mempunyai amplitudo yang rendah yaitu sebesar 3mV. Untuk memperoleh hasil sinyal yang baik pada perancangan ini maka keluaran dari tuner ini dilakukan penguatanpenguatan agar diperoleh amplitudo yang maksimal dan bentuk sinyal yang baik.
IV.2. Pengujian VIF Amplifier
Tujuan dari pengujian ini untuk mengetahui besarnya penguatan dan bentuk sinyal keluaran dari rangkaian penguat frekuensi tengah video (VIF Amplifier), peralatan disusun seperti dalam gambar 4-2. Frekuensi sinyal dari generator frekuensi dibuat konstan sebesar 38,9 MHz sedangkan amplitudo generator frekuensi diatur dari 5mV sampai 40 mV dengan langkah 5 mV. Sinyal yang berasal dari frekuensi generator ini diberikan ke masukan VIF amplifier,
61
pengamatan dilakukan pada keluaran VIF amplifier I (kaki kolektor Tr1) dan VIF amplifier II (kaki kolektor Tr2) dengan menggunakan osiloskop. Data dicatat dalam tabel 4-1.
Generator Sinyal
VIF Amplifier
Osiloskop
Gambar 4-2. Blok diagram pengujian penguat frekuensi tengah video
Tabel 4-1. Tegangan keluaran VIF amplifier fin (MHz) 38,9 38,9 38,9 38,9 38,9 38,9 38,9 38,9
NO 1 2 3 4 5 6 7 8
Vout (mv) 5 10 15 20 25 30 35 40
Vout1 (mV) 51,5 103 154,5 206 257,5 309 360,5 412
Vout2 (mV) 102 204 306 408 510 612 714 816
Dari hasil pengukuran seperti yang terdapat pada tabel 4-1, maka penguatan pada tegangan input 20 mV dari rangkaian VIF amplifier adalah
Penguatan I
= 20 Log (206 / 20) = 20,2 dB
Penguatan II
= 20 Log (408 / 206) = 5,9 dB
62
Penguatan total VIF AMPLIFIER = 20 log (408 / 20) = 26,2 dB
Dari data dan perhitungan yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa penguatan total dari rangkaian VIF amplifier sebesar 26,2 dB. Untuk mendapatkan penguatan yang lebih besar lagi dapat dilakukan dengan menambah satu tingkat penguatan lagi, sehingga diperoleh sinyal dengan amplitudo yang besar.
IV.3. Pengujian Video Detektor
Tujuan pengujian video detektor ini adalah untuk mengetahui bentuk sinyal sebelum dan setelah video detektor serta amplitudo sinyal keluaran. Saluran peralatan pengujian seperti yang ditunjukkan pada gambar 4-3.
TUNER TV
VIF AMPLIFIER
VIDEO DETEKTOR
OSILOSKOP
Gambar 4-3. Blok diagram pengujian Video Detektor
63
Pada perancangan ini detektor yang digunakan adalah detektor AM dan polaritas sinyal video adalah positif. Keluaran dari video detektor ini akan berupa sinyal atas atau sinyal positifnya saja dan sinyal pembawa gambar videonya telah dibuang atau dipisahkan, Untuk sinyal audio, polaritas detektor tidak penting sebab walaupun terbalik tidak akan menimbulkan pengaruh suara yang dapat dirasakan.
IV.4. Pengujian Video Driver
Pengujian ini dilakukan untuk dapat mengamati penguatan yang terjadi dan juga bentuk sinyal keluaran dari rangkaian video driver. Susunan peralatan yang digunakan dalam pengujian ini seperti yang diperlihatkan pada gambar 4-6. Generator Sinyal
Video Driver
Osiloskop
Gambar 4-6. Penguatan Video Driver
Dengan mengukur tegangan dengan menggunakan osiloskop pada keluaran video driver didapat tegangan 3,4 V dengan tegangan masukannya 0,1 V, maka diperoleh penguatan sebesar : Penguatan
= 20 Log (3,4V/1V) = 10,6 dB
64
Dari hasil pengukuran ini terlihat bahwa penguatan rangkaian driver kurang dari penguatan minimum yaitu 34 dB yang merupakan standar penguatan minimum untuk pemancar.
IV.5. Pengujian Rangkaian FM Detektor
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui FM detektor yang terdapat pada IC TA7680AP. Susunan peralatan dalam pengujian ini seperti yang terlihat pada gambar 4-9.
Dari bagian Rangkaian Sebelumnya
Rangkaian SIF Amplifier dan FM Detektor
Osiloskop
Gambar 4-9. Susunan peralatan untuk pengujian IC TA7680AP
Tegangan 10 volt terdapat pada pin 5 yang merupakan catu daya IC TA7680AP dan keluaran video driver 3,4 V dari pengujian sebelumnya diberikan ke pin 1 dan 2 yang merupakan input dari rangkaian IF amplifier yang terdapat dalam IC TA7680AP. LPF 5,5 Mhz diberikan ke rangkaian FM detektor yang terdapat dalam IC TA7680AP melalui pin 9 dan 10 dengan tujuan hanya melewatkan frekuensi sinyal dibawah 5,5 Mhz ke rangkaian buffer yang terdapat di dalam IC. Keluaran dari rangkaian buffer di dalam IC yang merupakan output dari IC TA7680AP yaitu pada pin 8 terdapat tegangan sebesar 3,3 V.
65
Dari hasil pengujian yang diperoleh pada pin 8, sinyal suara yang diperoleh masih mengalami banyak gangguan atau noise. Hal ini mungkin disebabkan karena besarnya tegangan input pada pin 1 dan 2 sehingga melebihi batas tegangan yang disarankan berdasarkan data sheet IC TA7680AP
sebesar
2,5 V.
IV.6 Pengujian Modulator Reaktansi
Pada pengujian ini bertujuan untuk melihat perubahan frekuensi yang terjadi pada keluaran modulator ini. Dengan menala rangkaian tangki yaitu nilai induktansi lilitannya pada frekuensi 91, 92, 93 dan 103 MHz, dengan sinyal suara yang diumpankan ke rangkaian modulator melalui mikropon dan penguat, maka sinyal suara akan terdengar dipenerima FM pada frekuensi 91, 92, 93 dan 103 MHz tersebut. Susunan peralatan pengujian ini terdapat pada gambar 4-11. Mic dan Penguat
Modulator Reaktansi
Penerima FM
Gambar 4-11. Susunan alat pengujian Modulator reaktansi Pada pengujian ini sinyal audio yang diterima oleh penerima FM pada frekuensi 91, 92, 93 dan 103 MHz masih terdapat noise yang cukup besar sehingga suara yang didengar tidak terlalu jelas dan berdesis. Hal ini mungkin disebabkan oleh kurangnya penguatan dan nilai komponen yang kurang presisi.
66
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil pengamatan dan pengukuran yang telah dilakukan pada perancangan konverter yang dilakukan pada Tugas Akhir ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Tegangan keluaran tuner sangat rendah yaitu sebesar 3 mV disebabkan adanya faktor modulasi sebesar 75 %. 2. Penguatan yang didapat pada pengujian video driver 25,8 dB, nilai penguatan ini jauh dari penguatan maksimum yaitu
34 dB yang
merupakan penguatan maksimum untuk pemancar. 3. Sinyal suara yang diperoleh pada penerima FM masih terdapat noise, hal ini disebabkan karena kurangnya penguatan sinyal dan pemakaian komponen yang kurang presisi.
66
67
DAFTAR PUSTAKA
1. A. Karim, Teknik Penerima dan Pemancar Radio, Jilid IV, Gramedia. 2. Grob Bernard, Pakpahan, Sistem Televisis dan Video, Edisi ke- lima, Erlangga. 3. Ichwan Haryadi, Televisi Transistor, YPIP 4. Loveday Geoerge, Intisari Elektronika, Gramedia, 1992. 5. Roddy, Coolen, Kamal, Kominukasi Elektronika, Jilid 1, Edisi ke-Tiga, Erlangga, 1992. 6. Suhana Shoji, Teknik Komunikasi, Edisi ke-Lima, Erlangga, 1991
