PENERIMA AM DENGAN FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR - Penerima AM dengan frequency hopping - USD Repository

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi

Oleh:

Nama : Merryana Puji Lestari

NIM : 035114027

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Science and Technology Faculty

By:

Name : Merryana Puji Lestari Student Number : 035114027

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

Kedua kakakku (Mas Mesah dan Mbak Endang)

yang selalu memberikan semangat, dorongan, dan doa.

hidup tak hanya dapat dimengerti ke belakang,

tapi harus di jalani ke depan.

INTISARI

Teknik frequency hopping merupakan teknik yang sering diterapkan pada komunikasi wireless seperti pada komunikasi radio. Frequency hopping merupakan teknik spread spectrum. Dinamakan spead spectrum karena bandwidth transmisi yang digunakan jauh lebih besar dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan informasi. Proses penebaran spektral pada frequency hopping, dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi pembawa secara periodik. Teknik ini dapat digunakan untuk mengatasi interferensi dan multipath fading yang dapat menurunkan kualitas layanan. Tujuan penelitian ini adalah membuat penerima AM dengan frequency hopping.

Penerima AM dengan frequency hopping memiliki dua blok utama yaitu, blok PLL (Phase Lock Loop) dan blok penerima. Blok penerima terdiri dari RF amplifier, mixer, IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok PLL terdiri dari osilator referensi, VCO, phase comparator, pembagi terprogram, dan timer. Proses hopping sendiri terjadi pada blok PLL.

Penerima AM yang dibuat dapat menerima frekuensi carrier 1000kHz dan 1050kHz dan PLL sebagai proses hopping tidak dapat bekerja dengan perubahan frekuensi setiap 0,5 detik. Penerima AM dapat menerima sinyal informasi dengan frekuensi yang berbeda-beda.

Kata kunci : frequency hopping, phase locked loop, AM.

ABSTRACT

Frequency hopping is a technique that often applied in wireless communication like radio communication. Frequency hopping is a spread spectrum because the bandwidth transmission is more than minimum bandwidth which is using to transmit information. Spread spectrum process in frequency hopping do with changing carrier frequency periodically. This technique can be decrease service quality. The aim of this research is to build an AM receiver using frequency hopping.

AM receiver with frequency hopping has two main blocks; there are PLL (Phase Lock Loop) block and receiver block. Receiver block consist of RF Amplifier, mixer, IF Amplifier, detector, filter, and audio amplifier. Where are PLL block consist of reference oscillator, VCO, phase comparator, programmable divider, and timer. The hopping process happened on PLL block.

AM receiver that has been made can receive 1,000 kHz and 1,050 kHz of carrier frequency and PLL as hopping process can’t work with frequency changing every 0.5 second. AM receiver can receive information signal with different frequency.

Keywords: frequency hopping, phase locked loop, AM

sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Skripsi ini berjudul :

Penerima AM dengan Frequency Hopping.

Skripsi ini ditulis bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat dalam

memperoleh gelar sarjana teknik pada program studi Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang

penulis peroleh berdasarkan pada perancangan alat, pembuatan alat, dan sampai pada

pengujian alat.

Penulisan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan, dorongan, dan

bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Yesus Kristus sebagai penuntun hidupku

2. Bapak Damar Wijaya, S.T, M.T. sebagai dosen pembimbing I dan Alexius

Rukmono, S.T. sebagai pembimbing II yang telah bersedia memberikan ide,

saran, bimbingan, dan waktu untuk penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

3. Kedua kakak iparku Mas Tarto dan Mbak Titin yang telah memberi semangat

dan setia membimbing penulis. Kedua orang keponakanku Yosua, Victor,

dan Brama yang lucu-lucu yang senantiasa menghibur penulis.

4. Suryo sebagai kekasih, teman berbagi, guru yang selalu mendorongku untuk

terus maju dan setia menemaniku meski kita sering bertengkar. Terima kasih

tuk semua dukungan dan cinta kasih yang kau beri.

pada penulis Jacob, Kak Hans, Inggit, Alex, Deniz, Yohe, dan yang lainnya

yang tidak disebutkan satu-persatu.

7. Sahabat terbaikku Daniel yang terus memberi aku semangat, doa dan

menyadarkan aku akan penyertaan Yesus dalam hidupku.

8. Teman-teman Delji Kost: Theo, C’Na, Mb’San2, Rosa, Ken2, Dwie yang

selalu menemaniku. Ex Delji Kost Mb’Liong, Mb’Pujae, dan Mb’Du2k yang

tak henti-hentinya memberi semangat dan doa dari jauh.

9. Laboran TE Mas soer dan Mas Mardie kalian adalah obat stres ku. Mas Ucup

yang selalu membuatku tersenyum dikala hatiku gundah gulana.

10.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu di sini, atas kebaikan

dan bantuannya kepada penulis.

Penulis sadar bahwa pada penulisan skripsi ini banyak terdapat kesalahan dan

kekurangannya, oleh sebab itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat diharapkan

agar penulis dapat lebih maju dan lebih baik.

Yogyakarta, 17 September 2007

Merryana Puji Lestari

Lembar Pengesahan oleh Pembimbing...

Lembar Pengesahan Penguji ...

Lembar Pernyataan Keaslian Karya...

Halaman Persembahan dan moto hidup...

Intisari...

Abstract...

Kata Pengantar...

Daftar Isi ...

Daftar Gambar...

Daftar Tabel ...

BAB I PENDAHULUAN ...

1.1 Latar Belakang Masalah ...

1.2 Tujuan...

1.3 Manfaat ...

1.4 Batasan Masalah ...

1.5 Metodologi Penulisan………

1.6 Sistematika Penulisan ...

BAB II DASAR TEORI ...

2.1Penerima AM ...

2.1.1 Modulasi Amplitudo...

2.1.2 Penerima AM...

2.1.2.1Antena ...

2.1.2.2RF Amplifier ...

2.1.2.3Mixer...

2.1.2.4IF Amplifier...

2.1.2.5Detektor ...

2.1.2.6Low Pass Filter (LPF) ……….

2.2.1 Pembanding Fasa ……….………

2.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) ...

2.2.3 Osilator ……….

2.2.3.1. LM555...

2.3Frequency Hopping ...

BAB III PERANCANGAN ...

3.1 Diagram Blok Rangkaian ...

3.2 Kerja Sistem ...

3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok ...

3.3.1 RF Amplifier ...

3.3.2 ZN414 ………..

3.3.3 Filter ………...

3.3.4 Audio Amplifier ………...

3.3.5 Phase Locked Loop (PLL) ………...

3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi ………..

3.3.5.2 VCO dan Phase Comparator ………..…………

3.3.5.3 TC9122P ...

3.3.5.4 Transistor Sebagai Saklar ...

3.3.5.5 Pewaktu LM555 ………...

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN...

4.1 Perangkat Hasil Penelitian ...

4.2 Pengujian Perangkat secara Keseluruhan ...

4.2.1 Pengujian Penerima AM ...

4.2.2 Pengujian Tiap Blok ...

4.2.2.1 RF Amplifier ...

4.2.2.2 Filter ...

4.2.2.3 Osilator Referensi ...

5.1 Kesimpulan ...

5.2 Saran ...

DAFTAR PUSTAKA ...

LAMPIRAN ...

70

70

72

75

Gambar 2.1. Bentuk gelombang carrier 6

Gambar 2.2. Bentuk gelombang pemodulasi 6

Gambar 2.3. Bentuk gelombang termodulasi 6

Gambar 2.4. Diagram blok penerima AM 7

Gambar 2.5. Rangkaian tertala seri 8

Gambar 2.6. Rangkaian tertala paralel 9

Gambar 2.7. Rangkaian RF amplifier 10

Gambar 2.8. Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A 11

Gambar 2.9. Proses mixer 12

Gambar 2.10. Gelombang keluaran mixer 12

Gambar 2.11. Tampak bawah IC ZN414 13

Gambar 2.12. Skema rangkaian IC ZN414 13

Gambar 2.13. Gelombang keluaran IF amplifier 15

Gambar 2.14. Rangkaian detektor AM 15

Gambar 2.15. Proses pada detektor AM 16

Gambar 2.16. Karakteristik ideal Low Pass Filter 16

Gambar 2.17. Simbol OpAmp 18

Gambar 2.18. Tampak atas IC LF356 18

Gambar 2.19. Rangkaian LPF aktif dengan 2 pole 19

Gambar 2.20. Karakteristik LPF 21

Gambar 2.24. Rangkaian IC CD4046 26

Gambar 2.25. Karakteristik Phase Comparator 27

Gambar 2.26. Karakteristik VCO 27

Gambar 2.27. Tampak atas IC CD4046 28

Gambar 2.28. Tampak atas IC pembagi 1000 CD4060 29

Gambar 2.29. Tampak atas IC pembagi 10 74LS90 29

Gambar 2.30. Keluaran multivibrator astabil 30

Gambar 2.31. IC LM555 31

Gambar 2.32. IC LM555 sebagai multivibrator astabil 31

Gambar 2.33. Bentuk gelombang keluaran 32

Gambar 2.34 Teknik frequency hopping 33

Gambar 2.35. Interferensi pada transmisi Frequency Hopping 34

Gambar 3.1. Diagram blok penerima AM dengan frequency hopping 35

Gambar 3.2 Gelombang input dengan 2 frekuensi carrier 36

Gambar 3.3 Gelombang output dengan 2 frekuensi yang bergantian 37

Gambar 3.4. Penguat tertala keluaran 38

Gambar 3.5. IC ZN 414 dengan rangkaian eksternal 41

Gambar 3.6. Filter aktif 42

Gambar 3.7. Tanggapan frekuensi LPF 44

Gambar 3.8. Rangkaian Penguat Daya 45

Gambar 3.11. Tampak atas IC programmable divider TC9122P 48

Gambar 3.12. Diagram blok IC TC9122P 49

Gambar 3.13. Transistor sebagai saklar 50

Gambar 3.14. Rangkaian timer 51

Gambar 4.1. Tampak atas perangkat 53

Gambar 4.2. Model sistem penguji penerima AM 54

Gambar 4.3. Sinyal input 1000kHz 54

Gambar 4.4. Sinyal input 1000kHz yang diperbesar 55

Gambar 4.5. Sinyal input 1050kHz 55

Gambar 4.6. Sinyal input 1050kHz yang diperbesar 56

Gambar 4.7. Spektrum frekuensi carrier 1000kHz 56

Gambar 4.8. Spektrum frekuensi carrier 1050kHz 57

Gambar 4.9. Audio 1kHz dengan frekuensi carrier 1000kHz 58

Gambar 4.10. Audio 1kHz dengan frekuensi carrier 1050kHz 58

Gambar 4.11. Proses hopping dua frekuensi carrier 59

Gambar 4.12. Spektrum frekuensi output RF Amplifier saat input

1000kHz

60

Gambar 4.13. Spektrum frekuensi output RF Amplifier saat input

1.050kHz

61

Gambar 4.14. Grafik LPF 62

Gambar 4.18. Timer output saat kondisi on 67

Gambar 4.19. Output frekuensi VCO 1000kHz 68

Gambar 4.20. Output frekuensi VCO 1050kHz 68

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF 20

Tabel 2.2. Tabel reset/count function 29

Tabel 2.3. Tabel BCD count sequence 30

Tabel 3.1. Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD 49

Tabel 4.1. Data pengukuran LPF 62

1.1. Latar Belakang Masalah

Beberapa tahun terakhir, perkembangan sistem komunikasi berbasis

spread spectrum sangat pesat [1]. Karena sistem komunikasi yang menggunakan

teknik spread spectrum ini mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi

kemampuan antijam, penekanan interferensi dari luar, mampu melawan multipath

fading, dan untuk keamanan komunikasi.

Teknik ini mulanya digunakan untuk kebutuhan komunikasi militer, dan

pada perkembangannya dimanfaatkan untuk bidang non-militer. Dinamakan

spread spectrum karena lebar bidang transmisi yang digunakan jauh lebih besar

dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan informasi.

Salah satu teknik spread spectrum yang dikenal adalah Frequency Hopping

Spread Spectrum (FHSS).

Pada frequency hopping, proses penebaran spektral dilakukan dengan

mengubah-ubah frekuensi pembawa secara periodik. Pada sistem frequency

hopping ini digunakan kode penebar (spreading code) yang dibangkitkan oleh

rangkaian pembangkit urutan PN (pseudo noise), sebagai pengendali frekuensi

keluaran sebuah pensintesis frekuensi.

Teknik frequency hopping ini telah diterapkan pada jaringan GSM yaitu

dengan frequency diversity dan interference averaging yang dimiliki oleh teknik

jaringan GSM [2]. Perkembangan lainnya yaitu untuk teknik CDMA (Code

Division Multiple Acces), yaitu suatu sistem multiple acces yang dapat dilakukan

pada frekuensi dan waktu yang sama, caranya dengan menggunakan kode yang

berbeda [2].

Teknik frequency hopping ini sangat bagus diterapkan pada komunikasi

wireless seperti pada komunikasi radio, khususnya untuk sistem penerima AM

yang akan dibuat oleh penulis. Diharapkan dengan teknik ini akan memberi

banyak manfaat bagi pengguna, karena dapat mengurangi multipath fading dan

interference, kedua permasalahan inilah yang dapat mengurangi kualitas layanan

pada sistem telekomunikasi [1]. Oleh karena penulis berharap dengan merancang

dan membuat suatu perangkat penerima AM dengan frequency hopping maka

dapat membantu dunia telekomunikasi dalam menghadapi permasalahan yang

dihadapi saat ini yaitu memperbaiki kualitas layanan.

1.2. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan

membuat suatu perangkat penerima AM dengan metode frequency hopping.

1.3. Manfaat

Bagi pembaca dapat menjadi bahan pertimbangan dalam memanfaatkan

bagaimana cara mengatasi masalah yang sering muncul pada penerima AM.

1.4. Batasan Masalah

Penerima AM yang dibuat dengan frekuensi carrier 1000kHz dan

1050kHz secara bergantian. Sumber sinyal berasal dari 2 buah pemancar AM,

atau sebuah pemancar AM dengan frequency hopping. Osilator lokal meggunakan

PLL dengan perubahan frekuensi antara frekuensi rendah dengan frekuensi tinggi

selama 0,5 detik.

1.5. Metodologi Penelitian

Penelitian ini disusun berdasarkan studi literatur, serta mempelajari cara

kerja dan sekaligus cara-cara merencanakan dan membuat peralatan tersebut.

Perencanaan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan

karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan. Pembuatan peralatan

untuk setiap bagian sesuai dengan fungsi masing-masing dan kemudian diujikan.

Untuk pengujian penerima AM, diperlukan dua sumber sinyal (tone), dengan nada

yang berbeda, yang diumpankan ke kedua pemancar radio biasa. Ke dua pemancar

memancarkan sinyal pada dua frekuensi yang berbeda, sesuai dengan spesifikasi

1.6. Sistematika Penulisan

1. BAB I PENDAHULUAN

Pendahuluan berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,

manfaat penelitian, metode penulisan dan sistematika penulisan.

2. BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan umum yang terkait dengan perancangan. Berisi tentang

teori dasar AM (Amplitude Modulation) dan bagian-bagian dari penerima AM,

PLL dan bagian-bagiannya, dan akan dijelaskan juga tentang teori dasar frequency

hopping sebagai bagian dari teknik spread spectrum.

3. BAB III PERANCANGAN SISTEM

Bab ini berisi penjelasan tentang alur perancangan, komponen-komponen yang

digunakan dan perhitungan nilai-nilai komponen.

4. BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil perancangan pada keadaan yang telah tertulis pada batasan

masalah, tampilan hasil perancangan dengan menggunakan software (simulasi),

dan analisa hasil perancangan yang diperoleh.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang

berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang telah

2.1. Penerima AM

2.1.1. Modulasi Amplitudo

Modulasi adalah proses pengubahan atau pengaturan parameter sinyal

berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah. AM (Amplitude

Modulation) merupakan salah satu jenis modulasi yang mengubah amplitudo sinyal

[4]. Dalam modulasi amplitudo, suatu tegangan yang sebanding dengan sinyal

modulasi ditambahkan kepada amplitudo carrier.

Sinyal carrier dinyatakan dengan [4]

( )

c

(

c c

)

c t E t

e = _maxcosω +φ _(2.1)

dengan E_cmax merupakan amplitudo sinyal carrier, ω_c adalah frekuensi sudut

carrier, dan φc adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan pada

Gambar 2.1.

Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

( )

m

(

m m

)

m t E t

e = _maxcosω +φ

(2.2)

dengan E_mmaxmerupakan amplitudo sinyal pemodulasi, ω_m adalah frekuensi sudut

pemodulasi, dan φm adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang pemodulasi

ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan dengan

( )

t =

[

E +e t

]

(

ωt+φ

)

e _{cmax m}( ) cos (2.3)

Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier [4].

Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi [4].

2.1.2. Penerima AM

Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi. Pertama, penerima

harus memisahkan sinyal radio AM dari pemancar dan semua sinyal lain yang

mungkin tertangkap oleh antena dan menolak yang tidak diinginkan, sinyal yang

diinginkan yaitu sinyal carrier dari pemancar [4]. Selanjutnya, penerima harus

menguatkan sinyal yang diinginkan sampai ke tingkat yang dapat digunakan yaitu

540kHz sampai 1600kHz. Akhirnya, penerima harus memulihkan sinyal informasi

dari sinyal carrier dan menyampaikan kepada pemakai.

Gambar 2.4 Diagram blok penerima AM [4].

Gambar 2.4 menunjukkan diagram blok penerima AM secara umum.

Penjelasan tiap blok adalah sebagai berikut :

2.1.2.1. Antena

Berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh

daya pancaran dari penguat akhir dan dipasang pada bagian paling akhir sebelum

sinyal dipancarkan ke udara.

2.1.2.2. RF Amplifier

RF amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal termodulasi dari antena serta

dapat meningkatkan SNR (Signal to Noise Ratio).

Kinerja rangkaian tertala tergantung dari frekuensi, lebar bandwidth, dan

faktor kualitas (Q) [4]. Rangkaian ini biasa dipakai dalam tapis ( filter), osilator, dan

penguat radio. Rangkaian tala terdiri induktor dan kapasitor baik secara seri seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.5 maupun paralel seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.

r L1

C1

V1

SIGNAL AC

1 2

Gambar 2.5 Rangkaian tertala seri [4].

Persamaan rangkaian tertala seri adalah [4]

Zs = r + jX (2.4)

C

ω 1

) (2.5)

Zs = r + j ( ωL

-Besarnya impedansi adalah

2 2

X r

Karena

C

ω 1

(2.7)

ωL =

maka LC 1 (2.8) ω = sehingga LC π 2 1 (2.9) fo = C L SIGNAL AC 1 2 R

Gambar 2.6 Rangkaian tertala paralel [4].

Persamaan rangkaian tertala paralel adalah [4]

2 2 1 2 1 L R LC −

π (2.10)

fo =

Jika L2 >> R2 , maka, hasil seperti persamaan 2.9.

Gambar 2.7 Rangkaian RF Amplifier [4].

Dengan analisis DC adalah [9]

a. Bagian Keluaran

(2.11)

Re

e

cRc Vce I

I

Vcc= + +

max 2 1

c

cQ xI

I = (2.12)

b. Bagian Masukan

(2.13)

Re

e

bRb Vbe I

I

Vcc= + +

βc

b

I

I = (2.14)

Nilai Ic dan β diperoleh dari datasheet transistor menggunakan grafik Ic-hfe

(pada suhu kamar), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8. Sedangkan fungsi kapasitor

C2 dan C4 hanya untuk menahan sinyal DC supaya tidak masuk, dan C3 sebagai

Gambar 2.8 Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A [10].

2.1.2.3. Mixer

Secara umum mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke

frekuensi lain, pada umumnya mengubah sinyal frekuensi radio ke suatu nilai tengah

(intermediate frequency) dan yang memerlukan input dari sebuah osilator lokal. Pada

penerima AM mixer berfungsi mencampur sinyal RF amplifier dengan sinyal output

osilator, output berupa sinyal termodulasi dengan frekuensi 455kHz.

Semua rangkaian mixer memanfaatkan dua sinyal sinusoidal dikalikan

bersama, hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yang dijumlahkan dan

dikurangkan atau selisihnya. Dengan persamaan sinyal osilator [4]

t V

V_osc = _osc sin

ω

_osc (2.15)

dan sinyal RF

t V

V _sig = _sig sin ω _sig (2.16)

(

)

(

(

t t

)

xV V xV V t txV V xV V sig osc sig osc sig osc sig osc sig sig osc osc sig osc ω ω ω ω

)

ω ω + − − = = cos cos 2 sin sin (2.17)

Suku yang mengandung frekuensi ω_osc−ω_sig biasanya dipilih dengan

penyaringan, sebagai sinyal IF (Intermediate Frequency). Gambar 2.9 menunjukkan

proses pencampuran sinyal RF amplifier (Ssig) dengan sinyal dari osilator (Sosc).

Gambar 2.9 Proses mixer [8].

Gelombang output mixer ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Gelombang keluaran mixer [8].

Perancangan menggunakan komponen aktif yaitu IC ZN414. Tampak bawah

dari IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.11 dan skema rangkaian mixer pada

Gambar 2.11 Tampak bawah IC ZN414 [11].

Gambar 2.12 Skema rangkaian IC ZN414 [11].

Komponen eksternal dihitung dengan menggunakan persamaan [11].

3 10 4 2

1

x x xR C

AGC

out = _π (2.18)

out

C merupakan kapasitor output yang terpasang antara output dengan

ground. Perubahan nilai tidak mempengaruhi besarnya nilai komponen yang lain

seperti induktor dan resistor yang terpasang di luar IC.

out

Induktor dan kapasitor yang terpasang secara paralel pada masukan mixer

merupakan IFT yang berfungsi menghasilkan frekuensi 455KHz. IFT yang digunakan

adalah IFT untuk AM.

2.1.2.4. IF Amplifier

IF amplifier menggunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian RF

amplifier, yang membedakan adalah frekuensi sinyal masukan. Jika IF amplifier

dibuat dengan rangkaian pasif maka perhitungan mengacu pada bab 2.1.2.2.

Rangkaian IF amplifier mendapat sinyal masukan dari mixer yang berfrekuensi

455kHz kemudian sinyal tersebut akan dikuatkan dayanya.

Sinyal radio yang diterima pada frekuensi di campur dengan sinyal dari

osilator lokal pada (biasanya ditempatkan di atas ), dan frekuensi selisih yang

dihasilkan diambil sebagai frekuensi intermediate atau IF karena

s

f

o

f f_s

s

o f

f

IF = − (2.19)

Perancangan tidak menggunakan rangkaian tertala tetapi menggunakan

komponen aktif IC ZN414 seperti yang digunakan pada mixer. Skema rangkaian

ditunjukkan pada Gambar 2.12. Bentuk gelombang keluaran berupa sinyal carrier

Gambar 2.13 Gelombang keluaran IF Amplifier [8].

2.1.2.5. Detektor

Detektor berfungsi memulihkan sinyal informasi dari modulated carrier

sehingga menghasilkan tegangan keluaran proporsional yang merupakan sinyal

modulasi atau sinyal informasi [4].

Detektor AM biasanya menggunakan aplikasi dioda. Dioda bertindak sebagai

sebagai penyearah dan dapat dianggap sebagai saklar ON apabila tegangan input

positif, yang memungkinkan kapasitor memuat (charge) sampai ke puncak input RF.

Selama berlangsungnya setengah negatif dari siklus RF, dioda OFF, tetapi kapasitor

tetap menahan muatan positif yang diterima sebelumnya, maka tegangan keluaran

tetap pada nilai positif puncak RF. Akan terjadi pelepasan muatan kapasitor

(discharge), yang menghasilkan riak RF (RF ripple) pada bentuk gelombang output.

Rangkaian detektor AM ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.15 menunjukkan proses pada detektor yaitu masukkan sinyal

carrier yang diubah sehingga keluaran menjadi sinyal audio.

Gambar 2.15 Proses pada detektor AM [12].

Perancangan menggunakan komponen aktif IC ZN414 sama seperti yang

digunakan pada mixer dan IF Amplifier. Rangkaian dalam IC ZN414 ditunjukkan

pada Gambar 2.12.

2.1.2.6. LPF (Low Pass Filter)

Filter adalah rangkaian yang menghasilkan karakteristik tanggapan frekuensi

yang telah ditentukan dengan tujuan melewatkan rentang frekuensi tertentu dan

menekan/menolak rentang frekuensi yang lain [5]. Sedangkan LPF adalah filter yang

mampu melewatkan frekuensi rendah saja.

f fc

a

b

Gambar 2.16 merupakan bentuk karakteristik ideal LPF jika ditinjau

berdasarkan band. Ada dua area pada filter, yaitu

1. Pass Band, rentang frekuensi yang dilewatkan (ditunjukkan dengan huruf a)

2. Stop Band, rentang frekuensi yang ditolak (ditunjukkan dengan huruf b)

Filter ini mempunyai kelebihan dan kekurangan yaitu,

Kelebihan :

1. Tidak perlu elemen induktor, sehingga tidak ada masalah pada frekuensi rendah

dan mudah diimplementasikan pada frekuensi sangat rendah.

2. Karakteristik tanggapan frekuensi mendekati bentuk ideal.

3. Ukuran fisik dan biaya dari rangkaian dapat ditekan.

Kekurangan :

1. Membutuhkan catu daya tersendiri.

2. Kurang handal dibanding komponen pasif.

3. Perlu feedback, sehingga ada kemungkinan tidak stabil.

4. Batasan praktis frekuensi kerja 100kHz (bekerja baik di bawah 100kHz).

Perancangan menggunakan OpAmp dalam bentuk IC LF356. OpAmp adalah

sebuah IC yang terdiri dari rangkaian elektronik yang terdiri atas transistor, resistor

dan atau dioda. Jika IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian masukan dan

suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan

mengintegrasi, dan lain sebagainya. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat

operasi atau operasional amplifier dan disingkat OpAmp.

Penguatan yang diperoleh dari OpAmp bisa mencapai 100000 kali. Gambar

2.17 menunjukkan simbol OpAmp.

Gambar 2.17 Simbol OpAmp.

OpAmp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan elektronik misal,

sebagai penguat, sensor, dan yang akan dipakai pada perancangan ini yaitu sebagai

filter. Tampak atas IC LF356 ditunjukkan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Tampak atas IC LF356.

Perancangan menggunakan filter jenis LPF dan diklasifikasikan sebagai filter

aktif karena terdiri dari kombinasi RC dan satu komponen aktif (seperti OpAmp)

Gambar 2.19 Rangkaian LPF aktif dengan 2 pole [5].

Gambar 2.19 merupakan rangkaian LPF aktif 2 pole dengan komponen

ternormalisasi satu. Untuk merancang LPF aktif digunakan penskalaan frekuensi dan

impedansi (Frequency and Impedance Scaling) dengan prosedur penskalaan sebagai

berikut :

Prosedur Penskalaan :

1. Konstanta Penskalaan Frekuensi (Kf)

r

ω _{= frekuensi referensi pada rancangan ternormalisasi}

a. bisa fc untuk LPF dan HPF, atau fo untuk BPF dan BRF

b. biasanya bernilai 1 rad/dt.

r

ω _{= frekuensi referensi pada rancangan aktual}

r r

r r f

f K

ω π ω

ω 2

= =

Setelah Kf diketahui, ubah nilai R/C dengan faktor Kf (kali / bagi). Jika

frekuensi pada rancangan aktual lebih tinggi, maka R/C dibagi Kf. Secara praktis

yang sering diubah adalah C, R biasanya diubah untuk tipe filter tala.

2. Konstanta Penskalaan Impedansi (Kr)

Kr = Level Impedansi pada Rangkaian Aktual

Level Impedansi pada Rangkaian Ternormalisasi (2.21) Rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi akan mempunyai nilai R besar dan

nilai C kecil, dan sebaliknya.

Tabel 2.1. merupakan nilai ternormalisasi dari kapasitor untuk rangkaian LPF.

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

C C C

# Kutub 1 2 3

2 1,414 0,7071

3 3,546 1,392 0,2024

4 1,082 0,9241

2,613 0,3825

5 1,753 1,354 0,4214

3,235 0,3089

6 1,035 0,9660

1,414 0,7071

3,863 0,2588

7 1,531 1,336 0,4885

1,604 0,6235

4,493 0,2225

Fungsi-fungsi dalam filter Butterworth memberikan frekuensi referensi pada

Frekuensi ini disebut frekuensi cutoff. Jika fc = frekuensi cutoff, dan n = jumlah

kutub, maka tanggapan amplitudo dari fungsi low-pass Butterworth

n c f f M 2 ) ( 1 1 ) ( + = ω (2.22) ω ω

Nilai maksimum M( ) terjadi saat f = 0, yaitu M( ) = 1. Pada filter pasif

nilai maksimum M(ω) kurang dari 1, dan filter dikatakan mempunyai flat loss.

Sebaliknya, filter aktif dapat mempunyai nilai maksimum M(ω) lebih dari 1.

ω

Jika MdB( ) merupakan bentuk decibel dari tanggapan amplitudo relatif

terhadap nilai maksimumnya, maka

(2.23) n c dB f f M 2 10 ) ( 1 1 log 20 ) ( + = ω atau

[

n

]

c

f f M(ω)=−10log₁₀1+( / )2

(2.24)

Gambar 2.20 Karakteristik LPF [5].

Gambar 2.20 merupakan karakteristik LPF, semakin banyak jumlah pole

2.1.2.7. Audio Amplifier

Audio amplifier berfungsi memperkuat daya dari filter yang menghasilkan

sinyal audio. Jenis penguat yang digunakan adalah penguat menggunakan OpAmp.

Rangkaian menggunakan OpAmp akan lebih mudah dibuat dari pada menggunakan

transistor dan volume bisa diatur dengan potensiometer. Rangkaian ditunjukkan pada

Gambar 2.21. Selain mempunyai bati tegangan, penguat memiliki bati daya, yang

ditentukan dengan [6]

( )

( )

dc P

ac P A

in o

= (2.25)

Gambar 2.21 Rangkaian amplifier dengan OpAmp [19]

2.1.2.8. Osilator Lokal

Secara umum osilator dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan balik

oleh noise akan diperkuat, dan sebagian sinyal yang diperkuat diumpan balikkan

kepada input. Asalkan sinyal umpan balik itu mempunyai amplitudo yang cukup dan

fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan suatu sinyal yang menopang sendiri

atau osilasi.

Osilator lokal berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinus yang memiliki

frekuensi 455kHz lebih tinggi dari frekuensi radio yang berasal dari antena, karena

pada penerima radio frekuensi pembawa dicampur terlebih dahulu dengan suatu

frekuensi sinus murni yang dikenal sebagai frekuensi osilator lokal.

Pada perancangan osilator lokal digantikan dengan sistem PLL yang

dijelaskan pada Bab 2.2.

2.1.2.9. Speaker

Speaker berfungsi untuk mengubah sinyal suara yang berupa getaran listrik

menjadi suara.

2.2. Phase Lock Loop (PLL)

Phase Lock Loop (PLL) adalah rangkaian umpan balik kalang tertutup yang

menghasilkan sinyal output yang tersinkronisasi (lock) dengan sinyal input. PLL

dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM dan FM, deteksi

Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan Lock

Range. Capture Range ± fC adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi

pusat di mana PLL mulai terjadi sinkronisasi. Lock range ± fL adalah

jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat di mana PLL dapat

mempertahankan sinkronisasi, dari sejak mulai terjadi. Secara umum lock range lebih

lebar dari capture range. Jadi PLL dapat mempertahankan sinkronisasi pada

jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi.

Diagram blok PLL ditunjukkan pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22 Diagram blok PLL [5].

Diagram blok PLL terdiri dari pembanding fasa (phase comparator), filter,

dan VCO (Voltage Control Oscillator)[5].

2.2.1. Pembanding Fasa

Pembanding fasa (phase comparator) adalah rangkaian pendeteksi perbedaan

sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang masukan, dan membangkitkan

Gambar 2.23 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda [8].

Gambar 2.23 menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus

sebagai sinyal referensi dan sebagai sinyal dari VCO dengan perbedaan sudut

sebesar sudut 1 f 2 f e

θ (phase error). Sinyal referensi pembanding fasa dianggap

gelombang sinus, dengan persamaan [8]

( )

] sin[

)

( _{1 1}

1 t U t t

u = ω_n +θ (2.26)

Dengan sudut fasa θ₁ merupakan bagian dari fungsi waktu (t), dan dianggap θ₁ = 0

untuk t < 0. Sedangkan pada t 0 nilai ≥ θ₁ = Δφ

) ( )

(

1 t φu t

θ =Δ (2.27)

Dengan adalah fungsi unit step. Fungsi merupakan bagian dari modulasi fasa

(modulasi berbeda), sedang untuk perubahan frekuensi (frekuensi dan fasa berbeda)

yaitu pada modulasi frekuensi, maka persamaan sinyal referensi menjadi

( )

t

u

(

1

)

1 1

1 =U sin(ω t+Δωt)=U sin ω t+θ

u o o (2.28)

( )

t ωt

θ₁ =Δ (2.29)

Sinyal yang akan dibandingkan ( ), yaitu sinyal dari osilator VCO, adalah sinyal

output dengan persamaan :

2

f

( )

t U

[

t

( )

t

]

u2 = 2cosωo +θ2 (2.30)

Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada frekuensi

tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar

( )

_o

90 2

π

antara sinyal referensi dengan

sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus, dan satunya fungsi

kosinus, beda fasa θ_e =θ₁−θ₂ menjadi bernilai 0.

Perancangan menggunakan komponen aktif IC CD4046. Di dalam IC

CD4046 terdapat 3 buah pembanding fasa PC1, PC2, dan PC3. Rangkaian internal IC

ditunjukkan pada Gambar 2.24, sedangkan karakteristik pembanding fasa ditunjukkan

pada Gambar 2.25.

Gambar 2.25 Karakteristik phase comparator [14].

2.2.2. VCO

VCO (Voltage Controlled Oscillator) merupakan pengembangan dari CCO

(Current Control Oscillator) yang menghasilkan gelombang kotak dan segitiga,

setiap perubahan tegangan mempengaruhi perubahan frekuensi [5].

Karakteristik VCO ditunjukkan pada Gambar 2.26.

Gambar 2.26 Karakteristik VCO [14].

Dengan persamaan [14]

(2.31)

FR o KoxVinxω

Perancangan menggunakan komponen aktif IC CD4046. Skema rangkaian

ditunjukkan pada Gambar 2.24, sedangkan tampak atas IC CD4046 ditunjukkan pada

Gambar 2.27.

Gambar 2.27 Tampak atas IC CD4046 [13].

2.2.3. Osilator

Rangkaian osilator merupakan rangkaian yang dapat membangkitkan

gelombang sendiri. Pada dasarnya osilasi dapat dibangkitkan dengan adanya umpan

balik untuk berosilasi, dan adanya pembangkitan sendiri (self-excitation).

Osilator sendiri ada berbagai jenis, dilihat dari tipe rangkaian, karakterisrik,

gelombang keluaran, dan kegunaannya. Pada sistem PLL digunakan sebuah osilator

kristal, osilator ini menggunakan kristal sebagai elemen resonansi yang mempunyai

faktor kualitas sangat tinggi > dan kestabilan terhadap temperatur sangat baik

hingga 10ppm per derajat celcius. 4 10

Perancangan menggunakan osilator kristal dan dua IC pembagi sebagai

osilator referensi. Tampak atas IC pembagi 1000 HEF4060 ditunjukkan pada Gambar

Gambar 2.28 Tampak atas IC pembagi 1.000 HEF4060 [15].

Gambar 2.29 Tampak atas IC pembagi 10 74LS90 [16]

Tabel 2.2. menjelaskan output dari IC 74LS90. Output QA dan QD bertanda

H berarti untuk mengaktifkan, R0(1) dan R0(2) di short dan R9(1) dan R9(2)

dihubungkan ke pin 1 yaitu clockB.

Tabel 2.2. Tabel reset/count function [16].

Sedangkan Tabel 2.3. menjelaskan keluaran QA dan QD berada pada high

Tabel 2.3. Tabel BCD count sequence [16].

2.2.3.1 LM 555

Multivibrator adalah rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan keluaran

gelombang segi empat [7]. Multivibrator diklasifikasikan menjadi multivibrator

astabil, bistabil, atau monostabil. Suatu multivibrator astabil juga disebut dengan

multivibrator bergerak bebas. Multivibrator astabil menghasilkan aliran kontinyu

pulsa-pulsa, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.30.

Gambar 2.30 Keluaran multivibrator astabil [7].

IC pewaktu 555 multiguna, dapat digunakan sebagai multivibrator astabil,

Gambar 2.31 IC LM555 [17].

Frekuensi keluaran multivibrator dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai

dari resistor dan kapasitor, sesuai dengan rumus umumnya yaitu :

C RB RA T

f

) 2 (

44 , 1 1

+ =

= (2.32)

Perancangan menggunakan rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.32.

Pengisian kapasitor dilakukan melalui RA dan RB, sedangkan untuk pengosongan

dapat dilakukan melalui RB, dengan duty cycle :

RB RA

RB D

2

+

= (2.33)

Dalam mode operasi ini kapasitor mengisi dan mengosongkan dengan tegangan

antara 1/3 Vcc dan 2/3 Vcc, dan frekuensi tidak tergantung pada supply tegangannya.

Bentuk gelombang keluaran ditunjukkan pada Gambar 2.33.

Gambar 2.33 Bentuk gelombang keluaran [17].

2.3. Teknik Frequency hopping

Frequency hopping atau lompatan frekuensi adalah perubahan frekuensi

sinyal pembawa secara periodis yang diatur oleh algoritma tertentu [2]. Frekuensi ini

akan membawa informasi selama periode tertentu dan berpindah ke frekuensi yang

Gambar 2.34 Teknik frequency hopping [2].

Anak panah pada Gambar 2.34 menunjukkan urutan lompatan (hop)

frekuensi, dari frekuensi , demikian

berulang-ulang. Perpindahan frekuensi terjadi beberapa ratus sampai beberapa ribu

kali dalam satu detik. Stasiun penerima juga harus melakukan perpindahan frekuensi

dengan lompatan yang sama supaya informasi yang dikirimkan dapat diterima

kembali.

6 4 5 2 7 3

1 f f f f f f

f → → → → → →

Frequency hopping merupakan salah satu dari teknik spektrum tersebar

(spread-spectrum) dimana bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari bandwidth

minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama jika

menggunakan pembawa tunggal [2].

Sistem komunikasi yang menggunakan teknik spread spectrum akan

penekanan interferensi dari luar, mampu melawan multipath fading, Low probability

of intercept (LPI), komunikasi yang aman, dan perbaikan efisiensi spektral.

Lompatan dari satu frekuensi ke frekuensi yang lain diatur secara berurutan

atau secara acak dengan menggunakan sandi pseudorandom. Sandi pseudorandom

adalah sandi acak yang mempunyai deretan sandi yang akan terulang secara periodis

dalam perioda yang cukup lama. Dengan mengacak pola lompatan, sinyal penggangu

(interfering signal) diharapkan dapat dihindari. Jika interefensi muncul dan

menggangu salah satu kanal berfrekuensi, misal , maka sinyal pembawa akan

selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada frekuensi . Hal ini

diperlihatkan pada Gambar 2.35.

2

f

2

f

Tahapan dalam proses perancangan alat yang akan diuraikan secara rinci pada

bab ini terdiri dari :

1. Menentukan diagram blok yang akan digunakan.

2. Menjelaskan cara kerja sistem secara umum.

3. Merancang rangkaian tiap bagian dari sistem sesuai dengan prinsip kerja pada

diagram blok, serta menentukan spesifikasi komponen yang digunakan.

3.1.

Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3.1 merupakan diagram blok penerima AM dengan frequency

hopping.

Gambar 3.1 Diagram blok penerima AM dengan frequency hopping.

3.2. Kerja Sistem

Sinyal yang masuk melalui antena akan diumpankan ke penguat RF untuk

memperbaiki derau. Kemudian sinyal diteruskan ke mixer, dicampur dengan sinyal

dari osilator lokal sebagai sinyal referensi, sehingga terbentuk frekuensi antara IF

(Intermediate Frequency). Amplitudo sinyal dikuatkan oleh penguat IF dan

diteruskan ke detektor untuk pemisahan sinyal informasi dan sinyal carrier. Setelah

sinyal masuk ke detektor untuk dipisahkan terlebih dulu ditapis dengan LPF.

Kemudian sinyal audio dari output LPF diteruskan ke pengatur volume untuk

dihubungkan ke speaker dengan dua tone audio yang berbeda di masing-masing

frekuensi.

Bentuk gelombang input 2 frekuensi carrier yang berbeda ditunjukkan pada

Gambar 3.2, sedangkan gelombang output 2 frekuensi yang bergantian ditunjukkan

pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Gelombang output dengan 2 frekuensi yang bergantian.

Pada perancangan, fungsi mixer, IF amplifier, dan detektor digantikan oleh

sebuah IC ZN414. Sinyal referensi yang berasal dari osilator lokal diganti dengan

sistem PLL. Teknik frequency hopping terjadi pada blok PLL.

3.3.

Rancangan Rangkaian Tiap Blok

3.3.1.

RF AMPLIFIER

RF amplifier menggunakan rangkaian penguat tertala output, yaitu kapasitor

dan induktor paralel pada output (kaki kolektor transistor). Skema rangkaian

Gambar 3.4 Penguat tertala keluaran.

Sinyal yang masuk berada pada frekuensi 1000kHz sampai 1050kHz sehingga

bandwidth yang dihasilkan adalah 50kHz. Frekuensi tengah 1025kHz digunakan

untuk menghitung nilai kapasitor dengan asumsi L = 3,9μF (karena nilai ini mudah

didapat di pasaran), yaitu menggunakan persamaan (2.9)

LC fo π 2 1 = C x kHz 6 10 9 , 3 2 1 1025 − = π

Setelah dilakukan penyederhanaan maka diperoleh

(

x

)

x

( )

x

(

x

)

nF

C 12,36

10 9 , 3 2 0 . 1025 1 6 2 2 3 = = − π

Penguat tertala menggunakan 2N2222A. Nilai ditentukan dari datasheet,

didapat sebesar 20mA. Sesuai dengan persamaan (2.12) adalah

Ic

max

Ic I_CQ

max 2 1 Ic IcQ= mA x x

IcQ 20 10 10 2

1 3 =

= −

Dengan asumsi nilai I_CQ ≅I_e dan menggunakan datasheet I_C −h_fe, nilai β

diperoleh sebesar 195. Rc ditentukan dengan asumsi bahwa Rc adalah hambatan

dalam induktor. Perhitungan biasing dc mengacu pada persamaan 2.11 dan 2.13,

yaitu

a. Bagian keluaran dari kaki kolektor transistor

Vcc = Ic.Rc + Vce + Ie.Re

Ie

Vce IcRc Vcc− −

= Re Ω = − −

= −₋ 594

10 10 6 6 10 10 12 Re ₃ 3 x x x

Pada praktek menggunakan Re sebesar 560Ω diseri dengan 33Ω.

b. Bagian masukan dari kaki basis transistor

Re

.Rb Vbe Ie

Ib

Vcc= + +

uA x

Ic

Ib 51,28

195 10 10 3 = = = − β

Dengan asumsi Vbe = 0,7 Volt (jenis silikon), sehingga

Ib Ie Vbe Vcc

Rb= − − Re

Ω =

− −

= x ₋− x k

Rb 104,52

2810 , 51 594 10 10 7 , 0 12 6 3

Pada praktek menggunakan Rbsebesar 100kΩ diseri dengan 4,7kΩ.

3.3.2.

ZN414

IC ZN414 terdiri dari mixer, IF amplifier, dan detektor. IC ZN414 mampu

digunakan pada frekuensi 150kHz sampai 3MHz, jadi dapat digunakan untuk

perancangan ini yang melewatkan frekuensi 1000kHz dan 1050kHz. Tampak bawah

dari IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.11 dan skema rangkaian ZN414

ditunjukkan Gambar 2.12.

Perhitungan nilai komponen eksternal IC ZN414 menggunakan persamaan (2.18)

yaitu : 3 10 4 2 1 x x xR C AGC

out = _π

F x x x x x

C_{out 3 3} 9,94 10 9 10

4 10 4 2

1 ₌ −

=

π

Pada praktek menggunakan Cout sebesar 10nF.

Gambar 3.5 IC ZN 414 dengan rangkaian eksternal.

IC ZN414 membutuhkan lima komponen eksternal untuk memberikan

kualitas yang baik pada penerima AM.

Input mendapat masukan sinyal dari PLL dan RF amplifier, karena langsung

masuk pada mixer. Kemudian dikeluarkan melalui output setelah melalui IF amplifier

dan detektor di dalam IC.

3.3.3.

FILTER

Perancangan menggunakan LF356 [20] sebagai rangkaian filter aktif dua pole

(kutub), karena dengan dua pole sudah mampu melewatkan frekuensi yang

diharapkan yaitu 20kHz. Jika dibuat lebih dari dua pole, menyebabkan efek

Gambar 3.6Filter aktif.

Low Pass Filter (LPF) pada penerima AM mempunyai frequency cutoff ( )

20kHz. Perhitungan nilai resistor dan kapasitor menggunakan penskalaan frekuensi

dan impedansi sebagai berikut :

fc

1. Menentukan K_f menggunakan persamaan (2.20)

125663 1 10 20 2 2 3 = =

= fc x x

K_f π

ϖ π

2. Menentukan C_basic

f K isasi Cternormal Cbasic= F

Cbasic 11,25μ

125663 414 , 1

1 = =

F

C_basic 5,62μ

125663 7071 , 0

3. Menentukan K_r menggunakan persamaan (2.21)

Nilai kapasitor ternormalisasi mengacu pada Tabel 2.1.

Dengan asumsi R_aktual =12x103Ω, sehingga

Ω = Ω = = 3 3 10 12 1 10 12 x x K xK R R r r sasi ternormali aktual

4. Menentukan C_aktual

nF x x K C C nF x x K C C r basic r basic 468 , 0 10 12 10 62 , 5 937 , 0 10 12 10 25 , 11 3 6 2 2 3 6 1 1 = = = = = = − −

Pada praktek menggunakan C₁ sebesar 1nF dan C₂ sebesar 0,47nF.

Dengan nilai yang sudah ditentukan, dapat dibuktikan bahwa frekuensi yang

dilewatkan sudah tidak melebihi frekuensi keluaran IF amplifier.

Dengan menggunakan persamaan (2.22)

Setelah dilakukan penyederhanaan diperoleh 4 3 3 10 20 1 1 10 58 , 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = − x f x kHz x

f =4 6,36 1022 =502

10K 100K 1M

-60.000 -45.000 -30.000 -15.000 0.000 15.000 db(V(OUT)/V(IN)) F (Hz)

Micro-Cap 8 Evaluation Version LPF aktif.CIR

Left Right Delta Slope

0.020M,-3.016

0.545M,-56.511

-3.016 -56.511 -53.495 -1.019E-04

0.020M 0.545M 0.525M 1.000E00

Gambar 3.7 Tanggapan frekuensi LPF.

Gambar 3.7 merupakan hasil simulasi menggunakan software Micro-Cap 8.0.

Terlihat bahwa filter yang dirancang mempunyai atenuasi sampai -56dB berada pada

3.3.4.

Audio Amplifier

Audio amplifier menggunakan TBA820. Op Amp ini merupakan Op Amp

untuk penguat daya dengan kontrol volume. Rangkaian dan nilai komponen sesuai

dengan datasheet. Skema rangkaian penguat daya ditunjukkan pada Gambar 3.8.

v cc (12v )

input + -U2 TBA820 3 2 5 6 1 4 8 7 R2 1 C2 220uF C7 220nF J2 GND 1 C4 220uF C3 100uF R1 33 C1 10uF LS1 SPEAKER R3 100K 1 3 2 C6 100nF

Gambar 3.8 Rangkaian Penguat Daya.

3.3.5 PLL

PLL yang dirancang mempunyai ketentuan sebagai berikut :

Output frequency = 1000kHz dan 1050kHz

Frequency steps = 1kHz

Output frequency merupakan frekuensi keluaran yang diharapkan dari

Output PLL dicampur dengan sinyal keluaran RF amplifier di mixer. Di

pembagi terprogram terjadi dua perubahan frekuensi. Pembagi terprogram mengubah

frekuensi menjadi bentuk BCD (Binary Code Decimal) yang diatur oleh transistor

sebagai saklar, kemudian kedua frekuensi tersebut diatur menggunakan timer LM555.

3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi

Osilator referensi menggunakan kristal berfrekuensi 10,245MHz, karena

frekuensi yang diharapkan dari osilator referensi adalah 1kHz. Oleh karena itu, perlu

ada IC pembagi dan kapasitor variabel. Rangkaian pembangkit frekuensi referensi

1kHz ditunjukkan pada Gambar 3.9.

ke VCO vcc 5volt C20 100pF Y 1 10.240Mhz C15 39pF U10 CD4060B/SO 8 12 15 16 4 5 6 7 13 14 1 2 3 9 10 11 GN D RST Q10 VDD Q6 Q5 Q7 Q4 Q9 Q8 Q12 Q13 Q14 Ø0 Ø0 Ø1 R17 100K U5 74LS90 14 1 2 3 6 7 12 9 8 11 5 10 A B R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QA QB QC QD VC C GN D DIV 1000 DIV 10

IC HEF4060 digunakan sebagai pembagi 1000 sehingga keluaran dari IC ini

adalah 10kHz. Tampak atas IC HEF4060 ditunjukkan pada Gambar 2.28.

Sinyal output IC HEF4060 diumpankan ke IC 74LS90 yang berfungsi sebagai

pembagi 10 sehingga frekuensi yang dihasilkan nantinya adalah 1kHz. Tampak atas

IC 74LS90 ditunjukkan pada Gambar 2.29. Output IC 74LS90 dijelaskan pada Tabel

2.2. dan Tabel 2.3.

3.3.5.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) dan Phase Comparator

Pada perancangan ini, VCO dan phase comparator menggunakan IC CD4046.

Kondisi mengunci pada phase comparator adalah saat perbedaan fasanya nol atau

tidak ada beda fasa.

VCO pada IC CD4046 menggunakan komponen eksternal untuk menentukan

frekuensi kerja osilator. Rangkaian internal IC CD4046 ditunjukkan pada Gambar

2.24.

input pembagi terprogram output pembagi terprogram

output osilator referensi

vcc 5volt R1 10K C2 0.1uF RS 10K R3 10K R4 10K U12 74HC4046/SO 3 4 14 6 7 5 11 12 1 2 13 9 10 15 16 8 CIN VCOUT SIN CX CX INH R1 R2 PP P1 P2 VCOIN DEMO ZEN VD D VS S C1 100pF VCO

Gambar 3.10 merupakan rangkaian VCO dan phase comparator dengan IC

CD4046 dan rangkaian eksternal. Tegangan yang akan diberikan pada masukan VCO

akan mengendalikan frekuensi yang dibangkitkan. Frequency range ditentukan oleh

trimmer kapasitor yang terhubung ke pin 6 dan pin 7. Pada pin 13 dan pin 9 terdapat

resistor (R3) dan kapasitor (C2) yang berfungsi sebagai filter. Jika menggunakan

tegangan Vcc 5 volt, maka nilai C2≥100pF dan R2 5k≥ Ω.

3.3.5.3 TC9122P

Pembagi terprogram (programmable divider) menggunakan IC TC9122P.

Rangkaian pembagi akan bergantung pada pembagian yang akan digunakan. Sistem

ini menggunakan pembagian langsung, yaitu 4 digit bilangan bagi yang terdiri dari

N1, N2, N3, dan N4. Masing-masing adalah pembagi ribuan, ratusan, puluhan, dan

satuan. Logika pembagi ini adalah logika TTL dengan tegangan 5Volt.

Input berasal dari output VCO dan output diumpankan ke input rangkaian

phase comparator sebagai input yang akan dibandingkan dengan VCO. Tampak atas

IC TC9122P ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Diagram blok IC TC9122P ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Diagram blok IC TC9122P [18].

Pembagian bilangan ditunjukkan pada Tabel 3.1. dengan frekuensi yang

digunakan = 1000Hz dan = 1050Hz. Frekuensi yang diharapkan dari output

pembagi terprogram adalah 1kHz untuk dibandingkan dengan frekuensi dari osilator

referensi. Output dari VCO 1000kHz dibagi 1000Hz untuk menghasilkan frekuensi

1kHz. Sedangkan output dari VCO 1050kHz dibagi 1050Hz untuk menghasilkan

frekuensi 1kHz.

1

f f₂

Tabel 3.1. Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD [18].

Frekuensi Ribuan (N1) Ratusan (N2) Puluhan (N3) Satuan (N4)

1000Hz 01 0000 0000 0000

1050Hz 01 0000 0101 0000

3.3.5.4 Transistor sebagai Saklar

Transistor digunakan untuk mengatur pergantian frekuensi pembagi

terprogram dengan timer dari LM555. Rangkaian transistor sebagai saklar

R35 10K

R34

10K R32

10K

Q1 2N2222

3 2

1

R33 10K

Q2 2N2222

3 2

1

input1

input2

output1

output2

Gambar 3.13 Transistor sebagai saklar.

Input1 dan 2 diperoleh dari timer output. Input1 menjadi input kolektor

transistor dan input2 menjadi input basis transistor. Masing-masing transistor

mempunyai 2 kondisi yang sama, yaitu kondisi on dan off. Kondisi transistor

digunakan untuk mencatu tegangan pada pembagi terprogram pada frekuensi 50Hz.

3.3.5.5 Timer LM555

Rangkaian LM555 menggunakan 1 buah resistor dan 1 buah potensiometer

yang berfungsi untuk pengisian dan pengosongan kapasitor. Rangkaian ditunjukkan

output v cc 5v olt

R27 1Meg 1 3 2 C21 0.1uF C19 1uF R25 10K U13 LM555/TO 2 5 3 7 6 4 8 1 TR CV Q DIS THR R VC C GN D

TIMER

Gambar 3.14 Rangakaian Timer.

Timer dirancang untuk menghasilkan kondisi “1” selama 0,5 detik dan kondisi

“0” selama 0,5 detik (T₁ =T₂ =0,5 detik). Dengan C1 = 1uF dan RA = 10 kΩ, nilai RB

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.32)

) 2 ( 4 , 1 1 1 1 2

1 T C RA RB

T T f + = + = = ) 2 10 10 ( 10 1 4 , 1 5 , 0 5 , 0 1 3 6 B R x x + = + − B R x x10 3 2 10 6 10

4 , 1

1 _{− −}

+ =

Ω =

= ₋ k

x

RB 695

Duty cycle rangkaian ini sebesar

4.1 Perangkat Hasil Penelitian

Perangkat yang dihasilkan pada penelitian ini adalah alat penerima radio AM.

Pengambilan data menggunakan Radio Frequency Generator (RF Generator). RF

Generator ditala pada frekuensi 1000kHz dan 1050kHz secara bergantian. Tampak

atas perangkat ditunjukkan pada Gambar 4.1. Pada batasan masalah pengambilan data

menggunakan dua buah pemancar AM atau sebuah pemancar AM dengan frequency

hopping, hal tersebut tidak dapat dilakukan dengan alasan :

1. Kit elektronika pemancar AM tidak dijual di pasaran.

2. Pemancar AM dengan frequency hopping sedang dalam tahap penyelesaian

sehingga belum bisa digunakan sebagai alat uji.

Gambar 4.1 Tampak atas perangkat.

4.2 Pengujian Perangkat Secara Keseluruhan

4.2.1 Pengujian Penerima AM

Pengujian dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada Gambar

4.2. RF Generator mengirimkan sinyal termodulasi 50% dengan frekuensi carrier

1000kHz dan 1050kHz yang ditala secara bergantian. Pengujian dilakukan pada poin

1 dan poin 2.

Gambar 4.2 Model sistem pengujian Penerima AM.

Gambar 4.3 menunjukkan sinyal input penerima AM yang diamati pada poin

1. Perhitungan frekuensi carrier mengacu pada Gambar 4.4 yang telah diperjelas

dengan memperbesar time/division pada osiloskop dengan .

Sehingga frekuensi carrier dapat dihitung dengan persamaan (4.1)

s x x

x

T =2 0,5 10−6 =1 10−6

kHz s

x T

f 1000

10 1

1 1

6 =

=

= ₋

Gambar 4.4 Sinyal input 1000kHz yang diperbesar.

Gambar 4.5 menunjukkan sinyal input penerima AM yang diamati pada poin

1. Perhitungan frekuensi carrier mengacu pada Gambar 4.6 yang telah diperjelas

dengan memperbesar time/division pada osiloskop dengan

. Sehingga frekuensi carrier dapat dihitung dengan

persamaan (4.1)

s x x

x

T =1,9 0,5 10−6 =9,5 10−7

kHz s

x T

f 1052

10 5 , 9

1 1

7 =

=

= ₋

Gambar 4.6 Sinyal input 1050kHz yang diperbesar.

Gambar 4.3 dan Gambar 4.5 memperlihatkan bahwa penerima AM dapat

menerima sinyal dengan baik. Hal ini terbukti dengan hasil perhitungan yang sesuai

dengan perancangan. Hasil pengukuran spektrum frekuensi juga menunjukkan

frekuensi yang dikirim adalah benar. Spektrum frekuensi carrier 1000kHz

ditunjukkan pada Gambar 4.7 dan spektrum frekuensi carrier 1050kHz ditunjukkan

pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Spektrum frekuensi carrier 1050kHz.

F1 menunjukkan puncak tertinggi sinyal yang berada pada frekuensi

1000kHz. Pengujian dilakukan secara bergantian. Saat sinyal input 1000kHz, tone

yang terdengar hanya 1 frekuensi saja.

F2 menunjukkan puncak tertinggi sinyal yang berada pada frekuensi

1050kHz. Saat frekuensi berada pada 1050kHz, tone yang terdengar hanya 1

frekuensi saja.

Pengujian untuk menentukan frekuensi audio yang dihasilkan, dilakukan pada

poin 1 dan poin 2 secara bersamaan. Saat poin 1 menerima frekuensi carrier

1000kHz poin 2 diukur dan hasil ditunjukkan pada Gambar 4.9. Saat poin 1

menerima frekuensi carrier 1050kHz poin 2 diukur dan hasil ditunjukkan pada

Gambar 4.9 Audio 1kHz dengan frequency carrier 1000kHz.

Gambar 4.10 Audio 1kHz dengan frequency carrier 1050kHz.

F1 menunjukkan frekuensi fundamental, meskipun harmonisa yang dihasilkan

cukup banyak. Harmonisa yang dihasilkan tidak mempengaruhi kinerja sistem.

Frekuensi fundamental tersebut menunjukkan bahwa frekuensi yang diterima tidak

sama dengan frekuensi yang dikirim. Penempatan spektrum tidak bisa tepat di

frekuensi tengah, jika digeser ke kanan hasil yang didapatkan tidak tepat di tengah,

dari semua time/div yang telah dicoba. Hasil pengujian terlihat bahwa kinerja

penerima AM sudah sesuai dengan perancangan.

Proses perubahan frekuensi hopping tidak dapat diamati secara jelas, karena

time/domain timer output sangat sempit dibanding output VCO sebagai output PLL.

Gambar 4.11 menunjukkan proses hopping saat frekuensi carrier 1000kHz dan

1050kHz. Pengukuran dilakukan pada timer output dengan output VCO secara

bersamaan.

Gambar 4.11 Proses hopping dua frekuensi carrier.

Sinyal frekuensi carrier 1050kHz lebih rapat dari pada sinyal frekuensi

carrier 1000kHz. Saat kondisi timer on, timer menghasilkan frekuensi carrier

1050kHz. Sedangkan saat kondisi timer off, timer menghasilkan frekuensi carrier

1000kHz. Hasil pengujian terlihat bahwa kinerja hopping sudah sesuai dengan

4.2.2 Pengujian Tiap Blok

4.2.2.1 RF Amplifier

Pengujian RF amplifier bertujuan untuk mendapatkan sinyal termodulasi yang

telah dikuatkan dari sinyal input. Spektrum frekuensi sinyal output dari RF amplifier

saat frekuensi 1000kHz ditunjukkan pada Gambar 4.12 dan spektrum frekuensi

output dari RF amplifier saat frekuensi input 1050kHz ditunjukkan pada Gambar

4.13.

Penguatan RF Amplifier dapat dihitung dengan persamaan (4.2).

3 10 56

10 200

3 3

= =

= ₋−

x x Vin

Vout Av

Secara teori, penerima AM tidak memerlukan input amplitudo yang besar, biasanya

sekitar μ Volt. Semakin tinggi input amplitudo dapat merusak kinerja sistem.

Perancangan tidak membahas berapa besar penguatan yang diharapkan. Dari hasil

pengamatan menunjukkan penguatan sudah cukup mampu untuk digunakan.

Gambar 4.13 Spektrum frekuensi output RF amplifier saat input 1050kHz.

F1 menunjukkan puncak tertinggi sinyal yang berada pada frekuensi

1000kHz. Harmonisa yang dihasilkan sedikit, sehingga tidak mengganggu kinerja

sistem.

F2 menunjukkan puncak tertinggi sinyal yang berada pada frekuensi

1050kHz. Harmonisa yang dihasilkan sedikit, sehingga tidak mengganggu kinerja

sistem. Hasil pengukuran output dari RF Amplifier sudah sesuai dengan perancangan.

4.2.2.2 Filter

Data pengamatan hasil pengujian filter diperoleh dengan melakukan

pengukuran tegangan input filter (Vin) dan tegangan output filter (Vout). Frekuensi

cutoff ditentukan saat Av = 0,707 dari Av maksimum. Hasil yang diperoleh

ditunjukkan pada Tabel 4.1. Dari Tabel 4.1 terlihat bahwa frekuensi cutoff filter

Tabel 4.1 Data Pengukuran LPF.

Vin (Vpp)

Vout

(Vpp)

Frekuensi

Av (Hz)

0,4 0,4 1 1785

0,4 0,4 1 3846

0,4 0,4 1 6250

0,4 0,4 1 8333

0,4 0,4 1 10000

0,4 0,32 0,8 12500

0,4 0,32 0,8 12500

0,4 0,3 0,75 16666

0,4 0,28 0,7 18518

0,4 0,22 0,55 20000

0,4 0,14 0,35 29411

0,4 0,08 0,2 41666

0,4 0,05 0,125 50000

0,4 0,04 0,1 58823

Hasil pengukuran pada Tabel 4.1 dapat dibuat dalam bentuk grafik tanggapan

frekuensi LPF yang ditunjukkan pada Gambar 4.14.

Perancangan menentukan frekuensi cutoff yang diharapkan adalah 20kHz.

Persen error rangkaian filter sebesar 100% 7,41%

20000 18518

20000− ₌

x . Dengan persen

error yang dihasilkan, rangkaian filter masih dapat bekerja sesuai perancangan, yaitu

melewatkan frekuensi rendah meskipun tidak tepat pada frekuensi cutoff yang

dirancang. Batasan error maksimum yang diinginkan adalah 10% dari frekuensi

cutoff. Filter output akan mempengaruhi audio yang dihasilkan. Filter dirancang

untuk melewatkan frekuensi audio 2kHz sampai 20kHz. Jika frekuensi cutoff yang

dihasilkan melebihi batas error maksimum maka filter yang dirancang sudah tidak

baik lagi.

Jika filter diberi input lebih dari 20khz, maka akan terjadi penurunan output

amplitudo yang menyebabkan penguatan juga turun. Filter ideal menghasilkan

penurunan amplitudo yang sangat tajam. Dalam kondisi ideal filter tidak akan

melewatkan frekuensi diatas frekuensi cutoff yang dihasilkan. Tetapi sangat sulit

untuk mendapatkan kondisi seperti pada filter ideal.

LPF yang dirancang adalah LPF unity gain sehingga penguatan yang

dihasilkan adalah 1 untuk penguatan maksimum. Hasil yang diperoleh menunjukkan

penguatan maksimum adalah 1. Semakin tinggi input frekuensi, penguatan yang

dihasilkan semakin kecil. Dari grafik LPF terlihat bahwa kinerja filter sudah

4.2.2.3 Osilator Referensi

Pengujian osilator bertujuan mendapatkan data mengenai tingkat keakuratan

frekuensi. Output osilator referensi menentukan frekuensi output yang digunakan

sebagai step frekuensi 1kHz. Hasil pengukuran menggunakan osilator digital

ditunjukkan pada Gambar 4.15.

Gambar 4.15 Output osilator referensi.

Gambar 4.15 menunjukkan output dari osilator referensi berupa gelombang

kotak dengan frekuensi 1000Hz. Frekuensi yang dihasilkan dapat dihitung

menggunakan persamaan (4.1).

(

)

(

)

Hz Hz

x x

Hz T T

f 1000,5

) 10 472 ( 10 5 , 527 1 1 2 1 6

6 − − =

= − = _{− −} . % 05 , 0 % 100 1000 5 , 1000

1000− ₌

x

Persen error frekuensi osilator referensi adalah .

Dengan persen error 0,05% rangkaian osilator referensi dapat bekerja sesuai dengan

4.2.2.4 Pembagi Terprogram

Pengukuran pembagi terprogram bertujuan untuk mengetahui pembagian

frekuensi yang akan diumpankan ke phase comparator. Pembagi terprogram

menghasilkan frekuensi 1kHz. Gambar 4.16 menunjukkan sinyal output pembagi

terprogram.

Gambar 4.16 Sinyal output pembagi terprogram.

Frekuensi 1000kHz dibagi 1kHz dan frekuensi 1050kHz dibagi 1050Hz untuk

menghasilkan frekuensi yang sama dengan output osilator referensi yaitu 1kHz.

Frekue