• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pemancar modulasi frekuensi dengan frequency hopping - USD Repository

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2019

Membagikan "Pemancar modulasi frekuensi dengan frequency hopping - USD Repository"

Copied!
102
0
0

Teks penuh

(1)

PEMANCAR MODULASI FREKUENSI DENGAN

FREQUENCY HOPPING

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh

ANTONIUS PRACOYO NUGROHO NIM : 025114072

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

▸ Baca selengkapnya: penguat gambar harus menguatkan sinyal gambar dengan frekuensi

(2)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh

ANTONIUS PRACOYO NUGROHO NIM : 025114072

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(3)

FM TRANSMITTER WITH FREQUENCY HOPPING

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to obstain the Sarjana Teknik Degree

in Electrical Engineering

By :

ANTONIUS PRACOYO NUGROHO Student Number : 025114072

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

(4)
(5)
(6)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah”

Yogyakarta, Agustus 2007

Penulis,

Antonius Pracoyo Nugroho

(7)

BILA ENGKAU GAGAL………

Ingatlah kalau Tuhan selalu menyertaimu

Ingatlah akan suara hatimu

Ingatlah bahwa engkau sudah memberi yang terbaik

Ingatlah engkau masih punya kesempatan lagi

BILA ENGKAU BERHASIL……..

Ingatlah selalu atas berkah-Nya yang melimpah

Ingatlah untuk berterima kasih.

Ingatlah bahwa engkau dipercaya

Ingatlah untuk menjadi yang lebih baik

BILA ENGKAU DIAM……..ENGKAU KALAH

Karyaku ini kupersembahkan untuk Ayahku dan Ibuku tersayang,

kakak-kakakku, dan untuk Cintaku serta semua orang yang aku sayangi

dan menyayangi aku.

(8)

INTISARI

Teknik frequency hopping (FH) merupakan salah satu metode transmisi data dalam bidang telekomunikasi. Dengan frequency hopping, gangguan-gangguan pada telekomunikasi seperti jamming dan noise dapat dikurangi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

Pemancar FM dengan frequency hopping ini terdiri dari dua bagian utama yaitu phase locked loop dan penguat akhir sinyal. Phase locked loop berfungsi sebagai pembangkit sinyal carrier. Komponen utama phase locked loop adalah pembangkit frekuensi referensi, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, prescaler, pembagi terprogram dan pengendali data masukan pembagi terprogram.

Hasil dari penelitian ini adalah pemancar FM dengan frequency hopping yang dapat bekerja secara efektif dan dapat digunakan baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dalam radius 12 meter. Pemancar bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada dua frekuensi yang berbeda yaitu 90 MHz dan 100 MHz dengan periode hopping 0,5 detik.

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

(9)

ABSTRACT

Frequency hopping technique is one of data transmission method in telecommunication. Frequency hopping can minimize the effect of the telecommunication disturbances such as jamming and noise. This research goal aim is to produce FM transmitter with frequency hopping.

The transmitter consists of phase locked loop (PLL) that serve as carrier signal generator and output signal amplifier. The main component of PLL is reference frequency, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, prescaler, programmed divider and programmed divider input data controller.

The result of the research is that the transmitter with hopping frequency can work effectively and can be used both indoor and outdoor in the range of 12 meter. The transmitter operates in two carrier frequency, 90 MHz and 100 MHz with 0.5 second hopping period.

Keyword : frequency hopping, phase locked loop, FM.

(10)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Pemancar Modulasi Frekuensi Dengan Frequency

Hopping”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Pembimbing I dan Bapak Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk seluruh dosenku di Fakultas Teknik atas segala tempaan ilmunya.

2. Ibuku tercinta (A. Murni) yang selalu memberiku dorongan, semangat dan nasihat serta Almarhum Bapak (E. Sumardi) yang selalu menjagaku. 3. Untuk Mbak-mbakku dan mas-masku, Mbak Rina dan mas Pur, Mbak

Shinta dan mas Agus, mbak Lusi dan mas Widhi atas segala bantuan moril maupun materill.

4. Teman-teman seperjuangan, Duwek, Tanto dan Andre dan seluruh teman-teman elektro angkatan 2002. Teman-teman-teman hopping Roni, Merry dan Widhi, terima kasih atas segala masukan dan bantuannya.

(11)

5. Para laboran elektro, Mas Sur dan Mas Mardi. Terima kasih karena selalu mau aku rusuhi.

6. Teman-teman Ndesoku. Dwi, Tono, Tomi, Dodik, Sigit, Fredy, Arek, Hermanto, Anni, Ida, dan Melda. Terima kasih atas segala pengalaman-pengalaman dan kegilaan-kegilaan yang pernah terukir.

7. Dan untuk kekasihku (Ima). Terima kasih atas segala dorongan, kesabaran dan pengertiannya.

8. Teman-teman pengurus Beasiswa Paroki Klepu. Toro, Leo, Rinto, Aan, mbak Yatmi, mbak Rini, mbak Heni, Titus, Harpi, Anna, Sari, Ucik dan anak-anak subyek bantu. Terima kasih atas segala doa dan dukungannya.

Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari Pembaca agar dalam proses penulisan di kemudian hari dapat semakin baik. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun bagi semua pihak yang membacanya.

Yogyakarta, Agustus 2007

Penulis

(12)

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN JUDUL……… i

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING………. iii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI……….. iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………. v

HALAMAN PERSEMBAHAN……….. vi

INTISARI………. vii

ABSTRACT………... viii

KATA PENGANTAR………. ix

DAFTAR ISI……… xi

DAFTAR GAMBAR………... xiv

DAFTAR TABEL……… xvii

DAFTAR LAMPIRAN………... xviii

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang………... I.2 Pembatasan Masalah……….. I.3 Tujuan Penelitian………... I.4 Manfaat Penelitian………. I.5 Sistematika Penulisan………

1 2 3 3 3

BAB II DASAR TEORI

(13)

II.1 Modulasi Frekuensi (FM)……….. II.2 Sistem Pemancar Radio FM……….. II.3 Phase Locked Loop……… II.3.1 Operasi Phase-locked………. II.3.2 Phase Detector………... II.3.3 Low Pass Filter ………... II.3.4 Voltage Controlled Oscillator………... II.4 Komponen Penunjang……… II.4.1 Frekuensi referensi……….. II.4.2 Prescaler………... II.4.3 Pembagi terprogram 14 bit………. II.4.4 Driver dan Booster……….. II.4.5 Timer………... II.5 Frequency Hopping………...

5 8 9 12 13 16 18 19 19 20 21 22 28 30

BAB III PERANCANGAN ALAT

III.1 Diagram Blok dan Penjelasan Umum Rancangan………... III.2 Osilator Dengan PLL……… III.2.1 Pembangkit Frekuensi Referensi 6,25 kHz………. III.2.2 Rangkaian Phase Detector………... III.2.3 Rangkaian Low Pass Filter……….. III.2.4 Rangkaian Voltage Controlled Oscillator………

33 35 35 35 36 37

(14)

III.2.5 Rangkaian Prescaler……… III.2.6 Rangkaian Pembagi terprogram 14 Bit……… III.2.7 Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram….. III.3 Driver……… III.4 Booster……….

38 39 40 42 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan………... IV.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan……… IV.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar……… IV.2.2 Pengujian Kestabilan Frekuensi Carrier Saat Hopping……... IV.2.3 Pengujian Jarak Cakupan Pemancar……… IV.3 Pengujian Setiap Blok……….. IV.3.1 Frekuensi Referensi 6,25 KHz………. IV.3.2 Rangkaian Voltage Controlled Oscillator……… IV.3.3 Prescaler LB3500……… IV.3.4 Pembagi Terprogram……… IV.3.5 Phase Detector dan Low Pass Filter……… IV.3.6 Rangkaian kendali data masukan………. IV.3.7 Driver dan Booster………..

48 49 49 54 55 58 58 59 60 61 63 64 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan……… V.2 Saran……….

70 70

DAFTAR PUSTAKA………. 71

(15)

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Modulasi Frekuensi……….... 6

Gambar 2.2 Lengkung frekuensi-waktu………... 7

Gambar 2.3 Diagram blok dasar sistem pemancar radio FM…………... 8

Gambar 2.4 Diagram blok umum PLL……….. 10

Gambar 2.5 Karakteristik ideal komponen loop……….... 11

Gambar 2.6 Operasi phase-locked………... 12

Gambar 2.7 Gerbang EOR………... 13

Gambar 2.8 Gelombang input dan output PD……… 14

Gambar 2.9 Karakteristik phase detector………... 15

Gambar 2.10 Blok internal IC 74 HC/HCT4046A………... 15

Gambar 2.11 Konfigurasi pin 74 HC/HCT4046A……… 16

Gambar 2.12 Tanggapan frekuensi LPF………... 17

Gambar 2.13 Low pass filter pasif RC……….. 17

Gambar 2.14 VCO dengan dioda varactor……… 18

Gambar 2.15 Pembangkit frekuensi referensi dengan osilator kristal…….. 19

Gambar 2.16 Konfigurasi pin 74HC4060………. 20

Gambar 2.17 Diagram blok dan konfigurasi pin IC LB3500……….. 21

Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC TC9122P………. 22

Gambar 2.19 Garis beban AC dan DC penguat kelas A………... 23

(16)

Gambar 2.20 Rangkaian penguat kelas A………. 24

Gambar 2.21 Rangkaian ekivalen AC……….. 26

Gambar 2.22 Timer 555……… 28

Gambar 2.23 Bentuk gelombang Timer 555 astable multivibrator……….. 29

Gambar 2.24 Teknik frequency hopping……….. 30

Gambar 2.25 Interferensi pada transmisi frequency hopping………... 31

Gambar 3.1 Diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping…… 33

Gambar 3.2 Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 6,25 kHz………. 35

Gambar 3.3 Rangkaian phase detector………... 36

Gambar 3.4 Rangkaian LPF……… 37

Gambar 3.5 Rangkaian voltage controlled oscillator………. 38

Gambar 3.6 Rangkaian prescaler LB3500………. 39

Gambar 3.7 Rangkaian pembagi terprogram TC9122P……….. 39

Gambar 3.8 Rangkaian pengendali data masukan terkendali timer……… 41

Gambar 3.9 Rangkaian driver………. 44

Gambar 3.10 Rangkaian booster………. 47

Gambar 4.1 Blok pemancar hopping……….. 48

Gambar 4.2 Pengujian transmisi pemancar………. 49

Gambar 4.3 Spektrum frekuensi pemancar dengan frekuensi carrier 90 MHz………... 50 Gambar 4.4 Spektrum frekuensi pemancar dengan frekuensi

(17)

carrier 100 MHz………. 50 Gambar 4.5 Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 90 MHz…… 51 Gambar 4.6 Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 100 MHz….. 51 Gambar 4.7 Sinyal informasi 4 KHz yang dikirim………. 52 Gambar 4.8 Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan

frekuensi carrier 100 MHz………. 53 Gambar 4.9 Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan

frekuensi carrier 90 MHz……… 53 Gambar 4.10 Pengujian kestabilan pemancar saat hopping……….. 54 Gambar 4.11 Spektrum frekuensi penerima 100 MHz pada jarak 13 meter. 57 Gambar 4.12 Gelombang output IC 4060 sebagai pembangkit

frekuensi referensi 6,25 kHz….……….. 58 Gambar 4.13 Sinyal output rangkaian osilator 90 MHz………... 59 Gambar 4.14 Sinyal output rangkaian osilator 100 MHz………. 60 Gambar 4.15 Sinyal output rangkaian prescaler saat frekuensi

carrier 90 MHz………... 61 Gambar 4.16 Sinyal output rangkaian prescaler saat frekuensi

carrier 100 MHz………. 61 Gambar 4.17 Gelombang output pembagi terprogram sebagai

pembagi 1800……….. 62 Gambar 4.18 Gelombang output pembagi terprogram sebagai

(18)

pembagi 2000……….. 62 Gambar 4.19 Sinyal output IC 4066………. 65 Gambar 4.20 Gelombang output rangkaian driver frekuensi

carrier 90 MHz………... 66 Gambar 4.21 Gelombang output rangkaian booster frekuensi

carrier 90 MHz………... 66 Gambar 4.22 Gelombang output rangkaian driver frekuensi

carrier 100 MHz………. 67 Gambar 4.23 Gelombang output rangkaian booster frekuensi

carrier 100 MHz………. 68

(19)

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2.1 Tabel kebenaran EOR………. 13 Tabel 3.1 Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit……….. 40 Tabel 4.1 Data hasil pengujian kestabilan pemancar saat hopping………. 55 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran jarak pancar……… 56

(20)

DAFTAR LAMPIRAN

Rangkaian pembangkit frekuensi referensi, phase detector,

LPF, VCO……… L1

Rangkaian pengendali data masukan, pembagi terprogram, prescaler,

driver dan booster……… L2

Data spektrum frekuensi sinyal informasi pada penerima FM……… L3

Datasheet 74HC/HCT4046A………... L10

Datasheet 74VHC4066……… L15

Datasheet LB3500………... L17

Datasheet TC9122P………. L19

Datasheet 2SC2026………. L21

Datasheet 2SC2053……….. L22

Datasheet LM555……… L23

Datasheet 74LS04……… L25

Datasheet 74HC4060………... L27

(21)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Dalam perambatan gelombang radio dari pemancar ke penerima terdapat beberapa gangguan (interference) seperti bising (noise) dan juga kerusakan (distorsi) yang berpengaruh pada bentuk gelombang radio tersebut. Gangguan itu antara lain [1]:

a. Atenuasi (berkurangnya besar arus/tegangan/daya sinyal dalam transmisi antara 2 titik).

b. Distorsi delay (tunda waktu) karena multipath fading. c. Derau (noise)

d. Jamming adalah pemancaran satu sinyal interferensi dengan sengaja pada kanal yang sama, dirancang untuk merusak kanal pelayanan yang diganggu [2].

Jamming bisa diatasi dengan penggunaan kanal pembicaraan secara acak, sehingga pihak yang tidak bertanggung jawab tidak mengetahui kanal mana yang dipakai untuk pembicaraan. Penggunaan kanal frekuensi pembicaraan secara acak dalam istilah telekomunikasi biasa dikenal dengan istilah hopping. Frequency hopping adalah salah satu teknik pemodulasian untuk akses jamak (multiple accses). Sistem frequency hopping menerapkan pertukaran (switching) frekuensi-frekuensi

(22)

yang dipancarkan. Pilihan frekuensi khusus yang dipancarkan dapat dilakukan dengan menerapkan urutan yang sudah tertentu ataupun dapat diseleksi dengan cara semu-acak dari suatu perangkat frekuensi yang menempati bidang frekuensi (bandwidth) yang lebar [3].

FM (frequency modulation) lebih populer dibandingkan dengan AM (amplitudo modulation). Kelebihan FM dibanding AM antara lain [4]:

1. Perbandingan daya sinyal terhadap daya derau S/N (signal to noise ratio) pada FM lebih tinggi dibandingkan dengan pada AM.

2. Setiap peningkatan atau penurunan besar frekuensi dalam suatu pemancar FM dengan daya yang konstan.

3. Pemancar-pemancar FM beroperasi dalam jalur frekuensi sangat tinggi (VHF) dan dalam jalur frekuensi ultra tinggi (UHF), sehingga dapat memanfaatkan pancaran gelombang-gelombang ruang (space wave) yang menyebabkan jangkauan pancarannya sejauh garis pandang. Pada tugas akhir ini, penulis akan membuat pemancar termodulasi frekuensi dengan frequency hopping.

I.2. Pembatasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah

1. Pemancar FM frequency hopping dua frekuensi carrier f1 ± 90MHz dan f2 ±100MHz

(23)

I.3. Tujuan Penelitian

Menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

I.4. Manfaat Penelitian

1. Mengurangi efek gangguan pada sistem komunikasi FM.

2. Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem komunikasi radiodengan frequency hopping.

I.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang dipergunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

BAB I . Pendahuluan

Berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II. Dasar teori

Berisi teori-teori yang mendasari sistem pemancar FM frequency hopping ini. BAB III. Perancangan Perangkat Keras

Berisi beberapa hal yang berkaitan dengan perancangan sistem pemancar FM

frequency hopping.

(24)

BAB IV. Analisis Hasil dan Pembahasan

Berisi analisis hasil pengukuran dan pembahasan yang diperoleh dalam penelitian.

BAB V. Penutup

(25)

BAB II

DASAR TEORI

Pemancar FM (frequency modulation) merupakan alat yang digunakan untuk memancarkan sinyal yang telah dimodulasi frekuensi, sinyal informasi memodulasi sinyal carrier. Pemancaran sinyal FM memiliki teknik pemancaran yang sangat beragam, diantaranya adalah teknik pemancaran dengan menggunakan frequency hopping. Frequency hopping sendiri adalah perubahan sinyal carrier secara periodis yang diatur dengan algoritma tertentu. Pengaturan perubahan frekuensi carrier

digunakan pesintesa PLL (phase locked loop). PLL memberi kemudahan dalam mengatur frekuensi carrier secara periodis. Komponen utama PLL adalah phase detector, low pass filter (LPF) dan voltage controlled oscillator (VCO). Komponen penunjang yang digunakan sebagai pelengkap untuk membangun pemancar FM dengan frequency hopping adalah pembangkit frekuensi referensi, prescaler,

pengendali data masukan pembagi terprogram, driver dan booster.

II.1. Modulasi Frekuensi (FM)

Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal carrier

yang berasal dari osilator RF, sedangkan modulasi frekuensi adalah suatu proses

(26)

modulasi dengan cara mengubah-ubah frekuensi gelombang carrier dengan amplitudo tetap [5].

Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [5].

(a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier. (c) Gelombang termodulasi frekuensi dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi

dengan frekuensi sebagai fungsi waktu.

(27)

Deviasi frekuensi (∆f) adalah simpangan yang dialami oleh frekuensi pembawa (fC) karena amplitudo informasi (Am). Semakin besar amplitudo informasi, semakin besar pula deviasinya sehingga dapat menggangu pemancar lain [6]. Frekuensi pembawa sesaat dapat dinyatakan [6]

) ( ) ( )

(t f t ke t

fi = c + m

Sinyal modulasi em(t) digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa.

Perubahan pada frekuensi adalah kem(t), dengan k adalah konstanta deviasi frekuensi.

Frekuensi pembawa tanpa modulasi dilambangkan dengan fc. Bila em(t) suatu

gelombang sinus

t A

t

em( )= mmakssinωm

(2.1)

(2.2) frekuensi pembawa sesaat menjadi

(2.3)

t kA

t f t

fi( )= c( )+ mmakssinωm Sketsa dari fi ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2. Lengkung frekuensi-waktu [6].

(28)

Deviasi frekuensi puncak dari sinyal didefinisikan sebagai [6]

(2.4)

mmaks kA f = ∆

sehingga persamaan 2.3 menjadi

(2.5)

t f

t f t

fi( )= c( )+∆ sinωm

II.2. Sistem Pemancar Radio FM

Pemancar FM merupakan suatu perangkat yang digunakan untuk memancarkan sinyal informasi beserta sinyal carrier dalam bentuk gelombang elektromagnetik [4]. Diagram kotak pemancar radio FM dasar ditunjukkan pada Gambar 2.3. Pada pemancar FM frequency hopping ini, osilator RF akan dibangun dengan menggunakan PLL.

Gambar 2.3. Diagram blok dasar sistem pemancar radio FM [4].

Keterangan Gambar 2.3

1. Audio input digunakan sebagai sumber sinyal informasi.

(29)

3. Osilator RF digunakan sebagai penghasil frekuensi carrier yang oleh modulator FM akan dimodulasi dengan sinyal informasi.

4. Modulator FM digunakan sebagai alat untuk memodulasi sinyal informasi dari penguat audio dengan sinyal dari osilator RF, sehingga menghasilkan gelombang termodulasi.

5. Pengali frekuensi digunakan sebagai pengali frekuensi dari output

modulator untuk mendapatkan frekuensi carrier yang diinginkan.

6. Penguat penyangga (buffer) digunakan untuk mengisolasi osilator dari tingkat-tingkat selanjutnya sehingga perubahan dalam penggandengan dan pembebanan antena tidak mempengaruhi frekuensi osilator RF.

7. Penguat penggerak (driver) digunakan untuk menggerakan frekuensi osilator RF dari penguat penyangga sebelum diumpankan ke penguat akhir.

8. Penguat akhir digunakan untuk menguatkan dan mendorong gelombang termodulasi ke antena agar dapat dipancarkan oleh antena dengan jangkauan yang cukup jauh.

9. Antena pemancar digunakan untuk memancarkan gelombang termodulasi dari penguat akhir yang berupa gelombang elektromagnetik.

II.3. Phase Locked Loop

Phase locked loop adalah rangkaian umpan balik negatif dengan frekuensi sebagai input dan frekuensi atau tegangan sebagai output. Aplikasi yang biasanya

(30)

menggunakan PLL adalah demodulator untuk AM dan FM, pengali frekuensi dan pesintesa frekuensi [7].

Gambar 2.4 menunjukkan diagram blok umum PLL. Sinyal input dapat berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki frekuensi radian ωi dan fase θi

yang menjadi input dari phase detector. Output dari phase detector diumpankan ke

filter, dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO). Output VCO adalah gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi ωo, untuk menjadi input kedua phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan V3 yang mengontrol VCO dan frekuensi ωo sebagai output VCO.

Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan [7]

dt

d i

i θ

ω = (2.6)

dt

d o

o θ

ω = (2.7)

(31)

Gambar 2.5 menujukkan karakteristik sederhana untuk beberapa komponen

loop. Phase detector secara matematis dapat dinyatakan dengan [7] )

(

1 Kp i o

v = θ −θ (2.8)

dengan v1 adalah tegangan output blok phase detector, Kp adalah konstanta, θi dan θo adalah fase dari kedua input blok phase detector.

PLL menghasilkan output v1 bilamana sinyal input dan VCO terdapat beda

fase. Karakteristik voltage-controlled oscillator ditunjukkan pada gambar 2.5d, VCO beroperasi pada frekuensi free-running (ωFR) ketika v3 sama dengan nol. Nilai positif

atau negatif dari v3 menyebabkan frekuensi free-running menjadi meningkat atau

menurun sesuai dengan

3 v Ko FR

o =ω +

ω (2.9)

dengan Ko adalah konstanta.

Gambar 2.5. Karakteristik ideal komponen loop: (a) Phase detector, (b) Low pass filter, (c) Amplifier, (d) Voltage controlled oscillator [7].

(32)

II.3.1. Operasi

Phase-Locked

.

Gambar 2.6a menunjukkan bila kedua input phase detector adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi ωFR dengan fasa sama, maka beda fasa sama dengan nol

dan tegangan v1, v2, v3 sama dengan nol. Tegangan v3 menjadi input VCO agar output

tetap pada frekuensi ωFR yang sama dengan ωi, sehingga loop terjaga atau yang sering

disebut equilibrium loop. Apabila ωi berubah naik, maka θi semakin besar, sehingga

θi sama dengan θo seperti pada Gambar 2.6b [7].

Gambar 2.6. (a) Kedua input memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi input menyebabkan kesalahan positif fasa ∆θ[7].

Dengan adanya beda fasa (∆θ), maka muncul tegangan v1 dan setelah itu,

ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v3semakin tinggi. Kecepatan sudut ωo akan

(33)

kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new equilibrium loop). Saat kondisi lock tercapai, tegangan v3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika ωi sama

dengan ωo, maka

o FR i

k

v3 =ω −ω

II.3.2. Phase Detector.

Pendeteksi fasa (phase detector) adalah suatu rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang, serta membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan dari perbedaan fasa yang terjadi [8].

Phase detector (PD) memiliki beberapa jenis yaitu Digital PD, Large Signal Gilbert Cell PD dan Small Signal Gilbert Cell PD. Digital PD memiliki prinsip logika gerbang digital EOR seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan logika EOR yang ditunjukkan pada Tabel 2.1[7].

1 2

3 V1(t)

Vi(t) Vo(t)

Gambar 2.7. Gerbang EOR [7].

Tabel 2.1. Tabel kebenaran EOR [7].

vi vo v1

-5 -5 -5

-5 5 5

5 -5 5

5 5 -5

(2.10)

(34)

Sinyal input vi(t) dan vo(t) adalah gelombang kotak dengan frekuensi

fundamental ωi dan ωo. Sehingga EOR phase detector pada Gambar 2.7 beroperasi

pada logika 1 (5 Volt) dan 0 (-5 Volt).

Gambar 2.8. Gelombang input dan output PD [7].

Pada Gambar 2.8, sinyal v1(t) periodik, jika frekuensi kedua input identik dan

yang paling mempengaruhi karakteristik phase detector adalah komponen DC (average). LPF akan menapis frekuensi yang tidak diinginkan dan melewatkan komponen DC.

Jika sinyal vo(t) bergeser ke kiri, sehingga ∆θ sama dengan nol, maka v1(t)

konstan di -5 Volt. Saat vo(t) bergeser ke kanan 900, maka sinyal v1(t) sama dengan ±

5 Volt dengan tegangan rata-rata (average) nol Volt. Apabila ∆θ digeser 1800, maka

(35)

Gambar 2.9. Karakteristik phase detector [7].

IC (integrated circuit) 74HC/HCT4046 merupakan IC PLL yang terdiri dari VCO dan phase detector/phase comparator seperti yang ditunjukkan Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Blok internal IC 74HC/HCT4046A [9].

Perancangan pemancar FM frequency hopping hanya akan menggunakan bagian phase detector dari IC. Phase detector yang digunakan adalah tipe-2, yaitu dengan kondisi mengunci saat beda fasa nol atau sama fasa. PD tipe-2 yang digunakan tidak dibatasi oleh daur kerja (duty cycle) gelombang input, dan bekerja

(36)

pada picu pinggiran positif/naik gelombang masukan Resistansi dari kedua masukan

phase detector cukup tinggi yaitu sekitar 1 MΩ dan sensitivitas masukannya berada pada kisaran 400mVp-p [9]. Gambar 2.11 menunjukkan konfigurasi pin 74HC/HCT4046 . Level penguatan phase detector dapat dicari dengan persamaan [9]

π

4

Vcc

Kp= (2.11)

Kp adalah konstanta penguatan phase detector dan Vcc merupakan tegangan catu IC.

Gambar 2.11. Konfigurasi pin 74HC/HCT4046 [9].

II.3.3. Low Pass Filter

Filter adalahrangkaian yang dirancang untuk melewatkan suatu pita frekuensi tertentu dan memperlemah pita frekuensi yang lain. Filter pasif terdiri dari komponen pasif seperti resistor, kapasitor dan induktor [10].

(37)

khususnya jika induktor yang dioperasikan pada frekuensi rendah. Karena jika induktor digunakan untuk menyimpan induksi yang cukup lama maka akan banyak daya yang hilang.

Pada perancangan pemancar FM dengan frequency hopping, low pass filter (LPF) digunakan untuk menghilangkan komponen frekuensi tinggi dari output blok

phase detector dan menghasilkan tegangan DC rata-rata sebagai pengendali osilator [7]. Tanggapan frekuensi untuk LPF dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Tanggapan frekuensi LPF [10].

Gambar 2.13 memperlihatkan low pass filter pasif RC.

C1

input output

R1

Gambar 2.13.Low pass filter pasif RC.

(38)

Frekuensi cutoff filter (fc) dihitung menggunakan persamaan 2.12. Dengan fc

adalah frekuensi cutoff filter, R1 adalah resistor filter dan C1 adalah kapasitor filter.

1 1

2 1

C R

fc = π (2.12)

II.3.4. Voltage Controlled Oscillator

Voltage-controlled oscillators banyak terdapat dibeberapa aplikasi, seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning radio, dan phase-locked loop. VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan pengaturan tegangan [6].

Gambar 2.14 memperlihatkan dioda varactor yang diaplikasikan untuk membangun VCO. Nama varactor berarti variable reactor sehingga pada dioda

varactor nilai kapasitansi pada sambungan pn dapat diubah-ubah sesuai dengan prasikap tegangan baliknya [11]. Pada perancangan pemancar FM frequency hopping

prasikap tegangan balik dioda varactor ditentukan oleh LPF.

(39)

II.4. Komponen Penunjang

Untuk mendukung pemancar FM dengan frequency hopping diperlukan komponen penunjang seperti pembangkit frekuensi referensi, phase detector,

prescaler, pembagi terprogram, driver, booster dan timer.

II.4.1. Frekuensi Referensi

Rangkaian osilator merupakan rangkaian yang membangkitkan gelombang sendiri pada pita frekuensi tertentu. Pada dasarnya osilasi dapat dibangkitkan dengan adanya umpan balik untuk berosilasi dan adanya pembangkitan sendiri (self exitation). Osilator ada berbagai jenis dilihat dari tipe rangkaian, karakteristik, gelombang output atau kegunannya. Osilator kristal dengan frekuensi orde megahertz dipilih karena kestabilannya. Pembagi menghasilkan frekuensi yang akurat seperti yang ditunjukkan Gambar 2.15.

Gambar 2.15. Frekuensi referensi dengan osilator kristal [12].

Komponen untuk pembagi menggunakan IC 74HC4060. Konfigurasi osilator mengikuti rancangan yang menggunakan rangkaian RC, rangkaian osilator kristal

(40)

atau rangkaian external clock yang dapat digunakan. Input clear mereset counter

menjadi low level pada semua output dan menonaktifkan osilator.

High CLR melengkapi fungsi reset tersebut. Perpindahan negatif pada input clock menambah counter sepuluh level dari pembagian output yang disediakan : 4 tingkat hingga 14 tingkat. Pada stage terakhir (Q14) didapat pembagian frekuensi 1/16384. IC 74HC4060 bekerja dengan tegangan catu + 5 Volt. Gambar 2.16 merupakan bentuk konfigurasi pin 74HC4060.

Gambar 2.16. Konfigurasi pin 74HC4060 [18].

II.4.2. Prescaler

(41)

Gambar 2.17. Diagram blok dan konfigurasi pin IC LB3500 [13].

II.4.3. Pembagi Terprogram 14 Bit

Pembagi terprogram 14 bit bekerja bergantung pada modus pembagian yang akan digunakan. Modus yang digunakan adalah pembagian langsung yaitu 4 digit bilangan bagi, terdiri dari N1, N2, N3 dan N4 masing-masing adalah pembagi ribuan, ratusan, puluhan dan satuan, dengan nilai bagi maksimal 3999 (langkah 1 digit).

Pada perancangan digunakan IC TC9122P (programmable divider) dengan masukan bilangan bagi 14 bit atau maksimal pembagian sebanyak 3999 dapat dilakukan. Untuk kebutuhan sistem pembangkit frekuensi digunakan 3,5x4 bit masukan. Logika pembagi ini adalah logika TTL dengan tegangan Vdd sama dengan 5 Volt. IC ini akan membagi sinyal input, sesuai dengan bilangan desimal (dalam biner) yang diumpankan pada masukan IC.

Pada Gambar 2.18 input (pin-2) TC9122P, dapat diumpankan gelombang dengan Vpp-max 5 volt (sinusoida atau kotak). Diatas tegangan puncak ini IC tidak dapat bekerja. Arus yang dibutuhkan IC sangat rendah sekitar maksimum 5 mA pada tegangan catu 5 volt [19].

(42)

Gambar 2.18. Konfigursi pin IC TC 9122P [19].

II.4.4.

Driver

dan

Booster.

Driver dan Booster dibangun dari penguat kelas A karena lebih efisien dalam penguatan sinyal kecil. Gambar 2.19 menunjukkan garis beban AC dan DC beserta titik kerja penguat kelas A. Garis yang dibatasi oleh titik A dan B merupakan garis beban AC dan garis yang dibatasi oleh titik C dan D merupakan garis beban DC. Titik A merupakan titik jenuh AC, dan titik B merupakan titik putus AC. Penguat kelas A mempunyai titik kerja sepanjang garis beban antara titik A dan titik B atau daerah aktif transistor.

Pada saat transistor mencapai titik jenuh, VCE sama dengan nol sehingga

diperoleh [14]

C CEQ CQ

sat C

r V I

I T

T +

= )

( (2.13)

Sedangkan pada saat transistor mencapai titik putus, IC sama dengan nol, sehingga

(43)

C CQ CEQ cut

CE V I r

V

T T +

=

)

( (2.14)

dengan IC(sat) adalah arus jenuh AC, VCE(sat) adalah tegangan putus AC, ICQT

adalah arus kolektor DC, VCEQT adalah tegangan kolektor emitor DC dan rC

merupakanresistansi AC.

Gambar 2.19. Garis beban AC dan DC penguat kelas A [14].

Penguatan tegangan penguat kelas A dapat dinyatakan dengan

e C V

r r

A =− (2.15)

dengan AV adalah penguatan tegangan dan re merupakan resistansi dalam transistor.

Resistansi dalam transistor merupakan resistansi yang dihasilkan dengan adanya arus DC yang mengalir dalam transistor. Harga resistansi dalam dapat dinyatakan dengan

T

CQ e

I mV

r = 25 (2.16)

dengan ICQT adalaharus kolektor DC

(44)

RE R1

RL C3

Input

C1

Vcc

L

R2

C2

Gambar 2.20. Rangkaian Penguat kelas A [14].

Gambar 2.20 merupakan rangkaian penguat kelas A. Persamaan loop

tegangan yang melingkari basis adalah 0 = +

+ E E BQ B BQ

BE I R V I R

V (2.17)

E BE

B V V

V = + (2.18)

KarenaIEIBβ, maka persamaan 2.17 dapat disederhanakan menjadi

(

E BQ

)

E

BQ

BE V R R I

V = − + β (2.19)

denganIEIC adalah arus kolektor, β adalah penguatan arus transistor, RBQ adalah

resistansi thevenin, RE adalah resistansi emitor, VBQ adalah tegangan thevenin dan VBE merupakan tegangan basis emitor. Resistansi thevenin dari Gambar 2.20 adalah

2 1

2 1

R R

R R RBQ

+

= (2.20)

(45)

CC

BQ V

R R

R V

2 1

2

+

= (2.21)

Tegangan kolektor ke emitor sebesar

(2.22)

E EQ CC

CEQ V I R

V = − ; IEQRE = VE

Agar menjadi penguat kelas A yang baik, rangkaian harus mempunyai faktor kualitas rangkaian Q dan faktor kualitas kumparan QL yang tinggi. Secara praktis

harga minimum faktor kualitas rangkaian sebesar 10, sedangkan faktor kualitas induktor sebesar 50. Harga faktor kualitas induktor adalah

S L L

R X

Q = (2.23)

dengan XL adalah reaktansi induktif dan RS merupakan resistansi kumparan seri

Reaktansi induktif dapat dinyatakan dengan

L f

XL =2π r (2.24)

dengan XL adalah reaktansi induktif, fr adalah frekuensi sinyal masukan dan L

merupakan induktor. Sesuai dengan teorema kumparan, persamaan 2.23 dapat diubah menjadi

L L

P Q X

R = (2.25)

dengan RP adalah resistansi paralel kumparan.

(46)

Gambar 2.21. Rangkaian ekivalen AC [14].

Pada Gambar 2.21 terdapat kapasitor gandeng masukan (C1) dan kapasitor

gandeng keluaran (C3). Dengan menggunakan rangkaian ekivalen AC seperti

ditunjukkan Gambar 2.21 dapat ditentukan impedansi masukan (Rin) sebesar

e

in R R r

R = 1// 2//β (2.26)

Jaringan masukan mempunyai frekuensi sebesar

1

) ( 2

1

C R f

in

in = π (2.27)

dengan fin adalah frekuensi masukan. Demikian pula jaringan keluaran mempunyai

frekuensi keluaran

3

) (

2 1

C R R f

L p

out = π + (2.28)

dengan fout adalah frekuensi keluaran, Rp adalah resistansi kumparan, RL adalah

(47)

Secara praktis sering kapasitor pintas emitor (C2) dianggap hubung singkat

dalam rangkaian ekivalen AC. Jika rangkaian penggerak C2 diganti dengan rangkaian thevenin, maka resistansi thevenin yang menghadap kapasitor sebesar

β 2

1//R R re

Rout ≅ + (2.29)

Frekuensi pada jaringan emitor (fE) adalah

(2.30) 2 2 1 C R f out

E = π

dengan Rout adalah resistansi keluar yang menghadap kapasitor emitor dan C2

merupakan kapasitor emitor.

Daya pada penguat berkaitan erat dengan tegangan catu yang diberikan [14] (2.31)

CQ

i dc VccI

P( )=

Daya output AC diberikan ke beban (RL) dengan persamaan

L CE o R p V ac P 2 ) ( ) ( 2 = (2.32)

Efisiensi daya maksimum (ηMAX) adalah

) ( ) ( dc P ac P i o MAX = η (2.33)

dengan Po(ac) adalah daya output dan Pi(dc) adalah daya input [14].

(48)

II.4.5. Timer

Timer 555 adalah sebuah IC yang serbaguna dan luas penggunaannya, karena dapat dirancang pada 2 mode yang berbeda yaitu monostable multivibrator dan

astable multivibrator. Untuk kebutuhan pembangkit denyut, timer 555 dioperasikan pada mode astable multivibrator [15]. Timer 555 dan konfigurasi pin IC 555 ditunjukkan Gambar 2.22.

(a)

(b)

Gambar 2.22. (a) Diagram blok timer 555

(49)

Gambar 2.23 adalah bentuk gelombang output IC 555 pada mode astable multivibrator. Waktu charge dan discharge dirumuskan dengan

) (

7 , 0 1

1 C RA RB

T ≈ +

B R C

T2 ≈0,7 1 (2.34)

sedangkan frekuensi gelombang kotak adalah

) 2 ( 4 . 1 1 1 1 2

1 T C RA RB

T T f + = + =

= (2.35)

duty cycle (D) dari gelombang timer 555 astable multivibrator adalah %

100 2R x R R R D B A B A + + = (2.36)

Gambar 2.23. Bentuk gelombang 555 astable multivibrator [15].

(50)

II.5. Frequency Hopping

Frequency hopping atau lompatan frekuensi adalah perubahan frekuensi sinyal pembawa secara periodis yang diatur oleh algoritma tertentu. Frekuensi ini akan membawa informasi selama periode tertentu dan berpindah ke frekuensi yang lain , begitu seterusnya seperti diperlihatkan Gambar 2.24 [17].

Gambar 2.24. Teknik frequency hopping [17].

Anak panah pada Gambar 2.24 menunjukkan urutan lompatan (hop) frekuensi

f1Æf4Æf2Æf1, demikian secara 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 diperoleh kembali.

(51)

minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama jika menggunakan frekuensi pembawa tunggal.

Pemancar FH hanya dapat mengirimkan data pada setiap frekuensi dalam jumlah yang sangat terbatas, karena perioda antar lompatan frekuensi sangat singkat (400µs – 577 µs) berbeda untuk setiap sistem komunikasi digital. Perioda antar lompatan ini disebut chip atau time slot.

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 pengganggu (interfering signal) diharapkan dapat dihindari. Jika interferensi muncul dan mengganggu salah satu kanal berfrekuensi, misal f2, maka sinyal pembawa akan

selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada frekuensi f2. Hal ini

diperlihatkan pada Gambar 2.25.

Gambar 2.25. Interferensi pada transmisi frequency hopping [17].

(52)
(53)

BAB III

PERANCANGAN ALAT

III.1. Diagram Blok dan Penjelasan Umum Rancangan

Diagram blok rancangan menggunakan blok pemancar FM yang umum digunakan. Tetapi pada pemancar FM dengan frequency hopping ini osilator pemancar dibangun dengan rangkaian PLL (pembangkit frekuensi referensi, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, prescaler, pembagi terprogram). Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping.

Gambar 3.1. Diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping.

(54)

Pemancar FM ini bekerja pada dua frekuensi carrier yaitu 90 MHz dan 100 Mhz dengan daya rendah. AFG (Audio Function Generator) digunakan sebagai sumber sinyal informasi. Frekuensi referensi dengan osilator kristal membangkitkan sinyal yang akan dibandingkan dengan sinyal output pembagi terprogram di phase detector.

Output blok phase detector merupakan sinyal dengan tegangan rata-rata sesuai karakteristik phase detector. Tegangan ini yang pada nantinya akan mengontrol VCO sehingga menghasilkan frekuensi carrier yang diinginkan.

LPF berfungsi untuk menghilangkan komponen frekuensi tinggi dari keluaran

phase detector. Prescaler digunakan sebagai pembagi awal frekuensi sinyal keluaran VCO, karena frekuensi output VCO harus disesuaikan dulu agar menghasilkan frekuensi step yang konstan setelah dibagi di pembagi terprogram. Pembagi terprogram dikendalikan oleh electronic switch

Switch tersebut akan memberikan input berupa data BCD (Binary Code Desimal) sebagai pengatur besarnya pembagian frekuensi di pembagi terprogram.

Output pembagi terprogram ini akan dibandingkan dengan frekuensi referensi di

(55)

III.2. Osilator Dengan PLL

III.2.1. Pembangkit Frekuensi Referensi 6,25 kHz

Pembangkit frekuensi referensi dirancang dengan menggunakan IC 74HC4060. IC 74HC4060 merupakan IC pembagi frekuensi yang memiliki 10 tingkat pembagian frekuensi pada Q4 sampai dengan Q14. Perancangan mengacu sesuai datasheet dengan menggunakan kristal 6,4 MHz. Kristal 6,4 MHz dipilih agar besarnya output adalah 6,25 kHz untuk membangkitkan step 50 kHz, maka rancangan pembangkit frekuensi referensi ditunjukkan pada Gambar 3.2.

C2

39 pF Output 6,25 KHz

C1 100 pF 4060 11 12 7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 9 10 PI RST Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q12 Q13 Q14 PO

PO XTAL 6,4 MHz

R1 100K

Gambar 3.2. Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 6,25 kHz.

III.2.2. Rangkaian

Phase Detector

IC 74HC/HCT4046A adalah IC PLL dengan phase detector dan VCO yang

terintegrasi di dalamnya. Frekuensi maksimum IC 74HC/HCT4046A adalah 17 MHz

pada VCC 4,5 Volt dan terdapat tiga tipe phase detector. Pada rancangan, IC

(56)

74HC/HCT4046A hanya akan diambil pada bagian phase detector /phase comparator. IC 74HC/HCT4046A bekerja dengan tegangan catu 5 Volt, sehingga penguatan phase detector didapat berdasarkan persamaan (2.11) adalah

π 4 Vcc Kp= 397 , 0 4 5 = = π

Kp V/r.

Gambar 3.3 merupakan rangkaian phase detector.

74HC4046 3 4 14 6 7 5 11 12 1 2 13 9 10 15 CIN VCOUT SIN CX CX INH R1 R2 PP P1 P2 VCOIN DEMO ZEN

input Frekuensi Ref erensi input dari TC 9122P

Output Phase Detector

Gambar 3.3. Rangkaian phase detector.

III.2.3. Rangkaian

Low Pass Filter

LPF dirancang dengan frekuensi cutoff 7,5 kHz. Nilai frekuensi cutoff 7,5 dipilih agar frekuensi output rangkaian phase detector yang memiliki frekuensi 6,25 kHz masih berada pada posisi pass band filter. Output rangkaian phase detector

memiliki komponen frekuensi sebesar 6,25 kHz yang berasal dari input rangkaian

phase detector yaitu dari rangkaian pembangkit frekuensi referensi dan rangkaian pembagi terprogram. Dengan menggunakan persamaan 2.12, nilai C1 ditentukan 0,1

(57)

1 1 2 1 C R fc π = c f C R 1 1 2 1 π = Ω ≅ Ω =

= 212,2 220

10 5 , 7 . 10 1 , 0 . 2 1 3 6 1 x x R π

Gambar 3.4 menunjukan rangkaian LPF hasil rancangan.

Phase detctor VCO

R1

220

C1 0,1 uF

Gambar 3.4. Rangkaian LPF.

III.2.4. Rangkaian

Voltage Controlled Oscillator

Perancangan VCO mengacu pada Gambar 3.5 yang didapat dari salah satu referensi VCO PLL [20]. Dioda varactor D1 dan D2 sebagai kapasitor variabel dikendalikan oleh tegangan LPF, sehingga memiliki nilai kapasitansi tertentu pada saat tegangan LPF tertentu. C1,C2,C3,C4,D2,D3 dan L1,L2,L3,L4,L5,L6 merupakan komponen penghasill osilasi. Frekuensi 100 MHz dan 90 MHz didapat dengan mengatur nilai kapasitansi D2 dan D3. Nilai L1,L2,L3,L4,L5,L6 adalah 2 lilit coil

(58)

6mm, sedangkan Transistor Q1,Q2,Q3,Q4 merupakan transistor yang mengatur

feedback osilasi.

R10 120 Siny al Inf ormasi

C3 22 pF L1 12 V L3 C5 1 nF R7 150 C2 68 pF dari LPF R13 330 D1 MV2107 1 2 R12 22k Q4 BF494 1 3 2 D2 MV2107 1 2 R14 150 L2 R11 68k Q2 BF494 1 3 2

C9 1 nF C1 68 pF R8 120 R6 15k Q3 BF494 1 3 2 C8 1 nF

L6 R9 68k R3 330 C15 1 nF C18 4700 uF

R5 150 Q1 BF4941 3 2 L7 FB1 R4 22k R15 15k C10 15 pF

R1

330 C14

0,01 uF

L5

C7 15 pF

C13 220 uF

C11 22 pF C4 5 pF C12 1 nF R2 330 out L4

C6 22 pF

Gambar 3.5. Rangkaian voltage controlled oscillator [20].

III.2.5. Rangkaian

Prescaler

Perancangan Prescaler LB3500 mengacu pada rancangan yang terdapat pada

datasheet. Prescaler LB3500 dirancang sebagai pembagi delapan, frekuensi 90 MHz

akan dibagi menjadi 11,25 MHz dan frekuensi 100 MHz akan dibagi menjadi 12,50

MHz yang kemudian akan diumpankan pada input pembagi terprogram 14 bit.

Tegangan catu yang digunakan 5 Volt. Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian

(59)

C3 47 pF C7

10 nF 5 V

out LB3500

1 2 3 4 5 6 7 8 9

C1 100 pF

C6

1 nF

in C2

100 pF C4

10 nF

C5 10 nF

Gambar 3.6. Rangkaian Prescaler LB3500.

III.2.6. Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit

Skema rangkaian pembagi terprogram dengan IC TC9122P dapat dilihat pada

Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Rangkaian pembagi terprogram TC9122P.

Logika untuk menghasilkan frekuensi output pembagi terprogram sama dengan

frekuensi referensi 6,25 kHz adalah sebagai berikut.

Frekuensi 90 MHz

Output rangkaian prescaler 11,25 MHz

1800 10

25 , 6

10 25 , 11

3 6

= =

x x N

(60)

Frekuensi 100 MHz

Output rangkaian prescaler 12,50 MHz 2000 10 25 , 6 10 5 , 12 3 6 = = x x N

Tabel 3.1 menunjukkkan logika data masukan pembagi terprogram 14 bit.

Tabel 3.1. Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit.

N B3 A3 D2 C2 B2 A2 D1 C1 B1 A1 D0 C0 B0 A0

1800 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 8 0 0

2000 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0

III.2.7. Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram

IC 4066 terkendali timer digunakan untuk memberi masukan data pada IC TC9122P. Timer dirancang untuk menghasilkan kondisi 1 selama 0,5 detik dan kondisi 0 selama 0,5 detik (T1=T2 =0,5). Dengan C1 1 uF dan RA 10 KΩ, nilai RB dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.35)

) 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

(61)

Dengan duty cycle sebesar

% 100 2R x R R R D B A B A + + = % 3 , 50 % 100 ) 10 695 ( 2 10 10 10 695 10 10 3 3 3 3 = + + = x x x x x D

Pada saat sinyal clock positif 5 volt (high), rangkaian pengendali frekuensi 100 MHz yang bekerja dan ketika sinyal clock berubah menjadi 0 Volt (low) rangkaian pengendali frekuensi 90 MHz yang bekerja karena gerbang NOT memberikan logika high. Timer berfungsi sebagai penghasil sinyal kontrol untuk membuat ON dan OFF switch. Logika 0 dan 1 didapat dari tegangan Vcc 5 Volt pada

input switch. Gambar 3.8 menunjukkan rangkaian pengendali data masukan dengan logika data masukan sama dengan 1 (high) ketika sinyal clock high

+ 5 V

A3

EN1 1 1 > > < < U13B 4066 10 11 12 EN1

1 1 > > < < U13A 4066 2 1 13

Kendali 90 MHz R1 10 K U12 NOT 1 2 D2 DIODE D2 LM555 2 5 3 7 6 4 TR CV Q DIS THR R B3 Kendali 100 MHz

TC 91 22 P C1 1 uF D1 DIODE C2 0.1 uF R2 1 M 1 3 2

Gambar 3.8. Rangkaian pengendali data masukan terkendali timer.

(62)

III.3. Driver

Driver dirancang dengan penguat kelas A dengan menggunakan transistor 2SC2026. Pada datasheet arus kolektor IC yang dibutuhkan untuk mengaktifkan

transistor adalah sebesar 50 mA. Dalam penguat kelas A yang ideal, arus kolektor sama dengan arus DC yang mengalir pada emitor dan tegangan VCE bernilai ½ Vcc,

sehingga dengan persamaan (2.22) tegangan emitor diperoleh sebesar

V V

Vcc

VE = − CE =12−6=6

Menurut hukum Ohm arus dan tegangan, resistansi RE adalah

Ω = =

= 120

10 50 6 3 x I V R C E E

Tegangan basis dihitung dengan persamaan (2.18)

V V

VB =0,7+ E =0,7+6=6,7

Dengan tegangan catu (Vcc) 12 V, tegangan basis 6,7 V dan R2 sebesar 20 KΩ maka R1 adalah

(

)

== =

= x x K K

V R V Vcc R B

B 15,8 10 15,8 15

7 , 6 10 20 ) 7 , 6 12

( 3 3

2 1

Dalam rangkaian AC setiap induktor mempunyai reaktansi. Sehingga dengan nilai induktor 33 uH, frekuensi kerja 90 Mhz dan 100 Mhz dan dengan menggunakan persamaan (2.24), reaktansi induktor diperoleh sebesar

L f XL =2π r

Ω = = − K x x

(63)

Ω = = − K x x

XL(100) 2π.100 106.33 10 6 20,73

Secara praktis harga faktor kualitas induktor minimal adalah 50, sehingga resistansi paralel dari hasil konversi resistansi induktor didapat dari persamaan (2.25) sebesar

L L

P Q X

R =

Ω =

= x K

RP 50.18,66 103 933

) 90 (

Ω =

= x M

RP(100) 50.20,73 103 1,036

Penguat bekerja pada frekuensi 90 Mhz dan 100 Mhz pada beban nol, sehingga kapasitor gandeng keluaran (C1) harus disesuaikan. Dengan menggunakan persamaan (2.28), nilai kapasitor gandeng keluaran adalah

pF x x R R f C L P 0018 . 0 ) 0 10 933 .( 10 90 . 2 1 ) ( 2 1 3 6 ) 90 ( ) 90 ( 90 ) 90 (

1 = π + = π + =

pF x x R R f C L P 0015 . 0 ) 0 10 036 , 1 .( 10 90 . 2 1 ) ( 2 1 6 6 ) 100 ( ) 100 ( 100 ) 100 (

1 = π + = π + =

Dari perhitungan di atas nilai kapasitor C1 dipilih sebesar 1 pF.

Kapasitor pintas emitor digunakan untuk melewatkan arus AC dan menahan arus DC. Dengan persamaan (2.29) dan β sebesar 200, resistansi theveninya adalah

5 , 0 10 50 10 25 25 3 3 = = = x x I mV r T CQ e Ω = Ω Ω + = +

≅ 43,355

200 20 // 15 5 , 0 // 2

1 R K K

R re Rout

β

Dengan persamaan (2.30) nilai kapasitor pintas emitor didapatkan sebesar

(64)

pF x x R f C out r 78 , 40 10 78 , 40 355 , 43 . 10 90 . 2 1 2 1 12 6 ) 90 (

2 = = = =

− π π pF x x R f C out r 709 , 36 10 709 , 36 355 , 43 . 10 100 . 2 1 2 1 12 6 ) 100 (

2 = = = =

π π

Dengan perbandingan perhitungan di atas, nilai kapasitor C2 dipilih sebesar 39 pF. Gambar 3.9 menunjukkan rangkaian lengkap driver.

R2 20 K R1 15 K RE 120 C1 1 pF 12 V Q1 2SC2026 C2 39 pF Siny al dari VCO

L 33 uH

Output Driv er

Gambar 3.9. Rangkaian Driver.

III.4

.

Booster

Booster merupakan rangkaian penguat akhir yang dirancang dengan penguat

kelas A menggunakan transistor 2SC2053 booster dirancang dengan keluaran daya

0.2 Watt sesuai dengan daya maksimum transistor pada datasheet dan beban RL 50 Ω, sehingga VCE dapat dihitung dengan persamaan (2.30)

V P

R

(65)

mA R V I L CE

C 89,44

50 472 , 4 = = =

Penguat kelas A yang ideal, arus kolektor sama dengan arus emitor sehingga IC =IE. Dengan Vcc = 12 V dan VCE = 4,472 V, tegangan emitor adalah

V V

Vcc

VE = − CE =12−4,472=7,528

Menurut hukum Ohm arus dan tegangan, resistansi RE adalah

Ω ≈ Ω =

=

= 84,168 82

10 44 , 89 528 , 7 3 x I V R C E E

Tegangan basis dihitung dengan persamaan (2.18) adalah

V V

VB =0,7+ E =0,7+7,528=8,228

Dengan tegangan catu (Vcc) 12 V, tegangan basis 8,228 V dan R2 sebesar 10 KΩ, nilai R1 adalah

(

)

== =

= x x K K

V R V Vcc R B

B 4,58 10 4,58 4,7

228 , 8 10 10 ) 228 , 8 12

( 3 3

2 1

Sama seperti rangkaian driver, nilai komponen C1 dan C2 perlu dicari. Dengan nilai induktor sebesar 33 uH dan dengan menggunakan persamaan (2.24), reaktansi induktor didapatkan sebesar

L f XL =2π r

Ω = = − K x x

XL(90) 2π.90 106.33 10 6 18,66

Ω = = − K x x

XL(100) 2π.100 106.33 10 6 20,73

(66)

Secara praktis harga faktor kualitas induktor minimal adalah 50, sehingga resistansi paralel dari hasil konversi resistansi induktor didapat dari persamaan (2.25) sebesar

L L

P Q X

R =

Ω =

= x K

RP(90) 50.18,66 103 933

Ω =

= x M

RP(100) 50.20,73 103 1,036

Penguat bekerja pada frekuensi 90 Mhz dan 100 Mhz pada beban 50 Ω, sehingga kapasitor gandeng keluaran (C1) harus disesuaikan. Dengan persamaan (2.28) maka nilai kapasitor gandeng keluaran adalah

pF x x R R f C L P 0019 . 0 ) 50 10 933 .( 10 90 . 2 1 ) ( 2 1 3 6 ) 90 ( ) 90 ( 90 ) 90 (

1 = π + = π + =

pF x x R R f C L P 001536 . 0 ) 50 10 036 , 1 .( 10 90 . 2 1 ) ( 2 1 6 6 ) 100 ( ) 100 ( 100 ) 100 (

1 = π + = π + =

Dari perhitungan d atas, nilai kapasitor C1 dipilih sebesar 1 pF

Kapasitor pintas emitor digunakan untuk melewatkan arus AC dan menahan arus DC. Dengan menggunakan persamaan (2.29) dan β sebesar 180, resistansi thevenin adalah 279 , 0 10 44 , 89 10 25 25 3 3 = = = − x x I mV r T CQ e Ω = Ω Ω + = +

≅ 18,04

180 10 // 7 , 4 279 , 0 // 2

1 R K K

R re Rout

β

(67)

pF x x R f C out r 02 , 98 10 02 , 98 04 , 18 . 10 90 . 2 1 2 1 12 6 ) 90 (

2 = = = =

− π π pF x x R f C out r 22 , 88 10 22 , 88 04 , 18 . 10 100 . 2 1 2 1 12 6 ) 100 (

2 = = = =

π π

Dengan perbandingan perhitungan di atas, nilai kapasitor C2 dipilih sebesar 100 pF. Gambar 3.10 menunjukkan rangkaian booster.

RE 82 C2 100 pF R2 10 K R1 4,7 K 12 V Antenna 50 L 33 uH Q1 2SC2053 C1 1 pF

Siny al dari Driv er

Gambar 3.10. Rangkaian booster.

(68)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1. Perangkat Keras Hasil Perancangan

Perangkat keras hasil perancangan terdiri dari satu bagian alat pemancar. Pengambilan data transmisi menggunakan dua penerima FM broadcast yang ditala pada frekuensi 90 MHz dan 100 MHz. Gambar 4.1 menampilkan alat yang telah dibuat.

Gambar 4.1. Blok pemancar hopping.

(69)

IV.2. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan

IV.2.1. Pengujian Transmisi Pemancar

Pengujian dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada Gambar 4.2

Gambar 4.2. Pengujian transmisi pemancar.

Blok pemancar mengirimkan sinyal informasi dengan dua frekuensi carrier

yaitu 90 MHz dan 100 MHz. Sinyal yang dikirim diterima oleh dua penerima FM yang masing-masing tertala 90 MHz dan 100 MHz

Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 menunjukkan spektrum frekuensi pemancar yang diambil secara bergantian di titik a pada Gambar 4.2. Pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 memperlihatkan bahwa pemancar dengan frekuensi 90 MHz dan 100 MHz memiliki spektrum frekuensi yang baik. Hal ini dapat dilihat dari frekuensi yang stabil di 90 MHz dan 100 MHz. Penjelasan akan kestabilan frekuensi akan dibahas pada subbab selanjutnya.

(70)

Gambar 4.3. Spektrum frekuensi pemancar dengan frekuensi carrier 90 MHz.

(71)

Pemancar juga diuji untuk membuktikan bahwa pemancar bekerja dengan modulasi frekuensi. Dengan sinyal informasi sinusoida berfrekuensi 4 kHz, didapat bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6. Pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 terlihat bahwa pemancar bekerja dengan modulasi frekuensi.

Gambar 4.5. Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 90 MHz.

Gambar 4.6. Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 100 MHz.

(72)

Pengujian juga dilakukan dengan mengamati sinyal informasi yang diterima oleh dua penerima FM. Gambar 4.7 menunjukkan sinyal informasi yang dikirimkan yaitu sinyal sinus dari AFG (Audio Function Generator). Sinyal informasi yang dikirim berupa tone memiliki tegangan sebesar 10 Vpp dan frekuensi 4,0 kHz.

Gambar 4.7. Sinyal informasi 4 kHz yang dikirim.

(73)

Gambar 4.8. Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan frekuensi carrier

100 MHz.

Gambar 4.9. Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan frekuensi carrier

90 MHz.

(74)

IV.2.2. Pengujian Kestabilan Frekuensi

Carrier

Saat

Hopping

Pengujian dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada Gambar 4.10. Sinyal output blok pemancar diukur dengan menggunakan frequency counter

selama 500 detik. Tabel 4.1 adalah data yang didapat ketika proses hopping

berlangsung dan pengambilan data dilakukan setiap 50 detik

Gambar 4.10. Pengujian kestabilan pemancar saat hopping.

Dari Tabel 4.1 dihitung nilai rata-rata dan prosentase rata-rata error dari dua frekuensi carrier. Nilai rata-rata dihitung dengan persamaan

N frekuensi

X =

(4.1)

Frequency Counter BLOK

PEMANCAR

X adalah nilai rata-rata, adalah penjumlahan seluruh nilai frekuensi yang diuji dan N banyaknya data yang diuji. Prosentase rata-rata error dapat dihitung dengan persamaan.

frekuensi

% 100

% x

cangan NilaiPeran

X cangan

NilaiPeran

(75)

Tabel 4.1. Data hasil pengujian kestabilan pemancar saat hopping.

Detik ke- Frekuensi Carrier 1 (MHz)

Frekuensi Carrier 2

(MHz)

50 90,0 99,8

100 89,9 99,9

150 89,8 99,9

200 90,0 100,0

250 89,9 100,0

300 90,0 99,9

350 90,0 100,0

400 90,0 99,9

450 90,0 100,0

500 89,9 99,9

Nilai rata-rata (X ) 89,95 99,93

Persen error(%) 0,001 0,0007

Berdasarkan tabel 4.1 terlihat bahwa persen rata-rata error frekuensi carrier

cukup kecil yaitu 0,001 % untuk frekuensi carrier 90 MHz dan 0,0007 % untuk

frekuensi carrier 100 MHz. Dari prosentase error itu dapat dikatakan bahwa

pemancar memiliki frekuensi carrier yang cukup stabil saat hopping berlangsung.

IV.2.3. Pengujian Jarak Cakupan Pemancar

Pengujian dilakukan untuk mengetahui jarak pancar maksimum sinyal

pemancar FM. Pengukuran jarak dilakukan dengan cara meletakkan pemancar pada

(76)

satu titik dalam ruangan dan penerima FM untuk mengamati tone penerima serta

spectrum analyzer untuk mengetahui daya yang diterima.

Tabel 4.2. Data hasil pengukuran jarak pancar

Jarak (meter)

Tone pada penerima 90

MHz

Daya pada

spectrum analyzer 90

MHz (dBµ)

Tone pada penerima 100

MHz

Daya pada

spectrum

analyzer 100

MHz (dBµ)

1 Baik 400 Baik 432

2 Baik 352 Baik 400

3 Baik 320 Baik 368 <

Gambar

Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [5]. (a)dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi  Sinyal informasi
Gambar 2.5. Karakteristik ideal komponen loop: (a) Phase detector, (b) Low pass
Gambar 2.6. (a) Kedua konstan. (b) Peningkatan frekuensi input memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa input menyebabkan kesalahan positif fasa ∆θ[7]
Gambar 2.8. Gelombang input dan output PD [7].
+7

Referensi

Dokumen terkait

a) Dari hasil uji eksistensi (uji F) menunjukkan bahwa model yang digunakan eksis yang artinya secara serempak variabel inflasi, Retribusi Daerah dan kemiskinan

Meskipun secara keseluruhan tingkat partisipasi saat Pilpres lebih rendah dibandingkan saat Pileg, namun pada tingkat yang lebih sempit yaitu tingkat kecamatan, terdapat

Formasi Balikpapan berdasarkan sumur N13 terdapat pada kedalaman 0-1562 m yang kemudian dibagi menjadi 3 zona yaitu zona A berdasarkan highstand system tract

Koperasi memiliki tanggung jawab untuk menjaga dana yang diamanatkan kepada Koperasi, maka dari itu adalah suatu kewajiban dari Koperasi itu sendiri untuk

Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dibutuhkan suatu solusi yang dapat memberikan alternatif pilihan warna, salah satunya adalah menggunakan Metode Dot Product, yaitu

Menurut Sugiyono (2008; 15), Metode kuantitatif adalah penelitian yang berlandaskan pada filsafat posotivisme digunakan untuk meneliti populasi pada sampel tertentu,

21.1 Peserta seleksi yang memasukkan Dokumen Kualifikasidapat menyampaikan sanggahan secara elektronik melalui aplikasi SPSE atas atas penetapan hasil kualifikasi kepada

Selain hal itu juga terdapat push button “Cancel” dan “OK” sehingga dua pilihan tersebut dapat digunakan apakah setuju memilih misalnya Cek Ethernet Card jika ingin memilih itu