TUGAS AKHIR - Pemancar modulasi amplitudo dengan 4 frequency hopping - USD Repository

PEMANCAR MODULASI AMPLITUDO DENGAN

4

FREQUENCY HOPPING

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

disusun oleh :

YOHANES DEDEO INDRA

NIM : 045114060

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

AMPLITUDE MODULATION TRANSMITTER WITH 4

FREQUENCY HOPPING

In partial fulfilment of requirements

for the degree of Sarjana Teknik

Electrical Engineering Study Program

Electrical Engineering Department

Science and Tecnology Faculty Sanata Dharma University

YOHANES DEDEO INDRA

NIM : 045114060

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

Tugas akhir ini dipersembahkan untuk :

Yesus Kristus dan Bunda Maria atas karuniaNya

Kedua orang tuaku tercinta (Agustinus Wuryanto (Alm) dan Rohana Pandiangan)

Kedua adikku tercinta (Bernat dan Wira) , Eyang putri

Atas semangat, doa, serta dukungan secara moril maupun materiil

Teman-temanku semua, khususnya almamaterku Teknik Elektro 2004

Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga, tetapi nyatakanlah

dalam segala hal keinginanmu kepada Allah dalam doa dan permohonan dengan

ucapan syukur. Damai sejahtera Allah, yang melampaui segala akal, akan

memelihara hati dan pikiranmu dalam Kristus Yesus. ( Filipi 4 : 6 – 7 )

vi

  

pada sistem komunikasi. Frequency hopping mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi kemampuan antijam, penekanan interferensi dari luar,

kemampuan melawan multipath fading, dan keamanan komunikasi. Penelitian ini

bertujuan untuk menghasilkan pemancar AM dengan frequency hopping.

Pemancar AM dengan frequency hopping ini terdiri tiga bagian utama yaitu

phase-locked loop, driver dan booster. 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, pembagi terprogram dan pengendali data masukan pembagi terprogram.

Hasil dari penelitian ini adalah pemancar AM dengan frequency hopping yang

dapat bekerja secara efektif dan dapat digunakan baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dalam radius 5 meter. Pemancar bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 900 kHz, 950 kHz,1000 kHz, dan 1050 kHz.

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

Frequency hopping technique is one off the spread spectrum technique in communication system. Frequency hopping have several advantages in its application, that are antijam ability, repression of interferensi from the outside, ability to combat multipath fading, and communication security. This research goal is to produce AM transmitter with frequency hopping.

The transmitter consists of three main parts that are phase-locked loop as a carrier signal generator, driver, and booster. The main component of phase-locked loop are reference frequency generator, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, programmed divider, and programmed divider input data controller.

The result of the research is that the AM transmitter with hopping frequency can work effectively and can be used both indoor and outdoor in the range of 5 meters. The transmitter operates at four carrier frequencies, 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, and 1050 kHz.

Keyword : frequency hopping, phase-locked loop, AM.

Halaman

Halaman Judul……….i

Halaman Persetujuan...iii

Halaman Pengesahan...vi

Pernyataan Keaslian Karya...v

Halaman Persembahan dan Motto Hidup...vi

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah Untuk Kepentingan Akademis...vii

Intisari...viii

Abstract...ix

Kata Pengantar...x

Daftar Isi...xii

Daftar Gambar...xv

Daftar Tabel...xviii

Daftar Lampiran...xix

BAB I PENDAHULUAN...1

1.1 Judul...1

1.2 Latar Belakang ...1

1.3. Batasan Masalah...2

1.4 Tujuan dan Mamfaat ...2

1.5 Motodologi Penulisan...3

1.6 Siatematika Penulisan...3

BAB II DASAR TEORI...5

2.1 Modulasi Amplitudo ... 5

2.2 Blok diagram pamancar AM………...7

2.3 Phase Locked Loop…………...………...8

2.3.1 Operasi Phase Locked Loop...10

2.3.2 Detektor Fasa...11

2.3.3 Voltage Controlled Oscillator...12

2.3.4 Low Pass Filter...13

2.4 Osilator...14

2.5 Frequency Hopping...17

2.6 Penguat Kelas A...19

2.7 Penguat Tertala...24

2.7.1 Rangkaian Tala………....………...25

2.7.2 Penguat RF yang Ditala………..………....26

BAB III PERANCANGAN ……….………..…………31

3.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio AM Frequency Hopping……….….…...31

3.2 Diagram Blok Perancangan Pemancar AM Frequency Hopping ...32

3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok……….…..…..33

3.3.1 Osilator dengan Menggunakan PLL………33

3.3.1.1 Rangkaian Osilator Referensi.……….33

Controlled Oscillator... 35

3.3.1.3 Rangkaian Pembagi Terprogram...37

3.4 Rangkaian Driver………...40

3.5 Rangkaian Booster...43

3.6 Modulator AM……….43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan……….47

4.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan………48

4.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar………..48

4.2.2 Pengujian Saat Hopping……...52

4.3 Pengujian Setiap Blok………...54

4.3.1 Frekuensi Pembagi 10 kHz……….54

4.3.2 Frekuensi Referensi 1 kHz………..55

4.3.3 Voltage Controlled Oscillator………56

4.3.4 Pembagi Terprogram………..58

4.3.5 Driver dan Booster……….60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan………63

5.2 Saran………..63

DAFTAR PUSTAKA...64

LAMPIRAN ...L

Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier …….…………... 6

Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi ………. 6

Gambar 2.3 Bentuk gelombang termodulasi... 7

Gambar 2.4 Diagram blok sistem pemancar AM...……… 7

Gambar 2.5 Diagram blok umum PLL...………. 9

Gambar 2.6 Operasi phase-locked loop………. 10

Gambar 2.7 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda.………... 11

Gambar 2.8 Karakteristik VCO...………. 13

Gambar 2.9 Tanggapan frekuensi low pass filter (LPF).……… 14

Gambar 2.10 Low pass filter (LPF) pasif RC...….. 14

Gambar 2.11 Diagram blok osilator... 15

Gambar 2.12 Pemodelan amplifier untuk kondisi sinyal kecil...…… 16

Gambar 2.13 Teknik frequency hopping...……… 17

Gambar 2.14 Interferensi pada transmisi frequency hopping... 19

Gambar 2.15 Garis beban AC dan DC penguat kelas A……….. 20

Gambar 2.16 Rangkaian Penguat Kelas A………... 21

Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen AC………. 23

Gambar 2.18 Rangkaian tertala seri ……….……..………... 25

Gambar 2.19 Rangkaian tertala paralel..………. 26

Gambar 2.20 Rangkaian Penguat Common Emitter (CE) Tertala... 27

Gambar 2.21 Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A ………. 28

Gambar 2.22 Rangkaian ekivalen hybrid-πuntuk BJT.. ……... 28

Gambar 3.3 Tampak atas IC pembagi 1.000 CD4060B ………….……... 34

Gambar 3.4 Tampak atas IC pembagi 10 74LS90……….. 34

Gambar 3.5 Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1kHz... 35

Gambar 3.6 Blok diagram IC CD4046...………... 36

Gambar 3.7 Rangkaian Detektor Fasa dan VCO dengan IC4046... 37

Gambar 3.8 IC TC9122P.………... 38

Gambar 3.9 Diagram blok IC TC9122P ………….………. 38

Gambar 3.10 Rangkaian lengkap pembagi terprogram……… 39

Gambar 3.11 Rangkaian Driver……… 43

Gambar 3.12 Rangkaian penguat tertala RF... 46

Gambar 3.13 Rangkaian Modulator... 46

Gambar 4.1 Blok Pemancar AM Hopping……….. 47

Gambar 4.2 Pengujian Transmisi Pemancar……….. 49

Gambar 4.3 Sinyal Informasi 1 kHz yang dikirim………. 49

Gambar 4.4 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 900 kHz.. 50

Gambar 4.5 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 950 kHz.. 50

Gambar 4.6 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1000 kHz. 50 Gambar 4.7 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1050 kHz. 50 Gambar 4.8 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 900 kHz…... 51

Gambar 4.9 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 950 kHz…... 51

Gambar 4.10 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1000 kHz…. 52

Gambar 4.11 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1050 kHz…. 52

Gambar 4.14 Gelombang keluaran IC 74LS90 frekuensi referensi 1 kHz.. 55

Gambar 4.15 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 900 kHz……….. 56

Gambar 4.16 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 950 kHz ………. 56

Gambar 4.17 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1000 kHz ………... 57

Gambar 4.18 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1500 kHz ………... 57

Gambar 4.19 Sinyal keluaran pembagi terprogram ………. 59

Gambar 4.20 Grafik perbandingan frekuensi dengan penguatan rangkaian booster……….. 61

Tabel 3.1 Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD... 39

Tabel 4.1. Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian pemancar

AM……….. 48

Tabel 4.2. Data Pengamatan kestabilan Frekuensi Hopping... 53 Tabel 4.3. Galat Frekuensi Carrier pada Rangkaian VCO... 58

Tabel 4.4. Penguatan Tegangan (Av) masing - masing Frequency Hopping

dengan perubahan amplitudo masukan dengan frekuensi

tetap (1 kHz)... 60

Tabel 4.5. Jarak Pancar Maksimum masing-masing Sinyal termodulasi

pada Pemancar AM………. 61

Rangkaian lengkap pemancar AM dengan 4 frequency hopping……… L1

Datasheet CD4060B ……… L2

Datasheet SN74LS90……….. L3

Datasheet CD4046……… L4

Datasheet TC9122P ………... L5

Datasheet 2SC2026……….. L6

PENDAHULUAN

1.1 Judul

Pemancar Modulasi Amplitudo dengan 4 Frequency Hopping (Amplitude

Modulation Transmitter with 4 Frequency Hopping).

1.2 Latar Belakang

Beberapa tahun terakhir, perkembangan sistem komunikasi berbasis

spread spectrum sangat pesat [1]. Sistem komunikasi dengan teknik spread spectrum mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi kemampuan antijam, penekanan interferensi dari luar, kemampuan melawan multipath fading, dan keamanan komunikasi.

Pada teknik spread spectrum, lebar bidang transmisi yang digunakan jauh

lebih besar dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan

informasi. Salah satu teknik spread spectrum adalah Frequency Hopping Spread

Spectrum (FHSS).

Frequency hopping merupakan perpindahan atau lompatan dari satu frekuensi yang satu ke frekuensi yang lain dalam satu pita frekuensi. Frekuensi-

frekuensi yang berada dalam satu bandwidth akan menempati frekuensi-frekuensi tersebut secara acak ataupun yang telah ditentukan sebelumnya secara otomatis

per satuan detik [2]. Teknik frequency hopping sangat bagus digunakan dalam

sistem komunikasi wireless seperti pada sistem komunikasi radio AM broadcast.

Bandwidth yang padat karena semakin banyak stasiun radio AM yang beroperasi sehingga beresiko muncul permasalahan-permasalahan diatas.

Penelitian sebelumnya telah menghasilkan sistem komunikasi AM

broadcast yang hanya menggunakan dua frekuensi carrier dan tidak ada sinkronisasi antara pemancar dan penerima. Oleh karena itu penulis

mengembangkan suatu perangkat pemancar AM dengan empat frequency hopping

yang tersinkronisasi dengan penerima. Pengembangan ini dilakukan agar

diperoleh mamfaat yang lebih efektif dalam mengatasi resiko masalah.

1.3 Batasan Masalah

Perangkat pemancar AM dengan frequency hopping yang dibuat memiliki

spesifikasi sebagai berikut:

1. Menggunakan frekuensi carrier 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, dan 1050 kHz.

2. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (frequency hopping period) yang terjadi sebesar 0,25 detik.

1.4 Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan

membuat suatu perangkat pemancar AM dengan frequency hopping.

Penelitian ini dapat menjadi bahan pertimbangan bagi pembaca dalam

memanfaatkan teknologi komunikasi serta sebagai referensi yang dapat

mendukung penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan komunikasi termodulasi

1.5 Metodologi Penelitian

Penyusunan Tugas Akhir ini dilakukan beberapa metodologi penelitian

yang terdiri dari :

1. Studi pustaka dengan mengumpulkan dan mempelajari berbagai informasi,

baik dari buku, makalah maupun internet mengenai hal-hal yang berkaitan

dengan pemancar AM dan frequency hopping.

2. Merealisasikan pengetahuan yang diperoleh dalam bentuk perancangan dan

pembuatan hardware.

3. Melakukan pengujian terhadap hasil perancangan agar dapat diketahui hasil

secara realistis. Pengujian dilakukan dengan menggunakan penerima AM

dengan 4 frekuensi hopping. Sinyal keluaran dari pemancar akan disinkronisasi oleh sebuah perangkat sinkronisasi. Penerima harus bisa

menerima sinyal yang telah disinkronisasi pada empat frekuensi berbeda

secara bergantian. Jika pada pengujiannya tidak terdapat penerima, maka

menggunakan empat contoh frekuensi radio broadcast yang sama.

4. Menganalisis hasil pengujian dan membandingkan dengan teori yang ada.

5. Mengambil kesimpulan terhadap perancangan dan pengujian yang telah

dilakukan.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah:

Bab ini berisi judul, latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan

manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi dasar teori yang berhubungan dengan pemancar AM dan

frequency hopping.

BAB III PERANCANGAN

Bab ini berisi penjelaskan tentang alur perancangan pemancar AM dengan

frequency hopping.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi data hasil pengujian alat dan analisa pembahasan dari hasil

penelitian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

DASAR TEORI

Pemancar AM (Amplitude Modulation) merupakan alat yang digunakan

untuk memancarkan sinyal yang telah dimodulasi amplitudo. Penulis mencoba

untuk menerapkan teknik frequency hopping dalam pemancar AM ini. Frequency

hopping diterapkan dengan mengubah-ubah frekuensi carrier secara periodis yang

diatur dengan urutan tertentu. Pengaturan perubahan frekuensi carrier

menggunakan PLL (phase locked loop). PLL memberi kemudahan dalam

mengatur frekuensi carrier secara periodis.

2.1 Modulasi Amplitudo

Modulasi adalah proses penumpangan sinyal-sinyal informasi yang

berfrekuensi rendah pada sinyal pembawa (carrier) [3]. Modulasi amplitudo

merupakan salah satu jenis modulasi yang mengubah amplitudo sinyal carrier

dengan frekuensi tetap. Dalam modulasi amplitudo, suatu tegangan yang

sebanding dengan sinyal modulasi ditambahkan kepada amplitudo sinyal carrier.

Sinyal carrier dinyatakan dengan [3]

( )

(

)

ec t = Ec max cos

ω

c t +

φ

c (2.1)

dengan Ec max merupakan amplitudo sinyal carrier,

ω

c adalah frekuensi sudut

carrier, dan

φ

_c adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan

pada Gambar 2.1.

Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

( )

(

)

em t = Em max cos

ω

m t +

φ

m (2.2)

dengan Em max merupakan amplitudo sinyal pemodulasi,

ω

m adalah frekuensi

sudut pemodulasi, dan

φ

m adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang pemodulasi

ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan dengan

e

(

t

)

=

[

E_{c max e+} t

]

(

ω

t +

φ

)

m ( ) cos (2.3)

Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Carrier [3]

Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Termodulasi [3]

2.2 Blok diagram pemancar AM

Bentuk dasar pemancar AM ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Osilator Driver Booster

Modula tor

Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Pemancar AM [3]

Keterangan dari setiap blok sistem adalah sebagai berikut [3]:

1. Osilator digunakan sebagai penghasil sinyal carrier yang akan dimodulasi oleh sinyal informasi.

2. Driver berfungsi untuk menguatkan tegangan karena amplitudo sinyal keluaran osilator masih kecil.

4. Modulator adalah pengubah parameter sinyal carrier agar informasi yang akan ditumpangkan pada sinyal carrier lewat sebuah trafo modulator mempunyai daya yang cukup. Modulator AM digunakan

sebagai alat untuk memodulasi sinyal informasi dengan sinyal dari

osilator, sehingga menghasilkan gelombang termodulasi.

5. Antena pemancar digunakan untuk memancarkan sinyal termodulasi

yang berupa sinyal elektromagnetik.

2.3 Phase Locked Loop

Phase Locked Loop (PLL) adalah suatu sistem dengan sinyal umpan balik yang digunakan untuk menghasilkan fasa sinyal keluaran yang tersinkronisasi

(lock) dengan fasa sinyal masukan[4]. Bentuk sinyal masukan bisa berupa sinyal sinus atau digital. PLL dapat digunakan sebagai filter, sintesa frekuensi, kontrol

kecepatan motor, modulasi-demodulasi dan beragam aplikasi lain. Kemampuan

self-correcting membuat PLL mampu untuk melacak perubahan frekuensi dari sinyal masukan.

Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan

Lock Range. Capture Range ± fC adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat saat PLL mulai terjadi sinkronisasi. Lock range ± fL adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat saat PLL dapat

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

jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi.

Diagram blok PLL terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Diagram Blok Umum PLL [5]

Sinyal masukan dapat berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki

frekuensi radian ωi dan fasa θi. Keluaran dari phase detector diumpankan ke filter dan dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO). Keluaran VCO adalah

gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi ωo dan menjadi masukan kedua

phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan V3 yang mengontrol VCO dan frekuensi ωo sebagai masukan VCO. Secara sederhana fasa dan frekuensi sudut dapat dirumuskan

dengan [5]

ω = dθi _(2.4)

i dt

ω = dθo _(2.5)

2.3.1 Operasi

Phase Locked Loop

Gambar 2.6a menunjukkan jika kedua masukan detektor fasa adalah sinyal

sinusoida dengan frekuensi ωFR dengan fasa sama, maka beda fasa akan sama

dengan nol dan tegangan v1, v2, v3 pada Gambar 2.5. juga sama dengan nol. Tegangan v3 menjadi masukan VCO agar keluaran tetap pada frekuensi ωFR yang sama dengan ωi, sehingga loop terjaga atau yang sering disebut equilibrium loop. Jika frekuensi naik maka ωi berubah naik dan θi semakin besar, sehingga θi

dengan θo yang menyebabkan terjadi bada fasa seperti pada Gambar 2.6 b [5].

Gambar 2.6 (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi masukan menyebabkan kesalahan positif fasa

∆θ[5]

Dengan adanya beda fasa (∆θ), maka muncul tegangan v1 yang ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v3 semakin tinggi. Kecepatan sudut ωo akan naik mencapai ωo yang sama dengan ωi, sehingga kedua vektor berotasi pada

Saat kondisi lock tercapai, tegangan v3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika ωi sama dengan ωo, maka

3

v = ωi −ωFR ko

(2.6)

dengan ωFR adalah kecepatan radian frekuensi running, ko adalah konstanta.

2.3.2 Detektor Fasa

Detektor fasa adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda

frekuensi antara dua gelombang masukan dan membangkitkan suatu keluaran

berupa tegangan koreksi dari perbedaan fasa yang terjadi [6]. Gambar 2.7

menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus f 1 sebagai sinyal

referensi dan f 2 sebagai sinyal dari VCO dengan perbedaan sudut sebesar sudut

θ

e (phase error).

Gambar 2.7 Dua Gelombang Sinus dengan Fasa berbeda [6]

Sinyal referensi pembanding fasa dianggap gelombang sinus, dengan

persamaan

)( sin[

( )

]

u1 t = U1

ω

n t +

θ

1 t

dengan sudut fasa

θ

1 merupakan bagian dari fungsi waktu (t) dan dianggap

θ

1 = 0

untuk t < 0. Sedangkan pada t ≥ 0 nilai

θ

1 = ∆φ

θ

1 (t) = ∆ u

φ

(t) (2.8)

dengan u

( )

t 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

(

)

u1 = U1 sin(

ω

o t +

ω

∆ t ) = U1 sin

ω

o t +

θ

1

(2.9)

Sudut fasa

θ

1 dapat ditulis sebagai

θ

(

t

)

= ∆ t

ω

1 (2.10)

Sinyal yang akan dibandingkan ( f 2 ), yaitu sinyal dari osilator VCO,

adalah sinyal keluaran dengan persamaan

2

u

(

t

)

_U=

[

2 cos

ω

o t +

θ

2

(

t

)

]

(2.11)

Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada

π frekuensi tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar

( )

antara sinyal2 90

o

referensi dengan sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus dan

fungsi kosinus, maka beda fasa

θ

e =

θ

1 −

θ

2 menjadi bernilai 0.

2.3.3 Voltage Controlled Oscillator

Voltage controlled oscillator (VCO) adalah suatu osilator elektronik yang frekuensi keluarannya diatur oleh suatu tegangan masukan DC yang diberikan[4].

Pada saat tegangan masukan pada VCO sama dengan nol, VCO akan

yang masuk ke dalam VCO bernilai positif, frekuensi VCO akan lebih besar dari

pada fo. Saat tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai negatif, maka

frekuensi VCO akan bernilai lebih kecil daripada fo. Hal ini ditunjukkan pada

Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Karakteristik VCO [14]

2.3.4 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[7]. Sedangkan low pass filter (LPF) adalah filter yang mampu melewatkan frekuensi rendah saja. Penapisan diperlukan agar tegangan kendali pada VCO berupa tegangan dc murni.

Untuk itu diperlukan filter pelewat rendah. Filter pelewat rendah ini dapat dibangun dengan kombinasi resistor dan kapasitor. Tanggapan frekuensi untuk

Gambar 2.9 Tanggapan Frekuensi Low Pass Filter (LPF)

R1

input C1 output

Gambar 2.10 Low Pass Filter (LPF) Pasif RC

Frekuensi cut off filter (fc) dihitung menggunakan persamaan (2.12) dengan fc adalah frekuensi cut off filter, R1 adalah resistor filter dan C1 adalah kapasitor filter.

= 1

f c

π

(2.12)

2 1R₁C

2.4 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 juga dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan balik positif. Hal ini

ditunjukkan pada Gambar 2.11[3]. Setiap gangguan kecil pada masukan terhadap

kepada masukan. Jika sinyal umpan balik mempunyai amplitudo yang cukup dan

fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan pembentukan suatu sinyal yang

menopang sendiri atau osilasi.

Pada Gambar 2.11 masukan dikalikan penguatan depan A untuk

memberikan keluaran . Keluaran dari B diumpan balikan untuk memberikan

masukan . Jadi, AB = atau AB=1 adalah kondisi yang diperlukan untuk

menopang osilasi. Hal ini dikenal sebagai kriteria Barkausen.

Gambar 2.11 Diagram Blok Osilator [3]

Dalam praktek, biasanya penguatan A tidak bergantung pada frekuensi dan

mendapatkan suatu pergeseran fasa 180°. Dalam kondisi close-loop, besarnya A

harus sama dengan besarnya 1/B agar dapat mempertahankan osilasi. Jaringan

umpan balik B terdiri atas komponen pasif yang merupakan elemen penentu

frekuensi dan memberikan pergeseran fasa 180°, sehingga total pergeseran fasa

saat close-loop menjadi 360°.

Analisis sinyal kecil pada umumnya digunakan untuk memantapkan

kondisi start bagi osilasi dan frekuensi saat osilasi itu terjadi. Analisis sinyal kecil memanfaatkan konsep impedansi dan admitansi yang ditetapkan untuk bentuk

akan melewati tahapan transient dari keadaan awal permulaan hingga keadaan

steady akhir. Dalam steady state akhir, transistor biasanya bekerja dalam kondisi sinyal besar, sehingga parameter sinyal kecil tidak berpengaruh. Sinyal kecil

menghasilkan kondisi minimum yang diperlukan agar osilasi dapat dipertahankan

dan menunjukkan ketergantungan frekuensi pada parameter rangkaian.

Rangkaian umpan balik harus dalam kondisi close-loop sehingga

persamaan Barkhausen AB=1 selalu berlaku. Jaringan umpan baliknya merupakan

suatu rangkaian pasif, oleh karena itu amplifier gain harus berubah secara otomatis untuk mempertahankan A=1/B seiring dengan meningkatnya osilasi

sampai kepada kondisi steady state.

Gambar 2.12 (a) Rangkaian amplifier sinyal kecil ekivalen dengan generator arus bergantung tegangan dan (b) Generator tegangan bergantung

tegangan [3]

Gambar 2.12(a) menunjukkan pemodelan amplifier untuk kondisi sinyal

kecil yang didasarkan pada model hybrid-π sinyal sinyal kecil. Impedansi

masukan merupakan impedansi masukan transistor yang peralel dengan

transistor yang paralel dengan komponen bias keluaran. Impedansi umpan balik adalah yang ada di dalam amplifier seiring dengan yang diberikan oleh

jaringan umpan balik eksternal B. Gambar 2.12(b) diperoleh dari Gambar 2.12(a)

dengan mengubah sumber arus Norton menjadi sumber tegangan ekivalen

Thevenin.

2.5 Frequency Hopping

Frequency hopping (FH) 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 2.13[9].

Gambar 2.13 Teknik Frequency Hopping [9]

Stasiun penerima juga harus melakukan perpindahan frekuensi dengan lompatan

yang sama supaya informasi yang dikirimkan dapat diperoleh kembali.

Frequency hopping (FH) merupakan salah satu dari teknik spektrum tersebar (spread spectrum). Bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari

bandwidth 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

Gambar 2.14 Interferensi pada Transmisi Frequency Hopping [9]

Sinkronisasi merupakan hal yang sangat penting dalam FH karena waktu

dan frekuensi harus terdeteksi secara benar pada penerima. Pemancar harus selalu

melakukan sinkronisasi dengan penerima. Untuk sinkronisasi awal, pemancar

akan berada pada frekuensi tertentu (parking frequency) sebelum komunikasi dimulai. Jika interferensi muncul pada frekuensi ini, maka pemancar akan

kesulitan dalam melakukan FH dan melakukan sinkronisasi dengan penerima.

2.6 Penguat Kelas A

Driver dibangun dari penguat kelas A karena lebih efisien dalam penguatan sinyal kecil. Gambar 2.15 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

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 [10]

(

I C sat ) =

T

CQ I

CEQV

+

T

rC

(2.13)

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

CEV ( cut ) =

CEQV

+ I CQ Cr

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 merupakan resistansi AC.

Gambar 2.15 Garis Beban AC dan DC Penguat Kelas A [10]

Penguatan tegangan penguat kelas A dapat dinyatakan dengan

A = − Cr (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

r = mV25

I e

T

CQ

(2.16)

dengan ICQT adalah arus kolektor DC. Gambar 2.16 merupakan rangkaian penguat

kelas A.

Vcc

R1 L

C3

C1 RL

Input

R2

RE C2

Gambar 2.16 Rangkaian Penguat Kelas A [10]

Persamaan loop tegangan yang melingkari basis adalah

VBE + I E RE −VBQ + I B RBQ = 0 VB = VBE + VE

Karena I E I B

β

, maka persamaan 2.17 dapat disederhanakan menjadi

(

)

(2.17)

(2.18)

dengan I E I C 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 2.16 adalah

R ₌ 1R 2R

BQ

+

1

R 2R (2.20)

Sedangkan tegangan thevenin diperoleh dengan

VBQ = R2

R1 + R2

CCV _(2.21)

Tegangan kolektor ke emitor sebesar

CEQ V

=

CCV

−I EQ RE ; IEQRE = VE (2.22)

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

Q = X L L R_S

(2.23)

dengan XL adalah reaktansi induktif dan RS merupakan resistansi kumparan seri Reaktansi induktif dapat dinyatakan dengan

X L =

π

2 f r L (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

dengan RP adalah resistansi paralel kumparan.

Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen AC [10]

Pada Gambar 2.17 terdapat kapasitor gandeng masukan (C1) dan kapasitor gandeng keluaran (C3). Dengan menggunakan rangkaian ekivalen AC seperti ditunjukkan Gambar 2.17 dapat ditentukan impedansi masukan (Rin) sebesar

inR = R₁ // R₂ //

β

_er _(2.26)

Jaringan masukan mempunyai frekuensi sebesar

= 1

fin

π

(2.27)

2 (₁CRin )

dengan fin adalah frekuensi masukan. Demikian pula jaringan keluaran mempunyai frekuensi keluaran

f _out = 1 +

2

π

(Rp RL )C3

(2.28)

dengan fout adalah frekuensi keluaran, Rp adalah resistansi kumparan, RL adalah resistansi beban dan C3 adalah kapasitor gandeng keluaran.

Rout re + 1

R // ₂R _(2.29)

β

Frekuensi pada jaringan emitor (fE) adalah

= 1 (2.30)

f E

π

2 Rout C2

dengan Rout adalah resistansi keluar yang menghadap kapasitor emitor dan C2 merupakan kapasitor emitor.

Daya pada penguat berkaitan erat dengan tegangan catu yang diberikan

[10]

i

P dc) = VccICQ(

(2.31)

Daya output AC diberikan ke beban (RL) dengan persamaan

P (ac) = V

2

CE ( p) _(2.32)

o

R

2 _L

Efisiensi daya maksimum (ηMAX) adalah

η

MAX = Po (ac) Pi (dc)

(2.33)

dengan Po(ac) adalah daya output dan Pi(dc) adalah daya input [10].

2.7 Penguat Tertala

Penguat tertala adalah penguat yang mempunyai bandwidth sangat sempit,

karena memiliki Quality Factor (Faktor Q) yang besar [3]. Faktor Q disebut juga dengan faktor kualitas yang dapat didefinisikan sebagai perbandingan reaktansi

2.6.1 Rangkaian Tala

Rangkaian ini biasa dipakai dalam tapis ( filter), osilator, dan penguat radio. Rangkaian tala terdiri induktor dan kapasitor baik secara seri seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.18 maupun paralel seperti ditunjukkan pada Gambar

2.19[3].

C1 _r L1

V1

1 2

SIGNAL AC

Gambar 2.18 Rangkaian tertala Seri [3]

Persamaan rangkaian tertala seri adalah [3]

Zs = r + jX (2.34)

Zs = r + j ( ωL - 1 ) (2.35)

C

ω

dengan adalah impedansi sumber, r adalah resistor, ω adalah kecepatan radian, L adalah lilitan, dan C adalah kapasitor.

Besarnya impedansi adalah

Karena

Zs = r 2 ₊

X 2 (2.36)

ωL = 1 (2.37)

maka

ω = 1 (2.38)

LC

sehingga frekuensi tala/resonansi dapat dihitung dengan

fo = 1 (2.39)

2

π

LC

R L

C

1 2

SIGNAL AC

Gambar 2.19 Rangkaian tertala Paralel [3]

Frekuensi resonansi pada rangkaian tertala paralel adalah

1 2

fo = 1

− R (2.40)

Jika L2 >> R2 , maka

fo =

π

2 LC 2_L

1

(2.41)

2

π

LC

2.6.2 Penguat RF Yang Ditala

Gambar 2.20 menunjukkan rangkaian penguat common emitter (CE) dengan rangkaian keluaran dan masukan tertala. C3 dan C4 adalah kapasitor

pemblokir dc dengan reaktansi yang dapat diabaikan pada frekuensi tinggi.

Gambar 2.20 Rangkaian Penguat Common Emitter (CE) Tertala [3]

Penguat-penguat tertala untuk frekuensi radio (radio frequency, RF)

digunakan untuk memberikan penguatan dan selektivitas ujung depan (front end)

pada pesawat penerima radio untuk memisahkan sinyal masuk dari antena,

sehingga didapatkan penyaringan (filtering) bandpass yang tepat yang diperlukan penguat intermediated frequency (IF).

Analisis DC pada rangkaian tertala CE adalah sebagai berikut[11]

a. Bagian Keluaran

Vcc = Ic.Rc + Vce + Ie.Re (2.42)

dengan Vcc adalah sumber tegangan, Ic adalah arus pada collector, Vce adalah tegangan antara collector dan emitter, dan Ie adalah arus pada emitter.

b. Bagian Masukan

Vcc = .Ib Rb + Vbe + .Ie Re

(2.43)

Nilai Ic dan β dapat diperoleh dengan grafik Ic-hfe (pada suhu kamar) yang

Gambar 2.21 Grafik Ic-hfe Transistor 2N2222A [12]

Analisis AC Pada Rangkaian Tertala CE Menggunakan Rangkaian

hybrid-π Untuk BJT[3]. Rangkaian ekivalen hybrid-π adalah konfigurasi

rangkaian berbentuk π, dan unit-unitnya campuran (hybrid) yang mengandung

pembangkit arus yang tergantung tegangan. Rangkaian ekivalen hybrid-π untuk

transistor bipolar junction (sambungan dua kutub) yang disederhanakan ditunjukkan Gambar 2.22.

Terminal B,E, dan C adalah terminal base, emitter, dan collector. Terminal B' adalah internal bagi transistor dan ditunjukkan karena extrinsic base resistance

( ) harus diperhitungkan pada frekuensi tinggi.

Rangkaian pada Gambar 2.19 memiliki elemen yang berpengaruh pada

tanggapan frekuensi tinggi. Elemen-elemen tersebut adalah :

a. Transkonduktans yang dirumuskan dengan

= (2.44)

dengan = 26 mV pada suhu ruang.

b. Resistansi keluaran

=

(2.45)

dengan sebagai tegangan awal.

c. Resistansi masukan adalah

=

(2.46)

dengan βo adalah penguatan arus pada frekuensi rendah.

d. Kapasitansi keluaran collector ( ) adalah kapasitansi deplesi sambungan isolasi collector ke substrate yang terjadi pada bias terbalik (reverse-biased). Biasanya bernilai kecil dibanding kapasitansi lain.

e. Kapasitansi collector ke-base ( ) adalah kapasitansi deplesi sambungan

collector ke-base pada bias terbalik. Nilai ( ) dapat diperbesar dengan efek

f. Kapasitansi base-to-base ( ) adalah kapasitansi dari sambungan base ke

emitter pada bias maju ( forward bias) yang terdiri dari

• adalah fungsi bias maju pada sambungan dan dispesifekasikan

untuk kondisi tertentu.

• adalah kapasitansi difusi dengan fungsi terkonduktans

= (2.47)

dengan adalah waktu untuk pembawa minoritas melalui basis.

g. Resistansi bulk base material ( ) adalah resistansi yang muncul antara

terminal luar dan bagian aktif sambungan base-emitter. Biasanya ( ) diabaikan

PERANCANGAN

3.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio AM

Frequency

Hopping

Sistem komunikasi radio AM Frequency Hopping (FH) mempunyai blok-

blok utama penyusun sistem seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 Pada

bagian pemancar (Transmitter, Tx) terdapat blok tone generator yang berfungsi

untuk membangkitkan sinyal sinkronisasi dari empat frekuensi carrier. Empat

frekuensi carrier yang telah tersinkronisasi tersebut kemudian diterima oleh

penerima AM (Receiver, Rx) secara bergantian sesuai waktu yang telah ditentukan. Rx mempunyai blok tone detector untuk menerima sinyal sinkronisasi yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal yang diterima sesuai dengan sinyal yang

ditransmisikan dari tone generator.

Gambar 3.1 Blok Diagram Umum Sistem Komunikasi Radio AM FH

     

3.2 Diagram Blok Perancangan Pemancar AM

Frequency

Hopping

Sistem perangkat pemancar AM FH terdiri dari osilator referensi, detektor

fasa, Low Pass Filter, Voltage Controlled Oscillator, pembagi terprogram, dan komponen-komponen pendukung lainnya. Diagram blok dari sistem pemancar

AM FH yang akan dirancang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Diagram Blok Pemancar AM FH

Pemancar AM ini bekerja pada empat frekuensi carrier yaitu 900 kHz,

950 kHz, 1000 kHz, 1050 kHz. Sinyal informasi yang digunakan berasal dari

AFG (Audio Function Generator), sedangkan untuk osilator referensi menggunakan osilator kristal yang akan dibandingkan dengan sinyal keluaran

pembagi terprogram yang masuk ke detektor fasa. Keluaran pembagi terprogram

ini akan dibandingkan dengan frekuensi referensi di detektor fasa, sehingga

carrier yang diinginkan. Keluaran detektor fasa merupakan sinyal dengan tegangan rata-rata sesuai karakteristik detektor fasa. LPF berfungsi untuk meloloskan komponen frekuensi rendah dan menghilangkan komponen frekuensi

tinggi dari keluaran detektor fasa.

Waktu tunda perpindahan antar frekuensi carrier yang direncanakan sebesar 0,25 detik. Driver dan booster digunakan untuk menguatkan tegangan sinyal agar dapat ditransmisikan menuju perangkat penerima AM. Sinkronisasi

tidak dibahas pada penelitian ini dan akan dibahas pada penelitian lain.

3.3

Rancangan Rangkaian Tiap Blok

3.3.1 Osilator Dengan Menggunakan PLL

Penentuan spesifikasi sistem perlu dilakukan untuk memberikan batasan

dalam menentukan ukuran dan kemampuan alat yang akan dibuat. PLL yang

dirancang mempunyai frekuensi keluaran 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, dan 1050

kHz , frequency step 1 kHz, dan waktu 0.25 detik. Frekuensi keluaran merupakan

frekuensi carrier yang diharapkan. Frequency steps adalah perubahan frekuensi tiap clock. Waktu 0.25 detik adalah waktu perpindahan antar frekuensi carrier.

3.3.1.1 Rangkaian Osilator Referensi

Osilator referensi akan menentukan besar langkah frekuensi (frequency

step) yang terjadi. Osilator kristal dipilih agar frekuensi yang dihasilkan

stabil. Osilator referensi menggunakan kristal berfrekuensi 10,245 MHz.

     

digunakan untuk masukan IC CD4060B. Frekuensi dari osilator referensi adalah

1kHz namun tidak ada osilator kristal dengan frekuensi 1 kHz, sehingga

digunakan osilator kristal 10.245 MHz. Oleh karena itu perlu ada IC pembagi dan

kapasitor variabel.

IC CD4060B digunakan sebagai pembagi 1000 sehingga keluaran dari IC

ini adalah 10,245kHz.  Tampak atas IC CD4060B ditunjukkan pada Gambar 3.3

Sinyal keluaran IC CD4060B diumpankan ke IC 74LS90 yang berfungsi sebagai

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

atas IC 74LS90 ditunjukkan pada Gambar 3.4 Rangkaian pembangkit frekuensi

referensi 1 kHz ditunjukkan pada Gambar 3.5    

 

 

 

 

Gambar 3.3 Tampak Atas IC pembagi 1.000 CD4060B [12]

      vcc 5volt R17 9 10 11 12 16 CD4060B/SO U10 Ø0 Ø0 Ø1 RST VDD Q4 7 Q5 5 Q6 4 Q7 6 Q8 14 13

Q9 Q10 15 Q12 1 Q13 2

3

U5

14

A

1 _B 2 _R0(1) 3

R0(2)

6 _R9(1) 7

R9(2)

12

QA ₉ QB ₈ QC ₁₁ QD ke VCO 100K Q14 _74LS90 10.240Mhz Y 1 C20 100pF C15 39pF DIV 10 DIV 1000

Gambar 3.5 Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1 kHz [12]

3.3.1.2 Rangkaian Detektor Fasa,

Filter

dan

Voltage Controlled

Oscilaltor

Perancangan VCO dan detektor fasa menggunakan IC CD4046. Blok

diagram IC CD4046 ditunjukkan pada Gambar 3.6 VCO pada IC CD4046

     

   

 

Gambar 3.6 Blok diagram IC CD4046 [14]

Gambar 3.7 merupakan rangkaian VCO dan detektor fasa dengan IC

CD4046 dan rangkaian eksternal. Tegangan yang akan diberikan pada masukan

VCO akan mengendalikan frekuensi yang dibangkitkan. Frequency range

ditentukan oleh kapasitor trimmer 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 ≥100 pF dan

 

 

vcc 5volt

output pembagi terprogram input pembagi terprogram

output osilator referensi _C1

100pF

U12

3

CIN

4 VCOUT 14 SIN

6 _CX 7

5 CX

INH

11 _R1 12

R2

1

PP P1 2 P2 13

9 VCOIN DEMO 10 15 ZEN R3 10K C2 74HC4046/SO 0.1uF R1 10K VCO RS 10K R4 10K

Gambar 3.7 Rangkaian Detektor Fasa dan VCO dengan IC4046 [14]

3.3.1.3 Rangkaian Pembagi Terprogram

Pembagi terprogram (programmable divider) menggunakan IC TC9122P.

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 Vdd = 5 volt. IC

ini akan membagi sinyal masukan sesuai dengan bilangan desimal yang

diumpankan pada masukan IC. Masukan berasal dari keluaran VCO dan keluaran

diumpankan ke masukan rangkaian detektor fasa sebagai masukan yang akan

dibandingkan dengan VCO. Gelombang dengan Vpp max = 5 V diumpankan ke

     

TC9122P ditunjukkan pada Gambar 3.8 Diagram blok IC TC9122P ditunjukkan

pada Gambar 3.9.

Gambar 3.8 IC TC9122P [15]

Gambar 3.9 Diagram blok IC TC9122P [15]

Pembagian bilangan ditunjukkan pada Tabel 3.1. dengan frekuensi yang

digunakan adalah f1 = 900 kHz, 2f = 950 kHz, = 1000 kHz, = 1050 kHz.

Frekuensi yang diharapkan dari keluaran pembagi terprogram adalah 1kHz untuk

dibandingkan dengan frekuensi dari osilator referensi. Keluaran dari VCO 900

kHz dibagi 900, 950 kHz dibagi 950, 1000 kHz dibagi 1000, 1050 kHz dibagi

1050 untuk menghasilkan frekuensi 1 kHz. Tabel 3.1. menunjukkan pembagian

   

Tabel 3.1. Pembagian Frekuensi dalam Bentuk BCD [15]

Frekuensi

 

Ribuan

(N1)

Ratusan

(N2)

Puluhan

(N3) Satuan (N4)

900kHz 00 1001 0000 0000

950kHz 00 1001 0101 0000

1000kHz 01 0000 0000 0000

1050kHz 01 0000 0101 0000

Rangkaian lengkap pembagi terprogram ditunjukkan pada Gambar 3.10.

out v co v cc gnd in v co J20 1 1050 D5 DIODE D2 DIODE D3 J16

1 18 2 17 3 16 4 15 5 14 6 13 7 12

1 1000 1 1 950 DIODE

8 11 9 10

TC9122P

900

D1

DIODE

     

3.4 Rangkaian

Driver

Driver dirancang dengan penguat kelas A dengan menggunakan transistor 2SC2026[16]. 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 emitter diperoleh sebesar

VE = Vcc −VCE = 12 −6 = V6

Menurut hukum Ohm arus dan tegangan, resistansi RE adalah

R = VE ₌ 6 ₌ Ω

120 50 10−

E _{I x} 3

C

Tegangan basis dihitung dengan persamaan (2.18)

VB = 0 7, + VE = 0 7, + 6 = ,6 V7

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

maka R1 adalah

( )

3

1

R = Vcc −VB VB

R2

=

12( − ,6 7)20 x10 = 15 8

, ,6 7

x103 = 15 8, KΩ≈15KΩ

Dalam rangkaian AC setiap induktor mempunyai reaktansi. Sehingga

   

1050 kHz dan dengan menggunakan persamaan (2.24), reaktansi induktor

diperoleh sebesar

X L = 2 f

π

r L

X L (900) = 2

π

9

00. 103

33.x 10−6 ₌

,186 Ω6x

X L (950) = 2

π

9

50. 103

33.x 10−6 ₌

.196 Ω9x

X L

1000(

) = 2

π

1

0 00.

103

33.x 10−6 = ,207 Ω3x

X L

1050(

) = 2

π

1

0 50.

103

33.x 10−6 = 217 7,x Ω

Secara praktis harga faktor kualitas induktor minimal adalah 50, sehingga

resistansi paralel dari hasil konversi resistansi induktor didapat dari persamaan

(2.25) sebesar

RP = LQ X L

RP (90) = 50

186.

,6 = Ω9330

RP (95) = 50

196.

,9 = Ω9845

R_P

1000(

=

) 50

207. ,3 = Ω10365

R_P

1050(

=

) 50

   

disesuaikan. Dengan menggunakan persamaan (2.28), nilai kapasitor gandeng

keluaran adalah

C 1 1 18 95, pF

(1 90) =

π

= =

π

+ 3

+

2 f 90 (RP (90) RL (90) ) 2 900. x10 9330.( )0

C 1 1 17 01, pF

(1 950) =

π

= =

π

+ 3

+

2 f 950 (RP (950) RL (950) ) 250. 9 x10 9845.( )0

C 1 1 15 35, pF

1 1000 ( ₌

)

π

= =

π

+ 3

+

2 f1000 (RP

1000( ) RL 1000( ) ) 2 1000. x10 10365.( )0

C 1 1 13 92, pF

1 1050 ( =

)

π

= =

π

+ 3

+

2 f1050 (RP

1050( ) RL 1050( ) ) 2 1050. x10 10885.( )0

Dari perhitungan di atas nilai kapasitor C1 dipilih sebesar 39 pF.

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

theveninya adalah

r = 25mV

3

−

= 25 10x = 0 5,

I e

T

CQ 50 10x

−3

R re + 1R // 2R ₌ 0 5,

+ 15KΩ// 20KΩ= ,43 Ω355

out

β

200

Dengan persamaan (2.30) nilai kapasitor pintas emitor didapatkan sebesar

C 1 1 ,4 07nF

   

C 1 1 3 86, nF

2(950 ) = π = _π = 3

2 f r Rout 2 .950 x10 .43 355,

C 1 1 3 67, nF

2 1000 ( ₌

) _π = _π =

3 2 f r Rout 2 .1000x10 .43 355,

C 1 1 .3 49nF

2 1050 ( ₌

) _π = _π =

3 2 f r Rout 2 .1050x10 .43 355,

Dengan perbandingan perhitungan di atas, nilai kapasitor C2 dipilih

sebesar 10nF. Gambar 3.11 menunjukkan rangkaian lengkap driver.

Gambar 3.11 Rangkaian Driver

3.5 Rangkaian

Booster

Rangkaian booster yang digunakan adalah penguat RF (Radio Frequency)

yang berfungsi sebagai penguat sinyal yang dipancarkan ke antena dan juga

berfungsi sebagai pembatas frekuesi-frekuensi lain selain yang diinginkan.

     

Perancangan penguat RF tertala untuk pemancar AM ini memiliki spesifikasi

frekuensi tengah 975 kHz dengan bandwidth sebesar 25 kHz.

Penentuan nilai-nilai komponen dilakukan dengan perhitungan-

perhitungan berikut:

1. Perancangan untuk sinyal AC:

Dengan menggunakan persamaan (2.39) diperoleh

Jika kita mengasumsikan nilai L adalah 1µH, maka

1 × 10 −6 _{× C = 0.02665 × 10} −12

2. Perancangan bias DC:

• Bagian keluaran:

Transistor yang digunakan adalah 2SC2026. Dari datasheet bisa diketahui

nilai β dan nilai Ic yang digunakan adalah 50 mA. Diasumsikan nilai hambatan

   

 

 

 

Nilai IB adalah

Maka, nilai Re dapat dihitung sebagai berikut:

• Bagian masukan :

Dengan menggunakan persamaan (2.43) akan dihitung nilai-nilai

komponen lain,

12 = 6,599

     

Rangkaian penguat tertala RF ditunjukkan Gambar 3.12.

26.65n C1 21600

RB

1u 33u

L1 C3 v o

12V 33u

C2

V2

Q1

117.4 R2

100u C4

200 R3

Gambar 3.12 Rangkaian Penguat tertala RF

3.6 Modulator AM

Modulator adalah sebuah penguat suara yang berguna untuk menghasilkan

sinyal informasi yang akan dimodulasi pada sinyal frekuensi radio. Modulator

AM digunakan sebagai alat untuk memodulasi sinyal informasi dengan sinyal

carrier, sehingga menghasilkan gelombang termodulasi. Dalam perancangan ini rangkaian modulator dibangun oleh sebuah penguat suara yang memiliki daya

keluaran sebesar 1W. Pada keluaran penguat ini disambung dengan masukan

transformator (OT 426). Rangkaian modulator ditunjukkan pada Gambar 3.13.

  

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan

Hasil perangkat keras yang dirancang terdiri dari satu bagian perangkat

keras pemancar AM. Gambar 4.1 merupakan perangkat pemancar AM frequency

hopping yang telah dibuat. Keterangan pada blok rangkaian dari pemancar AM berdasarkan nomor – nomor yang tertera pada Gambar 4.1 ditunjukkan pada

Tabel 4.1.

1 5

4

3 2

6

Gambar 4.1 Blok Pemancar AM Hopping

Tabel 4.1. Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian pemancar AM

No Nama Bagian Fungsi Umum

1. Power supply Sumber catu daya pada pemancar AM.

2. Osilator referensi dan VCO Pembangkit frekuensi referensi dan

mengendalikan frekuensi yang

dibangkitkan.

3. Pembagi Terprogram Pengatur pembangkit frekuensi carrier.

4. Driver dan Booster Penguat sinyal modulasi sebelum dipancarkan.

5. Modulator Memodulasi sinyal informasi dengan sinyal

carrier.

6. Switcht frekuensi carrier Pembangkit frekuensi carrier 900 kHz sampai 1050 kHz.

4.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan

4.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar

Pengujian transmisi sinyal termodulasi dilakukan dengan model sistem

yang ditunjukkan pada Gambar 4.2 Pengambilan data transmisi menggunakan

satu pemancar AM FH serta satu penerima AM FH. Pemancar mengirimkan

sinyal informasi dengan empat frekuensi carrier 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz,

1050 kHz. Sinyal yang dikirim akan diterima oleh pesawat penerima AM yang

Gambar 4.2 Pengujian Transmisi Pemancar

Pemancar juga diuji untuk membuktikan bahwa pemancar bekerja dengan

modulasi amplitudo. Dengan sinyal informasi sinusoida berfrekuensi 1 kHz yang

terlihat pada Gambar 4.3 didapat bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 4.4 sampai Gambar 4.7. Dari keempat gambar tersebut terlihat

bahwa pemancar bekerja dengan modulasi amplitudo.

Gambar 4.4 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 900 kHz

Gambar 4.5 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 950 kHz

Gambar 4.6 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1000 kHz

Gambar 4.7 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1050 kHz

Gambar 4.8 sampai Gambar 4.11 menunjukkan spektrum frekuensi

frekuensi 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, 1050 kHz memiliki spektrum frekuensi

yang baik. Hal ini dapat dilihat dari frekuensi yang stabil di 900 kHz, 950 kHz,

1000 kHz, 1050 kHz. Pengamatan spektrum frekuensi pada pemancar bertujuan

mengetahui ketepatan penalaan sinyal modulasi yang dipancarkan.

Gambar 4.8 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 900 kHz

Gambar 4.10 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1000 kHz

Gambar 4.11 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1050 kHz

4.2.2 Pengujian Saat

Hopping

Pengujian saat hopping dilakukan dengan sistem yang ditunjukkan pada

Gambar 4.12 Sinyal keluaran blok pemancar diukur dengan menggunakan

frequency counter dari 0 - 180 detik, pengambilan data dilakukan sebanyak 6 kali

dengan kelipatan waktu tiap 30 detik. Data yang didapat ketika proses hopping

PEMANCAR AM DENGAN HOPPING

frequency counter

Gambar 4.12 Pengujian kestabilan Pemancar Saat Hopping

Dari Tabel 4.2. nilai rata-rata dan prosentase rata-rata error dari empat frekuensi carrier dapat dihitung. Nilai rata-rata dihitung dengan persamaan

X =

∑

frekuensi_N (4.1)

dengan X adalah nilai rata-rata,

∑

frekuensi adalah penjumlahan seluruh nilai

frekuensi yang diuji, dan N adalah banyaknya data yang diuji. Prosentase rata-rata

error dapat dihitung dengan persamaan.

Prosentase error = NilaiPerancangan −X

NilaiPerancangan 100x % (4.2)

Tabel 4.2. Data Pengamatan kestabilan Frequency Hopping

Waktu (detik)

Frekuensi 1 (kHz)

Frekuensi 2 (kHz)

Frekuensi 3 (kHz)

Frekuensi 4 (kHz) 30 899.092 950.583 1000.94 1051.37

60 899.094 950.628 1000.95 1051.29

90 899.051 950.652 1001.26 1051.47

120 899.111 950.682 1004.85 1052.23

150 899.061 950.693 10001.07 1021.11

180 898.965 950.760 1001.25 1053.88

X 899.1 950.667 1001.72 1051.89

Dari Tabel 4.2. terlihat bahwa persen rata-rata error (%) frekuensi carrier kecil yaitu 0.104 % untuk frekuensi carrier 900 kHz, 0,07 % untuk frekuensi carrier

950 kHz, 0,173 % untuk frekuensi carrier 1000 kHz dan 0,18 % untuk frekuensi

carrier 1050 kHz. Prosentase error tersebut menunjukkan bahwa pemancar memiliki frekuensi carrier yang stabil saat hopping berlangsung.

4.3 Pengujian Setiap Blok

4.3.1 Pembagi Frekuensi 10 kHz

Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan data mengenai tingkat

kestabilan frekuensi pembagi. Gambar 4.13 menunjukkan gelombang keluaran

rangkaian pembangkit frekuensi referensi 10 kHz dari IC 4060.

Gambar 4.13 Gelombang keluaran IC 4060 Frekuensi pembagi 10 kHz

Berdasarkan Gambar 4.13 nilai frekuensi yang terukur dapat dihitung

f = 1 (4.3)

T2 − 1T

Nilai pembangkit frekuensi pembagi adalah

f = 1 = 1 = 10kHz

−150 ×10 −6 −

50( ×10

−6

) 100 ×10 −6

Jadi rangkaian pembangkit frekuensi pembagi yang dibuat telah bekerja sesuai

dengan perancangan yaitu 10 kHz.

4.3.2. Frekuensi referensi 1KHz

Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan data mengenai frekuensi

referensi. Keluaran osilator referensi menentukan frekuensi keluaran yang

digunakan sebagai step frekuensi 1kHz. Gambar 4.14 menunjukkan gelombang

keluaran rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1 kHz dari IC 74LS90. Nilai

frekuensi referensi pada Gambar 4.14 memperlihatkan bahwa rangkaian

pembangkit frekuensi pembagi yang dibuat telah bekerja sesuai dengan

perancangan yaitu 1 kHz.

4.3.3.

Voltage Controlled Oscillator

Pengamatan yang dilakukan menunjukkan bahwa VCO mampu

menghasilkan 4 frekuensi carrier yang berbeda tanpa sinyal informasi. Frekuensi yang dihasilkan sesuai dengan perancangan yaitu 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz,

1050 kHz yang ditunjukkan pada Gambar 4.15 sampai Gambar 4.18.

Gambar 4.15 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 900 kHz

Gambar 4.17 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1000 kHz

Gambar 4.18 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1050 kHz

VCO menghasilkan tegangan yang sama saat frekuensi bergantian yaitu

sebesar V = V