Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Penelitian Sistem Audio Stereo dengan Media Transmisi Jala-Jala Listrik T1 612008019 BAB IV

41

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil pengujian.

Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil perancangan

yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan setiap spesifikasi

yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perbagian maupun

keseluruhan sistem. Akan dibahas juga mengenai analisis kendala-kendala yang

memungkinkan tidak tercapainya spesifikasi yang hendak dicapai. Dalam tugas akhir ini

digunakan 2 set transceiver agar didapat keluaran stereo.

4.1. Pengujian Modul Pengirim PLC LM565

Pada tugas akhir ini modulasi yang digunakan untuk transmitter LM565 adalah

modulasi frekuensi. IC LM565 berfungsi sebagai osilator terkemudi-tegangan (VCO).

Frekuensi osilasi pada IC LM565 berubah-ubah sesuai dengan nilai tegangan yang masuk.

Frekuensi pembawa yang digunakan sebesar 350kHz. Dipilihnya sebesar 350kHz

supaya tidak terjadi gangguan yang disebabkan oleh modulator satunya yang menggunakan

LM1893 dengan nilai frekuensi pembawa sebesar 125kHz. Pada tugas akhir ini

menggunakan dua buah sinyal pembawa untuk mangakomodasi stereo pada keluarannya.

Gambar 4.1 merupakan rangkaian LM565 yang digunakan untuk modulasi FM.

Sinyal yang masuk akan melewati kapasitor C4 yang berfungsi sebagai penahan DC agar

sinyal yang dilewatkan hanya sinyal ac yaitu sinyal audio. Hal tersebut akan menyebabkan

control DC pada pin 7 akan naik dan turun sesuai dengan sinyal masukan, dengan

demikian pada keluaran IC LM565 frekuensi pembawanya akan berubah-ubah sesuai nilai

tegangan yang masuk.

Untuk mendapatkan nilai frekuensi pembawa yang diinginkan dapat dengan cara

memutar R4. Pada tugas akhir ini frekuensi pembawa yang digunakan adalah sebesar

350kHz. Nilai ini ditentukan oleh besar kecilnya resistor pada pin 8, kapasitor pada pin 9,

dan nilai Vc atau kontrol tegangan pada pin 7. Perhitungan untuk mendapatkan frekuensi

42

�� = . ���−��_{�������}

. = _,. − ��₋₉

. = , − , �� , . −

, �� = ,

�� = , �

Dengan didapat nilai Vc maka akan didapat nilai hambatan R4 dengan cara devider

tegangan dengan R3.

�

� + � × ��� = ��

�

� + � × � = , �

, � + =

= , � +

= , �

� = , �Ω

(4.1)

43

Gambar 4.1. Skematik pengirim LM565 [18]

44

Keluaran dari pemodulasi FM diambl dari pin 4, yaitu pin square wave modulated

yang mempunyai level teganga sekitar 5,7Vpp. Sinyal tersebut berupa sinyal kotak yang

memiliki frekuensi 350kHz saat tidak ada sinyal masukan sperti yang terlihat pada Gambar

4.3, namun saat ada sinyal masukan maka frekuensi pebawa akan berubah-ubah sesuai

dengan nilai tegangan yang masuk. Gambar 4.4 adalah sinyal pembawa yang diberi

masukan sehingga menjadi sinyal termodulasi.

Gambar 4.3. Sinyal pembawa 350kHz

45

Pada Gambar 4.1 terlihat bahwa sinyal keluaran modulator masih terlalu kecil

sehingga sebelum di koplingkan ke AC perlu dikuatkan dahulu, penguatan yang digunakan

adalah dengan sebuah transistor 2N2222. Sebelum dihubungkan ke jala-jala listrik

keluaran dari trafo IF perlu ditambah dengan 2 buah kapasitor yaitu C6 dan C7 dengan

nilai yang lebih besar dari tegangan jala-jala listrik, kapasitor C6 dan C7 ini digunakan

untuk mengisolasi rangkaian dari sinyal sinus tegangan jala-jala listrik 50Hz. Meskipun

pada datasheet literatur hanya memerlukan satu buah kapasitor kopling pada tugas akhir ini digunakan dua buah kapasitor kopling agar saat mentransmisikan sinyal tidak perlu

menyamakan terminal antara line dan netral pada stop kontak.

4.2. Pengujian Modul Pengirim PLC LM1893

Salah satu komponen yang digunakan sebagai transmitter adalah IC LM1893. IC

LM1893 adalah sebuah IC yang diproduksi oleh perusahaan semikonduktor National

Semiconductor yang dikhususkan untuk komunikasi lewat jala-jala listrik. IC ini biasa digunakan untuk komunikasi berbasis data, namun demikian tidak menutup kemungkinan

untuk dapat digunakan dalam komunikasi analog.

Sebelum digunakan modul PLC harus diuji terlebih dahulu untuk mengetahui kinerja

dari modem yang telah dibuat. Pertama harus dilakukan kalibrasi modem per modem yang

dibuat, metode kalibrasi dapat dilihat pada datasheet LM1893. Langkah-langkah kalibrasinya adalah [5, h.14]:

a. Set modem dalam mode transmitter dengan memberikan input-an logika

high pada selector (pin-5).

b. Beri inputan logika low pada TX (pin-17). c. Letakkan probe osiloskop pada pin-10.

d. Atur Ro dengan memutar potensio sehingga didapatkan gelombang dengan

frekuensi F = 1,022.FO. Karena pada perancangan nilai FO adalah 125 kHz,

maka nilai F yang dicari adalah 127,75 kHz.

Setelah dikalibrasi kemudian dilakukan pengujian modem PLC sebagai pengirim dan

penerima. Langkah pengujiannya sebagai berikut:

 Pengirim

a. Selector (pin-5) diberi logika high.

46

c. Berikan input logika low pada TX(pin-17), maka pada pin-10 akan keluar sinyal sinus dengan frekuensi ±127,75 kHz.

Gambar 4.5. Hasil pengujian pengirim LM1893 mode HIGH

Gambar 4.6. Hasil pengujian modem mode pengirim LOW

 Penerima

47

b. Berikan input sinyal 122,25 kHz maka pada pin data out (pin-12)

atau RX akan memberikan output logika high.

c. Berikan input sinyal 127,75 kHz maka pada pin data out (pin-12)

atau RX akan memberikan output logika low.

(a)

(b) (c)

Gambar 4.7. Hasil Pengujian Modem Sebagai Receiver

(a) Kondisi Idle (b) Input Sinyal ±122.25 Khz (c) Input Sinyal ±127,75 Khz.

Gambar 4.7 menunjukan sinyal pada pin 10 saat modem diatur sebagai penerima.

48

data out high atau terbaca tegangan 5,589 V pada multimeter. Sebaliknya pada pin 12 data out low atau terbaca tegangan 0.073 V pada multimeter saat diberi input ±127,75 kHz. Semua input-an diberikan pada sebelum transformator.

Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, pengirim PLC LM1893 dapat

bekerja dengan baik sesuai dengan langkah kalibrasi dari langkah pengujian. Apabila

hasinya tidak seperti yang dijelaskan pada langkah-langkah diatas dapat dipastikan bahwa

IC LM1893 rusak.

Pada saat LM1893 sebagai pengirim akan memiliki kondisi sebagai berikut: mode

pengirim (pin 5 high), sinyal pembawa berada pada ±122,25 kHz (pin 17 high), dan sinyal masuka analog pada pin 18 memiliki ketentuan ±1 Vpp, ±1 µA, dan 2,2% DEV. Dalam pengujian akan dilakukan dengan input sinyal dari function generator (FG) dengan frekuensi 50 Hz – 15 kHz ±1 Vpp (353mVrms).

50Hz 1Khz 2Khz 3Khz 4Khz 5Khz

6khz 7Khz 8Khz 9Khz 10Khz 11Khz

12Khz 13Khz 14Khz 15Khz

49

Gambar 4.8 di atas merupakan hasil dari keluaran di pin10 pada modul pengirim.

Masukan yang digunakan berasal dari sinyal analog FG. Terlihat bahwa terdapat garis ada

dua garis vertikal putus-putus yang berpotongan dengan garis horisontal (frekuensi) dan

berada pada f1=98 kHz dan f2=150 kHz. Gambar 4.8 menunjukan bahwa terjadi perubahan

bila diberi masukan sinyal FG yang berada pada rentang frekuensi f1 dan f2. Terlihat pada

gambar, sinyal carrier memiliki amplitudo paling besar yaitu pada ±122,5 kHz dan input

sinyal 50 Hz – 15 kHz yang merupakan sinyal pemodulasi tampak juga pada hasil

modulasi frekuensi. Sinyal pemodulasi pada sinyal termodulasi tampak jelas pada

perbedaan tampak spektrum saat tanpa masukan sinyal FG dan pada saat masukan 8 kHz.

Hal ini menunjukkan bahwa sinyal yang masuk ke modem akan di modulasikan para

rentang frekuensi kerjanya.

Pada IC LM1893 modulasi yang digunakan tidak bisa dilihat perubahannya seperti

pada IC LM565 dikarenakan pada keluaran (pin10) hanya menunjukkan nilai sinyal

pembawa, namun demikian perubahan dari sinyam modulasi dapat diamati melalui

spektrum.

4.3. Pengujian Modul Penerima PLC FM LM565

Rangkaian penerima FM terdiri dari beberapa modul dalam satu rangkaian, yaitu

rangkaian kopling yang disusun oleh kapasitor dan trafo IF, pengat diferensial,

demodulator FM(menggunakan PLL), tapis lolos bawah, dan penguat audio. Rangkaian

yang digunakan adalah menggunakan Gambar 3.10

Pada penerima sinya yang masuk pertama-tama akan dipisahkan dari jala-jala listrik

dengan menggunakan trafo IF, dikuatkan dengan rangkaian penguat diferensial,

didemodulasi dengan menggunakan IC LM565, ditapis menggunakan tapis lolos bawah

menggunakan IC TL082, dan dikuatkan menggunakan LM380.

Sinyal yang masuk setelah untai tala LC masih terlalu lemah, sehingga perlu penguat

untuk memperbesar sinyal. Pada penerima tugas akhir ini digunakan penguat diferensial

dengan dua tingkat, komponen yang digunakan adalah LM3046 dimana didalam IC

tersebut terdapat 5 transistor NPN (Gambar 4.9). Selain digunakan untuk menguatkan

sinyal, penguat diferensial ini juga mempunyai sifat dapat meredeam sinyal-sinyal derau

yang terbawa oleh sinyal masukan. Gambar 4.10 merupakan penguat diferensial yang

50

Gambar 4.9. Bagan dalam IC LM3046

Gambar 4.10. Penguat diferensial dua tingkat [14]

Penguat diferensial tingkat pertama dibentuk oleh 2 buah transistor di dalam IC

LM3046 mulai pin 1 sampai dengan pin 5.

Setelah melalui proses penguatan, sinyal termodulasi tersebut masuk ke rangkaian

modulator FM. Sama seperti bagian penerima modulator FM ini juga harus di tentukan

dahulu nilai frekuensi tengahmya. Penentuan besaranya komponen yang dipakai sama

dengan perhitungan dalam bagian pengirim pada persamaan (4.1). Gambar 4.11 adalah

51

Gambar 4.11. Skematik demodulator FM LM565 [18]

Frekuensi tengah pada modulator ini harus sama dengan nilai frekuensi pembawa pada bagian penerima. Untuk mengetahui apakah nilai frekuensi tengah demodulator sama

dengan nilai frekuensi sinyal pembawa dapat dilakukan dengan melihat keluaran LM565

pada pin 4 atau pin 5 dengan catatan bahwa belum ada sinyal yang masuk ke dalam IC

LM565. Gambar 4.14 menunjukkan keluaran pada pin 4. Apabila ada sinyal masukan

maka pada pin 4 akan berubah-ubah. Gambar 4.12 menunjukkan perubahan sinyal

keluaran pada pin 4 saat adanya sinyal masukan.

52

Gambar 4.13. Keluaran pin 4 dengan sinyal masukan

Setelah terjadi perubahan karena adanya sinyal masukan maka akan menyebakan

adanya keluaran dari PLL. Keluaran PLL dibangun dengan 3 buah modul.

 Detektor fasa

Detektor fasa ini berfungsi untuk mendeteksi perbedaan fase sinyal masukan

dengan sinyal keluaran dari VCO. Seperti pada Gambar 2.6 pada saat sinyal

masukan sama dengan sinyal keluaran maka detektor fasa akan menghasilkan

tegangan Ve yang menyebabkan VCO terkunci dengan sinyal masukan. Pada saat

terkunci VCO akan mengeluarkan sinyal kotak yang frekuensinya sama dengan

frekuensi masukan. Ketika frekuensi sinyal masukan berbeda dengan frekuensi

VCO, maka akan mengeluarkan pula tegangan kesalahan Ve yang akan memicu

VCO untuk menghasilkan frekuensi yang sama pula dengan frekuensi masukan

 Tapis Lolos Bawah

Tapis lolos bawah digunakan untuk meloloskan frekuensi detektor fasa yang

mempunyai frekuensi lebih rendah dari frekuensi VCO. Masukan tapis lolos

bawah berasal dari tegangan dc Vd (Gambar 2.6 ) yang didapat dari perubahan

fasa pada detektor fasa. Perubahan pada tegangan Vd akan menyebabkan

53  Penguat Lingkar

Penguat lingkar dalam PLL digunakan untuk menguatkan keluaran dari tapis lolos

bawah. Selain untuk menguatkan, penguat ini digunakan sebagai keluaran PLL

pin 7.

Keluaran dari PLL pada pin 7 masih berupa sinyal yang yang tercampur antar

frekuensi tinggi dan rendah. Gambar 4.14 menunjukkan keluaran yang diambi dari pin 7

LM565.

Gambar 4.14. Sinyal keluaran pin 7 [PLL] LM565

Seperti yang terlihat pada Gambar 4.14 sinyal frekuensi yang dikeluarkan pada pin 7

masih mengandung sinyal yang berfrekuensi tinggi, oleh karena itu perlu ditambahkan

tapis lolos bawah agar didapat kembali sinyal informasi yang dikirim. Tabel 4.1 adalah

hasil pengujian tapis lolos bawah dan Gambar 4.15 adalah grafik dari watak kerja tapis

54

Gambar 4.15. Grafik tapis lolos bawah.

Pada Gambar 4.15 terjadi overshoot pada keluaran tapis lolos bawah dikarenakan komponen yang digunakan. Pada bentuk low pass filter sallen-key, apabila faktor Q>1 maka akan menyebabkan overshoot. Dalam perancangan tugas akhir ini digunakan faktor

55

Q=1 namun pada realisasi alat terjadi overshoot. Bentuk keluaran dari tapis lolos bawah

ditunjukkan di Gambar 4.16.

Gambar 4.16. Sinyal keluaran dari tapis lolos bawah

Keluaran dari tapis lolos bawah sudah berbentuk sinyal informasi, namun masih

terlalu lemah untuk disalurkan ke speaker, sehingga perlu dikuatkan. Penguat yang digunakan adalah LM380 yaitu penguat 2,5watt.

4.4. Pengujian Modul Penerima PLC LM1893

Pada penerima LM 1893 ternyata dalam pengujian nilai masukan terdapat penurunan

56 (a)

(b)

Gambar 4.17. Perbandingan keluaran pengirim(a) dan masukan penerima(b) LM1893

Terlihat bahwa saat mengirim LM1893 mempunyai amplitudo sebesar 25,6 Vpp

namun setelah dilewatkan jala-jala listrik drop hanya sebesar 820mVpp. Saat melakukan

pengujian beberapa kali telah dicoba untuk mendapatkan amplitudo yang lebih tinggi

seperti mengganti trafo if, memutar-mutar trafo if, mengganti kapasitor kopling, dan

mengganti IC, namun setelah dilakukan tidak terjadi perubahan yang berarti dalam

amplitudo sinyal yang diterima. Dengan demikian jaringan daya pada lab skripsi

mempunyai atenuasi yang sangat besar. Selain itu di meja untuk melakukan pengujian

terdapat banyak sekali alat yang terpasang di terminal AC.

Selanjutnya dilakukan pengujian rangkaian filter analog yang harus dibuat agar

LM1893 dapat mengakomodasi penerimaan sinyal analog. Rangkaian filter analog terdiri

dari LM567 yang berfungsi sebagai pendeteksi adanya sinyal pembawa, komparator

LM339 yang digunakan sebagai mutedetetcor, dan LM380 sebagai penguat audio.

 Pengujian LM567

IC LM567 sering digunakan sebagai filter bandpass. Pada tugas akhir ini IC LM567 berfungsi sebagai pendeteksi sinyal pembawa dimana pada pengirim

LM1893 mengirimkan sinyal pembawa sebesar 125kHz. IC LM567 mempunyai

karakteristik aktif LOW yang mana saat mendeteksi adanya sinyal pembawa maka pada keluaran akan memberikan tegangan sebesar 0V namun apabila tidak

57

pengujian LM567 dengan menggunakan masukan dari FG yang memiliki

amplitdo sebesar 1Vpp.

Tabel 4.2. Tabel pengujian rangkaian Carrier Detector.

Frekuensi input

sebagai pembanding masukan. Seperti pada Gambar 3.16 apabila carrier

memiliki nilai 0V dari keluaran LM567 karena ada sinyal pembawa yang masuk

maka tegangan pada komparator akan dalam kondisi ambang sehingga pada

LM380 akan dapat menerima sinyal masukan. Sebaliknya jika nilai carrier 5V maka akan menybabkan LM380 tidak dapat melewatkan sinyal sehingga dalam

58  LM380

IC LM380 adalah salah satu komponen yang berfungsi sebagai penguat audio.

Dibutuhkan untuk mnggetarkan speaker.

4.5. Pengujian Daya Sebagai Fungsi Jarak

Pada pengujian ini pertama-tama harus dicari dulu nilai hambatan dalam

rangakaiannya. Cara yang digunakan adalah FG diatur pada keluaran 200mVrms dan pada

masukan ke rangkaian diberi nilai hambatan 1M lalu diukur nilai tegangan pada titik A

dengan menggunakan multimeter FLUKE.

1M A

GND

GND

Gambar 4.18. Cara ukur hambatan dalam.

Setelah didapat nilai tegangannya maka dicari menggunakan persamaan sebagai

berikut:

 Pada LM1893 didapat sebesar 5,3mV

���

���+ � � = , �

�� = , Ω  Pada LM565 didapat sebesar 12,6mV

���

���+ � � = , �

�� = , Ω

Setelah didapat nilai hambatan dalam rangkaian maka dengan persamaan daya (4.3)

(4.4) Rangkaian

59

Berikut adalah grafik yang memperlihatkan berpengaruhnya jarak terhadap besarnya

daya pada penerima.

Gambar 4.19. Grafik daya yang diterima di penerima LM1893.

gambar 4.20. Grafik daya yang diterima di penerima LM565

Pada grafik tersebut terlihat jelas bahwa nilai daya pada penerima khususnya pada

penerima LM1893 sangat dipengaruhi oleh jarak antara penerima dengan pengirim. Hal ini

disebabkan oleh redaman transmisi pada jala-jala listrik dan kondisi dari jaringan listrik.

60 (dB)

(m)

LM1893 terlihat ada lonjakan daya pada penerima. Berbeda dengan LM1893, IC LM565

daya penerima cenderung memiliki penurunan yang stabil tanpa ada kenaikan daya. Pada

pengujian nilai yang didapat cenderung mengalami berubah-ubah (fluktuatif) hal tersebut

dipengaruhi oleh alat-alat yang berada di ruangan lab skripsi.

4.6. Pengujian SNR Sebagai Fungsi Jarak

Pada pengujian SNR pengirim diberi masukan dari FG berupa gelomban sinus

dengan frekuensi sebesar 10kHz dan mempunyai amplitudo sebesar 1Vpp. Pada penerima

diukur besarnya amplitudo yang diterima (tegangan rms), lalu masukan pada pengirim

dihubung singkat dan pada penerima diukur besarnya tegangannya. Berikut adalah grafik

pengaruh jarak terhadapa SNR pada penerima.

Gambar 4.21. Grafik SNR yang diterima di penerima LM1893

61

(m) (dB)

Gambar 4.22. Grafik SNR yang diterima di penerima LM565

Seperti yang terlihat pada hasil pengujian diatas nilai SNR yang baik didapat pada

penerima dengan menggunakan IC LM565. Hal ini disebabkan dalam perancangan LM565

dirancang dengan menambah penguat diferensial dan penggunaan tapis lolos bawah aktif

sedangkan untuk LM1893 perancangan pada tugas akhir ini mengacu pada skema yang

telah disediakan pada datasheet. Nilai SNR sangat dipengaruhi oleh alat apa saja yang tersambung pada terminal PLN. Seperti pada pangujian alat yang paling mempengaruhi

dalam pengukuran SNR adalah lampu neon dan kipas. Apabila terdapat sambungan neon

dan kipas pada terminal maka noise yang ditimbulkan hampir sama dengan kuat sinyal

informasi.

4.7. Pengujian THD Sebagai Fungsi Jarak

Pada pengujian THD digunakan alat automatic distortion meter dari perusahaan GW dengan kode alat GAD-201. Pertama-tama pada pegirim diatur frekuensi sebesar 10kHz

62

(m)

(m) Gambar 4.23. Grafik THD terhadap jarak pada penerima LM1893

Gambar 4.24. Grafik THD terhadap jarak pada penerima LM565

Dari hasil pengujian dapat dilihat perbedaan antara kedua rangkaian daam hal

keluaran THD. IC LM565 mempunyai nilai THD yang lebih baik daripada IC LM1893 hal

ini diseabkan karena pada rangkaian LM565 memiliki filterisasi jauh lebih baik. Seperti

penguat diferensial yang akan menguatkan sinyal masukan dan mengurangi distorsi lalu

63

penggunaan LM1893 lebih dikhususkan untuk pemakaian transmisi digital meskipun