PERANCANGAN MODUL PERCOBAAN SISTEM KOMUNIKASI OPTIK DENGAN TAPE RECORDER DAN SPEAKER

DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

AGUSTINUS DWI SETYANA

NIM : 995114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

AGUSTINUS DWI SETYANA

NIM : 995114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

RECORDER AND SPEAKER

FINAL PROJECT

In partial fulfilment of the requirements for the Degree SARJANA TEKNIK Electrical Engineering Study Program

AGUSTINUS DWI SETYANA

995114032

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

JANGAN PERNAH BERPUTUS ASA SELAGI MASIH ADA

HIDUP karena DIMANA ADA HIDUP DISITU PASTI ADA

HARAPAN

Kupersembahkan Tugas Akhir ini :

Pada Tuhan YESUS KRISTUS, dan BUNDA MARIA atas anugerah, rahmat dan penyertaan-Nya yang tiada henti, serta mukjizat yang diberikanNya setiap hari sampai saat ini

Untuk yang tercinta kedua orang tuaku Bapak Agustinus Ngadiya, BA. dan Ibunda Veronica Wiyarti yang telah memberikan cinta kasih dan sayangnya, yang tak pernah lelah memberikan dorongan, nasehat, dan membiayai pendidikan selama ini.

Untuk yang tersayang dan terkasih Cicilia Anggitasari Kurnia Putri ,

yang telah menjadi inspirator, harapan indah, pemberi motivasi terhebat serta sahabat yang setia menemani selama pengerjaan tugas akhir ini, walau kamu tak disampingkuterimakasih atas semuanya.

Untuk keluargaku yang tercinta Eyang Kakung, Eyang Putri, Mas Ari, Yuniar, Yanuar, Bulik Darni, Purwanti, Indri, Bulik dan Om Semua yang senantiasa memberikan cinta kasih dan sayangnya, semangat dan membantu membiayai kuliah selama ini. I love my family.

berharga itu menyakitkan.

Untuk sahabat-sahabatku, Eko Nugroho, Oskar, Mbendhol, Sigit WW, Bendot, Risang, Edi, Opik, Budi, Hartono, Indhoo, Mas Yanto, Tika, Winda,

Febri, Kepek, Simbah, yang selalu memberikan semangat, dorongan dan

pengalaman yang berarti. Terimakasih bisa berproses bersama.

Untuk saudara-saudaraku, Rudi, Papo, Dita, Ariana, Ari N, Agus Munadi dan teman teman Mudika yang lain serta saudaraku semuanya terimakasih atas persaudaraan kita selama ini. Persaudaraan kita adalah proses pendewasaan diri, jangan bimbang walau ada dan tiada.

Untuk sahabat-sahabatku, semua rekan-rekan Elektro angkatan 99, Alumnus STM Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto, Teman-teman PT.

Indosat “Domestic Transmission and Interlink Dept”, Telkom Semarang,

TRANS TV” Maintenance Dept”, Teman-teman Abeng, reken-rekan LSM

KOMBAT, Karina KAS Posko Wedi, RADAR LAMPUNG, BABEL (Bangka

Belitung) POST terimakasih atas dukungan dan kepercayaannya. Wake up and do something.

Dan untuk semua saja, teman-teman seperjuangan, yang terlibat langsung maupun tidak langsung, yang telah banyak membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu, TERIMA KASIH atas semuanya.

INTISARI

Sistem komunikasi optik merupakan sistem penyampaian sinyal informasi berupa sinyal elektrik dari suatu tempat pengiriman ke tempat yang dituju dalam bentuk cahaya sebagai media transmisinya. Dalam tugas akhir ini suatu sistem komunikasi optik dirancang menggunakan tape recorder sebagai sumber informasi dan speaker sebagai penerima informasi.

Untuk mentransmisikan sinyal informasi yang berasal dari tape recorder

melalui udara, dibutuhkan cahaya yang membawa sinyal informasi. Sehingga, pada bagian tape recorder dipasang pemancar cahaya sebagai sumber cahayanya. Sumber cahaya yang digunakan dalam simulasi ini adalah LED (Light Emitting

Diode) dengan panjang gelombang 940 nm. Pada bagian penerima digunakan

phototransistor sebagai detektor cahaya yang juga mempunyai panjang

gelombang 940 nm. Untuk menjamin agar sinyal informasi sampai pada penerima dengan baik maka digunakan modulasi FM-PLL dengan spesifikasinya bandwidth FM 90 KHz, Frekuensi pemodulasi15 KHz, frekuensi referensi 10 KHz.

Hasil pengukuran sistem dengan menggunakan tape recorder-udara

bebas-speaker, menunjukkan bahwa alat yang telah direalisasikan hanya dapat

digunakan untuk jarak pendek sejauh 140 cm.

ABSTRACT

Optical communication system is a system to transmit information signal from transmitter to receiver. In this final project optical communication system is desaign using tape recorder as information source and speaker as receiver information.

To transmit information signal from the source (tape recorder) through free space medium transmission, if will need a light to carry information signal. So that, tape recorder is equipped a waveguide transmitter as a light source. The light source that is used in this final project is LED (Light Emitting Diode) with 940 nm waveleght. The receiver use phototransistor as light detector with 940 nm waveleght. To assure that information signal is received at receiver with good quality, this system use FM-PLL. The specification of modulation is BWFM = 90

KHz, modulated frequency = 15 KHz, and reference frequency = 10 KHz

The final result, this system is woked well for short distance transmission about

140 cm.

Puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia Tuhan YESUS, sehingga perancangan dan penyusunan tugas akhir dengan judul PERANCANGAN MODUL PERCOBAAN SISTEM KOMUNIKASI OPTIK DENGAN TAPE

RECORDER (Sumber Informasi Voice) DAN SPEAKER (Penerima

Informasi Voice) ini dapat terselesaikan juga dengan baik.

Tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik, jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

Dalam penyusunan tugas akhir ini, banyak sekali bimbingan, saran dan masukan yang sangat bermanfaat bagi penulis yang telah diberikan oleh berbagai pihak demi terselesainya penyusunan tugas akhir ini.

Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Damar Widjaja, ST., M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan, masukan semangat, bantuan, dorongan yang tak kenal lelah serta yang selalu mengingatkan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Agustinus Ngadiyo dan Ibunda Veronica Wiyarti yang telah

memberikan kasih sayangnya, doa, dorongan, semangat, biaya yang tiada henti hingga terselesaikan studi dan penyusunan tugas akhir ini. 3. Yang terkasih, Kakakku Yohanes Ari Supriyanta yang telah setia

menemani, memberikan perhatian, dorongan, semangat dan doanya.

5. Yang tercinta Eyang Atmo Suwito, Eyang Parto Rejo, atas Doa restu serta petuah bijak yang telah diberikan.

6. Yang tersayang H. Suprapto, S.Psi dan Keluarga, Sudarmo S.Kom dan Keluarga, Widarni dan Keluarga, serta semua keluarga besar Atmo suwito dan Noyo Ikromo , atas support dan cintanya.

7. Yang tersayang Anggitasari Kurnia Putri, walau tidak disisiku namun telah memberikan, inspirasi, perhatian, dorongan, semangat dan doanya.

8. Adik-adikku tersayang, Purwanti, Yanuar, Daris, Indri, Lia, Yesa, Irawan, Toni, Bambang, Affan, Hafidz, Monaqistin, Firda,Desy, Erni dan semua Keluarga besar Atmo Suwito, Uut, atas dorongan semangat, kasih sayangnya.

9. Saudara dan teman sejatiku Oscar, Eko Nugroho (cepox), Dian (Mbendhol), Sigit WW, FX Agus Sapari, atas dorongan semangat dan waktunya.

10.Semua sahabatku yang sampai saat ini setia menemani, Kepek, Simbah, Febri, Crippen, Bendot, Risang, Mudika Stasi Bayat, Mudika Ngropoh dan semua saja.

11.Semua teman sejatiku yang setia bersamaku, anak Abeng, Sangkuriang, 52 Lover, Magelang community, Oscar Racing Team, dan semua saja.

13.Segenap Karyawan, Sekretariat Teknik, Pak Djito, Laboran Teknik Elektro mas Mardi, mas Suryo atas bantuan yang telah diberikan. 14.Rekan-rekan di Indosat, Hazmi F, Joko Indarto, Wahyu (plencung),

atas support dan bantuan property yang sudah diberikan.

15.Rekan-rekan di LSM KOMBAT, Bapak Frans Suparta, Rudi, Mba Janet, Miss Kaiko, Papo, atas dorongan semangat

16.Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, karena keterbatasan tempat, atas saran, ide dan dukungan yang diberikan hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.

Dengan segala kerendahan hati juga, penyusun menyadari bahwa tugas akhir ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penyusun terima dengan senang hati.

Akhir kata penyusun mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

Yogyakarta, 29 Januari 2007

Penyusun

DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

AGUSTINUS DWI SETYANA

NIM : 995114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

RECORDER AND SPEAKER

FINAL PROJECT

In partial fulfilment of the requirements for the Degree SARJANA TEKNIK Electrical Engineering Study Program

AGUSTINUS DWI SETYANA

995114032

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

HALAMAN PERSETUJUAN………...iii

HALAMAN PENGESAHAN………iv

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN……….v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………vii

INTISARI………...viii

ABSTRACT………ix

KATA PENGANTAR……….x

DAFTAR ISI……...………...……...xiii

DAFTAR GAMBAR……….……….xvi

DAFTAR TABEL………..………xviii

DAFTAR LAMPIRAN……….xix

BAB I PENDAHULUAN………1

1.1. Latar Belakang…….………...………...1

1.2. Rumusan Masalah………...2

1.3. Batasan Masalah………..……….3

1.4. Metode Penelitian………...………3

1.5. Tujuan Penelitian...………...………...…...……….4

1.6. Manfaat Penulisan….………4

1.7. Sistematika Penulisan..….………..………..5

BAB II DASAR TEORI………..………..6

2.1. Karakteristik Alat..………...6

2.2. Jenis -jenis Kesalahan….………..………7

2.3. Analisis Statistik………..8

2.3.1. Nilai Rata-rata (Arithmetic Mean)………..8

2.4. Sumber Cahaya (LED) dan Detektor Cahaya (Phototransistor)…………9

2.4.1. Sumber Cahaya (LED)...……….………...9

2.4.2. Detektor Cahaya (Phototransistor)………..………...10

2.4.2. Penguat Op Amp Non Inverting………..…...…12

2.5. Modulasi Frekuensi………13

2.5.3. VCO ( Voltage Kontrolled Oscillator )... ………..……….…15

2.6. Filter………...…………17

2.7. Penguat Audio....…….……….…21

2.8. Udara Bebas ………21

2.9. Dasar-Dasar Komunikasi Serat Optik……….….22

2.9.1 Karakteristik Serat Optik……….…23

2.9.2 Jenis-Jenis Serat Optik……….………….………24

2.9.2.1 Serat Optik dari Plastik……….………….24

2.9.2.2 Serat Optik dari Plastik dan Silika …….………..24

BAB III PERANCANGAN ALAT.………...…25

3.1 Sumber Informasi (Tape Recorder)..…….……….………..…25

3.1.1. Spesifikasi Tape Recorder………25

3.1.1.Penguat Op Amp Tx………..…26

3.2. Filter LPF 15 KHz Tx – Rx dan LPF 95 KHz Rx.……….………28

3.2.1 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima……….…28

3.2.2 Filter LPF 95 KHz Penerima………30

3.3 Modulator dan Demodulator FM-PLL...…………..………..……33

3.3.1 Modulator…….……….……33

3.3.1.1 Rangkaian Penjumlah..……….………..………33

3.3.1.2 Rangkaian Osilator Referensi...…..………..………35

3.3.2 Demodulator………..……36

3.3.2.1 Detektor fasa……….………..………37

3.3.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) Modulator dan Demodulator…..……….………37

3.3.2.3 LPF Loop Modulator dan Demodulator...….………..………38

3.4 Driver LED dan LED..……….……41

3.5 Detektor Cahaya dan Penguat Rx……...……….……42

3.5.1 Photoransistor…. ………..……42

3.6.1 IC TBA820M……….…….………..……….…44

3.6.2 Speaker……….……….……44

3.7 Cara Kerja Alat secara Keseluruhan...………..……45

BAB IV PEMBAHASAN………...……..48

4.1 Tujuan Pengukuran ………..………..………..….48

4.2 Pengukuran Tiap Blok Rangkaian Pemancar dan Penerima…………..….48

4.2.1 Penguat Op Amp Pemancar dan Penerima (VCO) ………….…...48

4.2.2 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima serta Filter LPF 95 KHz Penerim………..………….59

4.2.3 Penguat Audio ………..….….66

4.2.4 Modulator dan Demodulator FM-PLL ………..….……...…..66

4.2.4.1 Modulator ……….……..…..67

4.2.4.2 Demodulator ………..….…..…..71

4.2.4.3 Osilator ………..….……...…..76

4.3 Pengukuran Keseluruhan Sistem dan Analisis ………..………….…..82

4.3.1 Hasil Pengukuran Blok LED – Phototransistor ………..…………..82

4.3.1.1 Hubungan Tengangan Terhadap Jarak Pada Phototransistor ………..………….…..82

4.3.1.2 Hubungan Tengangan Terhadap Frekuensi Pada Phototransistor………...…….86

4.3.2 Analisis Keseluruhan Sistem………...…….90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….91

5.1. Kesimpulan……….………..91

5.2. Saran………..92

Gambar 2-1 Phototransistor………...……11

Gambar 2-2 Penguat Non Inverting.…..………..…12

Gambar 2-3 Modulator FM-PLL………14

Gambar 2-4 Demodulator FM-PLL……….………15

Gambar 2-5 Frekuensi VCO Sebagai Fungsi Linier Tegangan Kontrol Vc……..16

Gambar 2-6 Kurva Respon Frekuensi Filter LPF………..18

Gambar 2-7 Filter Pelewat Atas Dasar………..18

Gambar 2-8 Diagram Blok Untuk Penapis-Penapis Orde Tinggi……….19

Gambar 2-9 Sistem komunikasi serat optik……….…22

Gambar 2-9 Numerical Aperture……….…23

Gambar 3-1 Blok Diagram Rangkaian Keseluruhan………..25

Gambar 3-2 Penguat Op Amp Tx………..28

Gambar 3-3 Rancangan LPF fC = 15 kHz Orde ke-6 Tipe Butterworth…………...30

Gambar 3-4 Rancangan LPF fC = 95 KHz Orde ke-6 Tipe Butterworth…………..32

Gambar 3-5 Rancangan Penguat Penjumlah………...………..35

Gambar 3-6 Rancangan osilator referensi dan pembagi frekuensi………...36

Gambar 3-7 Rancangan VCO………...38

Gambar 3-8 Rangkaian LPF loop modulator dan demodulator………..40

Gambar 3-9 Rangkaian Modulator……….. ..………..40

Gambar 3-10 Rangkaian LED driver………...………..41

Gambar 3-11 Rangkaian detector cahaya……….………..42

Gambar 3-12 Rangkaian penguat op amp Rx ………..………..44

Gambar 3-13 Rangkaian penguat audio ………...………..45

Gambar 4-1 Blok diagram pengukuran penguat Tx dan Rx……….……….48

Gambar 4-2 Grafik Pengukuran Respon Penguat 15 KHz ………..…………..50

Gambar 4-3 Grafik Teori Respon Penguat 15 KHz……….50

Gambar 4-4 Grafik Perbandingan Respon Penguat 15 KHz Teori dan Pengukuran………...51

Gambar 4-5 Grafik Pengukuran Respon Penguat Penerima 95 KHz…………...…..55

Gambar 4-8 Blok pengukuran LPF 15 KHz Tx-Rx

dan LPF 95 KHz Rx………..59

Gambar 4-9 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Tx………..61

Gambar 4-10 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Rx……….63

Gambar 4-11 Grafik Pengukuran LPF 95 KHz………..65

Gambar 4-12 Blok Pengukuran Rangkaian Penguat Audio………….……….66

Gambar 4-13 Blok Pengukuran VCO………..………..66

Gambar 4-14 Grafik Pengukuran KeluaranVCO Modulator………..……….67

Gambar 4-15 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran………...………..68

Gambar 4-16 Grafik Teori Keluaran VCO Modulator………...………..68

Gambar 4-17 Grafik Teori Keluaran VCO Demodulator……….………..72

Gambar 4-18 Grafik Perhitungan Keluaran VCO Demodulator……….………..72

Gambar 4-19 Grafik Perbandingtan Teori dan Perhitungan Keluaran

VCO Demodulator………...………..73

Gambar 4-20 Blok pengukuran kestabilan osilator referensi………..76

Gambar 4-21 Grafik Teori Kestabilan Osilator Referensi………...78

Gambar 4-22 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi………....78

Gambar 4-23 Grafik Perbandingan Keluaran Kestabilan Osilator Referensi…...79

Gambar 4-24 Grafik Teori Penerimaan Sinyal Terhadap Perubahan Jarak…..……83

Gambar 4-25 Grafik Perhitungan Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Jarak ………...…..83

Gambar 4-26 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori………...84

Gambar 4-27 Grafik Teori respon penerimaan sinyal

terhadap perubahan frekuensi………..…..87

Gambar4-28 Grafik hasil pengukuan respon penerimaan

sinyal terhadap perubahan frekuensi………87

Gambar 4-29 Grafik hasil Perbandingan Pengukuan

Dan Teori Penerimaan sinyal terhadap perubahan frekuesi…………89

Tabel 2-1 Perbandingan karakteristik LED dan laser diode.… ………..…10

Tabel 2-2 Gain Filter Butterworth.…..……… ……….………..…20

Tabel 2-3 Nilai untuk Tanggapan Butterworth.…..…… ………… ……..………..…20

Tabel 4.1 Pengukuran Respon Penguat 15 KHz ……….………..…..…49

Tabel 4.2 Komputasi Respon Penguat 15 KHz..………..…53

Tabel 4.3 Pengukuran Respon Penguat 95 KHz……….………..…55

Tabel 4.4 Respon Penguat 95 KHz……….………..…..…58

Tabel 4.5 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Tx……….………60

Tabel 4.6 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Rx ……….………..…62

Tabel 4.7 Nilai hasil pengukuran LPF 95 KHz Rx……….………...64

Tabel 4.8 Tabel Nilai hasil pengukuran VCO Modulator…….………...…67

Tabel 4.9 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran……….……….…70

Tabel 4.10 Nilai Hasil Pengukuran linieritas VCO Demodulator .………...71

Tabel 4.11 Perhitungan Keluaran VCO Demodulator………..………..…74

Tabel 4.12 Pengukuran Kestabilan Osilator Referensi……….………..…77

Tabel 4.13 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi..……….………80

Tabel 4.14 Nilai Respon Penerimaan Sinyal Terhadap..……….………..…82

Tabel 4.15 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori…………....…85

Tabel 4.16 Hasil Pengukuan Respon Penerimaan Sinyal

Terhadap Perubahan Frekuensi..……….……….86

Tabel 4.17 Grafik Hasil Perbandingan Pengukuan

Dan Teori Penerimaan Sinyal………..……….………..…89

Lampiran 2 Gambar Rangkaian Pemancar………...………...L2 Lampiran 3 Gambar Rangkaian Penerima ………...…….…………....L3

Lampiran 4 Data Sheet Phase Locked Loop MC14046B..……..……….……...L4

Lampiran 5 Data Sheet Phase Comparator……….………...L5

Lampiran 6 Hermatic Silicon Phototransistor………..….L6 Lampiran 7 Data Sheet LM741 Operational Amplifier………....L7

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Setiap tahun, perkembangan yang disebabkan oleh kemajuan alat komunikasi sangat pesat. Dampak yang muncul bagi perkembangan ilmu pengetahuan sangatlah besar dan penting selain untuk kebutuhan informasi, sistem komunikasi juga dapat digunakan dalam pengendalian jarak jauh.

Suatu informasi baik berupa suara atau hasil pengamatan dikirim dan diterima, kemudian diproses sangat dibutuhkan sarana transmisi yang cepat, akurat. Pentransmisian informasi dapat menggunakan berbagai media, yang salah satunya adalah dengan kabel fiber optic, dengan kecepatan transfer yang tinggi. Cahaya digunakan sebagai media transmisi karena bersifat fleksibel dan mempunyai rentang frekuensi yang cukup lebar. Pemanfaatan Cahaya sangat murah bila dilihat dari efisiensi biaya yang dibandingkan dengan media transmisi yang lain.

Sistem komunikasi serat optik merupakan suatu proses pengiriman sinyal informasi berupa sinyal elektrik dari suatu tempat pengiriman ke tempat yang dituju dalam bentuk cahaya dengan menggunakan serat optik .

1.2. Rumusan Masalah

Sistem yang dirancang adalah terdiri dari unit pemancar dan penerima. Pada suatu tempat dipasang sumber informasi yang bisa menghasilkan sinyal informasi berupa suara, untuk mengetahui perubahan informasi yang terjadi maka dilakukan pengubahan dari besaran fisis ke dalam bentuk besaran listrik yaitu kedalam bentuk tegangan dan frekuensi dengan rangkaian penguat dan filter. Informasi analog ini diubah kedalam sinyal dengan frekuensi – frekuensi tertentu oleh sebuah osilator yang dikendalikan tegangan yang keluarannya selanjutnya ditransmisikan oleh pemancar FM.

Sinyal informasi yang dikirim tadi akan diterima oleh penerima FM kemudian dipisahkan kembali oleh sebuah Low Pass Filter dan informasi hasil proses tersebut akan dikonversikan ke dalam bentuk tegangan kembali oleh

1.3. Batasan Masalah

Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini perlu adanya pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Sinyal informasi suara dari tape recorder berupa suara dari kaset dengan batasan frekuensi 20 Hz - 15 KHz (bandwidth sinyal audio).

2. Sistem komunikasi yang akan dibahas adalah komunikasi satu arah saja. 3. Komponen utama yang akan digunakan dalam simulasi sistem komunikasi

serat optik ini adalah sebagai berikut :

a. Pemancar/transmitter berupa sumber cahaya sebagai pembawa informasi menggunakan LED (Light Emitting Diode).

b. Penerima/receiver menggunakan phototransistor yang akan mendeteksi sinyal cahaya menjadi sinyal listrik.

c. Media transmisi yang akan digunakan adalah udara bebas dan serat optik singlemode.

4. Bagian dari pemancar dan penerima FM tidak dibahas secara lengkap dan detail, karena menggunakan FM Transmitter dan Tuner FM yang telah ada dipasaran.

1.4. Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan menggunakan struktur :

1. Studi literatur,sebagai dasar pemahaman teori yang mendukung terhadap sistem yang dibuat.

3. Perakitan perangkat dilakukan dengan eksperimen untuk melakukan uji coba menurut teori dan perancangan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan.

4. Eksperimen atau percobaan, dengan metode ilmiah yakni : a. Merumuskan masalah.

b. Mencari data yakni melakukan pengumpulan data-data informasi tentang spesifikasi komponen dan alat uji yang akan digunakan.

c. Menarik hipotesa. d. Menguji hipotesa. e. Menarik kesimpulan.

1.4. Tujuan Penelitian

1. Mencoba mengimplementasikan pelajaran elektronika komunikasi dan elektronika analog dalam perancangan alat.

2. Menerapkan gelombang cahaya sebagai media komunikasi pengirim sinyal dari unit pemancar ke unit penerima.

3. Memperluas penggunaan dan memanfaatkan gelombang radio FM sebagai media pembawa informasi.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Menambah pengetahuan tentang pengiriman data secara analog.

2. Merealisasikan salah satu bentuk teknik pengiriman data analog jarak jauh melalui kabel serat optik

pengubah besaran fisis yang diukur menjadi besaran listrik berupa tegangan dan dirubah dalam kode-kode cahaya.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang digunakan dalam laporan tugas akhir ini disusun dalam bentuk sebagai berikut:

Bab I. Pendahuluan yang berisi mengenai latar belakang penulisan, Perumusan masalah, Pembatasan masalah, Tujuan dan Manfaat penelitian dan Sistematika penulisan.

Bab II. Dasar teori yang berisi mengenai teori - teori yang mendasari perangkat komunikasi optik ini.

Bab III. Perancangan komunikasi optik yang berisi perancangan tiap bagian dari komunikasi optik berdasarkan karateristik tiap komponen.

DASAR TEORI

2.1. Karakteristik Alat

Dalam perancangan suatu rangkaian elektronis, digunakan istilah-istilah yang menentukan karakteristik suatu alat tersebut, antara lain presisi, akurasi, sensitivitas, dan lain-lain.

1. Presisi ( ketelitian )

Presisi merupakan suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang serupa. Dengan memberikan suatu harga tertentu bagi sebuah variabel, ketelitian (presisi) merupakan suatu ukuran tingkatan yang menunjukan perbedaan hasil pengukuran pada pengukuran-pengukuran yang dilakukan secara berurutan.

2. Akurasi (ketepatan)

Akurasi merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai sebenarnya dari variabel yang diukur. Akurasi ditentukan dengan cara mengkalibrasi dengan kondisi operasi tertentu.

3. Sensitivitas (kepekaan)

Sensitivitas merupakan perubahan terkecil dari masukan yang

mempengaruhi keluaran.

4. Resolusi (kemampuan pembacaan skala)

5. Repeatability (kemapuan mengulangi)

Repeatability adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata-rata. Hal ini mengindikasikan kedekatan diantara sejumlah pengukuran yang dilakukan secara berulang dengan kondisi yang sama.

6. Treshold

Treshold merupakan nilai minimum perubahan masukan yang tidak

dapat diamati atau dideteksi, bila masukannya berangsur-angsur bertambah dari nol.

7. Linearitas

Linearitas merupakan kemampuan untuk menghasilkan ukuran alat ukur yang menghasilkan keluaran yang secara linear. Dalam hal ini, dapat didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut:

c mx

y= + ……….………….. ...(2.1)

keterangan: y = keluaran x = masukan

m = kemiringan ( slope )

c = offset

2.2. Jenis -jenis Kesalahan

Kesalahan - kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam tiga jenis utama, yaitu:

1. Kesalahan-kesalahan umum (Gross-errors)

Gross - errors ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai, dan kesalahan penaksiran. 2. Kesalahan – kesalahan sistematik (Systematic errors)

Systematic errors ini disebabkan oleh kekurangan - kekurangan pada instrumen sendiri seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai.

3. Kesalahan-kesalahan yang tidak disengaja (random errors)

Random errors diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat langsung diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak.

2.3. Analisis Statistik

Analisis statistik terhadap data pengukuran adalah pekerjaan yang biasa sebab menentukan penentuan ketidakpastian hasil pengujian akhir secara analisis. Hasil dari suatu pengukuran dengan metode tertentu dapat diramalkan berdasarkan contoh (data sampel) tanpa memiliki informasi atau keterangan yang lengkap mengenai semua faktor - faktor gangguan.

Agar cara-cara statistik dan keterangan yang diberikan bermanfaat, biasanya diperlukan sejumlah pengukuran yang banyak.

2.3.1 Nilai Rata-rata (Arithmetic Mean)

Nilai yang paling mungkin dari suatu variabel yang diukur adalah nilai rata-rata dari semua pembacaan yang dilakukan. Pendekatan yang paling baik

akan diperoleh bila jumlah pembacaan untuk suatu besaran sangat banyak. Secara teoritis, pembacaan yang tak berhingga akan memberikan hasil paling baik, walaupun dalam prakteknya hanya dapat dilakukan pengukuran yang terbatas. Nilai rata-rata diberikan oleh persamaan:

n x

n

x x

x x

x= 1 + 2 + 3 +...+ n =

∑

………… …………..(2.2)

dimana : x = nilai rata-rata

x₁,x₂,x_n = pembacaan yang dilakukan = jumlah pembacaan n

2.4 Sumber Cahaya (LED) dan Detektor Cahaya (Phototransistor)

2.4.1 Sumber Cahaya (LED)

LED merupakan sumber cahaya untuk komunikasi optik dan bekerja

sebagai pemancar cahaya. Oleh karena itu, beberapa syarat yang harus dipenuhi

agar LED dapat dijadikan sebagai sumber cahaya :

1. Sumber cahaya sebisa mungkin bersifat monokromatis (berfrekuensi

tunggal).

2. Sumber cahaya tersebut harus mempunyai suatu keluaran cahaya

berintensitas tinggi sehingga dapat memancarkan energi yang cukup

untuk mengatasi rugi-rugi.

3. Sumber cahaya juga harus mampu dimodulasi dengan baik, bentuknya

kecil, ringkas, sehingga tidak terjadi rugi-rugi.

Cara kerja dari LED adalah bila diberi prasikap tegangan maju, elektron menaikkan level tegangan sampai keadaan jenuh kemudian level tegangan turun. Jika level tegangan turun akan melepaskan energi dalam bentuk cahaya

Sumber cahaya lain yang dapat digunakan sebagai sumber cahaya komunikasi optik adalah laser diode. Perbandingan karakteristik LED dan laser diode disajikan adalam tabel 2 berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik LED dan Dioda Laser

Parameter LED Laser Diode Unit

Daya output 1 -10 1 -100 mW

Daya yang dibutuhkan masuk ke

serat optik

0.0005 -0.5 0.5 – 5 mW

Bandwidth pada 800

nm 35 – 50 2 – 3 Nm

Bandwidth pada 1300

nm 70 – 100 3 – 5 Nm

Rise Time 2 – 50 <1 Ns

Respon frekuensi < 500 > 500 MHz

Harga Murah Mahal -

2.4.2 Detektor Cahaya (Phototransistor)

Detektor yang dipilih perlu disesuaikan dengan sifat-sifat yang ditunjukkan oleh sistem komunikasi optik.

Hal-hal yang perlu diisyaratkan oleh detektor cahaya adalah sebagai berikut :

¾ Mempunyai sensitivitas yang tinggi.

¾ Mempunyai lebar pita yang lebar dan respon time yang cepat.

¾ Mempunyai efisiensi yang tinggi dan tambahan noise yang kecil.

¾ Karakteristiknya tidak mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan

sekitarnya.

¾ Dengan menggunakan tegangan yang rendah bisa menghasilkan

daya yang cukup besar.

Phototransistor adalah komponen detektor cahaya yang mempunyai

penguatan sendiri (internal gain). Hal ini membuat phototransistor lebih sensitif bila menggunakan fotodioda selain itu phototransistor ini dapat menguatkan arus bocor menjadi ratusan kali.

Phototransistor juga disebut sebagai fotodetektor yang dioperasikan dalam mode arus terbalik (reverse bias mode). Cahaya yang menimpa material semikonduktor akan membebaskan elektron dan membentuk hole sehingga mengalir arus.

RL

Vout ke Pre Amplifier Vcc

Keterangan :

Phototransistor L14G3 Rl = 100 Ohm

Tegangan yang melintasi RL :

L E RL I R

V = .

dimana : IE = (1+h.f.e) IB

Dengan : h = konstanta plank (6,63.10-34 Js)

c = cepat rambat cahaya diudara (3.108 m/s) η = efisiensi kuantum

e = muatan electron (1,6.10-19 C)

L

RL R

c h

p e e f h

V .

. . . . ) . . 1

( + η λ

= ≈ 136,8 mVolt

2.4.3 Penguat Op Amp Non Inverting

Penguat Operasional atau Op-Amp merupakan penguat differensial dengan dua masukan dan satu keluaran, serta mempunyai penguatan yang sangat tinggi. Penguat operasional menghasilkan sinyal keluaran yang sama bentuknya dengan sinyal masukan tetapi amplitudonya lebih besar.

Tegangan AC keluaran akan satu fasa dengan masukan.

Op-Amp mempunyai impedansi masukan yang tinggi,impedansi keluaran rendah, dan penguatan tegangan yang stabil (mendekati penguatan tegangan ideal).

Vin

R1 R2

Vout

+

-Gambar 2. 2 Penguat Non Inverting

Penguatan pada penguat non inverting :

1 2

1

R R Vin

Vout

Av= = + ………( 2.3 )

2.5 Modulasi Frekuensi

Modulasi FM adalah teknik modulasi yang mengubah karakteristik frekuensi sinyal pembawa sesuai dengan amplitude sinyal informasi. Modulasi FM mono merupakan modulasi FM dengan menggunakan transmisi hanya satu sumber sinyal informasi. Keuntungan modulasi ini bila dibandingkan dengan modulasi FM stereo adalah :

1. Perangkat relatif lebih sederhana karena hanya memerlukan satu pembangkit frekuensi osilator.

2. Selain itu, bandwidth yang digunakan juga lebih sempit sehingga terdapat efektifitas bandwidth.

3. Pada FM mono tidak mengenal interleaving sehingga penambahan level informasi tidak teratur oleh batasan deviasi frekuensi yang terjadi akibatnya FM mono bisa terdengar lebih keras.

4. Memiliki daya transmisi yang lebih kecil.

2.5.1 Modulator FM-PLL

Modulator FM wideband FM yang menggunakan PLL ditujukan untuk menjaga kestabilan dari osilator VCO utama dan pada saat yang sama akan meghasilkan sinyal FM.

Perhatikan blok modulator FM wideband dengan PLL dibawah ini :

VCO

FM Output

Osilator crystal referensi fo

Modulating signal input Penjumlah

LPF Loop

Phase Comparator

Gambar 2. 3 Modulator FM-PLL

BW =2(∆f+ fmax ) ….……….(2.4 )

∆f = hf . Am ..……….(2.5 )

β =

max .

f Am hf

..……….(2.6 )

2.5.2 Demodulator FM-PLL

Demodulator FM pada dasarnya adalah sebuah sirkuit yang menghasilkan

tegangan output sesuai dengan frekuensi sesaat input (Vout=K. ∆f ) dengan K

dalam satuan volt/hertz. K adalah fungsi transfer demodulator dan ∆f adalah

perbedaan antara frekuensi input dengan frekuensi tengah demodulator .

Perhatikan diagram blok demodulator FM dengan menggunakan PLL dibawah ini:

FM input

Amplifier Ka

Vd Vout

Sinyal audio output Demodulasi LPF

fo Phase detector

Kd

VCO

Gambar 2. 4 Demodulator FM-PLL

2.5.3 VCO ( Voltage Kontrolled Oscillator )

Voltage-Kontrolled Oscilator atau VCO adalah suatu rangkaian yang menghasilkan sinyal keluaran yang bervariasi (biasanya gelombang segiempat atau segitiga) yang range frekuensinya dapat diatur oleh tegangan DC. VCO pada umumnya digunakan pada pemancar radio FM tetapi VCO juga digunakan pada pemancar yang menggunakan media cahaya.

Salah satu keunggulan VCO adalah kemampuan untuk membangkitkan gelombang sinus atau segitiga atau segiempat dari bentuk gelombang masukan yang tidak teratur.

Sebuah VCO tidak dituntut untuk memiliki karakteristik frekuensi terhadap tegangan kontrol yang linier, tetapi kalau tidak linier juga tidak baik karena akan menyebabkan gain bervariasi terhadap frekuensi sinyal sehingga kestabilan sinyal harus diperbaiki. VCO mempunyai frekuensi gerak bebas (free running frequency) fo dan pergeseran frekuensi yang sebanding dengan tegangan

kendali Vc seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

f

Vc fo

Gambar 2. 5 Frekuensi VCO Sebagai Fungsi Linier Tegangan Kontrol Vc

Frekuensi keluaran VCO (fo) besarnya adalah :

fr= fo+KvVc(Hz) ….……….(2.7)

Pendekatan perhitungan VCO dari datasheet MC 14-46 adalah sebagai berikut :

Jangkauan frekuensi VCO (fmax-fmin) ditentukan oleh nilai resistor dan kapasitor

external dimana :

f min =

(

C pF

)

R2 1 32

1

+ ………(2.8)

dengan (VCO masukan = Vss)

f max = min

) 32 1 ( 1

1

f pF C

R + + ..………(2.9)

dengan (VCO masukan = VDD)

Fungsi transfer VCO :

Kv =

2 2

− ∆

VDD fvco

π

……….………(2.10)

Karakteristik penting dalam VCO adalah :

1. Stabilitas frekuensi.

2. Respon harus cukup cepat.

3. Karakteristik frekuensi terhadap tegangan harus linier.

4. Sensitivitas modulasi cukup besar.

5. Kemurnian spektrum.

2.6 Filter

Filter merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk meloloskan frekuensi yang diinginkan. Karakteristik yang penting dari sebuah filter adalah memiliki frekuensi cut off dan adanya fungsi transfer. Frekuensi cut off adalah frekuensi di mana tegangan sinyal bernilai 0.707 dari tegangan puncaknya. Sedangkan fungsi transfer merupakan fungsi yang menunjukkan bahwa nilai dari filter yang kita buat telah tercapai.

Menurut fungsi kerja frekuensi yang dapat diloloskan, filter dapat dikelompokkan menjadi HPF (High Pass Filter), LPF (Low Pass Filter), BPF (Band Pass Filter) dan BSF (Band Stop Filter).

Sedangkan menurut komponen pembentuknya, filter dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni :

1. Filter pasif, yakni filter yang komponen pembentuknya terdiri dari kapasitor, induktor dan resistor.

2. Filter aktif yakni filter pasif yang ditambahkan komponen penguat operasional (OpAmp).

Filter LPF berfungsi untuk meneruskan daerah frekuensi dibawah frekuensi cut off-nya dan meredam semua frekuensi tinggi diatas frekuensi cut off.

Frekuensi cut off terjadi pada saat LPF berharga 0,707 dari tegangan maksimumnya. Gambar karakteristik LPF ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

f fc

0.707

Gambar 2. 6 Kurva Respon Frekuensi Filter LPF

Pada tapis ini dalam prakteknya diambil tanggapan pada 70,70% tegangan keluaran maksimum. Filter pelewat atas dapat memiliki kemiringan yang berbeda sesuai dengan perancangan yang dinginkan.

Rangkaian Filter Pelewat Atas sederhana dapat diperlihatkan dalam gambar 2.7.

+VCC

VOUT +

-LM741 3

2

6

7 1 4 5

R VIN

-VCC

C

Gambar 2.7 Filter Pelewat Atas Dasar

Dengan Vin pada masukan tak membalik, kapasitor C dan resistor R

membentuk pembagi tegangan. Bila frekuensi Vin dibawah fC, XC kapasitor besar

sehingga sebagian besar Vin jatuh ke kapasitor C, akibatnya tegangan jatuh pada

resistor R rendah dan karena rangkaian ini pengikut tegangan, maka Vout juga

rendah. Bila frekuensi Vin melampaui fC, XC kapasitor rendah sehingga banyak Vin

yang jatuh pada resistor R, akibatnya keluaran membesar.

Penapis aktif dengan order lebih dari dua dibuat dengan cara menghubungkan secara (kaskade) penapis order pertama dan kedua, jika ada penapis order kedua yang dikaskadekan maka bagian-bagian penapis order kedua tersebut tidak sama, seperti dapat dilihat pada gambar 2.8.

Orde 1

Orde 2

Orde ke 3

Orde 2

Orde 2

Orde ke 4

Orde 1

Orde 2

Orde 2

Orde ke 5

Orde 2

Orde 2

Orde 2

Orde ke 6

Gambar 2.8 Diagram Blok Untuk Penapis-Penapis Orde Tinggi

Untuk mengkaskadekan bagian-bagian penapis secara benar, maka besarnya

Tabel 2.2 Gain Filter Butterworth

Orde Poles K1 K2 K3 Penguatan DC

2 2 1,586 - -

1,5858 (4,00 dB) 2

3

1 1 - -

2 (6,02 dB) 2

4

2

1,152 2,235

2,5749 (8,22 dB)

2 1 5

2

0,3819 1,3820 - 3,2917

(10,35 dB) 2

2 6

2

1,068 1,586 2,483 4,2058 (12,48 dB)

Dari tabel 2-1 dapat diketahui nilai untuk tanggapan butterworth yang ditunjukkan pada tabel 2-2.

Tabel 2.3 Nilai untuk Tanggapan Butterworth

Orde Poles Kecuraman Faktor redaman (α) RB/RA

1 1 20 Optional -

2 2 40 1,4142 0,5858

2 1 1

3 1 60 1 1

2 1,8477 0,1523

4 2 80 0,7654 1,2346

2 1 1

2 1,6181 0,3819

5

1

100

1,6180 1,3820

2 1,9316 0,0684

2 1,4142 0,5858

6

2

120

0,5158 1,4824

2.7 Penguat Audio

Rangkaian penguat audio merupakan tahap terakhir dari sistem komunikasi. Penguat audio adalah suatu rangkaian yang menghasilkan arus AC yang besar untuk memacu tahanan-tahanan beban yang kecil.

2.8 Udara Bebas

Ada beberapa kelebihan media udara sebagai saluran transmisi yaitu memungkinkan untuk komunikasi dengan kecepatan tinggi ataupun kecepatan rendah. Tentunya dengan perambatan sinyal melalui udara banyak sekali rugi-rugi (redaman) yang dialaminya dibandingkan dengan media transmsi kabel atau serat optik.

Redaman yang terjadi bila menggunakan udara bebas sebagai media transmisi adalah :

a0= 32,4 + 20logf d [dB]……….(2.11)

dimana :

f = frekuensi dalam (MHZ)

d = Jarak sumber ke penerima (dalam Km).

Pemanfaatan komunikasi cahaya dengan menggunakan udara bebas sebagai media transmisinya perlu memperhatikan dua hal sebagai berikut :

1. Derajat arah dari perangkat pemancar dan penerima cahaya yang akan digunakan. Berdasarkan kriteria ini, tipe link dibagi menjadi dua yakni

directed dan non-directed.

Konfigurasi directed link memaksimumkan efisiensi daya, meminimumkan path loss dan penerimaan dari ambient light noise.

Sedangkan konfigurasi non-directed link bisa jadi lebih mudah dalam penggunaannya terutama untuk terminal yang bersifat mobile dimana pemancar dan penerima tidak saling berhadapan.

2. Adanya jalur LOS (Line of Sight) antara pemancar dan penerima. LOS link hanya bergantung pada satu jalur, sedangkan non-LOS secara umum bergantung pada refleksi gelombang cahaya melalui langit-langit maupun dinding. LOS link memaksimumkan efisiensi daya dan meminimumkan dispersi multipath. Disisi lain, non-LOS link lebih mudah digunakan karena dapat beroperasi dimana terdapat halangan seperti orang atau benda lainnya yang terdapat diantara pemancar dan penerima.

2.9 Dasar-Dasar Komunikasi Serat OptikD

Electrical

Optical

Gambar 2.9 Sistem komunikasi serat optik Drive Circuit

Optical Transmitter

Optical Receiver Light

Source

Optical Amplifier

Signal Restorer Photo

Detector Electronics

Input Signal

Splice Connector

Optic Fiber

Repeater

Coupler

Electronic signal out

Amplifier

2.9.1 Karakteristik Serat Optik

Redaman serat optik adalah suatu ukuran yang menunjukkan seberapa jauh sinyal cahaya dapat ditransmisikan melalui serat optik.

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −

=

in out

P P L log

10

α ……..……...……… (2.12)

dimana :

Pin = daya optik masukan (watt)

Pout = daya optik keluaran (watt)

L = panjang serat optik (km) α = atenuasi serat optik (dB/Km)

Redaman intrinsik disebabkan dari material pembuat fiber yakni impuritas

(ketidakmurnian) bahan seperti OH,Fe,Cu dan Cr dalam bahan gelas selama proses pembuatan dipabrik. Untuk daerah infra merah, rumus empiris absorbsi (db/Km):

⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎝ ⎛ − =

λ

αIR 7.81x1011exp 48.5 …… ..………. ( 2.13 )

λ = panjang gelombang serat optik (µm)

αIR = redaman absorbsi (db/Km)

Numerical Aperture merupakan parameter serat yang mempresentasikan besar sudut penerimaan maksimum dimana berkas cahaya masih bisa diterima dan merambat didalam inti serat

Gambar 2.10 Numerical Aperture ( NA)

NA = sin θ_max = n₁2 −n₂2 =n₁ 2∆ ...( 2.14 )

dimana

n1 = indeks bias inti,

n2 = indeks bias selubung,

∆ = indeks bias relative

2.9.2 Jenis-Jenis Serat Optik

2.9.2.1 Serat Optik dari Plastik

Karakteristik dari serat optik jenis ini adalah mempunayi nilai redaman yang besar (100 s.d 200 dB/Km), terdapat dalam windows 500 s.d 700 nm, dapat dilewatkan dengan sumber cahaya LED karena diameter intinya yang cukup besar yakni 1mm, mempunyai NA yang besar yakni 0,5, nilai dispersinya biasanya 200 s.d 600 ns/km, bit rate tidak kurang dari 5 Mb/sKm dan indeks bias sensitive terhadap temperatur optik diatas 1000 C.

Serat optik ini sesuai digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan bitrate yang rendah dan jarak yang pendek.

2.9.2.2 Serat Optik dari Plastik (pada bagian intinya) Silika (pada bagian

Cladding)

Karakteristik yang dimiliki oleh serat optik dengan bahan pembuat plastik pada bagian intinya dan silika pada bagia claddingnya adalah mempunyai dua

windows yakni 800 nm dan 1310 nm, redamannya antara 4 s.d 10 dB/Km, dari jenis step index dan nilai dispersinya tinggi.

PERANCANGAN ALAT

Perangkat system komunikasi dalam tugas akhir ini digambarkan dalam bentuk

blok diagram sebagai berikut :

Driver LED dan LED

Media Transmisi

Detektor Cahaya Penguat Op Amp

Filter LPF 95 KHz

Demodulaor FM-PLL

LPF 15 KHz

Penguat Audio + Speaker Modulator

FM-PLL Filter LPF

15KHz Sinyal Audio

Tape Recorder

Penguat Op Amp

Gambar 3 1 Blok Diagram Rangkaian Keseluruhan

3.1 Sumber Informasi (Tape Recorder)

3.1.1 Spesifikasi Tape Recorder

a) Respon frekuensi : 125 – 6,3 KHz.

b) Output maksimum : 25 mW + 25 mW

(headphone 32 ohm)

c) Sumber Daya : - Baterai DC 3 V : (UM-3,AA) x 2

Sinyal informasi yang dihasilkan dari kaset tape recorder berupafrekuensi

audio yang mempunyai sifat sinusoidal dengan karakteristik bandwidth frekuensi

20 Hz sampai dengan 20.000 Hz ( ± 20 kHz ).

Keluaran sinyal informasi dari sumber adalah sebagai berikut :

Sinyal informasi pada f: 826,4 Hz dan Vpp : 631,2 mV

Sinyal informasi pada f : 490,2 Hz dan Vpp : 975,0 mV

3.1.2 Penguat Op Amp Tx

Penguat yang digunakan pada Proyek Akhir ini adalah jenis penguatan tak

membalik (non-inverting) agar tegangan masukannya mempunyai fasa yang sama

dengan tegangan yang dihasilkan.

Untuk penguat pada pemancar direncanakan mempunyai peguatan 6 kali

dengan redaman 15,7 dB. Persamaan dari penguat inverting (2.3) adalah

Ri Rf Vi

Vo

Av= =1+

mV Vo

2 , 631 6=

Vo = 3787,2 mV

dari rencana perancangan diatas dengan nilai Ri sebesar 10 kΩ maka

6 = 1+ ⎟

⎠ ⎞ ⎜

⎝ ⎛

10000

Rf

Rf = 5 Ri

Sehingga jika diambil harga nilai Rf = 10 kΩ maka besarnya nilai Ri =

2,134 kΩ, Ri digunakan R = 1 kΩ yang diseri dengan resistor 1,5 kΩ

Bagian penentuan V-offset

Voffset =

1 2

2

R R

R

+ × (-V)

Voffset = - 2,66 volt dan (-V) = 12 volt

2,66 volt=

1 2

2

R R

R

+ ×12 volt

1 2

2

R R

R

+ = 12

66 , 2

12 R2 – 2,66 R2 = 2,66 R1 9,34 R 2 = 2,66 R1

R2 = 3,5 R1

Jika diambil R2 = 10 kΩ

Maka R1= 2,84 kΩ

digunakan resistor Rpot = 5 kΩ dan diatur supaya didapat nilai R yang hampir

sama dengan yang diinginkan

Sehingga rangkaian penguat dari pengondisi sinyal atau microphone dan dari

photo transistor dapat dirancang dengan nilai-nilai komponen seperti diatas,

LM74 1 +

-10 k

2 k

100 k 10 uF

1 uF Vin dari

Microphone

Vout ke LPF 15 KHz

Gambar 3.2 Penguat Op Amp Tx

Dipasangnya Ci pada rangkaian penguat op amp diatas adalah untuk

menahan setiap sinyal DC yang datang dari tahapan sebelumnya yang turut

diperkuat serta untuk membantu menahan setiap derau frekuensi rendah yang

turut masuk.

3.1 Filter LPF 15 KHz Tx – Rx dan LPF 95 KHz Rx

3.2.1 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima

Dalam Tugas Akhir ini dipilih filter aktif karena selain untuk mem-filter

frekuensi yang diinginkan juga sekaligus melakukan penguatan serta frekuensi

kerja dari alat yang direalisasikan lebih sesuai bila menggunakan filter aktif yakni

di bawah 1 MHz.

Sinyal keluaran dari sumber informasi (sinyal audio) akan di filter oleh

rangkaian low pass filter (LPF) 15 KHz

Spesifikasi LPF 15 KHz :

a. LPF aktif jenis butterworth

b. Frekuensi cut off = 15 KHz

c. Frekuensi stop band = 45 KHz

e. Redaman minimum = 60 db pada frekuensi stop band

Rangkaian ini dirancang dengan frekuensi cut-off = 15 kHz sehingga dapat

ditentukan nilai dari R1 = R2 dan C3 = C4 adalah:

fC =

RC

π 2

1

Diambil nilai C= 0,01 µf

R =

) 10 01 , 0 ( ) 15000 ( 2

1

6

− × ×

× π

R = 10.6 kΩ digunakan resistor ,10 kΩ

Berdasarkan tabel (2.3) faktor redaman (α) dapat ditentukan besarnya nilai untuk RA dan RB dalah :

Untuk bagian pertama

α = 1,932

A B

R R

= 2 −α

A B

R R

= 0,068

diambil nilai RA = 100 kΩ maka RB = 6,8 kΩ

Untuk bagian kedua

α = 1,414

A B

R R

= 0,586

Untuk bagian ketiga

α = 0,518

A B

R R

= 1,482

Diambil nilai RA = 15 kΩ maka RB = 22 kΩ

Sehingga didapatkan hasil perancangan untuk low pass filter orde ke-6

seperti ditunjukkan dalam gambar 3.3

2K6

+

-U3

LM741 3

2

6

7 1

4 5

+

- _LM741

3

2

6

7 1

4 5

27K

100K 6.8K

22K

47K

15K

+

-U1

LM741 3

2

6

7 1

4 5

10nF

10nF

10nF

10nF

10nF

10nF

2K6 2K6

2K6 2K6

2K6

VOUT ( 6 KH

10 kΩ 10 kΩ

VIN 10 kΩ 10 kΩ

10 kΩ _{10 k}Ω

z )

15 kHz

Gambar 3.3 Rancangan LPF fC = 15 kHz Orde ke-6 Tipe Butterworth

3.2.2 Filter LPF 95 KHz Penerima

Spesifikasi LPF 95KHz :

b. Frekuensi cut off = 95 KHz

c. Frekuensi stop band = 300 KHz

d. Redaman maksimum = 3 dB pada frekuensi cut off

e. Redaman minimum = 60 dB pada frekuensi stop band

Setelah dilakukan perhitungan dengan spesifikasi filter LPF 95 KHz

diatas, maka diperoleh :

Rangkaian ini dirancang dengan frekuensi cut-off = 95Hz sehingga dapat

ditentukan nilai dari R1 = R2 dan C3 = C4 adalah:

fC =

RC

π 2

1

Diambil nilai C= 144pf

R =

) 10 144 ( ) 95000 ( 2

1

9

− × × ×

π

R = 11.7 kΩ digunakan resistor ,12 kΩ

Berdasarkan tabel (2.3) faktor redaman (α) dapat ditentukan besarnya nilai untuk RA dan RB dalah :

Untuk bagian pertama

α = 1,932

A B

R R

= 2 −α

A B

R R

= 0,068

Untuk bagian kedua

α = 1,414

A B

R R

= 0,586

Diambil nilai RA = 47 kΩ maka RB = 27 kΩ

Untuk bagian ketiga

α = 0,518

A B

R R

= 1,482

Diambil nilai RA = 15 kΩ maka RB = 22 kΩ

Sehingga didapatkan hasil perancangan untuk low pass filter orde ke-6

seperti ditunjukkan dalam gambar 3.4

2K6 + -U3 LM741 3 2 6 7 1 4 5 + - _LM741 3 2 6 7 1 4 5 27K 100K 6.8K 22K 47K 15K + -U1 LM741 3 2 6 7 1 4 5 10nF 10nF 10nF 10nF 10nF 10nF 144pF 2K6 2K6 2K6 2K6 2K6

VOUT ( 6 KHz ) VIN

144pF 12 kΩ 12 kΩ

12 kΩ _{12 kΩ} 144pF

144pF

144pF

12 kΩ 12 kΩ

95 KHz

144pF

3.2 Modulator dan Demodulator FM-PLL

3.3.1 Modulator

Cara kerja modulator PLL adalah frekuensi output dari VCO akan dibagi

oleh N dan di feed back ke phase comparator PLL yang kemudian akan

dibandingkan dengan frekuensi dari crystal referensi (fo). Phase comparator akan

menghasilkan tegangan koreksi sesuai dengan perbedaan antara kedua frekuensi.

Tegangan koreksi ini akan ditambahkan ke sinyal pemodulasi masukan dan

diteruskan ke masukan VCO. Tegangan koreksi ini akan mengubah frekuensi

VCO ke harga yang sesuai. LPF berguna untuk menghindari frekuensi output

VCO berubah-ubah tegangan, feed back ke VCO dan menggagalkan proses

modulasi. Selain itu, LPF juga berguna untuk menjaga proses looping tidak di

lock pada frekuensi sisi.

3.2.1.1Rangkaian Penjumlah

Rangkaian penjumlah adalah rangkaian yang akan menggabungkan

tegangan sinyal pemodulasi dengan tegangan keluaran LPF loop baru kemudian

masuk ke VCO sehingga terjadilah pross modulasi frekuensi. Penguat penjumlah

dalam sistem ini digunakan untuk menggabungkan beberapa sinyal masukan

menjadi satu sinyal keluaran, penguat penjumlah dirancang dengan menggunakan

op-amp IC 741. Dalam sistem ini digunakan penguat penjumlah secara langsung.

Sinyal keluaran ac dari VCO pin 9 dan keluaran dari LPF 15 Khz digabungkan

sehingga dihasilkan satu sinyal keluaran sebelum dipancarkan oleh pemancar FM.

Jika diketahui sinyal masukan :

Vi1 =A1sin(ω1t)

Maka

Vo =A1sin(ω1t)+A2sin(ω2t)………..(3.6) Untuk A1=A2 sehingga

Vo = A(sin(ω1t) +sin(ω2t))….………….(3.7) Berdasarkan Persamaan (2.32) maka dapat ditentukan besarnya RB dan R1

dan R2 agar level tegangan pada keluaran penguat penjumlah masih dapat

ditransmisikan oleh pemancar FM.

Diketahui dari lembar data sheet IC MC14046B besarnya frekuensi VCOout jika

VCOin =

2 1

VDD

Dimana VDD = 5 Volt jadi diambil VCOout = 2,5 Volt

Dengan Vi1adalah Vout VCO = 2,5 sin(ω1t)

Dan Vi2 adalah Vout dari LPF 15 Khz = 2,5 sin(ω2t)

Diambil harga R1 = R2

sehingga untuk R1 = 10 kΩ maka RB = 10 kΩ.

Maka hasil penjumlahannya adalah

Vout = − ⎟

⎠ ⎞ ⎜

⎝

⎛ ₊

) 5 , 2 ( 10 10 ) 5 , 2 ( 10 10

k k k

k

Vout = −( 2,5 (sin(ω1t) +sin(ω2t)) ) Volt

Besarnya nilai Kapasistor – kapasitor dari penguat penjumlah AC dapat ditentukan

dengan persamaan :

R =

C fc×

× π 2

1

R = ) 10 1 , 0 ( ) 10 15 ( ) 2 ( 1 6

3 × × −

× ×

π

R = 265,40 Ω

digunakan Rpot = 10 kΩ dan diatur pada nilai R = 265,40 Ω

Untuk dengan frekuensi = 95 kHz

R =

) 10 1 , 0 ( ) 95000 ( ) 2 ( 1 6 − × × × π

R = 227,47 Ω

Digunakan Rpot = 10 kΩ dan diatur pada nilai resistor 227,47 Ω

Sehingga rancangan rangkaian penguat penjumlah tersebut dapat ditunjukkan

pada gambar 3.5.

-+ LM741 3 2 6 7 1 4 5 10K 10K 10K VCC -12V VCC +12V 0,1 uF 0,1 uF VIN 1 VIN 2

Gambar 3 5 Rancangan Penguat Penjumlah

3.2.1.2Rangkaian Osilator Referensi

Untuk menghasilkan frekuensi referensi sebesar 10 KHz yang stabil,

digunakan osilator crystal. Untuk realisasinya dalam proyek akhir ini

menggunakan IC TC5082. Rangkaian dasarnya ditunjukkan pada gambar 3.6

1 2 3 4 5 6 7 8 9

100 nF

60 pF 33 pF

10 uF X-Tal

VCC

K

eP

has

a

C

om

pa

ra

to

r

Gambar 3.6 Rancangan osilator referensi dan pembagi frekuensi

Selain sebagai osilator referensi, IC TC5082 ini juga berfungsi sebagai pembagi

frekuensi.

3.3.2 Demodulator

Prinsip kerja demodulator FM-PLL adalah dengan menghubungkan

keluaran detektor fasa yang memiliki fungsi untuk mengubah perbedaan fasa

sinyal termodulasi FM dan keluaran VCO menjadi tegangan ke LPF loop,

kemudian menghubungkan keluaran LPF loop ke masukan VCO, akan terbentuk

sebuah PLL yang mampu mengunci sinyal masukannya, jika dibuat agar daerah

kuncian dari PLL cukup lebar sehingga mampu untuk mengikuti perubahan

frekuensi sinyal masukan tanpa proses yang menggelincir, maka sebuah PLL

3.3.2.1Detektor fasa

Detektor fasa adalah subsistem PLL yang berfungsi untuk mendeteksi

adanya perbedaan fasa antara simyal masukan demodulator dengan sinyal umpan

balik VCO.

Demodulator menggunakan IC MC 14046 B yang mempunyai dua buah detektor

fasa. Pada tugas akhir ini akan menggunakan detektor fasa jenis edge triggered

karena detektor fasa ini tidak tergantung pada duty cycle sinyal yang masuk pada

detektor fasa.

Perhitungan nilai Kd pada detektor fasa berdasarkan rumus pendekatan dari

pabrik IC MC 14046 B.

θe = θmax - θmin = π

Kd =

e V V

θ

min max−

=

π 0 12−

= 3,82 V/rad/det

3.3.2.2Voltage Controlled Oscillator (VCO) Modulator dan Demodulator

Jangkauan VCO ditentukan oleh banyaknya kapasitor C dan R1, R2.

Dalam perancangan tugas akhir ini ditentukan fmin= 10 Khz, fmax= 100 KHz serta C = , maka didapat :

) 32 (

1

min

pF C

Rb f

+

= ; maka Rb = 96,899 KΩ

min max

) 32 (

1

f pF C

Ra

f +

+

= ; maka Ra = 10,766 KΩ

Nilai perhitungan diatas adalah nilai pendekatan yang tertera pada data

Nilai sensitivitas VCO :

2 . . 2

− ∆ =

Vcc f

Kv π VCO = 56,52 Krad/det/V

MC14046B

GND

8

DEMOD OUT

10

VDD

16

C1A

6

C1B

7

R1

11

R2

12

ZENER

15

PHCOMP I OUT

2

PHCOMP II OUT

13

PHPULSE

1

VCOOUT

4

COMPIN

3

INH

5

SIGIN

14

VCOIN

9

1 M

10 K

VCC +5V

10 nF

VCO out ( 2kHz - 6kHz )

Vin ( 2,23 V - 3,42 V)

100 kΩ 1nF

15 Khz

10 kΩ

10 Khz-100Khz

Gambar 3.7 Rancangan VCO

3.3.2.3LPF Loop Modulator dan Demodulator

Langkah perancangan filter LPF loop adalah :

a. Menentukan lebar pita FM masukan demodulator

Dari spesifikasi modulator, ∆f = 30 KHz, fm = 15 KHz dan fr = 50 KHz.

Maka BWFM = 2 (∆f +fm )

= 90 KHz

b. Mencari daerah kuncian maksimum

∆ω\L =

2

FM

BW

= 282,6 Krad/det

c. Mencari frekuensi natural

Dengan faktor redaman 0,707 dan overshoot 20%

ωn =

ζ ω . 2 L ∆

= 201,86 Krad/det

d. Mencari nilai nilai resistor LPF loop jika ditentukan C = 1,5 nF

Dari perhitungan sebelumnya didapat :

Kv = 56,52 Krad/det/V

Kd = 3,82 V/rad/det

Maka :

Modulator :

R5 = C

Kv Kd n n / . . 5 ,

0 _⎭⎬

⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − ω ς

= 0,23 Ω

R4 = 5

. . 2 R C Kv Kd n − ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧

ω = 1,0.7 MΩ

Demodulator :

R5 = C

Kv Kd n n / . . 5 ,

0 _⎭⎬

⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − ω ς

= 2 K Ω

R6 = 5

. . 2 R C Kv Kd n − ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧

R 5 R 4

C 5

Input dari Phasa Comparator Output ke

Rangkaian Penj umlah

Gambar 3.8 Rangkaian LPF loop modulator dan demodulator

Dari perancangan per bagian dari rangkaian modulator tersebut diatas

dapat digambarkan rangkaian Modulator secara keseluruhan adalah sebagai

berikut :

1

7 6 5 4 3 2

8 9

111 12 13 14 15 16

10

M

C

14

0

4

6B

10 k 100 k 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10uF

10uF X-Tal

-+

-+

10 k

33pF

2,2nF 1,1nF

-+

C1

VCO out ke LED Driver

Dari LPF 15 KHz

10 k 10 k

10 k

10 k 140 10 k

56 k

100nF

2,2nF

3.4 Driver LED dan LED

LED yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah LED55C yang

mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

1. Arus forward (IF) = 100 mA

2. Tegangan reverse = 3 V

3. Disipasi daya (pada temperature 250 ) = 170 mW

4. Peak emission wavelength (λ ) = 940 nm (pada IF = 100 mA)

5. Sudut emission pada ½ daya = ±80 pada IF = 100 mA

LM74 1

BC549

6,8 K

Rl 120 Ohm 10mikro, 16

V

Vcc

Vcc Vcc

Vcc

-+

Cahaya yang dihasilkan dari LED digunakan sebagai pembawa informasi

menuju udara bebas sebagai media transmisi yang digunakan dalam tugas akhir

ini. Perubahan intensitas cahaya LED sangat tergantung dari perubahan arus DC

yang mengalir dalam LED, sehingga dibutuhkan rangkaian LED driver (rangkaian

pengendali LED).

Gambar 3 10 Rangkaian LED driver

Dengan melihat datasheet, VE = 1,5 Volt s.d 12 volt

IE min = 12,5 mA IE max = 100 mA

Dengan

R VE

IE= , maka diperoleh RL min = 120 Ohm dan RL max = 15 Ohm

dan P max = VE x R diperoleh P max = 1,2 watt ini berarti RL yang dibutuhkan

sebesar 120 Ohm, ≥ 1,2 watt.

3.5 Detektor Cahaya dan Penguat Rx

3.5.1 Photoransistor

Phototransistor yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah

phototransistor NPN L14G3 yang cocok digunakan sebagai detektor cahaya dari

sumber cahaya LED 55C.

Spesifikasi dari phototransistor jenis ini adalah :

1. Turn on time = 8 µs

2. Turn off time = 7 µs

3. Disipasi daya (pada temperature ambient 250 C) = 300 mW

RL

Vout ke Pre Amplifier Vcc

Ket ngan :

Pho ransistor L14G3 Rl 00 Ohm

era tot = 1

4. Sumber cahaya adalah LED GaAs yang mengemisikan cahaya pada

panjang gelombang = 940 nm.

Tegangan yang melintasi RL :

Nilai RL sebesar 100 Ohm

L E RL I R

V = .

dimana : IE = (1+h.f.e) IB

Dengan : h = konstanta plank (6,63.10-34 Js)

c = cepat rambat cahaya diudara (3.108 m/s) η = efisiensi kuantum

e = muatan electron (1,6.10-19 C)

100 . .

. . . ) . . 1 (

c h

p e e f h VRL

λ η

+

= ≈ 136,8 mVolt

Nilai VRL = 136,8 mVolt

Sinyal cahaya yang termodulasi FM diubah oleh phototransistor menjadi

arus listrik yang besarnya sebanding dengan daya optik yang diterima. Timbulnya

arus listrik menyebabkan adanya tegangan yang melintasi beban RL. Karena

tegangan yang melintasi beban besarnya dalam orde beberapa mVolt, maka

diperlukan penguat tegangan agar sinyal termodulasi FM yang diterima dapat

menggerakkan blok selanjutnya.

3.5.2 Penguat Op Amp pada Penerima

Penguatan yang direncanakan memiliki penguatan minimum 60 dB pada

LM741 +

-10 Kohm

10 M ohm

100Kohm 10 uF,25v

1uF,16v Vin dari

Phototransistor

Vout ke LPF 95 KHz

Gambar 3.12 Rangkaian penguat op amp Rx

3.6 Penguat Audio dan Speaker

3.6.1 IC TBA820M

IC TBA820M merupakan penguat audio yang cocok digunakan untuk

frekuensi rendah , yakni penguat audio kelas B. Selain