PERBANDINGAN UNJUK KERJA MIXER DIODA, BJT, FET DAN IC TUGAS AKHIR - Perbandingan unjuk kerja mixer dioda, BJT, FET dan IC - USD Repository

PERBANDINGAN UNJUK KERJA

MIXER

DIODA, BJT, FET DAN IC

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh: YULI TARSONO

NIM : 025114005

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

PERFORMANCE COMPARISON

OF DIODE, BJT, FET AND IC MIXER

FINAL PROJECT

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

In Electrical Engineering

By:

YULI TARSONO Student Number : 025114005

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2007

LEMBAR PERNYATAAN PERSETI.IJUAN

PUBLTI(ASI I(ARYA ILMIAH T'NTUK KEPENTINGAN AKADEMTS

Yang bertanda tangan di barvah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dhar:ma : Nama _{: .. Y.u.,./,.i. , . . Tqf:gS p. ... ... .. . .__}

N o m o r M a h a s i s w a : ....alf.\tq ods

?"Ti pengembangan ilmu pengetahuan, sya memberikan kepada perpustakaan universitas-S anata _{Dharma karya ilmiah sayayang berjudul :}

. . .pl-l::.1__?::#"i'5.

::\'1''r#..-10,:e**,

B

rr, Fqr

P"t"$ gerangkat yangdiperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan _{universitas sanata Dharma hak untuk minyimpaq me_} ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk p*gt"t"" a"ta mendistribtlsikan _{secara terbatas, dan mempublifasikannya di Internet atau media} lain.untuk kgqerrtinryn akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun mem-berikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkannama _{saya sebagai penulis.}

Demikian pernyataan _{ini yang sayabuat dengan sebenarnya} Dibuat di Yogyakara

Pada

tangga|

: .8.t ..f:.4.ry.r

:,... .z oo

I

Yang menyatakan

\ / i

zw

Halaman Motto

Kawan-kawan adalah perhiasan yang langka. Mereka membuatmu tertawa dan memberimu semangat. Mereka bersedia mendengarkan jika itu kau perlukan, mereka menunjang dan membuka hatimu.

Tunjukkanlah kepada teman-temanmu betapa kau menyukai mereka

"Keindahan persahabatan adalah bahwa kamu tahu kepada siapa kamu dapat mempercayakan rahasia" (Alessandro Manzoni).

Berilah kepada orang lebih dari yang mereka harapkan, dan lakukan secara bijaksana.

Bila kau tidak mendapatkan apa yang kau inginkan, mungkin saja itu keberuntunganmu

Jika kau ditanya sesuatu yang tak ingin kau jawab, senyumlah, dan tanya: "Mengapa kamu mau tahu?"

Totem Tantra ini datang dari bagian Utara India.

INTISARI

Dalam dunia telekomunikasi, mixer digunakan untuk mencampurkan sinyal

carrier dengan sinyal informasi sehingga menghasilkan suatu frekuensi madya

(intermediate frequency) yang disebut modulasi. Ada beberapa jenis mixer antara lain

mixer dioda, mixer BJT, dan mixer FET. Modulasi adalah suatu proses dimana parameter

gelombang pembawa (carrier signal) frekuensi tinggi diubah sesuai dengan salah satu

parameter sinyal informasi/pesan. Proses modulasi dilakukan pada bagian pemancar.

Tugas akhir ini akan membandingkan unjuk kerja dari beberapa jenis mixer tersebut.

Mixer memiliki dua masukan yaitu, sinyal pembawa (carrier signal) dan sinyal

infomasi. Sinyal pembawa (carrier signal) dari RF Generator. Sedangkan sinyal

informasi dari AFG. Kedua masukan ini diumpankan pada mixer yang kemudian disebut

proses modulasi. Keluaran mixer berupa sinyal termodulasi dengan frekuensi 50MHz.

Mixer yang dibuat bekerja pada frekuensi 50MHz. Masukan sinyal informasi pada

frekuensi 100kHz.

Kata kunci : mixer,modulasi, AM.

ABSTRACT

In the world of telecommunications, mixer used to mix the carrier signal by

information signal so that yield intermediate frequency called modulation. There are some

mixer type for example diode, BJT, and FET mixer. Modulation is a process where carrier

wave parameter (carrier signal) high frequency altered as according to one of parameter of

information signal. Modulation process conducted at transmitter shares. This final project

will compare the performance from the mixer type.

Mixer own two input that is, carrier signal and information signal. Carrier signal

yielded from RF Generator. While information signal yielded from AFG. Both of input is

baited at referred mixer as later called modulation process. Mixer output in the form of

modulation signal with the frequency 50MHz.

Mixer designed work at frequency 50MHz. Input of information signal at frequency

100kHz.

Keyword : mixer, modulation, AM.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang

telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir yang berjudul. “Perbandingan Unjuk Kerja Mixer _{Dioda, BJT, FET}

dan IC”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan

memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Bapak Damar Widjaja, ST., MT., selaku Pembimbing yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk

seluruh dosen-dosenku di Fakultas Teknik atas segala ilmunya yang

berguna.

2. Ayah dan Ibu di Jakarta, serta adek-adek ku yang selalu memberikan

dukungan. Segalanya…...

3. Untuk sahabat tercinta Siau Ling yang selalu menjadi inspirasiku untuk

melangkah maju.

4. Sahabat-sahabatku di Yogyakarta. Tjun Liong, Alex, Fosin, Apoh, Floren,

Feli, Fung Ci, Vita, Dani, Lia, dan Yosephine. Terima kasih atas segala

kebersamaan kita. Hari-hari yang kita lalui selalu penuh dengan canda

tawa. Tanpa kalian aku takkan mungkin betah tinggal di Jogja.

5. Untuk teman kos Aris, Ari, Jono, Lely, Igun, Dwi dan masi banyak lagi.

Terimakasih juga atas segala bantuan dan semangat yang diberikan.

6. Untuk Si Pak, Moi Ce, Popoh, Tai Q, Ngi Q, Se Q, Jiji, Hiung Ko. Terima

kasih atas segala bantuannya. Hidupku terasa tidak berarti tanpa bantuan

dan dukungan kalian semua.

7. Teman-teman seperjuangan di Teknik Elektro. Galuh, Nendi, Alex

Manalu, Adi, Pandu, Wuri, Spadic, Agung, Nangngo, Dhika, Surya,

Inggit, Joe, dan masih banyak lagi. Terima kasih atas segala pengorbanan

dan waktunya untuk membangun dinamika mahasiswa di Fakultas Teknik,

khususnya untuk Jurusan Teknik Elektro yang kita cintai.

Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari

Pembaca agar dalam proses penulisan di kemudian hari dapat semakin baik. Semoga

Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun bagi semua

pihak yang membacanya.

Yogyakarta, Oktober 2007

Penulis

DAFTAR

ISI

HAL

HALAMAN JUDUL ...i

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ...iii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ...iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...v

HALAMAN PERSEMBAHAN ...vi

INTISARI ...vii

ABSTRACT _...viii

KATA PENGANTAR ...ix

DAFTAR ISI ...xi

DAFTAR GAMBAR ...xiii

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1 Judul ...1

1.2 Latar Belakang ...1

1.3 Tujuan dan manfaat...2

1.4 Batasan Masalah ...2

1.5 Metodologi Penelitian ...3

1.6 Sistematika penulisan ...3

BAB II DASAR TEORI ...4

2.1 Pendahuluan ...4

2.2 Rangakain Tala Paralel ...5

2.3 Transformator Frekuensi Tinggi ...6

2.4 Mixer Dioda ...7

2.5 Mixer BJT ...8

2.6 Mixer FET ...9

2.7 Modulasi ...10

2.8 Parameter Mixer...13

BAB III RANCANGAN ...15

3.1 Merancang Mixer Dioda ...15

3.2 Merancang Mixer BJT ...18

3.3 Merancang Mixer FET ...22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...24

4.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan ...24

4.2 Hasil Pengujian Alat Keseluruhan ...26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...30

5.1 Kesimpulan ...30

5.2 Saran ...30

DAFTAR PUSTAKA...33

LAMPIRAN………..34

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Alat Nonlinear yang digunkan sebagai...4

Gambar 2.2 Rangkaian Tala Paralel...5

Gambar 2.3 Rangkaian ekivalen transformator frekuensi tinggi...6

Gambar 2.4 Mixer Dioda...8

Gambar 2.5 Mixer BJT...9

Gambar 2.6 Mixer FET...10

Gambar 2.7 Modulasi Amplitudo...11

Gambar 2.8 Tegangan keluaran Mixer ...13

Gambar 2.9 Spektrum Frekuensi...13

Gambar 3.1 Trafo IF AM...15

Gambar 3.2 Rangkaian LengkapMixer Dioda...17

Gambar 3.3 Gelombang AM keluaran Mixer Dioda...17

Gambar 3.4 Rangkaian prasikap pembagi tegangan...18

Gambar 3.5 RangkaianMixer BJT...21

Gambar 3.6 Gelombang AM keluaran Mixer BJT...21

Gambar 3.7 Rangkaian Mixer FET...23

Gambar 3.8 Gelombang AM keluaran Mixer FET...23

Gambar 4.1 MixerDioda...24

Gambar 4.2 Mixer BJT...25

Gambar 4.3 Mixer FET...26

Gambar 4.4 Pengujian Alat...27

Gambar 4.5 Sinyal Informasi...27

Gambar 4.6 Sinyal Osilator Lokal (carrier)...28

Gambar 4.7 Spektrum Frekuensi AM mixer...28

Gambar 4.8 Spektrum sinyal informasi...29

Gambar 4.9 Spektrum Sinyal Pembawa...30

Gambar 4.10 Saat catu mixer “off”………...31

BAB I

Pendahuluan

1.1. Judul

Perbandingan Unjuk Kerja Mixer Dioda, BJT, FET, dan IC.

1.2 Latar Belakang

Dalam dunia telekomunikasi, mixer digunakan untuk mencampurkan

sinyal carrier dengan sinyal informasi sehingga menghasilkan suatu frekuensi

madya (intermediate frequency). Ada beberapa jenis mixer antara lain mixer

dioda, mixer BJT, dan mixer FET. Setiap mixer mempunyai kemampuan kerja

masing-masing [1]. Tugas akhir ini akan membandingkan unjuk kerja dari

beberapa jenis mixer tersebut.

Kemampuan kerja mixer dapat dilihat dari kelebihan dan kekurangannya.

Mixer dioda mempunyai kekurangan pada konversi loss yang tinggi, sedangkan

keuntungan dari mixer dioda adalah sifatnya yang low-noise [1]. Mixer BJT

mempunyai perolehan konversi yang tinggi dan derau yang rendah, namun

menghasilkan distorsi intermodulasi orde ketiga yang lebih besar [2]. Satu

kelebihan yang penting dari mixer FET terhadap mixer BJT adalah distorsi

Penulis membuat sebuah penelitian tentang perbandingan unjuk kerja

mixer dioda, BJT, FET dan IC untuk mengkonfigurasikan teori diatas. Hasil

penelitian ini diharapkan dapat dijadikan salah satu rujukan untuk penelitian

teknik pencampuran (mixing) sinyal terutama dalam teknik modulasi

amplitudo.

1.3. Tujuan dan Manfaat

Skripsi ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari mixer yang telah

dirancang. Skripsi ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari mixer yang

telah dirancang. Selain itu, sebagai acuan materi bagi dosen dalam mengajar dan

bagi mahasiswa yang berminat mempelajari mixer.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Mixer yang dirancang adalah mixer dioda, BJT, FET dan IC

2. Frekuensi kerja f1=50 MHz dan f2=100 kHz

3. Jenis Dioda yang digunakan adalah 1N60

4. Jenis BJT yang digunakan adalah 2SC829

5. Jenis FET yang digunakan adalah 2N3819

6. Menggunakan IC MC 1596.

1.5. Metodologi Penelitian

Agar dapat melakukan perancangan alat dengan baik, maka penulis

membutuhkan masukan serta referensi yang didapatkan dengan metode :

1. Studi kepustakaan yang mencakup literatur-literatur, gambar-gambar dan

manual.

2. Mencari informasi dari berbagai media termasuk dari dunia maya

(internet).

3. Melakukan dialog secara langsung dengan pembimbing tugas akhir.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan proposal tugas akhir ini adalah:

Bab I. Pendahuluan

Bab ini menguraikan latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat,

batasan masalah yang diteliti serta sistematika penulisan proposal.

Bab II. Landasan Teori

Bab ini berisi dasar teori yang digunakan oleh penulis dalam melakukan

penelitian.

Bab III. Perancangan Alat

Bab ini membahas perancangan alat dan menjelaskan sistem kerja

masing-masing mixer.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pendahuluan

Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi lain [1].

Ada sejumlah alasan mengapa pengubahan frekuensi itu diperlukan. Salah satu alasan itu

adalah agar sinyal informasi dapat dikirim ke tempat lain dengan ditumpangkan pada

sinyal pembawa. Mixer juga dapat dipergunakan untuk mengubah sinyal frekuensi radio

ke suatu nilai madya (intermediate frequency atau IF) dan memerlukan masukan dari

sebuah osilator lokal untuk melakukannya. Dalam rangkaian mixer, dua sinyal sinusoidal

dikalikan bersama dan hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yang dijumlahkan dan

dikurangkan.

v₁(t)

) (

v ti Alat io( t)

nonlinear

Gambar 2.1. Alat nonlinear yang digunakan sebagai mixer [2].

Gambar 2.1 menunjukkan suatu pencampur sederhana yang terdiri dari alat-alat

tidak linear dengan dua sinyal masukan yaitu dan [2]. Frekuensi sinyal

informasi dan sinyal pembawa (carrier) berturut-turut f ) (

1 t

v v₂(t)

1 dan f2. Jika alat tersebut linear

sempurna, maka tegangan keluar atau arus keluar hanya frekuensi f1dan f2 saja. Sifat alat

harmonik-harmoniknya. Hubungan masukan-keluaran dalam domain waktu dinyatakan

dengan deret Taylor [2]

[

( )

]

[

( )

]

... )

( )

(t =I +av t +bv t 2 +cv t 3+

io o i i i (2.1)

dengan Io adalah arus keluaran tetap dan menggambarkan jumlah pengaruh semua

sinyal masuk.

) (t vi

2.2. Rangkaian Tala Paralel

Rangkaian tala paralel ditunjukkan dalam Gambar 2.2. Induktor mempunyai

induktansi L dan resistansi r. Kapasitor mempunyai kapasitansi C dan resistansi dapat

diabaikan [1].

Gambar 2.2.Rangkaian tala paralel [1].

Impedansi kapasitif dinyatakan dengan ZC dan impedansi induktif dinyatakan

dengan ZL. Persamaan impedansi dari Gambar 2.2. adalah

C L

C L P

Z Z

Z Z Z

+

dengan ZC =

C jω

1

dan ZL =r + jωL ≅ jωL.

Resonansi paralel terjadi saat kondisi arus dan tegangan tidak mempunyai

perbedaan fase [5]. Persamaan frekuensi resonansi dapat dinyatakan dengan

persamaan

LC f

π

2 1

0 = (2.3)

2.3. Transformator Frekuensi Tinggi

Penggandengan induktif timbal balik merupakan dasar dari transformator

frekuensi tinggi [1]. Rangkaian ekivalen transformator frekuensi tinggi ditunjukkan

Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Rangkaian ekivalen transformator frekuensi tinggi

Induktansi timbal balik antar Lp dan Lsdapat dinyatakan dengan

s pL

L k

M = (2.4)

2.4. Mixer _Dioda

Rangkaian mixer dioda ditunjukkan pada Gambar 2.4. Rangkaian ini

digunakan sebagai modulator dan demodulator [2]. Mixer dioda mempunyai

kerugian, yaitu rugi-rugi konversi yang tinggi [1]. Penguatan konversi sebuah mixer

adalah perbandingan daya keluaran pada IF terhadap daya masuk, dan rugi-rugi

konversi adalah hal yang sebaliknya.

Dengan mengasumsikan bahwa impedansi rangkaian keluaran dapat diabaikan

pada frekuensi masukan, maka tegangan yang melewati dioda dapat dinyatakan

dengan

sig osc bias

d V v v

v ≅ + + (2.5)

Dengan anggapan bahwa kurva karakteristik dioda dapat diperluas dalam

persamaan seri Taylor dan hanya sampai suku kedua yang perlu diperhitungkan,

maka arus dioda dapat dinyatakan dengan

2

d d

d av bv

i ≅ + (2.6)

Perluasan suku kuadrat pada persamaan (2.6) menunjukkan bahwa suku ini

mengandung suku perkalian dan substitusi dari persamaan (2.1) memberikan nilai

puncak arus IF yang dapat dinyatakan dengan

sig osc IF bV V

I ≅ (2.7)

Jika diasumsi bahwa, impedansi transfer rangkaian keluaran diketahui, maka

tegangan masukan puncak dapat dinyatakan dengan

T sig osc IF bV V Z

Gambar 2.4.Mixer Dioda [1].

2.5. Mixer BJT

Salah satu aplikasi mixer yang paling umum adalah pada penerima radio [6].

Mixer digunakan untuk menggeser sinyal yang datang agar frekuensinya lebih rendah

sehingga lebih mudah memperoleh penguatan yang tinggi dan kemampuan pemilihan

yang dibutuhkan. Biasanya mixer ini disusun dari sebuah transistor tunggal yang

diberi prasikap pada jangkauan nonlinear sehingga menghasilkan perkalian dua sinyal

analog. Keuntungan utama mixer transistor dibanding mixer dioda adalah

penguatannya. Contoh rangkaian mixer transistor adalah seperti ditunjukkan pada

Gambar 2.5.

Transistor bipolar biasanya diberi prasikap seperti sebuah penguat linear, tetapi

prasikap diatur sehingga arus kolektor tidak berubah secara linear terhadap perubahan

arus basis. Penguat bekerja pada kelas AB. Kedua masukan diumpankan ke basis

transistor. Hasilnya adalah perkalian dua sinyal analog yang menghasilkan frekuensi

jumlah dan frekuensi selisih. Pada keluaran, rangkaian tala digunakan untuk memilih

(

)

t VIFsinωo −ωs

t Vssinωs

t V_osinω_o

Gambar 2.5. Mixer BJT [6].

2.6. Mixer FET

Hasil yang lebih baik dapat diperoleh dengan cara mengganti transistor

bipolar dengan transistor efek medan (FET), seperti pada Gambar 2.6. [6]. Seperti

pada transistor bipolar, FET juga diberi prasikap sedemikian rupa sehingga bekerja

secara nonlinear. Sinyal masukan diumpankan ke gate, sementara sinyal dari osilator

lokal digandengkan ke source. Drain menggunakan rangkaian tala untuk memilih

selisih frekuensi.

Field Effect Transistor (FET) digunakan dalam proses pencampuran

(mixing) frekuensi tinggi [2]. Transistor FET menghasilkan keluaran distorsi

intermodulasi maupun distorsi modulasi silang lebih kecil. Kapasitansi umpan balik

Gambar 2.6. Mixer FET [6].

2.7. Modulasi Amplitudo

Modulasi artinya meregulasi atau mengatur parameter suatu gelombang

carrier frekuensi tinggi dengan sinyal informasi frekuensi yang lebih rendah. Dalam

modulasi amplitudo, suatu tegangan yang sebanding dengan sinyal modulasi

ditambahkan kepada amplitudo pembawa [1]. Sinyal pemodulasi dapat

direpresentasikan dengan

e_m =E_m,maxsinω_mt (2.9)

dengan ωm =2πfm dan fmadalah frekuensi pemodulasi.

Bila suatu gelombang pembawa dimodulasi amplitudo, maka amplitudo

tegangan pembawa dibuat berubah sebanding dengan tegangan yang memodulasi,

sehingga:

(

E e

)

t

dengan e adalah tegangan sesaat sinyal yang dimodulasi, Ec,max adalah tegangan

puncak pembawa tanpa modulasi dan em adalah tegangan pemodulasi sesaat

(instantaneous).

Gambar 2.7. memperlihatkan perubahan sinyal yang dimodulasi terhadap

waktu, dengan memisalkan sinyal pembawa maupun sinyal modulasi adalah

terbentuk sinusoida. Puncak-puncak dari siklus pembawa dapat dihubungkan

sehingga membentuk sebuah gelombang selubung (envelope wave) yang diberikan

m c

env E e

e = _,max + (2.11)

Gambar 2.7. Modulasi Amplitudo [3].

Dengan mensubstitusikan em dari persamaan (2.9) ke persamaan (2.10) dan eenv

dari persamaan (2.12) ke persamaan (2.11), maka tegangan sinyal-sinyal yang

dimodulasi menjadi

t e

e= envsinωc (2.12)

suatu ukuran modulasi adalah indek modulasi yang didifinisikan sebagai

max ,

max ,

c m

E

E

m

=

_(2.13)

Persen modulasi digunakan untuk menggambarkan jumlah modulasi yang telah

terjadi. Persen modulasi dapat dinyatakan dengan

Persen modulasi =m.100% (2.14)

dengan m adalah indeks modulasi. Sebuah gelombang termodulasi mempunyai

bentuk seperti Gambar 2.8. Tegangan puncak ke puncak maksimum adalah 2 Vmax

dan tegangan puncak ke puncak minimum adalah 2Vmin. Persamaan untuk

menghitung m dapat dinyatakan dengan

min max

min max

2 2

2 2

V V

V V

m

+ −

= (2.15)

Gambar 2.8. Tegangan keluaran mixer [4].

2.8 Parameter Mixer

Untuk mengetahui kinerja sebuah mixer dapat diketahui dari spektrum

frekuensi yang dihasilkan. Spektrum frekuensi memperlihatkan frekuensi jumlah

dan selisih. Untuk melihat spektrum frekuensi menggunakan Spectrum Analyzer.

Pada perancangan mixer

C

E m

2 C

E m

2

S C f

f −

C

f f_C + f_S

Gambar 2.9 Spektrum Frekuensi

Parameter yang kedua adalah persen modulasi (% m). Persen modulasi

digunakan untuk mengetahui jumlah modulasi yang telah terjadi. Untuk

menghitung persen modulasi dapat menggunakan Rumus 2.12. Keluaran mixer akan

mempunyai bentuk gelombang seperti terlihat pada Gambar 2.8. Untuk melihat

BAB III

PERANCANGAN

Langkah-langkah perancangan mixer adalah sebagai berikut;

3.1 Merancang Mixer Dioda

Trafo yang digunakan dalam rangkaian tala adalah trafo IF. Nilai induktansi

diukur menggunakan LCR meter. Hasil dari pengukuran adalah sebagai berikut.

Gambar 3.1 Trafo IF AM

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Induktansi

Pin Induktansi

A-B 17,5 μH

C-E 0,3 mH

C-D 0,29 mH

D-E 14,2 μH

Frekuensi resonansi (f0) yang dikehendaki rangkaian mixer pada Gambar 2.4

adalah sebesar 100kHz dan 50MHz. Frekuensi resonansi 100kHz untuk rangkaian

tala masukan sinyal (X1), frekuensi 50MHz untuk rangkaian tala masukan LO (X2)

dan 49,9MHz untuk rangkaian tala keluaran (X3). Dengan demikian, dengan

menggunakan rumus (2.7) untuk menghitung nilai induktansi trafo IF dan rumus

Induktansi timbal balik trafo IF

M =k L₁L₂

H μ 764 , 15 10 . 764 , 15 10 . 5 , 248 10 . 2 , 14 . 10 . 5 , 17 1 6 12 6 6 = = = = − − − −

Nilai C untuk rangkaian tala (X1)

(

)

2 6

2 10 . 764 , 15 100 4 1 − = kHz C π

=160,684nF

Nilai C untuk rangkaian tala (X2)

6 2 2 10 . 764 , 15 ) 50 ( 4 1 − = MHz C π

=0,643pF

Nilai C untuk rangkaian tala (X3)

6 2 2 10 . 764 , 15 ) 9 , 49 ( 4 1 − = MHz C π

=0,645pF

Simulasi dari rangkaian mixer Dioda menggunakan software Micro-Cap 8.0

dengan hasil simulasi tampak pada gambar 3.3. Seluruh komponen sistem yang

sudah dirancang dirangkaikan menjadi sebuah rangkaian mixer Dioda dengan

gambar rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar 3.1. Tegangan sumber DC yang

digunakan sebesar 1 V.

Gambar 3.2. Rangkaian Lengkap Mixer Dioda

Gambar 3.3. Gelombang AM keluaran Mixer Dioda

3.2 Merancang Mixer BJT

Frekuensi resonansi (f0) yang dikehendaki pada rangkaian tala keluaran

mixer pada Gambar 2.5 adalah sebesar 49,9MHz. Dengan demikian, rumus (2.3)

untuk menghitung nilai C. Rangkaian tala mengunakan induktor (L) dan kapasitor

(C). Nilai L yang digunakan adalah 1 μH.

Nilai C untuk rangkaian tala

6 2

2

10 . 5 , 1 ) 50 ( 4

1

−

=

MHz C

π

=6,7pF

Transistor diberi prasikap pada jangkauan nonlinear sehingga menghasilkan

perkalian dua sinyal analog. Transistor yang digunakan adalah transistor 2SC829

dengan alasan bahwa transistor tersebut dapat bekerja pada daerah frekuensi tinggi

dan memiliki IC max sebesar 30 mA (data sheet). Transistor yang yang digunakan

memiliki hFE sebesar 100 (sesuai pengukuran). Dengan nilai hFE sebesar itu, agar

transistor aman maka perlu diberikan RE dan ICQ diatur sedemikian rupa agar

berada jauh di bawah nilai IC max. Perancangan prasikap transistor ditunjukkan

dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Rangkaian prasikap pembagi tegangan

Vcc =12 V

ICQ = 6 mA

β = 100

a. Menghitung nilai IB

B

C I

I =β.

β C B I I = A

IB 60μ

100 10 . 6 3 = = −

b. Menghitung nilai RE

VCE = ½ Vcc (titik kerja transistor)

VCE = ½ . 12 V

VCE = 6 V

Dengan nilai VCE tersebut di atas transistor akan bekerja pada titik kerja

maksimum. Maka,

E C

CE V V

V = −

E E C C CC

CE V I R I R

V = − −

E C C CE CC E I R I V V

R = − −

c. Menghitung nilai RTH E E BE B B

CC I R V I R

V = + +

B E E BE CC TH I R I V V

R = − −

6 3 10 . 60 900 ) 10 . 6 ( 7 , 0 12 − − − − = TH R Ω ≈ Ω = k

R_TH 98333,333 98

d. Menghitung nilai R2

RTH = R1//R2

tentukan R2 = 300k

TH TH R R R R R − = 1 1 2 . k k k k 98 300 300 . 98 − = Ω =145544,55

Ω ≈145,5k

Simulasi dari rangkaian mixer BJT menggunakan software Micro-Cap 8.0

dengan hasil simulasi tampak pada gambar 3.6. Seluruh komponen sistem yang

sudah dirancang dirangkaikan menjadi sebuah rangkaian mixer BJT dengan gambar

rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar 3.5. Tegangan sumber DC yang

digunakan sebesar 12 V.

Gambar 3.5. Rangkaian Mixer BJT

Gambar 3.6. Gelombang AM keluaran Mixer BJT

3.3 Merancang Mixer FET

Frekuensi resonansi (f0) yang dikehendaki pada rangkaian mixer pada

Gambar 2.6 adalah sebesar 100kHz dan 49,9MHz. Frekuensi resonansi 100kHz

untuk rangkaian tala masukan sinyal, frekuensi 50MHz untuk rangkaian tala

masukan LO. Dengan demikian, rumus (2.3) untuk menghitung nilai C.

Nilai C untuk rangkaian tala masukan sinyal

(

)

2 6

2 10 . 764 , 15 100 4 1 − = kHz C π

=160,684nF

Nilai C untuk rangkaian tala keluaran

6 2 2 10 . 764 , 15 ) 9 , 49 ( 4 1 − = MHz C π

=0,645pF

Rangkaian mixer FET, seperti pada transistor bipolar, FET juga diberi

prasikap sedemikian rupa sehingga bekerja secara nonlinear [6]. Sinyal masukan

diumpankan ke gate, sementara isyarat dari osilator lokal digandengkan ke source.

Sedangkan pada drain digunakan untai tala untuk memilih selisih frekuensi.

Simulasi dari rangkaian mixer FET menggunakan software Micro-Cap 8.0

dengan hasil simulasi tampak pada gambar 3.8. Seluruh komponen sistem yang

sudah dirancang dirangkaikan menjadi sebuah rangkaian mixer FET dengan gambar

rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar 3.7. Tegangan sumber DC yang

digunakan sebesar 12 V.

Gambar 3.7. Rangkaian Mixer FET

Gambar 3.8. Gelombang AM keluaran Mixer FET

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Perangkat Keras Hasil Perancangan

Perangkat keras hasil perancangan terdiri dari tiga bagian alat, yaitu blok

mixer dioda, mixer BJT, mixer FET. Gambar berikut menampilkan foto dari alat

yang telah dibuat. Gambar 4.1. menampilkan foto Mixer Dioda.

Gambar 4.1 Mixer Dioda

Ket Gambar 4.1 :

2 3

1

5

4

1. Masukan sinyal carrier

2. Masukan sinyal informasi

4. Catu

5. Gnd (Ground)

Gambar 4.2. menampilkan foto Mixer BJT.

Gambar 4.2 Mixer BJT

Ket Gambar 4.2 :

2 ₄

1

5 3

1. Masukan sinyal informasi

2. Masukan sinyal carrier

3. VCC

4. Keluaran sinyal

5. Gnd (Ground)

Gambar 4.3. menampilkan foto Mixer FET

Gambar 4.3 Mixer FET

3 1

5 ₂

4

1. Masukan sinyal informasi

2. Masukan sinyal carrier

3. Keluaran sinyal

4. VDD

5. Gnd (Ground)

4.2

Hasil Pengujian Alat

Pengujian alat dengan memberi masukan sinyal pembawa (carrier) dan

sinyal informasi seperti Gambar 4.4. Sinyal pembawa (carrier) dengan frekuensi

50MHz dan sinyal informasi dengan frekuensi 100kHz. Spektrum frekuensi seperti

pada Gambar 4.5.

Gambar 4.4 Pengujian Alat

Sinyal informasi 100kHz seperti Gambar 4.6 dan sinyal osilator lokal

(carrier) seperti Gambar 4.7. Sinyal informasi dari AFG diperoleh sinyal sinus yang

halus atau tidak cacat, sedangkan sinyal carrier dari RF Generator tidak sinus murni

atau cacat.

Gambar 4.5 Sinyal Informasi Sinyal

Informasi

Keluaran sinyal

MIXER

Sinyal carrier

Gambar 4.6 Sinyal Osilator Lokal (carrier)

Gambar 4.7 Spektrum frekuensi AM mixer

Gambar 4.8 adalah spektrum frekuensi sinyal termodulasi keluaran mixer BJT.

Dari Gambar 4.8 terlihat bahwa proses modulasi antara sinyal informasi dan carrier

berhasil seperti yang diharapkan. Frekuensi resonansi berada pada 50 MHz seperti dalam

gambar yang ditunjuk dengan anak panah.

Gambar 4.8Spektrum sinyal informasi

Gambar 4.8 memperlihatkan keadaan saat sinyal pembawa (carrier) dari RF

Generator “off”. Sehingga yang terlihat hanya spektrum dari sinyal informasi saja. Jika

dibandingkan dengan Gambar 4.7 maka amplitudo sinyal jauh lebih kecil.

Gambar 4.9Spektrum Sinyal Pembawa

Gambar 4.9 memperlihatkan keadaan saat sinyal informasi dari AFG “off”.

Sehingga yang terlihat hanya spektrum dari sinyal pembawa (carrier) saja. Jika

dibandingkan dengan Gambar 4.7 maka frekuensi lebih sempit dan mempunyai

amplitudo yang sama.

Gambar 4.10 Saat catu mixer “off”

Gambar 4.10 memperlihatkan keadaan saat catu mixer “off”. Sehingga tidak

terlihat spektrum dari sinyal pembawa (carrier) maupun spektrum dari sinyal informasi.

Hal ini menunjukkan mixer bekerja sesuai dengan harapan. Pada saat catu “off” dan “on”

terjadi perubahan yang menunjukkan mixer bekerja.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan analisa dan pembahasan berdasarkan hasil

perhitungan dan hasil simulasi, maka ada beberapa hal yang dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Mixer Dioda dan FET yang telah dibuat bekerja kurang sempurna dan tidak

sesuai dengan perancangan. Mixer BJT dapat bekerja seperti yang diharapkan

meskipun sinyal masukan dari RF Generator terdapat cacat.

2. Proses modulasi akan menghasilkan gelombang AM dengan frekuensi

50 MHz.

3. Untuk melihat keberhasilan dalam proses modulasi yaitu menghasilkan

frekuensi jumlah dan selisih.

5.2 Saran

1. Pemancar AM yang baik mutlak diperlukan dalam penelitian seperti ini.

2. Perancangan rangkaian mixer dapat dikembangkan lebih lanjut yang sangat

berguna dalam suatu sistem komunikasi.

Daftar Pustaka

1. Roddy. Dennis dan Coolen. John, Komunikasi Elektronik, PT Prenhallindo, Jakarta, 2001.

2. Krauss. Herbert L, Bostian. Charles W dan Raab. Frederick H., Teknik Radio Benda Padat, Universitas Indonesia (UI-Press), 1990.

3. http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=2 diakses bulan Juli 2007.

4. Malvino. Albert Paul, Prinsip-prinsip Elektronika, Edisi kedua, Erlangga, 1986. 5. D. Lenk. John, Optimizing Wireless / RF Circuits, Mc Graw-Hill.

6. Widyanto. Nanang Dani, Pembuatan Penaik Frekuensi Pembawa Isyarat

Termodulasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta 2005.

LAMPIRAN II

©2002 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. A1, December 2002

2N38

19

Epitaxial Silicon Transistor

Absolute Maximum Ratings* T_C=25°C unless otherwise noted

* This ratings are limiting values above which the serviceability of any semiconductor device may be impaired.

NOTES:

1) These rating are based on a maximum junction temperature of 150 degrees C.

2) These are steady limits. The factory should be consulted on applications involving pulsed or low duty cycle operations.

Electrical Characteristics TC=25°C unless otherwise noted

Thermal Characteristics TA=25°C unless otherwise noted

* Device mounted on FR-4 PCB 1.5” × 1.6” × 0.06”

Symbol Parameter Ratings Units

VDG Drain-Gate Voltage 25 V

VGS Gate-Source Voltage -25 V

ID Drain Current 50 mA

IGF Forward Gate Current 10 mA

TSTG Storage Temperature Range -55 ~ 150 °C

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ. Max. Units Off Characteristics

V_(BR)GSS Gate-Source Breakdwon Voltage I_G = 1.0µA, V_DS = 0 25 V

I_GSS Gate Reverse Current V_GS = -15V, V_DS = 0 2.0 nA

V_GS(off) Gate-Source Cutoff Voltage V_DS = 15V, I_D = 2.0nA 8.0 V

V_GS Gate-Source Voltage V_DS = 15V, I_D = 200µA -0.5 -7.5 V

On Characteristics

I_DSS Zero-Gate Voltage Drain Current V_DS = 15V, V_GS = 0 2.0 20 mA

Small Signal Characteristics

gfs Forward Transfer Conductance V_DS = 15V, V_GS = 0, f = 1.0KHz 2000 6500 µmhos

goss Output Conductance V_DS= 15V, V_GS = 0, f = 1.0KHz 50 µmhos

y_fs Reverse Transfer Admittance V_DS= 15V, V_GS = 0, f = 1.0KHz 1600 µmhos

C_iss Input Capacitance V_DS = 15V, V_GS = 0, f = 1.0KHz 8.0 pF

C_rss Reverse Transfer Capacitance V_DS = 15V, V_GS = 0, f = 1.0KHz 4.0 pF

Symbol Parameter Max. Units

P_D Total Device Dissipation Derate above 25°C

350 2.8

mW mW/°C

R_θJC Thermal Resistance, Junction to Case 125 °C/W

R_θJA Thermal Resistance, Junction to Ambient 357 °C/W

2N3819

N-Channel RF Amplifier

• This device is designed for RF amplifier and mixer applications operating up to 450MHz, and for analog switching requiring low capacitance.

• Sourced from process 50.

TO-92

0.46 ±0.10

1.27TYP

(R2.29)

3.86MAX

[1.27 ±0.20]

1.27TYP [1.27 ±0.20]

3.60 ±0.20

14.47

±

0.40

1.02

±

0.10

(0.25)

4.58

±

0.20

4.58+0.25–0.15

0.38+0.10–0.05

0.38

+0.10 –0.05

TO-92

Package Dimensions

2N38

19

Dimensions in Millimeters

©2002 Fairchild Semiconductor Corporation Rev. I1 TRADEMARKS

The following are registered and unregistered trademarks Fairchild Semiconductor owns or is authorized to use and is not intended to be an exhaustive list of all such trademarks.

DISCLAIMER

FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

LIFE SUPPORT POLICY

FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION.

As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, or (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in significant injury to the user.

2. A critical component is any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.

PRODUCT STATUS DEFINITIONS

Definition of Terms

Datasheet Identification Product Status Definition

Advance Information Formative or In Design

This datasheet contains the design specifications for product development. Specifications may change in any manner without notice.

Preliminary First Production This datasheet contains preliminary data, and supplementary data will be published at a later date. Fairchild Semiconductor reserves the right to make changes at any time without notice in order to improve design.

No Identification Needed Full Production This datasheet contains final specifications. Fairchild Semiconductor reserves the right to make changes at any time without notice in order to improve design.

Obsolete Not In Production This datasheet contains specifications on a product that has been discontinued by Fairchild semiconductor. The datasheet is printed for reference information only.

FACT™

FACT Quiet series™ FAST® FASTr™ FRFET™ GlobalOptoisolator™ GTO™ HiSeC™ I2C™

ImpliedDisconnect™ ISOPLANAR™ LittleFET™ MicroFET™ MicroPak™ MICROWIRE™ MSX™ MSXPro™ OCX™ OCXPro™ OPTOLOGIC® OPTOPLANAR™ PACMAN™ POP™ Power247™ PowerTrench® QFET™ QS™ QT Optoelectronics™ Quiet Series™ RapidConfigure™ RapidConnect™ SILENT SWITCHER® SMART START™ SPM™ Stealth™ SuperSOT™-3 SuperSOT™-6 SuperSOT™-8 SyncFET™ TinyLogic™ TruTranslation™ UHC™ UltraFET® VCX™ ACEx™ ActiveArray™ Bottomless™ CoolFET™ CROSSVOLT_™ DOME™ EcoSPARK™ E2CMOS™ EnSigna™

Across the board. Around the world.™ The Power Franchise™

This datasheet has been download from:

www.datasheetcatalog.com

1

Transistor

2SC829

Silicon NPN epitaxial planer type

For high-frequency amplification

■

Features

● _{Optimum for RF amplification, oscillation, mixing, and IF stage}

of FM/AM radios.

■

Absolute Maximum Ratings (Ta=25˚C)

Unit: mm

Parameter

Collector to base voltage

Collector to emitter voltage

Emitter to base voltage

Collector current

Collector power dissipation

Junction temperature Storage temperature 1:Emitter 2:Collector 3:Base JEDEC:TO–92 EIAJ:SC–43A

5.0±0.2 4.0±0.2

5.1 ± 0.2 13.5 ± 0.5

0.45+0.2–0.1 0.45+0.2–0.1

1.27 1.27

2.3

±

0.2

2.54±0.15 2 1 3 Symbol VCBO VCEO VEBO IC PC Tj Tstg Ratings 30 20 5 30 400 150

–55 ~ +150

Unit V V V mA mW ˚C ˚C

■

Electrical Characteristics (Ta=25˚C)

Parameter

Collector to base voltage

Collector to emitter voltage

Emitter to base voltage

Forward current transfer ratio

Transition frequency

Common emitter reverse transfer capacitance

Reverse transfer impedance

Symbol

VCBO

VCEO

VEBO

hFE*

fT

Cre

Zrb

Conditions

IC = 10µA, IE = 0

IC = 2mA, IB = 0

IE = 10µA, IC = 0

VCE = 10V, IC = 1mA

VCB = 10V, IC = 1mA, f = 200MHz

VCE = 10V, IC = 1mA, f = 10.7MHz

VCB = 10V, IE = –1mA, f = 2MHz

min 30 20 5 70 150 typ 230 1.3 max 250 1.6 60 Unit V V V MHz pF Ω *_h

FE Rank classification

Rank B C

2

Transistor 2SC829

PC — Ta IC — VCE IC — VBE

IB — VBE VCE(sat) — IC hFE — IC

fT — IE Zrb — IE Cre — VCE

0 20 40 60 80 100120140 160 0 500 400 300 200 100 450 350 250 150 50

Ambient temperature Ta (˚C)

Collector power dissipation P

C

(mW

)

0 6 12 18

0 12 10 8 6 4 2 Ta=25˚C

IB=100µA

80µA

60µA

40µA

20µA

Collector to emitter voltage VCE (V)

Collector current I

C

(mA

)

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 60 50 40 30 20 10

V_CE=10V

Ta=75˚C –25˚C 25˚C

Base to emitter voltage VBE (V)

Collector current I

C

(mA

)

0 0.6 1.2 1.8

0 120 100 80 60 40 20

VCE=10V Ta=25˚C

Base to emitter voltage VBE (V)

Base current I

B

(µA

)

0.1 0.3 1 3 10 30 100

0.01 0.03 0.1 0.3 1 3 10 30 100

I_B/I_B=10

Ta=75˚C 25˚C

–25˚C

Collector current IC (mA)

Collector to emitter saturation voltage V

CE(sat)

(V

)

0.1 0.3 1 3 10 30 100

0 300 250 200 150 100 50

VCE=10V

Ta=75˚C

25˚C

–25˚C

Collector current IC (mA)

Forward current transfer ratio h

FE

– 0.10 – 0.3 –1 –3 –10 –30 –100 600 500 400 300 200 100 Ta=25˚C

V_CB=10V

6V

Emitter current I_E (mA)

Transition frequency f

T

(MHz

)

– 0.10 – 0.3 –1 –3 –10 80 60 20 50 70 40 10 30 f=2MHz Ta=25˚C

V_CB=6V

10V

Emitter current I_E (mA)

Reverse transfer impedance Z

rb

(Ω

)

0.1 0.3 1 3 10 30 100

0 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4

IC=1mA f=10.7MHz Ta=25˚C

Collector to emitter voltage V_CE (V)

Common emitter reverse transfer capacitance C

re

(pF

3

Transistor 2SC829

Cob — VCB bie — gie bre — gre

bfe — gfe boe — goe

1 3 10 30 100

0 1.6 1.2 0.4 1.0 1.4 0.8 0.2 0.6

IE=–1mA f=1MHz Ta=25˚C

Collector to base voltage VCB (V)

Collector output capacitance C

ob

(pF

)

0 4 8 12 16 20

0 12 10 8 6 4 2 yie=gie+jbie VCE=10V

f=0.45MHz –1mA –2mA –4mA –7mA 58 25 10.7 100

IE=– 0.4mA

Input conductance gie (mS)

Input susceptance b

ie

(mS

)

– 0.5 – 0.4 – 0.3 – 0.2 – 0.1 0 –3.0 0 – 0.5 –1.0 –1.5 –2.0 –2.5

yre=gre+jbre VCE=10V

f=0.45MHz

IE=–7mA –2mA –4mA –1mA – 0.4mA 25 58 100 10.7

Reverse transfer conductance gre (mS)

Reverse transfer susceptance b

re

(mS

)

0 20 40 60 80 100

–120 0 –20 –40 –60 –80 –100

yfe=gfe+jbfe VCE=10V IE=–7mA

–4mA –2mA – 0.1mA –0.4mA –1mA 0.45 0.45 10.7 10.7 f=10.7MHz 25 25 25 58 100 100 100 100 58 58 58

Forward transfer conductance gfe (mS)

Forward transfer susceptance b

fe

(mS

)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

yoe=goe+jboe VCE=10V f=0.45MHz

IE=– 0.1mA –7mA –4mA –2mA –1mA – 0.4mA 58 10.7 25 100

Output conductance goe (mS)

Output susceptance b

oe

(mS

LAMPIRAN II

GAMBAR

Gambar 1 _{Sinyal Informasi}

Gambar 3 _{Spektrum output mixer}

Gambar 5 _{Spektrum Sinyal Pembawa}