Perancangan Dan Pembuatan Modulator-Demodulator 4-PAM

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem Telekomunikasi telah menempati suatu kedudukan yang penting dan strategis dalam kehidupan masyarakat Indonesia, karena dengan sistem telekomunikasi suatu yang berupa informasi atau hiburan dan yang lainnya dapat dengan cepat, akurat dan mudah didapat.

Teknologi komunikasi telah memungkinkan manusia untuk menembus batasan jarak dan ruang, bahkan waktu, artinya bahwa manusia untuk berhubungan tanpa memandang tempat mereka berada karena itu tidak ada sejengkalpun tempat di dunia ini yang tidak dapat dijangkau. Perkembangan teknologi yang demikian pesat di berbagai bidang salah satunya terbukti dengan adanya sentral–sentral telepon sebagai alat komunikasi untuk berhubungan melalui pertukaran informasi dari pembicaraan manusia.

Teknologi telekomunikasi berperan sebagai media perantara untuk dapat menyampaikan informasi dan di terima dengan baik oleh penerima informasi, sehingga modem (modulator-demodulator) dirancang sebagai perangkat pendukung pada sentral-sentral telekomunikasi. Media transmisi saat ini banyak jenisnya baik media transmisi kabel, fiber optik dan media udara, dalam penelitian ini media kabel yang dipilih sebab dikarenakan harganya murah.

kemudian pulsa akan kembali ke bentuk sinyal semula sehingga dalam Tugas akhir ini akan dibuat suatu Perancangan dan Pembuatan Modulator-Demodulator 4-PAM (4-Pulse Amplitude Modulation).

1.2 Tujuan

a. _{Untuk merealisasikan Perancangan dan Pembuatan} Modulator-Demodulator 4-PAM

b. _{Melakukan analisa rangkaian dan mampu memahami teknik modulasi} 4-PAM.

c. _{Mempelajari pengaruh lebar pulsa (duty cycle) dan frekuensi sampling} terhadap sinyal natural sampling .

1.3 Rumusan Masalah

Pada Tugas Akhir ini untuk mencapai sasaran seperti tujuan, dirumuskan pelaksanaan Tugas Akhir ini sebagai berikut :

a. Perancangan dan Pembuatan “Modulator–Demodulator 4-PAM” dibatasi hingga 50 KHz.

3

b. Pengukuran karakteristik-karakteristik “Modulator–Demodulator 4-PAM” dari hasil pengamatan ossilloskop di laboratorium, baik analog maupun bentuk pulsa.

1.4 Batasan Masalah

Dalam Tugas Akhir ini penulis hanya membatasi tentang perancangan, realisasi, pengukuran serta pengamatan dari alat “Perancangan dan pembuatan Modulato-Demodulator 4-PAM”,

a. Format data masukan berbentuk sinyal Sinusoidal dengan tiap saluran dibatasi hingga 50 KHz dengan 4 Vp-p, Media transmisi kabel.

b. _{Generator bersifat variabel disertai dengan pengaturan lebar pulsa (duty} cycle) antara 0-50%.

c. Media transmisi kabel.

1.5 Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

a. Studi Literatur Pustaka.

Teknik ini diperoleh dengan cara mencari dan mempelajari berbagai data dari berbagai sumber yang berhubungan dengan topik yang akan dibahas

d. Perhitungan untuk alat yang di rancang. e. Pembuatan Modulator-Demodulator 4-PAM. f. Pengukuran dan Analisa

1.6 Sistematika Pembahasan

Untuk memudahkan perancangan dan realisasi dalam pembahasan tugas akhir ini, maka penyusun membuat sistematika penulisan meliputi lima bab yang susunannya adalah sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Menguraikan tentang latar belakang, tujuan perancangan, batasan masalah, metode pengambilan data serta sistematika penulisan.

BAB II. DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang sistem telekomunikasi meliputi bentuk gelombang sinyal, modulasi sinyal, modulasi amplitude pulsa, sampling 4-PAM, teori rangkaian meliputi Operational Amplifier (Op-Amp) untuk Low Pass Filter aktiv 3 KHz dan pembanding (Comparator).

5

BAB III.PERANCANGAN ALAT

Pada Bab ini dibahas mengenai perancangan modulator dan demodulator 4-PAM. BAB IV.PENGUKURAN DAN ANALISA

Berisi tentang hasil pengujian dan analisa dari sistem yang sudah dibuat.

BAB V.PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan dari analisa sistem, sesuai dengan data yang dihasilkan melalui pengujian dan saran-saran untuk penyempurnaan perancangan dan pembuatan modulator-demodulator 4-PAM.

DAFTAR PUSTAKA

Pada daftar pustaka ini berisi referensi yang digunakan dalam proses pembuatan akhir ini.

LAMPIRAN

Pada halaman lampiran ini berisi gambar dan datasheet yang menunjang proses pembuatan tugas akhir ini.

merepresentasikan pesan yang akan dikirim, dan carrier (gelombang pembawa) yang sesuai dengan aplikasi yang diterapkan. Modulasi adalah variasi secara sistematis dari parameter gelombang carrier secara proporsional terhadap sinyal pemodulasi (sinyal informasi). Jika amplitudo sinyal informasi memvariasi amplitudo suatu gelombang carrier, maka akan terbentuk sinyal termodulasi amplitudo (AM-Amplitude Modulation). Variasi juga dapat diberikan pada frekuensi atau sinyal phasa, yang menghasilkan sinyal termodulasi frekuensi (FM) atau termodulasi phasa (PM). Semua metode untuk modulasi carrier sinusoidal dikelompokkan sebagai modulasi gelombang kontinyu (Continuous Wave Modulation).

2.2 Demodulasi

Proses mengkodekan kembali sinyal digital menjadi sinyal analog kembali yang sama dari sumber. Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem.

7

Gambar 2. 1 Diagram Modulator-Demodulator

2.3 Modulasi Analog

2.3.1 Modulasi Amplitudo (AM)

Modulasi jenis ini adalah modulasi yang paling sederhana. Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekwensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan.

2.3.2 Modulasi Frekuensi (FM)

Frekwensi dari gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi. Karena noise pada umumnya terjadi dalam bentuk perubahan amplitudo, FM lebih tahan terhadap noise dibandingkan dengan AM.

2.3.3 Modulasi Phasa (PM)

Phasa dari gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi. Karena noise pada umumnya terjadi

Gambar 2. 2 Sinyal Modulasi Analog

2.4 Modulasi Digital

Dalam modulasi digital, suatu sinyal analog di-modulasi berdasarkan aliran data digital. Perubahan sinyal pembawa dipilih dari jumlah terbatas simbol alternatif. Teknik yang umum dipakai adalah :

a. Phase Shift Keying (PSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan fase.

b. Freqeuncy Shift Keying (FSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan frekuensi.

c. Amplitudo Shift Keying (ASK), digunakan suatu jumlah terbatas amplitudo.

d. Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan variant dari metode modulasi analog.

9

Gambar 2. 3 Sinyal Modulasi Digital

2.5 PAM (Pulse Amplitude Modulation)

Pada PAM, amplitudo pulsa-pulsa pembawa dimodulasi oleh sinyal pemodulasi. Amplitudo pulsa-pulsa pembawa menjadi sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi. Semakin besar amplitudo sinyal pemodulasi maka semakin besar pula amplitudo pulsa pembawa.

Pembentukan sinyal termodulasi PAM dapat dilakukan dengan melakukan pencuplikan (sampling), yaitu mengalikan sinyal pencuplik dengan sinyal informasi. Proses ini akan menghasilkan pulsa pada saat pencuplikan yang besarnya sesuai dengan sinyal informasi (pemodulasi). Pada proses pemodulasian ini perlu diperhatikan bahwa kandungan informasi pada sinyal pemodulasi tidak boleh berkurang. Hal ini dapat dilakukan dengan persyaratan bahwa pencuplikan harus dilakukan dengan frekuensi minimal dua kali frekuensi maksimum sinyal pemodulasi (2.fm), atau sering disebut dengan syarat Nyquist. Jika frekuensi sinyal pencuplik dinotasikan dengan fs dan frekuensi maksimum sinyal pemodulasi dinotasikan dengan fm, maka syarat Nyquist dapat ditulis sebagai:

Teorema Nyquist : fs

Dimana : fs = frekuensi sampling ( pencuplikan )

= frekuensi maksimum sinyal analog

Jika frekuensi sampling lebih rendah dari dua kali frekuensi maksimum sinyal input analog maka terjadi overlap (tumpang tindih).

Gambar 2. 4 Spektrum Frekuensi Proses Sampling

2.5.1 Sampling PAM Alami

Sampling Alami (Natural Sampling) terjadi bila pada modulator digunakan pulsa–pulsa dengan lebar terbatas, tetapi puncak–puncak pulsa dipaksa untuk mengikuti bentuk gelombang modulasi.

11

Gambar 2. 5 Bentuk Gelombang Sampling PAM

2.5.2 Sampling PAM dengan Puncak – Rata

Sampling PAM dengan Puncak–Rata (flat topped sampling) adalah proses dimana pulsa–pulsa dengan lebar terbatas dimodulasi kemudian dihasilkan puncak-puncak yang rata. Maka lebar pulsa harus dibentuk jauh lebih kecil daripada perioda sampling Ts, sehingga bentuk gelombang yang disampel berpuncak rata dilewatkan pada sebuah filter low pass akan diperoleh kembali gelombang modulasi tanpa cacat (distorsi).

analog, karena beberapa keuntungan antara lain:

a. Kebal terhadap derau.

b. Sirkuit digital cenderung lebih murah.

c. Jarak transmisi yang dapat ditempuh lebih jauh (dengan penggunaan pengulang regeneratif).

d. Rentetan pulsa digital dapat disimpan.

e. Sinyal direpresentasikan dengan 4 nilai besaran amplitudo dari gelombang pembawa.

13

Gambar 2. 7 Bentuk Konstelasi 4-PAM

Jika pulsa-pulsa dikirim dengan pesat fs bit per detik maka pulsa-pulsa tsb akan mencapai amplitude penuhnya jika dilewatkan LPF dengan lebar bidang fs/2 Hz. Maka dimungkinkan untuk mengirim 2 simbol per detik per hz tanpa terjadi interferensi antar simbol pada PAM 4 level berarti 1 simbol terdiri atas 2 bit maka secara teoritis 4-PAM dapat mentransmisikan 4 b/s/hz (yaitu 2 x 2 = 4)

Gambar 2. 8 Sinyal NRZ 2 level dan konversinya ke PAM 4 level

2.7 Op-Amp (Operational Amplifier)

Op-Amp IC adalah peranti solid state yang mampu memperkuat sinyal baik DC maupun AC. Op-Amp IC yang khas terdiri atas tiga rangkaian dasar, yakni penguat difernsial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi dan penguat keluaran impesansi rendah. Simbol Op-Amp pada Gambar menunjukkan teradapat dua terminal masukan, yang satu disebut masukan tidak membalik (Non Inverting) dengan tanda positif (+) dan yang lain adalah masukan membalik (Inverting) dengan tanda negative (-).

Gambar 2. 9 Op-Amp

Karakteristik Op-Amp adalah :

1. impedansi masukan sangat tinggi sehingga arus masukan praktis dapat diabaikan.

2. penguatan loop terbuka amat tinggi

3. impedansi keluaran amat rndah, sehigga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh beban.

15

Gambar 2. 11 Inverting

2.8 Low Pass Filter

Dalam sistem PAM sinyal informasi yang akan dikirimkan ialah pengolahan data di pengirim yang akan di proses dalam modulasi–demodulasi sehingga data yang dikirim dapat sampai di penerima. Dengan demikian untuk mengirimkan sinyal informasi yang mempunyai frekuensi 3400 Hz dibutuhkan sebuah low pass filter aktif. Low pass filter adalah sebuah rangkaian yang tegangan keluarannya tetap dari dc naik sampai ke suatu frekuensi cutoff ( fc ), bersama naiknya frekuensi maka tegangan keluarannya diperlemah. Gambar 2 (b) merupakan Gambar besarnya tegangan keluaran dari sebuah low pass filter frekuensi. Garis yang penuh adalah Gambar untuk filter ideal, sedangkan garis putus – putus menunjukkan kurva – kurva untuk low pass filter yang praktis. Jangkauan frekuensi yang diloloskan dikenal sebagai pass band.jangkauan frekuensi yang diperlemah disebut sebagai stop band. kemiringan yang teerjadi pada suatu low pass filter terjadi karena meningkatnya frekuensi terhadap fc. Namun karena filter biasanya tidak efisien, maka pada kurva tanggapannya cenderung terjadi peluruhan atau pelonjakan diikuti peluruhan kembali.kemiringan -20 dB/decade berarti bahwa bila frekuensi meninkat sepuluh kali fc, tegangan keluaran akan berkurang 20 dB, filter yang baik ialah semakin besar rugi – rugi dB/decade, maka akan semakin terjal kemiringannya sebab nilai nya mencerminkan batas penyumbatan filter yang lebih tajam.

b

Gambar 2. 12 (a) Kurva T anggapan frekuensi Low Pass Filter (b) Rangkaian Dasar Low Pass Filter

Gambar merupakan rangkaian dasar low-pass filter menggunakan Op-Amp. Konfigurasi rangkaian adalah sebuah pengikut tegangan, resistor R dan kapasitor C pada masukan tidak membalik membentuk pembagi tegangan. Bila frekuensi Vin dibawah fc, Xc kapasitor C besar sehingga Vin jatuh ke C. bila diberikan Vin yang besar, Vout juga besar. Penguatan akan semakin maksimum pada ferkuensi yang lebih rendah. Bila frekuensi Vin melampaui fc, Xc kapasitor rendah, sehingga sebagian besar Vin jatuh ke R. Akibatnya kapasitor C melewatkan Vin ke ground. Dengan Vin yang kecil, Vout juga kecil. Jadi penguatan tahapan akan di bawah maksimumnya pada frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi.

17

2.9 Pembanding ( comparator )

Sebuah rangkaian Comparator berfungsi membandingkan dua buah bilangan input. Jika digunakan untuk membandingkan dua input dan kemudian menyatakan apakah kedua input tersebut sama, lebih besar atau lebih kecil, maka rangkaian tersebut dinamakan Magnitude Comparator.

Komparator dapat membandingkan gelombang sinus atau gigi gergaji yang dapat diubah ke bentuk gelombang persegi (pulsa) dengan siklus (duty cycle) dapat dikendalikan. Siklus tugas D (duty cycle) dari gelombang persegi berulang didefinisikan sebagai perbandingan waktu tinggi (Th) terhadap perioda T dari gelombang tersbut.

Gambar 2. 13 Rangkaian Dasar Komparator

D =

Dimana :

D = Siklus Tugas

harga puncak dari Ei, Eip dan dari

D = ………(2-1)

Dengan :

Eip = tegangan maksimum (Volt)

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Dalam tugas akhir ini dirancang sebuah modulator-demodulator 4-PAM Secara garis besar sistem PAM yang dirancang dan dibuat dari 2 bagian, yaitu bagian modulator dan bagian demodulator yang masing-masing bagian terdiri dari beberapa blok rangkaian sebagai berikut :

Gambar 3.1 Blok Rangkaian Sistem 4-PAM

Perancangan rangkaian dilakukan pada beberapa blok rangkain modulator dan demodulator dengan mengacu pada teori-teori dasar rangkaian. Implementasi

mengirimkan sinyal informasi berfrekuensi 0-3500Hz. Perancangan dan implementasi Modulator PAM ini terdiri dari beberapa blok rangkaian

3.2 Perancangan LPF Aktif 3.5 kHz

Low-Pass Filter dirancang dengan menggunakan IC Op-Amp TL 072 dengan karateristik yang diinginkan sebagai berikut :

Gambar 3.2 Kurva Tanggapan Frekuensi LPF

Kurva tanggapan frekuensi LPF di atas memunjukkan bahwa :

Penguatan saat frekuensi diloloskan Ap = 3dB Pass band fp = 3,5 kHz

Penguatan saat frekuensi disumbat As = 20 dB Stop band fs = 6,2 kHz 3,5 KHz

0 dB -3 dB

Frekuensi V

21

LPF ini menggunakan orde 4 berdasarkan perhitungan sebagai berikut :

= = = 0,4

= = = 10

Ambil data berdasarkan tabel Butterworth low pass filter aktif untuk orde 4

Tabel 3. 1 Butterworth Active Low-Pass Filter

Orde n C1 C2 C3

1 1.414 0.7071

2 3.546 1.392 0.2024

3 1.082 0.9241

4 2.613 0.3824

Menghitung factor skala untuk menentukan nilai-nilai real dari C1,C2,C1’,C2’ jika RI = R2 = 1k

Faktor Skala Frekuensi (FSF) =

Maka C1, C2, C1’ dan C2’ dapat dihitung dengan menggunakan table Butterworth untuk low-pass filter aktif untuk orde 4 sebagai berikut :

C1 = 1,082 x FSF = 1,082 x 4,55x = 49x

C2 = 0,9241 x FSF = 0,9241 x 4,5x = 42x

komponen C2’ sama seperti C1 dan C2 dari 17x menjadi 22 nF.

Maka rangkaian untuk LPF 3,5 kHz sebagai berikut :

Gambar 3.3 Rangkaian LPF 3,5 kHz

Terlihat pada rangkaian LPF diatas nilai kapasitor C1 dan C2 hal ini menunjukkan bahwa harga tersebut merupakan harga pendekatan untuk hasil perhitungan serta berdasarkan observasi komponen.

23

3.3 Generator Pulsa

Generator Pulsa berfungsi sebagai pembangkit Pulsa sehingga besar frekuensi sampling dan duty cycle dapat diatur disini. Pengaturan frekuensi dari 0-50 kHz dihasilkan oleh Ra dan Rb bersifat variable dalam pengaturan pengisian C1 pada rangkaian IC 555. Sedangkan untuk pengendali siklus kerja, keluaran gelombang persegi pin 3 tidak digunakan keluaran dari pin 2 yang berbentuk gelombang gigi gergaji. Kemudian gelombang gigi gergaji akan diubah menjadi gelombang persegi (Pulsa) oleh suatu rangkaian pembanding dari sebuah IC 311 sebagai komparator dengan pengaturan lebar perioda digunakan resistor variable yang dirancang untuk menghasilkan duty cycle 0-50%.

Jika F frekuensi maksimum yang diinginkan serta dan C diketahui masing-masing 50kHz, 1k Ohm dan 12 nF, maka R dapat dicari melalui persamaan :

F=

50x

6x Ra+2x = 1

(Ra +

Ra = -

Gambar 3. 4 Rangkaian Pulse Generator

3.4 Sampler (pencuplik)

Proses sampler yang dilakukan bertujuan untuk menghasilkan bentuk gelombang PAM yaitu sampling alami (natural sampling). Sampler atau pencuplikan direlisasikan dengan menggunakan 2 buah IC yaitu SN 7404 sebagai gerbang NOT MC 14066 sebagai saklar dimana pemicunya berupa pulsa. IC 7404 dan MC 14066 dirangkai untuk difungsikan sebagai proses modulasi antara sinyal informasi sebagai sinyal pemodulasi dengan pulsa-pulsa dan bentuk gelombang sampling alami akan dipengaruhi oleh nilai resistor R1, untuk proses sampling nilai R1 adalah 1 K Ohm.

25

3.5 Hold (tahan) dan Pulse Shaper

Hold adalah rangkaian yang berfungsi sebagai rangkaian pengubah gelombang sampling alami menjadi sampling dengan puncak rata. Pulse shaper merupakan rangkaian untuk menstabilkan pulsa-pulsa tetap dalam kondisi kontiyu yang terbentuk dari gelombang sampling dengan puncak rata. Rangkaian Hold dan pulse shaper direalisasikan dengan mengubah IC sample and Hold tipe LF 398 dengan mengubah nilai hold kapasitor.

berhasil, karena dari hasil pengukuran dan analisa, Modulator-Demodulator 4-PAM telah dapat difungsikan sebagaimana yang diharapkan :

1. Sinyal keluaran sama seperti sinyal masukan berupa suara.

2. _{Modulator-Demodulator dirancang sesuai dengan proses tujuan,}

rumusan masalah dan batasan masalah.

5.2 Saran

Untuk peningkatan kualitas alat akan lebih baik jika :

1. _{Merancang pulsa generator yang stabil sehingga frekuensi yang}

cari tidak dapat di reset _{sendiri, sebab jika pulsa generator terdapat}

noise maka hasil sampler tidak dapat diketahui.

2. Keluaran LPF kadang sering di filter sendiri oleh rangkainnya dan berbeda dengan masukannya, sehingga di lakukan kalibrasi ulang.

Penulis juga berterima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam menuis laporan ini, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih khususnya kepada:

a. Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan kesehatan dan semangat karunia-Nya, serta memberikan kesabaran dan kekuatan kepada penulis sehingga meberikan penulis kelancaran dalam menyusun laporan Tugas. b. Bapak dan mama yang mendukung dalam doa serta motifasi yang tinggi

kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun laporan Tugas Akhir ini dengan penuh semangat dan tepat pada waktunya. c. Bapak DR. Ir. Eddy Suryanto soegoto, M.Sc selaku pimpinan Rektorat

Universitas Komputer Indonesia.

d. Bapak Dr. Ir. H. Ukun Sastrarawiraprawira, M.Sc selaku dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.

e. Bapak Muhammad Aria, MT selaku dosen wali serta Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia

ii

f. Ibu Tri Rahajoeningroem, MT selaku Koordinator Tugas Akhir dan Dosen Pembimbing I, yang telah memberi banyak masukanyang bermanfaat bagi penulis.

g. Bapak Joko Prayitno S.T dan Budi Herdiana, S.T Dan selaku pembimbing Alat Yang telah banyak meembantu dalam pengerjaan tugas akhir ini. h. Serta Seluruh dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu

Komputer Universitas Komputer Indonesia Yang telah mendidik dan memberikan ilmunya kepada penulis selama selama kuliah dujurusan Teknik Elektro UNIKOM ini.

i. Buat yang tersayang Meiyanti Siboro, yang telah lama menanti kelulusan aku terimakasih atas dukungan dan kasihnya.

j. Buat adikku Lamsar Sitanggang, S.Kom dan Falentina Br Tanggang terimaksaih atas dukungannya sehingga tugas akhir ini terselesaikan. k. _{Temen-temen Elektro Gabriel B Pasaribu , Zulfendi, Hendra F M, Rio}

Andriawan, Wiandini Fauziah, Wilhelmina br Ginting dan semua angkatan 2004/2005/2006/2007 yang bersama-sama Kuliah dan membantu dalam penyelesaian TAtugas akhir.

l. Serta seluruh teman- teman yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu persatu, yang telahtelah ikut berpartisipasi dalam memantu penulis mengerjakan dan menyusun tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna dikarenakan keterbatasan penulis dalam hal ilmu pengetahuan dan

Bandung, Agustus 2010

iv

ABSTRAK

Pada Tugas Akhir ini akan dirancang yaitu Perancangan dan Pembuatan Modulator-Demodulator 4-PAM, mengenai perancangan alat ini memiliki tujuan dapat dianalisa tiap rangkaian dan mampu memahami teknik modulasi 4-PAM, serta mempelajari pengaruh Duty Cycle dan frekuensi sampling.

Format masukan berbentuk sinyal sinusoidal dengan batasan frekuensi hingga 50 KHz dengan media transmisi kabel, dengan generator bersifat variabel di sertai dengan pengaturan lebar pulsa ((Duty Cycle). pengolahan informasi untuk dikirim dan diterima oleh Modulator-Demodulator 4-PAM (Pulse Amplitude Modulation Tingkat-4) merupakan perangkat elektronika yang berfungsi untuk mentransmisikan sinyal informasi seperti suara.

Sinyal informasi yang dikirimkan melalui Modulator-Demodulator 4-PAM mempunyai range frekuensi 200-3500 Hz, frekuensi sampling diatur 0-50 KHz dengan siklus kerja maksimal 50 %. Proses sampling dapat menggunakan sampling alami (natural sampling) dan sampling puncak rata (plat top sampling). Hasil dari penelitian ini adalah merancang suatu proses sistem transmitter dan receiver pada suatu sistem komunikasi dengan sinyal informasi yang digunakan ialah suara.

analyzed for each circuit and capable of understanding the 4-PAM modulation technique, and to study the influence of Duty Cycle and sampling frequency. The format of the input sinusoidal-shaped signal with frequency limits up to 50 KHz with cable transmission medium, the generator is accompanied by variable pulse width settings ((Duty Cycle).

Processing of information to be sent and received by Modulator-Demodulator 4-PAM (Pulse Amplitude Modulation Level -4) is an electronic device that serves to transmit signals such as sound information.

Signal information sent via Modulator-Demodulator 4-PAM has a frequency range of 200-3500 Hz, 0-50 kHz sampling frequency is set with a maximum 50% duty cycle. Sampling process can use a natural sampling (natural sampling) and sampling rate peak (top plate sampling). The results of this research is to design a process transmitter and receiver system in a communication system with the information signal that is used is sound.

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah 1

1.2 _{Tujuan 2}

1.3 _{Rumusan Masalah 2}

1.4 Batasan Masalah 3

1.5 Metoda Penelitian 3

1.6 Sistematika Pembahasan 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 _{Modulasi 6}

2.2 _{Demodulasi 6}

2.3 _{Modulasi Analog 7}

2.3.1 _{Modulasi Amplitudo 7}

2.3.2 Modulasi Frekuensi 7

2.3.3 Modulasi Fasa 7

2.7 _{Op-Amp (Operational Amplifier) 13}

2.8 _{Low Pass Filter 15}

2.9 Pembanding (komparator) 16

BAB III PERANCANGAN ALAT

3.1 Perancangan dan Implementasi Modulator PAM 20 3.2 Perancangan LPF aktif 3,5 KHz 20

3.2 _{Generator Pulse 22}

3.3 _{Sampler (Pencuplik) 24}

3.4 _{Hold and Pulse Shaper 24}

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISA

4.1 Pengukuran Modulator 4-PAM 26

4.1.1 _{Pengukuran LPF 26}

4.1.2 _{Pengukuran Generator Pulse 30}

4.1.3 _{Pengukuran Sampler 33}

4.1.4 _{Pengukuran Hold and Pulse Shaper 35}

4.2 Pengukuran Demodulator 4-PAM 36

viii

4.2.2 Pengukuran LPF 3,5 KHz 37

4.3 Hasil Pengukuran dan Analisa Blok Rangkaian Secara

Keseluruhan 38

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan 40

5.2 Saran 40

DAFTAR PUSTAKA

Gambar 2.3 Sinyal Modulasi Digital………..9

Gambar 2.4 Spektrum Frekuensi Proses Sampling………...10

Gambar 2.5 Bentuk Gelombang Sampling PAM………..11

Gambar 2.6 Samping PAM Puncak Rata………..11

Gambar 2.7 Bentuk Konstelasi 4-PAM………....12

Gambar 2.8 Sinyal NRZ 2 level dan Konversinya ke PAM 4 level……….13

Gambar 2.9 Op-Amp………...….14

Gambar 2.10 Penguat Diferensial……….14

Gambar 2.11 Inverting………..14

Gambar 2.12 (a) Kurva T anggapan Frekuensi Low Pass Filter

(b) Rangkaian Dasar Low Pass Filter ………..16

Gambar 2.13 Rangkaian Dasar Komparator………17 Gambar 3.1 Blok Rangkaian Sistem 4-PAM………..……….………20 Gambar 3.2 Kurva Tanggapan Frekuensi LPF………....20

x

Gambar 3.4 Rangkaian Pulse Generator………...23

Gambar 3.5 Rangkaian Sampler (pencuplik) ………...24

Oleh :

JUNIANTO SITANGGANG 1.31.04.040

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

2010

LEMBAR PENGESAHAN

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MODULATOR-DEMODULATOR 4-PAM

Disusun Oleh :

Junianto Sitanggang

1.31.04.040

Bandung,…..Agustus 2010 Mengetahui,

Pembimbing

Tri Rahajoeningroem, M.T NIP : 4127.70.04.015

Menyetujui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Muhammad Aria, M.T NIP : 4127.70.04.008

Junianto Sitanggang

1.31.04.040

Bandung,…..Agustus 2010 Mengetahui,

Penguji I

Muhammad Aria, M.T NIP : 4127.70.04.008

Penguji II

Levy Olivia Nur, M.T NIP : 4127.70.04.014

BAB ID

PENGUKURAN DAN ANALISA

Pengukuran dan analisa dilakukan bertujuan untuk mendapatkan spesifikasi alat sehingga memudahkan menganalisa rangkaian. Pengukuran dilakukan pada setiap titik pengukuran (test point) yang telah ditentukan pada blok rangkaian 4-PAM.

Alat ukur yang digunakan antara lain :

a. Oscilloscope Digital

b. Oscilloscope Analog

c. Function Generator

d. Frequency Counter

Serta didukung oleh teori untuk penyesuaian hasil, berikut Setting pengukuran dan hasil yang diperoleh untuk tiap titik pengukuran.

4.1 Pengukuran Modulator 4-PAM

4.1.1Pengukuran LPF

Pengukuran LPF (Low Pass Filter) bertujuan untuk mendapatkan nilai cut off yang diinginkan. Langkah-langkah pengukuran rangkaian LPF:

Mengkalibrasi Oscilloscope digital yaitu pada channel 1 dan channel 2 di pasang probe sebagai alat ukur pengamatan di keluaran dan masukan untuk

analog, input analog LPF menggunakan gelombang sinus dari Function

Generator. Setting pengukurannya sebagai berikut :

Gambar 4.1 Setup pengukuran LPF Tabel 4.1 Data Pengujian Karakteristik LPF

No f-in V

in

V

out V(dB)=20log Gambar hasil pengukuruan

1 300Hz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

Filter Lpf

Osiloskop digital Generator

28

2 600Hz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

3 900Hz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

4 1,5KHz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

5 2 KHz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

6 2,5 KHz 1V 1V

V(dB) = 20log = 0 dB

8 3,5 KHz 1V 0,98V

V(dB) = 20log = -0,17 dB

9 4KHz 1V 0,68V

V(dB ) = 20log = -3,3dB

10 4,4KHz 1V 0,56V

V(dB) =20log = -4,7dB

11 5,2 KHz 1V 0,4 V

V(dB) = 20log = -7,9dB

30

Setelah mengamati bentuk respon frekuensi dan gambar dari pengukuran LPF di atas, maka dapat diketahui bahwa posisi Cut off saat -3dB (0,707 V) berada di frekuensi 4000 Hz. Melihat respon frekuensi maka LPF tidak sesuai dengan yang diinginkan yang mana cut off yang diinginkan 3500 Hz.

Gambar 4.2 Respon Frekuensi LPF 3.5KHz

Hal ini membuktikan bahwa filter yang dihasilkan sesuai dengan yang dirancang, karena pada saat perancangan posisi Cut off yang diinginkan 3,5KHz.

4.1.2_{Pengukuran Generator Pulsa}

Generator pulsa digunakan sebagai sumber rentetan pulsa yang mempunyai frekuensi sampling (fs) hingga 50 KHz dengan siklus tugas (Duty

Cycle) hingga 50%, untuk menghasilkan bentuk gelombang PAM yang baik maka

duty cycle dari generator pulsa harus kecil tidak mendekati 0%. Semakin besar

tegangan maka semakin kecil amplitudonya. Perbedaan lebar pulsa (Duty Cycle) pada generator pulsa ini bervariasi seperti di perlihatkan pada hasil pengukuran dibawah ini, waktu tinggi (Th) lebih kecil dari pada waktu rendah (Tl).

(Duty Cycle ) terkecil diwakili oleh = 63,38%

frekuensi 300Hz [V0] 0dB -3,3dB 4KHz Cut off

Gambar 4.3 Setup Pengukuran Pulse Generator

Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Generator Pulsa

Eip = Tegangan maksimum (Volt)

Vref = Tegangan referensi atau catu daya (Volt) Frekuensi terkecil diwakili oleh = 10 KHz Frekuensi terbesar diwakili oleh = 50 KHz

Frekuensi

(KHz)

Eip = Eip = D Vref =

10 4 V 8V 69,69% -3,15 V

20 4 V 8V 67.93% -2,86 V

30 4 V 8V 66,16% -2,58 V

40 4 V 8V 64,51% -2,32 V

32

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.4 Bentuk-bentuk Gelombang Keluaran Generator Pulsa dengan frekuensi dan Duty Cycle yang bervariasi

Analisa

Frekuensi maksimal hasil perhitungan dalam perancangan adalah 50 KHz sedangkan berdasarkan hasil pengukuran frekuensi maksimal adalah 50 KHz dengan Rb = 1 K Ohm dan C = 12 nF sehingga nilai Ra dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut :

F=

50x

6x Ra+2x = 1

(Ra +

untuk Vcc = 4dan Vcc = 8. Dengan demikian pulsa yang memiliki Duty Cycle

69,69% dihasilkan dari Vref berdasarkan perhitungan berikut :

Vref = Vcc(1 – )

Vref = 8 (1 – )

= 8

= -3,15V

4.1.3_{Pengukuran Sampler}

Pengukuran yang dilakukan pada blok ini bertujuan untuk mengamati bentuk gelombang natural sampling yang dihasilkan akibat proses modulasi antara sinyal informasi dengan rentetan pulsa–pulsa generator sebagai pembawanya serta untuk mengetahui bagaimana pengaruh Duty Cycle dan frekuensi sampling. Pengukuran yang dilakukan menggunakan dua buah input yaitu dari generator pulsa sebagai pembangkit pulsa dengan frekuensi sampling dan frekuensi LPF sebagai sinyal informasi. LPF demodulator pengukurannya sama seperti LPF di modulator. Sampler demodulator dan modulator prinsipnya sama sehingga pengukurannya juga sama.

34

Gambar4.5 Setup Pengukuran Sampler

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.6 (a). Bentuk Gelombang Sinyal Informasi, (b). Bentuk Gelombang Pulsa, (C) dan (d). Bentuk Gelombang Keluaran Sampler

Berdasarkan data hasil pengukuran diatas proses sampling mulai dapat menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang diharapkan.

pulsa sebagai pembawanya serta untuk mengetahui bagaimana pengaruh Duty

Cycle dan frekuensi sampling terhadap gelombang PAM tersebut.

Gambar 4.7 Setup Pengukuran Hold dan Pulse Shaper

(a) (b)

Gambar 4.8 (a). Bentuk Gelombang Keluaran Dari Hold, (b). Bentuk Gelombang keluaran Pulse Shaper

36

4.2 Pengukuran Demodulator 4-PAM 4.2.1 Pengukuran Sampler

Pengukuran yang dilakukan pada blok rangkaian ini bertujuan untuk mengamati bentuk gelombang sampling alami (natural sampling) yang dihasilkan akibat proses sampler atau pencuplikan terhadap sinyal informasi berbentuk gelombang sampling dengan puncak rata (plat top sampling) yang dikirim oleh modulator 4-PAM, serta bagaimana pengaruh dari pulsa generator terhadap bentuk gelombang keluaran.

Bentuk gelombang sampling alami yang dihasilkan akan sama dengan yang terjadi pada keluaran sampler di bagian modulator, hal ini disebabkan karena proses pencuplikan menggunakan sumber pulsa yang sama yaitu dari pulsa generator pada modulator.

Gambar 4.9 Setup Pengukuran Sampler

(a) (b)

Gambar 4.11 Setup Pengukuran LPF

Gambar 4.12 Bentuk Gelombang Keluaran LPF

Dari gambar diatas dapat terlihat bahwa bentuk gelombang sampling alami setelah dilewatkan pada suatu LPF maka hasilnya adalah gelombang sinus (sinyal informasi). Bila diperhatikan dari Gambar 4.12 maka akan terlihat bentuk gelombang sinus yang cacat oleh karena frekuensi sampling dan duty cycle tidak konstan.

38

4.3 Hasil Pengukuran dan Analisa Blok Rangkaian Secara Keseluruhan

Bentuk-bentuk gelombang pada Gambar 4.13 adalah hasil pengukuran dengan sinyal informasi yang dikirimkan dari modulator memiliki amplitude 1V dan frekuensinya 3,5KHz. Setelah melewati LPF kemudian akan dimodulasi pada suatu rangkaian sampler oleh rentetan pulsa yang memiliki frekuensi sampling 50,04 KHz dengan dengan duty cycle 63,38%, setelah melalui proses sampler dan hold kemudian dikirimkan pada demodulator akan di sampler kembali untuk mengembalikan sinyal informasi. Pada demodulator gelombang keluaran sampler setelah dilewatkan pada suatu keluaran LPF memiliki noise.

(a) (b)

(e) (f)

(g)

Gambar 4.13 (a) Sinyal LPF di Modulator, (b) Bentuk Keluaran dari Sampler Modulator, (c) Bentuk Keluaran Rentetan Pulsa dari Pulsa Generator, (d) Bentuk Keluaran dari Hold, (e) Bentuk Keluaran dari Pulse Shaper, (f) Bentuk Keluaran dari Sampler Di Demodulator, (g) Bentuk Keluaran dari LPF Demodulator.

Gambar4.5 Setup Pengukuran Sampler

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.6 (a). Bentuk Gelombang Sinyal Informasi, (b). Bentuk Gelombang Pulsa, (C) dan (d). Bentuk Gelombang Keluaran Sampler

Berdasarkan data hasil pengukuran diatas proses sampling mulai dapat menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang diharapkan.

4.1.4_{Pengukuran Hold dan Pulse Shaper}

Pengukuran yang dilakukan pada blok rangkaian ini bertujuan untuk mengamati bentuk gelombang PAM dengan puncak rata (flat top sampling) yang dihasilkan akibat proses modulasi antara sinyal informasi dengan rentetan pulsa-pulsa sebagai pembawanya serta untuk mengetahui bagaimana pengaruh Duty Cycle dan frekuensi sampling terhadap gelombang PAM tersebut.

Gambar 4.7 Setup Pengukuran Hold dan Pulse Shaper

(a) (b)

Gambar 4.8 (a). Bentuk Gelombang Keluaran Dari Hold, (b). Bentuk Gelombang keluaran Pulse Shaper

4.2 Pengukuran Demodulator 4-PAM 4.2.1 Pengukuran Sampler

Pengukuran yang dilakukan pada blok rangkaian ini bertujuan untuk mengamati bentuk gelombang sampling alami (natural sampling) yang dihasilkan akibat proses sampler atau pencuplikan terhadap sinyal informasi berbentuk gelombang sampling dengan puncak rata (plat top sampling) yang dikirim oleh modulator 4-PAM, serta bagaimana pengaruh dari pulsa generator terhadap bentuk gelombang keluaran.

Bentuk gelombang sampling alami yang dihasilkan akan sama dengan yang terjadi pada keluaran sampler di bagian modulator, hal ini disebabkan karena proses pencuplikan menggunakan sumber pulsa yang sama yaitu dari pulsa generator pada modulator.

Gambar 4.9 Setup Pengukuran Sampler

(a) (b)

4.2.2 Pengukuran LPF 3,5 KHz

Karakteristik yang diharapkan LPF pada demodulator adalah sama dengan yang terdapat pada bagian Modulator yaitu memiliki frekuensi maksimum yang diloloskan 3,5 KHz namun fungsi sebenarnya adalah untuk mengembalikan sinyal informasi dari bentuk gelombang sampling alami (natural sampling).

Gambar 4.11 Setup Pengukuran LPF

Gambar 4.12 Bentuk Gelombang Keluaran LPF

Dari gambar diatas dapat terlihat bahwa bentuk gelombang sampling alami setelah dilewatkan pada suatu LPF maka hasilnya adalah gelombang sinus (sinyal informasi). Bila diperhatikan dari Gambar 4.12 maka akan terlihat bentuk gelombang sinus yang cacat oleh karena frekuensi sampling dan duty cycle tidak konstan.

4.3 Hasil Pengukuran dan Analisa Blok Rangkaian Secara Keseluruhan

Bentuk-bentuk gelombang pada Gambar 4.13 adalah hasil pengukuran dengan sinyal informasi yang dikirimkan dari modulator memiliki amplitude 1V dan frekuensinya 3,5KHz. Setelah melewati LPF kemudian akan dimodulasi pada suatu rangkaian sampler oleh rentetan pulsa yang memiliki frekuensi sampling 50,04 KHz dengan dengan duty cycle 63,38%, setelah melalui proses sampler dan hold kemudian dikirimkan pada demodulator akan di sampler kembali untuk mengembalikan sinyal informasi. Pada demodulator gelombang keluaran sampler setelah dilewatkan pada suatu keluaran LPF memiliki noise.

(a) (b)

(e) (f)

(g)

Gambar 4.13 (a) Sinyal LPF di Modulator, (b) Bentuk Keluaran dari Sampler Modulator, (c) Bentuk Keluaran Rentetan Pulsa dari Pulsa Generator, (d) Bentuk Keluaran dari Hold, (e) Bentuk Keluaran dari Pulse Shaper, (f) Bentuk Keluaran dari Sampler Di Demodulator, (g) Bentuk Keluaran dari LPF Demodulator.