PENERIMA AM DENGAN FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR - Penerima AM dengan frequency hopping - USD Repository

  PENERIMA AM DENGAN FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Oleh: Nama : Merryana Puji Lestari NIM : 035114027 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

AM RECEIVER WITH FREQUENCY HOPPING

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Science and Technology Faculty

By:

Name : Merryana Puji Lestari

  

Student Number : 035114027

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  Tugas akhir ini dipersembahkan untuk : Yesus Kristus atas karuniaNya

Kedua orang tuaku tercinta (bapak Supar dan ibu Debora Sri Sulastri)

Kedua kakakku (Mas Mesah dan Mbak Endang) yang selalu memberikan semangat, dorongan, dan doa. hidup tak hanya dapat dimengerti ke belakang, tapi harus di jalani ke depan.

  

PENERIMA AM DENGAN FREQUENCY HOPPING

Merryana Puji Lestari

035114027

  

INTISARI

  Teknik frequency hopping merupakan teknik yang sering diterapkan pada komunikasi wireless seperti pada komunikasi radio. Frequency hopping merupakan teknik spread spectrum. Dinamakan spead spectrum karena bandwidth transmisi yang digunakan jauh lebih besar dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan informasi. Proses penebaran spektral pada frequency hopping, dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi pembawa secara periodik. Teknik ini dapat digunakan untuk mengatasi interferensi dan multipath fading yang dapat menurunkan kualitas layanan. Tujuan penelitian ini adalah membuat penerima AM dengan frequency hopping.

  Penerima AM dengan frequency hopping memiliki dua blok utama yaitu, blok PLL (Phase Lock Loop) dan blok penerima. Blok penerima terdiri dari RF , mixer, IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok

  amplifier

  PLL terdiri dari osilator referensi, VCO, phase comparator, pembagi terprogram, dan timer. Proses hopping sendiri terjadi pada blok PLL.

  Penerima AM yang dibuat dapat menerima frekuensi carrier 1000kHz dan 1050kHz dan PLL sebagai proses hopping tidak dapat bekerja dengan perubahan frekuensi setiap 0,5 detik. Penerima AM dapat menerima sinyal informasi dengan frekuensi yang berbeda-beda.

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

  

AM RECEIVER WITH FREQUENCY HOPPING

Merryana Puji Lestari

0351140247

ABSTRACT

  Frequency hopping is a technique that often applied in wireless communication like radio communication. Frequency hopping is a spread spectrum because the bandwidth transmission is more than minimum bandwidth which is using to transmit information. Spread spectrum process in frequency hopping do with changing carrier frequency periodically. This technique can be decrease service quality. The aim of this research is to build an AM receiver using frequency hopping.

  AM receiver with frequency hopping has two main blocks; there are PLL (Phase Lock Loop) block and receiver block. Receiver block consist of RF Amplifier, mixer, IF Amplifier, detector, filter, and audio amplifier. Where are PLL block consist of reference oscillator, VCO, phase comparator, programmable divider, and timer. The hopping process happened on PLL block.

  AM receiver that has been made can receive 1,000 kHz and 1,050 kHz of carrier frequency and PLL as hopping process can’t work with frequency changing every 0.5 second. AM receiver can receive information signal with different frequency.

  Keywords: frequency hopping, phase locked loop, AM

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Allah Bapa atas segala kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Skripsi ini berjudul : Penerima AM dengan Frequency Hopping.

  Skripsi ini ditulis bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar sarjana teknik pada program studi Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis peroleh berdasarkan pada perancangan alat, pembuatan alat, dan sampai pada pengujian alat.

  Penulisan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan, dorongan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Yesus Kristus sebagai penuntun hidupku

  2. Bapak Damar Wijaya, S.T, M.T. sebagai dosen pembimbing I dan Alexius Rukmono, S.T. sebagai pembimbing II yang telah bersedia memberikan ide, saran, bimbingan, dan waktu untuk penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

  3. Kedua kakak iparku Mas Tarto dan Mbak Titin yang telah memberi semangat dan setia membimbing penulis. Kedua orang keponakanku Yosua, Victor, dan Brama yang lucu-lucu yang senantiasa menghibur penulis.

  4. Suryo sebagai kekasih, teman berbagi, guru yang selalu mendorongku untuk

  5. Teman-teman “senasib hopping” Widi”03, Kelik’02, dan Ronnie’01 atas kerja sama selama pembuatan tugas akhir.

  6. Teman-teman angkatan 2003 yang memberikan ide masukan dan dorongan pada penulis Jacob, Kak Hans, Inggit, Alex, Deniz, Yohe, dan yang lainnya yang tidak disebutkan satu-persatu.

  7. Sahabat terbaikku Daniel yang terus memberi aku semangat, doa dan menyadarkan aku akan penyertaan Yesus dalam hidupku.

  8. Teman-teman Delji Kost: Theo, C’Na, Mb’San2, Rosa, Ken2, Dwie yang selalu menemaniku. Ex Delji Kost Mb’Liong, Mb’Pujae, dan Mb’Du2k yang tak henti-hentinya memberi semangat dan doa dari jauh.

  9. Laboran TE Mas soer dan Mas Mardie kalian adalah obat stres ku. Mas Ucup yang selalu membuatku tersenyum dikala hatiku gundah gulana.

10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu di sini, atas kebaikan dan bantuannya kepada penulis.

  Penulis sadar bahwa pada penulisan skripsi ini banyak terdapat kesalahan dan kekurangannya, oleh sebab itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat diharapkan agar penulis dapat lebih maju dan lebih baik.

  Yogyakarta, 17 September 2007

  

DAFTAR ISI

Halaman Judul.......................................................................................................

  1

  11

  8

  7

  7

  5

  5

  5

  5

  4

  3

  3

  2

  2

  2.1.2.4 IF Amplifier.......................................................... i iii iv v vi vii viii ix xi xiv xviii

  Lembar Pengesahan oleh Pembimbing................................................................. Lembar Pengesahan Penguji ................................................................................ Lembar Pernyataan Keaslian Karya...................................................................... Halaman Persembahan dan moto hidup................................................................ Intisari................................................................................................................... Abstract................................................................................................................. Kata Pengantar...................................................................................................... Daftar Isi .............................................................................................................. Daftar Gambar....................................................................................................... Daftar Tabel .........................................................................................................

  2.1.2.3 Mixer.....................................................................

  2.1.2.2 RF Amplifier .......................................................

  2.1.2.1 Antena .................................................................

  2.1.2 Penerima AM...................................................................

  2.1.1 Modulasi Amplitudo........................................................

  2.1 Penerima AM ....................................................................................

  BAB II DASAR TEORI .....................................................................................

  1.5 Metodologi Penulisan……………………………………………… 1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................

  1.4 Batasan Masalah ...............................................................................

  1.3 Manfaat .............................................................................................

  1.2 Tujuan.................................................................................................

  1.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................

  BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................

  14

  2.1.2.7 Audio Amplifier ………………………………..

  22 2.1.2.8 Osilator Lokal …………………………………..

  22 2.1.2.9 Speaker ………………………………………….

  23

  2.2

  23 Phase Locked Loop (PLL)..................................................................

  2.2.1 Pembanding Fasa ……….………………………………

  24 2.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) ..............................

  27

  2.2.3

  28 Osilator ………………………………………………….

  2.2.3.1. LM555..................................................................

  30 2.3 Frequency Hopping ............................................................................

  32 BAB III PERANCANGAN .................................................................................

  35 3.1 Diagram Blok Rangkaian ...................................................................

  35 3.2 Kerja Sistem .......................................................................................

  36 3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok .......................................................

  37 3.3.1 RF Amplifier ........................................................................

  37 3.3.2 ZN414 ……………………………………………………..

  40 3.3.3 Filter …………………………………………………….....

  41 3.3.4 Audio Amplifier …………………………………………...

  45 3.3.5 Phase Locked Loop (PLL) ………………………………...

  45 3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi …………………..

  46

  3.3.5.2 VCO dan Phase Comparator ………..…………

  47 3.3.5.3 TC9122P ..............................................................

  48 3.3.5.4 Transistor Sebagai Saklar .....................................

  49 3.3.5.5 Pewaktu LM555 ………………………………...

  50 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................

  53 4.1 Perangkat Hasil Penelitian .................................................................

  53 4.2 Pengujian Perangkat secara Keseluruhan ...........................................

  54 4.2.1 Pengujian Penerima AM .....................................................

  54 4.2.2 Pengujian Tiap Blok ............................................................

  60

  4.2.2.4 Pembagi Terprogram ............................................

  65 4.2.2.5 Timer ....................................................................

  66 4.2.2.6 VCO dan Phase Comparator ...............................

  67 BAB V PENUTUP ...............................................................................................

  70 5.1 Kesimpulan ........................................................................................

  70 5.2 Saran ...................................................................................................

  70 DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................

  72 LAMPIRAN .........................................................................................................

  75

  DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1. Bentuk gelombang carrier

  6 Gambar 2.2. Bentuk gelombang pemodulasi

  6 Gambar 2.3. Bentuk gelombang termodulasi

  6 Gambar 2.4. Diagram blok penerima AM

  7 Gambar 2.5. Rangkaian tertala seri

  8 Gambar 2.6. Rangkaian tertala paralel

  9 Gambar 2.7. Rangkaian RF amplifier 10

Gambar 2.8. Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A

  11 Gambar 2.9. Proses mixer 12

Gambar 2.10. Gelombang keluaran mixer

  12 Gambar 2.11. Tampak bawah IC ZN414

  13 Gambar 2.12. Skema rangkaian IC ZN414

  13 Gambar 2.13. Gelombang keluaran IF amplifier

  15 Gambar 2.14. Rangkaian detektor AM

  15 Gambar 2.15. Proses pada detektor AM

  16 Gambar 2.16. Karakteristik ideal Low Pass Filter

  16 Gambar 2.17. Simbol OpAmp

  18 Gambar 2.18. Tampak atas IC LF356

  18

Gambar 2.21. Rangkaian amplifier dengan OpAmp

  31 Gambar 2.33. Bentuk gelombang keluaran

  41 Gambar 3.6. Filter aktif

  38 Gambar 3.5. IC ZN 414 dengan rangkaian eksternal

  37 Gambar 3.4. Penguat tertala keluaran

  36 Gambar 3.3 Gelombang output dengan 2 frekuensi yang bergantian

Gambar 3.2 Gelombang input dengan 2 frekuensi carrier

  34 Gambar 3.1. Diagram blok penerima AM dengan frequency hopping 35

  33 Gambar 2.35. Interferensi pada transmisi Frequency Hopping

  32 Gambar 2.34 Teknik frequency hopping

  31 Gambar 2.32. IC LM555 sebagai multivibrator astabil

  22 Gambar 2.22. Diagram blok PLL

  30 Gambar 2.31. IC LM555

  29 Gambar 2.30. Keluaran multivibrator astabil

  29 Gambar 2.29. Tampak atas IC pembagi 10 74LS90

  28 Gambar 2.28. Tampak atas IC pembagi 1000 CD4060

  27 Gambar 2.27. Tampak atas IC CD4046

Gambar 2.26. Karakteristik VCO

  26 Gambar 2.25. Karakteristik Phase Comparator 27

  25 Gambar 2.24. Rangkaian IC CD4046

  24 Gambar 2.23. Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda

  42

Gambar 3.9. Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1kHz

  46 Gambar 3.10. Rangkaian VCO dan Phase Comparator dengan

  47 CD4046

Gambar 3.11. Tampak atas IC programmable divider TC9122P

  48 Gambar 3.12. Diagram blok IC TC9122P

  49 Gambar 3.13. Transistor sebagai saklar

  50 Gambar 3.14. Rangkaian timer 51

Gambar 4.1. Tampak atas perangkat

  53 Gambar 4.2. Model sistem penguji penerima AM

  54 Gambar 4.3. Sinyal input 1000kHz 54

Gambar 4.4. Sinyal input 1000kHz yang diperbesar

  55 Gambar 4.5. Sinyal input 1050kHz 55

Gambar 4.6. Sinyal input 1050kHz yang diperbesar

  56 Gambar 4.7. Spektrum frekuensi carrier 1000kHz

  56 Gambar 4.8. Spektrum frekuensi carrier 1050kHz

  57 Gambar 4.9. Audio 1kHz dengan frekuensi carrier 1000kHz 58

Gambar 4.10. Audio 1kHz dengan frekuensi carrier 1050kHz 58Gambar 4.11. Proses hopping dua frekuensi carrier 59Gambar 4.12. Spektrum frekuensi output RF Amplifier saat input

  60 1000kHz

Gambar 4.13. Spektrum frekuensi output RF Amplifier saat input

  61

Gambar 4.15. Output osilator referensi

  64 Gambar 4.16. Sinyal output pembagi terprogram

  65 Gambar 4.17. Timer output saat kondisi off 66

Gambar 4.18. Timer output saat kondisi on 67Gambar 4.19. Output frekuensi VCO 1000kHz

  68 Gambar 4.20. Output frekuensi VCO 1050kHz

  68

  DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

  20 Tabel 2.2. Tabel reset/count function

  29 Tabel 2.3. Tabel BCD count sequence

  30 Tabel 3.1. Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD

  49 Tabel 4.1. Data pengukuran LPF

  62

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Beberapa tahun terakhir, perkembangan sistem komunikasi berbasis

  

spread spectrum sangat pesat [1]. Karena sistem komunikasi yang menggunakan

  teknik spread spectrum ini mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi kemampuan antijam, penekanan interferensi dari luar, mampu melawan multipath

  fading , dan untuk keamanan komunikasi.

  Teknik ini mulanya digunakan untuk kebutuhan komunikasi militer, dan pada perkembangannya dimanfaatkan untuk bidang non-militer. Dinamakan

  

spread spectrum karena lebar bidang transmisi yang digunakan jauh lebih besar

dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan informasi.

  Salah satu teknik spread spectrum yang dikenal adalah Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

  Pada frequency hopping, proses penebaran spektral dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi pembawa secara periodik. Pada sistem frequency

  

hopping ini digunakan kode penebar (spreading code) yang dibangkitkan oleh

  rangkaian pembangkit urutan PN (pseudo noise), sebagai pengendali frekuensi keluaran sebuah pensintesis frekuensi.

  2

  frequency hopping , kedua teknik tersebut yang akan meningkatkan kapasitas

  jaringan GSM [2]. Perkembangan lainnya yaitu untuk teknik CDMA (Code

  Division Multiple Acces ), yaitu suatu sistem multiple acces yang dapat dilakukan

  pada frekuensi dan waktu yang sama, caranya dengan menggunakan kode yang berbeda [2].

  Teknik frequency hopping ini sangat bagus diterapkan pada komunikasi

  wireless seperti pada komunikasi radio, khususnya untuk sistem penerima AM

  yang akan dibuat oleh penulis. Diharapkan dengan teknik ini akan memberi banyak manfaat bagi pengguna, karena dapat mengurangi multipath fading dan

  interference , kedua permasalahan inilah yang dapat mengurangi kualitas layanan

  pada sistem telekomunikasi [1]. Oleh karena penulis berharap dengan merancang dan membuat suatu perangkat penerima AM dengan frequency hopping maka dapat membantu dunia telekomunikasi dalam menghadapi permasalahan yang dihadapi saat ini yaitu memperbaiki kualitas layanan.

  1.2. Tujuan

  Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan membuat suatu perangkat penerima AM dengan metode frequency hopping.

  1.3. Manfaat

  Bagi pembaca dapat menjadi bahan pertimbangan dalam memanfaatkan

  3 Tugas akhir ini juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya bagaimana cara mengatasi masalah yang sering muncul pada penerima AM.

  1.4. Batasan Masalah

  Penerima AM yang dibuat dengan frekuensi carrier 1000kHz dan 1050kHz secara bergantian. Sumber sinyal berasal dari 2 buah pemancar AM, atau sebuah pemancar AM dengan frequency hopping. Osilator lokal meggunakan PLL dengan perubahan frekuensi antara frekuensi rendah dengan frekuensi tinggi selama 0,5 detik.

  1.5. Metodologi Penelitian

  Penelitian ini disusun berdasarkan studi literatur, serta mempelajari cara kerja dan sekaligus cara-cara merencanakan dan membuat peralatan tersebut.

  Perencanaan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan. Pembuatan peralatan untuk setiap bagian sesuai dengan fungsi masing-masing dan kemudian diujikan. Untuk pengujian penerima AM, diperlukan dua sumber sinyal (tone), dengan nada yang berbeda, yang diumpankan ke kedua pemancar radio biasa. Ke dua pemancar memancarkan sinyal pada dua frekuensi yang berbeda, sesuai dengan spesifikasi frekuensi penerima. Penerima harus bisa menerima dua nada secara bergantian.

  4

1.6. Sistematika Penulisan

  1. BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan dan sistematika penulisan.

  2. BAB II DASAR TEORI

  Bab ini berisi penjelasan umum yang terkait dengan perancangan. Berisi tentang teori dasar AM (Amplitude Modulation) dan bagian-bagian dari penerima AM, PLL dan bagian-bagiannya, dan akan dijelaskan juga tentang teori dasar frequency hopping sebagai bagian dari teknik spread spectrum.

  3. BAB III PERANCANGAN SISTEM

  Bab ini berisi penjelasan tentang alur perancangan, komponen-komponen yang digunakan dan perhitungan nilai-nilai komponen.

  4. BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  Bab ini berisi hasil perancangan pada keadaan yang telah tertulis pada batasan masalah, tampilan hasil perancangan dengan menggunakan software (simulasi), dan analisa hasil perancangan yang diperoleh.

  5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang telah dilakukan.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Penerima AM

2.1.1. Modulasi Amplitudo

  Modulasi adalah proses pengubahan atau pengaturan parameter sinyal berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah. AM (Amplitude

  Modulation ) merupakan salah satu jenis modulasi yang mengubah amplitudo sinyal

  [4]. Dalam modulasi amplitudo, suatu tegangan yang sebanding dengan sinyal modulasi ditambahkan kepada amplitudo carrier.

  Sinyal carrier dinyatakan dengan [4]

  e t = E cos t _{c c max c c} ( ) ( ω + φ ) (2.1)

  dengan E merupakan amplitudo sinyal carrier, _{c max c} ω adalah frekuensi sudut

  carrier , dan φ adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan pada _c Gambar 2.1.

  Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

  e ( ) t = E cos ( ω + t φ ) _{m m max m m} (2.2)

  dengan E merupakan amplitudo sinyal pemodulasi, ω adalah frekuensi sudut _{m max m} pemodulasi, dan φ adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang pemodulasi _m ditunjukkan pada Gambar 2.2.

  6 Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan dengan

  ( ) [ ] ( ) φ ω + + = t t e E t e _{m c}

  ) cos ( _max (2.3) Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier [4].Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi [4].Gambar 2.3 Bentuk gelombang termodulasi [4].

  7

2.1.2. Penerima AM

  Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi. Pertama, penerima harus memisahkan sinyal radio AM dari pemancar dan semua sinyal lain yang mungkin tertangkap oleh antena dan menolak yang tidak diinginkan, sinyal yang diinginkan yaitu sinyal carrier dari pemancar [4]. Selanjutnya, penerima harus menguatkan sinyal yang diinginkan sampai ke tingkat yang dapat digunakan yaitu 540kHz sampai 1600kHz. Akhirnya, penerima harus memulihkan sinyal informasi dari sinyal carrier dan menyampaikan kepada pemakai.

Gambar 2.4 Diagram blok penerima AM [4].Gambar 2.4 menunjukkan diagram blok penerima AM secara umum.

  Penjelasan tiap blok adalah sebagai berikut :

2.1.2.1. Antena

  Berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar radio. Antena dapat berupa konduktor yang berfungsi untuk menyalurkan

  8 daya pancaran dari penguat akhir dan dipasang pada bagian paling akhir sebelum sinyal dipancarkan ke udara.

2.1.2.2. RF Amplifier

  RF amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal termodulasi dari antena serta dapat meningkatkan SNR (Signal to Noise Ratio).

  Kinerja rangkaian tertala tergantung dari frekuensi, lebar bandwidth, dan faktor kualitas (Q) [4]. Rangkaian ini biasa dipakai dalam tapis ( filter), osilator, dan penguat radio. Rangkaian tala terdiri induktor dan kapasitor baik secara seri seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5 maupun paralel seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6. _{C1 L1 r 1} V1 _{SIGNAL AC 2} Gambar 2.5 Rangkaian tertala seri [4].

  Persamaan rangkaian tertala seri adalah [4] Zs = r + jX

  (2.4)

1 Zs = r + j ( ωL - )

   (2.5) ω C

  Besarnya impedansi adalah ^{2 2}

• Zs = r

  X (2.6)

  9 Karena

  1

  (2.7) ωL =

  ω

  C

  maka

  1 ω =

  (2.8)

  LC

  sehingga

  1 fo = (2.9)

  2 π LC _{R L C}

1 SIGNAL AC

  ² Gambar 2.6 Rangkaian tertala paralel [4].

  Persamaan rangkaian tertala paralel adalah [4] ₂

  1

  1 R fo = − (2.10) ₂

  2 LC L π

  2

2 Jika L >> R , maka, hasil seperti persamaan 2.9.

  Perancangan menggunakan rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7.

  10

Gambar 2.7 Rangkaian RF Amplifier [4].

  Dengan analisis DC adalah [9]

  a. Bagian Keluaran

  I Rc Vce _{c e}

• Vcc =

  I Re (2.11)

  1 I = xI _{cQ c max} (2.12)

  2

  b. Bagian Masukan

  Vcc = + +

  I Rb Vbe _{b e}

  I Re (2.13)

  I _c I = _b (2.14)

  β Nilai Ic dan β diperoleh dari datasheet transistor menggunakan grafik Ic-hfe

  (pada suhu kamar), seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8. Sedangkan fungsi kapasitor C2 dan C4 hanya untuk menahan sinyal DC supaya tidak masuk, dan C3 sebagai kapasitor bypass.

  11

Gambar 2.8 Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A [10].

  2.1.2.3 . Mixer

  Secara umum mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi lain, pada umumnya mengubah sinyal frekuensi radio ke suatu nilai tengah (intermediate frequency) dan yang memerlukan input dari sebuah osilator lokal. Pada penerima AM mixer berfungsi mencampur sinyal RF amplifier dengan sinyal output osilator, output berupa sinyal termodulasi dengan frekuensi 455kHz.

  Semua rangkaian mixer memanfaatkan dua sinyal sinusoidal dikalikan bersama, hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yang dijumlahkan dan dikurangkan atau selisihnya. Dengan persamaan sinyal osilator [4]

  V = V sin ω t (2.15) osc osc osc

  dan sinyal RF

  V = _{sig sig sig} V sin ω t (2.16)

  Perkalian kedua sinyal adalah

  12

  sin ω sin ω V xV = _{osc sig osc osc sig sig} V txV t

   (2.17) V xV

• cos ω ω cos ω ω

  V xV = − t − t _{osc sig ( ( osc sig ) ( osc sig ) )} ^{osc sig}

2 Suku yang mengandung frekuensi ω − ω biasanya dipilih dengan

  _{osc sig} penyaringan, sebagai sinyal IF (Intermediate Frequency). Gambar 2.9 menunjukkan proses pencampuran sinyal RF amplifier (Ssig) dengan sinyal dari osilator (Sosc).

Gambar 2.9 Proses mixer [8].

  Gelombang output mixer ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Gelombang keluaran mixer [8].

  Perancangan menggunakan komponen aktif yaitu IC ZN414. Tampak bawah dari IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.11 dan skema rangkaian mixer pada rangkaian dalam IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.12.

  13

Gambar 2.11 Tampak bawah IC ZN414 [11].Gambar 2.12 Skema rangkaian IC ZN414 [11].

  Komponen eksternal dihitung dengan menggunakan persamaan [11].

  1 C = _{out 3} (2.18)

  2 π xR x _AGC 4 x

  10 C merupakan kapasitor output yang terpasang antara output dengan _out ground . Perubahan nilai C tidak mempengaruhi besarnya nilai komponen yang lain _out seperti induktor dan resistor yang terpasang di luar IC.

  14 Induktor dan kapasitor yang terpasang secara paralel pada masukan mixer merupakan IFT yang berfungsi menghasilkan frekuensi 455KHz. IFT yang digunakan adalah IFT untuk AM.

2.1.2.4. IF Amplifier

  IF amplifier menggunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian RF

  amplifier , yang membedakan adalah frekuensi sinyal masukan. Jika IF amplifier dibuat dengan rangkaian pasif maka perhitungan mengacu pada bab 2.1.2.2.

  Rangkaian IF amplifier mendapat sinyal masukan dari mixer yang berfrekuensi 455kHz kemudian sinyal tersebut akan dikuatkan dayanya.

  Sinyal radio yang diterima pada frekuensi f di campur dengan sinyal dari _s osilator lokal pada (biasanya ditempatkan di atas ), dan frekuensi selisih yang

  f f _{o s}

  dihasilkan diambil sebagai frekuensi intermediate atau IF karena

  IF = f − f _{o s} (2.19)

  Perancangan tidak menggunakan rangkaian tertala tetapi menggunakan komponen aktif IC ZN414 seperti yang digunakan pada mixer. Skema rangkaian ditunjukkan pada Gambar 2.12. Bentuk gelombang keluaran berupa sinyal carrier yang sudah dikuatkan amplitudonya ditunjukkan pada Gambar 2.13

  15

Gambar 2.13 Gelombang keluaran IF Amplifier [8].

2.1.2.5. Detektor

  Detektor berfungsi memulihkan sinyal informasi dari modulated carrier sehingga menghasilkan tegangan keluaran proporsional yang merupakan sinyal modulasi atau sinyal informasi [4].

  Detektor AM biasanya menggunakan aplikasi dioda. Dioda bertindak sebagai sebagai penyearah dan dapat dianggap sebagai saklar ON apabila tegangan input positif, yang memungkinkan kapasitor memuat (charge) sampai ke puncak input RF. Selama berlangsungnya setengah negatif dari siklus RF, dioda OFF, tetapi kapasitor tetap menahan muatan positif yang diterima sebelumnya, maka tegangan keluaran tetap pada nilai positif puncak RF. Akan terjadi pelepasan muatan kapasitor (discharge), yang menghasilkan riak RF (RF ripple) pada bentuk gelombang output.

  Rangkaian detektor AM ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Rangkaian detektor AM [12].

  16

Gambar 2.15 menunjukkan proses pada detektor yaitu masukkan sinyal carrier yang diubah sehingga keluaran menjadi sinyal audio.Gambar 2.15 Proses pada detektor AM [12].

  Perancangan menggunakan komponen aktif IC ZN414 sama seperti yang digunakan pada mixer dan IF Amplifier. Rangkaian dalam IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.12.

2.1.2.6. LPF ( Low Pass Filter)

  Filter adalah rangkaian yang menghasilkan karakteristik tanggapan frekuensi

  yang telah ditentukan dengan tujuan melewatkan rentang frekuensi tertentu dan menekan/menolak rentang frekuensi yang lain [5]. Sedangkan LPF adalah filter yang mampu melewatkan frekuensi rendah saja.

  a b f f c Gambar 2.16 Karakteristik ideal LPF [5].

  17

Gambar 2.16 merupakan bentuk karakteristik ideal LPF jika ditinjau berdasarkan band. Ada dua area pada filter, yaitu

1. Pass Band, rentang frekuensi yang dilewatkan (ditunjukkan dengan huruf a)

  2. Stop Band, rentang frekuensi yang ditolak (ditunjukkan dengan huruf b)

  Filter ini mempunyai kelebihan dan kekurangan yaitu,

  Kelebihan : 1.

  Tidak perlu elemen induktor, sehingga tidak ada masalah pada frekuensi rendah dan mudah diimplementasikan pada frekuensi sangat rendah.

  2. Karakteristik tanggapan frekuensi mendekati bentuk ideal.

  3. Ukuran fisik dan biaya dari rangkaian dapat ditekan. Kekurangan : 1.

  Membutuhkan catu daya tersendiri.

  2. Kurang handal dibanding komponen pasif.

  3. Perlu feedback, sehingga ada kemungkinan tidak stabil.

  4. Batasan praktis frekuensi kerja 100kHz (bekerja baik di bawah 100kHz).

  Perancangan menggunakan OpAmp dalam bentuk IC LF356. OpAmp adalah sebuah IC yang terdiri dari rangkaian elektronik yang terdiri atas transistor, resistor dan atau dioda. Jika IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian masukan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan

  18 mengintegrasi, dan lain sebagainya. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier dan disingkat OpAmp.

  Penguatan yang diperoleh dari OpAmp bisa mencapai 100000 kali. Gambar 2.17 menunjukkan simbol OpAmp.

Gambar 2.17 Simbol OpAmp.

  OpAmp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan elektronik misal, sebagai penguat, sensor, dan yang akan dipakai pada perancangan ini yaitu sebagai filter. Tampak atas IC LF356 ditunjukkan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Tampak atas IC LF356.

  Perancangan menggunakan filter jenis LPF dan diklasifikasikan sebagai filter aktif karena terdiri dari kombinasi RC dan satu komponen aktif (seperti OpAmp) dengan feedback.

  19

Gambar 2.19 Rangkaian LPF aktif dengan 2 pole [5].Gambar 2.19 merupakan rangkaian LPF aktif 2 pole dengan komponen ternormalisasi satu. Untuk merancang LPF aktif digunakan penskalaan frekuensi dan

  impedansi (Frequency and Impedance Scaling) dengan prosedur penskalaan sebagai berikut : Prosedur Penskalaan :

  1. Konstanta Penskalaan Frekuensi (Kf) _r ω = frekuensi referensi pada rancangan ternormalisasi a. bisa fc untuk LPF dan HPF, atau fo untuk BPF dan BRF b. biasanya bernilai 1 rad/dt.

  ω _r = frekuensi referensi pada rancangan aktual 2 f

  ω π _{r r}

  K = = _{f r r}

  ω ω

   (2.20)

  20 Setelah Kf diketahui, ubah nilai R/C dengan faktor Kf (kali / bagi). Jika frekuensi pada rancangan aktual lebih tinggi, maka R/C dibagi Kf. Secara praktis yang sering diubah adalah C, R biasanya diubah untuk tipe filter tala.

  2. Konstanta Penskalaan Impedansi (Kr) Kr = Level Impedansi pada Rangkaian Aktual Level Impedansi pada Rangkaian Ternormalisasi (2.21)

  Rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi akan mempunyai nilai R besar dan nilai C kecil, dan sebaliknya.

Tabel 2.1. merupakan nilai ternormalisasi dari kapasitor untuk rangkaian LPF.Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

  # Kutub C C C _{1 2}

₃

2 1,414 0,7071 3 3,546 1,392 0,2024 4 1,082 0,9241

  2,613 0,3825 5 1,753 1,354 0,4214 3,235 0,3089 6 1,035 0,9660 1,414 0,7071 3,863 0,2588

  7 1,531 1,336 0,4885 1,604 0,6235 4,493 0,2225

  Fungsi-fungsi dalam filter Butterworth memberikan frekuensi referensi pada tanggapan amplitudo sebesar 1/ 2 dari level pass band maksimum (3,01 dB).

  21 Frekuensi ini disebut frekuensi cutoff. Jika fc = frekuensi cutoff, dan n = jumlah kutub, maka tanggapan amplitudo dari fungsi low-pass Butterworth

  1 M ( ) ω =

  (2.22)

• 1 ( f f ) _c ^{2 n}

  Nilai maksimum M( ω ) terjadi saat f = 0, yaitu M( ω ) = 1. Pada filter pasif nilai maksimum M( ω ) kurang dari 1, dan filter dikatakan mempunyai flat loss.

  Sebaliknya, filter aktif dapat mempunyai nilai maksimum M( ω ) lebih dari 1.

  Jika MdB( ω ) merupakan bentuk decibel dari tanggapan amplitudo relatif terhadap nilai maksimumnya, maka

  (2.23)

  1 M ( ω ) = 20 log

• ^dB
¹⁰ 1 ( f f ) _c ^{2 n} atau
• (2.24)

  M ( ω ) = − 10 log _{10 [ c ]} 1 ( f / f ) ^{2 n} Gambar 2.20 Karakteristik LPF [5].

Gambar 2.20 merupakan karakteristik LPF, semakin banyak jumlah pole maka karakterisrik akan mendekati ideal seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16.

  22

  2.1.2.7. Audio Amplifier Audio amplifier berfungsi memperkuat daya dari filter yang menghasilkan sinyal audio. Jenis penguat yang digunakan adalah penguat menggunakan OpAmp.

  Rangkaian menggunakan OpAmp akan lebih mudah dibuat dari pada menggunakan transistor dan volume bisa diatur dengan potensiometer. Rangkaian ditunjukkan pada

Gambar 2.21. Selain mempunyai bati tegangan, penguat memiliki bati daya, yang ditentukan dengan [6]

  (2.25)

  P ac _o ( ) A =

  P dc _{in ( )}

Gambar 2.21 Rangkaian amplifier dengan OpAmp [19]

  2.1.2.8. Osilator Lokal

  Secara umum osilator dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan balik positif. Setiap gangguan kecil pada input terhadap amplifier, seperti yang ditimbulkan

  23 oleh noise akan diperkuat, dan sebagian sinyal yang diperkuat diumpan balikkan kepada input. Asalkan sinyal umpan balik itu mempunyai amplitudo yang cukup dan fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan suatu sinyal yang menopang sendiri atau osilasi.

  Osilator lokal berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinus yang memiliki frekuensi 455kHz lebih tinggi dari frekuensi radio yang berasal dari antena, karena pada penerima radio frekuensi pembawa dicampur terlebih dahulu dengan suatu frekuensi sinus murni yang dikenal sebagai frekuensi osilator lokal.

  Pada perancangan osilator lokal digantikan dengan sistem PLL yang dijelaskan pada Bab 2.2.

2.1.2.9. Speaker

  Speaker berfungsi untuk mengubah sinyal suara yang berupa getaran listrik menjadi suara.

2.2. Phase Lock Loop (PLL)

  Phase Lock Loop (PLL) adalah rangkaian umpan balik kalang tertutup yang

  menghasilkan sinyal output yang tersinkronisasi (lock) dengan sinyal input. PLL dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM dan FM, deteksi FSK, frequency multiplier, dan frequency synthesizer [5].

  24 Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan Lock

  ± Range . Capture Range f C adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi

  pusat di mana PLL mulai terjadi sinkronisasi. Lock range ± f adalah

  L

  jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat di mana PLL dapat mempertahankan sinkronisasi, dari sejak mulai terjadi. Secara umum lock range lebih lebar dari capture range. Jadi PLL dapat mempertahankan sinkronisasi pada jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi.

  Diagram blok PLL ditunjukkan pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22 Diagram blok PLL [5].

  Diagram blok PLL terdiri dari pembanding fasa (phase comparator), filter, dan VCO (Voltage Control Oscillator)[5].

2.2.1. Pembanding Fasa

  Pembanding fasa (phase comparator) adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang masukan, dan membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan koreksi dari perbedaan fasa yang terjadi [8].

  25

Gambar 2.23 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda [8].Gambar 2.23 menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus f

  1

  sebagai sinyal referensi dan f

  2 sebagai sinyal dari VCO dengan perbedaan sudut

  sebesar sudut θ (phase error). Sinyal referensi pembanding fasa dianggap _e gelombang sinus, dengan persamaan [8]

  u ( t ) = U sin[ ω + t θ ( ) t ] _{1 1 n 1}

  (2.26) Dengan sudut fasa θ merupakan bagian dari fungsi waktu (t), dan dianggap θ = 0 _{1 1} untuk t < 0. Sedangkan pada t 0 nilai ≥ θ = Δ φ ₁

  θ ( t ) = Δ φ u ( t ) ₁

  (2.27)

  Dengan u t adalah fungsi unit step. Fungsi merupakan bagian dari modulasi fasa

  ( )

  (modulasi berbeda), sedang untuk perubahan frekuensi (frekuensi dan fasa berbeda) yaitu pada modulasi frekuensi, maka persamaan sinyal referensi menjadi

  u = + U sin( Δ t ) = U sin ( t ) + t (2.28) _{1 1 o} ω ω ω θ _{1 o 1} sudut fasa θ dapat ditulis sebagai ₁

  26

  t = Δ t (2.29)

  θ ( ) ω ₁ Sinyal yang akan dibandingkan ( ), yaitu sinyal dari osilator VCO, adalah sinyal

  f

  2 output dengan persamaan : u ( ) t = U cos ω + t θ ( ) t (2.30) _{2 2 [ o 2 ]}

  Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada frekuensi π tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar antara sinyal referensi dengan

  o

  2

  90 ( )

  sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus, dan satunya fungsi kosinus, beda fasa = − menjadi bernilai 0.