RIZKI NUZULFIKRI (1005199) & INDRIYANI HARGESTA (1006480)

MODULATOR AM DAN DOUBLE SIDEBAND (DSB)

Makalah Elektronika Telekomunikasi

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA2012

1

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan rahmat dan hidayah-Nya kami

dapat menyelesaikan Makalah “ MODULATOR AM dan DUAL SIDE BAND (DSB) ” ini.

Ucapan terima kasih yang tiada tara kepada :

1. Allah SWT, atas inspirasinya dan semangat keislaman yang selalu terpatri dalam

sanubari.

2. Ayah dan Bunda kami, atas doa beliaulah kami mampu melangkah sejauh ini.

3. Dosen Mata Kuliah Elektronika Telekomunikasi.

4. Rekan kelompok, atas jerih payahnya dan keikhlasan hatinya dalam membantu

tersusunnya laporan ini.

5. Rekan sejawat semua, atas kesediaannya membaca dan mencari inspirasi dari setiap

goresan pemikiran kami ini.

Akhirnya, kembali pada konsep “Tiada Gading yang Tak Retak”. Maka penulis pun

sadar bahwa penulisan laporan ini masih sangat jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kami

mengharapkan sumbangsih motivasi dan inovasi dari para pembaca sekalian.

Bandung, 11 Desember 2012

penulis

2

DAFTAR ISI

Kata Pengantar.............................................................................................................................1

Daftar Isi......................................................................................................................................2

PENGERTIAN MODULASI....................................................................................................3

MODULASI AMPLITUDO......................................................................................................3

AM ENVELOPE........................................................................................................................6

POWER DISTRIBUTION AM...............................................................................................13

GLOSARIUM............................................................................................................................17

3

Pengertian Modulasi

Modulasi merupakan proses mengubau-ubah parameter suatu sinyal (sinyal pembawa atau

carrier) dengan menggunakan sinyal yang lain (yaitu sinyal pemodulasi yang berupa sinyal

informasi). Sinyal informasi dapat berbentuk sinyal audio, sinyal video, atau sinyal yang lain.

Berdasarkan parameter sinyal yang diubah-ubah, modulasi dapat dibedakan menjadi beberapa

jenis :

Modulasi amplitudo (AM, Amplitudo Modulation)

Pada modulasi amplitudo, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah

amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitude sinyal pembawa akan berbanding

lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.

Modulasi frekuensi (FM, Frequency Modulation)

Pada modulasi frekuensi, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah

frekuensi sinyal pembawa. Besarnya frekuensi sinyal pembawa akan berbanding lurus

dengan amplitudo sinyal pemodulasi.

Modulasi Amplitudo

Seperti telah dijelaskan di atas, pada modulasi amplitudo maka besarnya amplitudo sinyal

pembawa akan diubah-ubah oleh sinyal pemodulasi sehingga besarnya sebanding dengan

amplitudo sinyal pemodulasi tersebut.

Frekuensi sinyal pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pemodulasi.

Frekuensi sinyal pemodulasi biasanya merupakan sinyal pada rentang frekuensi audio (AF,

Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai denan 20 kHz. Sedangkan frekuensi sinyal

pembawa biasanya berupa sinyal radio (RF, Radio Frequency) pada rentang frekuensi tengah

(MF, Mid-Frequency) yaitu antara 300 kHz sampai dengan 3 Mhz. Untuk mempermudah

pembahasan, hanya akan didiskusikan modulasi dengan sinyal sinus.

Jika sinyal pemodulasi dinyatakan sebagai m dan c

em = Vm sin m t

dan sinyal pembawanya dinyatakan sebagai ec = Vc sin c t , maka sinyal hasil modulasi

disebut sinyal termodulasi atau eAM. Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi AM.

eAM = Vc (1 + m sin m t ) sin c t

= Vc . sin c t + m . Vc . sin c t . sin m t

= Vc . sin c t + ½ m.Vc.cos (c - m ) t - ½ m.Vc.cos (c + m ) t

dengan

4

eAM : sinyal termodulasi AM

em : sinyal pemodulasi

ec : sinyal pembawa

Vc : amplitudo maksimum sinyal pembawa

Vm : amplitudo maksimum sinyal pemodulasi

m : indeks modulasi AM

c : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik)

m : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)

Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut dinyatakan sebagai:

= 2 f

Gambar 3.1 memperlihatkan sinyal informasi (pemodulasi), sinyal pembawa, dan sinyal

termodulasi AM.

Komponen pertama sinyal termodulasi AM (Vc sin c t) disebut

komponen pembawa, komponen kedua ( yaitu ½ m.Vc.cos (c - m ) t )

disebut komponen bidang sisi bawah atau LSB : Lower Side Band), dan komponen ketiga

( yaitu ½ m.Vc.cos (c + m ) t ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB : Upper Side

Band). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar c , komponen LSB

mempunyai frekuensi sudut sebesar c - m , dan komponen USB mempunyai frekuensi

sudut sebesar c + m

Pada gambar 3.2 diperlihatkan spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang

dihasilkan oleh spektrum analyzer. Harga amplitude masing-masing bidang sisi dinyatakan

dalam harga mutlaknya.

Ada beberapa jenis modulasi amplitudo, yaitu:

AM Double Side Band-Suppresed Carrier (AM-DSB-SC)

Dibuat dengan mengatur agar amplitudo sinyal carrier berubah secara proporsional sesuai

perubahan amplitudo pada sinyal pemodulasi (sinyal informasi).

AM Double Side Band-Full Carrier (AM-DSB-FC)

Jenis ini juga sering dikenal sebagai Full AM atau Standard AM. Bandwidth dari

gelombang yang termodulasi adalah dua kali bandwidth sinyal informasi.

AM Single Side Band (AM-SSB)

Single-sideband modulation (SSB) merupakan perbaikan dari Amplitude Modulation(AM)

yang lebih efisien dalam penggunaan daya dan bandwidthnya. Jika pada DSB

5

menghasilkan sinyal output termodulasi yaitu LSB dan USB maka pada SSB hanya

diambil salah satunya saja Lower Sideband(LSB) atau Upper Sideband(USB). Kelemahan

SSB yaitu diperlukan perangkat elektronik yang lebih kompleks daripada rangkaian AM

biasa.

AM Independent Side Band (AM-ISB)

Jenis ini biasa digunakan pada beberapa transmisi radio AM. Biasanya tiap sideband

membawa informasi yang identik(mirip), namun ISB memodulasi dua sinyal input yang

berbeda, satu di sideband bagian atas , dan yang lain pada sideband bagian bawah.

AM Vestigial Side Band (AM-VSB)

Modulasi VSB digunakan untuk mentransmisikan sinyal pesan dengan bandwidth sangat

lebar dan mempunyai kandungan informasi pada frekuensi rendah (seperti transmisi data

kecepatan tinggi dan televisi). Penekanan sebagian dari satu sideband mengurangi

bandwidth yang diperlukan dibandingkan dengan modulasi DSB tapi tidak sama dengan

efisiensi spektrum pada SSB. Jika carrier yang besar juga dikirim, sinyal pesan bisa

didemodulasi dengan envelope detector. Jika tidak ada carrier yang dikirim, maka

penerimaan memerlukan synchronous detector. Modulasi VSB diperoleh dengan

melewatkan satu sideband dari sinyal DSB atau AM, dan melewatkan sebagian dari

sideband lainnya. Dalam sistem televisi dengan bandwidth 4 MHz, sistem DSB akan

memerlukan bandwidth sebesar 8 MHz. Dengan modulasi VSB bandwidth bisa dikurangi

menjadi sekitar 5 MHz.

Rumus Untuk Menghitung Indeks Modulasi

m = (Emax – Emin)/(Emax + Emin)

M = m x 100%

Ptotal = Psignal + P carrier

Ptotal = Pcarrier (1+(0,5 x m x m))

Psignal = (m x m x Pcarrier)/2

Ptiap sideband = Psignal / 2

Kelebihan Dari Amplitudo Modulation

1. Memiliki range jangkauan yang luas daripada FM, karena dengan modulasi

amplitudo dipantulkan pada lapisan udara teratas yaitu ionosfer

2. Lebih mudah di modulasi karena lebih sederhana

6

Kelemahan Dari Amplitudo Modulation

1. Mudah dipengaruhi oleh keadaan transmisinya, seperti: redaman oleh udara, noise,

interfrensi dan bentuk-bentuk gangguan lainnya

2. Kualitas suara yang ditransmisikan tidak sejernih FM karena memiliki bandwith yang

kecil

AM Envelope

AM Double-sideband full carrier (DSBFC) sering digunakan disebut juga sebagai AM

konvensional sama dengan AM.

Persamaan :

Sinyal carrier : Vc sin 2πfct

Sinyal pemodulasi (informasi) : Vm sin 2πfmt

Gelombang modulasi Vam(t) AM konvensional

Gelombang AM dihasilkan ketika sinyal modulasi frekuensi tunggal ditumpangkan sinyal

carrier frekuensi tinggi.

Spektrum Frekuensi Gelombang AM

Luas Spektrum AM adalah fc-fm(max) sampai dengan fc+fm(max)

Bandwidth AM (B) adalah perbedaan antara USF max dengan LSF min

Jadi persamaannya B= 2 fm(max)

Contoh soal :

1. Modulator AM DSBFC dengan frekuensi carrier fc= 100 kHz dan frekuensi sinyal

pemodulasi maximum fm(max)=5kHz.

Tentukan :

a. Batas frekuensi upper dan lower side band

b. Bandwidth

Lower side frekuensi

(LSF)

Upper side frekuensi

(USF)

Lower side band Upper side band

fc-fm(max) fc+fm(max)fc

Carrier

LSF USF

Ampl

itudo

7

c. Upper dan lower side frekuensi dihasilkan ketika sinyal pemodulasi adalah single

frekuensi 3 kHz.

d. Gambar output spectrum frekuensi

Jawab :

a. Luas Lower Side Band (LSB) adalah dari LSF minimum sampai dengan frekuensi

carrier

LSB = (fc-fm(max)) sampai dengan fc

= (100-5) kHz sampai dengan 100 k Hz

= 95 kHz sampai dengan 100 k Hz

Luas Upper Side Band (USB) adalah dari frekuensi carrier sampai dengan USF

maximum

USB = fc sampai dengan (fc+fm(max))

= 100 k Hz sampai dengan (100+5) kHz

= 100 k Hz sampai dengan 105 kHz

b. Bandwidth

B= 2 fm(max) = 2 x 5 kHz = 10 kHz

c. Upper Side Frekuensi (USF) adalah jumlah antara carrier dan frekuensi pemodulasi

USF = fc + fm = 100 kHz + 3 kHz = 103 kHz

Lower Side Frekuensi (LSF) adalah perbedaan antara carrier dan frekuensi

pemodulasi

LSF = fc - fm = 100 kHz - 3 kHz = 97 kHz

d. Gambar output spectrum frekuensi

Koefisien modulasi adalah istilah untuk menjelaskan jumlah perubahan amplitude modulasi

di gelombang AM

Persamaan matematika :

Carrier

95 105100

97 103

B= 10 kHzf (kHz)

8

m= EmEc

Dimana : m = koefisien modulasi

Em = tegangan amplitude pemodulasi (Volts)

Ec = tegangan amplitude carrier (Volts)

Persentase modulasi adalah koefisien modulasi dalam persentase. Persamaan matematika :

M= EmEc

x 100 %

Jika sinyal pemodulasi adalah asli, gelombang sinus frekuensi single dan proses modulasi

adalah simetrik (yakni persimpangan positive dan negative dari envelope amplitude adalah

sama), maka persen modulasi :

Em=12

(V max−V min)

Ec=12

(V max+V min)

M=EmEc

=

12

(V max−V min)12

(V max+V min)x100 %

M=(V max−V min )(V max+V min)

x100 %

Dimana, Vmax = Ec +Em

Vmin = Ec – Em

Perubahan puncak pada amplitude gelombang output (Em) adalah tegangan dari upper dan

lower side frequency karena Em = Eusf +Elsf dan Eusf =Elsf

Eusf =Elsf =Em2

=

12

(V max−V min )2

=14

(V max−V min)

Dimana, Eusf = puncak amplitude pada usf (Volt)

Elsf = puncak amplitude pada lsf (Volt)

Contoh soal :

Diketahui gelombang AM sebagai berikut :

9

Vmax = 18 Vp

Vmin = 2Vp

Em Ec = 10 Vp

Tentukan :

a. Puncak amplitude USF adan LSF

b. Puncak amplitude modulasi carrier

c. Perubahan puncak pada envelope amplitude pemodulasi

d. Koefisien modulasi

e. Persentase koefisien modulasi

Jawab :

a. Eusf=Elsf= ¼(18-2) = 4 Volt

b. Ec=½( 18+2) = 10 Volt

c. Em= ½(18-2) = 8 Volt

d. m = 8/10 = 0.8

e. M= m x 100 % = 0,8 x 100 % = 80 %

Siaran AM local menggunakan jalur gelombang menengah (medium wave band) : 550 –

1600 kHz

Siaran AM internasional terdapat beberapa jalur-jalur HF tersebar dari 1600 kHz – kira kira

15 MHz

Tegangan Distribusi AM

Persamaan matematik carrier termodulasi : Vc (t) = Ec sin (2πfct)

Dimana : Vc(t) = time varying tegangan gelombang untuk carrier

10

Ec = amplitude puncak carrier (Volt)

fc = frekuensi carrier (Hz)

laju pengulangan envelope AM = frekuensi sinyal pemodulasi

amplitude gelombang AM berubah secara proposional menjadi amplitude sinyal pemodulasi

amplitude maximum gelombang pemodulasi = Ec + Em

amplitude swesaat dari gelombang pemodulasi dinyatakan ;

Vam (t) = [Ec+Em sin (2πfmt)] [sin (2πfct)] (a)

Dimana : [Ec+Em sin (2πfmt)] = amplitude gelombang pemodulasi

Em = perubahan puncak pada envelope amplitude (Volt)

fm = frekuensi sinyal pemodulasi (Hz)

jika mEc disubtitusikan ke Em,

Vam(t) = [Ec+ mEc sin (2πfmt)] [sin (2πfct)] (b)

Dimana : [Ec+ mEc sin (2πfmt)] = amplitude gelombang pemodulasi

Factor Ec dari persamaan (b) menjadi :

Vam(t) = [1+ m sin (2πfmt)] [ Ec sin (2πfct)] (c)

Dimana : [1+ m sin (2πfmt)] = konstanta + sinyal pemodulasi

[ Ec sin (2πfct)] = sinyal carrier

Pada persamaan (c) dapat dilihat bahwa sinyal pemodulasi mengandung komponen konstanta

(1) dan komponen sinusoidal pada frekuensi pemodulasi [m sin (2πfmt)].

Analisisnya : komponen konstanta menghasilkan komponen carrier gelombang pemodulasi

dan konmponen sinusoidal menghasilkan side frekuensi.

Perkalian dari persamaan b dan c menghasilkan :

Vam(t) = Ec sin (2πfct) + [m sin (2πfmt)] [sin (2πfct)]

Jadi :

V am ( t )=Ec sin(2 π f c¿t)−mEc

2cos¿¿¿ (d)

Dimana

Ec sin(2 π f c¿t)¿ = sinyal carrier (Volt)

−mEc

2cos¿¿ = sinyal usf (Volt)

+mEc

2cos¿¿ = sinyal lsf (Volt)

Beberapa karakteristik amplitude dsbfc di persamaan (d) :

1. Amplitude carrier setelah modulasi seperti sebelum modulasi Ec

11

Voltage (Vp)

CarrierEc

f lsf f usf f c Frekuensi (Hz)

Jadi amplitude carrier tidak di pengaruhi proses modulasi.

2. Amplitude usf dan lsf bergantung pada amplitude carrier dan koefisien modulasi,

untuk 100% modulasi, m=1 dan amplitrudo usf dan lsf = ½ amplitude carrier (Ec/2).

Oleh karena itu pada 100% modulasi, untuk

V(max) = Ec + Ec/2 + Ec/2 = 2 Ec

V(min) = Ec - Ec/2 - Ec/2 = 0 Volt

Dari hubungan diatas dan menggunakan persamaan d terlihat jelas bahwa tidak melebihi

100% modulasi, maximum puncak amplitude untuk AM envelope V(max) = 2 Ec dan

minimum puncak amplitude (Vmin) = 0 V.

Berikut ini gambar spectrum tegangan gelombang AM DSBFC ( catatan ; semua tegangan

terlihat pada nilai puncak)

Contoh Soal :

Input kesatu modulator AM konvensional dengan frekuensi carrier (fc) 500 kHz amplitude

carrier(Ec) = 20 Vp. Input kedua sinyal pemodulasi (fm) = 10 kHz perubahan amplitude

dalam gelombang output (Em) ± 7,5 Vp. Tentukan :

a. USF dan LSF

b. Koefisien modulasi dan persen modulasi

c. Puncak amplitude dari carrier dan tegangan : USF dan LSF

d. Maximum dan minimum amplitude envelope

e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AM

12

f. Gambar output spectrum

g. Sketsa output envelope

Jawab :

a. USF dan LSF adalah jumlah dan perbedaan frekuensi

USF = fc + fm = 500 + 10 = 510 kHz

LSF = fc – fm = 500 – 10 = 490 kHz

b. Koefisien modulasi dan persen modulasi

m = Em/Ec = 7,5/20 = 0,375

M=m x 100%= 0,375 x 100%= 37,5%

c. Puncak amplitude dari carrier dan tegangan : USF dan LSF

Puncak amplitude dari carrier : Ec ( modulated) = Ec (unmodulated) = 20 Vp

tegangan : E usf = E lsf = mEc/2 =(0,375 x 20)/2 = 3,75 Vp

d. Maximum dan minimum amplitude envelope

V(max) = Ec + Em = 20 + 7,5 = 27,5 Vp

V(min) = Ec - Em = 20 - 7,5 = 12,5 Vp

e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AM

V am ( t )=Ec sin(2 π f c¿t)−mEc

2cos¿¿¿

V am ( t )=20 sin(2 π500 t ¿)−3,75 cos (2 π 510¿t)+3,75 cos (2 π¿490 t)¿¿¿

f. Gambar output spectrum

13

Voltage (Vp)

Carrier20 Vp

490 510 500 Frekuensi (Hz)

g. Sketsa output envelope

Power Distribution AM ( Daya rata-rata AM)

Daya rata-rata sebuah gelombang sin dan cos

Pav = E2/ R

E = tegangan rms

Tegangan pembawa rms = Ec = 0,707 Ec max

Pc=(0,707 Ec )2

R=

(Ec )2

2 R

Daya USB dan LSB

Pusb=Plsb=m2 Pc

4

- 27,5 Vp

0 Vp+12,5 Vp

-12,5 Vp

+ 27,5 Vp

14

Total Daya AM DSBFC envelope :

Pt = Pc + Pusb + Plsb

Atau

Pt=Pc (1+ m2

2 )Dimana : Pt = Total daya AM DSBFC envelope (Watt)

Pc = Daya carrier (Watt)

Pusb = daya upper side band (Watt)

Plsb = daya lowerside band (Watt)

M = koefisien modulasi

gambar spectrum daya gelombang AM DSBFC :

Contoh soal :

Diketahui gelombang AM DSBFC dengan tegangan pembawa puncak (Ec) = 10 Vp

Resistensi beban (RL )= 10 Ω dan koefisien modulasi (m) = 1. Tentukan :

a. Daya USB dan LSB

b. Daya total side band

c. Daya total gelombang modulasi

d. Gambar spectrum daya

Jawab :

a. Daya USB dan LSB

Pc=(Ec )2

2 R= 100/ 20 = 5 Watt

Pusb=Plsb=m2 Pc

4=1 x

54=¿ 1, 25 Watt

Pc=Ec

2

2 R

Pusf=m2 Pc

4

Frekuensi (Hz) f c f usff lsf

Plsf=m2 Pc

4

Power (Watt

15

b. Daya total side band

Psbt=m2 Pc

2 = 1 X 5/2 = 2,5 Watt

c. Daya total gelombang modulasi

Pt=Pc (1+ m2

2 )= 5 (1 + ½ ) = 7,5 Watt

d. Gambar spectrum daya

Pc=5 Watt

Pusf=1,25 Watt

Frekuensi (Hz) f c f usff lsf

Plsf=1,25 WattPower (Watt

16

GLOSARIUM

AMPLITUDE MODULATION

Modulator AM Demodulator AM