Pemancar FM dengan Osilator PLL (Phase Lock Loop)

Yuda Herdiansyah

121910201070

Abstrak

Tujuan dari pemancar FM adalah untuk merubah satu atau lebih sinyal input yang berupa frekuensi audio menjadi gelombang termodulasi dalam sinyal RF yang dimaksudkan sebagai output daya yang kemudian diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan. Dalam bentuk sederhana dapat dipisahkan atas modulator FM dan sebuah power amplifier RF dalam satu unit. Kestabilan frekuensi dari osilator direct FM tidak cukup bagus, untuk itu dibutuhkan Phase Lock Loop (PLL) yang menggunakan sebuah kristal osilator stabil sebagai frekuensi referensi. Simpal pengunci fasa [phase-locked loop (PLL)] adalah simpal umpan balik dengan alat pendeteksi fasa, penapis pelewat rendah, penguat dan osilator yang dikendalikan tegangan [voltage contrroled oscilator (VCO)]. Pengangkatan judul “PEMANCAR FM DENGAN OSILATOR PLL (PHASE LOCKED LOOP)”, karena melihat betapa pentingnya sifat dari PLL ini dimanfaatkan untuk membentuk suatu sistem yang dapat menghasilkan frekuensi keluaran yang stabil dengan membandingkan beda fasa antara frekuensi referensi yang sangat stabil dengan keluaran yang di umpanbalikkan.

LANDASAN TEORI

A. Sistem pemancar FMdibandingkan dengan sistem AM, maka FM memiliki beberapa keunggulan diantaranya :1. Lebih tahan noise2. Bandwidth yang lebar3. Fidelitas tinggi (Hi-Fi)

1 Pemancar FMa Osilator

suatu rangkaian yang menghasilkan sinyal keluaran yang amplitudonya berubah-ubah terhadap waktu.

b Penyangga berfungsi untuk menstabilkan frekuensi dan amplitude osilator akibat pembebanan tingkat selanjutnya.

c Penguat daya digunakan untuk menguatkan daya sinyal besar (large signal).

d Catu daya suatu sistem penyearah yang mengubah arus AC menjadi

DC.

e Saluran transmisibagian yang menghantarkan daya yang dihasilkan pemancar ke antena.

f Antena

berfungsi sebagai alat yang dapat meradiasikan gelombang radio. Beberapa parameter antena adalah:

1 Polarisasi dibedakan menjadi polarisasi vertikal dan polarisasi horisontal. 2 Penguatan AntenaPenguatan pada antenna sebenarnya adalah seberapa banyak antena tersebut meradiasikan gelombang radio ke arah yang diinginkan.3. Pengarahan

Antena dibedakan menjadi omnidirectional (segala arah) dan bidirectional (dua arah).

B. ModulasiModulasi didefinisikan sebagai proses penumpangan atau penyisipan sinyal frekuensi rendah terhadap sinyal yang berfungsi tinggi sehingga dihasilkan output dengan parameter baru. Proses modulasi pada sistem komunikasi ini dilakukan karena :

1. Transmisi langsung sinyal informasi akan mengalami permasalahan interferensi selama gelombang radio yang ditransmisikan berada pada frekuensi yang sama atau mendekati.

2. Pada umumnya sinyal informasi akan mempunyai frekuensi yang rendah. Hal ini tidak memungkinkan terjadinya pengiriman dan penerimaan gelombang radio berfrekuensi rendah sampai ke tujuan.

C. Frekuensi Modulasi (FM)Modulasi frekuensi adalah proses menumpangkan informasi pada carrier dengan cara mengubah-ubah frekuensi dari carrier sesuai dengan sinyal informasi.Didalam teknik FM terdapat tiga jenis frekuensi yaitu:1. Frekuensi carrier (pembawa) Pada FM berkisar dari 87.5 MHz – 108 MHz2. Frekuensi simpangan Perubahan frekuensi carrier dinamakan frekuensi simpangan yang mewakili kekuatan amplitudo dari sinyal informasi3. Frekuensi informasi Kecepatan perubahan frekuensi simpangan dalam satu detik dinamakan frekuensi informasi

Bentuk gelombang modulasi frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut :

(a) Sinyal informasi pada modulasi frekuensi

(b) Sinyal pembawa tanpa modulasi pada frekuensi

(c) Sinyal pembawa dengan modulasi FM

D. Modulator FMModulator merupakan bagian utama dari pemancar FM yaitu suatu alat yang digunakan untuk melakukan modulasiAda dua cara untuk menghasilkan sinyal FM yaitu modulasi langsung dan tidak langsung.

Prinsip kerja dari modulator adalah adanya tegangan bias dari sinyal pemodulasi (informasi) yang akan berpengaruh pada nilai induktansi dari transistor ataupun nilai kapasitansi dari dioda varactor. Perubahan nilai induktansi maupun kapasitansi tersebut akan berpengaruh pada reaktansi osilator sehingga dihasilkan pula perubahan frekuensi ataupun fasa dari keluaran osilator sesuai dengan sinyal modulasi frekuensi yang dikehendaki.

E. PLL (Phase Locked Loop)Simpal pengunci fasa [phase-locked loop (PLL)] adalah simpal umpan balik dengan alat pendeteksi fasa, penapis pelewat rendah, penguat dan osilator yang dikendalikan tegangan [voltage contrroled oscilator (VCO)]Ketiga bagian ini dirangkai membentuk suatu loop tertutup sebagai berikut:

Pada pemancar FM ini, aplikasi PLL digunakan untuk mengunci frekuensi kerja yang diinginkan.

Bagian exciter terdiri dari dua bagian yaitu VCO dan PLL dengan kalkulasi binari dan osilator yang dirangkai secara push-pull, misalnya pada frekuensi 100 MHz, masing-masing osilator membangkitkan sinyal RF 50 MHz kemudian dikombinasikan

a. Alat Pendeteksi FasaAlat pendeteksi fasa adalah pencampur yang penggunaannya dioptimasikan pada frekuensi-frekuensi masukan yang sama

Gambar 8. Dua gelombang sinus dengan perbedaan fasa

b. Low Pass Filter (LPF)LPF digunakan untuk melewatkan sinyal yang mempunyai frekuensi dibawah frekuensi cut off (frekuensi-frekuensi rendah) dan meredam frekuensifrekuensi tinggi, sehingga sinyal dibawah frekuensi cut off mengalami penguatan yang lebih rendah

c. VCO (Voltage Control Oscillator) Pada rangkaian osilator, frekuensi osilasi dapat

diubah-ubah atau variasi dengan penambahan suatu kapasitor, dimana dioda yang dipasang dan direferensikan sebagai varactor yang mempunyai fungsi sebagai pengubah tegangan

Dalam penerapannya, hal-hal utama yang digunakan pada PLL adalah sebagai berikut :- Spektrum- Karakteristik Frekuensi Tegangan- Stabilitas Frekuensi

METODOLOGI

A. Pembuatan Benda Kerja1. Proses Pembuatan Papan Rangkaian

Tercetak (PCB)a). Proses pembuatan jalurb). Proses pelarutan dan pelapisanc). Proses pengeboran

2. Pemasangan Komponen3. Proses Perakitan

C. Pengukuran dan Analisa Data Hasil Pengukuran Untuk pengukuran atau pengujian dari pemancar FM

ini, kita siapkan alatalat yang digunakan untuk pengujian, alat yang digunakan sebagai berikut : 1). Multimeter digital Sanwa DMM tipe CD-720E2). Pencacah frekuensi (Frecuency counter) Leader tipe LDC- 8243). Catudaya4). SWR&RF Powermeter Welz tipe SP-15M5). Kabel penghubung (jumper)6). Beban antena tiruan (Dummy Load) Diamond tipe DL 30A

PEMBAHASAN MASALAH

B. Analisis Cara kerja dan Pembahasan Exiter terdiri dari dua bagian yaitu VCO dan PLL dengan kalkulasi

binari. Bagian VCO terdiri dua osilator yang dirangkai secara push-pull, misalnya pada frekuensi 100MHz, masing-masing osilator membangkitkan sinyal RF 50MHz kemudian dikombinasikan. Konfigurasi ini secara umum sudah dibuktikan memiliki banyak kelebihan dalam hal kestabilan dibandingkan sebuah osilator yang bekerja langsung 100MHz.

Komponen utamanya kapasitor dan dioda varaktor/varicap yang dirangkaikan ke masing-masing transistor BF494, Tingkat buffer digunakan 2SC2053 dan sebagai penguat akhir menggunakan 2SC1970. Dengan menggunakan tegangan 13.5 - 15 VDC output yang dihasilkan dapat mencapai 1Watt.

Bagian PLL menggunakan sistem perhitungan binari IC MC 145151.

Rumus untuk menentukan switch frekuensi adalah :

Contoh : frekuensi yang akan dikunci 100 MHz Maka: 100 x 20 = 2000 Dicari :

Maka Dip Switch yang off : 5,7,8,9,10,11

Dip Switch yang on : 1,2,3,4,6,12

Dalam kondisi bebas LED indikasi tidak menyala, ini berarti PLL belum berada pada posisi mengunci (locked), masih unlocked. Dalam kondisi mengunci (locked) LED indikasi menyala, ini berarti PLL berada pada posisi locked

KESIMPULAN

Tujuan dari suatu pemancar FM adalah untuk merubah satu atau lebih sinyal input yang berupa frekuensi audio (AF) menjadi gelombang yang termodulasi dalam sinyal RF (Radio Frequency) yang berupa keluaran daya yang kemudian diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan.

Pada kenyataannya, pemancar FM banyak dipakai untuk memenuhi kebutuhan siaran yang menuntut produksi suara dengan kualitas yang tinggi. Hal ini disebabkan karena nilai S/N (Signal to Noise Ratio) yang tinggi dapat diperoleh dengan daya pemancar FM yang relatif rendah, juga faktor kualitas terhadap gangguan siaran yang lebih baik.

Jika dibandingkan dengan sistem AM, FM mempunyai beberapa keungulan diantaranya lebih tahan noise, mempunyai bandwidth yang lebih lebar, mempunyai fidelitas yang tinggi

Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM berada pada range frekuensi 87.5-108 MHz

Pada Pemancar FM ini, digunakan PLL sebagai pengontrol frekuensinya karena PLL ini membentuk suatu sistem yang dapat menghasilkan frekuensi yang stabil dengan dengan membandingkan beda fasa antara frekuensi referensi yang sangat stabil dengan frekuensi keluaran yang diumpanbalikkan.

Secara umum PLL terbagi menjadi tiga bagian pokok yaitu detektor fasa, loop filter dan VCO (Voltage Control Oscilator).

Sistem ini akan bekerja dengan baik, bila frekuensi VCO sama dengan frekuensi acuan yang juga masuk ke detektor fasa. Dengan demikian alat detektor fasa mempunyai dua masukan dengan frekuensi yang sama. Bila frekuensi masukannya berubah, maka frekuensi VCO akan melacaknya. Secara otomatis PLL membetulkan frekuensi dan sudut fasa VCO.