BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perbagian maupun keseluruhan sistem. Akan dibahas juga mengenai analisis kendala-kendala yang memungkinkan tidak tercapainya spesifikasi yang hendak dicapai. Dalam tugas akhir ini digunakan 2 set transceiver agar didapat keluaran stereo Pengujian Modul Pengirim PLC LM565 Pada tugas akhir ini modulasi yang digunakan untuk transmitter LM565 adalah modulasi frekuensi. IC LM565 berfungsi sebagai osilator terkemudi-tegangan (VCO). Frekuensi osilasi pada IC LM565 berubah-ubah sesuai dengan nilai tegangan yang masuk. Frekuensi pembawa yang digunakan sebesar 350kHz. Dipilihnya sebesar 350kHz supaya tidak terjadi gangguan yang disebabkan oleh modulator satunya yang menggunakan LM1893 dengan nilai frekuensi pembawa sebesar 125kHz. Pada tugas akhir ini menggunakan dua buah sinyal pembawa untuk mangakomodasi stereo pada keluarannya. Gambar 4.1 merupakan rangkaian LM565 yang digunakan untuk modulasi FM. Sinyal yang masuk akan melewati kapasitor C4 yang berfungsi sebagai penahan DC agar sinyal yang dilewatkan hanya sinyal ac yaitu sinyal audio. Hal tersebut akan menyebabkan control DC pada pin 7 akan naik dan turun sesuai dengan sinyal masukan, dengan demikian pada keluaran IC LM565 frekuensi pembawanya akan berubah-ubah sesuai nilai tegangan yang masuk. Untuk mendapatkan nilai frekuensi pembawa yang diinginkan dapat dengan cara memutar R4. Pada tugas akhir ini frekuensi pembawa yang digunakan adalah sebesar 350kHz. Nilai ini ditentukan oleh besar kecilnya resistor pada pin 8, kapasitor pada pin 9, dan nilai Vc atau kontrol tegangan pada pin 7. Perhitungan untuk mendapatkan frekuensi pembawa 350 Khz adalah sebagai berikut: 41

2 f c = 2.4(Vcc Vc) RtCtVcc (4.1) = 2.4(12 Vc) 2, = 28,8 2,4V c 2, ,4V C = 19,56 V C = 8,15V Dengan didapat nilai Vc maka akan didapat nilai hambatan R4 dengan cara devider tegangan dengan R3. R3 Vcc = Vc R4 + R3 (4.2) 10K 12V = 8,15V R + 10K ,15R = = 8,15R = 8,15R R = 4,723KΩ 42

3 Gambar 4.1. Skematik pengirim LM565 [18] Gambar 4.2. Realisasi pengirim LM565 43

4 Keluaran dari pemodulasi FM diambl dari pin 4, yaitu pin square wave modulated yang mempunyai level teganga sekitar 5,7Vpp. Sinyal tersebut berupa sinyal kotak yang memiliki frekuensi 350kHz saat tidak ada sinyal masukan sperti yang terlihat pada Gambar 4.3, namun saat ada sinyal masukan maka frekuensi pebawa akan berubah-ubah sesuai dengan nilai tegangan yang masuk. Gambar 4.4 adalah sinyal pembawa yang diberi masukan sehingga menjadi sinyal termodulasi. Gambar 4.3. Sinyal pembawa 350kHz Gambar 4.4. Sinyal termodulasi FM 44

5 Pada Gambar 4.1 terlihat bahwa sinyal keluaran modulator masih terlalu kecil sehingga sebelum di koplingkan ke AC perlu dikuatkan dahulu, penguatan yang digunakan adalah dengan sebuah transistor 2N2222. Sebelum dihubungkan ke jala-jala listrik keluaran dari trafo IF perlu ditambah dengan 2 buah kapasitor yaitu C6 dan C7 dengan nilai yang lebih besar dari tegangan jala-jala listrik, kapasitor C6 dan C7 ini digunakan untuk mengisolasi rangkaian dari sinyal sinus tegangan jala-jala listrik 50Hz. Meskipun pada datasheet literatur hanya memerlukan satu buah kapasitor kopling pada tugas akhir ini digunakan dua buah kapasitor kopling agar saat mentransmisikan sinyal tidak perlu menyamakan terminal antara line dan netral pada stop kontak Pengujian Modul Pengirim PLC LM1893 Salah satu komponen yang digunakan sebagai transmitter adalah IC LM1893. IC LM1893 adalah sebuah IC yang diproduksi oleh perusahaan semikonduktor National Semiconductor yang dikhususkan untuk komunikasi lewat jala-jala listrik. IC ini biasa digunakan untuk komunikasi berbasis data, namun demikian tidak menutup kemungkinan untuk dapat digunakan dalam komunikasi analog. Sebelum digunakan modul PLC harus diuji terlebih dahulu untuk mengetahui kinerja dari modem yang telah dibuat. Pertama harus dilakukan kalibrasi modem per modem yang dibuat, metode kalibrasi dapat dilihat pada datasheet LM1893. Langkah-langkah kalibrasinya adalah [5, h.14]: a. Set modem dalam mode transmitter dengan memberikan input-an logika high pada selector (pin-5). b. Beri inputan logika low pada TX (pin-17). c. Letakkan probe osiloskop pada pin-10. d. Atur R o dengan memutar potensio sehingga didapatkan gelombang dengan frekuensi F = 1,022.F O. Karena pada perancangan nilai F O adalah 125 khz, maka nilai F yang dicari adalah 127,75 khz. Setelah dikalibrasi kemudian dilakukan pengujian modem PLC sebagai pengirim dan penerima. Langkah pengujiannya sebagai berikut: Pengirim a. Selector (pin-5) diberi logika high. b. Berikan input logika high pada TX(pin-17), maka pada pin-10 akan keluar sinyal sinus dengan frekuensi ±122,25 khz. 45

6 c. Berikan input logika low pada TX(pin-17), maka pada pin-10 akan keluar sinyal sinus dengan frekuensi ±127,75 khz. Gambar 4.5. Hasil pengujian pengirim LM1893 mode HIGH Gambar 4.6. Hasil pengujian modem mode pengirim LOW Penerima a. Selector (pin-5) diberi logika low. Saat tidak ada input maka seharusnya pin-10 tidak akan mengeluarkan apa-apa. 46

7 b. Berikan input sinyal 122,25 khz maka pada pin data out (pin-12) atau RX akan memberikan output logika high. c. Berikan input sinyal 127,75 khz maka pada pin data out (pin-12) atau RX akan memberikan output logika low. (a) (b) (c) Gambar 4.7. Hasil Pengujian Modem Sebagai Receiver (a) Kondisi Idle (b) Input Sinyal ± Khz (c) Input Sinyal ±127,75 Khz. Gambar 4.7 menunjukan sinyal pada pin 10 saat modem diatur sebagai penerima. Saat modem dalam kondisi idle, tidak menerima input-an apapun, pada osiloskop tidak terukur sinyal apapun. Jika modem diberi input-an sinyal sekitar ±122,25 khz, pada pin 12 47

8 data out high atau terbaca tegangan 5,589 V pada multimeter. Sebaliknya pada pin 12 data out low atau terbaca tegangan V pada multimeter saat diberi input ±127,75 khz. Semua input-an diberikan pada sebelum transformator. Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, pengirim PLC LM1893 dapat bekerja dengan baik sesuai dengan langkah kalibrasi dari langkah pengujian. Apabila hasinya tidak seperti yang dijelaskan pada langkah-langkah diatas dapat dipastikan bahwa IC LM1893 rusak. Pada saat LM1893 sebagai pengirim akan memiliki kondisi sebagai berikut: mode pengirim (pin 5 high), sinyal pembawa berada pada ±122,25 khz (pin 17 high), dan sinyal masuka analog pada pin 18 memiliki ketentuan ±1 Vpp, ±1 µa, dan 2,2% DEV. Dalam pengujian akan dilakukan dengan input sinyal dari function generator (FG) dengan frekuensi 50 Hz 15 khz ±1 Vpp (353mVrms). 50Hz 1Khz 2Khz 3Khz 4Khz 5Khz 6khz 7Khz 8Khz 9Khz 10Khz 11Khz 12Khz 13Khz 14Khz 15Khz Gambar 4.8. Hasil pengujian masukan FG, tampak spektrum pin 10 pengirim LM

9 Gambar 4.8 di atas merupakan hasil dari keluaran di pin10 pada modul pengirim. Masukan yang digunakan berasal dari sinyal analog FG. Terlihat bahwa terdapat garis ada dua garis vertikal putus-putus yang berpotongan dengan garis horisontal (frekuensi) dan berada pada f 1 =98 khz dan f 2 =150 khz. Gambar 4.8 menunjukan bahwa terjadi perubahan bila diberi masukan sinyal FG yang berada pada rentang frekuensi f 1 dan f 2. Terlihat pada gambar, sinyal carrier memiliki amplitudo paling besar yaitu pada ±122,5 khz dan input sinyal 50 Hz 15 khz yang merupakan sinyal pemodulasi tampak juga pada hasil modulasi frekuensi. Sinyal pemodulasi pada sinyal termodulasi tampak jelas pada perbedaan tampak spektrum saat tanpa masukan sinyal FG dan pada saat masukan 8 khz. Hal ini menunjukkan bahwa sinyal yang masuk ke modem akan di modulasikan para rentang frekuensi kerjanya. Pada IC LM1893 modulasi yang digunakan tidak bisa dilihat perubahannya seperti pada IC LM565 dikarenakan pada keluaran (pin10) hanya menunjukkan nilai sinyal pembawa, namun demikian perubahan dari sinyam modulasi dapat diamati melalui spektrum Pengujian Modul Penerima PLC FM LM565 Rangkaian penerima FM terdiri dari beberapa modul dalam satu rangkaian, yaitu rangkaian kopling yang disusun oleh kapasitor dan trafo IF, pengat diferensial, demodulator FM(menggunakan PLL), tapis lolos bawah, dan penguat audio. Rangkaian yang digunakan adalah menggunakan Gambar 3.10 Pada penerima sinya yang masuk pertama-tama akan dipisahkan dari jala-jala listrik dengan menggunakan trafo IF, dikuatkan dengan rangkaian penguat diferensial, didemodulasi dengan menggunakan IC LM565, ditapis menggunakan tapis lolos bawah menggunakan IC TL082, dan dikuatkan menggunakan LM380. Sinyal yang masuk setelah untai tala LC masih terlalu lemah, sehingga perlu penguat untuk memperbesar sinyal. Pada penerima tugas akhir ini digunakan penguat diferensial dengan dua tingkat, komponen yang digunakan adalah LM3046 dimana didalam IC tersebut terdapat 5 transistor NPN (Gambar 4.9). Selain digunakan untuk menguatkan sinyal, penguat diferensial ini juga mempunyai sifat dapat meredeam sinyal-sinyal derau yang terbawa oleh sinyal masukan. Gambar 4.10 merupakan penguat diferensial yang dipakai dalam tugas akhir ini. 49

10 Gambar 4.9. Bagan dalam IC LM3046 Gambar Penguat diferensial dua tingkat [14] Penguat diferensial tingkat pertama dibentuk oleh 2 buah transistor di dalam IC LM3046 mulai pin 1 sampai dengan pin 5. Setelah melalui proses penguatan, sinyal termodulasi tersebut masuk ke rangkaian modulator FM. Sama seperti bagian penerima modulator FM ini juga harus di tentukan dahulu nilai frekuensi tengahmya. Penentuan besaranya komponen yang dipakai sama dengan perhitungan dalam bagian pengirim pada persamaan (4.1). Gambar 4.11 adalah rangkaian pada demodulator FM tugas akhir ini. 50

11 Gambar Skematik demodulator FM LM565 [18] Frekuensi tengah pada modulator ini harus sama dengan nilai frekuensi pembawa pada bagian penerima. Untuk mengetahui apakah nilai frekuensi tengah demodulator sama dengan nilai frekuensi sinyal pembawa dapat dilakukan dengan melihat keluaran LM565 pada pin 4 atau pin 5 dengan catatan bahwa belum ada sinyal yang masuk ke dalam IC LM565. Gambar 4.14 menunjukkan keluaran pada pin 4. Apabila ada sinyal masukan maka pada pin 4 akan berubah-ubah. Gambar 4.12 menunjukkan perubahan sinyal keluaran pada pin 4 saat adanya sinyal masukan. Gambar Keluaran pin 4 tanpa masukan 51

12 Gambar Keluaran pin 4 dengan sinyal masukan Setelah terjadi perubahan karena adanya sinyal masukan maka akan menyebakan adanya keluaran dari PLL. Keluaran PLL dibangun dengan 3 buah modul. Detektor fasa Detektor fasa ini berfungsi untuk mendeteksi perbedaan fase sinyal masukan dengan sinyal keluaran dari VCO. Seperti pada Gambar 2.6 pada saat sinyal masukan sama dengan sinyal keluaran maka detektor fasa akan menghasilkan tegangan Ve yang menyebabkan VCO terkunci dengan sinyal masukan. Pada saat terkunci VCO akan mengeluarkan sinyal kotak yang frekuensinya sama dengan frekuensi masukan. Ketika frekuensi sinyal masukan berbeda dengan frekuensi VCO, maka akan mengeluarkan pula tegangan kesalahan Ve yang akan memicu VCO untuk menghasilkan frekuensi yang sama pula dengan frekuensi masukan Tapis Lolos Bawah Tapis lolos bawah digunakan untuk meloloskan frekuensi detektor fasa yang mempunyai frekuensi lebih rendah dari frekuensi VCO. Masukan tapis lolos bawah berasal dari tegangan dc Vd (Gambar 2.6 ) yang didapat dari perubahan fasa pada detektor fasa. Perubahan pada tegangan Vd akan menyebabkan perubahan pula pada frekuensi VCO. 52

13 Penguat Lingkar Penguat lingkar dalam PLL digunakan untuk menguatkan keluaran dari tapis lolos bawah. Selain untuk menguatkan, penguat ini digunakan sebagai keluaran PLL pin 7. Keluaran dari PLL pada pin 7 masih berupa sinyal yang yang tercampur antar frekuensi tinggi dan rendah. Gambar 4.14 menunjukkan keluaran yang diambi dari pin 7 LM565. Gambar Sinyal keluaran pin 7 [PLL] LM565 Seperti yang terlihat pada Gambar 4.14 sinyal frekuensi yang dikeluarkan pada pin 7 masih mengandung sinyal yang berfrekuensi tinggi, oleh karena itu perlu ditambahkan tapis lolos bawah agar didapat kembali sinyal informasi yang dikirim. Tabel 4.1 adalah hasil pengujian tapis lolos bawah dan Gambar 4.15 adalah grafik dari watak kerja tapis lolos bawah. 53

14 Tabel 4.1. Hasil pengujian tapis lolos bawah. frekuensi (KHz) Vip-p (volt) Vop-p (volt) VRMS (mv) 2 1 1, , , , , , , , , , , , , , , , (mv) LPF (khz) LPF Gambar Grafik tapis lolos bawah. Pada Gambar 4.15 terjadi overshoot pada keluaran tapis lolos bawah dikarenakan komponen yang digunakan. Pada bentuk low pass filter sallen-key, apabila faktor Q>1 maka akan menyebabkan overshoot. Dalam perancangan tugas akhir ini digunakan faktor 54

15 Q=1 namun pada realisasi alat terjadi overshoot. Bentuk keluaran dari tapis lolos bawah ditunjukkan di Gambar Gambar Sinyal keluaran dari tapis lolos bawah Keluaran dari tapis lolos bawah sudah berbentuk sinyal informasi, namun masih terlalu lemah untuk disalurkan ke speaker, sehingga perlu dikuatkan. Penguat yang digunakan adalah LM380 yaitu penguat 2,5watt Pengujian Modul Penerima PLC LM1893 Pada penerima LM 1893 ternyata dalam pengujian nilai masukan terdapat penurunan amplitudo yang cukup siknifikan. Seperti yang terlihat dalam gambar

16 (a) (b) Gambar Perbandingan keluaran pengirim(a) dan masukan penerima(b) LM1893 Terlihat bahwa saat mengirim LM1893 mempunyai amplitudo sebesar 25,6 Vpp namun setelah dilewatkan jala-jala listrik drop hanya sebesar 820mVpp. Saat melakukan pengujian beberapa kali telah dicoba untuk mendapatkan amplitudo yang lebih tinggi seperti mengganti trafo if, memutar-mutar trafo if, mengganti kapasitor kopling, dan mengganti IC, namun setelah dilakukan tidak terjadi perubahan yang berarti dalam amplitudo sinyal yang diterima. Dengan demikian jaringan daya pada lab skripsi mempunyai atenuasi yang sangat besar. Selain itu di meja untuk melakukan pengujian terdapat banyak sekali alat yang terpasang di terminal AC. Selanjutnya dilakukan pengujian rangkaian filter analog yang harus dibuat agar LM1893 dapat mengakomodasi penerimaan sinyal analog. Rangkaian filter analog terdiri dari LM567 yang berfungsi sebagai pendeteksi adanya sinyal pembawa, komparator LM339 yang digunakan sebagai mute detetcor, dan LM380 sebagai penguat audio. Pengujian LM567 IC LM567 sering digunakan sebagai filter bandpass. Pada tugas akhir ini IC LM567 berfungsi sebagai pendeteksi sinyal pembawa dimana pada pengirim LM1893 mengirimkan sinyal pembawa sebesar 125kHz. IC LM567 mempunyai karakteristik aktif LOW yang mana saat mendeteksi adanya sinyal pembawa maka pada keluaran akan memberikan tegangan sebesar 0V namun apabila tidak mendeteksi maka tegangan yang keluar sebesar 5V. Tabel 4.1 adalah hasil 56

17 pengujian LM567 dengan menggunakan masukan dari FG yang memiliki amplitdo sebesar 1Vpp. Tabel 4.2. Tabel pengujian rangkaian Carrier Detector. Frekuensi input (khz) Output carrier detector 116 high 117 high 122 low 123 low 124 low 125 low 126 low 127 low 128 low 129 low 130 low 131 low 132 low 133 low 134 high 135 high LM339 IC LM339 terdiri dari 4 buah komparator didalamnya yang dapat digunakan sebagai pembanding masukan. Seperti pada Gambar 3.16 apabila carrier memiliki nilai 0V dari keluaran LM567 karena ada sinyal pembawa yang masuk maka tegangan pada komparator akan dalam kondisi ambang sehingga pada LM380 akan dapat menerima sinyal masukan. Sebaliknya jika nilai carrier 5V maka akan menybabkan LM380 tidak dapat melewatkan sinyal sehingga dalam keadaan mute. 57

18 LM380 IC LM380 adalah salah satu komponen yang berfungsi sebagai penguat audio. Dibutuhkan untuk mnggetarkan speaker Pengujian Daya Sebagai Fungsi Jarak Pada pengujian ini pertama-tama harus dicari dulu nilai hambatan dalam rangakaiannya. Cara yang digunakan adalah FG diatur pada keluaran 200mVrms dan pada masukan ke rangkaian diberi nilai hambatan 1M lalu diukur nilai tegangan pada titik A dengan menggunakan multimeter FLUKE. 1M A FG GND GND Rangkaian Gambar Cara ukur hambatan dalam. berikut: Setelah didapat nilai tegangannya maka dicari menggunakan persamaan sebagai Pada LM1893 didapat sebesar 5,3mV Rin Rin+1M 200mV = 5,3mV (4.3) Pada LM565 didapat sebesar 12,6mV Rin = 27,22Ω Rin Rin+1M 200mV = 12,6mV (4.4) Rin = 67,23Ω Setelah didapat nilai hambatan dalam rangkaian maka dengan persamaan daya 58

19 P = V2 R (4.5) Berikut adalah grafik yang memperlihatkan berpengaruhnya jarak terhadap besarnya daya pada penerima. (db) Grafik Daya(dB) terhadap jarak(m) (m) Gambar Grafik daya yang diterima di penerima LM1893. (db) Grafik Daya(dB) terhadap jarak(m) (m) gambar Grafik daya yang diterima di penerima LM565 Pada grafik tersebut terlihat jelas bahwa nilai daya pada penerima khususnya pada penerima LM1893 sangat dipengaruhi oleh jarak antara penerima dengan pengirim. Hal ini disebabkan oleh redaman transmisi pada jala-jala listrik dan kondisi dari jaringan listrik. Seperti saat mengganti kabel NYM dengan menggunakan kabel yang 15m pada pengujian 59

20 LM1893 terlihat ada lonjakan daya pada penerima. Berbeda dengan LM1893, IC LM565 daya penerima cenderung memiliki penurunan yang stabil tanpa ada kenaikan daya. Pada pengujian nilai yang didapat cenderung mengalami berubah-ubah (fluktuatif) hal tersebut dipengaruhi oleh alat-alat yang berada di ruangan lab skripsi Pengujian SNR Sebagai Fungsi Jarak Pada pengujian SNR pengirim diberi masukan dari FG berupa gelomban sinus dengan frekuensi sebesar 10kHz dan mempunyai amplitudo sebesar 1Vpp. Pada penerima diukur besarnya amplitudo yang diterima (tegangan rms), lalu masukan pada pengirim dihubung singkat dan pada penerima diukur besarnya tegangannya. Berikut adalah grafik pengaruh jarak terhadapa SNR pada penerima. (db) Grafik SNR(dB) terhadap jarak(m) (m) Gambar Grafik SNR yang diterima di penerima LM

21 (db) Grafik SNR(dB) terhadap jarak(m) (m) Gambar Grafik SNR yang diterima di penerima LM565 Seperti yang terlihat pada hasil pengujian diatas nilai SNR yang baik didapat pada penerima dengan menggunakan IC LM565. Hal ini disebabkan dalam perancangan LM565 dirancang dengan menambah penguat diferensial dan penggunaan tapis lolos bawah aktif sedangkan untuk LM1893 perancangan pada tugas akhir ini mengacu pada skema yang telah disediakan pada datasheet. Nilai SNR sangat dipengaruhi oleh alat apa saja yang tersambung pada terminal PLN. Seperti pada pangujian alat yang paling mempengaruhi dalam pengukuran SNR adalah lampu neon dan kipas. Apabila terdapat sambungan neon dan kipas pada terminal maka noise yang ditimbulkan hampir sama dengan kuat sinyal informasi Pengujian THD Sebagai Fungsi Jarak Pada pengujian THD digunakan alat automatic distortion meter dari perusahaan GW dengan kode alat GAD-201. Pertama-tama pada pegirim diatur frekuensi sebesar 10kHz dan amplitudo 1Vpp, lalu pada penerima dihubungkan dengan alat automatic distortion meter. Gambar 4.23 dan Gambar 4.24 menunjukkan hasil pengukuran nilai THD terhadap jarak. 61

22 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Grafik THD(%) Terhadap Jarak(m) (m) Gambar Grafik THD terhadap jarak pada penerima LM % Grafik THD(%) Terhadap Jarak(m) 2.50% 2.00% 1.50% 1.00% 0.50% 0.00% (m) Gambar Grafik THD terhadap jarak pada penerima LM565 Dari hasil pengujian dapat dilihat perbedaan antara kedua rangkaian daam hal keluaran THD. IC LM565 mempunyai nilai THD yang lebih baik daripada IC LM1893 hal ini diseabkan karena pada rangkaian LM565 memiliki filterisasi jauh lebih baik. Seperti penguat diferensial yang akan menguatkan sinyal masukan dan mengurangi distorsi lalu pada tapis lolos bawah yang juga menguatkan sinyal informasi. Sedangakan untuk LM 1893 memiliki THD yang kurang baik daripada IC LM565 hal ini disebabkan memang 62

23 penggunaan LM1893 lebih dikhususkan untuk pemakaian transmisi digital meskipun memungkinkan untuk dipakai sebagai pengirim data analog. 63