BAB II TINJAUAN TEORITIS

BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1 Tinjauan Pustaka 1) Proyek Akhir Ridwan Rachman dari angkatan 2004 Politeknik Negeri Bandung dengan judul Realisasi TV Exciter 1 Watt pada Kanal 9 VHF [4]. Hasil kajian proyek akhir dengan judul Realisasi TV Exciter 1 Watt pada Kanal 9 VHF adalah sebagai berikut : 1. Frekuensi kerja TV Modulator adalah 181 MHz 188 MHz. 2. Frekuensi Carrier Video pada 181,25 MHz, menggunakan osilator LC. 3. Frekuensi Carrier Audio pada 5,5 MHz, menggunakan osilator LC. Pada proyek akhir ini penulis membuat sebuah TV Modulator untuk Pemancar TV VHF pada frekuensi 63,05 MHz 70,05 MHz dimana pada TV Modulator ini osilator frekuensi pembawa video menggunakan osilator kristal pada frekuensi 64,3 MHz dan osilator frekuensi pembawa audio menggunakan osilator LC pada frekuensi 5,5 MHz. 2.2 Penyiaran Televisi Istilah siaran (broadcast) berarti mengirimkan kesegala arah. Antena pada sisi pemancar memancarkan gelombang elektromagnetik yang dapat diterima di sisi penerima. Dalam proses penyiaran siaran televisi, diperlukan sebuah perangkat yang dapat mengirimkan sinyal informasi berupa sinyal audio dan video dari sisi pengirim (transmitter) ke sisi penerima (receiver). Pemancar televisi merupakan perangkat yang tepat untuk digunakan, dimana pemancar televisi ini berfungsi untuk mengirimkan sinyal informasi berupa sinyal audio dan video. Sinyal video yang dimodulasi secara AM dan sinyal suara yang dimodulasi secara FM keduanya dikirimkan dari antena pemancar yang sama. Dalam proses pengiriman sinyal informasi berupa sinyal audio dan video diperlukan band Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 5

frekuensi (channel), dimana band frekuensi yang digunakan harus sesuai dengan aturan yang telah ditentukan. Di Indonesia pengaturan frekuensi ini diatur oleh Ditjen Postel Depkominfo. Sampai saat ini masih digunakan TV analog. Standar TV analog yang digunakan untuk VHF adalah PAL-B. Sedangkan standar untuk UHF adalah PAL-G. Bandwidth VHF (PAL-B) adalah 7 MHz, sedangkan Bandwidth UHF (PAL-G) adalah 8 MHz. Tabel 1 berikut ini merupakan tabel frekuensi TV VHF band I dan III untuk standar PAL-B. Sedangkan Tabel 2 dan Tabel 3 menjelaskan mengenai tabel frekuensi TV UHF Band IV dan V untuk Standar PAL-G[2]. Tabel 1 Rencana Pengkanalan TV VHF Band I dan III Standar PAL B Tabel 2 Rencana Pengkanalan TV UHF Band IV Standar PAL G Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 6

Tabel 3 Rencana Pengkanalan TV UHF Band V Standar PAL G 2.3 Sistem Televisi Sistem televisi di dunia terdiri dari 3 sistem, yaitu NTSC, PAL dan SECAM. Ditinjau dari aspek spesifikasi dan spektrum frekuensi dari ketiga sistem tersebut, diperlihatkan pada gambar 2, 3 dan 4. 2.3.1 NTSC NTSC adalah sistem televisi analog yang digunakan di Amerika Serikat dan banyak negara lainnya, termasuk Amerika dan beberapa bagian Asia Timur. Namanya diambil dari National Television System(s) Committee, badan industri pembuat standar yang menciptakannya. NTSC dikembangkan pada tahun 1950, yang mendefinisikan standar video yang dibuat sampai 525 garis scan horizontal setiap 1/30 detik[8]. Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 7

Tabel 4 Standar NTSC System NTSC Lines/Field 525/60 Horizontal Frequency 15.734 khz Vertical Frequency 60 Hz Colour Subcarrier Frequency 3.579545 MHz Video Bandwidth 4.2 MHz Sound Carrier 4.5 MHz 2.3.2 PAL Gambar 2 Standar NTSC PAL adalah sebuah enconding berwarna yang digunakan dalam televisi broadcast. PAL adalah kependekan dari Phase Alternating Line digunakan untuk garis alternasi fase. PAL terdiri dari 625 baris dan ditayangkan sebanyak 25 frame dalam setiap satu detik (fps). Sistem ini digunakan di seluruh dunia kecuali di kebanyakan dunia Amerika, karena di Amerika menggunakan system NTSC. Sistem Broadcast PAL dikembangkan di Jerman oleh Walter Bruch, pada tahun 1967[9]. Tabel 5 Standar PAL System PAL B, G, H PAL I PAL D PAL N PAL M Line/Field 625/50 625/50 625/50 625/50 525/60 Horizontal Frequency 15.625 khz 15.625 khz 15.625 khz 15.625 khz 15.750 khz Vertical Frequency 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 60 Hz Colour 4.433618 4.433618 4.433618 3.582056 3.575611 Subcarrier MHz MHz MHz MHz MHz Frequency Video Bandwidth 5.0 MHz 5.5 MHz 6.0 MHz 4.2 MHz 4.2 MHz Sound Carrier 5.5 MHz 6.0 MHz 6.5 MHz 4.5 MHz 4.5 MHz Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 8

Gambar 3 Spektrum Frekuensi PAL dengan bandwidth 8 MHz 2.3.3 SECAM SECAM adalah kependekan dari Sequential Color with Memory adalah standar pemancar televisi analog yang digunakan di Perancis, Rusia dan daerahdaerah Afrika. SECAM berbeda dengan PAL, tapi jumlah baris data yang dikirimnya sama. Sistem yang dikembangkan oleh sebuah tim dengan ketuanya, Henri de France, ini merupakan standar video analog yang pertama di Eropa[10]. Tabel 6 Standar SECAM System SECAM B, G, H SECAM D, K, K1, L Line/Field 625/50 625/50 Horizontal Frequency 15.625 khz 15.625 khz Vertical Frequency 50 Hz 50 Hz Video Bandwidth 5.0 MHz 6.0 MHz Sound Carrier 5.0 MHz 6.5 MHz Gambar 4 Standar SECAM Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 9

2.4 Sinyal Audio pada Televisi Modulasi frekuensi digunakan untuk sinyal audio, guna meningkatkan keuntungan dari derau dan interferensi yang lebih sedikit. Sinyal audio FM pada televisi pada dasarnya sama seperti dalam penyiran radio FM, kecuali pada ayunan frekuensi maksimum adalah 25 khz dan bukan 75 khz. Sinyal pembawa terpisah sebesar 5,5 MHz diatas sinyal pembawa video untuk PAL dan 4,5 MHz diatas sinyal pembawa video untul NTSC[1]. 2.5 Teknik Modulasi Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi ke sinyal carrier, dimana sinyal carrier mempunyai frekuensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sinyal informasi. Modulasi merupakan proses paling penting dalam sebuah pengiriman sinyal informasi juga merupakan tahapan terakhir sebelum informasi tersebut dapat dikirim dari transmitter ke receiver. Sedangkan pada sisi receiver terdapat proses demodulasi, yaitu kebalikan dari proses modulasi, dimana demodulasi adalah proses untuk mendapatkan kembali sinyal informasi yang telah dimodulasi dan dikirim pada sisi transmitter. Teknik modulasi yang digunakan pada sebuah pemancar televisi adalah teknik modulasi AM vestigial pada sinyal informasi berupa video dan teknik modulasi FM pada sinyal informasi berupa audio. 2.5.1 Modulasi Amplitudo Sinyal video pada pemancar televisi dimodulasi dengan menggunakan teknik modulasi AM. Lebih tepatnya adalah modulasi AM Vestigial. Pada AM, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitudo sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. 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 Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 10

frekuensi audio (AF, Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai dengan 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. Jika sinyal pemodulasi dinyatakan sebagai e m = V m sin ω m t dan sinyal pembawanya dinyatakan sebagai e C = V C sin ω C t, maka sinyal hasil modulasi disebut sinyal termodulasi atau e AM. Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi AM[5]. e AM Dengan e AM e m e C V C V m m ω C ω m = V C (1 + m sin ω m t) sin ω C t = V C. sin ω C t + m. Vc. sin ω C t. sin ω m t = V C. sin ω C t + ½ m.vc.cos( ω C - ω m ) t - ½ m.vc.cos( ω C + ω m ) t : sinyal termodulasi AM : sinyal pemodulasi : sinyal pembawa : amplitudo maksimum sinyal pembawa : amplitudo maksimum sinyal pemodulasi : indeks modulasi AM : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik) : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik) Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut dinyatakan sebagai : ω = 2 π f. Gambar 5 memperlihatkan sinyal informasi (pemodulasi), sinyal pembawa dan sinyal termodulasi AM. Komponen pertama sinyal termodulasi AM (V C sin ω C t) disebut komponen pembawa, komponen kedua yaitu ( ½ m.v C.cos( ω C - ω m ) t ) disebut komponen bidang sisi bawah atau LSB (LowerSideBand) dan komponen ketiga yaitu (½ m.v C.cos( ω C + ω m ) t ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB (UpperSideBand). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar ω C, komponen LSB mempunyai frekuensi sudut sebesar ω C - ω m dan komponen USB mempunyai frekuensi sudut sebesar ω C + ω m. Pada gambar 6 diperlihatkan spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang dihasilkan oleh spectrumanalyzer. Harga amplitudo masing-masing bidang sisi dinyatakan dalam harga mutlaknya[5]. Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 11

Derajat modulasi merupakan parameter penting dan juga sering disebut indeks modulasi AM, dinotasikan dengan m. Parameter ini merupakan perbandingan antara amplitudo puncak sinyal pemodulasi (V m ) dengan amplitudo puncak sinyal pembawa (V C ). Besarnya indeks modulasi mempunyai rentang antara 0-1. Indeks modulasi sebesar nol, berarti tidak ada pemodulasian, sedangkan indeks modulasi 1 merupakan pemodulasian maksimal yang dimungkinkan. Besarnya indeks modulasi AM dinyatakan dengan persamaan[5]: dengan M : m = Vm Vc Indeks modulasi juga dapat dinyatakan dalam persen dan dinotasikan M = Vm Vc x 100% (a) (b) Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 12

(c) Gambar 5 (a) Sinyal Pemodulasi, (b) Sinyal Pembawa, (c) Sinyal Termodulasi[5]. Gambar 6 Spektrum Sinyal Termodulasi AM. 2.5.1.1 AM Vestigial AM Vestigial adalah sebuah teknik intermediet antara SSB dan DSBFC, yang digunakan dalam industri televisi komersial untuk proses transmisi dan penerimaan sinyal video. Vestige adalah proses penapisan salah satu komponen bidang sisi (LSB atau USB), sehingga dapat menghemat lebar bidang dan daya pancar. Dalam VSB, sebagian ( vestige ) komponen bidang sisi bawah (LSB) ikut ditransmisikan bersama komponen bidang sisi atas (USB) dan komponen Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 13

pembawa. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin bahwa komponen USB termasuk pembawa video benar-benar ditransmisikan secara keseluruhan. Disamping itu juga didapatkan penghematan daya dan lebar bidang jika dibandingkan dengan transmisi DSBFC seperti yang ditunjukan pada gambar 7[5]. Gambar 7 Format kanal standart FCC untuk transmisi gambar warna dan monokrom di US[4]. 2.5.2 Modulasi Frekuensi Sinyal audio pada pemancar televisi dimodulasi dengan menggunakan teknik modulasi FM. Modulasi frekuensi didefinisikan sebagai deviasi frekuensi sesaat sinyal pembawa sesuai dengan amplitudo sesaat sinyal pemodulasi. Sinyal pembawa dapat berupa gelombang sinus, sedangkan sinyal pemodulasi (informasi) dapat berupa gelombang apa saja (sinusoidal, kotak, segitiga, atau sinyal lain misalnya sinyal audio). Gambar 8 mengilustrasikan modulasi frekuensi sinyal pembawa sinusoidal dengan menggunakan sinyal pemodulasi yang juga berbentuk sinyal sinusoidal. Secara matematis, sinyal termodulasi FM dapat dinyatakan dengan : e FM = V c sin ( ω c t + m f sin ω m t ) dengan e FM : sinyal termodulasi FM Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 14

e m e C V C m f ω c ω m : sinyal pemodulasi : sinyal pembawa : amplitudo maksimum sinyal pembawa : indeks modulasi FM : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik) : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik) Gambar 8 (a). Sinyal Carrier, (b) Sinyal Informasi, (c) Sinyal Termodulasi Pada modulasi frekuensi maka frekuensi sinyal pembawa diubah-ubah sehingga besarnya sebanding dengan dengan besarnya amplitudo sinyal pemodulasi. Semakin besar amplitudo sinyal pemodulasi, maka semakin besar pula frekuensi sinyal termodulasi FM. Besar selisih antara frekuensi sinyal termodulasi FM pada suatu saat dengan frekuensi sinyal pembawa disebut deviasi frekuensi. Deviasi frekuensi maksimum didefinisikan sebagai selisih antara frekuensi sinyal termodulasi tertinggi dengan terendahnya. Indeks modulasi FM (mf) merupakan perbandingan antara deviasi frekuensi maksimum dengan frekuensi sinyal pemodulasi m f = δ / f m dengan : δ : deviasi frekuensi maksimum Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 15

f m m f : frekuensi maksimum sinyal pemodulasi : indeks modulasi FM Besarnya indeks modulasi FM dapat dipilih sebesar mungkin sejauh tersedia bandwidth (lebar bidang) untuk keperluan transmisinya. Biasanya besarnya indeks modulasi ini akan dimaksimalkan dengan cara mengatur besarnya deviasi frekuensi maksimal yang diijinkan. Lebar-bidang yang dibutuhkan untuk mentransmisikan sinyal FM adalah: BW = 2 ( n. f m ) Dengan n adalah nilai tertinggi komponen bidang-sisi dan f m adalah frekuensi tertinggi pemodulasi. Oleh karena pada kenyataannya nilai n mencapai tak hingga, maka secara teoritis lebar bidang yang dibutuhkan adalah tak hingga pula. Namun, amplitudo komponen bidang sisi untuk n yang bernilai besar menjadi tidak terlalu signifikan sehingga kontribusinya dapat diabaikan. Dengan pertimbangan ini, maka nilai n yang digunakan untuk menentukan lebar bidang adalah nilai n yang masih memberikan kontribusi signifikan pada amplitudo komponen bidang sisinya. Kontribusi yang dapat dianggap signifikan adalah yang memberikan tegangan sebesar minimal 1% atau 40 db. Hal ini dapat dilihat pada tabel fungsi Bessel, misalnya untuk mf sebesar 5 maka jumlah n yang signifikan adalah 8 (sampai dengan J8, untuk n > 8 diabaikan). Pada tahun 1938 J.R. Carson menyatakan bahwa untuk mentransmisikan sinyal termodulasi FM dibutuhkan lebar bidang minimal dua kali jumlahan deviasi frekuensi dengan frekuensi maksimum sinyal termodulasi. Selanjutnya hal ini dikenal dengan Carson srule dan dapat dinyatakan sebagai: BW = 2 ( δ + f m ) dengan δ adalah deviasi frekuensi dan f m adalah frekuensi tertinggi sinyal pemodulasi. FCC telah mengalokasikan lebar bidang sebesar 200 khz untuk siaran FM (disebut FM bidang lebar atau wideband FM). Deviasi frekuensi maksimum yang diijinkan adalah sebesar δ = ± 75 khz. Dengan batasan ini, maka besarnya indeks modulasi juga dibatasi (mulai sebesar m f = 5 untuk f m =15 khz hingga sebesar m f = 1500 untuk f m =50 Hz). Gambar 9 memperlihatkan bidang frekuensi untuk siaran komersial FM. Selain yang telah dibahas di atas, FCC juga mengalokasikan bidang frekuensi untuk siaran FM bidang sempit ( narrowband Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 16

FM ) sebesar 10 30 khz. Indeks modulasinya dibuat mendekati satu sehingga lebar bidang yang diperlukan sama dengan lebar bidang untuk sinyal AM yaitu hanya sebesar 2 x fm. Contoh FM bidang sempit antara lain sistem radio mobil untuk polisi, dinas kebakaran, pelayanan taksi, telefon seluler, radio amatir, dan lain-lain. Gambar 9 Bidang Frekuensi Siaran Komersil Persamaan gelombang FM dinyatakan sbb: e FM = V c J 0 m f sin ω c t + V c {J 1 (mf) [sin ( ω c + ω m )t - sin ( ω c - ω m )t]} + V c {J 2 (mf) [sin ( ω c + 2 ω m )t - sin ( ω c - 2 ω m )t]} + V c {J 3 (mf) [sin ( ω c + 3 ω m )t - sin ( ω c - 3 ω m )t]} + V c {J 4 (mf) [sin ( ω c + 4 ω m )t - sin ( ω c - 4 ω m )t]} + dengan e FM V c J n m f dan : amplitudo sesaat gelombang termodulasi FM : amplitudo puncak pembawa : penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk indeks modulasi : indeks modulasi FM V c J 0 (m f ) sin ω c t = komponen frekuensi pembawa V c {J 1 (m f )[sin( ω c + ω m )t - sin (ω c - ω m )t]} = komp. bid. sisi pertama V c {J 2 (m f )[sin( ω c + 2 ω m )t - sin ( ω c - 2 ω m )t]} = komp. bid. sisi ke-dua V c {J 3 (m f )[sin( ω c + 3 ω m )t - sin ( ω c - 3 ω m )t]} = komp. bid. sisi ke-tiga Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 17

V c {J 4 (m f )[sin( ω c + 4 ω m )t - sin ( ω c - 4 ω m )t]} = komp. bid. sisi ke-empat V c {J 5 (m f )[sin( ω c + 5 ω m )t - sin ( ω c - 5 ω m )t]} = komp. bid. sisi ke-lima dst Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi dapat dilihat pada gambar 9 dan tabel 7 fungsi Bessel. Gambar 10 Fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi Tabel 7 Fungsi Bessel Dengan memasukkan nilai-nilai indeks modulasi, frekuensi pembawa, dan frekuensi pemodulasinya maka dapat ditentukan pula penyelesaian fungsi Bessel yang bersangkutan.selanjutnya dapat digambarkan spektrum frekuensi sinyal Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 18

termodulasi FM yang bersangkutan. Gambar 11 memperlihatkan contoh spektrum sinyal termodulasi FM. Gambar 11 Spektrum Sinyal Termodulasi FM 2.6 Penguat Daya Frekuensi Tinggi 2.6.1 Parameter S pada transistor Parameter S atau biasa disebut parameter hamburan merupakan parameter yang hampir seluruh manufacture penyedia transistor frekuensi tinggi menggunakan parameter tersebut. Parameter S menjadi lebih luas untuk digunakan karena jauh lebih mudah untuk digunakan dalam hal pengukuran dan perhitungan jika dibandingkan dengan parameter Y. Juga lebih mudah untuk dapat memahami serta memberikan banyak informasi informasi lain dengan mudah. Dengan menggunakan parameter S, dapat direpresentasikan sebuah sirkuit kutub 4. Sehingga sangat memungkinkan untuk dapat menghitung potensi ketidakstabilan (kecenderungan osilasi), maksimum available gain, impedansi input dan output, dan transducer gain. Juga memungkinkan untuk dapat menghitung nilai komponen dari matching impedance yang harus dipasang dengan menggunakan metode simultaneous conjugate matching[3]. 2.6.1.1 Kestabilan Transistor Kecenderungan dari suatu transistor untuk berisolasi dapat dihitung dengan data parameter S dari transistir tersebut. Perhitungan ini harus dilakukan Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 19

sebelum membuat sebuah penguat dan merupakan metoda yang sangat berguna dalam mencari transistor yang sesuai untuk aplikasi yang diharapkan. Untuk menentukan apakah suatu transistor memiliki kecenderungan untuk berosilasi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Rollet Stability Factor (K). Dengan D S = = S 11.S 22 S 12.S 21 K = 1 + D s 2 S 11 2 S 22 2 2 S 21 S 12 Jika nilai K>1, maka transistor stabil mutlak (unconditionally stable) untuk setiap nilai impedansi sumber dan beban. Jika nilai K<1 maka transistor potensial tidak stabil (potentially unstable) dan akan berosilasi pada nilai impedansisumber dan beban tertentu[3]. 2.6.1.2 Transistor Stabil Mutlak Transistor stabil mutlak terjadi jika dipenuhi K>1. Maka rangkaian penyesuai impedansi dapat langsung dirancang secara simultaneous conjugate match yang berarti rangkaian penyesuai impedansi akan menghasilkan impedansi yang merupakan conjugate dari impedansi transistor[3]. Untuk mendapatkan nilai koefisien pantul dibeban dihitung dengan menggunakan rumus : Dengan C 2 = S22 (Ds.S11)* B 2 = 1 + [S22] 2 [S11] 2 [Ds] 2 B 2 ± B 2 2 4 C 2 2 r L = 2 C 2 Tanda ± pada persamaan diatas tergantung dari hasil perhitungan nilai B2. Jika nilai B2 (+) maka digunakan tanda (-), jika nilai B2 (-) maka digunakan tanda (+). Untuk mendapatkan nilai koefisien pantul dari sumber dihitung dengan menggunakan rumus : r S = S 11 + S 12S 21 r L 1 (r L S 22 ) Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 20

2.6.1.3 Transistor Potensial Tak Stabil Suatu transistor termasuk potensial tidak stabil jika nilai K<1. Perancangan rangkaian penyesuai imedansi harus menghasilkan impedansi yang tidak menyebabkan transistor berosilasi. Oleh karena itu hal pertama yang harus dilakukan adalah mengetahui daerah impedansi mana saja yang menyebabkan transistor menjadi tak stabil dengan membuat lingkaran kestabilan input dan output transistor pada smithchart. Untuk membuat lingkaran kestabilan input dan output dapat dicari dengan menggunakan rumus : C 1 = S 11 D S.S 22 * C 1 Ps = S 2 11 D S 2 r S = S 12 S 21 S 11 2 D S 2 C 2 = S 22 D S.S 11 * Pl = r l = C 2 S 22 2 D S 2 S 12 S 21 S 22 2 D S 2 P S = pusat lingkaran kestabilan input r S = jari jari lingkaran kestabilan input P l = pusat lingkaran kestabilan output R l = jari-jari lingkaran kestabilan output Setelah mengetahui daerah mana saja yang menyebabkan transistor potensial tak stabil, maka harus dibuat lingkaran penguatan konstant. Untuk membuat lingkaran penguatan konstant pada smithchart dapat menggunakan rumus : Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 21

Pusat lingkaran Jari jari lingkaran P O = GC 2 1 + D 2 G r O = 1 2K S 12S 21 G + S 12 S 21 2 G 2 1 + D 2 G Setelah lingkaran penguatan konstant diplot pada smithchart, kita plot titik koefisien pantul yang berada pada garis lingkaran penguatan konstan dan tidak berada pada daerah yang tak stabil. Untuk mencari nilai koefisien pantul disumber dapat menggunakan rumus : r S = S 11 + S 12S 21 r L 1 (r L S 22 ) 2.6.2 Pra Tegangan Transistor (Biasing) Pada dasarnya rangkaian biasing berfungsi untuk menentukan titik kerja dan garis beban DC dari transistor. Selain itu berguna juga untuk mempertahankan kerja transistor agar tetap stabil walau terjadi perubahan arus transistor. Transistor akan berada pada daerah aktif dan bekerja pada daerah normal apabila tansistor diberikan forward bias pada emitter- base junction dan reverse bias pada collector base junction. Ada beberapa contoh rangkaian biasing yang biasanya digunakan pada transistor BJT, yaitu self biasing dan fixed biasing. 2.6.2.1 Self bias Self bias transistor adalah teknik pemberian tegangan basis transistor dan kaki transistor yang berdiri sendiri. Rangkain self bias transistor ini menggunakan rangkaian pembagi tegangan dari 2 buah resistor, dimana titik pembagian tegangan dihubungkan ke kaki basis transistor. Karena self bias transistor ini menggunakan bias tegangan melalui rangkaian pembagi tegangan maka self bias transistor ini sering juga disebut dengan bias pembagi tegangan. Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 22

Gambar 12 Rangkaian Self Bias Dari gambar diatas, dapat diambil beberapa persamaan yaitu : Vbb = R2 R1 + R2 x Vcc R1. R2 Rb = R1 + R2 Ib = Vbb Vbe Re β + 1 + Rb Dari persamaan diatas kita akan mendapatkan harga V CEQ dan I CQ yang bertujuan untuk mendapatkan titik kerja dari garis beban pada transistor. I E I C V CEQ = V CC I C (R E + R C ) I CQ = β. Ib Garis beban diperoleh dari persamaan I Csat dan V CEcut-off, dimana untuk ICsat = Vcc Rc + Re V CEcut-off = V CC Maka akan diperoleh garis beban sebagai berikut : Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 23

Gambar 13 Garis Beban DC 2.6.2.2 Fixed Bias Fixed bias juga disebut base bias. Pada gambar 13, sumber daya tunggal (Vcc) digunakan pada collector dan basis pada transistor, meskipun sumber daya (Vcc) terpisah juga dapat digunakan. Gambar 14 Rangkaian Fixed Bias Dari rangkaian pada gambar diatas diperoleh persamaan berikut ini : Ib = Vc Vb RF I C = β. Ib V C = V CE = I B RF + V BE Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 24

Dengan adanya resistor feedback yang menghubungkan antara collector dan base mengakibatkan adanya negative feedback yang berguna untuk menjaga kestabilan transistor. 2.6.3 Kelas Penguat Ada beberapa macam kelas kelas penguat yang biasa digunakan, diantaranya : kelas A, kelas B, kelas AB, kelas C. 2.6.3.1 Penguat Kelas A Penguat kelas ini adalah cara yang biasa digunakan untuk menggunakan transistor dalam rangkaian linier dan menghasilkan rangkaian bias yang paling stabil dan juga sederhana. Penguat kelas A merupakan tipe yang paling linier, dimana titik kerjanya berada pada daerah linier yaitu berada di tengah tengah garis beban DC. R1 Vcc Rc Cout Vout Vin Cin Q1 R2 Re Ce RL Gambar 15 Rangkaian Dasar Penguat Kelas A Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 25

Vcc Rc + Re Ib = Ib1 Q = A Ib = Ib2 AB B Vcc Vce Gambar 16 Garis Beban Penguat Kelas A Gambar 17 Perbandingan Sinyal Input dan Output Kelas A 2.6.3.2 Penguat Kelas B Penguat kelas B adalah rangkaian dengan menggunakan 2 transistor. Titik kerja dari kelas B ini berada pada ujung kurva karakteristik titik cutoff seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah. Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 26

Vcc R1 Q1 Re1 Vin Cin Cout Vout Re2 RL Q2 R2 Gambar 18 Rangkaian Dasar Penguat Kelas B Vcc Rc + Re Ib = Ib1 A Ib = Ib2 AB Q = B Vce Vcc Gambar 19 Garis Beban Penguat Kelas B Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 27

Gambar 20 Perbandingan Sinyal Input dan Output Kelas B 2.6.3.3 Penguat Kelas AB Penguat kelas AB adalah jenis penguat antara kelas A dan kelas B. transistor yang dikonfigurasikan dengan menggunakan kelas AB memiliki daerah aktif untuk lebih dari setengah perioda tetapi kurang dari seluruh perioda. Dengan kata lain, arus kolektor mengalir untuk lebih dari 180 derajat tetapi kurang dari 360 derajat. Vcc R1 Q1 Cin1 Re1 Vin R2 Cout Vout Cin2 Re2 RL Q2 R3 Gambar 21 Rangkaian Dasar Penguat Kelas AB Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 28

2.6.3.4 Penguat Kelas C Penguat kelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Pada penguat kelas C sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah. Titik kerjanya penguat kelas C berada di daerah cut-off transistor. Vcc C L Vout Vin Cin Q1 Cout RL R1 Gambar 22 Rangkaian Dasar Penguat Kelas C Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 29

Gambar 23 Perbandingan Sinyal Input dan Output Kelas C 2.6.4 Rangkaian Penyesuai Impedansi Rangkaian penyesuai impedansi dimaksudkan untuk mendapatkan transfer daya maksimum dari satu kutub ke kutub yang lainnya, atau blok satu keblok yang berikutnya. Terdapat beberapa bentuk rangkaian penyesuai impedansiyang digunakan pada perancangan penguat daya RF, yaitu tipe L, tipe T dan tipe phi. 2.6.4.1 Tipe L Rangkaian penyesuai impedansi tipe L merupakan rangkaian yang paling sederhana dan biasa digunakan untuk rankaian penyesuai impedansi. Zs L Zs L C ZL C ZL (a) (b) Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 30

Zs C Zs C L ZL L ZL (c) (d) Gambar 24 (a) dan (b) Konfigurasi Low Pass Filter, (c) dan (d) Konfigurasi High Pass Filter Secara umum gambar rangkaian penyesuai impedansi untuk tipe L adalah sebagai berikut : Zs Xs Xp ZL Gambar 25 Rangkaian penyesuai impedansi tipe L secara umum Persamaan yang dapat digunakan adalah : Q S = Q P = Q S = Xs Rs Q P = Rp Xp Dimana : Rp Rs 1 Q P = faktor Q pada cabang parallel Q S = faktor Q pada cabang seri R P = resistansi parallel X P = reaktansi parallel Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 31

R S = resistansi serial X S = reaktansi seri 2.6.4.2 Tipe T Rangkaian tipe T dapat dibentuk dari 2 buah bentuk tipe L. dengan persamaan sebagai berikut : Q = R r 1 Dimana : R = R Virtual r = Resistansi terminasi paling kecil Secara umum persamaannya adalah : Q2 = Rp Rs 1 Dimana : R P = Resistansi parallel dari rangkaian L R S = Resistansi seri dari rangkaian L Bentuk rangkaiannya terlihat seperti gambar dibawah ini : Rs Xs1 Xs2 Xp1 Xp2 RL Gambar 26 Rangkaian penyesuai impedansi tipe T X S1 X P1 X S2 = Q.R S = Rp Q = Q 2.R L X P2 = R Q2 Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 32

2.6.4.3 Tipe Phi(π) Rangkaian tipe phi dapat dibuat dari 2 buah tipe L dengan menggabungkan cabang serinya. Rangkaian tipe L yang pertama menyesuaikan tahanan sumber ke suatu resistansi virtual. Rangkaian tipe L yang kedua menyesuaikan dari R virtual ke R beban. R virtual lebih kecil daripada Rs atau RL. R virtual dapat dipilih dan disesuaikan dengan kebutuhan faktor kualitas yang diinginkan. Sesuai persamaan berikut : Q = Dimana : R H R 1 R H = Resistansi yang mempunyai harga yang lebih tinggi R = Resistansi Virtual Z S X S1 X S2 X P1 R VIRTUAL X P2 Z L Gambar 27 Rangkaian penyesuai impedansi tipe phi (π) Muhamad Anugrah Hadiyana, 091331018 33