BAB II TINJAUAN TEORITIS

BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1 Tinjauan Pustaka Beberapa realisasi Power Line Carrier berhasil penulis temukan dalam literatur (Tugas/Proyek Akhir) di lingkungan Politeknik Negeri Bandung angkatan sebelumnya antara lain adalah realisasi: 1. Handry Gantina, Novrianto M. Nur. Sistem Pengontrolan Beban Listrik Melalui Media Transmisi Jala-Jala Listrik. Politeknik ITB. 1997. Dalam proyek akhir Handry Gantina dan Novrianto M. Nur ini telah direalisasikan aplikasi PLC pada pengontrolan beban listrik, pada proyek akhir ini mereka menggunakan teknik modulasi ASK dengan IC NE5050. Maksimum data rate adalah sebesar 300Kbit/s ASK dan dicapai pada kabel dengan 150 KHz. Kecepatan data ini tergantung pada BPF, kapasitor detektor AM untuk delay dan pada impulse noise immunity untuk delay. Frekuensi carrier pada proyek ini sebesar 450 KHz. Input data pada pengontrolan beban listrin ini berupa personal computer sehingga penulis menggunakan mikrokontroller AT89C52 yang memiliki sistem flash memory yang dapat diprogram ulang, berkapasitas 8Kbyte dengan enduracy 1000 write/erace cycle, selain itu mikrokontroller ini memiliki tiga level program memori yang dapat dikunci dan Ram internal 256X8 bit. Untuk mem-blocking tegangan 220V/50Hz penulis menggunakan kopling transformator. Karena, infrastruktur sistem listrik di Indonesia PLC memang belum dapat diimplementasikan secara sempurna sehingga jarak yang dapat dijangkau masih sangat terbatas. 2. Unang Sunarya. Realisasi Modulasi FSK pada Power Line Carrier Modem untuk komunikasi data. Proyek Akhir Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Bandung. 2006. Pada proyek akhir ini Unang Sunarya menggunakan teknik modulasi Frequency Shift Keying (FSK) dengan frekuensi 195-202 KHz. Pada modulator FSK pada sistem PLC ini digunakan IC XR2207 dan untuk 5

demolator menggunakan IC XR2212. Mode komunikasi yang digunakan pada proyek akhir ini masih half duplex. Untuk mem-blocking tegangn 220V/50Hz digunakan coupling transformator inti ferit karena memiliki permeabilitas yang tinggi, medan magnetic yang tinggi dan rugi-rugi yang rendah. Rangkaian ini digunakan untuk meloloskan fo dan mem-block tegangan jala-jala 220V/50Hz sehingga tidak masuk ke sistem dengan menambahkan C pada bagian primer pada trafo coupling. 3. Juni Pranata Tandian. Realisasi Pemanfaatan Power Line Communication (PLC) untuk Transmisi Data dengan Metode Zero Crossing (Bagian Pengirim). Proyek Akhir Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Bandung. 2005. Pada proyek akhir ini Juni Pranata Tandian menggunakan teknik modulasi Amplitude Shift Keying (ASK) dengan frekuensi carrier 150 KHz. Penulis menggunakan metode zero crossing yaitu suatu metode dimana rangkaian ini dapat menghasilkan pusa, jika dideteksi tegangan listrik jala-jala 0V. Prinsip kerja dari zero crossing adalah tegangan yang terdeteksi oleh rangkaian akan dibandingkan dengan tegangan refrensi. Penulis menggunakan coupling transformator inti ferit bersama kapasitor sehingga rangkaian coupling dapat berfungsi sebagai HPF yang dapat meloloskan f o dan mem-blocking tegangan jala-jala 220V/50Hz. Coupling ini digunakan untuk mem-blocking tegangan jala-jala agar tidak mengganggu sistem PLC dan merusak sistem. Dengan menggunakan jala-jala 220V/50Hz sebagai media transmisi sehingga komunikasi data masih terbatas, karena bit rate kecil, maka dari itu kecepatan transfer data masih rendah dan mengakibatkan tidak banyak bit-bit yang dapat dikirimkan. Komunikasi data menggunakan juga masih banyak terganggu oleh noise jala-jala PLN yang masih besar, sehingga dibutuhkan perancangan perangkat keras yang dapat meminimalisasi noise. Jarak komunikasi juga masih sangat terbatas. 2.2 Power Line Carrier (PLC) Pada proyek akhir ini media transmisi untuk komunikasi data yang digunakan adalah saluran listrik tegangan rendah sebesar 220V/50Hz. Media Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 6

komunikasi melalui jala-jala ini merupakan media guided, karena tidak menggunakan antena dalam mentransmisikan atau menerima informasi (data). Data Input MODULATOR Penguat KOPLING PENGIRIM JALA - JALA PLN ( 220V) Gambar 1. Diagram blok modulator PLC Power Line Carrier (PLC) atau komunikasi melalui saluran listrik, juga dikenal sebagai Power Line Communication merupakan sistem untuk membawa data pada konduktor yang juga digunakan untuk transmisi tenaga listrik sehingga jaringan listrik selain berfungsi sebagai sumber listrik juga menjadi media penghantar komunikasi. Gambar 2 menunjukkan blok diagram sistem dari PLC. Gambar 2. Diagram blok sistem PLC PLC merupakan komunikasi dengan cara arus pembawa (carrier current) ditumpukkan (superposed) pada saluran transmisi tenaga listrik, sehingga saluran tenaga listrik menjadi rangkaian transmisi frekuensi tinggi. Jangkauan frekuensinya berbeda untuk setiap negara, antara 100 sampai 500 KHz[2]. Saluran tenaga listrik sebagai media transmisi tentu saja mempunyai karakteristik yang akan mempengaruhi sinyal pembawa informasi. Bagian utama sistem komunikasi menggunakan PLC adalah sebagai berikut : 1. Bagian pemancar (transmitter). Sinyal informasi berupa sinyal analog maupun digital ditumpangkan ke sinyal pembawa melalui teknik modulasi sehingga Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 7

dihasilkan sinyal pembawa termodulasi (sinyal lolos pita), kemudian diperkuat untuk dipancarkan melalui media transmisi saluran distribusi daya. 2. Rangkaian Kopling Rangkaian kopling terdiri atas kapasitor kopling yang berfungsi untuk mengisolasi peralatan komunikasi dari tegangan pada saluran listrik. Fungsi ini dipenuhi dengan memberikan impedansi rendah ke frekuensi pembawa dan memberikan impedansi tinggi pada frekuensi saluran listrik. Selain itu pada rangkaian kopling juga terdapat transformator yang berfungsi sebagai penyesuai impedansi antara saluran listrik dengan peralatan komunikasi. 3. Media transmisi Berupa kabel saluran transmisi listrik yang digunakan sebagai media pada sistem komunikasi melalui saluran listrik tegangan rendah. 4. Bagian penerima (receiver) Melakukan penguraian atau pendemodulasian sinyal pembawa termodulasi yang diterima dimana teknik yang digunakan sama seperti pada bagian pemancar serta melakukan sinkronisasi antara pemancar dan penerima dengan jalan pemulihan sinyal pembawa yang diterima sehingga diperoleh kembali sinyal informasi yang dikirimkan. Dalam sistem PLC yang perlu diperhatikan adalah bagaimana menyalurkan energi listrik dengan rugi-rugi sekecil mungkin, sedangkan dalam sistem komunikasi yang perlu diperhatikan adalah bagaimana informasi yang dikirim dapat diterima dengan kualitas yang baik. 2.2.1 Rangakaian Kopling Rangkaian kopling merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengurangi redaman komunikasi pada saluran listrik. Coupler memberikan pengurangan redaman sinyal komunikasi pada saluran listrik dengan reaktansi Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 8

untuk menyeimbangkan resistansi diantara elemen sirkuit yang dipilih dengan impedansi pada saluran yang digunakan. Sebuah coupler seharusnya tidak memberikan kerugian yang tinggi untuk sistem, idealnya coupler hanya mengakibatkan kerugian transmisi sebesar 3dB. Hal ini disebabkan oleh sistem yang beroperasi bersamaan dengan listrik AC yang menyala sehingga listrik AC 220V harus di-filter untuk menjaga keamanan sistem. Rangakain kopling terdiri dari filter dan transformator. Filter kapasitor yang digunakan berfungsi untuk memblokir sinyal frekuensi rendah sebesar 50Hz yang berasal dari AC220V. Selain itu, filter kapasitor juga digunakan sebagai filter DC. Transformator berfungsi untuk penyesuai impedansi antara sirkuit listrik dan sirkuit komunikasi. Coupler pada proyek akhir ini tidak menggunakan resistor dengan tujuan untuk memungkinkan terjadinya transfer daya maksimum. Transformator atau trafo merupakan komponen pasif yang dibuat dari kumparan-kumparan kawat laminasi, trafo memiliki kumparan primer dan sekunder. Perbandingan jumlah lilitan serta diameter kawat pada kumparan primer dan sekunder akan mempengaruhi perbandingan besarnya arus dan tegangan. Pada proyek akhir ini, inti trafo yang digunakan adalah ferrite. Karena, ferrite mempunyai keunggulan yaitu mempunyai permeabilitas yang tinggi dan dapat dipergunakan untuk frekuensi tinggi tanpa rugi-rugi eddy current menjadi besar. Untuk menentukan induktansi dari transformator dilakukan dengan cara eksperimen dengan frekuensi yang digunakan (112 KHz 150 KHz). Hal ini dilakukan karena nilai induktansi yang dibutuhkan tidak tersedia di pasaran sehingga untuk mencari nilai induktansi dari transformator digunakan perhitungan dengan mengetahui terlebih dahulu nilai induktansi pada transformator, baik pada sisi primer dan sekunder. Untuk menentukan besar permeabilitas, dilakukan dengan beberapa percobaan dengan menggulung beberapa lilitan pada sisi primer dan sekunder. Prinsip kerja trafo menggunakan asas induksi resonansi antara kumparan primer dan sekunder. Apabila pada kumparan primer dialiri arus AC maka akan timbul medan magnet yang berubah-ubah fluktuasinya, akibatnya kumparan sekunder yang berada pada daerah medan magnet akan membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) atau tegangan induksi, apabila tegangan primer diputus maka Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 9

akan hilang tegangan sekundernya. Pada proyek akhir ini transformator berfungsi sebagai penyesuai atau matching. Lilitan sekunder pada tranformator diserikan dengan kapasitor dan dihubungkan pada jala-jala listrik sebagai media transmisi. Lilitan primer diparalelkan dengan satu kapasitor lalu dihubungkan dengan rangkaian modulator yang telah dikuatkan oleh rangkaian penguat. Coupler ini menggunakan sirkuit resonansi seri untuk komunikasi ke saluran listrik. Coupling network dengan menggunakan rangkaian transformer-kapasitor digunakan secara ekstensif dalam PLC tegangan rendah, terutama karena transformator memiliki isolasi galvanik dari saluran listrik dan transformator bertindak sebagai limiter saat jenuh oleh transien tegangan tinggi. Akses PLC memiliki impedansi yang sangat rendah, transfer daya yang belum maksimum karena ketidakcocokan antara impedansi modem dan impedansi pada jaringan listrik. Namun, pada proyek akhir ini rangkaian coupling dirancang untuk dapat menyesuaikan tingkat impedansi dari modem untuk disesuaikan dengan impedansi karakteristik pada saluran listrik. Perancangan rangkaian coupling dijelaskan untuk menunjukan bahwa fluktuasi impedansi saluran listrik menyebabkan bandwidth filter coupling berfluktuasi ketika sinyal ditransmisikan. Pada coupling penerima, bandwidth dari filter coupling tetap konstan sebagaimana impedansi modem yang konstan. Rangkaian di bawah ini merupakan rangkaian coupling yang berfungsi sebagai rangkaian resonansi-seri sebagai band-pass filter pada frekuensi yang mendekati titik resonansi seri. Gambar 3. Coupling network Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 10

Z P dan Z M menunjukan batas dari rangkaian coupling yang akan terhubung pada modem dan saluran listrik sedangkan R M mewakili impedansi pada sisi saluran listrik. Frekuensi tengah dari band-pass filter pada titik resonansi seri didapat dari :... (1) Dimana, L merupakan induktansi seri dan C merupakan kapasitansi seri. L biasanya diatas menunjukan induktansi pada sisi primer, tetapi nilainya dapat diperbesar dengan eksternal induktor seri. Bandwidth filter ditentukan oleh titik cut-off (-3dB) masing-masing frekuensi tinggi dan rendah....(2) Dimana, R menunjukan nilai resistansi akhir (R P pada sisi pengirim dan R M pada sisi penerima). 2.2.2 Media Transmisi Sebuah informasi dapat ditransfer dari satu lokasi ke lokasi lain melalui 2 media transmisi, yaitu media guided dan media unguided. Media transmisi dengan panduan (guided media) adalah informasi atau data yang ditransfer melalui media yang tampak secara fisik sepanjang jalur dimana sinyal disebarkan, yang meliputi twisted pair, coaxial cable dan serat optik. Media transmisi tanpa panduan (unguided media) adalah media yang memanfaatkan antena untuk mentrasmisikan informasi atau data di udara, ruang hampa dan air. Dalam media unguided, transmisi yang digunakan adalah transmisi analog karena menggunakan gelombang radio atau media udara. Sehingga, informasi atau data yang dikirim akan dimodulasi terlebih dahulu sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki. Media transmisi adalah media yang dapat mentransmisikan data. Datadata pada jaringan dapat ditransmisikan melalui 3 media : a. Copper media (media tembaga) b. Optical Media (media optik) c. Wireless Media (media tanpa kabel) Pada proyek akhir ini, digunakan media transmisi dengan bahan tembaga atau disebut copper media. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 11

Copper media merupakan semua media transmisi data yang terbuat dari bahan tembaga. Orang biasanya menyebut dengan nama kabel. Data yang dikirim melalui kabel, bentuknya adalah sinyal-sinyal listrik (tegangan atau arus) digital. Pada proyek akhir ini kabel yang digunakan pada saluran transmisi adalah kabel NYM. Gambar 4. Kabel NYM Adanya nilai resistansi pada saluran transmisi akan mengakibatkan timbulnya rugi rugi daya. Jika sumber tenaga listrik diberikan terminal masukan dari saluran transmisi, maka arus dan tegangan akan mengalir disepanjang saluran akan terdiri dari 2 macam yaitu tegangan yang mengalir dari sisi pengirim menuju penerima dan tegangan yang mengalir dari sisi penerima menuju sisi pengirim. Maka dari itu, parameter impedansi digunakan untuk menetapkan parameter pada saluran lisrik. Dalam saluran listrik, sistem ini dipertimbangkan dalam keadaan stabil, dengan 50 Hz AC, berikut ini parameter yang diturunkan : - Parameter impedansi sumbu Z per satuan panjang...(3) - Parameter admitansi sumbu Y per satuan panjang...(4) Parameter pada saluran listrik umumnya diberika oleh impedansi Z dan admitansi Y, pada frekuensi 50 Hz. Parameter ini menggambarkan spesifik panjang saluran, ketinggian di atas tanah, bahan yang digunakan, isolasi, posisi inti dalam kabel. Berdasarkan parameter utama, parameter lainnya dapat ditentukan, seperti...(5) Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 12

Dimana, α merupakan besar atenuasi dalam db/km dan β merupakan besar phasa dalam rad/km, dan didapat kerakteristik impedansi dengan rumus....(6) 2.2.3 Teknik Resonansi Untuk mentransmisikan sinyal pembawa dari terminal PLC ke jala-jala listrik, maka diperlukan sistem coupling yang memiliki fungsi memblok frekuensi dari terminal PLC agar tidak mengganggu kerja rangkaian pengirim dan ada yang bertugas melewatkan frekuensi 112 KHz-150 KHz dari terminal. Untuk keperluan inilah dipergunakan teori-teori tentang rangkaian osilasi yang terdiri dari rangkaian resonansi seri dan paralel. Untuk mendapatkan frekuensi resonansi kita harus melinierkan rangkaian tranformator terlebih dahulu. R1 M R2 + VS I1 L1 L2 I2 Z L V L - Gambar 5. Tranformasator Linear Tinjaulah impedansi masukan pada terminal rangkaian primer. Kedua persamaan mesh adalah...(7)...(8) Kita dapat menyederhanakan dengan mendefinisikan Sehingga...(9)... (10) Dengan memecahkan persamaan kedua untuk I 2 dan menyisipkannya di dalam persamaan pertama memungkinkan kita mencari impedansi masukan,... (11) Dari persamaan di atas, kita dapat menarik beberapa kesimpulan. Pertama, hasil ini tidak bergantung pada tempat bintik pada masing-masing lilitan, karena jika Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 13

satu diantara bintik tersebut dipindahkan ke ujung lain dari koil, maka hasilnya adalah perubahan tanda setiap suku yang melibatkan M di dalam (7) dan (10). Kita dapat juga memperhatikan di dalam (11) bahwa impedansi masukan adalah Z 11 jika kopling direduksi ke nol. Jika kopling dinaikkan dari nol, maka impedansi masukkan berbeda dari Z 11 sebanyak s 2 M 2 /Z 22 yang disebut impedansi yang direfleksi. Hakekat dari perubahan ini lebih nyata bila diamati dalam kerja keadaan mantap sinusoida. Dengan menyebut s=jω.... (12) Karena ω 2 M 2 R 22 /(R 2 22 +X 2 22 ) harus positif, maka jelaslah bahwa adanya sekunder menaikkan rugi di dalam rangkaian primer. Dengan kata lain, hadirnya sekunder dapat diperkirakan di salam rangkaian primer dengan menambahkan harga R 1. Reaktansi X 22 merupakan jumlah dari ωl 2 dan X L ; rekatansi ini perlu positif untuk muatan-muatan induktif dan boleh positif atau negatif untuk muatan kapasitif; bergantung pada reaktansi beban. Kita tinjau pengaruh reaktansi dan tahanan yang direfleksikan dengan meninjau hal khusu dimana kedua primer dan sekunder adalah rangkaian resonansi seri yang identik. Jadi, R 1 =R 2 =R, L 1 =L 2 =L dan impedansi beban Z L dihasilkan oleh kapasitansi C, yang identik dengan sebuah kapasitansi yang disisipkan seri di dalam rangkaian primer. Frekuensi resonansi seri dari primer dan sekunder sendiri adalah... (13) Resonansi ini terjadi bila,... (14) Gambar di bawah ini merupakan magnitudo respon dari rangkaian resonansi yang diperlihatkan sebagai fungsi frekuensi. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 14

V(jω) I R 0.707 I R ω 1 ω 0 ω 2 ω Gambar 6. Respon dari rangkaian resonansi 2.3 Sistem Modulasi Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai logik 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 (2 1 ). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah 4 (2 2 ) berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2 n buah[3]. Gambar 7. Sinyal Digital Teknik untuk mengkodekan sinyal digital ke dalam sinyal analog disebut modulasi digital. Beberapa teknik modulasi digital yang umum digunakan adalah - Amplitude Shift Keying (ASK) - Phase Shift Keying (PSK) - Frequency Shift Keying (FSK) Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 15

Pada proyek akhir ini digunakan teknik modulasi FSK karena modulasi FSK lebih tahan terhadap interferensi. 2.3.1 Frequency Shift Keying (FSK) Konsep dari FSK sangat sederhana, misalnya pada pengiriman data biner harus diasosiasikan masing-masing dua logika yang menyatakan logik 0 dan logik 1 dengan frekuensi yang berbeda, katakanlah f 1 dan f 0. Untuk mengirim logika 0 aturlah f 0 dan untuk logik 1 aturlah f1 pada transmitter (pengirim). Penerima hanya perlu untuk membedakan antara dua frekuensi tersebut. Seperti kita ketahui, FSK memiliki 2 sinyal yang ditransmisikan yaitu pada frekuensi mark (logik 1 ) dan frekuensi space (logik 0 ). Gambar 8. Sinyal pada frekuensi mark dan frekuensi space Dari sistem FSK dapat diatur sedemikian rupa untuk memberikan transmisi narrowband (band sempit) maupun wideband (band lebar). Untuk membangkitkan sinyal FSK, digunakan sistem seperti pada gambar berikut : Gambar 9. Sistem FSK Seperti yang kita ketahui, spektrum frekuensi dari sinyal FSK sulit untuk didapatkan. Ini adalah karakteristik dari sinyal FM, namun beberapa aturan praktis Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 16

dapat dikembangkan. Pertimbangan kasus dimana pesan biner terdiri dari urutan logik 0 dan 1. Jika dua frekuensi masing-masing kelipatan 1=T (misalnya f1 = m/t dan f2 = n/t ) lalu disinkronkan dalan fase, maka fungsi periodik dari gelombang FSK adalah : Gambar 10. Fungsi periodik dari gelombang FSK Dari gambar 10 dapat dilihat gelombang dari FSK sebagai superposisi linear dari dua sinyal, satu sinyal tertunda sebesar T detik begitu juga selanjutnya. Jadi, spektrum dari sinyal ini adalah... (15) Dimana M(ω) merupakan transformasi dari baseband signal m(t), spektrum dari sinyal FSK merupakan superposisi dari kedua spektrum sinyal ini, salah satu dari ω 1 = ω c - ω dan ω 2 = ω c - ω. Sebuah alternatif selain sistem discountinous-phase FSK adalah sistem continuous-phase FSK, dimana sinyal biner dari baseband sinyal diberikan sebagai input untuk voltage-controlled oscillator (VCO). Transisi yang terlalu tajam dalam fase dari sinyal output dapat dibatasi oleh input VCO. Pada rangkaian osilator, frekuensi osilasi dapat diubah-ubah atau variasi dengan penambahan suatu kapasitor, dimana dioda yang dipasang dan direferensikan sebagai varicap (variabel capacitor) atau varactor yangmempunyai fungsi sebagai pengubah tegangan. Apabila kapasitor variabel ini termasuk di dalam rangkaian osilator dan frekuensi osilasi yang bervariasi mengubah tegangan bias DC yang melewati variabel kapasitor. Oleh karena itu, osilator ini disebut juga osilator yang dikontrol oleh tegangan atau disebut sebagai VCO (Voltage Control Oscillator). Dalam penerapannya, hal-hal utama yang digunakan pada PLL adalah sebagai berikut : Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 17

Spektrum : Dalam beberapa penerapannya keluaran VCO adalah berupa gelombang sinusoidal, tetapi dalam aplikasi lain keluaran VCO dapat berupa gelombang persegi panjang. Karakteristik : Frekuensi Tegangan Karakteristik frekuensi tegangan harus linier dan toleransi ini tergantung bentuk penerapan VCO. Stabilitas Frekuensi VCO membutuhkan stabilitas frekuensi tinggi, karena dengan begitu VCO akan bekerja normal [10]. Dalam modulasi digital kecepatan perubahan pada input suatu modulator disebut bit rate dan satuannya bits per second (bps). Kecepatan perubahan pada output suatu modulator disebut baud atau baud rate dan sama terhadap satu elemen output sinyal. Dalam FSK kecepatan perubahan pada output dan input adalah sama, oleh karena itu bit rate dan baud rate sama besarnya. Sebagaimana suatu sistem elektronik, bandwidth adalah suatu ketentuan penting dari modem FSK. penghitungan bandwidth FSK sama seperti penghitungan pada bandwidth FM dan dapat diterangkan dengan pengertian yang sama. Karena FSK adalah suatu bentuk frekuensi modulasi (FM) maka rumus indek modulasi yang digunakan dalam FM juga berlaku untuk FSK. Indek modulasi diberikan sebagai:... (16) Dimana : MI=Indek modulasi Df= Frekuensi deviasi (Hz) Fb= besarnya bit rate modulator Fa= Frekuensi pemodulasi(hz),... (17) Indeks modulasi yang terburuk adalah dimana indek modulasi tersebut menghasilkan output bandwidth yang lebar, disebut deviation ratio (perbandingan Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 18

deviasi). Hal yang terburuk atau bandwidth yang terlebar muncul bilamana kedua frekuensi deviasi dan frekuensi modulasi terletak pada harga maksimumnya. Dalam modulator FSK, Df adalah peak frekuensi deviasi dari carrier dan sama dengan perbedaan antara sisa frekuensi dan salah satu dari frekuensi mark atau frekuensi space (atau setengah dari perbedaan frekuensi antara frekuensi mark dan frekuensi space). Peak frekuensi deviasi tergantung dari amplitudo sinyal modulasi. Dalam sinyal biner digital, semua logika 1 mempunyai tegangan yang sama dan semua logika 0 mempunyai tegangan yang sama pula, konsekuensinya frekuensi deviasinya konstan dan selalu pada harga maksimumnya. Fa sama dengan frekuensi dasar dari input biner dimana dalam keadaan yang terburuknya (perubahan 0 ke 1) sama dengan setengah dari bit rate. Sehingga untuk FSK, sama dengan FM yang konvensional, bandwidth akan sebanding dengan indek modulasi. Konsekuensinya indek modulasi FSK pada umumnya dibuat dibawah 1.0, sehingga menimbulkan band yang relatif sempit pada spektrum output FSK. Minimum bandwidth yang diperlukan untuk merambatkan sinyal disebut minimum Nyquist bandwidth (Fn). Bilamana digunakan modulasi dan output double side spectrum dibangkitkan, maka minimum bandwidth disebut minimum double-sided Nyquist bandwidth atau minimum IF bandwidth..... (18) Dimana : BW = Bandwidth (Hz) n = Pasangan frekuensi sisi berdasarkan indek modulasi Fm = Frekuensi pemodulasi (Hz) 2.3.2 IC XR 2206 Pada proyek akhir ini digunakan Integrated Circuit (IC) XR2206. IC XR- 2206 adalah sebuah chip pembangkit fungsi (Function Generator) yang mampu menghasilkan gelombang sinus bermutu tinggi, segitiga, kotak, ramp dan pulsa. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 19

IC ini mempunyai 16 buah pin dan terdiri dari 4 buah blok rangkaian internal seperti yang ditunjukkan oleh gambar 20 yaitu : Gambar 11. IC XR-2206 Voltage Controlled Oscillator (VCO) adalah pembangkit frekuensi yang ditentukan oleh tegangan masukannya. Analog Multiplier and Sine Shaper sebagai pembentuk gelombang sinus dan pengali untuk berbagai masukan. Rangkaian Current Switches berfungsi untuk mentransfer arus ke salah satu dari dua resistor pewaktuan eksternal yang menghasilkan frekuensi terpisah yang dipilih sebagai logic level pada masukan FSK melalui pin 9. Sementara Gain Buffer Amplifier melakukan penguatan sinyal sebelum diumpankan ke rangkaian tujuannya. Sinyal masukan yang berupa sinyal digital dinputkan pada pin 9 lalu sinyal masukan tersebut diproses pada blok current switches. Blok tersebut akan mentransfer arus dari dua resistor eksternal yang menghasilkan frekuensi terpisah sesuai dengan logik level pada sinyal masukan, kemudian pada blok VCO sinyal dibangkitkan sesuai dengan frekuensi yang telah ditentukan. Pada blok multiplier and shine shaper bentuk sinyal disempurnakan lalu dikuatkan oleh blok gain buffer amplifier. Sinyal output dapat dilihat pada pin 2. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 20

Fungsi dari pin-pin XR-2206 ini ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 1. Deskripsi pin-pin XR-2206 Pin Simbol Tipe Deskripsi 1 AMSI I Masukan sinyal AM 2 STO O Keluaran gelombang sinus atau segitiga 3 MO O Keluaran Multiplier 4 VCC Catu daya positif 5 TC1 I Masukan timing kapasitor 1 6 TC2 I Masukan timing kapasitor 2 7 TR1 O Keluaran timing resistor 1 8 TR2 O Keluaran timing resistor 2 9 FSK1 I Masukan FSK 10 BIAS O Tegangan referensi Internal 11 SYNCO O Keluaran Sync 12 GND Ground 13 WAVEA1 I Wave From Adjust 1 14 WAVEA2 I Wave From Adjust 2 15 SYMA1 I Wave Symetry Adjust 1 16 SYMA2 I Wave Symetry Adjust 2 IC XR-2206 ini dapat diaplikasikan untuk : Pembangkit Gelombang Sinus, Kotak (Square), Segitiga dan Ramp. Pembangkit FM/AM. Pembangkit FSK dan PSK. Konverter Tegangan ke Frekuensi (VFC). Tone Generation. Phase Locked Loops (PLL) atau VCO. Beberapa karakteristik dan features penting dari IC ini adalah : Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 21

Distorsi gelombang sinusnya rendah, 0,5%. Mempunyai kestabilan temperatur yang sempurna, 20 ppm/ºc. Sweep Range-nya yang luas, 2000:1. Sensitifitasnya terhadap tegangan yang rendah, 0,001%Volt. Modulasi Amplitudo yang linier. Kendali FSK yang kompatibel dengan TTL. Tegangan Kerjanya dari 10Volt sampai 26Volt. Pengaturan Duty Cycle dari 1% sampai 99%. Frekuensi osilasi, fo, ditentukan oleh kapasitor pewaktuan eksternal (C), yang dipasang pada pin 5 ke pin 6, dan oleh resistor pewaktuan (R), yang dihubungkan pada pin 7 dan pada pin 8. Sehingga frekuensinya dinyatakan dengan :... (19) Nilai-nilai yang direkomendasikan untuk R, pada rentang frekuensi osilasi dapat ditentukan seperti ditunjukkan dalam Gambar 12. Temperaturnya stabil untuk 30 nilai 4KΩ < R< 200KΩ. Nilai yang yang direkomendasikan untuk C adalah dari 1000pF ke 100µF. Gambar 12. Timing resistor vs frekuensi osilasi Amplitudo keluaran maksimum secara langsung adalah proporsional dengan resistor eksternal, R3, yang dihubungkan ke pin 3 (lihat Gambar 13).Untuk keluaran gelombang sinus amplitudonya adalah kira-kira 60mV peak tiap KΩ dari R3. Untuk gelombang segitiga, amplitudo puncak kira-kira 160mV peak tiap KΩ R3. Sebagai contoh, R3 = 50KΩ akan menghasilkan kira-kira ±3Volt amplitudo keluaran sinusoidal. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 22

Gambar 13. Amplitudo keluaran sebagai fungsi R pada pin 3 2.4 Penguat Pada rancangan ini diperlukan suatu rangkaian penguat yang berfungsi untuk memancarkan sinyal termodulasi yang akan melewati lilitan pada trafo dan kapasitor sebagai kopling. Untuk dapat melalui sisi primer dan sekunder pada transformator diperlukan tegangan yang cukup supaya sinyal yang termodulasi tersebut tidak hilang atau tertahan dalam trafo. Rangkaian penguat dapat dibuat dengan menggunakan transistor atau IC Op-Amp. Namun pada proyek akhir ini rangkaian penguat yang dibuat menggunakan IC Op-Amp LM301. Op-Amp merupakan rangkaian penguat tegangan dengan elemen tahanan, kapasitor dan transistor yang dibuat secara Integrated Circuit (IC). Opamp mempunyai lima terminal dasar yaitu dua terminal untuk mencatu daya, dua terminal untuk masukan (inverting input dan non-inverting input) dan satu terminal untuk keluaran (output) [7]. Gambar 14. Operational Amplifier Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 23

Op-Amp mempunyai beberapa fungsi diantaranya sebagai amplifier (inverting amplifier dan non-inverting amplifier) dan sebagai buffer. Karakteristik-karakteristik yang dimiliki oleh Op-Amp sebagai amplifier ideal, yaitu : Impedansi input yang tinggi (Zi) Impedansi ouput yang rendah Mempunyai penguatan tegangan yang tinggi Pada proyek akhir ini digunakan rangkaian non-inverting amplifier. Non- Inverting Amplifier merupakan salah satu fungsi daripada Op-Amp dimana terminal keluaran dihubungkan dengan terminal ineverting input dan terminal inverting dihubungkan dengan sumber ground, sedangkan terminal non-inverting dihubungkan dengan sumber input. Pada non-inverting amplifier, phasa tegangan input dan tegangan output adalah sama dan gain yang terkecil dari non-inverting amplifier adalah 1 (satu). Gambar 15. Rangkaian Non-Inverting Amplifier Terdapat 6 (enam) langkah yang dilakukan dalam menganalisa rangkaian non-inverting amplifier adalah sebagai berikut : Tegangan pada pin input non-inverting... (20) Selama umpan balik negatif dan tegangan output tidak saturasi, tegangan pada pin input inverting Arus yang melewati Ri... (21)... (22) Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 24

Karena impedansi dari op-amp sangat besar maka arus yang melewati R f adalah... (23) Tegangan yang ada pada R f... (24) Tegangan output adalah sebagai berikut, )... (25) dimana, Pada proyek akhir ini rangkaian penguat dibuat dengan menggunakan IC LM301A. IC ini berfungsi sebagai operational amplifier yang memiliki peningkatan standar industri seperti LM709. Teknik pengolahan pada LM301A ini memungkinkan pengurangan besar arus input yang bertahap dan merancang ulang sirkuit bias sehingga suhu arus input dapat dikurangi. Penguat ini memiliki banyak fitur yang membuat aplikasi dari LM301A menjadi mudah untuk direalisasikan, diantaranya perlindungan overload pada input dan output, tidak ada latch-up ketika kisaran mode umum telah terlampaui.. LM301A memiliki rentang suhu antara 0ºC sampai +70ºC. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 25

Gambar 16. LM301A Tabel 2. Karakteristik LM301A Tabel di atas menunjukan karakteristik dari LM301A. Tegangan input yang diberikan pada LM301A adalah sebesar ±12V. Kurva karakteristik dari tegangan input pada LM301A dapat dilihat pada gambar 18 di bawah ini. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 26

Gambar 17. Kurva karakteristik tegangan input LM301A Pada gambar 17 dapat dilihat kurva karakteristik penguatan tegangan pada LM301A. Penguatan tegangan dapat diperbesar dengan memperbesar tegangan catu daya untuk LM301A (±V). Gambar 18. Kurva karakteristik penguatan tegangan pada LM301A Pada proyek akhir ini selain menggunakan IC LM301A, rangkaian penguat juga menggunakan komponen eksternal yaitu resistor sebesar 1KΩ, 10KΩ dan kapasitor. Tegangan input berasal dari output modulator dengan frekuensi 112KHz-150 KHz. Penggunaan kapasitor dimaksudkan untuk memfilter sinyal masukan sehingga terdapat batasan sinyal pada input rangakain penguat ini. Selain karena dipengaruhi oleh komponen eksternal, penguatan juga terjadi karena sumber tegangan yang berfungsi untuk menghidupkan IC ini, maksimum sumber tegangan untuk IC ini adalah sebesar ±20V. Frekuensi kerja pada IC ini dipengaruhi oleh penguatan yang terjadi, semakin tinggi frekuensi kerja maka Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 27

semakin rendah penguatan yang terjadi.untuk data lebih jelas mengenai IC ini dapat dilihat pada datasheet yang terlampir pada laporan ini. Gambar 19. Kurva frekuensi kerja terhadap penguatan Penambahan kapasitor pada rangkaian penguat ini dimaksudkan untuk membuat rangkaian high pass filter. Pada rangkaian penguat respon frekuensi dari sebuah filter aktif dibatasi oleh karakteristik atau bandwidth dari penguat operasional yang digunakan. Respon frekuensi dapat dilihat dari kenaikan filter oleh 20dB/decade atau 6 db/oktaf sampai ke titik cut-off frekuensi yang ditentukan pada -3dB. Seperti pada rangkaian filter lainnya, frekuensi cut-off dapat ditentukan dengan rumus,... (26)... (27) Gambar 20. High pass filter dan Op-Amp Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 28

Secara teknis, filter aktif yang diaplikasikan pada rangkaian penguat tidak seperti pada rangkaian filter pasif yang memiliki respon frekuensi yang tidak terbatas. Pada rangkaian filter aktif ini respon frekuensi maksimum dibatasi oleh karakteristik atau bandwidth dari op-amp yang digunakan. Respon frekuensi maksimum terbatas pada besar gain/bandwidth yang dihasilkan atau loop gain tegangan terbuka (AV) dari op-amp yang digunakan sehingga memberikan batasan bandwidth, dimana respon loop tertutup dari op-am memotong respon loop terbuka. Sebuat penguat operasional memiliki khas loop terbuka (tanpa umpan balik) gain tegangan DC dari sekitar 100dB mengurangi maksimum pada tingkat roll of -20dB/Decade (-6dB/oktaf) sebagai frekuensi input. Gambar di bawah ini menunjukan respon frekuensi pada rangkaian penguat. Gambar 21. Kurva respon frekuensi sebuah operational amplifier Kerja filter pada frekuensi tinggi dibatasi oleh frekuensi gain crossover yang menentukan bandwidth keseluruhan dari penguat loop terbuka. Bandwidth penguatan dari op-amp mulai dari sekitar 100 KHz untuk amplifier kecil dan sampai 1 GHz untuk amplifier dengan kecepatan tinggi. Maka dari itu, ketika merancang sebuah filter aktif, pemilihan op-amp adalah hal yang sangat penting sehingga tidak akan terjadi hilangnya sinyal frekuensi tinggi akibat distorsi sinyal. Laporan Proyek Akhir Tahun 2011 29