Fsk Mod.docx

LAPORAN PRAKTIKUM TELEKOMUNIKASI DIGITAL FSK MODULATOR

Disusun oleh : Reggi Samudra

(1731130105)

Kelompok 4 / TT-2C

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2019

13.1. Tujuan 1. Dapat memahami teori opereasi modulator FSK. 2. Dapat memahami modulasi FSK dengan menggunakan teori matematika. 3. Dapat mendesain dan mengimplementasikan modulator FSK menggunakan VCO. 13.2. Alat dan Bahan 1. Modul GOTT DCT-6000-07. 2. Osiloskop. 3. Generator fungsi. 4. Power Supply Unit 5. Kabel banana to banana. 6. Kabel BNC to alligator. 7. Kabel jumper. 13.3. Teori Dasar. Dalam transmisi sinyal digital, repeater digunakan untuk memulihkan sinyal data, ini akan meningkatkan kekebalan terhadap noise. Jadi teknik pengkodean dapat digunakan untuk mendeteksi, memperbaiki dan mengenkripsi sinyal. Selama transmisi jarak jauh, bagian frekuensi tinggi dari sinyal digital akan dengan mudah melemahkan dan menyebabkan distorsi. Oleh karena itu, sinyal harus dimodulasi sebelum transmisi, dan salah satu metode adalah modulasi pengalihan frekuensi (FSK). Teknik FSK adalah memodulasi sinyal data ke dua frekuensi yang berbeda untuk mencapai transmisi yang efektif. Pada penerima, sinyal data akan dipulihkan berdasarkan pada dua frekuensi berbeda dari sinyal yang diterima. Hubungan sinyal FSK dan sinyal data ditunjukkan pada Gambar 13-1. Ketika sinyal data 5V, setelah sinyal melewati buffer, saklar S1 akan OFF, maka frekuensi sinyal FSK adalah fl. Ketika sinyal data 0 V, setelah sinyal melewati buffer, saklar S2 akan OFF, frekuensi sinyal FSK adalah f2. Biasanya, perbedaan antara frekuensi f1 dan f2 harus sebesar mungkin. Ini karena korelasi kedua sinyal rendah, oleh karena itu, efek pengiriman dan penerimaan akan lebih baik. Namun, bandwidth yang dibutuhkan harus ditingkatkan. Gambar 13-2 adalah bentuk gelombang sinyal modulasi FSK.

Gambar 13-1 Diagram struktur modulator FSK.

Gambar 13-2 Diagram hubungan antara sinyal data dan sinyal FSK. Pada bagian ini, kami menggunakan teori matematika untuk menyelesaikan modulasi FSK sebagai shon dalam persamaan (13-1). Ungkapannya adalah sebagai berikut. Teknik FSK banyak digunakan dalam transmisi kawat komersial dan industri dan transmisi nirkabel. Dalam percobaan, kita akan membahas cara menghasilkan sinyal FSK. Dalam aplikasi tertentu, sinyal FSK diperbaiki. Misalnya, untuk transmisi nirkabel, sinyal tandanya adalah 2124 Hz dan sinyal ruang adalah 2975 Hz. Untuk transmisi kawat seperti telepon, frekuensinya adalah sebagai berikut : a. Space 1370 Hz dan Mark 870 Hz. b. Space 2225 Hz dan Mark 2025 Hz.

Dari yang disebutkan di atas, kami perhatikan bahwa kesenjangan frekuensi FSK adalah 500 Hz. Dalam modulator FSK, kami menggunakan sinyal data (gelombang kotak) sebagai sumber sinyal. Frekuensi sinyal output modulator didasarkan pada tingkat gelombang kotak sinyal data. Dalam bab ini, frekuensi pembawa adalah 870 Hz dan 1370 Hz. Kedua frekuensi ini dapat diproduksi dengan menggunakan osilator yang dikendalikan tegangan, (VCO). Frekuensi sinyal output bervariasi menurut tingkat perbedaan pulsa input untuk menghasilkan dua frekuensi yang berbeda. Setiap frekuensi sinyal output sesuai dengan level tegangan input (mis. "0" atau "1"). Dalam bab ini, kami menggunakan generator gelombang IC 2206 dan osilator yang dikendalikan tegangan LM 566 untuk menghasilkan sinyal FSK termodulasi. Pertama-tama mari kita kenalkan karakteristik 2206 IC. 2206 IC adalah waveformgenerator, yang mirip dengan IC 8038. Gambar 13-3 adalah diagram sirkuit modulator FSK dengan menggunakan 2206 IC. Pada Gambar 13-3, resistor R3, R4 terdiri dari rangkaian yang terbagi tegangan. Fungsi utama rangkaian terbagi tegangan adalah membiarkan gelombang tegangan negatif dari IC 2206 beroperasi secara normal. Frekuensi osilasi 2206 IC ditentukan oleh resistor R1 dan R5. Frekuensi osilasi adalah f1 = 1/2πR1C, f2 = 1/2πR5C. Ada komparator internal di 2206 IC. Asumsikan bahwa ketika input 5 V, frekuensi output adalah dan ketika input adalah 0 V, frekuensi output adalah f2. Kita dapat menggunakan sinyal TTL pada pin 9 untuk mengontrol frekuensi output menjadi fl atau f7. Tipe struktur ini mirip dengan struktur pada Gambar 13-1. Oleh karena itu, dengan menggunakan karakteristik struktur ini, kita dapat mencapai modulasi FSK dengan mudah.

Gambar 13-3 Diagram sirkuit dari modulator FSK menggunakan IC 2206. Selanjutnya, kami menggunakan osilator kontrol tegangan LM566 untuk mengimplementasikan modulator FSK. Pertama-tama, kita akan membahas dioda varactor. Varactor diode atau tuning diode terutama digunakan untuk mengubah nilai kapasitansi dari osilator. Tujuannya adalah untuk membiarkan frekuensi output dari osilator dapat disesuaikan atau disetel, oleh karena itu dioda varactor mendominasi rentang merdu dari seluruh osilator yang dikendalikan tegangan. Dioda Varactor adalah dioda, yang kapasitansinya dapat divariasikan dengan menambahkan reverse bias ke pn junction. Ketika reverse bias meningkat, wilayah penipisan menjadi luas, ini akan menyebabkan nilai kapasitansi menurun; namun ketika reverse bias berkurang, wilayah penipisan akan berkurang, ini akan menyebabkan nilai kapasitansi meningkat. Varactordiode juga dapat bervariasi dari amplitudo sinyal AC. Gambar 13-4 adalah diagram analog kapasitansi dioda varactor. Ketika varactor diode tanpa bias, konsentrasi akan berbeda dari pembawa minor di persimpangan pn. Maka operator ini akan berdifusi dan menjadi wilayah penipisan. Daerah penipisan tipe p membawa ion positif elektron, maka daerah penipisan tipe n membawa ion negatif. Kita dapat menggunakan kapasitor pelat paralel untuk mendapatkan ekspresi seperti yang ditunjukkan sebagai berikut:

𝐶=

Ꜫ .Ꜫ0 .𝐴 𝑑

(13-1)

Dimana Ꜫ =11.8Ꜫ 0 (konstanta dielektrik silikon). Ꜫ 0 = 8.85 x 10 -12 . A : area penampang kapasitor. d : lebar wilayah penipisan. Ketika reverse bias meningkat, lebar daerah penipisan d akan meningkat tetapi luas penampang A tetap, oleh karena itu nilai kapasitansi akan berkurang. Di sisi lain, nilai kapasitansi akan meningkat ketika reverse bias berkurang.

Gambar 13-4 Diagram analog kapasitansi dari dioda varactor.

Gambar 13-5 Diagram sirkuit ekivalen dioda varactor. Dioda varactor dapat setara dengan rangkaian kapasitor resistor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13-5. Dari gambar 13-5, Cj adalah kapasitor persimpangan semikonduktor, yang hanya keluar di persimpangan pn. RS adalah jumlah resistansi

curah dan resistansi kontak bahan semikonduktor, yang terkait dengan kualitas dioda varactor (umumnya di bawah beberapa ohm). Tuning ratio, TR adalah rasio nilai kapasitansi di bawah dua bias yang berbeda untuk dioda varactor. Ekspresi ditampilkan sebagai berikut: 𝐶𝑉2

𝑇𝑅 =

(13-2)

𝐶𝑉1

dimana TR : rasio tuning. CV1 : capacitance value dari diode varactor V1. CV2 : capacitance value dari diode varactor V2. Frekuensi osilasi dari LM566 adalah 𝑓0 = 𝑅

2

10 𝐶5

𝑉𝑐𝑐 −𝑉𝑖𝑛

(

𝑉𝑐𝑐

)

(13-3)

Di mana Vcc adalah input tegangan catu daya pada pin 8 dari LM566. Vin adalah tegangan input LM566 pada pin 5. Jika Vcc diperbaiki, maka dengan R10, C5 dan Vin yang tepat, frekuensi sinyal output (f0) dari LM566 adalah 1072 Hz dan 1272 Hz. Kondisi untuk menggunakan LM566 VCO adalah sebagai berikut 2 kΩ ≤ R10 ≤ 20 kΩ 0.75 ≤ Vin ≤ VCC f0 ≤ 500 kHz 10 V ≤ VCC ≤ 24 V Gambar 13-6 adalah diagram rangkaian modulator FSK. Teori operasi adalah mengubah level tegangan sinyal data (level TTL) ke level tegangan yang sesuai. Tegangan ini akan dimasukkan ke terminal input LM566 VCO. Kemudian, VCO akan menghasilkan dua frekuensi berkenaan dengan level tegangan input (870Hz dan 1370Hz). Q1, Q2, R1, R2, R3, VR1 dan VR2 terdiri dari konverter tegangan. Di sirkuit, Q1 akan beroperasi sebagai NOT gate. Ketika sinyal input dari basis Q1 tinggi, maka Q1 akan menyala. Pada saat ini, sinyal keluaran kolektor akan rendah (sekitar 0,2 V), sehingga Q2 akan mati. Ketika sinyal input dari pangkalan Q1 rendah (0 V), Q1 akan

mati. Pada saat ini, sinyal keluaran kolektor Q1 tinggi (5 V), jadi Q2 akan aktif. Ketika Q2 dimatikan, tegangan input VCO adalah 𝑉𝑅2

𝑉1 = 𝑉𝑅

2 +𝑅6

𝑉𝑐𝑐

(13-4)

Frekuensi sinyal keluaran VCO adalah f1. Ketika Q2 menyala, tegangan input VCO adalah (anggap resistensi Q2 hanya beberapa ohm). 𝑉𝑅1 // 𝑉𝑅2

𝑉2 = (𝑉𝑅

1

𝑉 // 𝑉𝑅2 )+𝑅6 𝑐𝑐

(13-5)

Pada saat ini, frekuensi sinyal output VCO adalah f2. Jadi, kita hanya perlu menyesuaikan VR1 dan VR2, maka frekuensi sinyal output dari VCO akan menjadi f1 dan f2 yang masing-masing adalah 1370 Hz dan 870 Hz. Pada Gambar 13-6, dua µA741, R5, R6, R7, R8, R9, R10, C3, C4, C5 dan C6 terdiri dari filter low-pass orde ke-4. Tujuannya adalah untuk menghilangkan sinyal yang tidak diinginkan dari output LM566 VCO (TP2), sehingga kita dapat memperoleh sinyal bentuk gelombang sinusoidal.

Gambar 13-6 Diagram sirkuit modulator FSK. 13.4. Percobaan 13.4.1. Percobaan 1 : XR 2206 modulator FSK 1. Lihat gambar 13-3 dengan R1, = 1 kΩ dan R5 = 10 kΩ atau lihat gambar DCT13-1 pada modul GOTT DCT-6000-07. Biarkan J2 dan J4 menjadi hubungan pendek, J3 dan J5 menjadi sirkuit terbuka.

2. Dari gambar DCT13-1, biarkan dua terminal I / P menjadi hubung singkat dan JP1 menjadi sirkuit terbuka, yaitu di terminal input sinyal data (Data I / P), masukan tegangan DC 0V. Dengan menggunakan osiloskop, amati pada gelombang sinyal keluaran sinyal FSK (FSK O / P), kemudian catat hasil yang diukur pada tabel 13-1. 3. Dari gambar DCT13-1, biarkan dua terminal I / P menjadi sirkuit terbuka dan JP1 menjadi sirkuit pendek, yaitu pada terminal input sinyal data (Data I / P), masukan tegangan DC 5V. Dengan menggunakan osiloskop, amati pada gelombang sinyal keluaran sinyal FSK (FSK O / P), kemudian catat hasil yang diukur pada tabel 13-1. 4. Pada terminal input sinyal data (Data I / P), masukkan amplitudo 5 V, sinyal 100 Hz TTL. Dengan menggunakan osiloskop, amati pada gelombang sinyal keluaran sinyal FSK (FSK O / P), kemudian catat hasil yang diukur pada tabel 13-1. 5. Menurut sinyal input pada tabel 13-1, ulangi langkah 4 dan catat hasil yang diukur pada tabel 13-1. 6. Lihat gambar 13-3 dengan R1 = 7.5kΩ dan R5 = 15 kΩ atau lihat gambar DCT13-1 pada modul GOTT DCT-6000-07. Biarkan J2 dan J4 menjadi sirkuit terbuka, J3 dan J5 menjadi sirkuit pendek. 7. Menurut sinyal input pada tabel 13-2, ulangi langkah 2 hingga langkah 4 dan catat hasil yang diukur pada tabel 13-2. 13.4.2. Percobaan 2 : LM566 modulator FSK 1. Lihat diagram sirkuit pada gambar 13-6 atau gambar DCT13-2 pada modul GOTT DCT-6000-07. 2. Dari gambar DCT13-2, biarkan dua terminal I / P menjadi hubung singkat dan JP1 menjadi sirkuit terbuka, yaitu di terminal input sinyal data (Data I / P), masukan tegangan DC 0V. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk gelombang sinyal keluaran dari port keluaran VCO (TP2) dari LM 566. Setel sedikit VR2 sehingga frekuensi TP2 adalah 1370 Hz. Sekali lagi amati bentuk

gelombang sinyal output dari titik uji pengisian dan pengosongan (TP1), filter low-pass urutan kedua (TP3) dan port output sinyal FSK (FSK O / P). Akhirnya, catat hasil yang diukur pada tabel 13-3. 3. Dari gambar DCT13-2, biarkan dua terminal I / P menjadi sirkuit terbuka dan JP1 menjadi sirkuit pendek, yaitu di terminal input sinyal data (Data I / P), masukan tegangan 5 V DC. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk gelombang sinyal keluaran dari port keluaran VCO (TP2) dari LM 566. Setel sedikit VR2 sehingga frekuensi TP2 adalah 870 Hz. Sekali lagi amati pada TP1, TP3 dan FSK O / P. Akhirnya, catat hasil yang diukur pada tabel 13-3. 4. Pada terminal input sinyal data (Data I / P), masukkan amplitudo 5V dan sinyal 200 Hz TTL. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk gelombang sinyal output dari Data I / P, TPI, TP2, TP3, dan FSK O / P. Akhirnya, catat hasil yang diukur pada tabel 13-4. 5. Menurut sinyal input pada tabel 13-4, ulangi langkah 4 dan catat hasil yang diukur pada tabel 13-4. 13.5. Hasil Pengukuran Table 13-1 Measured results of FSK modulator by using 2206 IC. Input Signal J2 , J4 SC J3 , J5 OC

0V

5V

Input Signal

TTL Signal with Vp = 5V , f = 100Hz

TTL Signal with Vp = 5V , f = 200Hz

J2 , J4 SC J3 , J5 OC

Table 13-2 Measured results of FSK modulator by using 2206 IC. Input Signal

0V

5V

TTL Signal with Vp = 5V , f = 100Hz

TTL Signal with Vp = 5V , f = 200Hz

J3 , J5 SC J2 , J4 OC

Input Signal J3 , J5 SC J2 , J4 OC

Table 13-3 Measured results of FSK modulator by using LM566. Input Signal

TP1

TP2

TP3

FSK O/P

0V

Table 13-3 Measured results of FSK modulator by using LM566. (continue) Input Signal 5V

TP1

TP2

TP3

FSK O/P

Table 13-4 Measured results of FSK modulator by using LM566. Input Signal

TP1

TP2

TP3

FSK O/P

TTL Signal with Vp = 5V f = 200Hz

Table 13-4 Measured results of FSK modulator by using LM566. (continue) Input Signal

TP1

TP2

TP3

FSK O/P

TTL Signal with Vp = 5V f = 100Hz

13.6. Analisa Pembahasan Pada praktikum FSK, seperti tabel 13-1 diatas ketika J2 & J4 Short Circuit dan J3 & J5 Open Circuit input tegangan sebesar 0 V maka hasil output pada CH 2 berupa gelombang sinus , sedangkan pada CH 1 hanya berupa garis lurus saja dengan T/div = 25 µs dengan volt/div pada CH 1 adalah 1 V dan CH 2 adalah 5 V. Pada praktikum FSK, seperti tabel 13-1 diatas ketika J2 & J4 Short Circuit dan J3 & J5 Open Circuit input pada generator fungsi yaitu TTL yang diset dengan frekuensi sebesar 100 Hz menghasilkan gelombang sinus yang rapat renggang, pada saat logic 1 menunjukkan frekuensi pada output gelombang sinus yang rapat dan saat

logic 0 menunjukkan frekuensi gelombang sinus yang renggang. Pada saat frekuensi dinaikkan menjadi 200 Hz hasil output gelombangnya menjadi lebih rapat di bandingkan dengan frekuensi 100 Hz. Semakin besar nilai frekuensi, maka hasil output gelombang semakin rapat. Pada praktikum FSK, seperti tabel 13-2 diatas ketika J2 & J4 Open Circuit dan J3 & J5 Short Circuit input tegangan sebesar 0 V maka hasil output pada CH 2 berupa gelombang sinus , sedangkan pada CH 1 hanya berupa garis lurus saja dengan T/div = 25 µs dengan volt/div pada CH 1 adalah 1 V dan CH 2 adalah 5 V. Pada praktikum FSK, seperti tabel 13-2 diatas ketika J2 & J4 Open Circuit dan J3 & J5 Short Circuit input pada generator fungsi yaitu TTL yang diset dengan frekuensi sebesar 100 Hz menghasilkan gelombang sinus yang rapat renggang, pada saat logic 1 menunjukkan frekuensi pada output gelombang sinus yang rapat dan saat logic 0 menunjukkan frekuensi gelombang sinus yang renggang. Pada saat frekuensi dinaikkan menjadi 200 Hz hasil output gelombangnya menjadi lebih rapat di bandingkan dengan frekuensi 100 Hz. Output gelombang pada praktikum ini lebih renggang dari pada tabel 13-1, hal ini disebabkan karena perbedaan nilai R1 dan R5. Pada praktikum FSK, seperti tabel 13-4 ketika tegangan TTLsebesar 5V dan frekuensi 200Hz dengan

TP 1 menunjukkan output gelombang segitiga (Output

VCO), pada saat TP 2 output gelombang menunjukkan gelombang kotak. Pada saat TP 3 menunjukkan output berupa gelombang sinus. Pada output FSK O/P menunjukkan hasil gelombang sinus. Pada saat TTL logic 1 amplitudo FSKO/P lebih besar dari amplitudo FSKO/P logic 0. Hasil output pada FSK O/P lebih renggang daripada hasil output gelombang pada TP3. Hal tersebut diakibatkan karena selama transmisi jangka panjang, bagian frekuensi tinggi dari sinyal digital akan mudah menipis dan menyebabkan distorsi. Oleh karena itu, sinyal harus dimodulasi sebelum transmisi, dan salah satu metode adalah memasukkan frekuensi-shift (FSK) modulasi.

13.7. Kesimpulan 1. Hasil modulasi dipengaruhi oleh frekuensi, semakin besar frekuensi sinyal output semakin rapat. 2. Hasil modulasi dipengaruhi oleh nilai R1 dan R5, semakin besar nilai R1 dan R5 sinyal output semakin renggang. 3. Saat sinyal TTL (pemodulasi) logic 1, sinyal termodulasi semakin rapat. Begitu juga sebaliknya, saat sinyal TTL (pemodulasi) logic 1, sinyal termodulasi semakin rapat.

Problem Discussion 1. In figure 13-6, what are the functions of Q1, Q2 and LM566? Q1 dan Q2 berfungsi sebagai shifter level (mengkonversi level input digital ke level tegangan yang tepat sebelum masuk ke input VCO). Q1 bekerja sebagai gerbang NOT. 2. In figure 13-6, what are the functions of variable resistors VR1 and VR2? VR1 memiliki fungsi untuk mengatur output VCO agar terhindar dari sinyal asimetris. VR2 memiliki fungsi untuk mengatur output VCO agar sesuai dengan frekuensi yang diinginkan. 3. In figure 13-6, if the input signal is larger than the FSK frequency, will this circuit operate properly? (i.e. compare the 200 Hz and 900 Hz input signals in table 13-3).