Demodulasi

Jurusan Elektro-FTI-PKK-Modul 13 UNIVERSITAS MERCU BUANA

____________________________________________________________________________________

13 emodulator Demodulator Demodulasi adalah proses sebaliknya dari modulasi, yaitu, mendapatkan kembali sinyal informasi atau message yang ditumpangkan pada sinyal carrier . Prosesnya terjadi pada demodulator atau detektor. Bergantung dari proses modulasinya, maka demodulator terbagi menjadi tiga jenis, yaitu, demodulator AM ( amplitude modulation ), FM ( fre fre-

quency modulation ), dan demodulator PM ( phase modulation ). Melihat diagram blok keseluruhan sistem telekomunikasi yang akan dibahas pada Modul-14, bahwa proses demodulasi terjadi pada sinyal IF seperti ditunjukkan diagram blok parsialnya pada Gbr-1.

p e n g u I F

a t

d e m

A Gbr-1

o d

G

u

p e n g o l a t so i rn y a i n f o r m

C

Diagram blok parsial receiver

13.1. Demodulator Demodulator AM & AGC Bentuk sederhana detektor AM adalah dioda-detektor seperti ditunjukkan pada Gbr-2. Sesuai dengan yang ditunjukkan pada Modul-12, bahwa pada bentuk gelombang AM, sinyal sinyal informasi informasi terakomodas terakomodasii pada perubahan perubahan amplitudonya amplitudonya yang disebut sebagai sebagai

envelope . Sinyal AM tersebut nampak simetris terhadap level nol, sehingga dengan menggunakan dioda yang mendapat prategangan nol, akan diperoleh perataan yang berbentuk hanya polaritas positif atau polaritas negatif sinyal AM tersebut.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

HIDAYANTO DJAMAL

ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

1


____________________________________________________________________________________

D I F

i n D

Gbr-2

V o

R

C

u

t

T

Rangkaian dioda-detektor sederhana

Nampak pada Gbr-2, terdapat pada input detektor, sebuah rangkaian tuning ganda, yang berfungsi sebagai penyaring sinyal dengan frekuensi IF saja. Pada sisi ouput, terdapat terdapat kapasitor, kapasitor, C , yang yang mempun mempunyai yai nilai nilai kapasi kapasitan tansi si kecil kecil serta serta resist resistans ansi, i, R, bernilai bernilai besar. besar. Kombinasi Kombinasi paralel paralel R-C ini merupa merupakan kan beban beban penyea penyearah rah dioda, dioda, dan menghasilkan tegangan pada output detektor yang sesuai dengan envelope . Dengan per perata ataan an yang yang dila dilaku kuka kan n oleh oleh diod diodaa-de dete tekt ktor or ters terseb ebut ut,, spek spektr trum um siny sinyal al masi masih h mengandung sinyal RF, sehingga diperlukan rangkaian filter untuk mendapatkan sinyal info inform rmas asin inya ya saja saja.. Oleh Oleh karen karenaa itu, itu, kemu kemudi dian an rangk rangkaia aian n diod dioda-d a-det etek ekto torr Gbr-2 Gbr-2 disempurnakan menjadi Gbr-3, sebuah dioda-detektor praktis.

I F

in

s i m

D

T R

D

Gbr-3

C

R

C

3

p le - A

G

A

o

3

1

C

1

R

2

C

F

2

Rangkaian dioda-detektor praktis

Pada Gbr-3 nampak juga, bahwa pada input detektor dipasang rangkaian tuning ganda (DT, double tuned circuit ) yang mempunyai fungsi sama dengan rangkaian Gbr-2. Disitu nampak rangkaian tuning ganda mempunyai pengatur nilai induktansinya, yaitu satu batang ferit berulir sehingga dapat didorong dan ditarik sepanjang inti kumparan.


HIDAYANTO DJAMAL


2


____________________________________________________________________________________

Selanjutnya, kombinasi R 1 dan C1 merupakan filter bagi spektrum sinyal RF yang masih ada, baik untuk memperoleh sinyal informasinya saja maupun bagi sinyal AGC. Sinyal RF akan dibuang ke ground melalui C 1, sementara sinyal informasi diteruskan ke resistansi R 2 yang berfungsi sebagai beban. Sedang C 2 digunakan untuk mencegah komponen dc yang masih tersisa agar tidak sampai ke potensio R 4. Dari potensio R 4 ini tegangan sinyal informasi dapat diperoleh dengan level yang dapat diatur. Dengan arah dioda D yang demikian, maka proses deteksi dilakukan pada siklus negatif sinyal sinyal AM, sementara siklus siklus positifny positifnyaa diteruskan diteruskan ke ground . Arah dioda ini bergantung pada jenis transistor yang digunakan pada tahap-tahap penguat RF termasuk IF, penguat sinyal informasi, yang dapat tersusun dari transistor NPN atau PNP. Dengan arah dioda seperti ditunjukkan pada Gbr-3, maka transistor yang digunakan dalam hal ini dapat dari jenis NPN. Ini dapat diketahui dari polaritas sinyal AGC yang dihasilkan, yaitu mempunyai polaritas negatif, yang dapat mengontrol gain transistor NPN. Tetapi dapat juga transistor tersebut dari jenis PNP yang tergantung dari jenis AGC yang dirancang, reverse-AGC atau forward-AGC yang akan diuraikan diuraikan pada pembahasan pembahasan berikut ini.

13.1-1. Sistem AGC-AM Sinyal AGC (automatic gain control ) merupakan sinyal dc yang diambil dari sinyal informasi hasil deteksi. Jadi nilai sinyal AGC sebanding dengan level sinyal informasi. Makin tinggi sinyal sinyal informasi, informasi, makin besar nilai dc yang diperoleh. Sementara tinggi level sinyal informasi tergantung dari level sinyal RF yang ditangkap. Tinggi level sinyal RF tergantung dari jarak tangkap receiver terhadap posisi pemancar, makin dekat jarak tersebut, maka makin tinggi level sinyal RF. Hal ini akan menyebabkan bahwa, level sinyal informasi tidak stabil terhadap mobilitas receiver. Jadi Jadi,, bila bila satu satu recei receive verr tanp tanpaa dile dileng ngka kapi pi peng pengat atur ur gain, digu diguna naka kan n untu untuk k mena menang ngka kap p siny sinyal al kuat kuat satu satu pema pemanc ncar ar,, maka maka siny sinyal al ters terseb ebut ut akan akan dapa dapatt menyebabka menyebabkan n ‘over drive’ pada tahap IF maupun penguat sinyal informasinya. Hasilnya adalah, satu penerimaan yang terganggu. Hal ini dapat dicegah dengan menambah gain control manual manual pada tahap RF amplifier. amplifier. Bila level terlalu tinggi, maka gain diperkecil, dan sebaliknya. Tentu saja hal ini membuat sistem penerima PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

HIDAYANTO DJAMAL


3


____________________________________________________________________________________

menjadi menjadi tidak praktis. Se-hingga Se-hingga solusinya solusinya adalah, melengkapi melengkapi sistem penerima tersebut dengan pengatur gain gain otomatis atau AGC. Sistem AGC akan menghasilkan sinyal yang mengubah prategangan ( bias) pada tahap-tahap RF atau IF yang sebanding dengan level rata-rata sinyal informasi, sehingga gain tahap-tahap tersebut terkendali. Bila nilai sinyal rata-rata tersebut bertambah,, maka sinyal AGC juga bertam tambah bertambah bah dan meny menyebabk ebabkan an gain tahap yang dikontrol, menurun. Bila sekarang tidak ada sinyal yang diterima, maka sinyal AGC minimum, yang menyebabkan gain tahap terkontrol pada nilai maksimumnya.

Satu diantara dua macam AGC-AM, ditunjukkan pada Gbr-3, yaitu, simple-AGC . Nampak Nampak pada Gbr-3, bahwa sinyal AGC diperoleh dengan menyaring menyaring kembali sinyal informasi sehingga diperoleh nilai rata-ratanya. Penyaringan dilakukan dengan filter yang tersusun dari kombinasi R 3 dan C3. Terdapat dua macam sistem AGC, yaitu simple-AGC dan delayed-AGC . Perbedaan kinerja keduanya, yaitu kemam puan pengaturan gain yang diberikan, ditunjukkan pada karakteristik pengaturannya, seperti dilukiskan pada Gbr-4.

Gbr-4

Karakteristik beberapa jenis AGC

Dari grafik karakteristik AGC, nampak bahwa untuk receiver tanpa AGC, sinyal output berbanding langsung dengan field-strength sinyal yang diterima. Sementara untuk jenis simple-AGC dan delayed-AGC , tegangan sinyal output tidak berbanding lurus, melainkan pada titik tertentu, output receiver turun akibat pengaturan gain yang diterima oleh tahap-tahap seperti dijelaskan di atas. Ditunjukkan juga pada


HIDAYANTO DJAMAL


4


____________________________________________________________________________________

Gbr-4 karakteristi karakteristik k AGC yang ideal. Dari perbandingan perbandingan itu, maka jenis delayed-

AGC merupakan sistem AGC yang mendekati karakteristik idealnya. Selanjutnya, terdapat dua kemungkinan pengaruh pengaturan gain pada komponen tahap amplifier, yaitu karena transistor yang digunakan dapat bertipe NPN atau PNP. Bila sinyal AGC menyebabkan reverse-bias pada transistor, maka jenis AGC yang dialaminya adalah reverse-AGC , yang menyebabkan titik kerjanya bergeser ke arah cutoff . Sebali Sebalikny knyaa adalah adalah jenis jenis yang yang kedua, kedua, forward-AGC , yaitu yang menye-babkan transistor menuju kearah forward-bias , dengan titik kerja yang juga ke arah arah cutoff .

Kedua Kedua jenis jenis AGC terseb tersebut ut mempuny mempunyai ai karakteri karakteristi stik k seperti seperti

ditunjukkan pada Gbr-5.

Gbr-5

Karakteristik AGC pada transistor

Jadi, pada jenis reverse-AGC , ketika level sinyal naik, maka level sinyal AGC juga naik yang dapat menyebabkan arus kolektor turun dan juga gain penguat bersangkutan. Sebaliknya, pada jenis forward-AGC , ketika level sinyal naik, maka level sinyal AGC juga naik yang dapat menyebabkan arus kolektor naik. Tetapi karena adanya resistor pada lengan kolektor, maka tegangan titik kerja turun. Akibatnya

gain menjadi turun pada kondisi ini.

a. Simple-AGC Banyak digunakan pada receiver yang murah atau mempunyai spesifikasi yang standar minimal. Pada sistem AGC jenis ini, sinyal AGC akan segera bertambah setelah menerima sinyal dengan level yang melebihi level noise, sehingga dapat menyebabkan receiver dengan AGC jenis ini, menjadi kurang sensitif. Sinyal AGC


HIDAYANTO DJAMAL


5


____________________________________________________________________________________

diperoleh diperoleh dari output output detektor detektor yang kemudian dilewatkan dilewatkan suatu suatu lowpass filter RC untuk mendapatkan komponen dc sinyal informasi.

dimaksudkan n harus mempunyai time-constant sekitar 10 x Lowpass filter yang dimaksudka lama perioda terpanjang terpanjang sinyal pemodulasi, pemodulasi, yang biasanya biasanya berkisar berkisar 0,02 sekon (sinyal 50 c/s). Jadi time-constant filter tersebut berkisar 0,2 sekon. Bila dirancang filter dengan dengan time-constant yang yang lebi lebih h lama lama dari dari 0,2 0,2 seko sekon, n, maka maka filte filterr akan akan menghasil-kan filtering yang lebih baik, tetapi akan terjadi gangguan kerja AGC, yaitu ter-lambat, bila receiver digunakan untuk menerima sinyal dari satu TX ke TX yang lain atau dipindah-pindah. Nilai praktis yang sering diterapkan sebesar 0,25 0,25 sekon. sekon. Gbr-3 Gbr-3 adalah adalah rangka rangkaian ian yang yang mengha menghasil silkan kan sinyal sinyal simple-AGC . Rangkaian ini ber-fungsi ganda, yaitu sebagai detektor dan penghasil sinyal AGC. Satu receiver yang lebih baik, menggunakan satu detektor lagi untuk keperluan AGC.

I F 2

I F 1

Gbr-6

Jalur pengaturan gain ke tahap IF

A

+

Gin C

C

V C

Pengaturan gain diberikan melalui basis transistor tahap yang dikontrol, sehingga dapat mengubah prategangannya ( bias), yang berarti mengubah gain tahap bersangkutan. Pengaturan gain dimaksud dimaksud dilukiskan dilukiskan pada Gbr-6, yaitu dari jenis reverse-

AGC , karena sinyal AGC yang dihasilkan berpolaritas negatif (sisi envelop yang dibawah) seperti rangkaiannya ditunjukkan pada Gbr-3. Pada jenis penguat dengan komponen lain yang bukan transistor bipolar, yaitu jenis MOSFET (metal oxide FET), sinyal AGC dimasukkan melalui gate-2 sementara sinyal input dimasukkan pada gate-1, seperti ditunjukkan pada Gbr-7.


HIDAYANTO DJAMAL


6


____________________________________________________________________________________

Pemberian sinyal AGC pada penguat Gbr-7 MOSFET.

b. Delayed-AGC Digunakan pada receiver sistem komunikasi yang profesional. Sinyal AGC sistem ini akan dihasilkan pada saat level sinyal mencapai nilai tertentu, yang setelah itu baru sinyal AGC diberikan yang besarnya sebanding dengan level sinyal RF. Nilai tertentu tersebut dapat merupakan satu nilai tetap atau dapat di ‘ set ’ (adjustable ).

Receiver dengan sistem AGC ini akan lebih sensitif daripada AGC yang pertama. Perbandingan karakteristik response kedua sistem AGC tersebut dapat dilihat pada Gbr-4. Dikatakan sistem penerima jenis ini lebih sensitif, karena karena dapat dilihat pada kurva Gbr-4, bahwa ketika level incoming signal masih rendah, maka output receiver tetap sebanding dengan kuat medan sinyal yang ditangkap. Sementara pada sistem AGC yang biasa, maka sinyal AGC sudah mulai mengontrol output receiver sejak menangkap menangkap sinyal, sinyal, sehingga sehingga gain tahap-t tahap-taha ahap p yang yang dikont dikontrol rol turun, turun, dan kurang mampu lagi untuk menguatkan sinyal yang masih lemah. Dengan kata lain, receiver tersebut kurang sensitif. Nampak pada Gbr-4, bahwa karakteristik delayed-

AGC ini mendekati kurva karakteristik ideal AGC. Cara yang umum untuk menghasilkan sinyal delayed-AGC dapat diperoleh dengan rangkaian seperti yang ditunjukkan pada Gbr-8. Nampak pada Gbr-8, bahwa rangkaian menggunakan dua buah dioda yang masing-masing digunakan, sebagai detektor sinyal dan yang satu lagi sebagai penghasil sinyal AGC ini. Kedua rangkaian


HIDAYANTO DJAMAL


7


____________________________________________________________________________________

dioda tersebut disambungkan pada tahap IF terakhir dan dipisahkan dengan satu kopling trafo untuk rangkaian deteksi sinyalnya.

Gbr-8


Nampak pada Gbr-8 bahwa, dioda untuk sinyal AGC mendapat prategangan positif pada katodanya, sehingga menyebabkan dioda tetap ‘ open’ sampai level sinyal IF mencapai nilai tertentu yang dapat di ‘ set ’ dengan dengan posisi posisi potensiom potensiometer. eter. Pengaturan potensiometer ini akan menentukan delay pengaturan sinyal AGC itu ke tahap-tahap IF dan RF amplifier sesuai karakteristik yang ditunjukkan ditunjukkan pada Gbr-4. Kombinasi resistor R 3 dan kapasitor C 3 membentuk satu penyaring frekuensi IF atau komponen ac sinyal yang masih ada untuk menghasilkan sinyal dc sebagai sinyal AGC-nya.

13.1-2.

Overdrived pada Detektor

Di atas disinggung bahwa, bila level sinyal tidak dikontrol oleh satu sistem AGC, maka detektor akan mengalami over drived atau overloading . Akibatnya juga pada sinyal hasil deteksi oleh detektor yang rangkaiannya ditunjukkan pada Gbr-3. Dalam hal level penerimaan sudah terkontrol oleh AGC-pun, derajat modulasi juga tidak diperbolehkan melebihi nilai tertentu, melainkan pada index modulasi yang le bih kecil dari 100%. Akibat melampaui batas nilai index tersebut, maka sinyal hasil deteksi akan mengalami cacat linier, yaitu akan terpotong amplitudonya. Karena dengan rangkaian Gbr-3 yang dilukiskan kembali pada Gbr-9(a), deteksi dilakukan


HIDAYANTO DJAMAL


8


____________________________________________________________________________________

pada envelop negatifnya, maka cacat yang dialami itu dinamakan sebagai negative-

peak-clipping . Hasil clipping tersebut ditunjukkan pada Gbr-9(b).

I F

i n

s i m

D

(a)

T R

C

3

G

A

o

3

1

C

C

D

R

p le - A

1

R

2

C

2

F

R 4

Z m dan Rc

(b)

Trans Transmis misii mod modulas lasi clipping

Gbr-9

deng dengan an kecil,

inde index x tanpa

Tran Transm smis isii deng dengan an inde index x modu modula lasi si besa besar, r, terj terjad adii negative-peak clipping negative-peak clipping

Deteksi negative-peak clipping (a) rangkaian detektor praktis, (b) bentuk gelombang i nformasi

Pada sisi terima, index modulasi didefinisikan sebagai perbandingan antara arus sinyal informasi dan arus dioda, yang dalam hal ini direpresentasikan dengan nilai -nya daripada nilai efektifnya, yaitu, peak -nya

md =

I m I c

...................................................................

(13-

1) dimana besar nilai arus tersebut masing-masing tertentu dari,


HIDAYANTO DJAMAL


9


____________________________________________________________________________________

I m =

V m

dan

Z m

V c

I c =

Rc

...................................

(13-

2) dimana, Z m = impedansi beban detektor yang diasumsikan diasumsikan bersifat resistif resistif Rc = resistansi beban dioda Nilai Z m dan Rc masing-masing adalah,

Z m =

R2 R3 R4 R2 R3 + R3 R4 + R4 R2

+ R1

..................................

(13-

3a)

Rc = R1 + R2

................................................................

(13-3b)

Jadi sesuai persamaan (13-1), (13-1), bahwa index modulasi modulasi di sisi penerima penerima tertentu tertentu dari hasil bagi arus informasi arus sinyal carrier, md ,

md =

I m I c

=

/ Z m V m / Rc V c

=

m

Rc Z m

.....................................

(13-4) dimana m adalah index modulasi sinyal di sisi pengirim. Bila toleransi nilai maksimum index modulasi pada output dioda adalah satu ( md = 1), maka nilai index modulasi di sisi pemancar yang diperbolehkan adalah,

mmax =

Z m Rc

..................................................................

(13-

5)

Contoh Soal-1. Soal-1. Pada sebuah dioda praktis Gbr-3, nilai-nilai resistansinya ma-sing-masing adalah, R 1 = 110 kΩ, R 2 = 220 kΩ, R 3 = 470 kΩ, dan R 4 = 1 MΩ. Berapakah nilai index modulasi modulasi maksimum yang boleh boleh diberikan ke rangkaian detektor tersebut agar tidak terjadi pemotongan envelop (negative peak

clipping ) ?

Penyelesaian : Rc = R 1 + R 2 = 110 + 220 = 330 kΩ


HIDAYANTO DJAMAL


10


____________________________________________________________________________________

R2 R3 R4

=

Z m

R2 R3 + R3 R4 + R4 R2

220 x470 x1000 220 x470

+ 470 x1000 +1000

x220

+ R1

=

+110

= 240 kΩ Jadi,

mmax =

Z in Rc

=

240 330

= 0,73 = 73%

13.2. Sistem AGC-FM Pada dasarnya sistem AGC pada penerima FM sama dengan yang diterapkan pada penerima AM, yaitu dengan jalan pemberian sinyal dc hasil unit limiter seperti ditunjukkan pada Gbr-10. Besarnya sinyal dc tersebut tersebut sebanding sebanding dengan level penerimaan penerimaan sinyal RF nya.

Gbr-10



HIDAYANTO DJAMAL


11


____________________________________________________________________________________

Daftar Kepustakaan 1. Kennedy, George; Electronic Communication Systems, McGraw-Hill Co., Singapore, 1988. 2. Roddy, Dennis & Coolen,John; Electronic Communications, Prentice-Hall of India Ltd, New Delhi, 1981. 3. Temes, Lloyd, PE.; Communication Electronics for Technicians , McGrawHill Co., New York, 1974.


HIDAYANTO DJAMAL


12

Demodulasi

Recommend Documents