LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM TELEKOMUNIKASI ANALOG DAN DIGITAL “MODULASI FM”
Oleh: FENNY ANDINY 1541160049 2B – JTD Kelompok 2 :
1. Fathony Ilham Eka Putra 2. Alvian Iqbal Fahmi 3. Fenny Andiny 4. Dhisa Anugrah Gustiani PROGRAM STUDI JARINGAN TELEKOMUNIKASI DIGITAL JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2015-2016
1. Tujuan a. Mengetahui dan memahami teori dasar modulasi FM b. Mensimulasikan modulasi FM software matlab c. Mempraktekkan modulasi FM d. Mengetahui tentang spectrum dan sinyal Modulasi FM 2. Teori dasar 2.1 Modulasi Frekuensi (FM) FM adalah salah satu metode modulasi, dimana kombinasi antara sinyal informasi dengan sinyal carier menyebabkan output dari modulator FM mempunyai frekuensi yang bervariasi menurut amplitudo dari sinyal pemodulasi. Berikut ini adalah bentuk dari modulasi gelombang FM.
Gambar2.1 sinyal termodulasi FM Dikatakan modulasi FM karena frekuensi sesaat (fi)diubah-ubah secara linear oleh perubahan sesaat dari sinyal informasi. Hal ini berarti nilai
sesat
dari
frekuensi
sudut
(angular)adalah
sama
dengan
frekuensicarrier ditambah dengan komponen perubahan waktu yang sebanding dengan sinyal informasi. Secara sistematis dapat dibuktikan bahwa; Frekuensi sesaat (fi) = fc+ kf (mt)
Dimana, kf adalah konstanta frekuensi Hz/s Sehingga, persamaan sinyal termodulasi FM dapat ditulis ωi = ωc + kf (mt) ∫
𝑑𝜑𝑖 = ∫𝜔𝑖 𝑑𝑡
f dφi = fωi . dt =∫(𝜔𝑐 + 𝑘𝑓 . (𝑚𝑡))𝑑𝑡 φi = ωct + kf ∫ 𝑚𝑡 . 𝑑𝑡 jadi, SFM = Ac cos φi SFM = Ac cos { ωct + kf ∫ 𝑚𝑡 . 𝑑𝑡} Deviasi frekuensi sesaat dari carrier yang termodulasi terhadap frekuensi dari carrier yang tidak termodulasi adalah sebanding dengan amplitude sesaat dari sinyal pemodulasi. 𝛥𝜔 2𝛱
= 𝛥𝑓
Sedangkan, nilai indeks modulasinya didapatkan dari; SFM = Ac cos { ωct + kf ∫ 𝑚𝑡 . 𝑑𝑡} SFM = Ac cos { ωct + kf ∫ 𝐴𝑚 cos (𝜔𝑚)𝑡 . 𝑑𝑡} SFM = Ac cos { ωct +
𝑘𝑓.𝐴𝑚
SFM = Ac cos { ωct +
𝑘𝑓.𝐴𝑚
𝜔𝑚 𝜔𝑚
∫ cos (𝜔𝑚)𝑡 + 𝑑𝜔𝑚𝑡} sin 𝜔𝑚𝑡}
𝛥𝜔
SFM = Ac cos { ωct + 𝜔𝑚 sin 𝜔𝑚𝑡} SFM = Ac cos { ωct + 𝛽 sin 𝜔𝑚𝑡} 𝛥𝜔
Jadi, indeks modulasinya (β) = 𝜔𝑚 Bentuk gelombang nya bervariasi, menghasilkan banyak frekuensi, tergantung pada variasi frekuensi yang dimodulasi. Amplitudo sinyal carrier nya konstan tetapi frekuensi akan berubah sesuai dengan perubahan amplitudo isyarat pemodulasi. Jika amplitudo pemodulasi meningkat, frekuensi pembawa akan lebih tinggi daripada frekuensi normalnya.Amplitudo pemodulasi turun, frekuensi pembawa akan lebih rendah daripada frekuensi
normalnya. Dapat juga diterapkan untuk kondisi sebaliknya. Oleh karena frekuensi pembawa berubah mengikuti amplitudo pemodulasi maka frekuensi pembawa akan berayun di atas dan di bawah frekuensi normal sesuai dengan frekuensi pembawa. Amplitudo dan jeda antara komponen frekuensi pada bidang sisi dipengaruhi oleh deviasi frekuensi dan frekuensi isyarat pemodulasi.Karena amplitudo isyarat FM adalah konstan, jadi meskipun amplitudo pada frekuensi berubah-ubah maka jumlah total bidang sisi adalah tetap. Spektrum Sinyal FM
Gambar 2.2 Spektrum Sinyal FM Lebar bandwidth sinyal FM adalah tak berhingga. Namun pada praktek biasanya hanya diambil bandwith dari jumlah sideband yang signifikan. Jumlah sideband signifikan ditentukan oleh besar indeks modulasinya seperti dalam fungsi tabel besel berikut.
Gambar 2.3 Contoh Tabel Fungsi Besel Untuk Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation, FM) Ji : nilai amplituda komponen frekuensi sideband ke i (i≠0) Jo : nilai amplituda komponen frekuensi sinyal pembawa (bukan sideband) mf : indeks modulasi Lebar bandwidth pada modulasi FM dapat ditentukan menggunakan teorema arson sebagai berikut : BWFM = 2(fd + fm)
Gambar2.4 Teorema Carson dimana, fd = frekuensi deviasi fm = frekuensi maksimum sinyal pemodulasi
3. Simulasi matlab
Gambar2.5 Source Code Modulasi FM
Gambar2.6 Hasil Source Code Modulasi FM
4. Simulasi multisim
Gambar2.7 Rangkaian Modulasi FM
Gambar2.8 Hasil Rangkaian Modulasi FM
5. Alat dan bahan 5.1 Alat Dan Bahan Percobaan 1 a. Power Supply
: 1 buah
b. Oscilloscope
: 1 buah
c. Generator fungsi
: 1 buah
d. Multimeter digital
: 1 buah
e. Kabel banana to banana
: 2 buah
f. Protoboard/U-Patch Panel Type C
: 1 buah
g. Modul FM(Angle Modulator)
: 1 buah
h. Resistor 220kΩ
: 2 buah
i. Potensiometer 1kΩ
: 1 buah
j. BNC to alligator
: 1 buah
k. Jumper secukupnya 5.2 Alat Dan Bahan Percobaan 2 a. Power Supply
: 1 buah
b. Generator fungsi
: 2 buah
c. Oscilloscope
: 1 buah
d. Kabel banana to banana
: 2 buah
e. Kabel BNC to banana
: 2 buah
f. Jumper secukupnya 5.3 Alat Dan Bahan Percobaan 3 a. Generator fungsi
: 1 buah
b. Oscilloscope
: 1 buah
c. Kabel banana to banana
: 2 buah
d. Modul Angle Modulator
: 1buah
e. Modul Angle Demodulator
: 1 buah
f. Kabel BNC to banana
: 2 buah
g. Jumper secukupnya
6. Langkah kerja dan hasil percobaan 6.1 percobaan I a. alat dan bahan disiapkan b. rangkaian dibuat seperti gambar dibawah ini
Gambar2.9 Rangkaian Percobaan I Modulasi FM c. Kemudian susunlah rangkaian seperti yang ada di gambar pada modul
Gambar2.10 Percobaan I Modulasi FM d. power supply dijumper di 15 volt dan 0 volt , kemudian jumper dengan U-PATCH PANEL TYPE C dan hubungkan FM/PM e. multimeter digital dihubungkan ke input modulator (FM1)
ke modul
f. nilai potensiometer diubah sampai nilai di multimeter digital menunjukkan nilai +10 volt hingga – 10 volt g. baca frekuensi output nilai yang ditampilkan multimeter digital mulai dari tegangan input +10 volt hingga – 10 volt h. amati hasil frekuensi output di osiloskop dan catat pada table 2.1 tabel 2.1 nilai frekuensi output dengan tegangan Tegangan
Frekuensi
input
Output
modulator
Modulator
FM(1)
FM(2)
(Volt)
(kHz)
+ 10
21.19
Hasil di Osiloskop
+9
21.12
+8
21.10
+7
21.01
+6
20.83
+5
20.77
+4
20.70
+3
20.62
+2
20.60
+1
20.43
0
20.34
-1
20.30
-2
20.26
-3
20.16
-4
20.04
-5
19.96
-6
19.92
-7
19.84
-8
19.76
-9
19.69
-10
19.65
6.2 percobaan II a. siapkan alat dan bahan b. modul dirangkai sesuai urutan yaitu power supply , generator fungsi 1, generator fungsi 2
Gambar 2.11 Rangkaian Percobaan II c. sambungkan plug (jumper) pada +15 volt, 0 volt, -15 volt d. kedua generator fungsi disambungkan ke osiloskop dengan cara menghubungkan dengan kabel banana to BNC, probe hitam ke 0 volt / ground dan probe merah ke 0….20vss dan BNC ke osiloskop channel 1 dan channel 2 e. mengecek masing-masing generator fungsi
Gambar 2.12 Test pada masing-masing generator fungsi
f. sinyal informasi (pada generator fungsi 1) dan sinyal carrier(generator fungsi 2) digabungkan dengan menggunakan kabel banana to banana dan dihubungkan pada 0…..20vss dan ground 0 volt di generator fungsi 1. Kemudian tumpuk dengan kabel banana to BNC seperti pada (prosedur (e)) g. frekuensi dan amplitude diatur sesuai ketentuan Generator fungsi Generator 1(sinyal
fungsi 2 (sinyal Gambar sinyal output
informasi)
carrier)
3 Vpp, 92.5 KHz 1 KHz
Gambar 2.13 Output sinyal dari penggabungan dua generator fungsi 6 Vpp, 92.5 Hz
Gambar 2.14 Output sinyal saat tegangan dinaikkan 6Vpp
6 Vpp, 185 Hz
Gambar 2.15 Output sinyal saat frekuensi dinaikkan 185 Hz
6 Vpp, 1 KHz
Gambar 2.16
Output sinyal saat
frekuensi dinaikkan menjadi 1 Khz h. amati hasil keluaran pada osiloskop 6.3 Percobaan III a. Rangkailah modul FM seperti rangkaian berikut ini
Gambar 2.17 Rangkaian Percobaan III b. Keluaran FM dari FM modulator dihubungkan
kemasukkan
FM
demodulator. Aturlah switch ke T2 (f1 = 3.4 kHz) dan aturlah pula frekuensi fc= 20 kHz pada potensio di modul FM modulator.frekuensi sinyal informasi generator fungsi fm= 5 Hz atau 10 Hz gelombang sinus Vm = 0 Vpp dan kemudian Vm= 5 Vpp untuk dihubungkan ke masukan modulator Fm (a) dan kemudian ke masukan pre-emphashis (b)
Gambar 2.18 Frekuensi carrier diatur 20 KHz c. Hubungkan kanal A dari osiloskop ke keluaran dari FM modulator (c) dank anal B ke test point mulai dari point 1 sampai dengan 4 . time base osiloskop diatur pada 10 µs/cm (hasil pengamatan menggunakan Vm= 5 Vpp, dikarenakan output sinyal lebih jelas) 1. Keluaran limiter Gambar rangkaian (test tiap point)
Output sinyal
Gambar2.19 Keluaran Limiter Dari Masukan Ke Modulatur FM
Gambar2.20 Keluaran Limiter Dari Masukan pre emphasis
1. Keluaran product detector Gambar rangkaian (test tiap point)
Output sinyal
Gambar2.21 Keluaran product detector Dari Masukan Ke Modulatur FM
Gambar2.22 Keluaran product detector Dari pre emphasis
2. Masukkan VCO Gambar rangkaian (test tiap point)
Output sinyal
Gambar2. 23Masukkan VCO Dari Masukan Ke Modulatur FM
Gambar2.24 Masukkan VCO Dari pre emphasis
3. Keluaran VCO Gambar rangkaian (test tiap point)
Output sinyal
Gambar2. 25 Keluaran VCO Dari Masukan Ke Modulatur FM
Gambar2.26 Keluaran VCO Dari Masukan pre emphasis
Gambar2. 27 Keluaran demodulator Dari Masukan pre emphasis
d. Hitung deviasi frekuensi untuk Vm = 5Vpp. Amati FM pada tegangan dan waktu periodic
1. Pre emphasis
(a)
(b) Gambar 2.28 Deviasi frekuensi saat sinyal informasi 5 Vpp, dimana (a) Δt untuk f lower dan (b) Δt untuk f upper
2. Dari masukan modulator FM
Gambar 2. 29 Deviasi frekuensi saat sinyal informasi 5 Vpp e. Dengan fm mulai dari 500Hz,1KHz,2KHz,3KHzsampai dengan 3.4 kHz, maka ukurlah tegangan keluaran dari demodulator:
Gambar 2.30 Saat frekuensi 500 Hz
Gambar 2.31 Saat frekuensi 1KHz
Gambar 2.32 Saat frekuensi 2 KHz
Gambar 2.33 Saat frekuensi 3 KHz
Gambar 2. 34Saat frekuensi 3.4 KHz
7. Analisis data 7.1 Analisi Data Percobaan I Pada praktikum kali ini percobaan yang dilakukan adalah percobaan FM, dari hasil percobaan pada tabel 2.1 dapat diketahui bahwa frekuensi output modulator berubah-ubah seiring dengan perubahan tegangan input modulator. Hal ini terjadi karena pada frekuensi modulator frekuensi sinyal pembaw disesuaikan secara proporsional berdasarkan amplitudo sinyal informasinya. Selain itu, pada hasil hubungan input +10V hingga -10V frekuensi output yang dihasilkan menunjukkan nilai Kf yang berbeda-beda sehingga dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa linieritasnya tidak optimal. Dapat dijelaskan hubungan antara tegangan input dengan frekuensi output yaitu semakin besar amplitudo input yang diberikan maka frekuensi yang dihasilkan semakin besar pula. Dengan kata lain, pada saat sinyal berada pada level positif (+), frekuensi sinyal output yang dihasilkan besar. Sedangkan untuk amplitudo nol dan negatif, nilai frekuensinya semakin menurun. Hubungan besarnya Kf (konstanta modulasi frekuensi) dengan tegangan input dan frekuensi output yaitu ketika sinyal menghasilkan selisih frekuensi yang semakin kecil maka konstanta yang dihasilkan juga semakin kecil dan lebar sinyal yang dihasilkan semakin renggang.
Gambar 2. Grafik hubungan antara tegangan input dengan frekuensi output 7.2 Analisi Data Percobaan II 1. Perbandingan antara hasil percobaan 1 dengan percobaan 2. Pada percobaan 1dan 2, diketahui V1 = 3Vpp, V2 = 6Vpp, f1 = 92.5Hz, f2 = 92.5Hz dan fc = 1 KHz Dimana,
V1
: amplitudo sinyal informasi
V2
: amplitudo sinyal informasi
f1
: frekuensi informasi
f2
: frekuensi informasi
fc
: frekuensi carrier
Pada kedua percobaan tersebut yang membedakan adalah besar amplitudo carriernya, sedangkan frekuensi nya sama. Berdasarkan perbedaan tersebut, dihasilkan gelombang yang sama baik pada percobaan 1 dan percobaan 2 Hasil dari kedua percobaan tersebut menunjukkan perubahan amplitudo tidak terlalu berpengaruh pada sinyal termodulasi FM-nya. 2. Perbandingan antara hasil percobaan 3 dengan percobaan 4 Pada percobaan 3, diketahui V1 = 6Vpp, f1 = 185Hz ,fc = 1KHz. Untuk percobaaan 4,diketahui V1 =6Vpp, f1 = 1KHz ,fc = 1KHz..
Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa nilai amplitude output sinyal adalah sama. Namun, bentuk output sinyalnya berbeda pada saat frekuensi 185 Hz output sinyal masih menunjukkan output sinyal modulasi FM. Sedangkan pada frekuensi 1 Khz dapat dilihat output sinyal menyerupai sinyal carriernya. 7.3 Analisi Data Percobaan III Pada percobaan ini digunakannya komponen pre-emphasis yang ditempatkan pada tepat sebelum sinyal masuk ke dalam modulator FM. Pre-imphasis digunakan dalam untuk mencegah pengaruh kecacatan pada sinyal terima. Pengaruh kecacatan itu berasal dari differential gain (DGpenguatan yang berbeda) dan differential phase(DP-fasa yang berbeda). Pre-emphasis akan menekan amplitudo dari frekuensi sinyal FM yang lebih rendah pada input 8. Kesimpulan 8.1 kesimpulan percobaan I -
Pada sistem FM frekuensi output modulator berubah-ubah seiring dengan perubahan tegangan input modulator.
-
Besarnya tegangan input yang diberikan dapat mempengaruhi frekuensi output yang dihasilkan. Semakin besar nilai tegangan input, maka frekuensinya semakin besar.
-
Nilai konstanta yang dihasilkan bervariasi tergantung pada frekuensi output yang dihasilkan, karena nilai selisih dari frekuensi output mempengaruhi nilai konstanta begitupun dengan nilai selisih tegangan input. Nilai kf akan menentukan kelinieritasan sinyal termodulasi FM.
8.2 kesimpulan percobaan II -
Perubahan nilai amplitudo tidak mempengaruhi proses modulasi frekuensi
-
Pada proses modulasi frekuensi, frekuensi carrier berubah sesuai dengan amplitudo sinyal informasi, yaitu ketika amplitudo informasi pada level positif, maka frekuensi carrier membesar, dan ketika
amplitudo informasi pada level negatif, maka frekuensi carrier mengecil. -
Semakin besar nilai frekuensi carrier, maka semakin renggang gelombang hasil modulasi frekuensinya.
8.3 kesimpulan percobaan III -
Pada bagian FM Demodulator terjadi pemisahan antara sinyal carrier dengan sinyal informasi
- Pada pemancar FM, untuk mengantisipasi penurunan deviasi frekuensi pemancar akibat dari penurunan amplitudo sinyal modulasi pada frekuensi tinggi sinyal pemodulasi digunakan rangkaian pre-emphasi
- Pre emphasis digunakan untuk mencegah atau mengurangi kecacatan sinyal
