1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejak zaman dahulu manusia telah menciptakan berbagai alat dalam

melakukan telekomunikasi khususnya media komunikasi jarak jauh untuk

mendapatkan informasi atau tujuan lainnya tanpa perlu mendatangi

langsung ke tempat tujuan untuk mengetahui informasi tersebut. Sejarah

perkembangan telekomunikasi terus mengalami perubahan di setiap masa.

Mulai zaman prasejarah hingga era modern seperti saat ini.

Elektronika Telekomunikasi adalah Suatu cara untuk menyampaikan

informasi melalui alat listrik atau elektronika. Karena jarak yang ditempuh

oleh komunikasi itu cukup jauh. cara itu disebut juga telekomunikasi. Ada

beberapa bentuk alat komunikasi elektronika antara lain telegraf, telepon,

faksimil, radio dan televisi. Sesuai dengan keperluannya, ada komunikasi

yang dipancarkan untuk umum (pemancar radio), serta ada pula komunikasi

yang ditujukan secara khusus kepada seseorang. Ada komunikasi yang tidak

menanti jawaban seperti radio dan televisi. Serta ada pula komunikasi yang

menanti jawaban seperti pada telepon.

Pada dasarnya teknik telekomunikasi dalam mengirim data informasi

akan melewati beberapa langkah, dimana saat informasi akan dikirim,

informasi akan dipancarkan oleh Transmiter kemudian akan ditransmisikan

melalui medium transmisi lalu ditangkap oleh Reciver dan akan diterima

oleh penerima.

2

Dalam Langkah-langkah tersebut tidak luput dari peran alat- alat dan

perhitungan dalam elektronika telekomunikasi. seperti oscillator, pembangkit

gelombang mikro, Respon frekuensi dari alat-alat tersebut, dan rangkaian

resonator dari alat-alat tersebut.

Perangkat-perangkat telekomunikasi sangat banyak dan berperan penting,

oleh karena itu pada makalah ini akan membahas tentang perkembangan teknologi

elektronika telekomunikasi dan perangkat-perangkat penunjangnya.

1.2. Tujuan Penulisan

Tujuan tugas makalah ini untuk memenuhi tugas mata kuliah elektronika

telekomuikasi :

1. Memahami pentingnya pengetahuan mengenai rangkaian - rangkaian

elektronika telekomunikasi untuk menunjang perangkat sistem

telekomunikasi.

2. Mengetahui dan memahami prinsip kerja dari perangkat - perangkat

elektronika telekomunikasi.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas makalah ini mengungkapkan cakupan

masalah yang akan dibahas. Masalah yang terlalu luas perlu dibatasi agar

pembahasan lebih terfokus. Karena itu, dalam tugas makalah ini masalah yang

dibatasi mengenai perkembangan teknologi elektronika telekomunikasi dalam

menunjang perangkat sistem komunikasi dan perangkat - perangkat yang ada dan

dipakai dalam elektronika telekomunikasi.

3

1.4. Metodologi Penelitian

Adapun metode penelitian yang dilakukan penulis dalam pengerjaan tugas akhir

adalah Studi Literatur, yaitu Mengumpulkan informasi dan mempelajari materi serta

sumber-sumber data yang berhubungan dengan masalah yang dibahas dengan cara

membaca buku buku, mencari data dari internet dan literatur yang tertulis maupun materi

atau sumber-sumber lain yang terkait dengan penelitian ini.

1.5. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan pada tugas makalah ini

adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Berisi mengenai latar belakang, tujuan makalah, batasan masalah,

dan sistematika penulisan.

BAB II PEMBAHASAN

Berisi tentang hasil pembahasan yang dibahas dengan acuan dasar

teori yang berkaitan dengan pembahasan.

BAB III PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan.

BAB IV PERENCANAAN KERJA MASA DEPAN

Berisi tentang respon dan ide mahasiswa setelah mampu

memahami dan mengetahui peran dan fungsi perangkat-perangkat

elektronika telekomunikasi

4

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Sistem Telekomunikasi

Secara bahasa Telekomunikasi berasal dari kata Tele yang berarti jauh dan

Komunikasi yang berarti proses pertukaran informasi antar individu melalui

sistem simbol bersama. Sehingga Telekomunikasi adalah proses komunikasi yang

dilakukan melalui jarak yang jauh.

Sedangkan Menurut Undang-undang  RI  no.36  tahun  1999  tentang

Telekomunikasi, Telekomunikasi adalah setiap  pemancaran,  pengiriman,  dan

atau penerimaan  dari  setiap  informasi  dalam  bentuk  tanda-tanda,  isyarat,

tulisan, gambar,  suara,  dan  bunyi  melalui  sistem  kawat,  optik,  radio  atau

sistem elektromagnetik  lainnya.

Sistem  telekomunikasi  adalah  seluruh  unsur/elemen  baik  infrastruktur

telekomunikasi,    perangkat  telekomunikasi,  sarana  dan  prasarana

telekomunikasi,  maupun  peyelenggara  telekomunikasi,  sehingga  komunikasi

jarak jauh dapat dilakukan. Berikut ini adalah pengertian dari beberapa istilah

dalam  bidang  telekomunikasi  sesuai  dengan  Undang-undang  RI  no.36  tahun

1999 tentang Telekomunikasi :

Perangkat Telekomunikasi  adalah  sekelompok  alat  telekomunikasi

yang  memungkinkan untuk bertelekomunikasi.

Sarana dan prasarana telekomunikasi  adalah  segala  sesuatu  yang

memungkinkan  dan  mendukung berfungsinya telekomunikasi.

Interkoneksi adalah  keterhubungan  antar jaringan  telekomunikasi  dari

penyelenggara jaringan telekomunikasi yang berbeda. Agar  dapat  melakukan

hubungan  telekomunikasi,  terdapat  beberapa  komponen pembangun sistem

telekomunikasi yaitu :

5

Informasi :  merupakan  data  yang  dikirim/diterima  seperti  suara,

gambar, file, tulisan.

Transmitter : merubah informasi menjadi sinyal listrik yang siap

dikirim.

Media  transmisi :  alat  yang  berfungsi  mengirimkan  dari  pengirim

kepada  penerima.  Karena  dalam  jarak  jauh,  maka  sinyal  pengirim

diubah lagi / dimodulasi agar dapat terkirim jarak jauh.

Receiver :  menerima  sinyal  listrik  dan  merubah  kedalam  informasi

yang bisa dipahami oleh manusia sesuai yang dikirimkan.

Aturan/standar : merupakan yang harus disepakati dalam pengiriman,

pentransmisian, dan penerimaan informasi.

Gambar 2.1 Sistem Telekomunikasi

Elektronika Telekomunikasi adalah Suatu cara untuk menyampaikan

informasi melalui perangkat elektronika, Pada proses pentransmisian, banyak

perangkat-perangkat dan sistem elektronika telekomunikasi yang dapat

menunjang dan berperan penting agar terjadinya pertukaran informasi. Seperti

Osilator (Oscillator), filter, Modulator , Demodulator, dan sistem PLL (Phase

Locked Loop).

6

2.2. Osilator

Pada beberapa rangkaian dibutuhkan sederetan pulsa clock dengan

frekuensi tertentu. Deretan pulsa clock ini dapat dibangkitkan dengan

menggunakan suatu osilator yang dibentuk dengan menggunakan gerbang logika

ataupun dengan menggunakan piranti lain seperti LM555 yang pada awalnya

dirancang untuk digunakan sebagai pewaktu (timer).

Pada beberapa pemakaian, seperti pada jam digital, frekuensi dari osilator

ini harus sangat presisi karena ketepatan dari jam ini hanya ditentukan oleh

ketepatan dari frekuensi clock. Untuk keperluan seperti ini biasanya digunakan

osilator yang menggunakan kristal kwarsa yang memiliki ketepatan dan kestabilan

frekuensi yang sangat tinggi.

Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan

getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari

sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu

sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan

tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Adapun beberapa

bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya terjadi osilasi yaitu

adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian tank circuit.

Rangkaian feedback yaitu suatu rangkaian umpan balik yang sebagian

sinyal keluarannya dikembalikan lagi ke masukan, hal ini salah satu sistem supaya

terjadinya tegangan dan phase yang sama antara input dan output, juga menjadi

salah satu syarat penting terjadinya osilasi pada sebuah rangkaian osilator. Pada

umumnya rangkaian feedback menggunakan komponen pasif R dan C ( Malvino,

1993).

Tank circuit yaitu rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osilator

frekuensi pembawa (carrier), yang digunakan pada aplikasi ini digunakan

komponen L dan C karena semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka makin

kecil harga komponen yang digunakan lain halnya menggunakan R dan C karena

frekuensi yang dihasilkan tidak akan bisa mencapai harga yang paling tinggi

7

karena terbatasnya harga Resistor. Tinggi rendahnya frekuensi bisa ditentukan

pada komponen L dan C pada Tank Circuit dan besarnya frekuensi dapat

ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut: fosc = (Hz) dimana f merupakan

frekuensi yang dihasilkan dan C merupakan kapasitor (Floyd, 1993).

Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode

pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator harmonisa (balikan) dan

osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri.

Osilator harmonisa (balikan) menghasilkan bentuk gelombang sinusoida.

Osilator harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk dasar osilator

harmonisa terdiri dari sebuah penguat dan  sebuah filter yang membentuk umpan

balik positif yang menentukan frekuensi output.

Pada osilator harmonisa (balikan), sebagian daya keluaran dikembalikan

ke masukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator

biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya

termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai

jutaan Hz. Osilator balikan banyak digunakan pada rangkaian penerima radio dan

TV dan pada transmiter.

Kita sering melihat contoh terjadinya balikan pada sistem suara yang

digunakan pada suatu pertemuan. Jika mikropon terletak terlalu dekat dengan

speaker, maka sering terjadi proses balikan dimana suara dari speaker terambil

kembali oleh mikropon diteruskan ke amplifier menghasilkan dengung. Gambar

2.1 memperlihatkan proses terjadinya balikan dimaksud. Kondisi ini dikenal

dengan balikan mekanik. Terjadinya balikan pada sistem ini sangat tidak

diharapkan, namun sistem balikan pada osilator sangat di perlukan.

8

Gambar 2.2 Balikan pada sistem-suara

Diagram blok osilator balikan diperlihatkan pada gambar 2.2. Terlihat

osilator memiliki perangkat penguat, jaringan balikan, rangkaian penentu

frekuensi dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh penguat (amplifier)

kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim kembali ke masukan

melalui rangkaian balikan. Isyarat balikan harus memiliki fase dan nilai yang

betul agar terjadi osilasi.

Gambar 2.3 Bagian-bagian utama osilator balikan

Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang

sinusosidal, Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk

9

gelombang tak beraturan. Pada dasarnya osilator ini tergantung pada proses

pengosongan dan pengisian jaringan kapasitor dan resistor. Perubahan tegangan

pada jaringan digunakan untuk mengubah-ubah konduksi piranti elektronika.

Untuk pengontrol, pada osilator dapat digunakan transistor atau IC (integrated

circuit) (Sutrisno, 1987).

Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu:

1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik

resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan diode terobosan dan UJT.

2. Menggunakan umpanbalik positif pada penguat. Umpanbalik positif

menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran

penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi.

Banyak rangkaian yang dapat dipakai untuk membangkitkan gelombang

sinus. Dan yang paling populer adalah Osilator Clapp, Osilator Colpitt, Osilator

kristal, dan jembatan Wien. Setiap tipe mempunyai keuntungan khusus dan daerah

penerapan masing-masing. Jembatan Wien banyak dipakai dalam osilator

frekuensi audio terutama karena kemantapan frekuensinya yang baik dan relatif

mudah dibuat.

Persyaratan utama bagi osilator sinus adalah :

1. Frekuensi spesifik yang dapat dicapai

2. Amplitudo keluaran

3. Kemantapan frekuensi

4. Kemurnian keluaran, yaitu perbandingan banyaknya cacat harmonik dalam

bentuk gelombang keluaran.

Amplitudo yang benar dan cacat yang sedikit dapat diperoleh dengan

mengendalikan penguatan penguat sedemikian rupa sehingga tepat cukup untuk

10

mengganti kerugian-kerugian dalam penentu frekuensi. Dalam beberapa

penerapan, kemantapan frekuensi menjadi prioritas.

Namun, osilator yang sering digunakan dalam elektronika telekomunikasi

adalah osilator harmonisa seperti Osilator Armstrong, Osilator Clapp, Osilator

Colpitts, Osilator Hartley, Osilator Pergeseran Fase, Osilator Wien Bridge, dan

Osilator Twin-T. Secara rangkaian, osilator harmonisa terbagi atas 2 kelompok,

yaitu osilator LC dan Osilator RC.

2.2.1. Osilator LC

Osilator LC Menggunakan rangkaian resonansi sebagai pembangkit

gelombang dan Menggunakan penguat untuk mengatasi redaman oleh resistansi

dalam induktor dan konduktansi kapasitor.

Gambar 2.4 Osilator LC (Rangkaian resonansi)

Pada osilator LC dibagi menjadi 4, yaitu :

Osilator Armstrong

Osilator Colpitts

Osilator Clapp

Osilator Hartley

2.2.1.1 Osilator Armstrong

11

Gambar 2.5 Osilator Armstrong: a) Rangkaian dasar dan b) Kurva karakteristik

Osilator Armstrong seperti di perlihatkan pada gambar 2.5 merupakan

hasil penerapan osilator LC. Rangkaian dasar dibuat dengan memberikan panjar

maju pada sambungan emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pemberian

panjar dilakukan lewat resistor R3 . Resistor R1 dan R2 berlaku sebagai pembagi

tegangan.

12

Saat awal transistor diberi daya, resistor R1 dan R2 membawa transistor ke

titik pengoperasian Q pada bagian tengah garis beban (lihat gambar 2.5). Keluaran

transistor (pada kolektor) secara ideal adalah 0 volt.  Saat terjadi hantaran arus

awal pada saat dihidupkan, terjadi darau (noise) yang akan terlihat pada kolektor.

Namun biasanya berharga sangat kecil.  Misalnya kita mempunyai isyarat -1 mV

yang nampak pada kolektor.  Transformator T1 akan membalik tegangan ini dan

menurunkannya dengan faktor 10 (nisbah primer-sekunder 1:10).  Isyarat sebesar

+0,1 mV akan nampak pada C1  pada rangkaian basis.

Perhatikan bahwa transistor memiliki β= 100.  Dengan +0,1 mV berada

pada basis, Q1 akan memberikan isyarat keluaran sebesar -10 mV pada kolektor.

Perubahan polaritas dari + ke – pada keluaran akibat adanya karakteristik dasar

penguat emitor-bersama. Tegangan keluaran sekali lagi akan mengalami

penurunan oleh transformator dan diberikan pada basis Q1 .  Isyarat kolektor

sebesar -10 mV sekarang akan menyebabkan terjadinya tegangan sebesar + 1 mV

pada basis.  Melalui penguatan transistor, tegangan kolektor akan segera menjadi -

100 mV.  Proses ini akan berlangsung, menghasilkan tegangan kolektor sebesar -1

V dan akhirnya -10 V.  Pada titik ini, transistor akan membawa garis beban

sampai mencapai kejenuhan (perhatikan daeran ini pada garis beban).  Sampai

pada titik ini tegangan kolektor tidak akan berubah.

Dengan tanpa adanya perubahan pada Vc pada kumparan primer T1 ,

tegangan pada kumparan sekunder secepatnya akan menjadi nol.  Tegangan basis

secapatnya akan kembali pada titik Q.  Penurunan tegangan basis ke arah negatif

ini (dari jenuh ke titik Q) membawa Vc ke arah positif.  Melalui transformator, ini

akan nampak sebagai tegangan ke arah positif pada basis.  Proses ini akan

berlangsung melewati titik Q sampai berhenti pada saat titik cutoff dicapai.  

Transformator selanjutnya akan berhenti memberikan masukan tegangan ke basis.

Transistor segera akan berbalik arah. R1 dan R2 menyebabkan tegangan basis

naik lagi ke titik Q.  Proses ini akan terus berulang: Q1 akan sampai di titik jenuh

13

– kembali ke titik Q – ke cutoff  - kembali ke titik Q.  Dengan demikian tegangan

AC akan terjadi pada kumparan sekunder dari transformator.

Frekuensi osilator Armstrong ditentukan oleh nilai C1 dan S (nilai

induktasi diri kumparan sekunder) dengan mengikuti persamaan frekuensi

resonansi untuk LC.  Perhatikan C1 dan S membentuk rangkaian tangki dengan

mengikutkan sambungan emitor-basis dari Q1 dan R1.

Keluaran dari osilator Armstrong seperti pada gambar 2.5 dapat diubah

dengan mengatur harga R3 . Penguatan akan mencapai harga tertinggi dengan

memasang R3 pada harga optimum. Namun pemasangan R3 yang terlalu tinggi

akan mengakibatkan terjadinya distorsi, misalnya keluaran akan berupa

gelombang kotak karena isyarat keluaran terpotong.

2.2.1.2 Osilator Colpitts

Gambar 2.6 Osilator Colpitts

Osilator Colpits termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari

dua buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan

osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan

menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti

halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output

osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.

14

Gambar 2.7 Osilator Colpitts

Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley.

Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya.  Pada osilator

Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi.

Balikan dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui

jaringan pembagi kapasitor.  Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung

seri dan induktor.   Gambar 2.7 memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts.

Tegangan panjar untuk basis diberikan oleh R1 dan R2 sedangkan untuk emiitor

diberikan oleh R4 .  Kolektor diberi panjar mundur dengan menghubungkan ke

bagian positif dari Vcc melalui R3 .  Resistor ini juga berfungsi sebagai beban

kolektor.  Transistor dihubungkan dengan konfigurasi emitor-bersama.  Ketika

daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif Vcc melalui

R4 , Q1 dan R3 .  Arus C I yang mengalir melalui R3 menyebabkan penurunan

tegangan Vc dengan harga positif.  Tegangan yang berubah ke arah negatif ini

dikenakan ke bagian atas C1 melalui C3 .  Bagian bawah C2 bermuatan positif

dan tertambahkan ke tegangan basis  dan menaikkan harga B I .  Transistor Q1

akan semakin berkonduksi sampai pada titik jenuh.  Saat Q1 sampai pada titik

jenuh maka tidak ada lagi kenaikan C I dan perubahan Vc juga akan terhenti.

Tidak terdapat balikan ke bagian atas C2 .  C1 dan C2 akan dilucuti lewat L1 dan

selanjutnya medan magnet di sekitarnya akan menghilang.  Arus pengosongan

tetap berlangsung untuk sesaat.  Keping C2 bagian bawah menjadi bermuatan

15

negatif dan keping C1 bagian atas bermuatan positif.  Ini akan mengurangi

tegangan maju Q1 dan CI akan menurun.  Harga Vc akan mulai naik.  Kenaikan

ini akan diupankan kembali ke bagian atas keping C1 melalui C3. C1 akan

bermuatan lebih positif dan bagian bawah C2 menjadi lebih negatif.  Proses ini

terus berlanjut sampai Q1 sampai pada titik cutoff.  Saat  Q1 sampai pada titik

cutoff, tidak ada arus CI .  Tidak ada tegangan balikan ke C1 .  Gabungan muatan

yang terkumpul pada C1 dan C2 dilucuti melalui L1. Arus pelucutan mengalir

dari bagian bawah C2 ke bagian atas C1 .  Muatan negatif pada C2 secepatnya

akan habis dan medan magnet di sekitar L1 akan menghilang.  Arus yang 

mengalir masih terus berlanjut.  Keping C2 bagian bawah menjadi bermuatan

positif dan keping C1 bagian atas bermuatan negatif.  Tegangan positif pada C2

menarik Q1 dari daerah daerah cutoff .  Selanjutnya CI akan mulai mengalir lagi

dan proses dimulai lagi dari titik ini.  Energi balikan ditambahkan ke rangkaian

tangki sesaat pada setiap adanya perubahan.   

Besarnya balikan pada rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh “nisbah

kapasitansi” C1 dan C2 . Harga C1 pada rangkaian ini jauh lebih kecil

dibandingkan dengan C2 atau XC2 XC1.  Tegangan pada C1 lebih besar

dibandingkan pada C2.  Dengan membuat C2 lebih kecil akan diperoleh tegangan

balikan yang lebih besar.  Namun dengan menaikkan balikan terlalu tinggi akan

mengakibatkan terjadinya distorsi. Biasanya sekitar 10-50% tegangan kolektor

dikembalikan ke rangkaian tangki sebagai balikan.

2.2.1.3 Osilator Clapp

Gambar 2.8 Osilator Clapp

16

Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Osilator Clapp tersusun dari

tiga buah kapasitor dan satu buah induktor. Konfigurasi osilator clapp sama

dengan osilator colpits namun ada penambahan kapasitor yang disusun seri

dengan induktor (L). Osilator Clapp diperkenalkan oleh James K. Clapp pada

tahun 1948.

2.2.1.4 Osilator Hartley

Gambar 2.9 Osilator Hartley

Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari

dua buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal. Kelebihan

osilator hartley adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan

menempatkan sebuah kapasitor variabel pada komponen kapasitornya. Selain itu,

amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat

osilator.

17

2.2.2 Osilator RC

Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu

frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki

ketelitian frekuensi yang rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana

dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang.

Gambar 2.10 Osilator RC

Pada osilator RC dibagi menjadi 2, yaitu :

Osilator Pergeseran Fase RC

Osilator Wien Bridge / Twin T

2.2.2.1 Osilator Pergeseran Fase RC

Gambar 2.11 Osilator Pergeseran Fase RC

18

Osilator pergeseran fasa termasuk jenis osilator RC. Pada osilator

pergeseran fasa terdapat sebuah pembalik fasa total 180 derajat. Pembalik fasa ini

di menggeser fasa sinyal output sebesar 180 derajat dan memasukkan kembali ke

input sehingga terjadi umpan balik positif. Rangkaian pembalik fasa ini biasanya

dibentuk oleh tiga buah rangkaian RC.

2.2.2.2 Osilator Wien Bridge / Twin T

Gambar 2.12 Osilator Wien Bridge / Twin-T

Osilator ini termasuk jenis osilator RC.  Osilator jembatan Wien disebut

juga osilator  “Twin-T” karena menggunakan dua “T” sirkuit RC beroperasi

secara paralel. Satu rangkaian adalah sebuah RCR “T” yang bertindak sebagai

filter low-pass. Rangkaian kedua adalah CRC “T” yang beroperasi sebagai

penyaring bernilai tinggi. Bersama-sama, sirkuit ini membentuk sebuah jembatan

19

yang disetel pada frekuensi osilasi yang diinginkan. Sinyal di cabang CRC dari

filter Twin-T yang maju, di RCR itu – tertunda, sehingga mereka dapat

melemahkan satu sama lain pada frekuensi tertentu.

2.3. Rangkaian Resonator

Rangkaian resonator adalah rangkaian yang dapat meloloskan frekuensi

tertentu dan menghentikan frekuensi yang tidak diinginkan. Fungsinya adalah

memilih/ meloloskan sinyal pada frekuensi tertentu, meredam secara significant di

luar frekuensi yang diinginkan.

Gambar 2.13 Karakteristik respon ideal

20

Gambar 2.14 Respon resonator praktis

Beberapa definisi yang perlu diketahui pada rangkaian resonator :

• Resonansi: kondisi dimana komponen reaktansi dari suatu impendansi

berharga nol pada frekuensi tertentu.

• Bandwidth/ lebar pita: Perbedaan antara frekuensi atas dan frekuensi

bawah (f2 – f1), respon amplitudonya -3 dB di bawah respon passband.

Jadi yang diloloskan hanya di antara f1 dan f2, diluar frekuensi tersebut

diredam secara signifikan.

• Faktor kualitas (Q) : parameter untuk mengukur tingkat selektivitas

rangkaian.

21

• Faktor bentuk (Shape Factor = SF): Perbandingan BW 60dB (redaman

besar) terhadap BW 3 dB (redamankecil) pada rangkaian resonator

(seberapa miring terhadap ideal).

• Ultimate Attenuation: Redaman minimum akhir yang diinginkan/

dikehendaki rangkaian resonansi di luar passband.

• Ripple/ Riak: Ukuran dari kerataan passband rangkaian resonansi yang

dinyatakan dalam dB.

• Insertion Loss: loss yang ditimbulkan oleh pemasangan suatu rangkaian

antara sumber tegangan dan suatu beban.

• Tuning/ penalaan: pengaturan harga L dan C agar dapat beresonansi pada

frekuensi kerjanya.

Rangkaian resonator terbagi 3, yaitu :

• Resonansi RC paralel L

• Resonansi RL paralel C

• Resonansi RLC seri

22

2.4. PLL (Phase Locked Loop)

Osilator adalah sebuah rangkaian yang sangat penting dalam sistem

komunikasi radio. Sebab gelombang elektromagnetik hanya bisa terpancar bila

ada arus listrik yang berubah, sedangkan cara termudah untuk mendapatkannya

adalah dari osilator. Jadi fungsi utama osilator adalah sebagai pembangkit

gelombang pembawa. Fungsi penting lain dari osilator adalah ketika gelombang

pembawa itu harus digeser frekuensinya ke frekuensi lain yang dikehendaki.

Dalam hal ini penggeseran frekuensi sangat membutuhkan osilator.

Syarat penting bagi sebuah osilator adalah stabil, dalam arti frekuensinya

tidak mudah berubah. Akan tetapi pada prakteknya justru lebih banyak

dibutuhkan osilator yang frekuensinya mudah diubah-ubah (variabel). Dua

kondisi ini terlihat saling bertentangan. Stabil artinya frekuensinya harus tetap,

tapi di sisi lain frekuensi ini harus mudah diubah-ubah.

Gambar 2.15 a.) Rangkaian osilator kristal b.) Rangkaian VCO

Osilator yang sangat stabil adalah osilator kristal. Tetapi kristal tidak bisa

diubah frekuensinya. Sebab frekuensi resonansi kristal ditentukan oleh demensi

fisiknya. Kristal quartz misalnya, harus diasah sedemikian rupa sehinga pada

demensi tertentu elektron di dalamnya ber-resonansi pada frekuensi tertentu.

Demensi inilah yang menentukan frekuensi resonansi kristal, dan inilah yang

23

membuat osilator kristal menjadi sangat stabil, karena demensi tak mudah

berubah.

VCO (voltage controlled oscillator) adalah osilator LC yang frekuensinya

bisa dikendalikan dari tegangan yang diberikan pada varaktor-nya (gambar b).

Varaktor adalah dioda yang bila diberi tegangan balik akan menjadi kapasitor,

dimana nilai kapasitansinya tergantung dari tegangan yang diberikan padanya.

Jadi dengan mengubah tegangan pada varaktor itu, frekuensi VCO akan berubah.

Sementara itu nilai kapasitansi varaktor (maupun kapasitansi intrinsik dalam

transistor) sangat mudah dipengaruhi oleh suhu. Inilah yang membuat frekuensi

VCO mudah berubah (kurang stabil). Sensitif terhadap suhu.

PLL mempekerjakan dua jenis osilator itu (kristal dan VCO) sedemikian

rupa sehingga menghasilkan frekuensi output yang stabil dan sekaligus mudah

diubah-ubah (variabel). Caranya adalah dengan membagi frekuensi VCO dan

kemudian membandingkannya dengan frekuensi referensi yang berasal dari

osilator kristal (gambar d).

PLL (Phase Locked Loop) adalah suatu sistem yang memungkinkan suatu

sinyal tertentu mengendalikan frekuensi sebuah osilator dalam sebuah Lingkar

yang terkunci. Frekuensi osilator dapat sama besar atau kelipatannya dari

frekuensi sinyal tersebut (selanjutnya disebut frekuensi-referensi). Kalau frekuensi

sinyal berasal dari sebuah osilator kristal maka frekuensi yang lainnya dapat

dijabarkan mempunyai stabilitas yang sama dengan frekuensi kristal. Inilah yang

dijadikan dasar dari pesintesis frekuensi atau Frequency Synthesizer.

Kalau frekuensi-referensi mempunyai nilai yang berubah-ubah maka

frekuensi “osilator lingkar” akan mengikuti perubahan tersebut. Prinsip ini

digunakan dalam demodulator FM (Frequency Modulation), FSK (Frequency

Shift Keying) dan Tracking Filter.

Prinsip diatas lebih dikenal dengan istilah PLL (Phase Locked Loop) dan

telah diketahui sejak tahun 1923 tetapi sedikit sekali digunakan sampai akhir

24

1960. Bagian-bagian dari PLL terdiri dari :

Fixed Osilator sebagai frekuensi-referensi yang biasanya dibangun

menggunakan kristal kuarsa untuk menjamin kestabilannya

VCO (Voltage Control Oscillator) merupakan osilator yang frekuensi

keluarannya terkendali tegangan

LPF (Low Pass Filter). Pada dasarnya bagian ini mengubah ayunan

tegangan yang begitu cepat dari Phase Detektor menjadi tegangan dc

terkendali fasa

LPF-Amplifier. Bagian ini memperkuat keluaran LPF yang masih sangat

lemah sampai ke taraf beberapa volt dc hingga mampu mengendalikan

VCO

n-Devider atau “pembagi n kali”. Bagian ini yang membagi frekuensi 

keluaran yang dikehendaki dari VCO supaya sama dengan frekuensi-

referensi

Phase Detector. Bagian ini bekerja dengan membandingkan nilai

frekuensi referensi dengan frekuensi dari n-Devider. Keluaran akan 0 volt

jika terjadi kedua frekuensi sama dan bernilai taraf dc tertentu jika kedua

frekuensi tersebut tidak sama

Berikut contoh Blok Diagram Aplikatif sebuah PLL Klasik yang bekerja pada

FM-II 100-MHz :

25

Bila dilihat dari fungsi masing-masing bagian diatas dapat digambarkan bahwa

frekuensi yang berada dalam “lingkar” tersebut sangatlah stabil menyamai

kestabilan frekuensi referensi dari osilator kristal. Yang paling menentukan dari

kualitas sebuah PLL adalah Respone Time dari LPF dan Devider dan lebar bidang

kerja dari VCO pada taraf tegangan yang mengendalikannya.

Perancangan dari nilai komponen pembangun LPF sangat menentukan terhadap

keluaran PLL (VCO) secara langsung. Ketidak tepatan akan menyebabkan

Locking Time berlangsung cukup lama dan ini merupakan indikasi unjuk kerja

PLL yang kurang baik. Disamping juga bisa menyebabkan terjadinya side-tone

yang cukup mengganggu karena akan ikut terbawa bersama gelombang

pemodulasi pada Penerapan FM.

Devider biasanya diawali dengan sebuah pre-scaller karena  kebanyakan n-

devider tidak mampu bekerja pada pita FM-II. Dengan demikian akan ada

beberapa tahap devider sebelum sampai pada Phase Detector dan ini dapat diatasi

dengan pemakaian IC TTL karena kecepatan kerjanya tidak diragukan lagi.

Pada jenis PLL tertentu penentuan frekuensi keluaran yang dikehendaki

digunakan dua cara yaitu melalui n-devider dan perubahan pada frekuensi

26

referensi. Perubahan pada frekuensi referensi tidak bisa sebebas n-devider

mengingat  Q-factory yang sangat tinggi dari kristal kuarsa yang hanya

memungkinkan pergeseran selebar 2% dari frekuensi fundamental-nya. Cara ini

biasa dan umum diterapkan pada AM-SSB Transceiver dengan memasang

Variable Capasitor secara serial dengan kristal untuk melakukan Fine-Tuning.

Pemakaian kristal kuarsa sebagai osilator sudah sejak lama dipakai mengingat Q-

factory yang mencapai lebih dari 3000 dan kestabilannya yang mengagumkan.

Sebagai gambaran apabila digunakan jam/arloji yang sumber detaknya terbuat

dari kristal kuarsa maka untuk terlambat atau lebih cepat 1 detik dibutuhkan

waktu 300 tahun.

2.4.1. Prinsip Kerja PLL

Dua buah sinyal dikatakan memiliki frekuensi yang sama bila beda fasa

antara keduanya selalu tetap. Bila misalnya frekuensi VCO berubah maka beda

fasa antara osilator kristal dan VCO akan berubah. Perubahan beda fasa ini

kemudian oleh detektor fasa dikonversi menjadi perubahan tegangan error.

Tegangan error berupa deretan pulsa-pulsa ini kemudian dilewatkan ke rangkaian

Low Pass Filter sehingga menjadi tegangan DC yang benar-benar rata.

Selanjutnya perubahan tegangan DC yang sudah rata ini diberikan pada varaktor

sehingga frekuensi VCO kembali seperti semula. Dengan cara ini maka frekuensi

VCO akan “terkunci” (locked) dan selalu sama dengan frekuensi osilator kristal.

Berhubung osilator kristal sangat stabil maka frekuensi VCO dengan sendirinya

akan ikut stabil. Inilah prinsip kerja PLL (gambar c).

27

Dalam gambar (d) frekuensi referensi (fr) berasal dari osilator kristal yang telah

dibagi (oleh rangkaian pembagi frekuensi) dengan bilangan pembagi = R.

Sementara itu, sebelum dibandingkan dengan frekuensi referensi (fr), frekuensi

output VCO (fo) juga dibagi dengan bilangan pembagi = N. Pada saat sistem PLL

ini dalam keadaan terkunci (locked) maka fr = fo / N atau dengan kata lain :

fo = N . fr.

Berdasarkan persamaan ini maka fo akan mudah dibuat variabel dengan

mengubah besarnya bilangan N, dimana N adalah bilangan bulat dan fr adalah

satuan terkecil dari perubahan fo. Satuan terkecil ini sering disebut step. Dengan

demikian mudah di dihitung

Bila fr = 100 kHz maka fo = N. 100 kHz.

Bila fr = 10 kHz maka fo = N . 10 kHz

Bila fr = 1 kHz maka fo = N . 1 kHz, dst.

N adalah bilangan bulat, bukan pecahan, dan N bisa bernilai 1 hingga tak

berhingga. Dalam praktek umumnya N ditentukan oleh lebar frekuensi kerja

VCO, karena tidak ada VCO yang mampu bekerja pada frekuensi nol hingga tak

berhingga.

Lebar frekuensi VCO ditentukan oleh karakteristik varaktor yang digunakan. Nilai

kapasitansi varaktor dalam PLL ditentukan oleh tegangan error yang dihasilkan

detektor fasa yang besarnya berkisar antara 0 – 5 volt, mengingat detektor fasa

umumnya dibangun dari TTL (Transitor Transistor Logic) yang beroperasi pada

tegangan 5 volt. Variasi tegangan error inil akan menentukan lebar frekuensi kerja

VCO. Terkadang variasi tegangan 0 - 5 volt sering dirasa kurang. Untuk

28

mendapatkan variasi tegangan yang lebih lebar (misalnya 0 - 15 volt) dibutuhkan

sebuah DC Amplifier sehingga akan diperoleh frekuensi kerja VCO yang lebih

lebar.

Kesimpulan penting yang bisa diambil dari sini adalah bahwa frekuensi

output PLL sangat stabil (se-stabil frekuensi kristal) tapi sekaligus dapat diubah-

ubah dengan amat mudah, cukup dengan mengubah besarnya bilangan pembagi

(N).

PLL bisa diimplementasikan pada beberapa aplikasi antara lain:

FM demodulator

AM demodulator

Sintesa frekuensi

Pengatur Putaran Motor

Pengatur Frekuensi Listrik (dengan nama yang lain)

Dari ketiga macam aplikasi tersebut yang paling populer adalah

penerapannya pada sintesa frekuensi. Penerapan sebagai AM demodulator sangat

jarang dilakukan karena akan membuat rangkaian demodulator menjadi lebih

rumit. Demodulator AM sederhana hanya membaca envelope sinyal yang

biasanya cukup dengan satu buah dioda germanium dan lowpass filter saja

sedangkan dengan menggunakan PLL harus menggunakan balance modulator

disamping rangkaian PLL itu sendiri. Sebagai FM demodulator juga jarang.

Prinsip implementasi pada FM demodulator adalah dengan menghubungkan salah

satu masukan detektor fasa (input F1) ke output dari IF (biasanya untuk pesawat

penerima radio komersial 10,7 MHz, dan 10,695 MHz/ 455 KHz pada penerima

komunikasi). Output audio diambil dari output LPF.

29

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan

getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap.

Adapun beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator

supaya terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback,

dan rangkaian tank circuit.

Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode

pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator harmonisa

(balikan) dan osilator relaksasi.

Namun, osilator yang sering digunakan dalam elektronika telekomunikasi

adalah osilator harmonisa.

Secara rangkaian, osilator harmonisa terbagi atas 2 kelompok, yaitu

osilator LC dan Osilator RC.

Pada osilator LC dibagi menjadi 4, yaitu :

o Osilator Armstrong

o Osilator Colpitts

o Osilator Clapp

o Osilator Hartley

Pada osilator RC dibagi menjadi 2, yaitu :

o Osilator Pergeseran Fase RC

30

o Osilator Wien Bridge / Twin T

Rangkaian resonator adalah rangkaian yang dapat meloloskan frekuensi

tertentu dan menghentikan frekuensi yang tidak diinginkan.

Beberapa definisi yang perlu diketahui pada rangkaian resonator :

o Resonator

o Bandwidth

o Faktor kualitas (Q)

o Faktor bentuk (Shape Factor)

o Ultimate attenuation

o Ripple

o Insertion Loss

o Tuning

Rangkaian resonator terbagi 3, yaitu :

o Resonansi RC paralel L

o Resonansi RL paralel C

o Resonansi RLC seri

PLL (Phase Locked Loop) adalah suatu sistem yang memungkinkan suatu

sinyal tertentu mengendalikan frekuensi sebuah osilator dalam sebuah

Lingkar yang terkunci.

PLL bisa diimplementasikan pada beberapa aplikasi antara lain:

o FM demodulator

31

o AM demodulator

o Sintesa frekuensi

o Pengatur Putaran Motor

o Pengatur Frekuensi Listrik

BAB IV

PERENCANAAN KERJA MASA DEPAN

PERANCANGAN DAN REALISASI GENERATOR SINYAL

PADA APLIKASI LONG RANGE NAVIGATION DENGAN

METODE PHASE LOCKED LOOP (PLL)

Global Positioning System (GPS) merupakan teknologi untuk navigasi

yang berkembang saat ini. Penggunaan fungsi dari GPS ini telah dapat

diaplikasikan dalam berbagai kebutuhan sehari-hari manusia seperti

penunjuk arah, lokasi tempat tujuan wisata, militer dan sebagainya bahkan

sudah ditanamkan dalam telepon genggam. Fungsi aplikasi ini dipergunakan

untuk mempermudah komunikasi.

Namun, jika sistem ini dijadikan sebagai satu-satunya sumber

penentuan posisi dan adanya kemungkinan dicabutnya hak penggunaan

satelit akan menghambat aktivitas navigasi dan kegiatan lainnya. Ditambah

lagi bahwa GPS mempunyai kelemahan besar yaitu tidak bisa bekerja dalam

indoor sehingga akan gagal pada komunikasi non LOS.

Long Range Navigation (LORAN) dianggap mampu menjadi salah

satu teknologi untuk mengatasi kekurangan GPS tersebut. LORAN

32

menggunakan teknologi radio sistem terestrial yang memanfaatkan

groundwave dalam perambatannya untuk menentukan letak sebuah posisi.

Groundwave digunakan karena LORAN menggunakan frekuensi rendah.

Sehingga cocok untuk komunikasi non LOS. Indonesia merupakan negara

kepulauan yang mempunyai luas wilayah yang besar sehingga

membutuhkan layanan navigasi untuk keperluan kebutuhan dalam negeri.

Oleh karena itu, pembangunan teknologi LORAN dirasa perlu untuk

mengatasi permasalahan tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.2wijaya.com/phaselockloop.htm (15 juni 2015)

http://elektronika-dasar.web.id/artikel-elektronika/definisi-dan-prinsip-

kerja-phase-locked-loop-pll-pada-motor-dc (15 juni 2015)

https://docs.google.com/document/d/1mWZlTZb2RJ-

WQwrkvUeNmBhdkKXyWQgJvYFsJGT8J2M/edit

wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/9613/5._Osilator.pdf

http:misshariatyronald0.blogspot.com/2012/04/laporan-praktikum-

osilator.html

http://electrozone94.blogspot.com/2013/09/osilator.html

http://oprekzone.com/pll-phase-locked-loop-teori-dan-aplikasi

http://thpurwanto.blogspot.com/2013/04/cara-kerja-phase-locked-loop-

pll.html

mujurrose.orgfree.com/8.ppt

33

mujurrose.orgfree.com/1.ppt

kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari.../bab17-rangkaian-oscillator.pdf

http:staff.unila.ac.id/wsuane/2012/11/02/osilator-harmonik

httpsreinhard91.files.wordpress.com/2009/12/osilator.pdf

https://id.wikipedia.org/wiki/PLL

https://id.scribd.com/doc/182800268/Makalah-phase-locked-loop-docx

www.academia.edu/7014758/Karakteristik_Phase_Locked_Loop

sekawan-servis-electronic.blogspot.com/2010/.../pll-phase-locket-loops.html

kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/.../PLL-frekuensi-synthesiser.pdf

aniqcahkudus.blogspot.com/2014/04/pengertian-pll.html

https://plus.google.com/113825403101790285947/posts/EDVb3Hr9KAv