perancangan modul percobaan sistem komunikasi …

PERANCANGAN MODUL PERCOBAAN SISTEM KOMUNIKASI OPTIK DENGAN TAPE RECORDER

DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

AGUSTINUS DWI SETYANA NIM : 995114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2007


DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR



Disusun Oleh :




YOGYAKARTA 2007

i

DESIGN OF EXPERIMENTAL MODULE OF FIBER OPTIC COMMUNICATION SYSTEM WITH TAPE

RECORDER AND SPEAKER

FINAL PROJECT

In partial fulfilment of the requirements for the Degree SARJANA TEKNIK Electrical Engineering Study Program

AGUSTINUS DWI SETYANA

995114032

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2007

ii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

JANGAN PERNAH BERPUTUS ASA SELAGI MASIH ADA

HIDUP karena DIMANA ADA HIDUP DISITU PASTI ADA

HARAPAN

Kupersembahkan Tugas Akhir ini :

Pada Tuhan YESUS KRISTUS, dan BUNDA MARIA atas anugerah,

rahmat dan penyertaan-Nya yang tiada henti, serta mukjizat yang diberikanNya

setiap hari sampai saat ini

Untuk yang tercinta kedua orang tuaku Bapak Agustinus Ngadiya, BA.

dan Ibunda Veronica Wiyarti yang telah memberikan cinta kasih dan sayangnya,

yang tak pernah lelah memberikan dorongan, nasehat, dan membiayai pendidikan

selama ini.

Untuk yang tersayang dan terkasih Cicilia Anggitasari Kurnia Putri ,

yang telah menjadi inspirator, harapan indah, pemberi motivasi terhebat serta

sahabat yang setia menemani selama pengerjaan tugas akhir ini, walau kamu tak

disampingku terimakasih atas semuanya.

Untuk keluargaku yang tercinta Eyang Kakung, Eyang Putri, Mas Ari,

Yuniar, Yanuar, Bulik Darni, Purwanti, Indri, Bulik dan Om Semua yang

senantiasa memberikan cinta kasih dan sayangnya, semangat dan membantu

membiayai kuliah selama ini. I love my family.

v

Untuk kenangan masa laluku, yang tercinta Irnayanti (lisze), I’ll do the

best like you………pelajaranmu begitu berharga walau kadang sesuatu yang

berharga itu menyakitkan.

Untuk sahabat-sahabatku, Eko Nugroho, Oskar, Mbendhol, Sigit WW,

Bendot, Risang, Edi, Opik, Budi, Hartono, Indhoo, Mas Yanto, Tika, Winda,

Febri, Kepek, Simbah, yang selalu memberikan semangat, dorongan dan

pengalaman yang berarti. Terimakasih bisa berproses bersama.

Untuk saudara-saudaraku, Rudi, Papo, Dita, Ariana, Ari N, Agus Munadi

dan teman teman Mudika yang lain serta saudaraku semuanya terimakasih atas

persaudaraan kita selama ini. Persaudaraan kita adalah proses pendewasaan diri,

jangan bimbang walau ada dan tiada.

Untuk sahabat-sahabatku, semua rekan-rekan Elektro angkatan 99,

Alumnus STM Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto, Teman-teman PT.

Indosat “Domestic Transmission and Interlink Dept”, Telkom Semarang,

TRANS TV” Maintenance Dept”, Teman-teman Abeng, reken-rekan LSM

KOMBAT, Karina KAS Posko Wedi, RADAR LAMPUNG, BABEL (Bangka

Belitung) POST terimakasih atas dukungan dan kepercayaannya. Wake up and

do something.

Dan untuk semua saja, teman-teman seperjuangan, yang terlibat langsung

maupun tidak langsung, yang telah banyak membantu yang tidak dapat disebutkan

satu per satu, TERIMA KASIH atas semuanya.

vi

INTISARI

Sistem komunikasi optik merupakan sistem penyampaian sinyal informasi

berupa sinyal elektrik dari suatu tempat pengiriman ke tempat yang dituju dalam

bentuk cahaya sebagai media transmisinya. Dalam tugas akhir ini suatu sistem

komunikasi optik dirancang menggunakan tape recorder sebagai sumber

informasi dan speaker sebagai penerima informasi.

Untuk mentransmisikan sinyal informasi yang berasal dari tape recorder

melalui udara, dibutuhkan cahaya yang membawa sinyal informasi. Sehingga,

pada bagian tape recorder dipasang pemancar cahaya sebagai sumber cahayanya.

Sumber cahaya yang digunakan dalam simulasi ini adalah LED (Light Emitting

Diode) dengan panjang gelombang 940 nm. Pada bagian penerima digunakan

phototransistor sebagai detektor cahaya yang juga mempunyai panjang

gelombang 940 nm. Untuk menjamin agar sinyal informasi sampai pada penerima

dengan baik maka digunakan modulasi FM-PLL dengan spesifikasinya bandwidth

FM 90 KHz, Frekuensi pemodulasi15 KHz, frekuensi referensi 10 KHz.

Hasil pengukuran sistem dengan menggunakan tape recorder-udara bebas-

speaker, menunjukkan bahwa alat yang telah direalisasikan hanya dapat

digunakan untuk jarak pendek sejauh 140 cm.

viii

ABSTRACT

Optical communication system is a system to transmit information signal

from transmitter to receiver. In this final project optical communication system is

desaign using tape recorder as information source and speaker as receiver

information.

To transmit information signal from the source (tape recorder) through

free space medium transmission, if will need a light to carry information signal.

So that, tape recorder is equipped a waveguide transmitter as a light source. The

light source that is used in this final project is LED (Light Emitting Diode) with

940 nm waveleght. The receiver use phototransistor as light detector with 940 nm

waveleght. To assure that information signal is received at receiver with good

quality, this system use FM-PLL. The specification of modulation is BWFM = 90

KHz, modulated frequency = 15 KHz, and reference frequency = 10 KHz

The final result, this system is woked well for short distance transmission about

140 cm.

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia Tuhan YESUS, sehingga

perancangan dan penyusunan tugas akhir dengan judul PERANCANGAN

MODUL PERCOBAAN SISTEM KOMUNIKASI OPTIK DENGAN TAPE

RECORDER (Sumber Informasi Voice) DAN SPEAKER (Penerima

Informasi Voice) ini dapat terselesaikan juga dengan baik.

Tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat untuk

memperoleh gelar sarjana Teknik, jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata

Dharma.

Dalam penyusunan tugas akhir ini, banyak sekali bimbingan, saran dan

masukan yang sangat bermanfaat bagi penulis yang telah diberikan oleh berbagai

pihak demi terselesainya penyusunan tugas akhir ini.

Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan banyak

terima kasih kepada :

1. Bapak Damar Widjaja, ST., M.T., selaku dosen pembimbing I yang

telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan, masukan

semangat, bantuan, dorongan yang tak kenal lelah serta yang selalu

mengingatkan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Agustinus Ngadiyo dan Ibunda Veronica Wiyarti yang telah

memberikan kasih sayangnya, doa, dorongan, semangat, biaya yang

tiada henti hingga terselesaikan studi dan penyusunan tugas akhir ini.

3. Yang terkasih, Kakakku Yohanes Ari Supriyanta yang telah setia

menemani, memberikan perhatian, dorongan, semangat dan doanya.

x

4. Yang terkasih adikku, Antonius Yuniar Tri Widada, atas segala

bantuan, kasih sayang, perhatian, nasehat dan dorongannya.

5. Yang tercinta Eyang Atmo Suwito, Eyang Parto Rejo, atas Doa restu

serta petuah bijak yang telah diberikan.

6. Yang tersayang H. Suprapto, S.Psi dan Keluarga, Sudarmo S.Kom dan

Keluarga, Widarni dan Keluarga, serta semua keluarga besar Atmo

suwito dan Noyo Ikromo , atas support dan cintanya.

7. Yang tersayang Anggitasari Kurnia Putri, walau tidak disisiku namun

telah memberikan, inspirasi, perhatian, dorongan, semangat dan

doanya.

8. Adik-adikku tersayang, Purwanti, Yanuar, Daris, Indri, Lia, Yesa,

Irawan, Toni, Bambang, Affan, Hafidz, Monaqistin, Firda,Desy, Erni

dan semua Keluarga besar Atmo Suwito, Uut, atas dorongan semangat,

kasih sayangnya.

9. Saudara dan teman sejatiku Oscar, Eko Nugroho (cepox), Dian

(Mbendhol), Sigit WW, FX Agus Sapari, atas dorongan semangat dan

waktunya.

10. Semua sahabatku yang sampai saat ini setia menemani, Kepek,

Simbah, Febri, Crippen, Bendot, Risang, Mudika Stasi Bayat, Mudika

Ngropoh dan semua saja.

11. Semua teman sejatiku yang setia bersamaku, anak Abeng,

Sangkuriang, 52 Lover, Magelang community, Oscar Racing Team,

dan semua saja.

xi

12. Segenap dosen-dosen Teknik Elektro atas segala bantuan yang telah

diberikan selama penulis menimba ilmu dibangku kuliah.

13. Segenap Karyawan, Sekretariat Teknik, Pak Djito, Laboran Teknik

Elektro mas Mardi, mas Suryo atas bantuan yang telah diberikan.

14. Rekan-rekan di Indosat, Hazmi F, Joko Indarto, Wahyu (plencung),

atas support dan bantuan property yang sudah diberikan.

15. Rekan-rekan di LSM KOMBAT, Bapak Frans Suparta, Rudi, Mba

Janet, Miss Kaiko, Papo, atas dorongan semangat

16. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, karena

keterbatasan tempat, atas saran, ide dan dukungan yang diberikan

hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.

Dengan segala kerendahan hati juga, penyusun menyadari bahwa tugas

akhir ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran

yang membangun akan penyusun terima dengan senang hati.

Akhir kata penyusun mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat berguna

bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

Yogyakarta, 29 Januari 2007

Penyusun

xii


DAN SPEAKER

TUGAS AKHIR



Disusun Oleh :




YOGYAKARTA 2007

DESIGN OF EXPERIMENTAL MODULE OF FIBER OPTIC COMMUNICATION SYSTEM WITH TAPE

RECORDER AND SPEAKER

FINAL PROJECT

In partial fulfilment of the requirements for the Degree SARJANA TEKNIK Electrical Engineering Study Program

AGUSTINUS DWI SETYANA

995114032

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2007

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL……........................................................................................i

HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………………………...iii

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………iv

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN………………………………….v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA…………………………………………vii

INTISARI……………………………………………………….........................viii

ABSTRACT………………………………………………………………………ix

KATA PENGANTAR…………………………………………………………….x

DAFTAR ISI……...………………………………………………………...……...xiii

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………….……………….xvi

DAFTAR TABEL……………………………………..……………………………xviii

DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………….xix

BAB I PENDAHULUAN…………………………………………………………1

1.1. Latar Belakang…….……………………………………………………...………………………...1

1.2. Rumusan Masalah………………………………………………………………………………...2

1.3. Batasan Masalah…………………………………………………………..……………………….3

1.4. Metode Penelitian………………………………………………………………………...………3

1.5. Tujuan Penelitian.....……………………………………………...………………...…...……….4

1.6. Manfaat Penulisan….……………………………………………………………………………4

1.7. Sistematika Penulisan..….……………………..……………………………………………..5

BAB II DASAR TEORI…………………………………..……………………………………………………..6

2.1. Karakteristik Alat.. ……………………………………………………………………………...6

2.2. Jenis -jenis Kesalahan….…………………………………..…………………………………7 2.3. Analisis Statistik…………………………………………………………………………………..8

2.3.1. Nilai Rata-rata (Arithmetic Mean)…………………………………………..8 2.4. Sumber Cahaya (LED) dan Detektor Cahaya (Phototransistor)…………9

2.4.1. Sumber Cahaya (LED)..........……………………………….………………... 9

2.4.2. Detektor Cahaya (Phototransistor)……………………………..………...10 2.4.2. Penguat Op Amp Non Inverting……………………………………..…...…12

2.5. Modulasi Frekuensi……………………………………………………………………………13

xiii

2.5.1. Modulator FM-PLL……………………..…………………………………..….…13

2.5.2. Demodulator FM-PLL.…….………………………………………….……..…14

2.5.3. VCO ( Voltage Kontrolled Oscillator )... …………………..……….…15

2.6. Filter………………………………………………………………………………………...…………17

2.7. Penguat Audio....…….……………………………………………………………………….…21

2.8. Udara Bebas ………………………………………………………………………………………21

2.9. Dasar-Dasar Komunikasi Serat Optik…………………………………………….….22

2.9.1 Karakteristik Serat Optik…………………………………………………….…23

2.9.2 Jenis-Jenis Serat Optik……………………………………….………….………24

2.9.2.1 Serat Optik dari Plastik……………………………….………….24

2.9.2.2 Serat Optik dari Plastik dan Silika …….…………………..24

BAB III PERANCANGAN ALAT.…………………………………………………………………...…25

3.1 Sumber Informasi (Tape Recorder)..…….………………….……………………..…25

3.1.1. Spesifikasi Tape Recorder…………………………………………………………………25

3.1.1. Penguat Op Amp Tx………………………………………………………………………..…26

3.2. Filter LPF 15 KHz Tx – Rx dan LPF 95 KHz Rx.……………….……………28

3.2.1 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima……………………….…28

3.2.2 Filter LPF 95 KHz Penerima…………………………………………………30

3.3 Modulator dan Demodulator FM-PLL...…………..…………………………..……33

3.3.1 Modulator…….………………………………………………………………….……33

3.3.1.1 Rangkaian Penjumlah..……….………………………………..………33

3.3.1.2 Rangkaian Osilator Referensi...…..………………………..………35

3.3.2 Demodulator……………………………………………………………………..……36

3.3.2.1 Detektor fasa……………………………….………………………..………37

3.3.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO)

Modulator dan Demodulator…..…………………………….………37

3.3.2.3 LPF Loop Modulator

dan Demodulator...….…………………………………………..………38

3.4 Driver LED dan LED..………………………………………………………………….……41

3.5 Detektor Cahaya dan Penguat Rx……...………………………………………….……42

3.5.1 Photoransistor…. ……………………………………………………………..……42

xiv

3.5.2 Penguat Op Amp pada Penerima...………………..………………………43

3.6 Penguat Audio dan Speaker…………………………………………………………….…44

3.6.1 IC TBA820M……….…….…………………………..………………………….…44

3.6.2 Speaker……………………………………………………….…………………….……44

3.7 Cara Kerja Alat secara Keseluruhan...…………………………………………..……45

BAB IV PEMBAHASAN……………………………………………………………………………...……..48

4.1 Tujuan Pengukuran ………………………..……………………………………..………..….48

4.2 Pengukuran Tiap Blok Rangkaian Pemancar dan Penerima…………..….48

4.2.1 Penguat Op Amp Pemancar dan Penerima (VCO) ………….…...48

4.2.2 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima serta

Filter LPF 95 KHz Penerim………………………………………..………….59

4.2.3 Penguat Audio ………………………………………………………………..….….66

4.2.4 Modulator dan Demodulator FM-PLL …………………..….……...…..66

4.2.4.1 Modulator ………………………………………………….……..…..67

4.2.4.2 Demodulator ……………………………………………..….…..…..71

4.2.4.3 Osilator …………………………………………………..….……...…..76

4.3 Pengukuran Keseluruhan Sistem dan Analisis …………………..………….…..82

4.3.1 Hasil Pengukuran Blok LED – Phototransistor ………..…………..82

4.3.1.1 Hubungan Tengangan Terhadap

Jarak Pada Phototransistor ……………………..………….…..82

4.3.1.2 Hubungan Tengangan Terhadap

Frekuensi Pada Phototransistor…………………..........…….86

4.3.2 Analisis Keseluruhan Sistem…………………………………………...…….90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………………………………….91

5.1. Kesimpulan………………………………………………………………………….……………..91 5.2. Saran…………………………………………………………………………………………………..92

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2-1 Phototransistor………………………………………………………………………...……11

Gambar 2-2 Penguat Non Inverting.…..…………………………………………………………..…12

Gambar 2-3 Modulator FM-PLL………………………………………………………………………14

Gambar 2-4 Demodulator FM-PLL………………………………………………………….………15

Gambar 2-5 Frekuensi VCO Sebagai Fungsi Linier Tegangan Kontrol Vc……..16

Gambar 2-6 Kurva Respon Frekuensi Filter LPF……………………………………………..18

Gambar 2-7 Filter Pelewat Atas Dasar……………………………………………………………..18

Gambar 2-8 Diagram Blok Untuk Penapis-Penapis Orde Tinggi…………………….19

Gambar 2-9 Sistem komunikasi serat optik………………………………….…22

Gambar 2-9 Numerical Aperture…………………………………………….…23

Gambar 3-1 Blok Diagram Rangkaian Keseluruhan………………………………………..25

Gambar 3-2 Penguat Op Amp Tx……………………………………………………………………..28

Gambar 3-3 Rancangan LPF fC = 15 kHz Orde ke-6 Tipe Butterworth…………...30

Gambar 3-4 Rancangan LPF fC = 95 KHz Orde ke-6 Tipe Butterworth…………..32

Gambar 3-5 Rancangan Penguat Penjumlah…………………………………...………………..35

Gambar 3-6 Rancangan osilator referensi dan pembagi frekuensi…………………...36

Gambar 3-7 Rancangan VCO…………………………………………………………………………...38

Gambar 3-8 Rangkaian LPF loop modulator dan demodulator………………………..40

Gambar 3-9 Rangkaian Modulator…………………………………….. ..…………………………..40

Gambar 3-10 Rangkaian LED driver…………………………………………...……………………..41

Gambar 3-11 Rangkaian detector cahaya…………………………….……………………………..42

Gambar 3-12 Rangkaian penguat op amp Rx ………………………………..…………………..44

Gambar 3-13 Rangkaian penguat audio ……………………………………………...……………..45

Gambar 4-1 Blok diagram pengukuran penguat Tx dan Rx……………….…………….48

Gambar 4-2 Grafik Pengukuran Respon Penguat 15 KHz …………………..…………..50

Gambar 4-3 Grafik Teori Respon Penguat 15 KHz………………………………………….50

Gambar 4-4 Grafik Perbandingan Respon Penguat 15 KHz

Teori dan Pengukuran…………………………………………………………………...51

Gambar 4-5 Grafik Pengukuran Respon Penguat Penerima 95 KHz…………...…..55

xvi

Gambar 4-6 Grafik Teori Respon Penguat Penerima 95 KHz………….……………..56

Gambar 4-7 Grafik Perbandingan Respon Penguat 95 KHz……………...……………..56

Gambar 4-8 Blok pengukuran LPF 15 KHz Tx-Rx

dan LPF 95 KHz Rx……………………………………………………………………..59

Gambar 4-9 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Tx……………………………………………..61

Gambar 4-10 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Rx…………………………………………….63

Gambar 4-11 Grafik Pengukuran LPF 95 KHz…………………………………………………..65

Gambar 4-12 Blok Pengukuran Rangkaian Penguat Audio………….…………………….66

Gambar 4-13 Blok Pengukuran VCO………………………………………………………..………..66

Gambar 4-14 Grafik Pengukuran KeluaranVCO Modulator………………..…………….67

Gambar 4-15 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran……………………...………………..68

Gambar 4-16 Grafik Teori Keluaran VCO Modulator…………………...…………………..68

Gambar 4-17 Grafik Teori Keluaran VCO Demodulator…………………….……………..72

Gambar 4-18 Grafik Perhitungan Keluaran VCO Demodulator……………….………..72

Gambar 4-19 Grafik Perbandingtan Teori dan Perhitungan Keluaran

VCO Demodulator……………………………………………………………...………..73

Gambar 4-20 Blok pengukuran kestabilan osilator referensi……………………………..76

Gambar 4-21 Grafik Teori Kestabilan Osilator Referensi……………………………….....78

Gambar 4-22 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi…………………………....78

Gambar 4-23 Grafik Perbandingan Keluaran Kestabilan Osilator Referensi….....79

Gambar 4-24 Grafik Teori Penerimaan Sinyal Terhadap Perubahan Jarak…..……83

Gambar 4-25 Grafik Perhitungan Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Jarak ……………………………………………………………………...…..83

Gambar 4-26 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori……………...84

Gambar 4-27 Grafik Teori respon penerimaan sinyal

terhadap perubahan frekuensi…………………………………………………..…..87

Gambar4-28 Grafik hasil pengukuan respon penerimaan

sinyal terhadap perubahan frekuensi……………………………………………87

Gambar 4-29 Grafik hasil Perbandingan Pengukuan

Dan Teori Penerimaan sinyal terhadap perubahan frekuesi…………89

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2-1 Perbandingan karakteristik LED dan laser diode.… …………………..…10

Tabel 2-2 Gain Filter Butterworth.…..……………… ……………………………….………..…20

Tabel 2-3 Nilai untuk Tanggapan Butterworth.…..…… ………… ……..……………..…20

Tabel 4.1 Pengukuran Respon Penguat 15 KHz ………………….………………..…..…49

Tabel 4.2 Komputasi Respon Penguat 15 KHz..………………………………………..…53

Tabel 4.3 Pengukuran Respon Penguat 95 KHz……………………………….………..…55

Tabel 4.4 Respon Penguat 95 KHz………………….……………………………………..…..…58

Tabel 4.5 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Tx………………….……………………60

Tabel 4.6 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Rx ………………….………………..…62

Tabel 4.7 Nilai hasil pengukuran LPF 95 KHz Rx………………….…………………...64

Tabel 4.8 Tabel Nilai hasil pengukuran VCO Modulator…….…………………...…67

Tabel 4.9 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran………………….………………….…70

Tabel 4.10 Nilai Hasil Pengukuran linieritas VCO Demodulator .………………...71

Tabel 4.11 Perhitungan Keluaran VCO Demodulator………………………..………..…74

Tabel 4.12 Pengukuran Kestabilan Osilator Referensi………………….……………..…77

Tabel 4.13 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi..………………….………80

Tabel 4.14 Nilai Respon Penerimaan Sinyal Terhadap..…………………….………..…82

Tabel 4.15 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori…………....…85

Tabel 4.16 Hasil Pengukuan Respon Penerimaan Sinyal

Terhadap Perubahan Frekuensi..………………….……………………………….86

Tabel 4.17 Grafik Hasil Perbandingan Pengukuan

Dan Teori Penerimaan Sinyal……………………………..…………….………..…89

xviii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Gambar Sinyal Hasil Perancanagan ……………………………..L1

Lampiran 2 Gambar Rangkaian Pemancar……………….....………………...L2

Lampiran 3 Gambar Rangkaian Penerima ……………….......…….…………....L3

Lampiran 4 Data Sheet Phase Locked Loop MC14046B..……..……….……...L4

Lampiran 5 Data Sheet Phase Comparator……………………….……………...L5

Lampiran 6 Hermatic Silicon Phototransistor……………………………..….L6

Lampiran 7 Data Sheet LM741 Operational Amplifier……………………....L7

xix

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Setiap tahun, perkembangan yang disebabkan oleh kemajuan alat

komunikasi sangat pesat. Dampak yang muncul bagi perkembangan ilmu

pengetahuan sangatlah besar dan penting selain untuk kebutuhan informasi, sistem

komunikasi juga dapat digunakan dalam pengendalian jarak jauh.

Suatu informasi baik berupa suara atau hasil pengamatan dikirim dan

diterima, kemudian diproses sangat dibutuhkan sarana transmisi yang cepat,

akurat. Pentransmisian informasi dapat menggunakan berbagai media, yang salah

satunya adalah dengan kabel fiber optic, dengan kecepatan transfer yang tinggi.

Cahaya digunakan sebagai media transmisi karena bersifat fleksibel dan

mempunyai rentang frekuensi yang cukup lebar. Pemanfaatan Cahaya sangat

murah bila dilihat dari efisiensi biaya yang dibandingkan dengan media transmisi

yang lain.

Sistem komunikasi serat optik merupakan suatu proses pengiriman sinyal

informasi berupa sinyal elektrik dari suatu tempat pengiriman ke tempat yang

dituju dalam bentuk cahaya dengan menggunakan serat optik .

Tugas Akhir ini mensimulasikan prototipe sistem komunikasi optik

dengan menggunakan tape recorder (sumber informasi) dan speaker (penerima

informasi) agar dapat dijadikan alat bantu proses belajar mengajar dalam ruang

kuliah

2

1.2. Rumusan Masalah

Sistem yang dirancang adalah terdiri dari unit pemancar dan penerima.

Pada suatu tempat dipasang sumber informasi yang bisa menghasilkan sinyal

informasi berupa suara, untuk mengetahui perubahan informasi yang terjadi maka

dilakukan pengubahan dari besaran fisis ke dalam bentuk besaran listrik yaitu

kedalam bentuk tegangan dan frekuensi dengan rangkaian penguat dan filter.

Informasi analog ini diubah kedalam sinyal dengan frekuensi – frekuensi tertentu

oleh sebuah osilator yang dikendalikan tegangan yang keluarannya selanjutnya

ditransmisikan oleh pemancar FM.

Sinyal informasi yang dikirim tadi akan diterima oleh penerima FM

kemudian dipisahkan kembali oleh sebuah Low Pass Filter dan informasi hasil

proses tersebut akan dikonversikan ke dalam bentuk tegangan kembali oleh

Voltage to Frequency Converter sehingga kita dapat mengetahui perubahan

informasi yang terjadi, informasi tersebut akan dikondisikan sesuai dengan

besarnya perubahan sinyal pengirim informasi, artinya frekuensi tersebut

mewakili besarnya tegangan sehingga kita dapat mengetahui bahwa tegangan

yang ditransmisikan telah sama dengan besarnya tegangan yang diterima oleh

bagian penerima komunikasi optik.

3

1.3. Batasan Masalah

Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini perlu adanya pembatasan masalah

sebagai berikut:

1. Sinyal informasi suara dari tape recorder berupa suara dari kaset dengan

batasan frekuensi 20 Hz - 15 KHz (bandwidth sinyal audio).

2. Sistem komunikasi yang akan dibahas adalah komunikasi satu arah saja.

3. Komponen utama yang akan digunakan dalam simulasi sistem komunikasi

serat optik ini adalah sebagai berikut :

a. Pemancar/transmitter berupa sumber cahaya sebagai pembawa

informasi menggunakan LED (Light Emitting Diode).

b. Penerima/receiver menggunakan phototransistor yang akan

mendeteksi sinyal cahaya menjadi sinyal listrik.

c. Media transmisi yang akan digunakan adalah udara bebas dan serat

optik singlemode.

4. Bagian dari pemancar dan penerima FM tidak dibahas secara lengkap dan

detail, karena menggunakan FM Transmitter dan Tuner FM yang telah ada

dipasaran.

1.4. Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

dengan menggunakan struktur :

1. Studi literatur,sebagai dasar pemahaman teori yang mendukung terhadap

sistem yang dibuat.

2. Bimbingan kepada Dosen Pembimbing 1 dan Dosen Pembimbing 2.

4

3. Perakitan perangkat dilakukan dengan eksperimen untuk melakukan uji

coba menurut teori dan perancangan untuk mendapatkan hasil yang

diinginkan.

4. Eksperimen atau percobaan, dengan metode ilmiah yakni :

a. Merumuskan masalah.

b. Mencari data yakni melakukan pengumpulan data-data informasi

tentang spesifikasi komponen dan alat uji yang akan digunakan.

c. Menarik hipotesa.

d. Menguji hipotesa.

e. Menarik kesimpulan.

1.4. Tujuan Penelitian

1. Mencoba mengimplementasikan pelajaran elektronika komunikasi dan

elektronika analog dalam perancangan alat.

2. Menerapkan gelombang cahaya sebagai media komunikasi pengirim

sinyal dari unit pemancar ke unit penerima.

3. Memperluas penggunaan dan memanfaatkan gelombang radio FM

sebagai media pembawa informasi.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Menambah pengetahuan tentang pengiriman data secara analog.

2. Merealisasikan salah satu bentuk teknik pengiriman data analog jarak

jauh melalui kabel serat optik

3. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan untuk keperluan yang lain

misalnya untuk pengukuran tekanan, kecepatan, intesistas cahaya dan

lain-lain yang kesemuanya itu memerlukan transduser sebagai

5

pengubah besaran fisis yang diukur menjadi besaran listrik berupa

tegangan dan dirubah dalam kode-kode cahaya.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang digunakan dalam laporan tugas akhir ini

disusun dalam bentuk sebagai berikut:

Bab I. Pendahuluan yang berisi mengenai latar belakang penulisan, Perumusan

masalah, Pembatasan masalah, Tujuan dan Manfaat penelitian dan Sistematika

penulisan.

Bab II. Dasar teori yang berisi mengenai teori - teori yang mendasari perangkat

komunikasi optik ini.

Bab III. Perancangan komunikasi optik yang berisi perancangan tiap bagian dari

komunikasi optik berdasarkan karateristik tiap komponen.

Bab IV. Pembahasan yang berisi data – data hasil pengujian komunikasi optik.

Bab V. Kesimpulan dan Saran yang berisi mengenai spesifikasi alat dan saran –

saran untuk memperbaiki kinerja dari alat komunikasi optik ini.

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Karakteristik Alat

Dalam perancangan suatu rangkaian elektronis, digunakan istilah-istilah

yang menentukan karakteristik suatu alat tersebut, antara lain presisi, akurasi,

sensitivitas, dan lain-lain.

1. Presisi ( ketelitian )

Presisi merupakan suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil

pengukuran yang serupa. Dengan memberikan suatu harga tertentu

bagi sebuah variabel, ketelitian (presisi) merupakan suatu ukuran

tingkatan yang menunjukan perbedaan hasil pengukuran pada

pengukuran-pengukuran yang dilakukan secara berurutan.

2. Akurasi (ketepatan)

Akurasi merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai

sebenarnya dari variabel yang diukur. Akurasi ditentukan dengan cara

mengkalibrasi dengan kondisi operasi tertentu.

3. Sensitivitas (kepekaan)

Sensitivitas merupakan perubahan terkecil dari masukan yang

mempengaruhi keluaran.

4. Resolusi (kemampuan pembacaan skala)

Resolusi diartikan sebagai satuan terkecil dari keluaran.

7

5. Repeatability (kemapuan mengulangi)

Repeatability adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata-

rata. Hal ini mengindikasikan kedekatan diantara sejumlah pengukuran

yang dilakukan secara berulang dengan kondisi yang sama.

6. Treshold

Treshold merupakan nilai minimum perubahan masukan yang tidak

dapat diamati atau dideteksi, bila masukannya berangsur-angsur

bertambah dari nol.

7. Linearitas

Linearitas merupakan kemampuan untuk menghasilkan ukuran alat

ukur yang menghasilkan keluaran yang secara linear. Dalam hal ini,

dapat didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut:

cmxy += ……………………….………….. ...(2.1)

keterangan:

y = keluaran

x = masukan

m = kemiringan ( slope )

c = offset

2.2. Jenis -jenis Kesalahan

Kesalahan - kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya

dibagi dalam tiga jenis utama, yaitu:

8

1. Kesalahan-kesalahan umum (Gross-errors)

Gross - errors ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia,

diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan dan

pemakaian instrumen yang tidak sesuai, dan kesalahan penaksiran.

2. Kesalahan – kesalahan sistematik (Systematic errors)

Systematic errors ini disebabkan oleh kekurangan - kekurangan pada

instrumen sendiri seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang

aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai.

3. Kesalahan-kesalahan yang tidak disengaja (random errors)

Random errors diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat

langsung diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau sistem

pengukuran terjadi secara acak.

2.3. Analisis Statistik

Analisis statistik terhadap data pengukuran adalah pekerjaan yang biasa

sebab menentukan penentuan ketidakpastian hasil pengujian akhir secara analisis.

Hasil dari suatu pengukuran dengan metode tertentu dapat diramalkan

berdasarkan contoh (data sampel) tanpa memiliki informasi atau keterangan yang

lengkap mengenai semua faktor - faktor gangguan.

Agar cara-cara statistik dan keterangan yang diberikan bermanfaat,

biasanya diperlukan sejumlah pengukuran yang banyak.

2.3.1 Nilai Rata-rata (Arithmetic Mean)

Nilai yang paling mungkin dari suatu variabel yang diukur adalah nilai

rata-rata dari semua pembacaan yang dilakukan. Pendekatan yang paling baik

9

akan diperoleh bila jumlah pembacaan untuk suatu besaran sangat banyak. Secara

teoritis, pembacaan yang tak berhingga akan memberikan hasil paling baik,

walaupun dalam prakteknya hanya dapat dilakukan pengukuran yang terbatas.

Nilai rata-rata diberikan oleh persamaan:

n

xn

xxxxx n ∑=

++++=

...321 ………… …………..(2.2)

dimana : x = nilai rata-rata

= pembacaan yang dilakukan nxxx ,, 21

= jumlah pembacaan n

2.4 Sumber Cahaya (LED) dan Detektor Cahaya (Phototransistor)

2.4.1 Sumber Cahaya (LED)

LED merupakan sumber cahaya untuk komunikasi optik dan bekerja

sebagai pemancar cahaya. Oleh karena itu, beberapa syarat yang harus dipenuhi

agar LED dapat dijadikan sebagai sumber cahaya :

1. Sumber cahaya sebisa mungkin bersifat monokromatis (berfrekuensi

tunggal).

2. Sumber cahaya tersebut harus mempunyai suatu keluaran cahaya

berintensitas tinggi sehingga dapat memancarkan energi yang cukup

untuk mengatasi rugi-rugi.

3. Sumber cahaya juga harus mampu dimodulasi dengan baik, bentuknya

kecil, ringkas, sehingga tidak terjadi rugi-rugi.

10

Cara kerja dari LED adalah bila diberi prasikap tegangan maju, elektron

menaikkan level tegangan sampai keadaan jenuh kemudian level tegangan turun.

Jika level tegangan turun akan melepaskan energi dalam bentuk cahaya

Sumber cahaya lain yang dapat digunakan sebagai sumber cahaya

komunikasi optik adalah laser diode. Perbandingan karakteristik LED dan laser

diode disajikan adalam tabel 2 berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik LED dan Dioda Laser

Parameter LED Laser Diode Unit

Daya output 1 -10 1 -100 mW

Daya yang

dibutuhkan masuk ke

serat optik

0.0005 -0.5 0.5 – 5 mW

Bandwidth pada 800

nm 35 – 50 2 – 3 Nm

Bandwidth pada 1300

nm 70 – 100 3 – 5 Nm

Rise Time 2 – 50 <1 Ns

Respon frekuensi < 500 > 500 MHz

Harga Murah Mahal -

2.4.2 Detektor Cahaya (Phototransistor)

Detektor yang dipilih perlu disesuaikan dengan sifat-sifat yang

ditunjukkan oleh sistem komunikasi optik.

Hal-hal yang perlu diisyaratkan oleh detektor cahaya adalah sebagai

berikut :

11

Mempunyai sensitivitas yang tinggi.

Mempunyai lebar pita yang lebar dan respon time yang cepat.

Mempunyai efisiensi yang tinggi dan tambahan noise yang kecil.

Karakteristiknya tidak mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan

sekitarnya.

Dengan menggunakan tegangan yang rendah bisa menghasilkan

daya yang cukup besar.

Phototransistor adalah komponen detektor cahaya yang mempunyai

penguatan sendiri (internal gain). Hal ini membuat phototransistor lebih sensitif

bila menggunakan fotodioda selain itu phototransistor ini dapat menguatkan arus

bocor menjadi ratusan kali.

Phototransistor juga disebut sebagai fotodetektor yang dioperasikan

dalam mode arus terbalik (reverse bias mode). Cahaya yang menimpa material

semikonduktor akan membebaskan elektron dan membentuk hole sehingga

mengalir arus.

RLVout ke

Pre Amplifier

Vcc

Keterangan :Phototransistor L14G3Rl = 100 Ohm

Gambar 2. 1 Phototransistor

12

Tegangan yang melintasi RL :

LERL RIV .=

dimana : IE = (1+h.f.e) IB

Dengan : h = konstanta plank (6,63.10-34 Js)

c = cepat rambat cahaya diudara (3.108 m/s)

η = efisiensi kuantum

e = muatan electron (1,6.10-19 C)

LRL RchpeefhV ..

...)..1( λη+= ≈ 136,8 mVolt

2.4.3 Penguat Op Amp Non Inverting

Penguat Operasional atau Op-Amp merupakan penguat differensial dengan

dua masukan dan satu keluaran, serta mempunyai penguatan yang sangat tinggi.

Penguat operasional menghasilkan sinyal keluaran yang sama bentuknya dengan

sinyal masukan tetapi amplitudonya lebih besar.

Tegangan AC keluaran akan satu fasa dengan masukan.

Op-Amp mempunyai impedansi masukan yang tinggi,impedansi keluaran

rendah, dan penguatan tegangan yang stabil (mendekati penguatan tegangan

ideal).

Vin

R1 R2

Vout+-

Gambar 2. 2 Penguat Non Inverting

13

Penguatan pada penguat non inverting :

1

21RR

VinVoutAv +== ………………………………( 2.3 )

2.5 Modulasi Frekuensi

Modulasi FM adalah teknik modulasi yang mengubah karakteristik

frekuensi sinyal pembawa sesuai dengan amplitude sinyal informasi. Modulasi

FM mono merupakan modulasi FM dengan menggunakan transmisi hanya satu

sumber sinyal informasi. Keuntungan modulasi ini bila dibandingkan dengan

modulasi FM stereo adalah :

1. Perangkat relatif lebih sederhana karena hanya memerlukan satu

pembangkit frekuensi osilator.

2. Selain itu, bandwidth yang digunakan juga lebih sempit sehingga

terdapat efektifitas bandwidth.

3. Pada FM mono tidak mengenal interleaving sehingga penambahan

level informasi tidak teratur oleh batasan deviasi frekuensi yang terjadi

akibatnya FM mono bisa terdengar lebih keras.

4. Memiliki daya transmisi yang lebih kecil.

2.5.1 Modulator FM-PLL

Modulator FM wideband FM yang menggunakan PLL ditujukan untuk

menjaga kestabilan dari osilator VCO utama dan pada saat yang sama akan

meghasilkan sinyal FM.

Perhatikan blok modulator FM wideband dengan PLL dibawah ini :

14

VCO

FM Output

Osilator crystalreferensi fo

Modulatingsignal input

PenjumlahLPFLoop

PhaseComparator

Gambar 2. 3 Modulator FM-PLL

BW =2(∆f+ fmax ) ….…………………….(2.4 )

∆f = hf . Am ..…………………………….(2.5 )

β = max.

fAmhf ..…………………………….(2.6 )

2.5.2 Demodulator FM-PLL

Demodulator FM pada dasarnya adalah sebuah sirkuit yang menghasilkan

tegangan output sesuai dengan frekuensi sesaat input (Vout=K. ∆f ) dengan K

dalam satuan volt/hertz. K adalah fungsi transfer demodulator dan ∆f adalah

perbedaan antara frekuensi input dengan frekuensi tengah demodulator .

Perhatikan diagram blok demodulator FM dengan menggunakan PLL dibawah ini:

15

FM inputAmplifier

Ka

Vd Vout

Sinyal audiooutput

Demodulasi

LPF

fo

Phase detectorKd

VCO

Gambar 2. 4 Demodulator FM-PLL

2.5.3 VCO ( Voltage Kontrolled Oscillator )

Voltage-Kontrolled Oscilator atau VCO adalah suatu rangkaian yang

menghasilkan sinyal keluaran yang bervariasi (biasanya gelombang segiempat

atau segitiga) yang range frekuensinya dapat diatur oleh tegangan DC. VCO pada

umumnya digunakan pada pemancar radio FM tetapi VCO juga digunakan pada

pemancar yang menggunakan media cahaya.

Salah satu keunggulan VCO adalah kemampuan untuk membangkitkan

gelombang sinus atau segitiga atau segiempat dari bentuk gelombang masukan

yang tidak teratur.

Sebuah VCO tidak dituntut untuk memiliki karakteristik frekuensi

terhadap tegangan kontrol yang linier, tetapi kalau tidak linier juga tidak baik

karena akan menyebabkan gain bervariasi terhadap frekuensi sinyal sehingga

kestabilan sinyal harus diperbaiki. VCO mempunyai frekuensi gerak bebas (free

running frequency) fo dan pergeseran frekuensi yang sebanding dengan tegangan

kendali Vc seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

16

f

Vc

fo

Gambar 2. 5 Frekuensi VCO Sebagai Fungsi Linier Tegangan Kontrol Vc

Frekuensi keluaran VCO (fo) besarnya adalah :

fr= fo+KvVc(Hz) ….………………………………………….(2.7)

Pendekatan perhitungan VCO dari datasheet MC 14-46 adalah sebagai berikut :

Jangkauan frekuensi VCO (fmax-fmin) ditentukan oleh nilai resistor dan kapasitor

external dimana :

f min = ( )pFCR 32121+

…………………………………(2.8)

dengan (VCO masukan = Vss)

f max = min)321(1

1 fpFCR

++

..……………………………(2.9)

dengan (VCO masukan = VDD)

Fungsi transfer VCO :

Kv =2

2−

∆VDD

fvcoπ ………………………….…………………(2.10)

Karakteristik penting dalam VCO adalah :

1. Stabilitas frekuensi.

2. Respon harus cukup cepat.

3. Karakteristik frekuensi terhadap tegangan harus linier.

4. Sensitivitas modulasi cukup besar.

5. Kemurnian spektrum.

17

2.6 Filter

Filter merupakan suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk

meloloskan frekuensi yang diinginkan. Karakteristik yang penting dari sebuah

filter adalah memiliki frekuensi cut off dan adanya fungsi transfer. Frekuensi cut

off adalah frekuensi di mana tegangan sinyal bernilai 0.707 dari tegangan

puncaknya. Sedangkan fungsi transfer merupakan fungsi yang menunjukkan

bahwa nilai dari filter yang kita buat telah tercapai.

Menurut fungsi kerja frekuensi yang dapat diloloskan, filter dapat

dikelompokkan menjadi HPF (High Pass Filter), LPF (Low Pass Filter), BPF

(Band Pass Filter) dan BSF (Band Stop Filter).

Sedangkan menurut komponen pembentuknya, filter dapat dikelompokkan

menjadi dua, yakni :

1. Filter pasif, yakni filter yang komponen pembentuknya terdiri dari

kapasitor, induktor dan resistor.

2. Filter aktif yakni filter pasif yang ditambahkan komponen penguat

operasional (OpAmp).

Filter LPF berfungsi untuk meneruskan daerah frekuensi dibawah

frekuensi cut off-nya dan meredam semua frekuensi tinggi diatas frekuensi cut off.

Frekuensi cut off terjadi pada saat LPF berharga 0,707 dari tegangan

maksimumnya. Gambar karakteristik LPF ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

18Av

ffc

0.707

Gambar 2. 6 Kurva Respon Frekuensi Filter LPF

Pada tapis ini dalam prakteknya diambil tanggapan pada 70,70% tegangan

keluaran maksimum. Filter pelewat atas dapat memiliki kemiringan yang berbeda

sesuai dengan perancangan yang dinginkan.

Rangkaian Filter Pelewat Atas sederhana dapat diperlihatkan dalam gambar 2.7.

+VCC

VOUT+

-

LM7413

26

7 14 5

R

VIN

-VCC

C

Gambar 2.7 Filter Pelewat Atas Dasar

Dengan Vin pada masukan tak membalik, kapasitor C dan resistor R

membentuk pembagi tegangan. Bila frekuensi Vin dibawah fC, XC kapasitor besar

sehingga sebagian besar Vin jatuh ke kapasitor C, akibatnya tegangan jatuh pada

resistor R rendah dan karena rangkaian ini pengikut tegangan, maka Vout juga

rendah. Bila frekuensi Vin melampaui fC, XC kapasitor rendah sehingga banyak Vin

yang jatuh pada resistor R, akibatnya keluaran membesar.

19

Penapis aktif dengan order lebih dari dua dibuat dengan cara

menghubungkan secara (kaskade) penapis order pertama dan kedua, jika ada

penapis order kedua yang dikaskadekan maka bagian-bagian penapis order kedua

tersebut tidak sama, seperti dapat dilihat pada gambar 2.8.

Orde 1 Orde 2 Orde ke 3

Orde 2 Orde 2 Orde ke 4

Orde 1 Orde 2 Orde 2 Orde ke 5

Orde 2 Orde 2 Orde 2 Orde ke 6

Gambar 2.8 Diagram Blok Untuk Penapis-Penapis Orde Tinggi

Untuk mengkaskadekan bagian-bagian penapis secara benar, maka besarnya

penguatan untuk filter jenis butterworth ditunjukkan oleh tabel 2-1 berikut:

20

Tabel 2.2 Gain Filter Butterworth

Orde Poles K1 K2 K3 Penguatan DC 2

2

1,586

-

-

1,5858

(4,00 dB) 2

3 1

1

-

-

2

(6,02 dB) 2

4 2

1,152

2,235

2,5749

(8,22 dB)

2

1

5

2

0,3819

1,3820

-

3,2917

(10,35 dB)

2

2

6

2

1,068

1,586

2,483

4,2058

(12,48 dB)

Dari tabel 2-1 dapat diketahui nilai untuk tanggapan butterworth yang ditunjukkan

pada tabel 2-2.

Tabel 2.3 Nilai untuk Tanggapan Butterworth

Orde Poles Kecuraman Faktor redaman (α ) RB/RA

1 1 20 Optional -

2 2 40 1,4142 0,5858

2 1 1

3 1

60 1 1

2 1,8477 0,1523

4 2

80 0,7654 1,2346

2 1 1

2 1,6181 0,3819

5

1

100

1,6180 1,3820

2 1,9316 0,0684

2 1,4142 0,5858

6

2

120

0,5158 1,4824

21

2.7 Penguat Audio

Rangkaian penguat audio merupakan tahap terakhir dari sistem

komunikasi. Penguat audio adalah suatu rangkaian yang menghasilkan arus AC

yang besar untuk memacu tahanan-tahanan beban yang kecil.

2.8 Udara Bebas

Ada beberapa kelebihan media udara sebagai saluran transmisi yaitu

memungkinkan untuk komunikasi dengan kecepatan tinggi ataupun kecepatan

rendah. Tentunya dengan perambatan sinyal melalui udara banyak sekali rugi-rugi

(redaman) yang dialaminya dibandingkan dengan media transmsi kabel atau serat

optik.

Redaman yang terjadi bila menggunakan udara bebas sebagai media

transmisi adalah :

a0= 32,4 + 20logf d [dB]………………………………………….(2.11)

dimana :

f = frekuensi dalam (MHZ)

d = Jarak sumber ke penerima (dalam Km).

Pemanfaatan komunikasi cahaya dengan menggunakan udara bebas

sebagai media transmisinya perlu memperhatikan dua hal sebagai berikut :

1. Derajat arah dari perangkat pemancar dan penerima cahaya yang akan

digunakan. Berdasarkan kriteria ini, tipe link dibagi menjadi dua yakni

directed dan non-directed.

Konfigurasi directed link memaksimumkan efisiensi daya,

meminimumkan path loss dan penerimaan dari ambient light noise.

22

Sedangkan konfigurasi non-directed link bisa jadi lebih mudah dalam

penggunaannya terutama untuk terminal yang bersifat mobile dimana

pemancar dan penerima tidak saling berhadapan.

2. Adanya jalur LOS (Line of Sight) antara pemancar dan penerima.

LOS link hanya bergantung pada satu jalur, sedangkan non-LOS secara

umum bergantung pada refleksi gelombang cahaya melalui langit-

langit maupun dinding. LOS link memaksimumkan efisiensi daya dan

meminimumkan dispersi multipath. Disisi lain, non-LOS link lebih

mudah digunakan karena dapat beroperasi dimana terdapat halangan

seperti orang atau benda lainnya yang terdapat diantara pemancar dan

penerima.

2.9 Dasar-Dasar Komunikasi Serat OptikD

Electrical

Optical

Gambar 2.9 Sistem komunikasi serat optik

Drive Circuit

OpticalTransmitter

OpticalReceiver

LightSource

Optical Amplifier

Signal Restorer

PhotoDetector

Electronics

Input Signal Splice

Connector

Optic Fiber

RepeaterCoupler

Electronic signal out

Amplifier

23

2.9.1 Karakteristik Serat Optik

Redaman serat optik adalah suatu ukuran yang menunjukkan seberapa

jauh sinyal cahaya dapat ditransmisikan melalui serat optik.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

in

out

PP

Llog10α ……..……...…………………………… (2.12)

dimana :

Pin = daya optik masukan (watt)

Pout = daya optik keluaran (watt)

L = panjang serat optik (km)

α = atenuasi serat optik (dB/Km)

Redaman intrinsik disebabkan dari material pembuat fiber yakni impuritas

(ketidakmurnian) bahan seperti OH,Fe,Cu dan Cr dalam bahan gelas selama

proses pembuatan dipabrik. Untuk daerah infra merah, rumus empiris absorbsi

(db/Km):

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

λα 5.48exp1081.7 11xIR …… ..………………………. ( 2.13 )

λ = panjang gelombang serat optik (µm)

αIR = redaman absorbsi (db/Km)

Numerical Aperture merupakan parameter serat yang mempresentasikan

besar sudut penerimaan maksimum dimana berkas cahaya masih bisa diterima dan

merambat didalam inti serat

Gambar 2.10 Numerical Aperture ( NA)

24

NA = sin ∆=−= 212

22

1max nnnθ ...................................( 2.14 )

dimana

n1 = indeks bias inti,

n2 = indeks bias selubung,

∆ = indeks bias relative

2.9.2 Jenis-Jenis Serat Optik

2.9.2.1 Serat Optik dari Plastik

Karakteristik dari serat optik jenis ini adalah mempunayi nilai redaman

yang besar (100 s.d 200 dB/Km), terdapat dalam windows 500 s.d 700 nm, dapat

dilewatkan dengan sumber cahaya LED karena diameter intinya yang cukup besar

yakni 1mm, mempunyai NA yang besar yakni 0,5, nilai dispersinya biasanya 200

s.d 600 ns/km, bit rate tidak kurang dari 5 Mb/sKm dan indeks bias sensitive

terhadap temperatur optik diatas 1000 C.

Serat optik ini sesuai digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan bitrate

yang rendah dan jarak yang pendek.

2.9.2.2 Serat Optik dari Plastik (pada bagian intinya) Silika (pada bagian

Cladding)

Karakteristik yang dimiliki oleh serat optik dengan bahan pembuat plastik

pada bagian intinya dan silika pada bagia claddingnya adalah mempunyai dua

windows yakni 800 nm dan 1310 nm, redamannya antara 4 s.d 10 dB/Km, dari

jenis step index dan nilai dispersinya tinggi.

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Perangkat system komunikasi dalam tugas akhir ini digambarkan dalam bentuk

blok diagram sebagai berikut :

Driver LEDdan

LED

Media Transmisi

Detektor Cahaya PenguatOp Amp

Filter LPF95 KHz

DemodulaorFM-PLL

LPF 15KHz

PenguatAudio

+ Speaker

ModulatorFM-PLL

Filter LPF15KHz

Sinyal AudioTape

Recorder

PenguatOp Amp

Gambar 3 1 Blok Diagram Rangkaian Keseluruhan

3.1 Sumber Informasi (Tape Recorder)

3.1.1 Spesifikasi Tape Recorder

a) Respon frekuensi : 125 – 6,3 KHz.

b) Output maksimum : 25 mW + 25 mW

(headphone 32 ohm)

c) Sumber Daya : - Baterai DC 3 V : (UM-3,AA) x 2

AC Adaptor 3 Volt

26

Sinyal informasi yang dihasilkan dari kaset tape recorder berupa frekuensi

audio yang mempunyai sifat sinusoidal dengan karakteristik bandwidth frekuensi

20 Hz sampai dengan 20.000 Hz ( ± 20 kHz ).

Keluaran sinyal informasi dari sumber adalah sebagai berikut :

Sinyal informasi pada f: 826,4 Hz dan Vpp : 631,2 mV

Sinyal informasi pada f : 490,2 Hz dan Vpp : 975,0 mV

3.1.2 Penguat Op Amp Tx

Penguat yang digunakan pada Proyek Akhir ini adalah jenis penguatan tak

membalik (non-inverting) agar tegangan masukannya mempunyai fasa yang sama

dengan tegangan yang dihasilkan.

Untuk penguat pada pemancar direncanakan mempunyai peguatan 6 kali

dengan redaman 15,7 dB. Persamaan dari penguat inverting (2.3) adalah

RiRf

ViVoAv +== 1

mVVo2,631

6 =

Vo = 3787,2 mV

dari rencana perancangan diatas dengan nilai Ri sebesar 10 kΩ maka

6 = 1+ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛10000

Rf

Rf = 5 Ri

Rf = 50000 = 50 kΩ

27

Sehingga jika diambil harga nilai Rf = 10 kΩ maka besarnya nilai Ri =

2,134 kΩ, Ri digunakan R = 1 kΩ yang diseri dengan resistor 1,5 kΩ

Bagian penentuan V-offset

Voffset = 12

2

RRR+

× (-V)

Voffset = - 2,66 volt dan (-V) = 12 volt

2,66 volt= 12

2

RRR+

×12 volt

12

2

RRR+

= 1266,2

12 R2 – 2,66 R2 = 2,66 R1

9,34 R 2 = 2,66 R1

R2 = 3,5 R1

Jika diambil R2 = 10 kΩ

Maka R1 = 2,84 kΩ

digunakan resistor Rpot = 5 kΩ dan diatur supaya didapat nilai R yang hampir

sama dengan yang diinginkan

Sehingga rangkaian penguat dari pengondisi sinyal atau microphone dan dari

photo transistor dapat dirancang dengan nilai-nilai komponen seperti diatas,

Perhatikan gambar 3.2 rangkaian penguat op amp Tx.

28

LM741

+

-

10 k

2 k

100 k

10 uF

1 uFVin dari

Microphone

Vout ke LPF 15 KHz

Gambar 3.2 Penguat Op Amp Tx

Dipasangnya Ci pada rangkaian penguat op amp diatas adalah untuk

menahan setiap sinyal DC yang datang dari tahapan sebelumnya yang turut

diperkuat serta untuk membantu menahan setiap derau frekuensi rendah yang

turut masuk.

3.1 Filter LPF 15 KHz Tx – Rx dan LPF 95 KHz Rx

3.2.1 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima

Dalam Tugas Akhir ini dipilih filter aktif karena selain untuk mem-filter

frekuensi yang diinginkan juga sekaligus melakukan penguatan serta frekuensi

kerja dari alat yang direalisasikan lebih sesuai bila menggunakan filter aktif yakni

di bawah 1 MHz.

Sinyal keluaran dari sumber informasi (sinyal audio) akan di filter oleh

rangkaian low pass filter (LPF) 15 KHz

Spesifikasi LPF 15 KHz :

a. LPF aktif jenis butterworth

b. Frekuensi cut off = 15 KHz

c. Frekuensi stop band = 45 KHz

d. Redaman maksimum = 3 dB pada frekuensi cut off

29

e. Redaman minimum = 60 db pada frekuensi stop band

Rangkaian ini dirancang dengan frekuensi cut-off = 15 kHz sehingga dapat

ditentukan nilai dari R1 = R2 dan C3 = C4 adalah:

fC = RCπ21

Diambil nilai C = 0,01 µf

R = )1001,0()15000(2

16−×××π

R = 10.6 kΩ digunakan resistor ,10 kΩ

Berdasarkan tabel (2.3) faktor redaman (α) dapat ditentukan besarnya nilai

untuk RA dan RB dalah :

Untuk bagian pertama

α = 1,932

A

B

RR

= 2 − α

A

B

RR

= 0,068

diambil nilai RA = 100 kΩ maka RB = 6,8 kΩ

Untuk bagian kedua

α = 1,414

A

B

RR

= 0,586

Diambil nilai RA = 47 kΩ maka RB = 27 kΩ

30

Untuk bagian ketiga

α = 0,518

A

B

RR

= 1,482


Sehingga didapatkan hasil perancangan untuk low pass filter orde ke-6

seperti ditunjukkan dalam gambar 3.3

2K6U17 1

10nF

10nF

10nF

6Ω Ω VIN

Gambar 3.3 R

3.2.2 Filter LPF

Spesifikasi

a. LPF akt

10 k
2K10 k
+

-

U3

LM741

3

26

7 14 5

7 1

100K

6.8K

+

- LM741

3

26

4 5 10nF

10nF

10nF

2K2K6

2K2K6 Ω10 kΩ

10 kΩ Ω

ancangan LPF fC = 15 kHz Orde

95 KHz Penerima

LPF 95KHz :

if jenis butterworth

6 10 k
+
- LM741

3

26

4 5 27K

47K

610 k

22K

15K

VOUT ( 6 K

ke-6 Tipe Butt

Hz )15 kHz

erworth

31

b. Frekuensi cut off = 95 KHz

c. Frekuensi stop band = 300 KHz

d. Redaman maksimum = 3 dB pada frekuensi cut off

e. Redaman minimum = 60 dB pada frekuensi stop band

Setelah dilakukan perhitungan dengan spesifikasi filter LPF 95 KHz

diatas, maka diperoleh :

Rangkaian ini dirancang dengan frekuensi cut-off = 95Hz sehingga dapat

ditentukan nilai dari R1 = R2 dan C3 = C4 adalah:

fC = RCπ21

Diambil nilai C = 144pf

R = )10144()95000(2

19−×××π

R = 11.7 kΩ digunakan resistor ,12 kΩ

Berdasarkan tabel (2.3) faktor redaman (α) dapat ditentukan besarnya nilai

untuk RA dan RB dalah :

Untuk bagian pertama

α = 1,932

A

B

RR

= 2 − α

A

B

RR

= 0,068

diambil nilai RA = 100 kΩ maka RB = 6,8 kΩ

32

Untuk bagian kedua

α = 1,414

A

B

RR

= 0,586


Untuk bagian ketiga

α = 0,518

A

B

RR

= 1,482


Sehingga didapatkan hasil perancangan untuk low pass filter orde ke-6

seperti ditunjukkan dalam gambar 3.4

2K6

+

-

U3

LM741

3

26

7 14 5

+

- LM741

3

26

7 14 5 27K

100K

6.8K

22K

47K

15K

+

-

U1

LM741

3

26

7 14 5 10nF

10nF

10nF

10nF

10nF

10nF144pF

2K62K6

2K62K62K6

VOUT ( 6 KHz )

VIN

144pF

12 kΩ 12 kΩ 12 kΩ 12 kΩ

144pF 144pF

144pF

12 kΩ 12 kΩ

144pF

Gambar 3.4 Rancangan LPF fC = 95 KHz Orde ke-6 Tipe But

95 KHz

terworth

33

3.2 Modulator dan Demodulator FM-PLL

3.3.1 Modulator

Cara kerja modulator PLL adalah frekuensi output dari VCO akan dibagi

oleh N dan di feed back ke phase comparator PLL yang kemudian akan

dibandingkan dengan frekuensi dari crystal referensi (fo). Phase comparator akan

menghasilkan tegangan koreksi sesuai dengan perbedaan antara kedua frekuensi.

Tegangan koreksi ini akan ditambahkan ke sinyal pemodulasi masukan dan

diteruskan ke masukan VCO. Tegangan koreksi ini akan mengubah frekuensi

VCO ke harga yang sesuai. LPF berguna untuk menghindari frekuensi output

VCO berubah-ubah tegangan, feed back ke VCO dan menggagalkan proses

modulasi. Selain itu, LPF juga berguna untuk menjaga proses looping tidak di

lock pada frekuensi sisi.

3.2.1.1 Rangkaian Penjumlah

Rangkaian penjumlah adalah rangkaian yang akan menggabungkan

tegangan sinyal pemodulasi dengan tegangan keluaran LPF loop baru kemudian

masuk ke VCO sehingga terjadilah pross modulasi frekuensi. Penguat penjumlah

dalam sistem ini digunakan untuk menggabungkan beberapa sinyal masukan

menjadi satu sinyal keluaran, penguat penjumlah dirancang dengan menggunakan

op-amp IC 741. Dalam sistem ini digunakan penguat penjumlah secara langsung.

Sinyal keluaran ac dari VCO pin 9 dan keluaran dari LPF 15 Khz digabungkan

sehingga dihasilkan satu sinyal keluaran sebelum dipancarkan oleh pemancar FM.

Jika diketahui sinyal masukan :

Vi1 =A1sin(ω1t)

Vi2 =A2sin(ω2t)

34

Maka

Vo =A1sin(ω1t)+A2sin(ω2t)……………..(3.6)

Untuk A1=A2 sehingga

Vo = A(sin(ω1t) + sin(ω2t))….………….(3.7)

Berdasarkan Persamaan (2.32) maka dapat ditentukan besarnya RB dan R1

dan R2 agar level tegangan pada keluaran penguat penjumlah masih dapat

ditransmisikan oleh pemancar FM.

Diketahui dari lembar data sheet IC MC14046B besarnya frekuensi VCOout jika

VCOin = 21 VDD

Dimana VDD = 5 Volt jadi diambil VCOout = 2,5 Volt

Dengan Vi1 adalah Vout VCO = 2,5 sin(ω1t)

Dan Vi2 adalah Vout dari LPF 15 Khz = 2,5 sin(ω2t)

Diambil harga R1 = R2

sehingga untuk R1 = 10 kΩ maka RB = 10 kΩ.

Maka hasil penjumlahannya adalah

Vout = − ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ + )5,2(

1010)5,2(

1010

kk

kk

Vout = −( 2,5 (sin(ω1t) + sin(ω2t)) ) Volt

Besarnya nilai Kapasistor – kapasitor dari penguat penjumlah AC dapat ditentukan

dengan persamaan :

R = Cfc ××π2

1

Untuk masukan dengan frekuensi = 15 kHz dengan nilai C = 0,1 µF

35

R = )101,0()1015()2(

163 −××××π

R = 265,40 Ω

digunakan Rpot = 10 kΩ dan diatur pada nilai R = 265,40 Ω

Untuk dengan frekuensi = 95 kHz

R = )101,0()95000()2(

16−×××π

R = 227,47 Ω

Digunakan Rpot = 10 kΩ dan diatur pada nilai resistor 227,47 Ω

Sehingga rancangan rangkaian penguat penjumlah tersebut dapat ditunjukkan

pada gambar 3.5.

-

+

LM741

3

26

7 14 5

10K

10K

10K

VCC -12V

VCC +12V

0,1 uF

0,1 uF

VIN 1

VIN 2

Gambar 3 5 Rancangan Penguat Penjumlah 3.2.1.2 Rangkaian Osilator Referensi

Untuk menghasilkan frekuensi referensi sebesar 10 KHz yang stabil,

digunakan osilator crystal. Untuk realisasinya dalam proyek akhir ini

menggunakan IC TC5082. Rangkaian dasarnya ditunjukkan pada gambar 3.6

dibawah ini :

36

1 2 3 4 5 6 7 8 9

100 nF

60 pF33 pF

10 uF

X-Tal

VCC

KePh

asaC

ompa

rato

r

Gambar 3.6 Rancangan osilator referensi dan pembagi frekuensi

Selain sebagai osilator referensi, IC TC5082 ini juga berfungsi sebagai pembagi

frekuensi.

3.3.2 Demodulator

Prinsip kerja demodulator FM-PLL adalah dengan menghubungkan

keluaran detektor fasa yang memiliki fungsi untuk mengubah perbedaan fasa

sinyal termodulasi FM dan keluaran VCO menjadi tegangan ke LPF loop,

kemudian menghubungkan keluaran LPF loop ke masukan VCO, akan terbentuk

sebuah PLL yang mampu mengunci sinyal masukannya, jika dibuat agar daerah

kuncian dari PLL cukup lebar sehingga mampu untuk mengikuti perubahan

frekuensi sinyal masukan tanpa proses yang menggelincir, maka sebuah PLL

dapat digunakan sebagai demodulator.

37

3.3.2.1 Detektor fasa

Detektor fasa adalah subsistem PLL yang berfungsi untuk mendeteksi

adanya perbedaan fasa antara simyal masukan demodulator dengan sinyal umpan

balik VCO.

Demodulator menggunakan IC MC 14046 B yang mempunyai dua buah detektor

fasa. Pada tugas akhir ini akan menggunakan detektor fasa jenis edge triggered

karena detektor fasa ini tidak tergantung pada duty cycle sinyal yang masuk pada

detektor fasa.

Perhitungan nilai Kd pada detektor fasa berdasarkan rumus pendekatan dari

pabrik IC MC 14046 B.

θe = θmax - θmin = π

Kd = eVV

θminmax− =

π012 − = 3,82 V/rad/det

3.3.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) Modulator dan Demodulator

Jangkauan VCO ditentukan oleh banyaknya kapasitor C dan R1, R2.

Dalam perancangan tugas akhir ini ditentukan fmin = 10 Khz, fmax = 100 KHz serta

C = , maka didapat :

)32(1

min pFCRbf

+= ; maka Rb = 96,899 KΩ

minmax )32(1 f

pFCRaf +

+= ; maka Ra = 10,766 KΩ

Nilai perhitungan diatas adalah nilai pendekatan yang tertera pada data

sheet MC 14046B yang mempunyai kemungkinan error 20%.

38

Nilai sensitivitas VCO :

2..2

−∆

=Vcc

fKv VCOπ

= 56,52 Krad/det/V

DEMOD OUT102COMPIN

35

Vin (

100 kΩ

F

15 Khz

3.3.2.3 L

La

a.

D

1n

MC14046B

GND8VDD

16

C1A6

C1B7

R111

R212

ZENER15

PHCOMP I OUTPHCOMP II OUT

13

PHPULSE1

VCOOUT4

INHSIGIN

14

VCOIN9

1 M

10 K

VCC +5V

10 nF

VCO out ( 2kHz - 6kHz )

2,23 V - 3,42 V)

10 kΩ

10 Khz-100Khz

Gambar 3.7 Rancangan VCO

PF Loop Modulator dan Demodulator

ngkah perancangan filter LPF loop adalah :

Menentukan lebar pita FM masukan demodulator

ari spesifikasi modulator, ∆f = 30 KHz, fm = 15 KHz dan fr = 50 KHz.

Maka BWFM = 2 (∆f +fm )

= 90 KHz

= 565,2 Krad/det

39

b. Mencari daerah kuncian maksimum

∆ω\L = 2

FMBW = 282,6 Krad/det

c. Mencari frekuensi natural

Dengan faktor redaman 0,707 dan overshoot 20%

ωn = ζ

ω.2

L∆ = 201,86 Krad/det

d. Mencari nilai nilai resistor LPF loop jika ditentukan C = 1,5 nF

Dari perhitungan sebelumnya didapat :

Kv = 56,52 Krad/det/V

Kd = 3,82 V/rad/det

Maka :

Modulator :

R5 = CKvKd

n

n

/..5,0 ⎭

⎬⎫

⎩⎨⎧

−ω

ς = 0,23 Ω

R4 = 5.

.2 R

CKvKd

n

−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

ω = 1,0.7 MΩ

Demodulator :

R5 = CKvKd

n

n

/..5,0 ⎭

⎬⎫

⎩⎨⎧

−ω

ς = 2 K Ω

R6 = 5.

.2 R

CKvKd

n

−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

ω = 1,5 KΩ

40

R5R

4

C5

Input dariPhasa Comparator

Output keRangkaian Penjumlah

Gambar 3.8 Rangkaian LPF loop modulator dan demodulator

Dari perancangan per bagian dari rangkaian modulator tersebut diatas

dapat digambarkan rangkaian Modulator secara keseluruhan adalah sebagai

berikut :

1

7

6

5

4

3

2

8 9

11 112

13

14

1516

10

MC

1404

6B

10 k

100 k1 2 3 4 5 6 7 8 9

10uF

10uF

X-Tal

-

+-

+10 k

33pF

2,2nF

1,1nF

-

+

C1

VCO out keLED Driver

Dari LPF 15 KHz

10 k

10 k

10 k

10 k140

10 k

56 k

100nF

2,2nF

Gambar 3.9 Rangkaian Modulator

41

3.4 Driver LED dan LED

LED yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah LED55C yang

mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

1. Arus forward (IF) = 100 mA

2. Tegangan reverse = 3 V

3. Disipasi daya (pada temperature 250 ) = 170 mW

4. Peak emission wavelength (λ ) = 940 nm (pada IF = 100 mA)

5. Sudut emission pada ½ daya = ±80 pada IF = 100 mA

LM741

BC549

6,8 KRl

120Ohm

10mikro, 16V

Vcc

Vcc

VccVcc

-

+

Cahaya yang dihasilkan dari LED digunakan sebagai pembawa informasi

menuju udara bebas sebagai media transmisi yang digunakan dalam tugas akhir

ini. Perubahan intensitas cahaya LED sangat tergantung dari perubahan arus DC

yang mengalir dalam LED, sehingga dibutuhkan rangkaian LED driver (rangkaian

pengendali LED).

Gambar 3 10 Rangkaian LED driver

Dengan melihat datasheet, VE = 1,5 Volt s.d 12 volt

IE min = 12,5 mA IE max = 100 mA

Pmin = 18,750 mWatt Pmax = 1,2 Watt

42

Dengan R

VEIE = , maka diperoleh RL min = 120 Ohm dan RL max = 15 Ohm

dan P max = VE x R diperoleh P max = 1,2 watt ini berarti RL yang dibutuhkan

sebesar 120 Ohm, ≥ 1,2 watt.

3.5 Detektor Cahaya dan Penguat Rx

3.5.1 Photoransistor

Phototransistor yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah

phototransistor NPN L14G3 yang cocok digunakan sebagai detektor cahaya dari

sumber cahaya LED 55C.

Spesifikasi dari phototransistor jenis ini adalah :

1. Turn on time = 8 µs

2. Turn off time = 7 µs

3. Disipasi daya (pada temperature ambient 250 C) = 300 mW

RLVout ke

Pre Amplifier

Vcc

Ket ngan :Pho ransistor L14G3Rl 00 Ohm

eratot= 1

4. Sumber cahaya adalah LED GaAs yang mengemisikan cahaya pada

panjang gelombang = 940 nm.

Gambar 3 .11 Rangkaian detector cahaya

43

Tegangan yang melintasi RL :

Nilai RL sebesar 100 Ohm

LERL RIV .=

dimana : IE = (1+h.f.e) IB

Dengan : h = konstanta plank (6,63.10-34 Js)

c = cepat rambat cahaya diudara (3.108 m/s)

η = efisiensi kuantum

e = muatan electron (1,6.10-19 C)

100..

...)..1(chpeefhVRL

λη+= ≈ 136,8 mVolt

Nilai VRL = 136,8 mVolt

Sinyal cahaya yang termodulasi FM diubah oleh phototransistor menjadi

arus listrik yang besarnya sebanding dengan daya optik yang diterima. Timbulnya

arus listrik menyebabkan adanya tegangan yang melintasi beban RL. Karena

tegangan yang melintasi beban besarnya dalam orde beberapa mVolt, maka

diperlukan penguat tegangan agar sinyal termodulasi FM yang diterima dapat

menggerakkan blok selanjutnya.

3.5.2 Penguat Op Amp pada Penerima

Penguatan yang direncanakan memiliki penguatan minimum 60 dB pada

frekuensi gerak bebas PLL.

44

LM741

+

-10 Kohm

10 M ohm

100Kohm

10 uF,25v

1uF,16vVin dari

Phototransistor

Vout ke LPF 95 KHz

Gambar 3.12 Rangkaian penguat op amp Rx

3.6 Penguat Audio dan Speaker

3.6.1 IC TBA820M

IC TBA820M merupakan penguat audio yang cocok digunakan untuk

frekuensi rendah , yakni penguat audio kelas B. Selain itu, IC ini mempunyai

range power supply yang bervariasi yakni 3V s.d 16V yang cocok digunakan

sebagai penguat audio tape recorder dan memiliki konsumsi daya yang rendah.

3.6.2 Speaker

Loud speaker adalah alat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi

sinyal suara. Sehingga kita dapat memantau apakah sinyal yang masuk pada

sistem akan sama dengan sinyal yang keluar dari sistem.

Loud speaker yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah loud speaker dengan

hambatan 8 ohm dan daya 0,4 watt.

45

TBA820M

100uF,15v 47uF

220uF

100uF,6v

120ohm 1ohm10Kohm

Speaker

Vcc

Vin

Gnd

220pF

0,1uF

220pF

Gambar 3.13 Rangkaian penguat audio

3.7 Cara Kerja Alat secara Keseluruhan

Sinyal informasi berupa sinyal audio yang dihasilkan oleh kaset dari tape

recorder , berupa sinyal sinusoidal di kuatkan oleh penguat op amp pada

rangkaian pemancar. Setelah mengalami penguatan tegangan, sinyal informasi

melalui rangkaian LPF aktif yang mempunyai frekuensi cut off 15 Khz. Dalam

LPF ini, sinyal diatas frekuensi cut off diredam sehingga frekuensi yang lolos dari

LPF adalah frekuensi dibawah 15 KHz. LPF aktif ini juga akan mengurangi ripple

sinyal informasi yang dihasilkan oleh tape recorder.

Setelah melalui LPF, sinyal informasi diteruskan ke blok rangkaian

berikutnya yakni rangkaian kopling dan penyangga. Pada rangkaian kopling, akan

memblok sinyal DC dan meneruskan sinyal AC. Kemudian sinyal yang telah

mengalami penguatan akan diolah oleh rangkaian penyangga . Yaitu rangkaian

yang menguatkan arus listrik dari sinyal informasi.

Kemudian sinyal informasi akan masuk ke rangkaian modulator untuk

selanjutnya terjadi proses modulasi PLL. Modulasi yang digunakan dalam tugas

akhir ini adalah modulasi FM-PLL dengan menggunakan IC14046B dengan ∆f =

46

30KHz, fm = 15KHz, dan fr = 50 KHz. Sinyal yang masuk ke dalam rangkaian

modulator ini adalah sinyal yang telah mengalami penguatan tegangan dan

penguatan arus.

Sinyal informasi (tegangan sinyal pemodulasi) dengan tegangan keluaran

LPF loop masuk ke rangkaian penjumlah yang kemudian masuk ke VCO

sehingga terjadilah proses modulasi.

Rangkaian VCO mengubah dari tegangan ke frekuensi (voltage to

frequency coverter) dari sinyal audio. Prinsip kerja dari rangkaian pemancar

adalah amplitude atau tegangan masukan sinyal audio akan menyebabkan

frekuensi keluaran VCO akan berubah-ubah sesuai dengan besarnya tegangan

masukan sinyal audio yang masuk. Perubahan tegangan pada masukan VCO ini

akan menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi osilator sehingga terjadi

modulasi. Sinyal audio yang masuk akan ditumpangkan pada sinyal carrier dan

akan diterima oleh penerima LED pada band frekuensi 30KHz.

Sebelum sinyal masuk ke dalam rangkaian LED driver, buffer akan

menaikkan nilai impedansi masukanan untuk menghindari hilangnya tegangan

yang disebabkan Rs>>Zin, kemudian sinyal informasi baru melalui LED driver.

Rangkaian driver disini berfungsi untuk menggerakkan LED dari keluaran

VCO. Transistor akan on-off sesuai dengan frekuensi keluaran VCO yang juga

akan menyebabkan LED akan on-off sesuai dengan frekuensi VCO out.

Setelah itu sinyal informasi akan ditransmisikan melalui udara bebas

sebagai media transmisinya dan akan diterima oleh rangkaian penerima.

Pada alat penerima, sinyal listrik akan ditangkap oleh basis

phototransistor. Sinyal listrik tersebut akan dikuatkan oleh rangkaian penguat

47

yang terdapat pada rangkaian penerima . Penguatan ini dilakukan untuk mengatasi

rugi-rugi transmisi. Rangkaian penguat ini bisa diatur tingkat penguatannya.

Selain sinyal dikuatkan oleh rangkaian penguat, sinyal juga mengalami penguatan

yang dilakukan oleh phototransistor.

Sinyal informasi kemudian dilanjutkan ke blok rangkaian selanjutnya LPF

95 KHz, artinya bahwa sinyal dibawah frekuensi cut off 95 KHz akan diredam.

Kemudian oleh rangkaian demodulator FM-PLL sinyal informasi yang telah

ditumpangkan pada sinyal carrier akan dipisahkan sehingga yang akan diteruskan

pada blok rangkaian LPF 15 KHz adalah sinyal informasi.

Jadi pada penerima, sinyal cahaya diubah ke sinyal listrik, kemudian

dikuatkan arus dan tegangannya. Kemudian di demodulasi antara sinyal informasi

dan sinyal carrienya .Setelah itu, barulah sinyal dikuatkan oleh penguat audio.

Dan akhirnya sinyal sudah cukup kuat untuk didengarkan melalui pengeras suara

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISIS

4.1 Tujuan Pengukuran

Tujuan dilakukan pengukuran pada Tugas Akhir ini adalah untuk

mengamati apakah sinyal informasi sebelum dan sesudah memasuki transmisi

udara bebas mengalami perubahan atau tidak. Apabila pada penerima informasi

sinyal informasi yang disampaikan tidak sama dengan sinyal informasi pada

sumber informasi maka dilakukan analisis.

Peralatan yang digunakan dalam pengukuran adalah :

1. Generator sinyal = sebagai pembangkit sinyal audio

2. Catu daya = sebagai tegangan masukan.

3. Osiloskop = sebagai layar tampilan hasil pengukuran sinyal.

4. Frekuensi counter = sebagai penghitung clock

5. Voltmeter dan multimeter

4.2 Pengukuran Tiap Blok Rangkaian Pemancar dan Penerima

GeneratorSinyal

Penguat Txatau Rx Osiloskop

Catu Daya

4.2.1 Penguat Op Amp Pemancar dan Penerima

Gambar 4.1 Blok diagram pengukuran penguat Tx dan Rx

49

Tabel 4.1 Pengukuran Respon Penguat 15 KHz

Tegangan

Masukan

Tegangan

Keluaran Secara

Teori

Tegangan

Keluaran Hasil

Pengukuran No

(miliVolt) (miliVolt) (miliVolt)

1 250 1,075 1,078

2 300 1,288 1,291

3 350 1,440 1,440

4 400 1,674 1,675

5 450 1,862 1,862

6 500 2,079 2,081

7 550 2,300 2,300

8 600 2,532 2,534

9 650 2,722 2,722

10 700 2,939 2,941

11 750 3,144 3,144

12 800 3,315 3,316

13 850 3,626 3,628

14 900 3,816 3,816

15 950 4,064 4,065

16 1,000 4,220 4,222

17 1,100 4,687 4,690

18 1,200 5,696 5,697

19 1,300 5,534 5,534

20 1,400 5,971 5,972

∑ 63,984 64,008

50

Teori Respon Penguat Pemancar 15 KHz

0100200300400500600700800900

1,0001,1001,2001,3001,4001,500

1,075 1,672 2,297 2,938 3,625 4,219 5,531

Tegangan Masukan (mV)

Tega

ngan

Kel

uara

n (m

V)

PengukuranresponPenguatpemancar

Pengukuran Respon Penguat Pemancar

0100200300400500600700800900

1,0001,1001,2001,3001,4001,500

1,075 1,672 2,297 2,938 3,625 4,219 5,531


Tega

ngan

Kel

uara

n (m

V)


Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Respon Penguat 15 KHz

Gambar 4.3 Grafik Teori Respon Penguat 15 KHz

51

Hubungan Keluaran Pemancar 15 KHz

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1,000

1,100

1,200

1,300

1,400

1,500

1,075 1,674 2,300 2,939 3,626 4,220 5,534


Tega

ngan

Kel

uara

n (m

V)

PengukuranResponPenguatpemancarTeori ResponPenguatPemancar

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Respon Penguat 15 KHz

Teori dan Pengukuran

Berdasarkan hasil pengukuran tegangan keluaran pada table 4.2 dapat

dianalisa dengan regresi linear. Tegangan Keluaran pada teoritis sebagai (Y) dan

tegangan keluaran pengukuran dianggap sebagai (X).

Pengolahan data dengan menggunakan regresi linear dapat ditunjukkan

dibawah ini :

N = 20

∑ Xi = 63,984 mV X = 3,199 mV

∑ Yi = 64,008 mV Y = 3,200 mV

∑ Xi2 = 4.093.952,256mV = 4.093,952Volt

52

∑ Yi2 = 4.097.024,064 mV = 4.097,024Volt

∑ Xi Yi = 246.898,992mV = 246,898Volt

Dengan Menggunakan Persamaan, maka didapat :

a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

a1 = 2)984,63()256,952.093.420()008,64984,63()992,898.24620(

−−

XXX

a1 = 0.011 mV

a1 = 0.000011 V

a0 = Y - a1 X

a0 = 3,200 - (0.011 x 3,199)

a0 = 3.165,749 mV

a0 = 3,165 V

53

Tabel 4.2 Komputasi Respon Penguat 15 KHz

Tegangan

Keluaran

Hasil

Pengukuran

Tegangan

Keluaran

Secara Teori

No

(miliVolt) (miliVolt) (Volt) (Volt)

Selisih

1 1,075 1,078 4.5046 4.4074 0.0971

2 1,288 1,291 3.6458 3.5672 0.0786

3 1,440 1,440 3.0990 3.0323 0.0667

4 1,674 1,675 2.3268 2.2767 0.0501

5 1,862 1,862 1.7913 1.7528 0.0386

6 2,079 2,081 1.2531 1.2260 0.0270

7 2,300 2,300 0.8107 0.7933 0.0174

8 2,532 2,534 0.4441 0.4345 0.0096

9 2,722 2,722 0.2289 0.2239 0.0049

10 2,939 2,941 0.0673 0.0658 0.0015

11 3,144 3,144 0.0032 0.0031 0.0001

12 3,315 3,316 0.0134 0.0131 0.0003

13 3,626 3,628 0.1828 0.1789 0.0039

14 3,816 3,816 0.3790 0.3708 0.0082

15 4,064 4,065 0.7475 0.7314 0.0161

16 4,220 4,222 1.0437 1.0212 0.0225

17 4,687 4,690 2.2189 2.1712 0.0477

18 5,696 5,697 6.2330 6.0987 0.1343

19 5,534 5,534 5.4457 5.3283 0.1174

20 5,971 5,972 7.6818 7.5163 0.1655

∑ 63,984 64,008 42.1205 41.213 0.9076

( )21 YY − ( )2iX1a0aYi −−

54

Berdasarkan table 4.6 maka diperoleh nilai Simpangan Baku total, sebagai

berikut :

St = ∑ = 42.1205 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 1,4889

Dan galat baku taksiran yaitu :

Sr = ∑ = 41.213 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 1,5131

Besarnya data error rata-rata = n

errorΣ

= 209076.0 = 0.04

Pada penguat Tx ketika frekuensi masukanan sinyal generator 15 KHz,

maka penguatan yang terjadi adalah 4,3 kali. Hal ini berarti penguat pada Tx yang

direalisasikan sudah sesuai dengan hasil perancangan alat yang diinginkan.

Sedangkan pada penguat Rx, hasil perancangan alat yang diinginkan

adalah 11 kalinya. Setelah dilakukan pengujian dengan frekuensi masukanan

sinyal generator sebesar 95 KHz, penguatan yang terjadi terus akan mengalami

penurunan pada saat Vin (Vpp)-nya semakin besar. Dengan kata lain, pada

penguat Rx yang telah direalisasikan hanya bagus digunakan pada saat Vin-nya

dibawah 650 mVpp. Walaupun penguatan yang diharapkan tidak sesuai, Vout

pada penguat Rx sudah dapat menggerakkan untuk blok selanjutnya yakni LPF 95

KHz pada penerima.

55

Tabel 4.3 Pengukuran Respon Penguat 95 KHz

Tegangan Masukan

Tegangan Keluaran Secara Teori

Tegangan Keluaran Hasil Pengukuran No

(miliVolt) (miliVolt) (miliVolt)

1 250 1,256 1,259

2 300 1,420 1,423

3 350 1,440 1,581

4 400 1,674 1,706

5 450 1,862 1,769

6 500 1,877 1,879

7 550 2,300 1,925

8 600 2,001 2,003

9 650 2,722 2,003

10 700 2,048 2,050

11 750 3,144 2,066

12 800 2,096 2,097

13 850 3,626 2,128

14 900 3,816 2,128

15 950 2,143 2,144

16 1,000 4,220 2,159

17 1,100 4,687 2,206

18 1,200 2,205 2,206

19 1,300 5,534 2,222

20 1,400 2,236 2,237

∑ 52,307 39,191

Teori Respon Penguat Penerima 95 KHz

0100200300400500600700800900

1,0001,1001,2001,3001,4001,500

1,256 1,703 1,922 2,047 2,125 2,156 2,219

Tegangan Input (mV)

Tega

ngan

Outpu

t (mV)

Teori ResponPenguatPenerima

Gambar 4.5 Grafik Pengukuran Respon Penguat Penerima 95 KHz

56

Pengukuran Respon Penguat Penerima 95 KHz

0100200300400500600700800900

1,0001,1001,2001,3001,4001,500

1,259 1,706 1,925 2,050 2,128 2,159 2,222

Tegangan Masukan(mV)

Tega

ngan

Kel

uara

n (m

V)

PengukuranResponPenguatPenerima

Gambar 4.6 Grafik Teori Respon Penguat Penerima 95 KHz

Hubungan Keluaran Penerima 95 KHz

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1,000

1,100

1,200

1,300

1,400

1,500

1,256 1,674 2,300 2,048 3,626 4,220 5,534

Tegangan Keluaran Teoritis (mV)

Tega

ngan

Kel

uara

n Pe

nguk

uran

(mV)

PengukuranResponPenguatPenerimaTeori ResponPenguatPenerima

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Respon Penguat 95 KHz

57

Berdasarkan hasil pengukuran tegangan keluaran pada table 4.2 dapat

dianalisa dengan regresi linear. Tegangan Keluaran pada teoritis sebagai (Y) dan

tegangan keluaran pengukuran dianggap sebagai (X).


dibawah ini :

N = 20

∑ Xi = 52,307mV X = 2,615 mV

∑ Yi = 39,191mV Y = 1,960 mV

∑ Xi2 = 2.736.022,249 mV = 2.736,022 Volt

∑ Yi2 = 1.535.934,481 mV = 1.535,934Volt

∑ Xi Yi = 106.576,474Mv = 106,576 Volt

Dengan Menggunakan Persamaan, maka didapat :

a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

a1 = 2)307,52()022,766.220()191,39307,52()576,10620(

−−

xxx

a1 = 0.0000016

a0 = Y - a1 X

a0 = 31,960 - (0.0000016 x 2,615)

a0 = 1.955

58

Tabel 4.4 Respon Penguat 95 KHz

Tegangan Keluaran Hasil

Pengukuran

Tegangan Keluaran Secara

Teori

No


Selisih

1 1,256 1,259 0.4908 0.4878 0.0030 2 1,420 1,423 0.2879 0.2859 0.0020 3 1,440 1,581 0.1433 0.1419 0.0014 4 1,674 1,706 0.0643 0.0635 0.0007 5 1,862 1,769 0.0363 0.0359 0.0004 6 1,877 1,879 0.0065 0.0063 0.0002 7 2,300 1,925 0.0012 0.0012 0.0000 8 2,001 2,003 0.0019 0.0020 -0.0001 9 2,722 2,003 0.0019 0.0019 0.0000 10 2,048 2,050 0.0082 0.0083 -0.0002 11 3,144 2,066 0.0113 0.0112 0.0002 12 2,096 2,097 0.0189 0.0191 -0.0002 13 3,626 2,128 0.0284 0.0278 0.0005 14 3,816 2,128 0.0284 0.0277 0.0006 15 2,143 2,144 0.0340 0.0343 -0.0003 16 4,220 2,159 0.0398 0.0388 0.0010 17 4,687 2,206 0.0607 0.0591 0.0016 18 2,205 2,206 0.0607 0.0611 -0.0003 19 5,534 2,222 0.0689 0.0665 0.0024 20 2,236 2,237 0.0770 0.0773 -0.0003

∑ 52,307 39,191 1.4703 1.458 0.0127

( )21 YY − ( )2iX1a0aYi −−


berikut :

St = ∑ = 1.4703 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0,2782


Sr = ∑ = 1.458 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0.2846

59


errorΣ

= 20

0.012 = 0,000635

GeneratorSinyal

LPF 15 KHz Txatau LPF 95 KHz Rx Osiloskop

Catu Daya

7

4.2.2 Filter LPF 15 KHz Pemancar dan Penerima serta Filter LPF 95 KHz

Penerima

Gambar 4.8 Blok pengukuran LPF 15 KHz Tx-Rx

dan LPF 95 KHz Rx

Hasil pengukuran blok filter LPF 15 KHz Tx menunjukkan pada saat Vin

= 2 Vpp, maka frekuensi cut off pada saat redaman 3 dB tidak didapatkan secara

tepat. Seharusnya frekuensi cut off yang terjadi pada saat Vin = 2 Vpp maka Vout

= 1,414 Vpp. Pada pengujian blok ini tidak didapatkan angka Vout 1,414 Vpp,

akan tetapi dapat diperkirakan bahwa frekuensi cut off pada LPF 15 KHz Tx

berada antara 14,5 KHz dan 15 KHz. Setelah dilakukan pengukuran beberapa kali

dan dilakukan pengamatan, frekuensi cut off -nya berada pada frekuensi 14,92

KHz. Hal ini berarti LPF 15 KHz Tx yang direalisasikan sudah dapat digunakan

ke dalam sistem yang diinginkan.

60

Tabel 4.5 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Tx

Frekuensi Vin Vout Vout/Vin Frekuensi Vin Vout Vout/Vin No

(KHz) (mVpp) (Vpp) (dB) No

(KHz) (mVpp) (Vpp) (dB)

1 0,5 2 2.000 0 21 10.5 2 2.391 1.434

2 1 2 2.000 0 22 11 2 2.391 1.434

3 1.5 2 2.000 0 23 11.5 2 2.359 1.434

4 2 2 2.016 0.069 24 12 2 2.281 1.138

5 2.5 2 2.031 0.133 25 12.5 2 2.188 0.780

6 3 2 2.031 0.133 26 13 2 2.047 0.202

7 3.5 2 2.047 0.202 27 13.5 2 1.891 -0.487

8 4 2 2.047 0.202 28 14 2 1.719 -1.315

9 4.5 2 2.063 0.269 29 14.5 2 1.531 -2.321

10 5 2 2.094 0.399 30 15 2 1.375 -3.255

11 5.5 2 2.094 0.399 31 15.5 2 1.203 -4.415

12 6 2 2.109 0.082 32 16 2 1.047 -5.622

13 6.5 2 2.156 0.652 33 16.5 2 0.906 -6.875

14 7 2 2.172 0.728 34 17 2 0.781 -8.165

15 7.5 2 2.219 0.906 35 17.5 2 0.687 -9.389

16 8 2 2.234 0.961 36 18 2 0.593 -10.549

17 8.5 2 2.281 1.142 37 18.5 2 0.515 -11.774

18 9 2 2.313 1.263 38 19 2 0.453 -12.897

19 9.5 2 2.359 1.434 39 19.5 2 0.390 -14.186

20 10 2 2.391 1.434 40 20 2 0.343 -15.294

61

Grafik Tanggapan frekuensi LPF 15 KHz Pemancar

-16.00

-14.00

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00

0.50 2.00 3.50 5.00 6.50 8.00 9.50 11.00 12.50 14.00 15.50 17.00 18.50 20.00

Penguatan (dB)

Frek

uens

i Mau

kan

(KH

z)


Gambar 4.9 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Tx

Pada tabel hasil pengukuran LPF 15 KHz Rx menunjukkan bahwa pada

saat Vin = 2 Vpp maka nilai redaman -3 dB tidak tepat ditemukan. Sama halnya

dengan LPF 15 KHz pada Tx, dapat diperkirakan bahwa frekuensi cut off yang

terjadi terletak pada frekuensi antara 15 KHz sampai 15,5 KHz. Pada saat

dilakukan pengukuran dan pengamatan dengan teliti dengan menggunakan

osiloskop, frekuensi cut off yang terjadi ternyata berada pada frekuensi 15,05

KHz. Hal ini dianggap bahwa LPF yang telah direlisasikan sudah memenuhi

perancangan yang diinginkan.

62

Tabel 4.6 Nilai hasil pengukuran LPF 15 KHz Rx

Frekuensi Vin Vout Vout/Vin Frekuensi Vin Vout Vout/VinNo

(KHz) (Vpp) (Vpp) (dB) No

(KHz) (Vpp) (Vpp) (dB)

1 0,5 2 2.031 0.134 21 10.5 2 1.984 -0.0698

2 1 2 2.031 0.134 22 11 2 1.984 -0.0698

3 1.5 2 2.031 0.134 23 11.5 2 1.984 -0.0698

4 2 2 2.016 0.069 24 12 2 1.937 -0.278

5 2.5 2 2.016 0.069 25 12.5 2 1.891 -0.487

6 3 2 2.016 0.069 26 13 2 1.850 -0.635

7 3.5 2 2.016 0.069 27 13.5 2 1.781 -1.007

8 4 2 2.016 0.069 28 14 2 1.719 -1.315

9 4.5 2 2.016 0.069 29 14.5 2 1.516 -2.407

10 5 2 2.016 0.069 30 15 2 1.453 -2.775

11 5.5 2 2.016 0.069 31 15.5 2 1.312 -3.662

12 6 2 2.016 0.069 32 16 2 1.203 -4.415

13 6.5 2 2.016 0.069 33 16.5 2 1.031 -5.755

14 7 2 2.016 0.069 34 17 2 0.921 -6.727

15 7.5 2 2.016 0.069 35 17.5 2 0.781 -8.165

16 8 2 2.016 0.069 36 18 2 0.687 -9.275

17 8.5 2 2.016 0.069 37 18.5 2 0.640 -9.888

18 9 2 2.016 0.069 38 19 2 0.531 -11.515

19 9.5 2 2.016 0.069 39 19.5 2 0.531 -11.515

20 10 2 1.984 -0.0698 40 20 2 0.431 -13.312

63

Grafik Tanggapan frekuensi LPF 15 KHz Penerima

-14.00

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00

0.50 2.00 3.50 5.00 6.50 8.00 9.50 11.00 12.50 14.00 15.50 17.00 18.50 20.00

Penguatan (dB)

Frek

uens

i Mau

kan

(KH

z)


Gambar 4.10 Grafik Pengukuran LPF 15 KHz Rx

Analisis yang dapat diambil dari hasil realisasi dan pengukuran LPF 15

KHz pada pemancar maupun pada penerima mengalami pergeseran frekuensi cut

off dari perancangan yang diinginkan. Hal ini terjadi karena terdapat penggantian

nilai beberapa kapasitor yang digunakan tidak sesuai dengan hasil perancangan.

Penggantian nilai kapasitor ini dikarenakan pasaran tidak ada sehingga digunakan

nilai kapasitor yang mendekati dengan hasil perancangan. Data komponen nilai

yang digunakan secara lengkap terdapat dalam lampiran A.

Hasil realisasi LPF 15 KHz pada sistem pemancar maupun penerima

mempinyai akurasi kesalahan mendekati nol. Hal ini berarti LPF 15 KHz pada

pemancar maupun penerima dapat direalisasikan dengan baik.

64

Tabel 4.7 Nilai hasil pengukuran LPF 95 KHz Rx

Frekuensi Vin Vout Vout/Vin Frekuensi Vin Vout Vout/VinNo

(KHz) (Vpp) (Vpp) (dB) No

(KHz) (Vpp) (Vpp) (dB)

1 5 2 2.036 0.155 21 55 2 2.016 0.069

2 7.5 2 2.036 0.155 22 57.5 2 2.016 0.069

3 10 2 2.036 0.155 23 60 2 2.016 0.069

4 12.5 2 2.036 0.155 24 62.5 2 2.406 1.605

5 15 2 2.036 0.155 25 65 2 2.422 1.662

6 17.5 2 2.036 0.155 26 67.5 2 2.406 1.605

7 20 2 2.036 0.155 27 70 2 2.391 1.551

8 22.5 2 2.036 0.155 28 72.5 2 2.391 1.551

9 25 2 2.036 0.155 29 75 2 2.328 1.319

10 27.5 2 2.036 0.155 30 77.5 2 2.297 1.202

11 30 2 2.036 0.155 31 80 2 2.188 0.780

12 32.5 2 2.036 0.155 32 82.5 2 2.094 0.398

13 35 2 2.036 0.155 33 85 2 1.984 -0.069

14 37.5 2 2.036 0.155 34 87.5 2 1.797 -0.929

15 40 2 2.036 0.155 35 90 2 1.719 -1.315

16 42.5 2 2.036 0.155 36 92.5 2 1.594 -1.971

17 45 2 2.036 0.155 37 95 2 1.437 -2.871

18 47.5 2 2.016 0.069 38 97.5 2 1.328 -3.557

19 50 2 2.016 0.069 39 100 2 1.219 -3.802

20 52.5 2 2.016 0.069 40 102.5 2 1.078 -5.368

65

Grafik Tanggapan frekuensi LPF 95 KHz

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

5.00 12.50 20.00 27.50 35.00 42.50 50.00 57.50 65.00 72.50 80.00 87.50 95.00 102.50

Penguatan (dB)

Frek

uens

i Mau

kan

(KH

z)


Gambar 4.11 Grafik Pengukuran LPF 95 KHz

Pada hasil pengukuran LPF 95 KHz Rx pada saat Vin = 2 Vpp

menunjukkan bahwa frekuensi cut off terletak antara frekuensi 95 KHz – 97,5

KHz. Hal ini terjadi karena terdapat penggantian nilai kapasitor yang tidak sesuai

dengan perancangan yang disebabkan pasaran tidak tersedia.

Setelah dilakukan pengukuran dan pengamatan maka frekuensi cut off

pada LPF 95 KHz Rx terdapat pada frekuensi 95,02 KHz. Hal ini berarti LPF

yang diinginkan sudah dapat digunakan dalam sistem keseluruhan yang

diinginkan.

66

GeneratorSinyal

PenguatAudio Osiloskop

Catu Daya

4.2.3 Penguat Audio

Gambar 4.12 Blok Pengukuran Rangkaian Penguat Audio

Pengukuran dilakukan pada saat Vin = 2 Vpp, dengan frekuensi masukan

dari sinyal generator sebesar 15 KHz. Sinyal keluaran pada Lampiran gambar

sinyal keluaran LPF 15 KHz merupakan sinyal keluaran dari penguat audio yang

telah mengalami penguatan menjadi Vout 4,354 Vpp dengan frekuensi yang

diloloskan sebesar 15 KHz. Hal ini berarti bahwa penguat audio yang dirancang

sudah dapat digunakan.

TeganganSearah

Voltage ControlledOscillator Osiloskop

VoltmeterFrekuensiCounter

4.2.4 Modulator dan Demodulator FM-PLL

Gambar 4.13 Blok Pengukuran VCO

67

4.2.4.1 Modulator

Tabel 4.8 Tabel Nilai hasil pengukuran VCO Modulator

Tegangan Masukan

Frekuensi Keluaran Hasil

Pengukuran

Frekuensi Keluaran Teori No

(Volt) (KHz) (KHz) 1 1.50 19.300 17.800 2 2.00 7.653 5.653 3 2.50 13.004 10.804 4 3.00 19.000 16.000 5 3.50 22.940 21.140 6 4.00 28.410 25.810 7 4.50 33.670 30.670 8 5.00 36.210 35.210 9 5.50 41.420 39.220

10 6.00 46.170 43.670 11 6.50 51.460 48.660 12 7.00 54.160 51.360 13 7.50 59.500 56.500 14 8.00 61.610 60.610 15 8.50 66.300 63.900 16 9.00 70.290 68.490 17 9.50 75.460 72.460 18 10.00 78.060 75.760 19 10.50 81.400 80.000 20 11.00 85.780 83.680

Pengukuran Keluaran VCO Modulator

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

19.300 13.004 22.940 33.670 41.420 51.460 59.500 66.300 75.460 81.400

Frekuensi Masukan (KHz)

Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaranVCOModulator

Gambar 4.14 Grafik Pengukuran KeluaranVCO Modulator

68

Teori Keluaran VCO Modulator

0.00

1.00

2.003.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.009.00

10.00

11.00

12.00

17.800 10.804 21.140 30.670 39.220 48.660 56.500 63.900 72.460 80.000

Frekuensi Masukan (KHz)

Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaran VCOModulator

Perbandingan Keluaran VCO Modulator

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

19.350 12.304 23.640 33.470 41.720 51.060 59.000 65.700 74.860 82.600

Frekuensi Keluaran (KHz)

Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaranVCOModulator

GrafikKeluaranHasilPengukuran

Gambar 4.15 Grafik Teori Keluaran VCO Modulator

Gambar 4.16 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran

69

Berdasarkan hasil pengukuran frekuensi keluaran pada table 4.8 dapat

dianalisa dengan regresi linear. Frekuensi keluaran pada teoritis sebagai (Y) dan

frekuensi keluaran pengukuran dianggap sebagai (X).


dibawah ini :

N = 20

∑ Xi = 951,797 X = 47,590

∑ Yi = 907,397 Y = 45,370

∑ Xi2 = 905.917,529

∑ Yi2 = 823.369,316

∑ Xi Yi = 54.501,954

Dengan menggunakan persamaan, maka didapat :

a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

a1 = 2)797,951()529,917.90520()397,907797,951()954,501.5420(

−−

xxx

a1 = 0.013

a0 = Y - a1 X

a0 = 45,370 - (0.013 x 47,590)

a0 = 44.744

70

Tabel 4.9 Grafik Teori dan Perhitungan Keluaran

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Secara Teori

No


Selisih

1 19.3000 17.8000 0.0008 0.0007 0.000020 2 7.6530 5.6530 0.0016 0.0015 0.000041 3 13.0040 10.8040 0.0012 0.0012 0.000031 4 19.0000 16.0000 0.0009 0.0008 0.000022 5 22.9400 21.1400 0.0006 0.0006 0.000016 6 28.4100 25.8100 0.0004 0.0004 0.000010 7 33.6700 30.6700 0.0002 0.0002 0.000005 8 36.2100 35.2100 0.0001 0.0001 0.000003 9 41.4200 39.2200 0.0000 0.0000 0.000001

10 46.1700 43.6700 0.0000 0.0000 0.000000 11 51.4600 48.6600 0.0000 0.0000 0.000000 12 54.1600 51.3600 0.0000 0.0000 0.000001 13 59.5000 56.5000 0.0001 0.0001 0.000003 14 61.6100 60.6100 0.0002 0.0002 0.000006 15 66.3000 63.9000 0.0003 0.0003 0.000009 16 70.2900 68.4900 0.0005 0.0005 0.000014 17 75.4600 72.4600 0.0007 0.0007 0.000020 18 78.0600 75.7600 0.0009 0.0009 0.000024 19 81.4000 80.0000 0.0012 0.0012 0.000031 20 85.7800 83.6800 0.0015 0.0014 0.000038

∑ 951.7970 907.3970 0.0113 0.0110 0.000296

( )21 YY − ( )2iX1a0aYi −−


berikut :

St = ∑ = 0.0113 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0.0243


Sr = ∑ = 0.0110 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0.0248

71


errorΣ

= 20

0.000296 = 0,0000148

4.2.4.2 Demodulator

Tabel 4.10 Nilai Hasil Pengukuran linieritas VCO Demodulator

Tegangan

Masukan

Frekuensi

Keluaran Hasil

Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Teori No

(Volt) (KHz) (KHz)

1 1.50 19.350 17.800

2 2.00 8.153 5.653

3 2.50 12.304 10.804

4 3.00 18.800 16.000

5 3.50 23.640 21.140

6 4.00 28.010 25.810

7 4.50 33.470 30.670

8 5.00 36.710 35.210

9 5.50 41.720 39.220

10 6.00 46.470 43.670

11 6.50 51.060 48.660

12 7.00 52.860 51.360

13 7.50 59.000 56.500

14 8.00 62.110 60.610

15 8.50 65.700 63.900

16 9.00 71.090 68.490

17 9.50 74.860 72.460

18 10.00 77.260 75.760

19 10.50 82.600 80.000

20 11.00 85.480 83.680

XX

72

Teori Keluaran VCO Demodulator

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

17.800 10.804 21.140 30.670 39.220 48.660 56.500 63.900 72.460 80.000


Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaran VCODemodulator

Gambar 4.17 Grafik Teori Keluaran VCO Demodulator

Pengukuran Keluaran VCO Demodulator

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

19.350 12.304 23.640 33.470 41.720 51.060 59.000 65.700 74.860 82.600


Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaranVCODemodulator

Gambar 4.18 Grafik Perhitungan Keluaran VCO Demodulator

73

Perbandingan Keluaran VCO Demodulator

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

19.350 12.304 23.640 33.470 41.720 51.060 59.000 65.700 74.860 82.600


Tega

ngan

Mas

ukan

(mV)

GrafikKeluaranVCODemodulator

GrafikKeluaranHasilPengukuran

Gambar 4.19 Grafik Perbandingtan Teori dan Perhitungan Keluaran

VCO Demodulator





dibawah ini :

N = 20

∑ Xi = 950.647 X = 47.532

∑ Yi = 907.397 Y = 45.370

∑ Xi2 = 903.729,719

∑ Yi2 = 823.369,316

∑ Xi Yi = 54.434,806


a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

74

a1 = 2)647,950()719,729.90320()397,907647,950()806,434.5420(

−−

xxx

a1 = 0.013

a0 = Y - a1 X

a0 = 45,370 - (0.013 x 47.532)

a0 = 44.744

Tabel 4.11 Perhitungan Keluaran VCO Demodulator

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Secara Teori

No


Selisih

1 19.3500 17.8000 0.0008 0.0007 0.0000202 8.1530 5.6530 0.0016 0.0015 0.0000413 12.3040 10.8040 0.0012 0.0012 0.0000324 18.8000 16.0000 0.0009 0.0008 0.0000225 23.6400 21.1400 0.0006 0.0006 0.0000156 28.0100 25.8100 0.0004 0.0004 0.0000107 33.4700 30.6700 0.0002 0.0002 0.0000058 36.7100 35.2100 0.0001 0.0001 0.0000039 41.7200 39.2200 0.0000 0.0000 0.00000110 46.4700 43.6700 0.0000 0.0000 0.00000011 51.0600 48.6600 0.0000 0.0000 0.00000012 52.8600 51.3600 0.0000 0.0000 0.00000113 59.0000 56.5000 0.0001 0.0001 0.00000314 62.1100 60.6100 0.0002 0.0002 0.00000615 65.7000 63.9000 0.0003 0.0003 0.00000916 71.0900 68.4900 0.0005 0.0005 0.00001417 74.8600 72.4600 0.0007 0.0007 0.00001918 77.2600 75.7600 0.0009 0.0009 0.00002419 82.6000 80.0000 0.0012 0.0012 0.00003220 85.4800 83.6800 0.0015 0.0014 0.000038

∑ 950.6470 907.3970 0.0113 0.0110 0.000296

( )2iX1a0aYi −−( )21 YY −

75

Berdasarkan table 4.11 maka diperoleh nilai Simpangan Baku total,

sebagai berikut :

St = ∑ = 0.0113 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0.0243


Sr = ∑ = 0.0110 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0.0248


errorΣ

= 20

0.000296 = 0,0000148

Tujuan dilakukan pengukuaran PLL adalah untuk mengetahui berapa besar

frekuensi pada daerah tarikan dan daerah kuncian. Berikut ini adalah langkah

pengukurannya :

1. Masukan PLL diberi sinyal yang berasal dari generator sinyal yang

keluarannya berbentuk sinus yang frekuensinya dapat berubah-ubah.

2. Frekuensi generator sinyal dari nol dinaikkan frekuensinya sampai

PLL dalam keadaan terkunci. (catat frekuensi VCO sebagai pada

kondisi tersebut sebagai f1).

3. Naikkan lagi frekuensi generator sinyal sampai didapatkan kondisi

tidak terkunci (catat frekuensi keluaran VCO sebagai f2)

4. Dari kondisi tidak terkunci, turunkan frekuensi generator sinyal sampai

tercapai kondisi terkunci (catat frekuesni keluaran VCO sebagai f3).

76

5. Turunkan terus frekuensi generator sinyal sampai dicapai kondisi tidak

terkunci (catat frekuensi keluaran VCO sebagai f4).

Osilator Referensi FrekuensiCounter

Osiloskop

4.2.4.3 Osilator

Keluaran osilator referensi secara teori adalah tetap, blok diagram

pengukuran frekuensi keluaran osilator adalah sebagai berikut :

Gambar 4.20 Blok pengukuran kestabilan osilator referensi

Dalam perancangan ini nilai keluaran dari rangkaian osilator dibuat agar

menghasilkan nilai yang stabil. Diharapkan nilai keluaran osilator mendekati nilai

10 KHz, dengan nilai Vcc = 12 volt. Dalam perancangan ini osilator yang

digunakan yaitu osilator kristal dengan input tegangan maksimal 3 volt, maka

dihasilkan keluaran tegangan sebesar 1,6 volt,dengan demikian didapat

karakteristik pembangkit gelombang yang diinginkan.

77

Tabel 4.12 Pengukuran Kestabilan Osilator Referensi

Waktu Frekuensi

Keluaran Teori

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran No

(Detik) (KHz) (KHz)

1 30.000 10.024 13.024

2 60.000 10.024 12.124

3 90.000 10.024 12.624

4 120.000 10.024 11.024

5 150.000 10.000 11.400

6 180.000 10.023 11.623

7 210.000 10.022 12.822

8 240.000 10.024 13.024

9 270.000 10.024 13.024

10 300.000 10.024 11.274

11 330.000 10.025 12.875

12 360.000 10.025 11.675

13 390.000 10.024 12.024

14 420.000 10.024 12.024

15 450.000 10.023 12.623

16 480.000 10.023 12.823

17 510.000 10.023 12.523

18 540.000 10.024 11.524

19 570.000 10.024 12.624

20 600.000 10.024 12.824

21 630.000 10.020 11.520

22 660.000 10.200 12.700

78

Osilator Referensi

9.995

10.045

10.095

10.145

10.195

10.245

30.00 120.00 210.00 300.00 390.00 480.00 570.00 660.00

Waktu (Detik)

Frek

uens

i Kel

uara

n (K

Hz)

GrafikKeluaranOsilator

Pengukuran Keluaran Osilator

9.995

10.045

10.095

10.145

10.195

10.245

30.00 180.00 330.00 480.00 630.00

Waktu (Detik)

Frek

uens

i Kel

uara

n (K

Hz)

GrafikKeluaranIsolator

Gambar 4.21 Grafik Teori Kestabilan Osilator Referensi

Gambar 4.22 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi

79

Perbandingan Keluaran Isolator

9.950

10.050

10.150

10.250

30.000 90.000 150.000 210.000 270.000 330.000 390.000 450.000 510.000 570.000 630.000

Waktu (Detik)

Frek

uens

i Kel

uara

n Pe

rhitu

ngaa

n (K

Hz)

GrafikKeluaranIsolatorPerhitungan

GrafikKeluaranIsolator Teori

Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Keluaran Kestabilan Osilator Referensi





dibawah ini :

N = 22

∑ Xi = 220.727 X = 10.033

∑ Yi = 220.672 Y = 10.031

∑ Xi2 = 48,720.188

∑ Yi2 = 48,696.132

∑ Xi Yi = 2,214.039


a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

80

a1 = 2)727,220()188,720.4822()672,220727,220()039,214.222(

−−

xxx

a1 = 0.00000068

a0 = Y - a1 X

a0 = 10.031 - (0.00000068 x 10.033)

a0 = 10.031

Tabel 4.13 Grafik Keluaran Kestabilan Osilator Referensi

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Secara Teori

No


Selisih

1 10.0250 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 7.138E-17 2 10.0252 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 6.9601E-17 3 10.0255 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 6.6931E-17 4 10.0250 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 7.138E-17 5 10.0028 10.0000 9.33E-10 9.33024E-10 1.2549E-15 6 10.0250 10.0230 5.693E-11 5.69338E-11 8.2285E-17 7 10.0280 10.0220 7.302E-11 7.30247E-11 5.8343E-17 8 10.0280 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 4.4688E-17 9 10.0190 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 1.2476E-16 10 10.0160 10.0240 4.284E-11 4.28428E-11 1.5145E-16 11 10.0310 10.0250 3.075E-11 3.07521E-11 1.5247E-17 12 10.0330 10.0250 3.075E-11 3.07521E-11 1.7131E-19 13 10.0300 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 2.6894E-17 14 10.0280 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 4.4688E-17 15 10.0240 10.0230 5.693E-11 5.69338E-11 9.2542E-17 16 10.0240 10.0230 5.693E-11 5.69338E-11 9.2542E-17 17 10.0250 10.0230 5.693E-11 5.69338E-11 8.2285E-17 18 10.0270 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 5.3586E-17 19 10.0250 10.0240 4.284E-11 4.28429E-11 2.6894E-17 20 10.0300 10.0240 4.284E-11 1.11206E-10 -6.836E-11 21 10.0220 10.0200 0 2.87148E-08 -2.871E-08 22 10.2080 10.2000 0 0.000100612 -0.0001006

∑ 220.7265 220.6720 1.809E-09 1.87777E-09 -6.836E-11

( )2iX1a0aYi −−( )21 YY −

81


sebagai berikut :

St = ∑ = 1,809. 10-09( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0,000


Sr = ∑ = 1,87777.10-09( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0,000


errorΣ

= 22

10.836,6 11−

= 0,000

Hasil pengukuran kestabilan osilator referensi menunjukkan bahwa

osilator yang telah direalisaikan sudah sesuai dengan hasil perancangan yang

diinginkan yakni bekerja pada frekuensi kerja 10 KHz.

Fungsi pengukuran nilai keluaran frekuensi osilator adalah untuk

mengetahui seberapa bagus frekuensi referensi yang akan masuk ke detektor fasa.

82

4.3 Pengukuran Keseluruhan Sistem dan Analisis

4.3.1 Hasil Pengukuran Blok LED – Phototransistor

4.3.1.1 Hubungan Tengangan Terhadap Jarak Pada Phototransistor

Tabel 4.14 Nilai Respon Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Jarak (Tegangan)

No

Jarak Tegangan

Keluaran Teori

Tegangan

Keluaran Hasil

Pengukuran

(Cm) (Volt) (Volt)

1 10.000 21.250 21.350

2 20.000 21.250 21.400

3 30.000 21.250 21.430

4 40.000 21.250 21.400

5 50.000 20.940 21.100

6 60.000 19.780 20.010

7 70.000 15.560 15.740

8 80.000 9.625 9.765

9 90.000 5.281 5.461

10 100.000 3.969 4.249

11 110.000 1.719 1.979

12 120.000 0.887 1.117

13 130.000 0.156 0.356

14 140.000 0.120 0.270

83

Respon Phototransistor

-5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

10.00 40.00 70.00 100.00 130.00

Jarak (Cm)

Tega

ngan

(mV)

GrafikKeluaranPhototransistor

Gambar 4.24 Grafik Teori Penerimaan Sinyal Terhadap Perubahan Jarak

Pengukuran Keluaran Phototransistor

-5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

10.00 40.00 70.00 100.00 130.00

Jarak (Cm)

Tega

ngan

Kel

uara

n (V

olt)

GrafikKeluaranPhototransistor

Gambar 4.25 Grafik Perhitungan Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Jarak

84

Perbandingan Keluaran Phototransistor

-5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

10.000 40.000 70.000 100.000 130.000

Jarak (Cm)

Tega

ngan

Kel

uara

n (V

olt)

GrafikKeluaranIsolatorPerhitungan

GrafikKeluaranIsolator Teori

Gambar 4.26 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori





dibawah ini :

N = 14

∑ Xi = 165.627 X = 11.831

∑ Yi = 163.037 Y = 11.646

∑ Xi2 = 27,432.303

∑ Yi2 = 26,581.063

∑ Xi Yi = 3,045.294


a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

a1 = 2)627,165()303,432.2714()037,163627,165()294,304514(

−−

xxx

85

a1 = 0.044

a0 = Y - a1 X

a0 = 11.646 - (0.044 x 11.831)

a0 = 11.127 Tabel 4.15 Grafik Keluaran Phototransistor Perhitungan dan Teori

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Secara Teori

No


Selisih

1 21.3500 21.2500 0.0001915 8.44057E-05 0.000107122 21.4000 21.2500 0.0001915 8.43654E-05 0.000107163 21.4300 21.2500 0.0001915 8.43413E-05 0.000107184 21.4000 21.2500 0.0001915 8.43654E-05 0.000107165 21.1000 20.9400 0.000183 7.90004E-05 0.000104046 20.0100 19.7800 0.000153 6.0466E-05 9.2532E-057 15.7400 15.5600 6.641E-05 1.40111E-05 5.2399E-058 9.7650 9.6250 4.903E-06 3.72478E-06 1.178E-06 9 5.4610 5.2810 4.536E-06 3.70311E-05 -3.25E-05 10 4.2490 3.9690 1.185E-05 5.39373E-05 -4.209E-05 11 1.9790 1.7190 3.24E-05 9.01494E-05 -5.775E-05 12 1.1170 0.8870 4.256E-05 0.000105862 -6.33E-05 13 0.3560 0.1560 5.263E-05 0.000120705 -6.807E-05 14 0.2700 0.1200 5.316E-05 0.000121414 -6.826E-05

∑ 165.6270 163.0370 0.0013706 0.001023778 0.00034679

( )21 YY ( )2iX1a0aYi −−−


sebagai berikut :

St = ∑ = 0.0013706 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0.0103

86


Sr = ∑ = 0.001023778 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0.0092


errorΣ

= 14

0.00034679 = 0.00002477

4.3.1.2 Hubungan Tengangan Terhadap Frekuensi Pada Phototransistor

Tabel 4.16 Hasil Pengukuan Respon Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Frekuensi

Frekuensi Tegangan Keluaran Hasil Pengukuran

Tegangan Keluaran

Teori No

(KHz) (Vpp) (Vpp)) 1 1.00 17.970 17.870 2 2.00 18.430 18.280 3 3.00 18.150 17.970 4 4.00 18.270 18.120 5 5.00 17.970 17.810 6 6.00 18.040 17.810 7 7.00 17.740 17.560 8 8.00 17.330 17.190 9 9.00 16.900 16.720

10 10.00 16.060 15.780 11 20.00 11.040 10.780 12 30.00 9.010 8.780 13 40.00 7.760 7.560 14 50.00 6.240 6.090 15 60.00 5.961 5.781 16 70.00 5.040 4.840 17 80.00 4.520 4.370 18 90.00 4.080 3.940 19 100.00 3.900 3.750 20 200.00 1.925 1.825

XX

87

Respon Phototransistor

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

1.00 4.00 7.00 10.00 40.00 70.00 100.00

Frekuensi (KHz)

Tega

ngan

(mV) Grafik

PenerimaSinyalTerhadapTegangan

Gambar 4.27 Grafik Teori Respon Penerimaan Sinyal Terhadap Perubahan

Frekuensi

Pengukuran Keluaran Phototransistor

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

1.00 4.00 7.00 10.00 40.00 70.00 100.00

Jarak (Cm)

Tega

ngan

Kel

uara

n (V

olt)

Grafik KeluaranPhototransistor

Gambar 4.28 Grafik Hasil Pengukuan Respon Penerimaan Sinyal Terhadap

Perubahan Frekuensi

88

Perbandingan Keluaran Phototransistor

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

1.000 4.000 7.000 10.000 40.000 70.000 100.000

Frekuensi (KHz)

Tega

ngan

Kel

uara

n (V

olt)

Grafik KeluaranPhototransistorPerhitungan

Grafik KeluaranPhototransistorTeori

Gambar 4.29 Grafik Hasil Perbandingan Pengukuan Dan Teori Penerimaan

Sinyal Terhadap Perubahan Frekuensi





dibawah ini :

N = 20

∑ Xi = 210.910 X = 10.546

∑ Yi = 208.320 Y = 10.416

∑ Xi2 = 44,483.028

∑ Yi2 = 43,397.222

∑ Xi Yi = 3,396.768


a1 = 22 )()(

XiXiNYiXiXiYiN

Σ−ΣΣΣ−Σ

89

a1 = 2)910,210()028,483.4420()320.208910,210()768,396.320(

−−

xxx

a1 = 0.028

a0 = Y - a1 X

a0 = 10.416- (0.028 x 10.546)

a0 = 10.117

Tabel 4.17 Grafik Hasil Perbandingan Pengukuan Dan Teori Penerimaan

Sinyal Terhadap Perubahan Frekuensi

Frekuensi Keluaran

Hasil Pengukuran

Frekuensi Keluaran

Secara Teori

No


Selisih

1 17.9700 17.8700 7.058E-05 5.24637E-05 1.8112E-052 18.4300 18.2800 7.763E-05 5.83715E-05 1.9261E-053 18.1500 17.9700 7.227E-05 5.38473E-05 1.8418E-054 18.2700 18.1200 7.484E-05 5.60202E-05 1.8818E-055 17.9700 17.8100 6.957E-05 5.15981E-05 1.7973E-056 18.0400 17.8100 6.957E-05 5.15696E-05 1.8001E-057 17.7400 17.5600 6.546E-05 4.81596E-05 1.7303E-058 17.3300 17.1900 5.961E-05 4.33142E-05 1.6298E-059 16.9000 16.7200 5.258E-05 3.74981E-05 1.5078E-0510 16.0600 15.7800 3.983E-05 2.71172E-05 1.271E-05 11 11.0400 10.7800 1.718E-06 1.22471E-07 1.596E-06 12 9.0100 8.7800 4.748E-07 2.53574E-06 -2.061E-06 13 7.7600 7.5600 3.645E-06 7.71121E-06 -4.067E-06 14 6.2400 6.0900 1.142E-05 1.76715E-05 -6.253E-06 15 5.9610 5.7810 0.000000 0.000000 0.000000 16 5.0400 4.8400 0.000000 0.000000 0.000000 17 4.5200 4.3700 0.000000 0.000000 0.000000 18 4.0800 3.9400 0.000000 0.000000 0.000000 19 3.9000 3.7500 0.000000 0.000000 0.000000 20 1.9250 1.8250 0.000000 0.000000 0.000000

∑ 210.9100 208.3200 0.0006692 0.000508 0.00016119

( )2iX1a0aYi −−( )21 YY −

90


sebagai berikut :

St = ∑ = 0.0006692 ( )21 YY −

Sy = 1−N

St = 0.0059


Sr = ∑ = 0.000508 ( )2iX1a0aYi −−

xyS =

2−NSr = 0.0053


errorΣ

= 20

0.00016119 = 0.000008

4.3.2 Analisis Keseluruhan Sistem

Setelah dilakukan pengukuran dan dibandingkan dengan hasil realisasi

alat, maka alat yang telah direalisasikan dapat berjalan dengan baik pada blok

pemancarnya. Pengujian redaman dan numerical aperture tidak dapat dilakukan

karena pada penerima tidak bisa mendeteksi adanya sinyal informasi yang

disampaikan oleh rangkaian pemancar. Hal ini terjadi karena pada rangkaian

pemancar, blok rangkaian LED driver ternyata tidak sesuai dengan keluaranan

dari modulator. Sedangkan pada rangkaian penerima secara keseluruhan, blok

rangkaian penguat op-amp, LPF 95 KHz, LPF 15 KHz serta penguat audio dapat

bekerja dengan baik. Akan tetapi, pada blok rangkaian demodulator keluaranan

sinyal yang dihasilkan banyak terjadi noise.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa terhadap data yang diperoleh dari hasil perancangan

dan setelah dilakukan pembahasan maka dapat disimpulkan :

1. Berdasarkan hasil pengukuran tiap blok menunjukan bahwa keluaran

dari penguat sinyal audio tape recorder sesuai dengan perancangan,

hal ini dapat dilihat dari besarnya penguatan sinyal keluaran sebesar

6 kali.

2. Pada hasil keluaran LPF menunjukkan bahwa LPF 15 KHx Tx-Rx

maupun LPF 95 KHz Rx mengalami pergeseran frekuensi cut off (

LPF 15 KHz Tx : 14,92 KHz, LPF 15 KHz Rx : 15,02 KHz dan LPF

95 KHz : 95,02 KHz). Hal ini disebabkan karena penggantian nilai

beberapa kapasitor yang tidah sesuai dengan hasil perancangan.

3. Pada bagian penerima perubahan frekuensi keluaran dari filter LPF

95 KHz telah sesuai dengan perancangan (dibawah 95 KHz).

4. Penguat audio yang dirancang bekerja sesuai dengan teori apabila

frekuensi pada keluaran LPF adalah 15 KHz.

5. Pada system modulasi FM-PLL yang digunakan bekerja pada

bandwidth (BWFM = 30 KHz), frekuensi pemodulasi yang digunakan

(fm = 15 KHz ) dan frekuensi referensinya (fR = 10 KHz).

92

6. Secara keseluruhan system yang dirancang dapat bekerja sesuai

dengan perancangan, hal tersebut dapat dilihat dari keluarana akhir

pada penguat audio mampu membuat speaker menghasilkan

informasi sesuai dengan masukan dari sinyal audio yang berasal dari

tape recorder.

5.2 Saran

Pada perancangan sistem komunikasi optik ini dapat dikembangkan dalam

berbagai aplikasi, seperti digunakan sebagai sistem komunikasi data dengan

kecepatan tinggi mengingat sistem yang digunakan adalah sistem perpindahan

informasi dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya. Selain itu alat

ini dapat dikembangkan sebagai media transmisi video, data, dan informasi lain

mengingat Bandwith sistem ini sangat besar.

DAFTAR PUSTAKA

1. R J Maddock, D M Calcutt. Electronic for Enginering, second edition.

Longman Scientific & Technical, Singapore, 1994.

2. Robert L. Boylestad. Introductory Circuit Analysis, eighth edition.

Prentice-Hall International, Inc, New Jersey, 1994.

3. Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit

Theory, fifth edition, New Delhi, 1994.

4. G H Nachbar. Rangkaian Elektronika Populer. PT Elex Media

Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta, 1998.

5. William Stalling. Data & Computer Communication, 6th Edition. Pearson

Education Asia Pte.Ltd, 2000.

6. Wasito S. Teknik Ukur dan Peranti Ukur Elektronik. PT Elex Media

Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta, 1988.

7. Robert F. Coughlin. Penguat Operasi dan Rangkaian Terpadu Linear.

Erlangga, Jakarta, 1983.

8. Borella, M.,et al. Optical Components For Lightwave Network.

Proceedings of the IEEE. August 1997.

9. Freeman,R. Telecommunication Transmition Handbook. New York:

Wiley, 1991.

10. Wiliam The Steling. Operational Amplifier With Linear Integrated Circuit.

Prentice-Hall International, Inc, New Jersey, 1982.

11. http://www.National.com

12. http://www.On-Semi.com

93

L - 1

Sinyal Pengukuran Penguat Tx

Sinyal Sinusoidal Masukan Penguat Rx

L - 1

Gambar Sinyal Keluaran Penguat Rx yang Terpotong

Perbandingan Sinyal Masukan dan Keluaran LPF 15 KHz Tx

L - 1

Perbandingan Sinyal Masukan dan Keluaran LPF 15 KHz Rx

Masukan Sinyal Generator untuk LPF 95 KHz

L - 1

Keluaran Sinyal LPF 95 KHz pada saat Frekuensi cut off-nya

Sinyal Hasil Pengukuran Penguat Audio

L - 1

Sinyal Hasil Pengukuran PLL

Sinyal Hasil Pengukuran Osilator Referensi

RANGKAIAN PEMANCAR L -2

LM741

BC549

6,8 KRl

120Ohm

10mikro, 16V

Vcc

Vcc

VccVcc

-

+

1

765432

8 9

11

1

12

13

14

15

16

10

MC1

4046

B

Ra

Rb1 2 3 4 5 6 7 8 9

C4'

C2'C 1

'

C3'

X-Tal

-

+ -

+R1

R2R3

R4

R8 R7

C’

C 2

C 3

-

+

R5

C 1

R6

VCO outke LEDDriv er

Dari LPF 15KHz

KeteranganModulator:Ra = 100 K OhmRb = 20 K OhmR1 = R2 = R3 = R4 = 10K OhmR5 = 50 K OhmR6 = 140 OhmR7 = R8 = 10 K OhmC1 = 10 mikro FC2 = 2,2 nFC3 = 1,1 nFC1 ‘ = 33 pFC2’ = 60 pFC3' = 10 mikroFC4; = 100 nFTC 5082MC 14046 B

R2 LM74

1

LM741

LM741

R4

R3

R6

R5

R1 C2'’

’

C 1'

C 2'

C1'’

C2'’

C1'’’

++

+

-

--

LM741

+

-Ri

Rf

Rg

Ci

CgVin

dariTapeRecorder

Vout ke LPF 15KHz

Keterangan:Rf = 51

ohmRi = 10 KohmCi = 10 mikroF, 25

VRg = 100 KohmCg = 1 mikroF, 16

V

Keterangan LPF 15KHz:R1= R2 = R3 = R4 = R5= R6 = 10 K OhmC1' = 1,097 nFC2' = 1,024 nFC1'’ = 1,499 nFC2'’ = 749 pFC1'’’ = 4,097 nFC2'’’ = 275 pF

RANGKAIAN PENERIMA L - 3

R2LM

741

Dari DemodulatorPLL

LM74

1

LM74

1R4

R3

R6R5

R1

KePenguatA

udio

C2'’’

C1'

C2'

C1'

’

C2'’

C1'’’

++

+ -

--

R2 LM74

1

LM741

LM741

R4

R3

R6

R5

R1 C2'’

’

C1'

C2'

C1'’

C2'’

C1'’’

++

+

-

--

1

7

6

5

4

3

2

8 9

11 112

13

14

15

16

10

MC

1404

6B

R7

R4R3

R6

R5

Ra

Rb

C3

C1C2

Vcc

Dari LPF 95 KHz

Keterangan Demodulator:MC 14 046 BRa = 100 K Ohm C1 = 1 nFRb = 20 K Ohm C2 = 1,5 nFR3 = R4 = 10 K OhmR5 = 2 K OhmR6 = 1,5 K OhmR7 = 56 K Ohm

-

+

Ke LPF 15 KHz

RLVout kePreAmplifier

Vcc

Keterangan:Phototransistor

L14G3Rl = 100 Ohm

LM741

+

-Ri

Rf

Rg

Ci

CgVin dari

Phototransistor

Vout ke LPF 95 KHz

Keterangan Penguat Op Amp :Rf = 10 M ohmRi = 10 K ohm

Ci = 10 mikroF, 25 VRg = 100 K ohmCg = 1 mikroF, 16 V

TBA820M

C2 C6

C5

C1

Rf R2R1

Speaker

Keterangan :R1 = 10 K OhmR2 = 1 OhmRf = 120 OhmC1 = 100 mikroF, 6 VC2 = 100 mikroF,15 VC3 = 0,22 mikroFC4 = 0,1 mikroFC5 = 220 mikroF,15 VC5 = 47 mikroF, 10 VCb = 220 pF atau 680 pF

Vcc

Vin

Gnd

Cb

C4

C3

Dari PenguatOp Amp

Ke Demodulator

Keterangan LPF 15 KHz:R1= R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = 10K OhmC1' = 1,097 nFC2' = 1,024 nFC1'’ = 1,499 nFC2'’ = 749 pFC1'’’ = 4,097 nFC2'’’ = 275 pF

Keterangan LPF 95 KHz:R1= R2 = R3 = R4 = R5 = R6 =12K OhmC1' = 139 pFC2' = 1m348 pFC1'’ = 197 pFC2'’ = 98,6 pFC1'’’ = 539 pFC2'’’ =36 pF

MOTOROLA CMOS LOGIC DATA1

MC14046B

The MC14046B phase locked loop contains two phase comparators, avoltage–controlled oscillator (VCO), source follower, and zener diode. Thecomparators have two common signal inputs, PCAin and PCBin. Input PCAincan be used directly coupled to large voltage signals, or indirectly coupled(with a series capacitor) to small voltage signals. The self–bias circuitadjusts small voltage signals in the linear region of the amplifier. Phasecomparator 1 (an exclusive OR gate) provides a digital error signal PC1out,and maintains 90° phase shift at the center frequency between PCAin andPCBin signals (both at 50% duty cycle). Phase comparator 2 (with leadingedge sensing logic) provides digital error signals, PC2out and LD, andmaintains a 0° phase shift between PCAin and PCBin signals (duty cycle isimmaterial). The linear VCO produces an output signal VCOout whosefrequency is determined by the voltage of input VCOin and the capacitor andresistors connected to pins C1A, C1B, R1, and R2. The source–followeroutput SFout with an external resistor is used where the VCOin signal isneeded but no loading can be tolerated. The inhibit input Inh, when high,disables the VCO and source follower to minimize standby powerconsumption. The zener diode can be used to assist in power supplyregulation.

Applications include FM and FSK modulation and demodulation, fre-quency synthesis and multiplication, frequency discrimination, tone decod-ing, data synchronization and conditioning, voltage–to–frequencyconversion and motor speed control.

• Buffered Outputs Compatible with MHTL and Low–Power TTL• Diode Protection on All Inputs• Supply Voltage Range = 3.0 to 18 V• Pin–for–Pin Replacement for CD4046B• Phase Comparator 1 is an Exclusive Or Gate and is Duty Cycle Limited• Phase Comparator 2 switches on Rising Edges and is not Duty Cycle

Limited

BLOCK DIAGRAM

PCAin

PCBin

VCOin

INH

14

3

9

5

VDD = PIN 16VSS = PIN 8

2 PC1out

13 PC2out1 LD

4 VCOout11 R112 R26 C1A7 C1B

10 SFout15 ZENERVSS

SELF BIASCIRCUIT

PHASECOMPARATOR 1

PHASECOMPARATOR 2

VOLTAGECONTROLLEDOSCILLATOR

(VCO)

SOURCE FOLLOWER

SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA

1 REV 4 Motorola, Inc. 1997

10/97

L SUFFIXCERAMICCASE 620

ORDERING INFORMATIONMC14XXXBCP PlasticMC14XXXBCL CeramicMC14XXXBDW SOIC

TA = – 55° to 125°C for all packages.

P SUFFIXPLASTICCASE 648

DW SUFFIXSOIC

CASE 751G

PIN ASSIGNMENT

13

14

15

16

9

10

11

125

4

3

2

1

8

7

6

R2

PC2out

PCAin

ZENER

VDD

VCOin

SFout

R1

VCOout

PCBin

PC1out

LD

VSS

C1B

C1A

INH

MOTOROLA CMOS LOGIC DATAMC14046B2

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

MAXIMUM RATINGS* (Voltages Referenced to VSS)

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Rating ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Symbol ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Value ÎÎÎÎÎÎ

Unit


DC Supply Voltage ÎÎÎÎÎÎÎÎ

VDD ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 0.5 to + 18 ÎÎÎÎÎÎ

Vdc


Input Voltage, All Inputs ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Vin ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 0.5 to VDD + 0.5ÎÎÎÎÎÎ

Vdc


DC Input Current, per Pin ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Iin ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

± 10 ÎÎÎÎÎÎ

mAdc


Power Dissipation, per Package† ÎÎÎÎÎÎÎÎ

PD ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

500 ÎÎÎÎÎÎ

mW


Operating Temperature Range ÎÎÎÎÎÎÎÎ

TA ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 55 to + 125 ÎÎÎÎÎÎ

C


Storage Temperature Range ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Tstg ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 65 to + 150 ÎÎÎÎÎÎ

C

* Maximum Ratings are those values beyond which damage to the device may occur.†Temperature Derating:

Plastic “P and D/DW” Packages: – 7.0 mW/C From 65C To 125CCeramic “L” Packages: – 12 mW/C From 100C To 125C

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Voltages Referenced to VSS)

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎCh i i

ÎÎÎÎÎÎS b l

ÎÎÎÎÎÎ

VDDÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 55C ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

25C ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

125C ÎÎÎÎÎÎU iÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎCharacteristic ÎÎÎ

ÎÎÎSymbolÎÎÎÎÎÎ

DDVdcÎÎÎÎÎÎÎÎ

Min ÎÎÎÎÎÎ

MaxÎÎÎÎÎÎ

MinÎÎÎÎÎÎÎÎ

Typ ÎÎÎÎÎÎ

MaxÎÎÎÎÎÎÎÎ

Min ÎÎÎÎÎÎ

Max ÎÎÎÎÎÎ

Unit

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Output Voltage “0” LevelVin = VDD or 0

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

VOLÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

0.050.050.05

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———


000

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

0.050.050.05


———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

0.050.050.05

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Vdc


“1” LevelVin = 0 or VDD

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

VOHÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


4.959.9514.95

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

4.959.9514.95


5.01015

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———


4.959.9514.95

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Vdc


Input Voltage # “0” Level(VO = 4.5 or 0.5 Vdc)(VO = 9.0 or 1.0 Vdc)(VO = 13.5 or 1.5 Vdc)


VILÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———


1.53.04.0


———


2.254.506.75


1.53.04.0


———


1.53.04.0


Vdc


(VO = 0.5 or 4.5 Vdc) “1” Level(VO = 1.0 or 9.0 Vdc)(VO = 1.5 or 13.5 Vdc)


VIHÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


3.57.011


———


3.57.011


2.755.508.25


———


3.57.011


———


Vdc

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Output Drive Current(VOH = 2.5 Vdc) Source(VOH = 4.6 Vdc)(VOH = 9.5 Vdc)(VOH = 13.5 Vdc)

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

IOHÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.05.01015

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

– 1.2– 0.25– 0.62– 1.8


————


– 1.0– 0.2– 0.5– 1.5


– 1.7– 0.36– 0.9– 3.5


————


– 0.7– 0.14– 0.35– 1.1


————


mAdc


(VOL = 0.4 Vdc) Sink(VOL = 0.5 Vdc)(VOL = 1.5 Vdc)

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

IOLÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


0.641.64.2

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

0.511.33.4


0.882.258.8

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———


0.360.92.4

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

mAdc

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎInput Current

ÎÎÎÎÎÎIinÎÎÎÎÎÎ15ÎÎÎÎÎÎÎÎ—

ÎÎÎÎÎÎ± 0.1ÎÎÎÎÎÎ—ÎÎÎÎÎÎÎÎ±0.00001

ÎÎÎÎÎÎ± 0.1ÎÎÎÎÎÎÎÎ—

ÎÎÎÎÎÎ± 1.0ÎÎÎÎÎÎµAdcÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎInput Capacitance

ÎÎÎÎÎÎ

CinÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.0ÎÎÎÎÎÎ

7.5ÎÎÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎ

pFÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Quiescent Current(Per Package) Inh = PCAin = VDD,Zener = VCOin = 0 V, PCBin = VDDor 0 V, Iout = 0 µA


IDDÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


5.01020


———


0.0050.0100.015


5.01020


———


150300600


µAdc


Total Supply Current†(Inh = “0”, fo = 10 kHz, CL = 50 pF,R1 = 1.0 MΩ, R2 = RSF = ∞,and 50% Duty Cycle)


IT ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

IT = (1.46 µA/kHz) f + IDDIT = (2.91 µA/kHz) f + IDDIT = (4.37 µA/kHz) f + IDD


mAdc

#Noise immunity specified for worst–case input combination. Noise Margin for both “1” and “0” level = 1.0 Vdc min @ VDD = 5.0 Vdc

2.0 Vdc min @ VDD = 10 Vdc2.5 Vdc min @ VDD = 15 Vdc

†To Calculate Total Current in General:

IT 2.2 x VDD + 1 x 10–3 (CL + 9) VDD f +VCOin – 1.65 +

VDD – 1.35 3/4

R1 R2

VCOin – 1.65 3/4+ 1.6 x

where: IT in µA, CL in pF, VCOin, VDD in Vdc, f in kHz, andR1, R2, RSF in MΩ, CL on VCOout.

RSF

1 x 10–1 VDD2100% Duty Cycle of PCAin

100+ IQ


MC14046B

ELECTRICAL CHARACTERISTICS* (CL = 50 pF, TA = 25°C)ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎCh i i

ÎÎÎÎÎÎÎÎS b l

ÎÎÎÎÎÎÎÎVDD

ÎÎÎÎÎÎÎÎ

MinimumÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎT i l

ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Maximum ÎÎÎÎÎÎU iÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎCharacteristic ÎÎÎÎ

ÎÎÎÎSymbolÎÎÎÎÎÎÎÎ

VDDVdc ÎÎÎÎÎÎÎÎ

DeviceÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Typical ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Device ÎÎÎÎÎÎ

Units

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Output Rise TimetTLH = (3.0 ns/pF) CL + 30 nstTLH = (1.5 ns/pF) CL + 15 nstTLH = (1.1 ns/pF) CL + 10 ns


tTLHÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


1809065


350150110


ns


Output Fall TimetTHL = (1.5 ns/pF) CL + 25 nstTHL = (0.75 ns/pF) CL + 12.5 nstTHL = (0.55 ns/pF) CL + 9.5 ns


tTHLÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


1005037


1757555


ns


PHASE COMPARATORS 1 and 2

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Input Resistance — PCAin ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Rin ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


1.00.20.1


2.00.40.2


———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

MΩ

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

— PCBinÎÎÎÎÎÎÎÎ

RinÎÎÎÎÎÎÎÎ

15ÎÎÎÎÎÎÎÎ

150ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

1500ÎÎÎÎÎÎÎÎ

—ÎÎÎÎÎÎ

MΩÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Minimum Input SensitivityAC Coupled — PCAinC series = 1000 pF, f = 50 kHz


VinÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


200400700


3006001050


mV p–p


DC Coupled — PCAin, PCBin


—ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5 to 15ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

See Noise ImmunityÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎVOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR (VCO)ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Maximum Frequency(VCOin = VDD, C1 = 50 pFR1 = 5.0 kΩ, and R2 = ∞)


fmaxÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


0.51.01.4


0.71.41.9


———


MHz


Temperature — Frequency Stability(R2 = ∞ )


— ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


0.120.040.015


———

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

%/C


Linearity (R2 = ∞ )(VCOin = 2.5 V ± 0.3 V, R1 > 10 kΩ)(VCOin = 5.0 V ± 2.5 V, R1 > 400 kΩ)(VCOin = 7.5 V ± 5.0 V, R1 ≥ 1000 kΩ)


— ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


1.01.01.0


———


%


Output Duty Cycle ÎÎÎÎÎÎÎÎ

— ÎÎÎÎÎÎÎÎ

5 to 15ÎÎÎÎÎÎÎÎ

— ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

50 ÎÎÎÎÎÎÎÎ

— ÎÎÎÎÎÎ

%


Input Resistance — VCOin ÎÎÎÎÎÎÎÎ

Rin ÎÎÎÎÎÎÎÎ

15 ÎÎÎÎÎÎÎÎ

150ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

1500 ÎÎÎÎÎÎÎÎ

— ÎÎÎÎÎÎ

MΩÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

SOURCE–FOLLOWER


Offset Voltage(VCOin minus SFout, RSF > 500 kΩ)


— ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


1.651.651.65


2.22.22.2

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

V


Linearity(VCOin = 2.5 V ± 0.3 V, RSF > 50 kΩ)(VCOin = 5.0 V ± 2.5 V, RSF > 50 kΩ)(VCOin = 7.5 V ± 5.0 V, RSF > 50 kΩ)


—ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

5.01015


———


0.10.60.8


———


%


ZENER DIODEÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Zener Voltage (Iz = 50 µA) ÎÎÎÎÎÎÎÎ

VZÎÎÎÎÎÎÎÎ


6.7ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

7.0 ÎÎÎÎÎÎÎÎ

7.3 ÎÎÎÎÎÎ

VÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Dynamic Resistance (Iz = 1.0 mA) ÎÎÎÎÎÎÎÎ

RZÎÎÎÎÎÎÎÎ


— ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

100 ÎÎÎÎÎÎÎÎ

— ÎÎÎÎÎÎ

Ω

* The formula given is for the typical characteristics only.


Figure 1. Phase Comparators State Diagrams

PHASE COMPARATOR 1

Input Stage

PCAin

X X

PCBin

00 01

11 10

PC1out 0 1

PHASE COMPARATOR 2

Input Stage

PCAin

X X

PCBin

PC2out 0 13–State

Output Disconnected

LD(Lock Detect)

0 01

Refer to Waveforms in Figure 3.

00

01 10

11

00

10 01

11

00

01 10

11


Characteristic ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Using Phase Comparator 1 ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Using Phase Comparator 2

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

No signal on input PCAin. ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

VCO in PLL system adjusts to centerfrequency (f0).


VCO in PLL system adjusts to minimumfrequency (fmin).


Phase angle between PCAin and PCBin. ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

90° at center frequency (f0), approaching 0and 180° at ends of lock range (2fL)


Always 0 in lock (positive rising edges).


Locks on harmonics of center frequency.


Yes


No


Signal input noise rejection. ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

High ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Low


Lock frequency range (2fL). ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

The frequency range of the input signal on which the loop will stay locked if it wasinitially in lock; 2fL = full VCO frequency range = fmax – fmin.


Capture frequency range (2fC). ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

The frequency range of the input signal on which the loop will lock if it was initiallyout of lock.



Depends on low–pass filter characteristics(see Figure 3). fC fL


fC = fL


Center frequency (f0).

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

The frequency of VCOout, when VCOin = 1/2 VDD

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

VCO output frequency (f).

Note: These equations are intended to bea design guide. Since calculated componentvalues may be in error by as much as afactor of 4, laboratory experimentation maybe required for fixed designs. Part to partfrequency variation with identical passivecomponents is typically less than ± 20%.

ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ

Where: 10K R1 1 M10K R2 1 M100pF C1 .01 µF

Figure 2. Design Information

+ fmin

fmin = (VCO input = VSS)R2(C1 + 32 pF)

1

fmax =R1(C1 + 32 pF)

1(VCO input = VDD)


MC14046B

Typical Low–Pass Filters

NOTE: Sometimes R3 is split into two series resistors each R3 ÷ 2. A capacitor CC is then placed from the midpoint to ground. The value forCC should be such that the corner frequency of this network does not significantly affect ωn. In Figure B, the ratio of R3 to R4 sets thedamping, R4 (0.1)(R3) for optimum results.

Figure 3. General Phase–Locked Loop Connections and Waveforms

Waveforms

Note: for further information, see: (1) F. Gardner, “Phase–Lock Techniques”, John Wiley and Son, New York, 1966. (2) G. S. Moschytz, “Miniature RC Filters Using Phase–Locked Loop”, BSTJ, May, 1965. (3) Garth Nash, “Phase–Lock Loop Design Fundamentals”, AN–535, Motorola Inc. (4) A. B. Przedpelski, “Phase–Locked Loop Design Articles”, AR254, reprinted by Motorola Inc.

PCAin@ FREQUENCY f′

PCBin

14

3PHASE

COMPARATOR

EXTERNALLOW–PASS

FILTER

VCO2 OR 13

PC1outOR

PC2out

VCOin

9

9 10

4

EXTERNAL÷ N

COUNTER

R1 R2

11 12 6 7CIA CIB

CI

SFout

RSF

VCOout@ FREQUENCY Nf′ = f

(a)INPUT

R3OUTPUT

C22fC 1

2 fLR3 C2

(a)INPUT

R3OUTPUT

R4

C2

Typically:

R4 C2 6N

fmax– N

2 f

(R3 3, 000) C2 100Nffmax2

– R4 C2

∆ f = fmax – fmin

Definitions: N = Total division ratio in feedback loopKφ = VDD/π for Phase Comparator 1Kφ = VDD/4 π for Phase Comparator 2

KVCO 2 fVCOVDD – 2 V

2 fr10

for a typical design ωn (at phase detector input)

ζ 0.707

LOW–PASS FILTER

Filter A Filter B

n KKVCONR3C2

Nn

2KKVCO

F(s) 1R3C2S 1

n KKVCO

NC2(R3 R4)

0.5 n (R3C2N

KKVCO)

F(s) R3C2S 1

S(R3C2 R4C2) 1

PCAin

PCBin

PC1out

VCOin

VDD

VSS

VOH

VOLVOH

VOLVOH

VOL

PCAin

PCBin

PC2out

VCOin

LD

VDD

VSS

VOH

VOLVOH

VOLVOH

VOL

VOL

VOH

Phase Comparator 1 Phase Comparator 2

SOURCEFOLLOWER


OUTLINE DIMENSIONS

P SUFFIXPLASTIC DIP PACKAGE

CASE 648–08ISSUE R

NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSI

Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: INCH.3. DIMENSION L TO CENTER OF LEADS WHEN

FORMED PARALLEL.4. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH.5. ROUNDED CORNERS OPTIONAL.

–A–

B

F C

S

HG

D

J

L

M

16 PL

SEATING

1 8

916

K

PLANE–T–

MAM0.25 (0.010) T

DIM MIN MAX MIN MAXMILLIMETERSINCHES

A 0.740 0.770 18.80 19.55B 0.250 0.270 6.35 6.85C 0.145 0.175 3.69 4.44D 0.015 0.021 0.39 0.53F 0.040 0.70 1.02 1.77G 0.100 BSC 2.54 BSCH 0.050 BSC 1.27 BSCJ 0.008 0.015 0.21 0.38K 0.110 0.130 2.80 3.30L 0.295 0.305 7.50 7.74M 0 10 0 10 S 0.020 0.040 0.51 1.01

L SUFFIXCERAMIC DIP PACKAGE

CASE 620–10ISSUE V

NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER

ANSI Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: INCH.3. DIMENSION L TO CENTER OF LEAD WHEN

FORMED PARALLEL.4. DIMENSION F MAY NARROW TO 0.76 (0.030)

WHERE THE LEAD ENTERS THE CERAMICBODY.

–A–

–B–

–T–

F

E

G

N K

C

SEATINGPLANE

16 PLD

SAM0.25 (0.010) T

16 PLJSBM0.25 (0.010) T

M

L

DIM MIN MAX MIN MAXMILLIMETERSINCHES

A 0.750 0.785 19.05 19.93B 0.240 0.295 6.10 7.49C ––– 0.200 ––– 5.08D 0.015 0.020 0.39 0.50E 0.050 BSC 1.27 BSCF 0.055 0.065 1.40 1.65G 0.100 BSC 2.54 BSCH 0.008 0.015 0.21 0.38K 0.125 0.170 3.18 4.31L 0.300 BSC 7.62 BSCM 0 15 0 15 N 0.020 0.040 0.51 1.01

16 9

1 8


MC14046B

OUTLINE DIMENSIONS

DW SUFFIXPLASTIC SOIC WIDE PACKAGE

CASE 751G–03ISSUE B

D

14X

B16X

SEATINGPLANE

SAM0.25 B ST

16 9

81

hX

45

MB

M0.

25

H8X

E

B

A

eTA

1

A

L

C

NOTES:1. DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.2. INTERPRET DIMENSIONS AND TOLERANCES

PER ASME Y14.5M, 1994.3. DIMENSIONS D AND E DO NOT INLCUDE MOLD

PROTRUSION.4. MAXIMUM MOLD PROTRUSION 0.15 PER SIDE.5. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE DAMBAR

PROTRUSION. ALLOWABLE DAMBARPROTRUSION SHALL BE 0.13 TOTAL IN EXCESSOF THE B DIMENSION AT MAXIMUM MATERIALCONDITION.

DIM MIN MAXMILLIMETERS

A 2.35 2.65A1 0.10 0.25B 0.35 0.49C 0.23 0.32D 10.15 10.45E 7.40 7.60e 1.27 BSCH 10.05 10.55h 0.25 0.75L 0.50 0.90 0 7

Motorola reserves the right to make changes without further notice to any products herein. Motorola makes no warranty, representation or guarantee regardingthe suitability of its products for any particular purpose, nor does Motorola assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, andspecifically disclaims any and all liability, including without limitation consequential or incidental damages. “Typical” parameters which may be provided in Motoroladata sheets and/or specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including “Typicals”must be validated for each customer application by customer’s technical experts. Motorola does not convey any license under its patent rights nor the rights ofothers. Motorola products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body, or otherapplications intended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the Motorola product could create a situation where personal injuryor death may occur. Should Buyer purchase or use Motorola products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold Motorolaand its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney feesarising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges thatMotorola was negligent regarding the design or manufacture of the part. Motorola and are registered trademarks of Motorola, Inc. Motorola, Inc. is an EqualOpportunity/Affirmative Action Employer.

MC14046B/D◊

Mfax is a trademark of Motorola, Inc.How to reach us:USA/EUROPE/Locations Not Listed : Motorola Literature Distribution; JAPAN : Nippon Motorola Ltd.: SPD, Strategic Planning Office, 4–32–1,P.O. Box 5405, Denver, Colorado 80217. 1–303–675–2140 or 1–800–441–2447 Nishi–Gotanda, Shinagawa–ku, Tokyo 141, Japan. 81–3–5487–8488

Customer Focus Center: 1–800–521–6274

Mfax : [email protected] – TOUCHTONE 1–602–244–6609 ASIA/PACIFIC : Motorola Semiconductors H.K. Ltd.; 8B Tai Ping Industrial Park,Motorola Fax Back System – US & Canada ONLY 1–800–774–1848 51 Ting Kok Road, Tai Po, N.T., Hong Kong. 852–26629298

– http://sps.motorola.com/mfax/HOME PAGE: http://motorola.com/sps/

TBA820M

1.2W AUDIO AMPLIFIER

DESCRIPTIONThe TBA820M is a monolithic integrated audioamplifier in a 8 lead dual in-line plastic package. Itis intended for use as low frequency class B poweramplifier with wide range of supply voltage: 3 to16V, in portable radios, cassette recorders andplayers etc. Main features are: minimum workingsupply voltage of 3V, low quiescent current, lownumber of external components, good ripple rejec-tion, no cross-over distortion, low power dissipa-tion.Output power: Po = 2W at 12V/8Ω, 1.6W at 9V/4Ωand 1.2W at 9V/8Ω.

June 1988

Minidip

ORDERING NUMBER: TBA820M

Symbol Parameter Value Unit

Vs Supply voltage 16 V

Io Output peak current 1.5 A

Ptot Power dissipation at Tamb = 50°C 1 W

Tstg, Tj Storage and junction temperature -40 to 150 °C

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

TEST AND APPLICATION CIRCUITS

Figure 1. Circuit diagramwith load connectedto thesupply voltage

Figure 2. Circuit diagramwith load connectedto ground

* Capacitor C6 must be used when high rip-ple rejection is requested.

1/6

Symbol Parameter Value Unit

Rth-j-amb Thermal resistance junction-ambient max 100 °C/W

THERMAL DATA

2/6

PIN CONNECTION (top view)

SCHEMATIC DIAGRAM

TBA820M

Symbol Parameter Test conditions Min. Typ. Max. Unit

Vs Supply voltage 3 16 V

Vo Quiescent output voltage (pin 5) 4 4.5 5 V

Id Quiescent drain current 4 12 mA

Ib Bias current (pin 3) 0.1 µA

Po Output power d = 10%Rf = 120ΩVs = 12VVs = 9VVs = 9VVs = 6VVs = 3.5V

f = 1 kHz

RL = 8ΩRL = 4ΩRL = 8ΩRL = 4ΩRL = 4Ω

0.9

21.61.20.750.25

WWWWW

Ri Input resistance (pin 3) f = 1 kHz 5 MΩ

B Frequency response (-3 dB) RL = 8ΩC5 = 1000 µFRf = 120Ω

CB = 680 pF 25 to 7,000Hz

CB = 220 pF 25 to 20,000

d Distortion Po = 500 mWRL = 8Ωf = 1 kHz

Rf = 33Ω 0.8%

Rf = 120Ω 0.4

Gv Voltage gain (open loop) f = 1 kHz RL = 8Ω 75 dB

Gv Voltage gain (closed loop) RL = 8Ω Rf = 33Ω 45dB

f = 1 kHz Rf = 120Ω 34

eN Input noise voltage (*) 3 µV

iN Input noise current (*) 0.4 nA

S + NN

Signal to noise ratio (*) Po = 1.2WRL = 8ΩGv = 34 dB

R1 = 10KΩ 80dB

R1 = 50 kΩ 70

SVR Supply voltage rejection(test circuit of fig. 2)

RL = 8Ωf(ripple) = 100 HzC6 = 47 µFRf = 120Ω 42 dB

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Refer to the test circuits Vs = 9V, Tamb = 25 °C unless otherwisespecified)

(*) B = 22 Hz to 22 KHz

3/6

TBA820M

4/6

Figure 3. Output power vs.supply voltage

Figure 4. Harmonic distortionvs. output power

Figure 5. Power dissipationand efficiency vs. outputpower

Figure 6. Maximum powerdiss ipat ion (s ine waveoperation)

Figure 7. Suggested value ofCB vs. R f

Figure 8. Frequency res-ponse

Figure 9. Harmonic distortionvs. frequency

Figure 10. Supply voltagerejection (Fig. 2 circuit)

Figure 11. Quiescent currentvs. supply voltage

TBA820M

DIM.mm inch

MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.

A 3.32 0.131

a1 0.51 0.020

B 1.15 1.65 0.045 0.065

b 0.356 0.55 0.014 0.022

b1 0.204 0.304 0.008 0.012

D 10.92 0.430

E 7.95 9.75 0.313 0.384

e 2.54 0.100

e3 7.62 0.300

e4 7.62 0.300

F 6.6 0.260

I 5.08 0.200

L 3.18 3.81 0.125 0.150

Z 1.52 0.060

MINIDIP PACKAGE MECHANICAL DATA

5/6

TBA820M

6/6

Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, SGS-THOMSON Microelectronics assumes no responsibility for theconsequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may result from its use. Nolicense is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of SGS-THOMSON Microelectronics. Specifications mentionedin this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied.SGS-THOMSON Microelectronics products are not authorized for use as critical components in life support devices or systems without expresswritten approval of SGS-THOMSON Microelectronics.

1994 SGS-THOMSON Microelectronics - All Rights Reserved

SGS-THOMSON Microelectronics GROUP OF COMPANIESAustralia - Brazil - France - Germany - Hong Kong - Italy - Japan - Korea - Malaysia - Malta - Morocco - The Netherlands - Singapore -

Spain - Sweden - Switzerland - Taiwan - Thaliand - United Kingdom - U.S.A.

TBA820M

0.038 (0.97)

0.100 (2.54)

0.050 (1.27)

45°

0.046 (1.16)0.036 (0.92)

1 3

0.030 (0.76)NOM

0.195 (4.95)0.178 (4.52)

0.230 (5.84)0.209 (5.31)

0.500 (12.7)MIN

0.255 (6.47)0.225 (5.71)

Ø0.020 (0.51) 3X

2

PACKAGE DIMENSIONS

FEATURES• Hermetically sealed package

• Narrow reception angle

NOTES:

1. Dimensions for all drawings are in inches (mm).2. Tolerance of ± .010 (.25) on all non-nominal dimensions

unless otherwise specified.

DESCRIPTIONThe L14G1/L14G2/L14G3 are silicon phototransistors mounted in a narrow angle, TO-18 package.

2001 Fairchild Semiconductor CorporationDS300307 6/01/01 1 OF 4 www.fairchildsemi.com

1EMITTER

(CONNECTED TO CASE)COLLECTOR

3

BASE 2

SCHEMATIC

HERMETIC SILICON PHOTOTRANSISTOR

L14G1 L14G2 L14G3

www.fairchildsemi.com 2 OF 4 6/01/01 DS300307

PARAMETER TEST CONDITIONS SYMBOL MIN TYP MAX UNITSCollector-Emitter Breakdown IC = 10 mA, Ee = 0 BVCEO 45 — VEmitter-Base Breakdown IE = 100 µA, Ee = 0 BVEBO 5.0 — VCollector-Base Breakdown IC = 100 µA, Ee = 0 BVCBO 45 — VCollector-Emitter Leakage VCE = 10 V, Ee = 0 ICEO — 100 nAReception Angle at 1/2 Sensitivity θ ±10 DegreesOn-State Collector Current L14G1 Ee = 0.5 mW/cm2, VCE = 5 V(7,8) IC(ON) 1.0 — mAOn-State Collector Current L14G2 Ee = 0.5 mW/cm2, VCE = 5 V(7,8) IC(ON) 0.5 mAOn-State Collector Current L14G3 Ee = 0.5 mW/cm2, VCE = 5 V(7,8) IC(ON) 2.0 mATurn-On Time IC = 2 mA, VCC = 10 V, RL =100 Ω ton 8 µsTurn-Off Time IC = 2 mA, VCC = 10 V, RL =100 Ω toff 7 µsSaturation Voltage IC = 1.0 mA, Ee = 3.0 mW/cm2(7,8) VCE(SAT) — 0.40 V

ELECTRICAL / OPTICAL CHARACTERISTICS (TA =25°C) (All measurements made under pulse conditions)

Parameter Symbol Rating UnitOperating Temperature TOPR -65 to +125 °CStorage Temperature TSTG -65 to +150 °CSoldering Temperature (Iron)(3,4,5 and 6) TSOL-I 240 for 5 sec °CSoldering Temperature (Flow)(3,4 and 6) TSOL-F 260 for 10 sec °CCollector to Emitter Breakdown Voltage VCEO 45 VCollector to Base Breakdown Voltage VCBO 45 VEmitter to Base Breakdwon Voltage VEBO 5 VPower Dissipation (TA = 25°C)(1) PD 300 mWPower Dissipation (TC = 25°C)(2) PD 600 mW

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (TA = 25°C unless otherwise specified)

NOTE:1. Derate power dissipation linearly 3.00 mW/°C above 25°C ambient.2. Derate power dissipation linearly 6.00 mW/°C above 25°C case.3. RMA flux is recommended.4. Methanol or isopropyl alcohols are recommended as cleaning agents.5. Soldering iron tip 1/16” (1.6mm) minimum from housing.6. As long as leads are not under any stress or spring tension.7. Light source is a GaAs LED emitting light at a peak wavelength of 940 nm.8. Figure 1 and figure 2 use light source of tungsten lamp at 2870°K color temperature. A GaAs source of 3.0 mW/cm2 is approximately

equivalent to a tungsten source, at 2870°K, of 10 mW/cm2.


L14G1 L14G2 L14G3

Figure 1. Light Current vs. Collector to Emitter Voltage

.01

VCE, COLLECTOR TO EMITTER VOLTAGE (V)

.01

1

.1

10

.1 1 10 100

I L, N

OR

MAL

IZED

LIG

HT

CU

RR

ENT

Figure 3. Normalized Light Current vs. Temperature

0.10

1

10

-50 50

I L, N

OR

MAL

IZED

LIG

HT

CU

RR

ENT

I L, N

OR

MAL

IZED

LIG

HT

CU

RR

ENT

100 150

Figure 2. Light Current vs. Temperature

.01

.1

.1

Ee - TOTAL IRRADIANCE IN mW/cm2

1

10

1

I L, N

OR

MAL

IZED

LIG

HT

CU

RR

ENT

t on

and

t off

, NO

RM

ALIZ

ED T

UR

N O

N A

ND

TU

RN

OFF

TIM

ES

10 100

TA, TEMPERATURE (°C)



IL, OUTPUT CURRENT (mA)

NORMALIZED TO:VCE = 5 V

Ee = 10 mW/cm2

TA = 25°C

Figure 4. Switching Times vs. Output Current

.01

1

10

.1 1.0 10010

Ee = 2 mW/cm2

Ee = 5 mW/cm2

Ee = 10 mW/cm2

Ee = 1 mW/cm2

Ee = 20 mW/cm2

NORMALIZED TO:Ee = 10 mW/cm2

VCE = 5 V

NORMALIZED TO:VCE = 5 VEe = 10 mW/cm2

Figure 5. Dark Current and Temperature106

0

1

.1

104

102

105

103

10

50 15075 100 125

I D, N

OR

MAL

IZED

DAR

K C

UR

REN

T

25

Figure 6. Normalized Light Current vs. TemperatureBoth Emitter (LED 55B) and Detector

(L14G) at Same Temperature

.0

.2

.4

.6

.8

1.0

1.2

1.4

55 1535 5 25 6545 10585

NORMALIZED TO:LED 55B INPUT = 10 mA

VCE = 10 VIL = 100 µATA = 25°C

NORMALIZED TO: VCE = 10 VIL = 2 mAIon = Ioff = 5 µsecRL = 100 Ω

RL = 1 KΩ

RL = 100 Ω

RL = 10 Ω

NORMALIZED TO:ID@ 25°CVCEO = 10 V

LED 55B L14G

DS300307 6/01/01 3 OF 4 www.fairchildsemi.com


L14G1 L14G2 L14G3

DISCLAIMERFAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TOANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUMEANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

LIFE SUPPORT POLICYFAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILDSEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body,or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use providedin labeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury of the user.

2. A critical component in any component of a life supportdevice or system whose failure to perform can bereasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.



L14G1 L14G2 L14G3

0.040 (1.02)

0.100 (2.54)

0.050 (1.27)

45°0.040 (1.02)

1 3

0.030 (0.76)NOM

0.184 (4.67)

0.209 (5.31)

1.00 (25.4)MIN

0.255 (6.48)

ANODE(CASE)

Ø0.020 (0.51) 2X

PACKAGE DIMENSIONS

FEATURES• Good optical to mechanical alignment

• Mechanically and wavelength matched to the TO-18 series phototransistor

• Hermetically sealed package

• High irradiance level

NOTES:

1. Dimensions for all drawings are in inches (mm).2. Tolerance of ± .010 (.25) on all non-nominal dimensions

unless otherwise specified.

DESCRIPTIONThe LED55B/LED55C/LED56 are 940 nm LEDs in a narrow angle, TO-46 package.

ANODE(Connected

To Case)

3

1CATHODE

SCHEMATIC

2001 Fairchild Semiconductor CorporationDS300312 6/05/01 1 OF 4 www.fairchildsemi.com

GaAs INFRARED EMITTING DIODE

LED55B LED55C LED56


Parameter Symbol Rating UnitOperating Temperature TOPR -65 to +125 °CStorage Temperature TSTG -65 to +150 °CSoldering Temperature (Iron)(3,4,5 and 6) TSOL-I 240 for 5 sec °CSoldering Temperature (Flow)(3,4 and 6) TSOL-F 260 for 10 sec °CContinuous Forward Current IF 100 mAForward Current (pw, 1µs; 200Hz) IF 10 AReverse Voltage VR 3 VPower Dissipation (TA = 25°C)(1) PD 170 mWPower Dissipation (TC = 25°C)(2) PD 1.3 W

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (TA = 25°C unless otherwise specified)

PARAMETER TEST CONDITIONS SYMBOL MIN TYP MAX UNITSPeak Emission Wavelength IF = 100 mA !P — 940 — nmEmission Angle at 1/2 Power IF = 100 mA " — ±8 — Deg.Forward Voltage IF = 100 mA VF — — 1.7 VReverse Leakage Current VR = 3 V IR — — 10 µATotal Power LED55B(7) IF = 100 mA PO 3.5 — — mWTotal Power LED55C(7) IF = 100 mA PO 5.4 — — mWTotal Power LED56(7) IF = 100 mA PO 1.5 — — mWRise Time 0-90% of output tr — 1.0 — µsFall Time 100-10% of output tf — 1.0 — µs

ELECTRICAL / OPTICAL CHARACTERISTICS (TA =25°C) (All measurements made under pulse conditions)

NOTE:1. Derate power dissipation linearly 1.70 mW/°C above 25°C ambient.2. Derate power dissipation linearly 13.0 mW/°C above 25°C case.3. RMA flux is recommended.4. Methanol or isopropyl alcohols are recommended as cleaning agents.5. Soldering iron tip 1/16” (1.6mm) minimum from housing.6. As long as leads are not under any stress or spring tension7. Total power output, PO, is the total power radiated by the device into a solid angle of 2 # steradians.


LED55B LED55C LED56

Figure 1. Power Output vs. Input Current

0.01.001 .002 .005 .01 .02 .05 0.1 0.2 0.5 1.0 2 5 10

IF, FORWARD CURRENT (A)

0.02

0.05

0.1

0.2

0.5

1.0

2

5

10

20

50

100

P O, N

OR

MAL

IZED

PO

WER

OU

TPU

T

IF = 100 mATA = 25°C

NORMALIZED TO

CONTINUOUSFORWARDCURRENT

PW = 80 µsecPULSED

FORWARDCURRENT

Figure 2. Power Output vs. Temperature

0

0.2

-50

TA, AMBIENT TEMPERATURE (°C)

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

-25 0 150

P O, N

OR

MAL

IZED

PO

WER

OU

TPU

T

755025 100 125

IF = 100 mATA = 25°C

NORMALIZED TO

Figure 5. Typical Radiation Pattern

0

20

-50

θ - ANGULAR DISPLACEMENT FROM OPTICAL AXIS (DEGREES)

40

60

80

100

-40 -30 -20 50

REL

ATIV

E O

UTP

UT

(%)

100-10 20 30 40

Figure 4. Forward Voltage vs. Forward Current

1

2

.9

VF, FORWARD VOLTAGE (V)

4

68

10

20

40

6080

100

1.0 1.1 1.2

I F, F

OR

WAR

D C

UR

REN

T (m

A)

1.51.41.3

Figure 3. Forward Voltage vs. Forward Current

.01

.02

VF, FORWARD VOLTAGE (V)

.04

.06

.080.1

0.2

0.4

0.60.81.0

2.0

4.0

6.08.010

0 1 2 8

I F, F

OR

WAR

D C

UR

REN

T (A

)

543 6 7 109

TA = 100°C 25°C -55°C


TYPICAL PERFORMANCE CURVES


LED55B LED55C LED56

DISCLAIMERFAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TOANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUMEANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HERE-IN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

LIFE SUPPORT POLICYFAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILDSEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body,or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use providedin labeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury of the user.

2. A critical component in any component of a life supportdevice or system whose failure to perform can bereasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.



LED55B LED55C LED56

LM741Operational AmplifierGeneral DescriptionThe LM741 series are general purpose operational amplifi-ers which feature improved performance over industry stan-dards like the LM709. They are direct, plug-in replacementsfor the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.

The amplifiers offer many features which make their applica-tion nearly foolproof: overload protection on the input andoutput, no latch-up when the common mode range is ex-ceeded, as well as freedom from oscillations.

The LM741C/LM741E are identical to the LM741/LM741Aexcept that the LM741C/LM741E have their performanceguaranteed over a 0˚C to +70˚C temperature range, insteadof −55˚C to +125˚C.

Schematic Diagram

DS009341-1

Offset Nulling Circuit

DS009341-7

May 1998

LM741

OperationalA

mplifier

© 1999 National Semiconductor Corporation DS009341 www.national.com

Absolute Maximum Ratings (Note 1)

If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 6)

LM741A LM741E LM741 LM741CSupply Voltage ±22V ±22V ±22V ±18VPower Dissipation (Note 2) 500 mW 500 mW 500 mW 500 mWDifferential Input Voltage ±30V ±30V ±30V ±30VInput Voltage (Note 3) ±15V ±15V ±15V ±15VOutput Short Circuit Duration Continuous Continuous Continuous ContinuousOperating Temperature Range −55˚C to +125˚C 0˚C to +70˚C −55˚C to +125˚C 0˚C to +70˚CStorage Temperature Range −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚CJunction Temperature 150˚C 100˚C 150˚C 100˚CSoldering Information

N-Package (10 seconds) 260˚C 260˚C 260˚C 260˚CJ- or H-Package (10 seconds) 300˚C 300˚C 300˚C 300˚CM-Package

Vapor Phase (60 seconds) 215˚C 215˚C 215˚C 215˚CInfrared (15 seconds) 215˚C 215˚C 215˚C 215˚C

See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” for other methods of solderingsurface mount devices.

ESD Tolerance (Note 7) 400V 400V 400V 400V

Electrical Characteristics (Note 4)

Parameter Conditions LM741A/LM741E LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Input Offset Voltage TA = 25˚C

RS ≤ 10 kΩ 1.0 5.0 2.0 6.0 mV

RS ≤ 50Ω 0.8 3.0 mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

RS ≤ 50Ω 4.0 mV

RS ≤ 10 kΩ 6.0 7.5 mV

Average Input Offset 15 µV/˚C

Voltage Drift

Input Offset Voltage TA = 25˚C, VS = ±20V ±10 ±15 ±15 mV

Adjustment Range

Input Offset Current TA = 25˚C 3.0 30 20 200 20 200 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 70 85 500 300 nA

Average Input Offset 0.5 nA/˚C

Current Drift

Input Bias Current TA = 25˚C 30 80 80 500 80 500 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 0.210 1.5 0.8 µA

Input Resistance TA = 25˚C, VS = ±20V 1.0 6.0 0.3 2.0 0.3 2.0 MΩTAMIN ≤ TA ≤ TAMAX, 0.5 MΩVS = ±20V

Input Voltage Range TA = 25˚C ±12 ±13 V

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX ±12 ±13 V

www.national.com 2

Electrical Characteristics (Note 4) (Continued)

Parameter Conditions LM741A/LM741E LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Large Signal Voltage Gain TA = 25˚C, RL ≥ 2 kΩVS = ±20V, VO = ±15V 50 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 50 200 20 200 V/mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

RL ≥ 2 kΩ,

VS = ±20V, VO = ±15V 32 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 25 15 V/mV

VS = ±5V, VO = ±2V 10 V/mV

Output Voltage Swing VS = ±20V

RL ≥ 10 kΩ ±16 V

RL ≥ 2 kΩ ±15 V

VS = ±15V

RL ≥ 10 kΩ ±12 ±14 ±12 ±14 V

RL ≥ 2 kΩ ±10 ±13 ±10 ±13 V

Output Short Circuit TA = 25˚C 10 25 35 25 25 mA

Current TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 10 40 mA

Common-Mode TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

Rejection Ratio RS ≤ 10 kΩ, VCM = ±12V 70 90 70 90 dB

RS ≤ 50Ω, VCM = ±12V 80 95 dB

Supply Voltage Rejection TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

Ratio VS = ±20V to VS = ±5V

RS ≤ 50Ω 86 96 dB

RS ≤ 10 kΩ 77 96 77 96 dB

Transient Response TA = 25˚C, Unity Gain

Rise Time 0.25 0.8 0.3 0.3 µs

Overshoot 6.0 20 5 5 %

Bandwidth (Note 5) TA = 25˚C 0.437 1.5 MHz

Slew Rate TA = 25˚C, Unity Gain 0.3 0.7 0.5 0.5 V/µs

Supply Current TA = 25˚C 1.7 2.8 1.7 2.8 mA

Power Consumption TA = 25˚C

VS = ±20V 80 150 mW

VS = ±15V 50 85 50 85 mW

LM741A VS = ±20V

TA = TAMIN 165 mW

TA = TAMAX 135 mW

LM741E VS = ±20V

TA = TAMIN 150 mW

TA = TAMAX 150 mW

LM741 VS = ±15V

TA = TAMIN 60 100 mW

TA = TAMAX 45 75 mW

Note 1: “Absolute Maximum Ratings” indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device isfunctional, but do not guarantee specific performance limits.

www.national.com3

Electrical Characteristics (Note 4) (Continued)

Note 2: For operation at elevated temperatures, these devices must be derated based on thermal resistance, and Tj max. (listed under “Absolute Maximum Rat-ings”). Tj = TA + (θjA PD).

Thermal Resistance Cerdip (J) DIP (N) HO8 (H) SO-8 (M)

θjA (Junction to Ambient) 100˚C/W 100˚C/W 170˚C/W 195˚C/W

θjC (Junction to Case) N/A N/A 25˚C/W N/A

Note 3: For supply voltages less than ±15V, the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage.

Note 4: Unless otherwise specified, these specifications apply for VS = ±15V, −55˚C ≤ TA ≤ +125˚C (LM741/LM741A). For the LM741C/LM741E, these specifica-tions are limited to 0˚C ≤ TA ≤ +70˚C.

Note 5: Calculated value from: BW (MHz) = 0.35/Rise Time(µs).

Note 6: For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A.

Note 7: Human body model, 1.5 kΩ in series with 100 pF.

Connection Diagram

Metal Can Package

DS009341-2

Note 8: LM741H is available per JM38510/10101

Order Number LM741H, LM741H/883 (Note 8),LM741AH/883 or LM741CH

See NS Package Number H08C

Dual-In-Line or S.O. Package

DS009341-3

Order Number LM741J, LM741J/883,LM741CM, LM741CN or LM741EN

See NS Package Number J08A, M08A or N08E

Ceramic Dual-In-Line Package

DS009341-5

Note 9: also available per JM38510/10101

Note 10: also available per JM38510/10102

Order Number LM741J-14/883 (Note 9),LM741AJ-14/883 (Note 10)

See NS Package Number J14A

Ceramic Flatpak

DS009341-6

Order Number LM741W/883See NS Package Number W10A

www.national.com 4

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted

Metal Can Package (H)Order Number LM741H, LM741H/883, LM741AH/883, LM741CH or LM741EH

NS Package Number H08C

Ceramic Dual-In-Line Package (J)Order Number LM741CJ or LM741J/883

NS Package Number J08A

www.national.com5

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)

Ceramic Dual-In-Line Package (J)Order Number LM741J-14/883 or LM741AJ-14/883

NS Package Number J14A

Small Outline Package (M)Order Number LM741CM

NS Package Number M08A

www.national.com 6


Dual-In-Line Package (N)Order Number LM741CN or LM741EN

NS Package Number N08E

www.national.com7


LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONALSEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices orsystems which, (a) are intended for surgical implantinto the body, or (b) support or sustain life, andwhose failure to perform when properly used inaccordance with instructions for use provided in thelabeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury to the user.

2. A critical component is any component of a lifesupport device or system whose failure to performcan be reasonably expected to cause the failure ofthe life support device or system, or to affect itssafety or effectiveness.

National SemiconductorCorporationAmericasTel: 1-800-272-9959Fax: 1-800-737-7018Email: [email protected]

National SemiconductorEurope

Fax: +49 (0) 1 80-530 85 86Email: [email protected]

Deutsch Tel: +49 (0) 1 80-530 85 85English Tel: +49 (0) 1 80-532 78 32Français Tel: +49 (0) 1 80-532 93 58Italiano Tel: +49 (0) 1 80-534 16 80

National SemiconductorAsia Pacific CustomerResponse GroupTel: 65-2544466Fax: 65-2504466Email: [email protected]

National SemiconductorJapan Ltd.Tel: 81-3-5639-7560Fax: 81-3-5639-7507

www.national.com

10-Lead Ceramic Flatpak (W)Order Number LM741W/883NS Package Number W10A

LM74

1O

pera

tiona

lAm

plifi

er

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.

©2001 Fairchild Semiconductor Corporation

www.fairchildsemi.com

Rev. 1.0.1

Features• Short circuit protection• Excellent temperature stability• Internal frequency compensation• High Input voltage range• Null of offset

DescriptionThe LM741 series are general purpose operational amplifi-ers. It is intended for a wide range of analog applications.The high gain and wide range of operating voltage providesuperior performance in intergrator, summing amplifier, andgeneral feedback applications.

8-DIP

1

8-SOP

1

Internal Block Diagram

LM741Single Operational Amplifier

LM741

2

Schematic Diagram

Absolute Maximum Ratings (TA = 25°C)Parameter Symbol Value Unit

Supply Voltage VCC ±18 VDifferential Input Voltage VI(DIFF) 30 VInput Voltage VI ±15 VOutput Short Circuit Duration - Indefinite -Power Dissipation PD 500 mWOperating Temperature RangeLM741CLM741I

TOPR 0 ~ + 70-40 ~ +85

°C

Storage Temperature Range TSTG -65 ~ + 150 °C

LM741

3

Electrical Characteristics(VCC = 15V, VEE = - 15V. TA = 25 °C, unless otherwise specified)

Note:1. Guaranteed by design.

Parameter Symbol ConditionsLM741C/LM741I

UnitMin. Typ. Max.

Input Offset Voltage VIORS≤10KΩ - 2.0 6.0

mVRS≤50Ω - - -

Input Offset VoltageAdjustment Range VIO(R) VCC = ±20V - ±15 - mV

Input Offset Current IIO - - 20 200 nAInput Bias Current IBIAS - - 80 500 nAInput Resistance (Note1) RI VCC =±20V 0.3 2.0 - MΩInput Voltage Range VI(R) - ±12 ±13 - V

Large Signal Voltage Gain GVRL≥2KΩ VCC =±20V,

VO(P-P) =±15V - - -V/mV

VCC =±15V,VO(P-P) =±10V 20 200 -

Output Short Circuit Current ISC - - 25 - mA

Output Voltage Swing VO(P-P)

VCC = ±20V RL≥10KΩ - - -

VRL≥2KΩ - - -

VCC = ±15V RL≥10KΩ ±12 ±14 -RL≥2KΩ ±10 ±13 -

Common Mode Rejection Ratio CMRRRS≤10KΩ, VCM = ±12V 70 90 -

dBRS≤50Ω, VCM = ±12V - - -

Power Supply Rejection Ratio PSRR

VCC = ±15V to VCC = ±15VRS≤50Ω - - -

dBVCC = ±15V to VCC = ±15VRS≤10KΩ 77 96 -

Transient Rise Time TRUnity Gain

- 0.3 - µsResponse Overshoot OS - 10 - %Bandwidth BW - - - - MHzSlew Rate SR Unity Gain - 0.5 - V/µsSupply Current ICC RL= ∞Ω - 1.5 2.8 mA

Power Consumption PCVCC = ±20V - - -

mWVCC = ±15V - 50 85

LM741

4

Electrical Characteristics( 0°C ≤TA≤70 °C VCC = ±15V, unless otherwise specified)The following specification apply over the range of 0°C ≤ TA ≤ +70 °C for the LM741C; and the -40°C ≤ TA ≤ +85 °C for the LM741I

Note :1. Guaranteed by design.

Parameter Symbol ConditionsLM741C/LM741I

UnitMin. Typ. Max.

Input Offset Voltage VIORS≤50Ω - - -

mVRS≤10KΩ - - 7.5

Input Offset Voltage Drift ∆VIO/∆T - - - µV/ °CInput Offset Current IIO - - - 300 nAInput Offset Current Drift ∆IIO/∆T - - - nA/ °CInput Bias Current IBIAS - - - 0.8 µAInput Resistance (Note1) RI VCC = ±20V - - - MΩInput Voltage Range VI(R) - ±12 ±13 - V

Output Voltage Swing VO(P-P)

VCC =±20VRS≥10KΩ - - -

VRS≥2KΩ - - -

VCC =±15VRS≥10KΩ ±12 ±14 -RS≥2KΩ ±10 ±13 -

Output Short Circuit Current ISC - 10 - 40 mA

Common Mode Rejection Ratio CMRRRS≤10KΩ, VCM = ±12V 70 90 -

dBRS≤50Ω, VCM = ±12V - - -

Power Supply Rejection Ratio PSRR VCC = ±20V to ±5V

RS≤50Ω - - -dB

RS≤10KΩ 77 96 -

Large Signal Voltage Gain GV RS≥2KΩ

VCC = ±20V,VO(P-P) = ±15V - - -

V/mVVCC = ±15V,VO(P.P) = ±10V 15 - -

VCC = ±15V,VO(P-P) = ±2V - - -

LM741

5

Typical Performance Characteristics

Figure 1. Output Resistance vs Frequency Figure 2. Input Resistance and Input Capacitance vs Frequency

Figure 3. Input Bias Current vs Ambient Temperature Figure 4. Power Consumption vs Ambient Temperature

Figure 5. Input Offset Current vs Ambient Temperature Figure 6. Input Resistance vs Ambient Temperature

LM741

6

Typical Performance Characteristics (continued)

Figure 7. Normalized DC Parameters vs Ambient Temperature

Figure 8. Frequency Characteristics vs Ambient Temperature

Figure 9. Frequency Characteristics vs Supply Voltage Figure 10. Output Short Circuit Current vs Ambient Temperature

Figure 11. Transient Response Figure 12. Common-Mode Rejection Ratiovs Frequency

LM741

7

Typical Performance Characteristics (continued)

Figure 13. Voltage Follower Large Signal Pulse Response Figure 14. Output Swing and Input Range vs Supply Voltage

LM741

8

Mechanical DimensionsPackage

6.40 ±0.20

3.30 ±0.30

0.130 ±0.012

3.40 ±0.20

0.134 ±0.008

#1

#4 #5

#8

0.252 ±0.008

9.20

±0.

20

0.79

2.54

0.10

0

0.03

1(

)

0.46

±0.

10

0.01

8 ±0

.004

0.06

0 ±0

.004

1.52

4 ±0

.10

0.36

2 ±0

.008

9.60

0.37

8M

AX

5.080.200

0.330.013

7.62

0~15°

0.300

MAX

MIN

0.25+0.10–0.05

0.010+0.004–0.002

8-DIP

LM741

9

Mechanical Dimensions (Continued)

Package

4.9

2 ±

0.2

0

0.1

94

±0.0

08

0.4

1 ±

0.1

0

0.0

16

±0.0

04

1.2

70

.05

0

5.720.225

1.55 ±0.20

0.061 ±0.008

0.1~0.250.004~0.001

6.00 ±0.30

0.236 ±0.012

3.95 ±0.20

0.156 ±0.008

0.50 ±0.20

0.020 ±0.008

5.1

30

.20

2M

AX

#1

#4 #5

0~8°

#8

0.5

60

.02

2(

)

1.800.071

MA

X0

.10

MA

X0

.00

4

MAX

MIN

+0.1

0-0

.05

0.1

5

+0.0

04

-0.0

02

0.0

06

8-SOP

LM741

6/1/01 0.0m 001Stock#DSxxxxxxxx

2001 Fairchild Semiconductor Corporation

LIFE SUPPORT POLICY FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in a significant injury of the user.

2. A critical component in any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.

www.fairchildsemi.com

DISCLAIMER FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

Ordering InformationProduct Number Package Operating Temperature

LM741CN 8-DIP0 ~ + 70°C

LM741CM 8-SOPLM741IN 8-DIP -40 ~ + 85°C

perancangan modul percobaan sistem komunikasi …

Documents