LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM SISTEM TELEKOMUNIKASI SEMESTER III THN 2016/2017
JUDUL FREQUENCY MODULATION (FM)
GRUP 6
3D
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2017
NO. PERCOBAAN
: 03
JUDUL
: FREQUENCY MODULATION (FM)
KELAS / KELOMPOK
: TT 3D / KELOMPOK 6
PEMBUAT LAPORAN
: BHAKTI SETIAWAN (1316030026)
NAMA PRAKTIKAN
: BHAKTI SETIAWAN (1316030026) DINI MAGHFIROH (1316030028) SALSABILA FIRDAUSIA (1316030048)
PELAKSANAAN PRAKTIKUM
: 5 OKTOBER 2017
PENYERAHAN LAPORAN
: 11 OKTOBER 2017
NILAI
: ......................
KETERANGAN
: ...................... ...................... .......................
DAFTAR ISI
I. Tujuan ............................................................................................................................. II. Diagram Rangkaian ................................................... .................................................... III. Alat dan Komponen yang Digunakan ................................................ .......................... IV. Dasar Teori .................................................................................................................... Modulasi Frekuensi (FM) ........................................................................................ Indeks Modulasi FM ................................................................................................ Analisis Frekuensi Gelombang Termodulasi FM .................................................... Lebar bidang untuk FM ........................................................................................... V. Data Hasil Percobaan ..................................................................................................... VI. Analisis Data ................................................................................................................. 8.4 Cara Melakukan Percobaan .......................................................................................... 8.5 Analisa .......................................................................................................................... 8.6 Tugas ............................................................................................................................ 8.7 Kesimpulan ................................................................................................................... LAMPIRAN ....................................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................................
FREQUENCY MODULATION (FM)
I.
TUJUAN
1. Menampilkan bentuk sinyal FM 2. Menjelaskan apa yang dimaksud dengan modulasi FM 3. Menjelaskan perbedaan antara FM dan AM 4. Menjelaskan alasan penggunaan Pre dan De Emphasis
II. DIAGRAM RANGKAIAN
III. ALAT dan KOMPONEN yang DIGUNAKAN
No.
Alat
Jumlah
1.
DC Power Supply 15 Volt
SO 3538-8D
1
2.
Function Generator
SO 5127-2R
2
3.
U. patch panel Type C
SO 3535-5N
1
4.
Angel Modulator
SO 3537-8U
1
5.
Angle Demodulator
SO 3537-8V
1
6.
Universal Counter
HP-533417 A
1
7.
Frequency Analyzer
SO 3537-6D
1
8.
Multimeter Analog
Metrix MX 430
1
9.
Multimeter Digital
10.
Function Generator
11.
Oscilloscope
12.
Resistor 220Ω/2W
2
13.
Turn helical potentiometer 1 kΩ
1
14.
BNC to Banana Cable
4
15.
Banana to Banana Cable
4
1 GW-INSTEK GFG-9210 GW-INSTEK GOS-653G
1 1
16.
IV.
Jumper plug-in besar
15
DASAR TEORI
Modulasi Frekuensi (FM)
Modulasi frekuensi didefinisikan sebagai deviasi sesaat sinyal pembawa (dari frekuensi tak termodulasinya) sesuai dengan amolitudo sesaat sinyal pemodulasi. Sinyal pembawa dapat berupa gelombang sinus, sednagkan sinyal pemodulasi (informasi) dapat berupa gelombang apa saja (sinusoidal, kotak, segitiga, atau sinyal laim misalnya sinyal audio). Gambar 1.mengilustasikan modulasi frekuensi sinyalpembawa sinusoidal dengan menggunakan sinyalpemodulasi yang juga berbentuk sinyal sinusoidal. Secara matematis, sinyal termodulasi FM dapat dinyatakan dengan eFM = Vc sin ( ωc t + mf sin ωm t ) keterangan : eFM
: sinyal termodulasi FM
em
: sinyal pemodulasi
ec
: sinyal pembawa
Vc
: amplitudo maksimum sinyal pembawa
mf
: indeks modulasi FM
ωc ωm
: frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik) : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)
Gambar 1. (a) Sinyalpembawa (b) sinyal pemodulasi (c) Sin yal termodulasi FM
Indeks Modulasi FM
Seperti telah dibahas, pada modulasi frekuensi maka frekuensi sinyal pembawa diubahubah sehingga besarnya sebanding dengan besarnya amplitudo sinyal pemodulasi. Semakin besar amplitudo sinyal pemodulasi,maka semakin besar pula frekuensi sinyal termodulasi FM. Besar selisih pembawa disebut deviasi frekuensi.deviasi frekuensi. deviasi frekuensi maksimum didefinisikan sebagai selisih antara frekuensi sinyal termodulasi tertinggi dengan terendahnya. Indeks modulasi FM (mf) merupakan perbandingan antara deviasi frekuensi mak simum dengan frekuensi sinyal pemodulasi
Dengan δ : deviasi frekuensi maksimum fm : frekuensi maksimum sinyal pemodulasi mf : indeks modulasi FM Besarnya indeks modulasi FM dapat dipilih sebesar mungkin sejauh tersedia bandwith (lebar bidang) untuk keperluan transmisinya. Biasanya besarnya indeks modulasi ini akan dimaksimalkan dengan cara mengatur besarnya deviasi frekuensi maksimal yang diijinkan.
Analisis frekuensi Gelombang Termodulasi FM
Persamaan gelombang FM dinyatakan sbb : eFM = Vc J0 mf sin ωc t + Vc {J1 (mf) [sin (ωc + ωm )t - sin (ωc - ωm )t]} + Vc {J2 (mf) [sin (ωc + 2ωm )t - sin (ωc - 2ωm )t]} + Vc {J3 (mf) [sin (ωc + 3ωm )t - sin (ωc - 3ωm )t]} + Vc {J4 (mf) [sin (ωc + 4ωm )t - sin (ωc - 4ωm )t]} + ……… Keterangan eFM
: amplitudo sesaat gelombang termodulasi FM
Vc
: amplitudo puncak pembawa
Jn
: penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk indeks modulasi
mf
: indeks modulasi FM
dan Vc J0 (mf) sin ωc t = komponen frekuensi pembawa Vc{J1 (mf) [sin (ωc+ωm)t - sin (ωc - ωm)t]} = komp. bid. sisi pertama Vc {J2 (mf) [sin (ωc + 2ωm )t - sin (ωc - 2ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-dua vc {J3 (mf) [sin (ωc + 3ωm )t - sin (ωc - 3ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-tiga Vc {J4 (mf) [sin (ωc + 4ωm )t - sin (ωc - 4ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-empat Vc {J4 (mf) [sin (ωc + 5ωm )t - sin (ωc - 5ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-lima dst
Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi dapat dilihat pada gambar 2. Dan tabel fungsi bessel pada halaman akhir bab ini.
Dengan memasukkan nilai-nilai indeks modulasi, frekuensi pembawa, dan frekuensi pemodulasinya
maka
dapat
ditentukan
pula
penyelesaian
fungsi
Bessel
yang
bersangkutan.selanjutnya dapat digambarkan spektrum frekuensi sinyal termodulasi FM yang bersangkutan. Gambar 4.3 memperlihatkan contoh spektrum sinyal termodulasi FM.
Gambar 3. Spektrum sinyal termodulasi FM
Lebar-bidang untuk FM
Lebar bidang yang dibutuhkan untuk mentransmisikan sinyal FM adalah : BW = 2 ( n . fm ) Dengan n adalah nilai tertinggi komponen bidang-sisi dan fm adalah frekuensi tertinggi pemodulasi.olehkarena pada kenyataannya nilain mencapai tak hingga,maka secara teoritis lebar bidang yang dibuthkan adalah tak hingga pula. Namun, amplituod komponen bidang sisi untuk n yang bernilai besar menjadi tidak terlalu signifikan sehingga kontrinbusinya dapat diabaikan. Dengan pertimbangan ini, maka nilai n yang digunakan untuk menentukan lebar bidang adalah nilai n yang masih memberikan kontribusi signifikanpad amplitudo komponen bidang sisinya. Kontribusi yang dapat dianbggap sginifikan adalah yang memberikan tegangan sebesar minimal 1% atau -40 Db. Hal ini dapat dilihat pada tabel
fungsi Bessel, misalnya untuk sebesar 5 maka jumlah n yang signifikan adalah 8 (sampai dengan j8 , untuk n > 8 diabaikan). Pada tahun 1938 J.R. Carson menyatakan bahwa untukmentrasimsikan sinyal termodulasi FM dibutuhkan lebar bidang minimal dua kali jumlahan deviasi frekeuensi dengan δ frekuensi maksimum sinyal termodulasi. Selanjutnya halini dikenal dengan Carson’s rule
dan dapat dinyatakan sebagai : BW = 2 ( δ + fm )
Dengan adalah deviasi frekuensi dan fm adalah frekuensi tertinggi sinyalmpemodulasi. FCC telah mengalokasikan lebar bidang sebesar 200 kHz untuk siaran FM (disebut FM bidang lebar atau wideband FM). Deviasi frekuensi maksimum yang dizinkan adalah sebsar δ = ± 75 kHz. Dengan batasan ini, maka besarnya indeks modulasi juga dibatasi (mulai sebesar = 5 untuk = 1 kHz hingga sebesar 1500 untuk = 50 Hz). Gambar 4. Memperlihatkan bidang frekunsi untuk siaran komersial FM. Selain yang telah dibahs diats, FCC juga mengalokasikan bidang frekunsiuntuk siaran FM bidang sempit (narrowband FM) sebesar 10 – 30 kHz. Indeks modulasinya dibuat mendekati satu sehingga lebar bidang yang diperlukan sama dengan lebar bidang untuk sinyal AM yaitu hanya sebsar 2 x fm. Contoh FM bidang smepit antara lain sistem radio mobil untuk polisi, dinas kebakaran,pelayanan taksi, telelfon seluler, radioamatir, dan lainlain.
V.
DATA HASIL PERCOBAAN
Atur frekuensin output modulator FM (2) pada 20 kHz Hubungkan Multimeter digital ke input modulator FM (1) Hubungkan Frequency Counter ke output modulator FM (2).
Lengkapi Tabel IV.1. berikut ini Tegangan
Frekuensi
Tegangan
Periode
Tegangan
Input
Output
RMS
(T)
Pk-Pk
Modulator
Modulator
Vrms
(µs)
(Volt)
FM (1)
FM (2)
(mV)
Volt (dc)
(kHz)
9.80
20.77
497
48.0
1.58
9
20.44
498
48.8
1.6
8
20.39
499
49.07
1.6
7
20.37
500
49.10
1.6
6
20.06
501
49.80
1.6
5
20.00
503
50
1.66
4
19.98
503
50.05
1.64
3
19.92
505
50.20
1.62
2
19.89
506
50.27
1.60
1
19.76
508
50.60
1.66
0
19.66
509
50.86
1.64
-1
19.63
510
50.95
1.64
-2
19.59
512
51.05
1.62
-3
19.54
512
51.17
1.6
-4
19.46
514
51.40
1.66
-5
19.38
515
51.60
1.66
-6
19.31
516
51.80
1.64
-7
19.27
516
51.90
1.64
-8
19.19
518
52.10
1.64
-9
19.10
518
52.37
1.6
-10
19.03
519
52.55
1.6
IV.I.I
Konstanta Frekuensi-Tegangan k = ∆f / ∆Va adalah :
Untuk ∆Va = ± 10 V 20.77 KHz – 19.03 KHz
1.74 KHz
1740 Hz
20 V
20 V
20 V 87
Untuk ∆Va = ± 6 V 20.06 KHz – 19.31 KHz
0.75 KHz
750 Hz
12 V
12 V
12 V 62.5
Linearitasnya : Jelek IV.2.
Buat Rangkaian seperti pada gambar di bawah ini.
Fm = 200 Hz, Gelombang Sinus Vm = 20 Vpp Input
Langsung (1)
Pre-Emphasis (2)
Satuan
T1
51.80
0
µs
T2
0
56.00
µs
19.31
0
KHz
0
17.86
KHz
-0.725
-0.725
Hz
1 1 =
1 1
1 =
∆1 =
2
(F2-F1)
Fm = 2 KHz, Gelombang Sinus Vm = 20 Vpp Input
Langsung (1)
Pre-Emphasis (2)
Satuan
T1
58.73
0
µs
T2
0
52.80
µs
17.03
0
KHz
0
18.94
KHz
0.955
0.955
Hz
1 1 =
1 1
1 =
∆1 =
2
(F2-F1)
Dengan Pre-Emphasis Deviasi menjadi Turun Dengan faktor =
∆ ∆
=
0.955 0.75
= − 1.32 atau
1.32 (Mutlak)
VI. ANALISIS DATA
Pada praktikum kali ini percobaan yang dilakukan adalah percobaan Frequency Modulation (FM). Dari hasil tabel IV.1 dapat diketahui nilaiminimum danmaksimum dari modulator FM yaitu sebesar 20.77 KHz untuk nilaimaksimumnya dan 17.30 KHz untuk minimumnya.
Dari tabel tersebut juga terukur dengan frekuensi paling tinggi 2 0.27 KHz pada tegangan 9.80 Volt (dc) dan nilai terendah frekuensi 19.03 KHz pada tegangan -10 Volt (dc). Dari Tabel tersebut dapat dilihat bahwa frekuensi output modulator berubah-ubah seiring dengan perubahan tegangan input modulatornya. Hal terjadi karena pada frekuensi modulator,sehingga frekuensi sinyalpembawa dapat disesuaikan dengan berdasarkan amplitudo sinyal informasi. Dari tabel IV.I dapat diketahui juga bahwa nilai Vrms dan periode mengalami peningkatan nilai walau tidak signifikan seiring nilai tegangan input modulator dari 10 Volt sampai -10 Volt. Dari tabel IV.1 dapat diketahui juga bahwa nilai tegangan puncak-puncak (pk-pk) mengalami peningkatan tidak tetap dan tidak signifikan karena ada yang memiliki nilai yang sama dengan nilai tegangan input modulatornya dengan seiring nilai tegangan input modulator dar 10 Volt sampai -10 Volt. Dari tabel IV.1.1 dapat diketahui konstanta frekuensi-tegangannya dengan melihat amplitudo dan frekuensinya, dimana untuk ∆Va = ± 10 V bernilai 87 dan untuk ∆Va = ± 6 V bernilai 62.5. Dari hasil itu didapat linearitasnya jelek karena kedua nilai ∆Va tidak sama. Dari tabel IV.2. dapat diketahui adnya penambahan komponen pre-emphasis yang ditempatkan pada awal sebelum sinyal itu sempat masuk pada modulator dan menyebabkan nilaideviasi meningkat. Hal ini terjadi karena fungsi dari komponen preemphasis itu sendiri digunakan untuk meningkatkan gain jika sinyal input meningkat frekunsinya dari Fm = 200 Hz memiliki deviasi -0.725 dan Fm = 2 KHz memiliki deviasi 0.955. Pre-Emphasis mengalami penurunan karena
faktor bernilai -1.23 dengan
perbandingan pengurangan deviasi bawah dan atas yang bernilai 0.23.
VII. TUGAS
1. Menjelaskan Perbedaan antara FM dan AM 2. Menjelaskan alasan penggunaan Pre dan De-Emphasis
Jawab 1. Perbedaan antara FM dan AM antara lain bahwa dengan teknik AM,amplitudo
gelombang carrier akan dioubah seiring dengan perubahan sinyalinformasi yang dimasukan frekuensi gelombang cariernya yang relatif tetap. Sedangkan pada modulasi FM, frekuensi gelombang carier akan berubah seiring perubahan sinyal informasi lainnya.dan amplitudo gelombang carier relatif tetap. Kedua, pada AM dalam pengaplikasiannya memiliki range jangkauan yang lebih luas daripada gelombang FM dikarenakan gelombang AM memiliki panjang gelombang leboh panjang daripada FM. Tetapi dalam perjalannya mencapai penerima, gelombang akan mengalamiredaman oleh udara mendapat interferensi dari frekuensifrekuensi lain dan mempengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Berbeda dengan FM bebas dari pengaruh gangguan udara. 2. Alasan
penggunaan
Pre
dan
De
Emphasis
ialah
penggunaanya
untuk
meningkatkan gain jika sinyal input meningkat frekuensinya dan akan menekan amplitudo dari frekuensi sinyal FM yang lebih rendah daripada input dan mencegah pengaruh kecacatan pada sinyalterima dan dapat juga mengurangi ketidaklinearan.
VIII. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah kita lakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Pada sistem FM, frekuensi output modulator, tegangan rms (Vrms), tegangan puncak ke puncak (Vp-k), dan periode berubah-ubah seiring dengan perubahan tegangan input modulator FM. 2. Pada konstanta frekuensi tegangan yang didapat ialah Linearitasnya jelek, dikarenakan nilai pada ∆Va = ± 10 V dan ∆Va = ± 6 V tidak sama. 3. Pre Emphasis ditempatkan pada awal sebelum sinyal itu sempat masuk pada modulator menyebabkan nilai faktor deviasi menignkat.seiring menigkatnya Frekuensi modulasinya. 4. Fungsi dari Pre Emphasis untuk meningkatkan gain
5. Pada FM, frekuensi gelombang pembawa akan berubah seiring dengan perubahan sinyal informasinya. Pada AM, Amplitudo gelombang pembawa akan diubah seiring dengan perubahan sinyal informasi masukan. Dan FM lebih banyak kelebihannya daripada AM.
LAMPIRAN
Gambar IV.I.01 Rangkaian FM
Gambar IV.I.02 9.8 V
Gambar IV.I.03 9 V
Gambar IV.I.04 8 V
Gambar IV.I.05 6 V
Gambar IV.I.06 5 V
Gambar IV.I.07 4 V
Gambar IV.I.08 3 V
Gambar IV.I.09 2 V
Gambar IV.I.10 1 V
Gambar IV.I.11 0 V
Gambar IV.I.12 -1V
Gambar IV.I.13 -2 V
Gambar IV.I.14 -3 V
Gambar IV.I.15 -4 V
Gambar IV.I.16 -5 V
Gambar IV.I.17 -6 V
Gambar IV.I.18 -7 V
Gambar IV.I.20 -8 Volt
Gambar IV.I.21 -9 Volt
Gambar IV.I.22 -10 Volt
DAFTAR PUSTAKA
[1].Wikipedia. 2016. Modulasi Frekuensi . https://id.wikipedia.org (11 Oktober 2017). [2].Benny. 2012 . modulasifrekuensi fm. http://bennygasadena27.blogspot.co.id (11 Oktober 2017). [3].Triprijooetomo. 2015 . Diktat Laboratorium SistemTelekomunikasi. Depok: Politeknik Negeri Jakarta.