MAKALAH MODULASI AMPLITUDO PDF

Preview

Summary

MAKALAH MODULASI AMPLITUDO Disusun Oleh: Nama : Amrizal Hanif NIM : 105821113618 Jurusan : Teknik Elektro S-1 Mata Kuliah : Elektronik Digital UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR FAKULTAS TEKNIK PROGRAM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO TAHUN AJARAN 2019/2020 i KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadi...

Description

MAKALAH MODULASI AMPLITUDO

Disusun Oleh: Nama

: Amrizal Hanif

NIM

: 105821113618

Jurusan

: Teknik Elektro S-1

Mata Kuliah

: Elektronik Digital

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR FAKULTAS TEKNIK PROGRAM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO TAHUN AJARAN 2019/2020

i

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala yang telah memberikan rahmat serta hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan “Makalah Modulasi Amplitudo”. Penulisan makalah ini dapat terselesaikan berkat bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Ino Sulistiani ST., MT. selaku dosen dan pembimbing mata kuliah Elektronik Digital Universitas Muhammadiyah Makassar 2. Orang tua yang telah mendukung dan membantu dalam hal material dan non material. 3. Teman-teman Mahasiswa Teknik Elektro Semester 3 non regular yang telah membantu dalam pembuatan modul ini, hingga modul ini dapat selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Untuk itulah kami mengharap saran dan kritik dari pembaca demi perbaikan dan kesempurnaan makalah ini dan semoga dapat menambah ilmu atau wawasan serta bermanfaat bagi para pembaca dan apabila ada kesalahan dalam penulisan, kami mohon maaf yang setulus-tulusnya dan sebelumnya penulis mengucapkan terimakasih.

Makassar, 24 Desember 2019

ii

DAFTAR ISI Lembar Sampul ............................................................................................... i Kata Pengantar ............................................................................................... ii Daftar Isi ....................................................................................................... iii Daftar Gambar............................................................................................... iv BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1.Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2.Rumusan Masalah .............................................................................. 2 1.3.Batasan Masalah ................................................................................ 2 1.4.Tujuan Penulisan ................................................................................ 2 BAB II Pembahasan ....................................................................................... 3 2.1.Penertian Modulasi ............................................................................ 3 2.2.Tujuan Modulasi ................................................................................ 3 2.3.Modulasi Amplitudo .......................................................................... 4 2.4.Spektrum Sinyal Modulasi Amplitudo .............................................. 7 2.5.Jenis-jenis Modulasi Amplitudo ........................................................ 8 2.6.Indeks Modulasi Amplitudo ............................................................ 10 2.7.Rata-rata Daya Modulasi Amplitudo ............................................... 12 2.8.Tegangan atau Arus Efektif Sinyal Modulasi Amplitudo ................ 13 2.9.Demodulasi Amplitudo .................................................................... 13 2.10 Sampul Gelombang Termodulasi Modulasi Amplitudo ................ 17 2.11Kelebihan dan Kekurangan Modulasi Amplitudo .......................... 17 2.12 Contoh Soal dan Penyelesaian ....................................................... 17 BAB III PENUTUP ..................................................................................... 20 3.1 Kesimpulan ...................................................................................... 20 Referensi ...................................................................................................... 21

iii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.31 Bagian Modulasi......................................................................................... 1 Gambar 2.3.2 (a) Sinyal Pemodulasi (b) Sinyal Pembawa ...................................... 4 Gambar 2.3.3 Sinyal Termodulasi AM............................................................................. 6 Gambar 2.3.4 Spektrum Frekuensi Sinyal Termodulasi AM.............................................7 Gambar 2.4.1 Spektrum Frekuensi Sinyal Termodulasi................................................... 7 Gambar 2.5.4 Proses Transmisi Sideband........................................................................ 7 Gambar 2.6.1 Sinyal Termodulasi m=0........................................................................... 11 Gambar 2.6.2 Sinyal Termodulasi m=0.......................................................................... 11 Gambar 2.6.3 Sinyal Termodulasi m=1........................................................................... 12 Gambar 2.6.4 Sinyal Overmodulasi................................................................................. 12 Gambar 2.9.1.1 Gambar Rangkaian Modulasi AM di Multisim..................................... 15 Gambar 2.9.1.2 Gambar Hasil Modulasi AM di Multisim.............................................. 15 Gambar 2.9.2.1 Gambar Rangkaian demodulasi AM di Multisim.................................. 16 Gambar 2.9.2.2 Gambar Hasil Demodulasi AM di Multisim......................................... 16 Gambar 2.9.2.3 Gambar Rangkaian Demodulasi AM di Multisim ................................ 16 Gambar 2.10.1 Sampul Gelombang Termodulasi AM..................................................... 17

iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombangnya. Sinyal analog bekerja dengan mentransmisikan suara dan gambar dalam bentuk gelombang kontinu (continous varying). Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise (Furwadi, 2013). Pembahasan pada penulisan makalah ini adalah pada modulasi analog, dimana pada modulasi analog masih dibagi lagi atas modulasi linier dan modulasi nonlinier. Amplitude Modulation (AM), Frequency Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM) adalah jenis modulasi yang termasuk dalam kategori modulasi analog. Lebih rincinya Amplitude Modulation termasuk dalam modulasi analog-linier.

1.2. Rumusan Masalah Adapun rumusan pada penulisan makalah kali ini, yaitu : a. Mengetahui apa itu modulasi amplitudo b. Mengetahui jenis-jenis modulasi amplitudo c. Mengetahui Demodulasi Amplitudo d. Mengetahui rata – rata daya yang digunakan Amplitudo Modulasi e. Mengetahui bagaimana bentuk gelombang yang termodulasi

1

1.3. Batasan Masalah Pada makalah ini agar penjelasan dan penjabaran dari perumusan masalah tidak terlalu melebar maka dibuatlah batasan masalah pada makalah ini, yaitu makalah ini hanya membahas mengenai modulasi amplitudo.

1.4. Tujuan Penulisan Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat mengetahui mengenai pengertian modulasi amplitudo, Jenis – jenis amplitudo Mudolasi, Demodulasi Amplitudo Modulation, indeks modulasi, spektrum, distribusi daya dan analisis sinyal AM.

2

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Pengertian Modulasi Modulasi merupakan proses penumpangan sinyal informasi terhadap sinyal carrier (pembawa) dimana parameter sinyal pembawa atau sinyal carrier digubah-ubah terhadap yang lain (yaitu sinyal pemodulasi yang berupa sinyal informasi). Sinyal informasi dapat berbentuk sinyal audio, sinyal video, atau sinyal yang lain. Berdasarkan parameter sinyal yang diubah-ubah, modulasi dapat dibedakan menjadi beberapa jenis: a. Modulasi amplitudo (AM, Amplitudo Modulation) Pada modulasi amplitudo, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitudo sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. b. Modulasi frekuensi (FM, Frequency Modulation) Pada modulasi frekuensi, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa. Besarnya frekuensi sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. c. Modulasi Fasa (PM, Phase Modulation) Pada modulasi fasa, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubahubah fasa sinyal pembawa. Besarnya fasa sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. 2.2. Tujuan Modulasi Tujuan dari modulasi adalah untuk memindahkan posisi spektrum dari sinyal data, dari pita spektrum yang rendah (base band) ke pita spektrum yang jauh lebih tinggi (band pass). Hal ini dilakukan pada transmisi data tanpa kabel (dengan antena), yang mana dengan membesarnya frekuensi data yang dikirim, maka dimensi antenna yang digunakan akan mengecil. Contoh: data 1 berfrekuensi 𝑓1 = 3 𝑘𝐻𝑧 → panjang gelombangnya

3

λ1 =

3.108 𝑚⁄𝑠 3.103 1⁄𝑠

= 100 𝑘𝑚

data 2 berfrekuensi 𝑓2 = 300 𝑀𝐻𝑧 → panjang gelombangnya

λ2 =

3.108 𝑚⁄𝑠 3.108 1⁄𝑠

=1𝑚

Dengan contoh di atas, transmisi data 1 menjadi problematik, sedangkan data 2 lebih mudah untuk ditransmisikan. Kegunaan lain dari modulasi adalah, dengannya dimungkinkan proses pengiriman data/informasi melalui suatu media yang sama secara bersamaan Proses modulasi terjadi dengan melakukan variasi pada salah satu besaran karakteristik dari sinyal pembawa (yang berfrekuensi tinggi) seirama dengan sinyal data (yang berfrekuensi rendah). Sinyal pembawa yang telah dimodulasikan ini di sebut sinyal termodulasi. Sinyal data disebut juga sinyal pemodulasi. Alat, di mana proses modulasi ini terjadi, disebut juga modulator.

2.3. Modulasi Amplitudo Modulasi Amplitudo (AM) adalah penumpangan sinyal informasi terhadap sinyal carrier (pembawa) dimana amplitudo sinyal carrier akan berubah-ubah

mengikuti

perubahan

amplitudo

sinyal

informasinya.

Dibandingkan dengan FM (Modulasi Frekuensi) AM mempunyai kelebihan diantaranya adalah jarak transmisi AM lebih jauh dibandingkan FM. Namun AM lebih rentan terkena noise dibandingkan dengan FM. Oleh karena itu satsiun radio yang sering kita dengar kebanyakan menggunakan FM karena suara yang dihasilkan melalui transmisi menggunakan FM lebih jernih. Seperti telah dijelaskan di atas, pada modulasi amplitudo besarnya amplitudo sinyal pembawa akan diubah-ubah oleh sinyal pemodulasi sehingga besarnya sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi tersebut. Frekuensi sinyal pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pemodulasi. Frekuensi sinyal pemodulasi biasanya merupakan sinyal pada rentang frekuensi audio (AF, Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai denan 20 kHz. Sedangkan frekuensi sinyal pembawa biasanya berupa sinyal radio (RF, Radio Frequency) pada rentang frekuensi tengah (MF, Mid4

Frequency) yaitu antara 300 kHz sampai dengan 3 Mhz. Untuk mempermudah pembahasan, hanya akan didiskusikan modulasi dengan sinyal sinus.

Gambar 2.3.1 Bagan Modulasi Jika sinyal pemodulasi dinyatakan sebagai 𝑒𝑚 = 𝑉𝑚 𝑠𝑖𝑛 ω𝑚 𝑡 dan sinyal pembawanya dinyatakan sebagai 𝑒𝑐 = 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡, maka sinyal hasil modulasi disebut sinyal termodulasi atau 𝑒𝑚 . Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi AM. 𝑒𝐴𝑀 = 𝑉𝑐 (1 + 𝑚 𝑠𝑖𝑛 ω𝑚 𝑡) 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡 = 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡 + 𝑚 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡 𝑠𝑖𝑛 ω𝑚 𝑡 1 1 = 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡 + 𝑚 𝑉𝑐 𝑐𝑜𝑠 (ω𝑐 − ω𝑚 ) 𝑡 − 𝑚 𝑉𝑐 𝑐𝑜𝑠 (ω𝑐 + ω𝑚 ) 𝑡 2 2

dengan 𝑒𝐴𝑀

: sinyal termodulasi AM

𝑒𝑚

: sinyal pemodulasi

𝑒𝑐

: sinyal pembawa

𝑉𝑐

: amplitudo maksimum sinyal pembawa

𝑉𝑚

: amplitudo maksimum sinyal pemodulasi

m

: indeks modulasi AM

ω𝑐

: frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik)

ω𝑚

: frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)

Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut dinyatakan sebagai: ω=2πf

5

Komponen pertama sinyal termodulasi AM 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛 ω𝑐 𝑡 disebut komponen pembawa, komponen kedua ( yaitu

1 2

𝑚 𝑉𝑐 𝑐𝑜𝑠 (ω𝑐 − ω𝑚 ) 𝑡 )

disebut komponen bidang sisi bawah atau LSB (Lower Side Band), dan komponen 1 2

ketiga

(

yaitu

𝑚 𝑉𝑐 𝑐𝑜𝑠 (ω𝑐 + ω𝑚 ) 𝑡 ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB (Upper

Side Band). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar ω𝑐 , komponen LSB mempunyai frekuensi sudut sebesar ω𝑐 − ω𝑚 , dan komponen USB mempunyai frekuensi sudut sebesar ω𝑐 + ω𝑚 . Gambar 2.2. memperlihatkan sinyal informasi (pemodulasi), sinyal pembawa, dan sinyal termodulasi AM.

Gambar 2.3.2 (a) Sinyal Pemodulasi (b) Sinyal Pembawa

Gambar 2.3.3 Sinyal Termodulasi AM

6

Pada gambar 2.3.4 diperlihatkan spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang dihasilkan oleh spektrum analyzer. Harga amplitudo masing-masing bidang sisi dinyatakan dalam harga mutlaknya.

Gambar 2.3.4 Spektrum Frekuensi Sinyal Termodulasi AM

2.4. Spektrum Sinyal AM Pada gambar 2.4.1 merupakan spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang dihasilkan oleh spektrum analyzer.

Gambar 2.4.1. Spektrum frekuensi Sinyal Termodulasi

Daya total sinyal AM dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut PAM = Pc ( 1 + 𝑚2 2) Dimana 𝑐 adalah daya sinyal pembawa (carrier) Pc = (𝐴𝑐) √2 2 adalah daya total sideband (LSB+USB)

7

Dari persamaan tersebut dapat kita ketahui bahwa lebar pita frekuensi (bandwitdh) dalam sebuah proses modulasi AM adalah dua kali frekuensi sinyal informasi. Nilai saat frekuensi cut–off dicari dengan mencari nilai –3 dB : dB = 20 log Vo/Vin =10 log (1/2 ) Mencari nilai frekuensi cut off bisa menentukan nilai frekuensi resonansinya.

2.5. Jenis-Jenis Modulasi Amplitudo Adapun beberapa jenis dari modulasi amplitudo, yaitu: 2.5.1. AM SSB (Single Sideband) AM SSB (Single Sideband) merupakan penyempurnaan dari modulasi amplitudo yang menggunakan daya listrik dan bandwidth. Modulasi amplitudo ini menghasilkan sinyal output termodulasi yang memiliki dua kali bandwidth sinyal baseband asli. Modulasi single-sideband menghindari bandwidth dua kali lipat, daya terbuang pada operator, dan biaya akan meningkat pada kompleksitas perangkat dan tuning lebih sulit pada penerima. SSB demodulator memiliki kemampuan untuk memilih sideband. Semua metode SSB ini memiliki rekan-rekan sebagai demodulasi. Persamaan sinyal SSB adalah sebagai berikut: Upper Sideband (USB) dan Lower Sideband (LSB) dari sinyal adalah φSSB(t) = ½ cos [2π ( fc ± fm ) t] Dengan cos(a + b ) = cos a cos b - sin a sin b, maka persamaan untuk sinyal SSB-USB bisa ditulis : φSSB-USB(t) = φSSB+(t) = ½ [ cos 2πfm t cos 2πfc t - sin 2πfm t sin 2πfc t] φSSB-USB(t) = ½ [ cos ωm t cos ωc t sin ωm t sin ωc t] 8

dengan cara serupa diperoleh sinyal SSB-LSB mempunyai persamaan: φSSB-LSB(t) = φSSB-(t) = ½ [ cos ωm t cos ωc t + sin ωm t sin ωc t ]

2.5.2. AM DSBFC (Double Sideband Full Carrier) AM DSBFC (Double Sideband Full Carrier) disebut juga full AM dimana spektrum yang dipancarkan adalah spektrum frekuensi AM yaitu frekuensi LSB dan frekuensi USB. Bandwidth sinyal termodulasinya adalah sama dengan dua kali sinyal informasinya.

2.5.3. AM DSBSC (Double Sideband Supprised Carrier) AM DSBSC (Double Sideband Supprised Carrier) adalah jenis modulasi amplitudo dimana spektrum frekuensi carrier di tekan mendekati nol. Persamaan umum dari DSB adalah sebagai berikut: = (Sc.Sm)/2 x [ cos 2π (fc + fm)t + cos 2π (fc – fm)t] Bandwidth (BW) = fUSB - fLSB = (fc + fm) - (fc - fm) = 2 fm Daya (P) = (Sc.Sm /2)2 /2R +(Sc.Sm /2)2 /2R Efisiensi (η) = (PLSB + PUSB )/ Ptot x 100

2.5.4. AM VSB (Vestigial Sideband) AM VSB (Vestigial Sideband) sering digunakan pada industri televisi komersial untuk transmisi dan penerimaan sinyal video. Pada VSB sebagian komponen LSB ikut di transmisikan dengan komponen USB dan komponen pembawa. Nah, itulah beberapa jenis-jenis dari modulasi amplitudo (AM). Setelah kita mengetahui jenis-jenis modulasi AM, ada satu hal yang paling dominan di semua jenis-jenis dari modulasi AM. Hal ini adalah sideband. Sideband adalah beberapa komponen yang ada di setiap proses modulasi. Contohnya pada AM SSB maka sideband yang di

9

transmisikan adalah sideband frekuensi LSB atau USB saja. Tentunya di suatu sistem terdapat juga transmisi sideband. Nah, yang akan kita bahas selanjutnya adalah proses pada transmisi sideband

Gambar 2.5.4. Proses Transmisi Sideband

Dari gambar diatas terlihat bahwa audio input masuk ke audio input filter. di dalam audio input filter sinyal masukan akan di filter sehingga menghasilkan sinyal dengan frekuensi di bawah 3400 Hz, kemudian sinyal akan masuk ke audio amplifier agar amplitudo sinyal dapat dikuatkan, kemudian sinyal akan masuk ke amplitudo modulator, disini terjadi proses modulasi dimana terjadi penumpangan sinyal informasi ke sinyal carrier. Kemudian sinyal yang termodulasi akan masuk ke output filter. di output filter sinyal termodulasi akan di filter sehingga menghasilkan sinyal AM dengan satu sideband saja. Baik itu LSB maupun USB.

2.6. Indeks Modulasi Amplitudo Derajat modulasi merupakan parameter penting dan juga sering disebut indeks modulasi AM, dinotasikan dengan m. Parameter ini merupakan perbandingan antara amplitudo puncak sinyal pemodulasi (𝑉𝑚 ) dengan amplitudo puncak sinyal pembawa (𝑉𝑐 ). Besarnya indeks modulasi mempunyai rentang antara 0 dan 1. Indeks modulasi sebesar nol, berarti tidak ada pemodulasian, sedangkan indeks modulasi sebesar satu merupakan pemodulasian maksimal yang dimungkinkan. Besarnya indeks modulasi AM dinyatakan dengan persamaan: 𝑚=

𝑉𝑚 𝑉𝑐 10

Indeks modulasi juga dapat dinyatakan dalam persen dan dinotasikan dengan M, 𝑀=

𝑉𝑚 × 100% 𝑉𝑐

1. ketika m = 0, Em = 0, maka sinyal termodulasi adalah sama seperti sinyal carrier (sebelum modulasi)

Gambar 2.6.1. Sinyal Termodulasi m = 0 2. ketika 0 < m 1, pada kondisi ini dikatakan terjadi overmodulasi. Overmodulasi akan menghasilkan distorsi pada sinyal termodulasi, dan envelope sama sekali berbeda bentuknya dengan sinyal informasi/pemodulasi.

Gambar 2.6.3. Sinyal Overmodulasi 2.7. Rata-rata Daya AM Daya rata-rata gelombang sinusoidal melewati hambatan R adalah 2 V m ax / 2 R

Maka berdasar spektrum frekuensi diperoleh :

P = V c2m ax / c2 R Dan untuk LSB dan USB masing-masing :

12

Maka total Daya rata-rata adalah :

2.8. Tegangan atau Arus Efektif sinyal AM Tegangan efektif sinusoidal melewati hambatan R adalah : PT=V2 / R Tegangan efektif pada komponen carrier :

2

c

P=V c m ax / R Maka diperoleh hubungan :

Maka , diperoleh tegangan, arus, dan indek modulasi

2.9. Demodulasi Amplitudo (AM ) Definisi demodulasi adalah proses suatu sinyal modulasi yang dibentuk kembali seperti aslinya dari suatu gelombang pembawa (carrier wave) yang

13

termodulasi oleh rangkaian. Demodulasi AM adalah proses pengembalian sinyal termodulasi menjadi sinyal informasi. Alat yang digunakan pada demodulasi amplitudo disebut Envelope Detector (Detektor Selubung). Sebuah transistor atau dioda dapat digunakan sebagai modulator. Persamaan sinyal demodulasi AM adalah: - Sinyal informasi ...