BAB 7MIXER DANPENGUATIF

I. TUJUAN1. Memahamiprinsipoperasi daripenerima superheterodyne2. Memahamipengoperasianmixer3. Memahamipengoperasianpenguat IF4. Mengukurkonversi gaindari mixer5. mengukurkarakteristikdaripenguatIF

II. DASAR TEORISebuah radiopenerima berfungsimenghalangigelombangradio dari pemancar, memperkuat sinyalyang diinginkan dan memulihkan sinyal modulasi asli melalui sebuah proses.Penerima bisa dikategorikan langsung dan superheterodyne.Sebuah penerima langsung menguatkan sinyal RF yang diinginkan dan langsung menggeser sinyal yang frekuensinya lebih tinggi daripada sinyal frekuensi rendah audio dengan demodulator tunggal. Penerima langsung yang sederhana, tetapi bising dan kurang di sensitivitas, selektivitas, dan stabilitas.Oleh karena itu jarang digunakan dalam aplikasi yang mudah ini.Bentuk lain dari penerima, banyak digunakan dalam AM, FM, AM dan komunikasi, disebut penerima superheterodyne.Diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar.7-1. RF output sinyal dari antena pertama kali diperkuat oleh penguat RF dan kemudian digabungkan ke mixer.Mixer down shifts sinyal RF ke frekuensi antara (IF) sinyal. Demodulator atau detektor pulih sinyal modulasi asli pada pemancar dan penguat audio menyediakan daya yang cukup untuk mendorong pembicara. Demodulator bertindak sebagai filter bandpass kinerja tinggi dengan frekuensi tengah 21,8 MHz dan cut off yang sangat baik karakteristik.Hasilnya adalah peningkatan selektivitas penerima.Meskipun penerima superheterodyne memiliki beberapa gangguan dari gambaran frekuensi, kinerja secara keseluruhan lebih baik dari penerima langsung

Gambar. 7-1 Blok diagram dari penerima superheterodyneDiskusi ini akan berfokus pada prinsip-prinsip operasi mixer dan rangkaian IF. Sinyal RF yang diterima dalam jangkauan VHF diperkuat oleh penguat RF.Sinyal output dari penguat Rf digabungkan ke mixer yang menggeser sinyal frekuensi radio ke frekuensi menengah (21,8 MHz) sinyal.Proses pertama konversi frekuensi disebut demodulasi RF.Demodulasi kedua pulih sinyal audio dari sinyal IF.Sistem penerima karena itu disebut sistem konversi ganda.Pada pemancar, hanya proses modulasi dapat menggeser sinyal audio ke sinyal RF yang diinginkan yang akan dikirim.Pada penerima, demodulasi ganda diperlukan untuk memulihkan sinyal audio pada rasio signal-to-noise tinggi.Gambar.7-2 menunjukkan diagram blok dari mixer dan rangkaian frekuensi menengah (IF). Diagram ini mencakup tiga blok fungsional utama: mixer, titik filter IF dan penguat If.Mixer menggeser sinyal yang diterima dari frekuensi radio (RF) di band VHF ke IF.Titik filter IF bandpass filter yang melewati sinyal IF saja.IF menguatkan sinyal lemah IF yang berasal dari filter output untuk penggunaan FM demodulator. Dengan cara modul RF disebutkan sebelumnya, ada rangkaian yang beroperasi di rentang RF, seperti RF, mixer amplifier dan IF filter.

Gambar. 7-2 Blok diagram mixer dan rangkaian IFDalam beberapa tahun terakhir, beberapa modul RF terdiri dari sirkuit dari sirkuit dari mixer penguat RF, filter IF, penguat IF dan IF FM demodulator.Sinyal output dari modul RF sehingga sinyal audio pulih.Sebuah Mixerberfungsikonversi frekuensidi keduapemancar dan rangkaian penerima. Padapenerima,mixerdigunakan untukpergeseranke bawah frekuensiRFyang lebih tinggi: namun,mixer dipemancaradalah untukbergeser ke atassemakin rendahfrekuensike frekuensiRFyang lebih tinggi.Persyaratan karakteristikmixermeliputi:kerugiankonversi yang rendah,insertion lossrendah, dan rasiotegangangelombangberdirirendah.Selainitu membutuhkanisolasiyang sangat baik antaramixerdanosilatorlokal.Gbr.7-3ilustrasipengoperasianmixer.Mixerdapat dianggapsebagai elemenaktif (misalnya,transistor) yang beroperasi diwilayahkarakteristiknonlinier.Duasinyal input pada frekuensi yang berbeda(RFamplifierkeluarandan output osilator lokal)dikirim ke inputdari mixer danmixermenghasilkanjumlah dan perbedaandari duasinyalfrekuensi.

Gambar.7-3MixeroperasiKarakteristiknonliniertransistordapat dinyatakan dalamfungsi eksponensialsebagai

(7-1)

Fungsieksponensialadalah ekspresi daritaylorseri.Bila perangkatnonlinierakan menghasilkan sejumlah komponen frekuensi baru(Frekuensiharmonik).Hal ini mudah dibuktikan dengan menggunakandua sinyaldan ke input mixer, ouput mixer diperolehdengan menggantikansinyalinputdalam Pers.(7-1), yaitu:

=

= ... (7-2)Untuk menyederhanakanperhitungan, membiarkanA = B= 1 danmengambilnilai-nilai kePers.(7-2), kita memperoleh:

Gambar7-4interferensi frekuensi

...(7-3)

Asumsikanbahwa frekuensiosilator lokaladalahdan frekuensi output RF adalah . Dari persamaan (7-3), kita menemukanbahwa sinyal didemodulasi meliputi frekuensi berikut:1.

Urutan ke - 2 frekuensi yang terintermodulasi. and 2.

Urutan ke - 3 frekuensi yang terintermodulasi. and 3. Tingkat tinggi lainnya frekuensi yang terintermodulasi.

Perbedaan frekuensi dari ke 2 signal , adalah sinyaldi demodulasi diinginkan.DalamTranceiverAnda,mixermengurangi frekuensidari sinyalRF yang diterimauntuk frekuensidi demodulasisinyal IF, yang merupakan 21,8MHz. Karena sinyalaudio yangmelewati filterlow-passdengan 3-dB frekuensi 3kHzpada pemancar, bandwidth filterbandpasspada penerimaharus dirancangsebagai duakali frekuensi3-dBdengan kriteriaNyquist.Oleh karena itu bandwidthsekitar6-KHzdiperlukanuntuk lulusperbedaan frekuensi ().Mixertransistordirancanguntuk beroperasi melaluibagiannonlinierkurva karakteristik untuk konversifrekuensi,karena itubeberapa kehilanganaliran listrikakan terjadidalam proseskonversifrekuensi.Dalam rangkaianmixerpraktis,kekuatansinyal outputmungkin sepertiga darikekuatansinyal input.Dengan kata lain,daya yang hilang dari rangkaianmixer adalahsekitar5dB.Hal ini dapatditemukan darisuku ketigadari Pers.(7-3), yaitu20 log0,547=-5,24dB.

Sebagaimana disebutkan di atas, sinyal outputdari mixer mencakup komponen frekuensi menengah dan sejumlahkomponenyang tidak diinginkan dapatdisaring oleh filter IF tetapi orde ketigafrekuensiyang terintermodulasi.Jikadua frekuensi ( ) danmuncul dalamrangkaianmixer danjika frekuensiosilatorsangat dekat denganfrekuensi inputRF, frekuensi RF ini akan mendekati dengan kedua frekuensi-frekuensi terintermodulasi ( ) yang disebut image frekuensi.Image merupakan sinyal bahwaadalah jarakyang samadari frekuensilokalosilator sebagaisinyal yang diinginkan, tetapi dalamarah yang berlawanan.Hubunganantara frekuensiRF dan image frekuensi yang ditunjukkan pada gambar7-4.Image frekuensimempengaruhi kualitas penerima.Cara untukmeminimalkanefek darifrekuensi gambaradalah dengan menambahkan sebuah filterbandpasske ujung depanpenerima.Masalah lainseperti isolasi menghalangidanemisi tersebarharus dipertimbangkan dalamdesain rangkaian. Ketika sinyaltingkat tinggiterpancar dariosilatorlokal untuk rangkaianRF atautahap IF,kinerja penerimaakan berkurang.Untukisolasi menghalangidengan sempurna maka perlu menggunakan elemensirkuitmemiliki karakteristikyang baikdan penutupperisai.Emisi palsudisebabkan olehmixernonlinieryang menghasilkanharmonik dan intermodulasi sinyal yang tidak diinginkan.Hasilemisi tersebardalam hilangnyakekuatan sinyaldan mempengaruhi kualitaspenerima.

Untuk desainmixer, pertama kitamempertimbangkanmixersatu tahaptransistor ditunjukkan pada gambar.7-5.UntukdemodulasiFM, penguattransistorharus beroperasisebesar sinyal mode untukmenghasilkan sinyalharmonik.Baiksinyal RFVRF dan local osilator sinyalVLO yang digabungkanke dasartransistorolehkapasitor kopling C1 and C2.Resistor 50-, RS1 dan RS2 digunakan untuk tujuan pencocokan impedansi. Ketika output sinyal V0 dinyatakan di Pers. (7-3) melewati21,8MHZ titik filter,sinyal yang diinginkan akan disaring.Yang lainmixeryang biasa digunakandisebutGilbertmixerselditunjukkanpada Gambar.7-6.Sisi kirirangkaian iniadalah rangkaianmixer dansisi kananadalah rangkaianbias untukmixer. Transistor QB1 merupakan arus dari transistor Q2 and Q3.Transistor QB2 memberikan arus ke transistor Q6.Transistors QB3 dan QB4 dari perkalian arus.Kolektor arus dari transistor QB4 adalah hasil arus dari penguat diferensial Q5-Q6.Arus dari penguat diferensial Q1-Q2 dan Q3-Q4 diberikan oleh masing-masing arus kolektor Q5 dan Q6. Transistor Q1 ke Q6 membentukmultiplier.Bilamultiplier digunakan untuk mencampurdua frekuensisinyal yang sama VRF and VL0 ,output sinyal yang mengikuti adalah sebabgai berikut :

=

=... (7-4)

Kita dapat menemukandari Persamaan.(7-4)yangGilbertseljumlah outputdanfrekuensiperbedaan,() dan(),jika itu adalahmultiplier linier.Dengan kata lain,Gilbert mixer seltidak menghasilkantingkat tinggi sinyal harmonikdalam teori. Namun, amplitudojika tingkat tinggi sinyalharmonik padaoutputsel Gilbert praktis jauh lebih kecil darioutput darimixersatu tahap.Fitur inimeningkatkan penolakan gambar. Karenapenguat diferensialdalam Mixer mendapatkanselGilbartdari tegangan tinggi, rangkaianmixerdapat dirancanguntuk beroperasidalam jangkauandaya rendah.Juga, transistorberoperasi didaerah linier, mixerselGilbertdapat menggunakan sinyal input rendah tingkatVRFdanVLO danharmonikpada outputsangat kecil. Kelemahan dari mixerselGilbertsangat kompleks danmahal.Detektoryang paling sederhana adalahdetektordiodayang banyak digunakandalam demodulasiamplitudountuk memulihkan sinyal audio.Detektordiodamemperkenalkan angka kebisinganrendah, tetapitidak memberikankeuntungantransfer dan insertion losstinggi.Sebuah filterbandpassdirancanguntuk lulus perubahan, karena frekuensi langsung (21,8 MHz) dan menolak frekuensi lai. Ada beberapa persyaratan dasar untuk band pass filter. Antara lain:1. frekuensi tinggistabilitas2. rendahinsertion loss3. tepatpassband, dan4. kecil, ringandenganbiaya rendah

Gambar 7-7 Filter KeramikSuatu bandpass filter dapat dibuat dari jaringan konvensional RLC atau beberapa perangkat filter yang popular seperti filter keramik, kristal, dan gergaji. Penyelesaian tentang uraian untuk perangkat ini adalah sebagai berikut :(1) Gambar 7-7 menunjukkan konstruksi filter keramik. Ketika tegangan ac diaplikasikan pada suatu elektroda pada substrate keramik, getaran mekanik diset dan frekuensi resonan bergantung pada materi, dimensi, dan bentuk dari substrate keramik. Sinyal output menampilkan pada elektroda yang lian pada substrate keramik. Keuntungan dari filter keramik adalah suatu karateristi potongan yang tajam, suatu karateristik temperature yang baik, dan bebas penyesuaian. Filter keramik digunakan luas pada berbagai aplikasi.(2) Prinsip pengoperasian filter Kristal sama dengan filter keramik. Suatu tegangan diaplikasikan satu set jalan lintas keramik karena distorsi mekanik pada bentuk kristal. Ketika suatu tegangan ac diaplikasikan pada kristal, getaran mekanik diset dan frekuensi resonan bergantung pada kristal. Efek piezoelectric merupakan dasar dari filter kristal. Filter kristal pada dasarnya merupakan bandpass filter dengan Q tinggi dan kesalahan selipan yang rendah. Pada keseluruhan penampilan filter kristal lebih baik dari filter keramik.

Gambar 7-8 konstruksi filter gergaji(3) Gambar 7-8 menunjukkan konstruksi dari permukaan gelombang akustik (gergaji) filter. Materi substrate menampilkan efek piezoelectric yang berhasil pada suatu perataan permukaan substrate. Ketika suatu tegangan ac diaplikasikan ke input transducer, variasi gelombang rata dengan tinkat sinyal aplikasi namun perjalanan panjang permukaan substrate pada kecepatan suara. Transducer output merupakan frekuensi seleksi yang tinggi dan jarak frekuensi dikendalikan dengan jarak antara jari-jari transducer. Ketika frekuensi gelombang ripple jatuh sampai tingkat frekuensi output transducer, output tegangan maksimum akanditampilaka pada output tranducer. Suatu filter gergaji pada dasarnya merupakan band pass filter dengan karateristi potongsn yang sangat tajam, jadi bahwa frekuensi hyang diinginkan jatuh sampai passband saat frekuensi menjadi luar passband. Filter gergaji dapat dioprasikan setinggi 1 GHz

Gambar. 7-9 Rangkaian Amplifier IFAmplifier IF ditunjukkan pada gambar 7-9 merupakan konfigurasi common-emiter. Untuk respon yang lebih baik, sensifitas dan penolakan noise, penguatan amplifier dikurangi dengan menambah timbal balik resistor RB.sinyal output amplifier IF menyediakan tingkat demodulator untuk medproleh kembali sinyal modulasi.

III. PERALATAN DAN KOMPONEN 1 Modul KL-93051 1 Modul KL-93052 1 Spektrum Analyzer 1 Pemeriksa Frekuensi Tinggi 1 RF Generator atau Sistem Pengujian Radio Komunikasi

IV. PROSEDUR

Percobaan 7-1 Pengukuran Konversi Penguatan Mixer1. Koneksi system yang lengkap ditunjukkan pada Gambar 7-7

Gambar 7-10 ilustrasi system koneksi

2. Set level output sinyal generator ke 50 dBm, dan sinyal modulasi off. Dengan menggunakan pemeriksa high frekuensi, ukur dan catat level kekuatan RP3 dan RP5 untuk frekuensi yang diterima pada Tabel 7-1.3. Dengan persamaan dB = 10 log [RP5 (mW) dan pengukurn kekuatan, perhitungan dan catat setiap konversi penguatan pada Tabel 7-1. Kmonversi penguatan dijelaskan seperti kekuatan RP5 hingga kekuatan RP3.4. Menyalin hasil penguatan RF dari Tabel 6-1 hingga Tabel 7-2. Menyalin hasil konversi penguatan dari Tabel 7-1 hingga Tabel 7-2. Menghitung dan mencatat penguatan total pada Tabel 7-2 (Total Penguatan = Penguatan RF + konversi Penguatan).5. Menggunakan hasil pada table 7-2, gambarkan konversi penguatan dan kurva total penguatan pada Gambar 7-12.

Percobaan 7-2 Pengukuran Penguatan Filter dan Penguatan Amplifier IF1. Lengkapi system koneksi yang ditunjukkan pada Gambar 7-10.2. Set frekuensi penerima pada system modul ke 145.00 MHz. set level output dari sinyal generator RF ke 50 dBm dan sinyal pemodulasi off. Dengan Pemeriksa frekuensi tinggi, ukurlah dan cata level kekuatan pada RP5 dan RP6 pada frekuensi penerima yang lain pada Tabel 7-3.3. Dengan menggunakan hasil pada langkah 2, hitung insertion loss pada filter kristal (RP6 - RP5) dan penguatan IF dan amplifier IF (AP5-AP6) dan catat hasil pada Tabel 7-3. Gambarkan kurva pada Gambar 7-3 dengan menggunakan hasil dari Tabel 7-3.

V. HASIL PERCOBAAN

Tabel 7-1 Pengukuran Konversi Penguatan Mixer

Frekuensi Penerima(MHz)

130135140145150155160165170174.9

RP3(dBm)

-65-74-77-85-87-77-76-85-87-88

RP5 IF(dBm)

-78-86-90-92-95-99-78-100-96-94

Konversipenguatan(dB)1,201,161,161,081,091,281,021,171,101,06

Tabel 7-2 Total Penguatan Amplifier RF dan Mixer

Frekuensi Penerima(MHz)

130135140145150155160165170174.9

RF Gain(dB)

-35-43-47-48-55-48-41-55-57-56

Konversi Energi(dB)

1,201,161,161,081,091,281,021,171,101,06

Total Penguatan(dB)-33,80-41,84-45,84-46,92-53,91-46,72-39,98-53,83-55,90-54,94

Gambar Rangkaian Amplifier IF

NB : RAM pada laptop atau PC tidak mendukung jalannya simulasi.

VI. ANALISA DATA

VII. KESIMPULAN

6