PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

PHASE LOCKED LOOP

Disusun untuk memenuhi tugasMata Kuliah Praktikum Elektronika TelekomunikasiSemester 4

PEMBIMBING :Lis Diana M, ST, MT.

Kelompok 3JTD 2B Annisau Saidah (06 / 1341160049)Fajar Muhammad F(0 / 134116006)Kaleka Panji G(1 / 13411600) Kendy Siswoyo (17 / 1341160058) Prisma Verninda (13 / 1341160018)

JARINGAN TELEKOMUNIKASI DIGITALTEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI MALANG2015PHASE LOCKED LOOP1.1. Tujuan Praktikum1. Untuk menghubungkan suatu rangkaian phase locked loop (PLL) dan mengamati pemakaiannya dalam FM demodulator.2. Untuk menghitung, dan membuktikan melalui eksperimen tentang PLL free running frequency, lock range, dan capture range.

1.2. Peralatan yang Digunakan1. Modul Phase Locked Loop1 buah2. Osiloskop1 buah3. Generator fungsi1 buah4. Power Supply1 buah5. Passive Probe1 buah6. Multimeter digital1 buah7. Konektor BNC to BNC2 buah8. Konektor BNC to Banana2 buah9. Konektor Banana to Banana4 buah10. Konektor T1 buah11. PlugSecukupnya

Gambar 1. Modul Phase Locked Loop (PLL)

1.3. Teori DasarPhase Locked Loop adalah suatu kumpulan rangkaian yang dihubungkan seperti ditunjukkan pada Gambar 8.1.PLL terdiri dari 3 rangkaian dasar:

Voltage controlled oscillatorRangkaian detektor fasa yang membandingkan output VCO dengan sinyal referensi. Detektor fasa menghasilkan tegangan output error dengan polaritas dan amplitudo yang bergantung pada jumlah dan besar frekuensi/perbedaan fasa antara dua sinyal.

Gambar 8.1 Prinsip dasar PLL

Low pass filter yang menghhilangkan noise yang mungkin muncul pada sisi output detektor fasa. LPF juga mencegah terjadinya hunting pada PLL.PLL digunakan dalam penalaan TV, sistem horizontal dan vertikal, dan banyak lagi rangkaian komunikasi lainnya. PLL sering dipakai untuk menghasilkan satu frekuensi yang akan digunakan untuk melakukan penjejakan terhadap frekuensi lainnya.Sebagai contoh, pada penerima radio dan TV, frekuensi saluran yang masuk dicampur dengan frekuensi osilator lokal untuk menghasilkan frekuensi intermediate (IF), seperti ditunjukkan pada Gambar 8.2. hal ini dilakukan agar penguat sinyal IF dapat ditala untuk menghasilkan penguatan terbaik pada frekuensi single band. Jika tidak dilakukan pencampuran, penguat sinyal akan memiliki respon frekuensi yang datar melewati spektrum frekuensi siaran TV secara lengkap yang mustahil berlangsung secara cepat. Jika terjadi sedikit saja pergeseran frekuensi osilator lokal, hasil IF tidak lagi sama seperti frekuensi yang ditala penguat IF. Yang dihasilkan adalah penerimaan yang sangat kecil. Jika PLL digunakan untuk mendeteksi setiap perbedaan antara frekuensi osilator lokal dan frekuensi saluran, PLL dapat digunakan untuk memperbaiki frekuensi osilator lokal. Hal ini akan mempertahankan sinyal IF yang akurat. Rangkaian yang dibuat untuk hal ini diperlihatkan pada Gambar 8.3.

Gambar 8.2 Blok diagram penala TV

Asumsikan bahwa frekuensi referensi diperoleh dari standar Kristal dengan tingkat akurasi yang tinggi. Frekuensi saluran (kanal) dan frekuensi standar dibagi, jadi PLL menerima frekuensi yang sama dari kedua sumber tersebut. jika terdapat perbedaan, akan dihasilkan output tegangan error yang digunakan untuk merubah frekuensi osilator lokal.Pembagi tersebut dapat diprogram. Saat saluran ditala dengan pemilih saluran, mikroprosesor penala akan secara otomatis merubah pembagi tersebut, sehingga dua frekuensi yang dimasukkan pada PLL akan sama. Jka tidak, PLL akan menggerakkan osilator penala untuk merubah frekuensi sampai terjadi frekuensi yang sama. PLL akan dikunci saat VCO sudah melakukan penjejakan (tracking) terhadap input.

Gambar 8.3 Rangkaian PLL penala TV yang disederhanakan

PLL mempunyai tiga mode operasi untuk VCO: free-running, capture, dan tracking (locked). Saat nilai frekuensi output VCO berbeda jauh dari standar frekuensi, PLL tidak dapat mengunci osilator. Tanpa penguncian VCO akan mengalami free-run. Bagaimanapun juga, ada saat frekuensi VCO berada dalam range frekuensi rangkaian PLL, akan dihasilkan tegangan kontrol dc yang akan membawa frekuensi osilator lebih dekat ke frekuensi standar. Saat tegangan kontrol memulai terjadinya proses perubahan frekuensi oleh VCO, osilator berada pada keadaan capture. Dan bila frekuensi VCO dan frekuensi standar nilainya identik, VCO akan terkunci.Daerah kerja PLL ditentukan oleh lock range BL, dimana BL dirumuskan:

dimana fmax dan fmin masing-masing adalah frekuensi maksimum dan minimum VCO. Sebagai contoh, jika VCO bekerja pada frekuensi terkunci maksimum dan minimum masing-masing 100 kHz dan 80 kHz. Lock range rangkaian ini adalah:

Sekali PLL dikunci terhadap input oleh detektor fasa, akan terjadi tracking frequency atau perubahan fasa dari 80 kHz ke 100 kHz.Istilah hunting telah dijelaskan singkat sebelumnya. Jika suatu sistem dioperasikan sangat cepat, akan terjadi perubahan yang tidak signifikan dalam perbedaan fas sinyal. Setelah itu akan selalu melalui proses looking, atau hunting, untuk mencapai nilai lebih tinggi dari frekuensi yang tepat. Proses seperti ini dapat dianalogikan dengan suatu pendulum yang sedang bergerak dan akan mencapai kondisi berhenti. LPF akan memperlambat reaksi ini dan menghilangkan efek hunting instinct dari PLL.

Phase DetectorDetektor fasa (phase detector) adalah suatu mixer yang dioptimalkan penggunaannya dengan frekuensi yang sama. Jika mixer memiliki dua frekuensi input yang sama, outputnya akan bernilai 0 Hz, atau berupa arus langsung. Rangkaian yang dibuat peka terhadap kondisi ini menghasilkan tegangan output yang bergantung perbedaan sudut fasa antara dua sinyal input. Perubahan selisih sudut fasa sebanding dengan perubahan tegangan output.

Gambar 8.4 (a) Detektor fasa dan sinyal inputnya (b) Output detektor fasa

Salah satu tipe detektor fasa memiliki output seperti ditunjukkan dalam Gambar 8.4.Saat sudut fasa bernilai 0, output tegangan dc akan maksimum. Bila sudut fasa bertambah sampai 180, tegangan output akan berkurang sampai mencapai nilai minimumnya. Saat sudut fasa bernilai 90, output dc akan bernilai rata-rata tegangan output maksimum dan minimum. Dari contoh Gambar 8.4, diasumsikan output maksimum detektor adalah 10 V. output minimum adalah 2 V. pada sudut fasa 90, output detektor adalah rata-rata nilai maksimum dan minimum, yaitu 6 V. saat sudut fasa bertambah, tegangan output akan berkurang.

VCO

Gambar 8.5. Hubungan linear tegangan dan frekuensi

Pada praktikum sebelumnya kita menggunakan timer 555 sebagai VCO. Kita telah mengetahui bagaimana terjadi penurunan frekuensi jika tegangan kita naikkan. Hubungan yang terjadi adalah linier,seperti terlihat pada Gambar 8.5. Rangkaian yang dipakai dipilih yang sederhana , sedangkan rangkaian lain mungkin lebih kompleks. Satu contoh dapat kita kita lihat pada Gambar 8.6. Disini tegangan pengontrolan merubah kapasitansi diode kapasitansi-variabel, atau biasa disebut diode varaktor. Perubahan kapasitansi menyebabkan perubahan frekuensi osilator.Hubungan astabil pada 555 bekerja pada mode free running. Frekuensi Osilasi ditentukan dari rangkaian LC. Tanpa kontrol eksternal,rangkaian LC tersebut akan menjadi factor penentuan frekuensi osilator. Hal yang sama juga terjadi pada VCO. Jika tegangan kontrol tidak dihubungkan ,VCO akan free run.Saat terjadi free run atau kondisi tidak terkunci ,PLL dapat mengunci ke nilai frekuensi input selama nilai frekuensi input berada didalam capture range osilator. Capture range adalah suatu range frekuensi yang dipusatkan pada free running frequency VCO dimana VCO akan menangkap, atau mengunci kedalam nilai frekuensi referensi. Capture range selalu bernilai lebih kecil atau sama dengan nilai lock range. Ini berkaitan dengan frekuensi cut-off low pass filter. Nilai terdekat dengan dengan frekuensi cut off LPF adalah untuk frekuensi free running VCO, dan nilai yang lebih kecil adalah capture range.

1.4. Prosedur Percobaan

Gambar 8.10 Rangkaian PLL

Buat rangkaian percobaan seperti pada gambar diatas.

FREE RUNNING FREQUENCY1. Set RT ke nilai maksimum, tentukan nilai fmax. 2. Set RT ke nilai minimum, tentukan nilai fmin. 3. Ubah RT sampai diperoleh frekuensi 5 kHz.

LOCK RANGE1. Hubungkan rangkaian dengan generator fungsi, dengan frekuensi 5 kHz, dan amplitudo 0,5Vpp2. Ubah nilai frekuensi sinyal input dan amati yang terjadi pada sinyal output.

1.5 Hasil Percobaan

FREE RUNNING FREQUENCYRT (potensio)Frekuensi OutputGambar Sinyal

Rmin1,420 kHzKet :Frekuensi = 1,420 kHzVpp = 3,12 VVolt/div = 2,00 V/divTime/div = 250 s/div

Rmax2,740 kHzKet :Frekuensi = 2,740 kHzVpp = 3,12 VVolt/div = 2,00 V/divTime/div = 250 s/div

R (sesuai rumus)1500 HzKeterangan :Untuk langkah 3 percobaan free running, menghitung nilai R seusai rumus untuk mencapai frekuensi sampai 5 kHz tidak dapat tercapai karena frekuensi maksimal free running hanya sampai 2,740 kHz

LOCK RANGE

Input GFFrekuensi OutputGambar Sinyal

5 kHz1,4 kHz

4 kHz1,33 kHz

3 kHz1,4 kHz

2 kHz2 kHz

1 kHz1,464 kHz