V-CLASS 2

Jelaskan Cara Kerja rangkaian MODULATOR FM:

PLL sebagai Modulator FM

Ketika berdiri sendiri, frekuensi output VCO sangat tidak stabil. Hal ini disebabkan karena kapasitansi varaktor dan kapasitansi intrinsik di dalam transistor yang digunakan, sangat dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Bila suhu berubah maka frekuensi VCO akan berubah, sehingga dinyatakan bahwa frekuensi VCO tidak stabil. Ketidak-stabilan frekuensi VCO ini kemudian diatasi dengan sistem PLL.

Perubahan suhu lingkungan umumnya berlangsung sangat lambat. Ordenya bisa detik, menit atau jam. Perubahan yang lambat ini cukup mudah diikuti oleh Low Pass Filter (LPF) di dalam PLL. Sebab time response dari LPF ini telah sengaja dibuat lambat. Nah ketika frekuensi VCO berubah sedemikian cepat maka LPF tidak mampu lagi mengikuti perubahan itu. Sifat inilah yang membuat PLL bisa dimanfaatkan sebagai Modulator FM.

Gambar (a) Diagram blok konsep modulator FM menggunakan rangkaian PLL

Pada gambar (a) di atas sinyal pemodulasi dijumlahkan ke dalam tegangan DC yang dihasilkan oleh LPF, sehingga tegangan yang diterima oleh varaktor adalah tegangan DC ditambah dengan tegangan sinyal pemudulasi. Akibatnya frekuensi VCO akan berubah-ubah sesuai perubahan sinyal pemodulasi.

Bila sinyal pemodulasi ini berupa sinyal audio dengan frekuensi terrendah = 20 Hz, maka hal ini berartii bahwa perubahan yang paling lambat akan terjadi dalam waktu = 1 / 20 Hz = 0.05 detik. Sementara itu time response LPF telah sengaja dibuat misalnya = 0.07 detik. Maka perubahan frekuensi VCO yang disebabkan oleh sinyal audio itu terlalu cepat bagi LPF sehingga LPF tidak bisa mengikutinya.

Perubahan frekuensi VCO yang disebabkan karena perubahan suhu, masih bisa diikuti oleh LPF. Sebab perubahan suhu jauh lebih lambat dari time response LPF. Sangat jarang terjadi suhu berubah dalam waktu kurang dari 1 detik, sehingga time response LPF sebesar 0.07 detik akan terasa sangat responsif terhadap perubahan suhu. Akan tetapi menghadapi perubahan sinyal audio yang begitu cepat (lebih dari 0.05 detik) LPF tidak mampu lagi mengikutinya. Oleh karena itu, walaupun frekuensi output VCO ini berubah-ubah (sebanding dengan sinyal audio), tetapi frekuensi tengahnya akan selalu terkunci oleh sistem PLL. Dengan kata lain, frekuensi pembawa dari sinyal FM dalam sistem PLL adalah tetap (stabil).

Modulator Suara (FM) pada Siaran TV

Pada siaran TV, standar modulasi untuk memancarkan sinyal suara adalah FM. Berikut ini akan dijelaskan contoh implementasi dari rangkaian Modulator FM untuk siaran TV yang bekerja pada frekuensi IF = 33,4 MHz sesuai rekomendasi CCIR. Frekuensi ini selanjutnay akan digeser ke frekuensi kerjanya sesuai kanal yang dikehendaki. Tentang teknik pergeseran frekuensi ini bisa dilihat lebih jauh pada artikel: Translasi Frekuensi.

Gambar (b) Diagram blok modulator FM dengan frekuensi pembawa IF = 33,4 MHz

Pada Pemancar TV, berdasarkan rekomendasi CCIR, frekuensi IF untuk sinyal pembawa gambar telah ditetapkan sebesar 38,9 MHz yang implementasinya cukup mudah dengan menggunakan osilator kristal. Osilator inilah yang kemudian bisa dimanfaatkan juga sebagai frekuensi referensi PLL untuk membangkitkan sinyal pembawa suara. Tujuannya adalah agar frekuensi pembawa gambar dan pembawa suara ini keduanya bersumber pada satu pembangkit frekuensi yang sama, sehingga akan diperoleh selisih frekuensi yang selalu sama (5,5 MHz). Di pesawat penerima TV "frekuensi selisih" sebesar 5,5 MHz ini sangat penting karena frekuensi ini digunakan sebagai frekuensi IF pembawa suara, yang kemudian setelah melalui detektor FM akan menghasilkan sinyal audio.

Bilangan yang merupakan kelipatan terkecil dari 38,9 MHz dan 33,4 MHz adalah 0,1 MHz = 100 KHz. Oleh karena itu untuk mendapatkan frekuensi 33,4 MHz dari 38,9 MHz harus digunakan frekuensi referensi (fr) = 100 kHz, dimana frekuensi ini bisa diperoleh melalui rangkaian pembagi dengan R = 389. Tapi berhubung rangkaian pembagi 389 yang ditemukan dipasaran tidak mampu membagi frekuensi di atas 20 MHz maka diperlukan sebuah rangkaian pre-scaler. Dalam contoh ini pre-scaler yang dipilih adalah sebuah rangkaian pembagi 2. Dengan demikian frekuensi referensi (fr) yang digunakan akan terbagi 2 menjadi 100 kHz/ 2 = 50 KHz. Frekuensi referensi inilah yang kemudian digunakan PLL untuk mengunci frekuensi output VCO.

Ketika dalam kondisi terkunci, detektor fasa akan mengeluarkan tegangan error berupa pulsa-pulsa DC. Oleh LPF pulsa-pulsa ini diintegrasi hingga menjadi tegangan DC yang sangat rata dengan simpangan antara 0 s/d 5 volt. Untuk mendapatkan "capture range" (simpangan frekuensi yang bisa dikunci) yang lebih lebar, diperlukan sebuah Penguat DC agar simpangan tegangan DC ini bisa naik menjadi 0 s/d 15 volt DC.

Selanjutnya sebuah rangkaian penjumlah diperlukan untuk menjumlahkan tegangan error DC itu dengan sinyal pemodulasi. Hasil penjumlahannya kemudian diberikan kepada varaktor yang terdapat dalam rangkaian VCO. Tegangan error DC berfungsi untuk mengunci frekuensi pembawa, sedangkan sinyal pemodulasi berfungsi untuk membuat output VCO termodulasi secara FM. Gambar (c) di bawah ini adalah salah satu contoh rangkaian modulator suara untuk siaran TV.

Gambar (c) Contoh rangkaian Modulator Suara. Klik di sini untuk ukuran gambar yang lebih besar.