Modul 03 Mixer

M I X E R 

MODUL III PRAKTIKUM ELKOM MIXER DAN OSILATOR  T E O R I P R A K T I K U M M I X E R D A N O S I L A T O R 

MIXER  A.

TUJUAN

1. Mengamati dan memahami cara kerja mixer dioda berimbang, pencampur BJT, dan pencampur dengan IC 1496 2. Mengamati dan mengukur bentuk-bentuk sinyal pada port-port mixer dengan menggunakan oscilloscope 3. Mengamati dan mengukur sinyal pada port-port mixer dengan menggunakan Spektrum Analyzer

B.

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

1. Generator Sinyal 2. Osiloskop 3. Spektrum analyzer 4. Power Supply/ Catu daya 5. Multimeter 6. Kit praktikum mixer 7. Kabel penghubung (jumper)

C.

DASAR TEORI

Mixer adalah rangkaian atau sub sistem yang memiliki dua input  dengan frekuensi  f1 dan f 2 dan 1 output  dengan frekuensi

(  f

1

− f 2 ) ( f1 + f 2 ) atau dengan

kata lain mixer berfungsi untuk mengalikan sinyal. Prinsip dasarnya adalah dua buah sinyal masuk ke suatu rangkaian non linier yang menghasilkan frekuensi-frekuensi lain (terjadi pergeseran frekuensi) selain frekuensi dua buah sinyal masukan tersebut d engan amplituda tertentu. Mixer termasuk peralatan non linear sehingga akan menghasilkan distorsi non

linear

yang

bmenyebabkan

munculnya

sinyal-sinyal

harmonik

pada

keluarannya. Sinyal keluaran adalah sinyal terdistorsi gabungan dari sinyal-sinyal masukannya. Beberapa istilah yang digunakan untuk menjelaskan penampilan mixer :

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

23

M I X E R 

1. Perolehan (Kehilangan) Konversi adalah Konversi adalah perbandingan antara daya sinyal keluaran (IF) dengan daya sinyal masukan (RF). 2. Gambaran Derau (Noise Figure) adalah besarnya rapat spektral daya noise relatif yang dibangkitkan oleh perangkat mixer. 3. Isolasi adalah Isolasi  adalah besarnya redaman dalam dB sinyal masukan mixer pada sinyal keluaran mixer 4. Daerah Dinamis adalah daerah amplitudo dimana mixer dapat bekerja tanpa berkurangnya penampilan 5. Harmonic intermodulation Distortion adalah Distorsi yang disebabkan oleh karena frekuensi harmonik yang dikeluarkan oleh mixer akibat sinyal masukan tertentu

Ada beberapa jenis mixer yaitu : 1. Mixer dioda berimbang Tunggal

Gambar 3.1 Mixer Diode Berimbang Tunggal 

Cara Kerja Rangkaian : Frekuensi-frekuensi

masukannya

adalah

f RF RF

dan

f LO LO

dan

frekuensi

keluarannya adalah f IF IF, tegangan osilator local berada dititik a dan b. Tegangan VLO dimisalkan cukup besar untuk menghidupkan dioda-dioda selama ½ siklus, kalau a lebih positif dari b dan sama sekali mati selama ½ siklus yang lain V RF berada antara titik c dan d. Dimisalkan juga bahwa V LO  jauh lebih l ebih besar dari VRF sehingga VLO dapat mengendalikan keadaan dioda setiap saat. Dengan begitu dioda bekerja sebagai penyambung (switch) yang akan menghubungkan dan memutuskan c dan d secara bergantian dan periodik. Sehingga kalau V ab positif  dan lebih besar dari tegangan antara kedua kutub dioda pada saat dioda ON, maka titik c dan d akan terhubung, sehingga Vo akan sama dengan nol.

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

24 

M I X E R 

Sedangkan kalau Vab negatif maka keempat dioda akan OFF sehingga titik c dan d akan terpisah sehingga Vo akan sama dengan V RF  jika Rs pada sumber VRF diabaikan. Untuk pencampur pada penerima maka beban akan ditala pada frekuensi f IF IF , sehingga akan menapis komponen frekuensi yang tidak diinginkan Berikut merupakan gambar sistem kerja pada sinyal input output pada Mixer Dioda Berimbang Tunggal.

Gambar 3.2 Output Mixer Dioda Berimbang Tunggal 

2. Mixer Dioda Berimbang Ganda

Kerugian dari mixer dioda berimbang tunggal adalah masih munculnya komponen ƒRF pada keluaran. Untuk menyempurnakan mixer jenis ini maka dikembangkan

mixer

dioda

berimbang

ganda

dengan

menggunakan

transformator center tapped.

Gambar 3.3 Mixer Dioda Berimbang Ganda

Cara Kerja Rangkaian : Pada saat V LO (tegangan yang dihasilkan oleh osilator) menyebabkan Va>Vb atau tegangan positif maka dioda D1 dan D2 akan ON sehingga dioda D3 dan D4 akan OFF. Hal ini disebabkan karena D1 dan D2 memperoleh tegangan maju Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

25 

M I X E R 

(forward bias) dan D3 dan D4 memperoleh tegangan balik (reverse bias). Pada saat VLO menyebabkan Va Vb , maka: D1 dan D2 on, D3 dan D4 off  Saat periode sinyal sinyal -; Va < Vb , maka; D1 dan D2 off, D3 dan D4 on

D1 D3 m(t)

Vo(t)

Rl

m(t)

Vo(t)

Rl

D4

D2 Vo (t) = k.V k.Vinfo (t)

Vo (t) = -k  -k .V .Vinfo (t)

Berikut ini merupakan gambar dari sistem kerja pada sinyal input output Mixer dioda berimbang ganda.

Vc(t)=Sinyal Carrier t

m(t)=sinyal info t Berbalik fasa

Vc(t)=Sinyal termodulasi t

S(t) Funsi bentuk

t

T=1/fc

Gambar 3.4 Output Mixer Dioda Berimbang Ganda

3. Mixer dengan BJT (Bipolar Junction Transistor)

Sinyal masukannya terdiri dari dua, yaitu satu sinyal kemudi berada disisi basis ( biasanya sinyal RF ) dan satu kemudi lain berada di Emitor  ( biasanya sinyal dari osilator ). Sinyal keluarannya berada pada kolektor .

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

26 

M I X E R 

VC C

V out

C

L

RL

R1

CE

Fx

R2

Fy

RE

Gambar 3.5 Mixer dengan BJT 

Syarat dari pencampur tersebut adalah bahwa salah satu sinyal masukannya mempunyai level yang cukup besar.Ini diperlukan untuk mengantisipasi operasi non linier dari rangkaian tersebut. Sinyal masukan yang lainnya selalu berlevel lebih kecil. Salah satu alasan mengapa sinyal ini kecil adalah karena biasanya sinyal ini datang dari antena yang mempunyai level sinyal yang lemah. L dan C harus beresonansi pada frekuensi  f o = f y − f x 4. Mixer dengan menggunakan IC (Integrated Circuit)

- 8V

Sinyal termodulasi 12 Mhz

10 K

Re = 1K 10 K

1

14

2

1 3

3

12

4 5

10 0 K

10 K

5 1

5 1

6K 8

MC 1496

-V 0 +V o

10 9

7

8

10 0 nF

+ 12V

RL = 3K9

11

6

Sinyal osilator lokal 11,8 Mhz

RL = 3K9

Output Sinyal

1K

1K

5 1

10 0 nF

Gambar 3.6 Mixer dengan IC 

Contoh Soal :

Dua buah sinyal, V 1 dan V2, menjadi masukan mixer seperti gambar, V 1 adalah gelombang berfrekuensi 10 kHz, 50% duty cycle,dengan tegangan minimum 0 Volt dan maksimum 4 Volt, sedangkan V2=1+cos(2л.105.t) •

Bila diode D1 dianggap ideal, terangkan prinsip kerja mixer di atas!

•

Gambarkan dengan skala yang benar untuk gelombang tegangan V 1(t), V2(t) dan

Vout(t)!

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

27 

M I X E R 

•

Apa

yang

harus

anda

lakukan

jika

rangkaian

di

samping

akan

dimanfaatkan sebagai modulator ASK dengan tegangan offset  DC 0 Volt?Jelaskan jawaban anda disertai dengan gambar rangkaian dan gambar sinyal

Solusi :

1) Jika A > K

D1 akan ON

Dan Vout akan terjadi pembagi tegangan V1 dan V2 ½ (V1 + V2) 2) Jika A < K

D1 akan OFF

Dan Vout akan sama dengan V1 (Vout=V1)

3) DC blocking ditambah kapasitor

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

28 

M I X E R 

      3

      C       I

1

4

9

6

      1

2

    R     E     X     I     M

      3

      C       C       V

      L

      7       1

2       2

      3

      4       b

     c

      2

      4

      1

      3

      D       D       D       D

      d

     a

      3       1

      2

      1

Gambar 3.7 Kit Praktikum

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

29 

M I X E R 

P R O S E D U R  P R A K T I K U M M I X E R 

Note : Perhatikan spesifikasi masing-masing kit yang tercatat dibelakang kit sebelum menghubungkan rangkaian ke sumber!!!!!! Beri catuan tegangan DC pada kit praktikum sebesar 12 Volt

1. Mixer dengan Dioda Berimbang Tunggal a. Hubungkan port masukan 1 dengan generator sinyal pertama (asumsikan sebagai sinyal frekuensi radio RF atau sinyal info). Atur frekuensi info dan amplitudonya sesuai dengan spesifikasi yang tertera dibelakang kit. Kemudian hubungkan port 1 dengan osiloskop dan Spectrum Analizer untuk melihat bentuk sinyalnya. Gambar dan catat sinyal info tersebut. b. Hubungkan port masukan 2 dengan generator sinyal kedua atau dari osilator (asumsikan sebagai sinyal osilator lokal LO atau sinyal carrier). Atur frekuensi dan amplitudonya sesuai dengan spesifikasi yang tertera dibelakang kit. Kemudian hubungkan port 2 dengan osiloskop dan Spectrum Analizer untuk melihat bentuk sinyalnya. Gambar dan catat sinyal carrier tersebut. c. Hubungkan port 3 (output mixer) pada osiloskop dan pada Spektum Analyzer secara bergantian untuk melihat sinyal keluaran mixer. Catat dan ukur sinyal keluaran pada osiloskop dan Spektrum Analyzer.

2. Mixer dengan IC 1496 a. Spesifikasi pada IC yang ada pada data sheet dapat digunakan untuk menentukan input dan output pada IC 1496. b. Hubungkan port 1 dengan generator sinyal pertama. Atur frekuensi info dan amplitudonya sesuai dengan spesifikasi yang tertera dibelakang kit. Kemudian hubungkan port 1 dengan osiloskop dan Spectrum Analizer untuk melihat bentuk sinyalnya. Gambar dan catat sinyal info tersebut. c. Hubungkan port 2 dengan generator sinyal kedua. Atur frekuensi dan amplitudonya sesuai dengan spesifikasi yang tertera dibelakang kit. Kemudian hubungkan port 2 dengan osiloskop dan Spectrum Analizer untuk melihat bentuk sinyalnya. Gambar dan catat sinyal carrier tersebut. d.

Hubungkan port 3 pada osiloskop dan pada Spektum Analyzer secara bergantian untuk melihat sinyal keluaran mixer. Catat dan ukur sinyal keluaran pada osiloskop dan Spektrum Analyzer.

Laboratorium Elektronika Komunikasi 2009/2010  Usaha tanpa henti –bukan kekuatan/kecerdasan– merupakan kunci untuk mengembangkan potensi diri. - Winston Churchill

30