Fig. 13.27 & Fig. 13.28

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Pilihan Ganda

8. Percobaan

7. Download File

Sub-Chapter 13.6 Phase Locked Loop

1. Pendahuluan[Kembali]

    Phase Locked Loop (PLL) adalah suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk mengunci frekuensi dan fase sinyal masukan dengan sinyal referensi. Konsep dasar dari PLL melibatkan penggunaan umpan balik untuk mencapai keselarasan antara dua sinyal, sehingga menghasilkan sinyal keluaran yang stabil dan terkoordinasi. Rangkaian ini terdiri dari beberapa komponen utama, termasuk detektor fase, pengganda frekuensi, dan filter, yang bekerja sama untuk memastikan bahwa sinyal keluaran mengikuti sinyal referensi dengan akurasi tinggi.

    PLL banyak digunakan dalam berbagai aplikasi di bidang teknologi dan komunikasi. Salah satu aplikasi utamanya adalah dalam demodulasi sinyal, di mana PLL dapat digunakan untuk mengekstrak informasi dari sinyal yang dimodulasi. Selain itu, PLL juga berperan penting dalam pengendalian frekuensi osilator, yang memungkinkan perangkat untuk menghasilkan sinyal dengan frekuensi yang tepat dan stabil. Dalam sistem komunikasi, PLL digunakan untuk sinkronisasi frekuensi antara pemancar dan penerima, sehingga memastikan bahwa data yang dikirim dan diterima dapat diproses dengan benar.

2. Tujuan[Kembali]

1. Melengkapi tugas mata kuliah elektronika yang ditugaskan oleh Bapak Darwison, M.T
2. Memahami prinsip kerja dari PLL
3. Mengamati respons tegangan output terhadap variasi parameter

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

    1) Instrument 

        a. Osiloskop 

      Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

Spesifikasi:

Pin Out:

Keterangan:

  
    2) Generators

        a. Generator Sinus

    Generator sinus adalah alat yang menghasilkan sinyal berbentuk gelombang sinusoidal, yaitu gelombang halus dan berulang yang umum ditemui dalam sistem listrik AC dan komunikasi. Generator sinus berbentuk gelombang sinusoidal secara periodik. Gelombang sinus adalah bentuk sinyal analog paling dasar dan sangat penting dalam dunia teknik elektro, terutama dalam bidang elektronika analog, komunikasi, dan sistem tenaga listrik.

Spesifikasi :

1. Frekuensi: 1 Hz – 1 MHz (umum)
2. Amplitudo: 0 – 10 Vpp (dapat diatur)
3. THD: < 1% (distorsi rendah)
4. Kontrol: Potensiometer/manual atau digital
5. Sumber daya: DC (5V/12V) atau AC 220V
6. IC umum: XR2206, ICL8038, op-amp (Wien Bridge)
7. Aplikasi: Pengujian audio, osiloskop, eksperimen sinyal

       b. Generator Pulse

      Generator pulsa adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal pulsa dalam bentuk gelombang kotak (square wave) atau pulsa pendek dengan frekuensi dan durasi tertentu. Alat ini bekerja dengan menciptakan sinyal digital berupa tegangan tinggi dan rendah yang berulang secara periodik, dengan karakteristik seperti frekuensi, lebar pulsa (pulse width), dan duty cycle yang dapat disesuaikan. 

Spesifikasi :

1. Frekuensi: 1 Hz – 10 MHz (umum), bisa lebih tinggi
2. Lebar Pulsa (Pulse Width): 10 ns – beberapa ms (dapat diatur)
3. Duty Cycle: 1% – 99% (adjustable)
4. Amplitudo Output: 0 – 5 V / 0 – 10 V (TTL, CMOS, adjustable)
5. Rise/Fall Time: < 10 ns (tergantung model)
6. Kontrol: Manual (potensiometer) atau digital (keypad/LCD)
7. Output Mode: Single, burst, atau continuous
8. Sinkronisasi: Bisa sinkron dengan eksternal clock atau trigger
9. Aplikasi: Uji respon logika digital, clock eksternal, pemicu osiloskop, simulasi sinyal

B. Bahan

    1) Resistor

    Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.

    Spesifikasi dari Resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu.

Spesifikasi

    Resistor adalah komponen elektronika pasif yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena dia berfungsi sebagai penghambat arus listrik. Bila kita menginginkan arus yang besar maka kita pasang resistor yang nilai resistansinya kecil, mendekati nol atau sama dengan nol atau tidak dipasang sama sekali dengan demikian arus tidak lagi dibatasi. Resistor berfungsi sebagai  Penghambat arus listrik, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar.

    2) Kapasitor

        Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor (biasanya berupa pelat logam) yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Ketika tegangan diterapkan pada kapasitor, muatan listrik akan terakumulasi pada pelat-pelat konduktor, sehingga menciptakan medan listrik di antara keduanya.

Spesifikasi :

    3) Transistor

    Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penguat sinyal, saklar, atau pengatur arus dalam rangkaian listrik. Transistor terbuat dari bahan semikonduktor, biasanya silikon, dan memiliki tiga terminal: emitter (E), base (B), dan collector (C). Ada dua jenis utama transistor, yaitu transistor bipolar (BJT) dan transistor efek medan (FET).

 

Spesifikasi :

1. Type - NPN
2. Collector-Emitter Voltage: 35 V
3. Collector-Base Voltage: 35 V
4. Emitter-Base Voltage: 5 V
5. Collector Current: 2.5 A
6. Collector Dissipation - 10 W
7. DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
8. Transition Frequency - 160 MHz
9. Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
10. Package - TO-126

Pin :

1. Collector (C) → Tempat arus masuk (NPN) atau keluar (PNP) dari beban.
2. Base (B) → Terminal kontrol, digunakan untuk mengatur hidup/matinya arus.
3. Emitter (E) → Tempat arus keluar (NPN) atau masuk (PNP), menuju ground atau suplai.

Konfigurasi Transistor:

    Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

    Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

    Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

    4) Op-Amp

    Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

Pin Out :

Spesifikasi :

     5) ADDA Converter

         a. IC 565

    IC 565 adalah sebuah Phase Locked Loop (PLL) monolitik yang umum digunakan dalam aplikasi sinkronisasi frekuensi, demodulasi FM, pengganda frekuensi, dan sistem kontrol otomatis. IC ini bekerja dengan cara mengunci fase sinyal input terhadap sinyal dari osilator internal (VCO – Voltage Controlled Oscillator) melalui sebuah detektor fasa. Ketika frekuensi input cocok dengan frekuensi dari VCO, maka sistem akan "terkunci" (locked), dan VCO akan mengikuti perubahan frekuensi input. IC 565 memiliki dua bagian utama, yaitu phase comparator dan VCO, serta menyediakan pin output untuk frekuensi VCO dan loop filter eksternal. Tegangan kerja umumnya antara 5V hingga 12V, dengan range frekuensi operasi sekitar 0,001 Hz hingga lebih dari 500 kHz tergantung konfigurasi komponen eksternal. 

Spesifikasi :

1. Fungsi: Phase Locked Loop (PLL)
2. Tegangan kerja: 5V – 12V DC
3. Rentang frekuensi VCO: 0,001 Hz – 500 kHz (tergantung RC eksternal)
4. Tegangan output VCO: ~0,5 V hingga Vcc – 1,5 V
5. Arus maksimum: ±1 mA pada output
6. Komponen utama: VCO + phase comparator
7. Tipe keluaran: Gelombang kotak (VCO out)
8. Aplikasi: Demodulasi FM, detektor fasa, sinkronisasi sinyal, pengganda frekuensi
9. Paket IC: DIP 14 pin

Pin Out :

        b. Decade Counter

         Decade counter adalah rangkaian logika digital yang digunakan untuk menghitung pulsa dalam satuan kelipatan sepuluh (basis 10). Counter ini akan menghitung dari 0 hingga 9, lalu kembali ke 0 secara berulang setiap kali menerima pulsa clock. Biasanya dibentuk dari flip-flop yang diatur sedemikian rupa agar membatasi hitungan hanya sampai 10 keadaan (0000 sampai 1001 dalam biner). Salah satu contoh populer dari decade counter adalah IC 4017, yang memiliki 10 output aktif secara bergantian. Decade counter banyak digunakan dalam pengendali lampu sekuensial, tampilan digital, sistem waktu, dan pembagi frekuensi, karena mampu mengubah pulsa clock menjadi keluaran logika bertahap sesuai urutan.

Spesifikasi :

1. Jenis hitungan: Basis 10 (0–9)
2. Input: Pulsa clock (rising/falling edge)
3. Output: 10 output aktif bergantian (Q0–Q9)
4. Contoh IC: CD4017, 74LS90
5. Tegangan kerja:
6. CD4017: 3V – 15V
7. 74LS90: 4,75V – 5,25V
8. Tipe keluaran: TTL atau CMOS (tergantung IC)
9. Reset: Tersedia pin reset untuk mengatur ulang ke 0
10. Kecepatan maksimum:
11. CMOS (CD4017): hingga 5 MHz
12. TTL (74LS90): hingga 42 MHz 
13. Aplikasi: Lampu sekuensial, timer, pembagi frekuensi, penghitung digita

Pin Out :

     6) Komponen Input 

         a. Switch

    Switch atau saklar adalah komponen elektronik atau elektromechanical yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Konsep dasarnya adalah membuka dan menutup jalur konduksi, seperti pintu yang mengizinkan atau menghalangi aliran elektron. Ketika switch dalam kondisi tertutup (ON), arus listrik dapat mengalir bebas melalui rangkaian; sebaliknya, ketika switch dalam kondisi terbuka (OFF), jalur arus terputus dan tidak ada aliran listrik. 

    Switch digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat sederhana seperti lampu rumah hingga sistem kompleks seperti komputer, otomasi industri, dan kontrol elektronik. Ada berbagai jenis switch, seperti toggle switch, push button, rotary switch, DIP switch, dan reed switch, masing-masing dengan karakteristik dan cara kerja yang berbeda. 

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor 

    Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Simbol :

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Rumus :

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.   

B. Kapasitor

      Adapun rangkaian HPF +40dB/dec adalah seperti pada rangkaian dibawah. Dari rangkaian terlihat bahwa sinyal input diserikan dengan kapasitor C, sehingga sinyal input yang berfrekuensi diatas frekuensi cut-off akan dilewatkan dan sebaliknya dibawah frekuensi cut-off akan diredam atau dilemahkan. Pelemahan terjadi karena reaktansi XC akan semakin besar apabila frekuensi semakin kecil seperti hubungan berikut.

Simbol :

Cara menghitung nilai kapasitor :

1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

    Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.

Daftar nilai toleransi kapasitor :

1. B = 0.10pF
2. C = 0.25pF
3. D = 0.5pF
4. E = 0.5%
5. F = 1%
6. G = 2%
7. H = 3%
8. J = 5%
9. K = 10%
10. M = 20%
11. Z = + 80% dan -20%

Rumus kapasitor 

C. Transistor 

      Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. 

1. Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.
2. Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

Rumus :

Konfigurasi transistor bipolar :

Cara mengukur transistor bipolar

Karakteristik input

    Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik output

    Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

D. Op-Amp

    Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Karakteristik penguat ideal adalah:

    Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

Konfigurasi PIN LM741:

Spesifikasi:

Respons karakteristik kurva I-O:

Bentuk Gelombang I/O :

E. ADDA Converter

       AD/DA Converter (Analog to Digital dan Digital to Analog Converter) adalah rangkaian atau modul elektronik yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog ke digital (ADC) dan digital ke analog (DAC). Konverter ADC mengambil sinyal analog (seperti tegangan sensor) dan mengubahnya menjadi representasi digital berupa bit-bit biner, sehingga dapat diproses oleh mikrokontroler atau sistem digital. Sebaliknya, DAC mengubah data digital menjadi sinyal analog berupa tegangan kontinu, yang dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat analog seperti motor, speaker, atau aktuator. AD/DA converter sangat penting dalam sistem tertanam, komunikasi, pengolahan sinyal, dan kendali otomatis, karena berfungsi sebagai jembatan antara dunia nyata (analog) dan sistem digital. Akurasi konversi ditentukan oleh resolusi (jumlah bit) dan kecepatan sampling dari konverter tersebut.

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi :

ADC (Analog to Digital Converter):

1. Resolusi: 8-bit, 10-bit, 12-bit, 16-bit, hingga 24-bit
2. Tegangan input: 0 – 5V / 0 – 3.3V (umum)
3. Kecepatan sampling: 1 ksps – ratusan Msps (tergantung tipe)
4. Tipe konversi: Successive Approximation (SAR), Flash, Sigma-Delta
5. Akurasi: Ditentukan oleh resolusi & kesalahan linearitas
6. Output: Data digital paralel atau serial (I2C, SPI)

DAC (Digital to Analog Converter):

1. Resolusi: 8-bit – 16-bit
2. Tegangan output: 0 – 5V / 0 – 3.3V (umum)
3. Tipe output: Tegangan analog atau arus
4. Input digital: Paralel atau serial (I2C, SPI)
5. Kecepatan update: Hingga MHz

Basic PLL Operation

    Phase-Locked Loop (PLL) adalah rangkaian elektronik yang terdiri dari detektor fase, filter low-pass, dan osilator yang dikendalikan oleh tegangan (VCO). Dalam operasi PLL, sinyal masukan (Vi) dan sinyal dari VCO (Vo) dibandingkan oleh comparator fase, menghasilkan tegangan keluaran (Ve) yang mencerminkan perbedaan fase antara kedua sinyal. Tegangan ini kemudian diproses oleh filter low-pass untuk menghasilkan tegangan keluaran yang digunakan untuk memodulasi frekuensi VCO, sehingga menjaga frekuensi VCO tetap terkunci dengan frekuensi sinyal masukan.

Basic PLL Operation 

    Operasi dasar Phase Locked Loop (PLL) terjadi ketika frekuensi sinyal masukan sama dengan frekuensi dari Voltage Controlled Oscillator (VCO). Dalam keadaan terkunci, tegangan keluaran (Vd) diperlukan untuk menjaga VCO tetap sinkron dengan sinyal masukan, menghasilkan sinyal gelombang persegi pada frekuensi yang sama.

    Frekuensi tengah VCO (fo) harus diatur dengan tegangan bias DC di tengah rentang operasi liniernya. Perbedaan fase antara sinyal yang dibandingkan menghasilkan tegangan DC tetap untuk VCO, dan perubahan frekuensi sinyal masukan akan mengubah tegangan DC tersebut.

    Terdapat dua rentang frekuensi penting dalam PLL: rentang tangkapan (capture range), yaitu rentang di mana PLL dapat memperoleh kunci dengan sinyal masukan, dan rentang kunci (lock range), yaitu rentang di mana PLL dapat mempertahankan kunci setelah berhasil terkunci.

Application

Phase Locked Loop (PLL) memiliki berbagai aplikasi, termasuk demodulasi frekuensi, sintesis frekuensi, dan dekoder FSK. 

Frequency Demodulation

Dalam demodulasi FM, PLL dapat digunakan untuk mendeteksi sinyal dengan memilih frekuensi pusat pada frekuensi pembawa FM, sehingga menghasilkan tegangan demodulasi yang bervariasi sesuai dengan perubahan frekuensi sinyal. Salah satu unit PLL yang populer adalah IC 565, yang terdiri dari detektor fase, amplifier, dan osilator yang dikendalikan oleh tegangan (VCO). Komponen eksternal seperti resistor dan kapasitor digunakan untuk mengatur frekuensi bebas VCO dan passband filter low-pass, dengan keluaran VCO yang harus dihubungkan kembali ke detektor fase untuk menutup loop PLL. IC 565 biasanya memerlukan dua sumber daya untuk operasinya.

Frequency synthesizer

Frequency synthesizer dapat dibangun menggunakan Phase Locked Loop (PLL) dengan menambahkan pembagi frekuensi antara keluaran VCO dan detektor fase. Dalam konfigurasi ini, sinyal loop yang masuk ke comparator memiliki frekuensi (fo), sementara keluaran VCO adalah (Nfo), yang merupakan kelipatan dari frekuensi masukan selama loop terkunci. Contoh penggunaan PLL 565 sebagai pengganda frekuensi dan pembagi 7490 menunjukkan bahwa sinyal masukan (Vi) pada frekuensi (f1) dibandingkan dengan sinyal di pin 5. Keluaran (Nfo) (misalnya (4fo)) dihubungkan melalui rangkaian inverter, menghasilkan sinyal di pin 4 yang empat kali frekuensi masukan selama loop tetap terkunci. Jika nilai pembagi diubah, mungkin perlu menyesuaikan frekuensi VCO, tetapi selama PLL dalam keadaan terkunci, keluaran VCO akan selalu tepat (N) kali frekuensi masukan.

FSK Decoders

Decoder FSK (frequency-shift keyed) dapat dibangun menggunakan PLL untuk menerima sinyal pada dua frekuensi pembawa yang berbeda, yaitu 1270 Hz dan 1070 Hz, yang mewakili level logika RS-232C (mark pada -5 V dan space pada +14 V). Saat sinyal masuk, loop PLL mengunci pada frekuensi input dan melacaknya antara kedua frekuensi tersebut, menghasilkan pergeseran DC pada keluaran. Filter ladder RC digunakan untuk menghilangkan komponen frekuensi jumlah. Frekuensi bebas diatur dengan resistor R1 sehingga level tegangan DC di keluaran (pin 7) sama dengan pin 6. Ketika sinyal 1070 Hz diterima, keluaran decoder akan meningkat ke level tinggi (+14 V), sedangkan sinyal 1270 Hz akan menurunkan keluaran ke level rendah (-5 V).

5. Example[Kembali]

1. Sebutkan tiga fungsi utama dari rangkaian Phase Locked Loop (PLL) dalam sistem elektronika!

    Jawab :

1. Sinkronisasi frekuensi dan fase sinyal input dengan sinyal internal (VCO).
2. Demodulasi sinyal FM.
3. Pengganda (multiplier) atau pembagi frekuensi.

2. Sebuah PLL menggunakan IC 565 dengan VCO. Jika nilai resistor eksternal R = 10 kΩ dan kapasitor C = 0,01 µF, berapakah frekuensi output dari VCO?

    Jawab :

Gunakan rumus IC 565 VCO:

𝑓𝑉𝐶𝑂 =1.2 / (𝑅⋅𝐶 ) 

                       = 1.2 / (10k ⋅ 0.01u) 

     = 12 𝑘𝐻𝑧

3. Apa perbedaan antara lock range dan capture range pada sistem PLL?

    Jawab :

• Lock range: Rentang frekuensi di mana PLL tetap terkunci terhadap sinyal input setelah terkunci.
• Capture range: Rentang frekuensi di mana PLL bisa mulai mengunci sinyal input dari kondisi bebas (unlock). Biasanya lebih sempit dari lock range.

6. Problem[Kembali]

1. Hitung frekuensi bebas berjalan VCO untuk rangkaian pada Gambar 13.26 b dengan R1 = 4,7 kOhm dan C1 = 0,001 mF.

    Jawab : 

fo = 0,3 / (R1.C1) 

              = 0,3 / (4,7k. 0,001μ) 

= 63,8 kHz   

2. Nilai kapasitor C1 apa yang diperlukan dalam rangkaian pada Gambar 13.26 b untuk memperoleh frekuensi tengah 100 kHz? 

    Jawab : 

C1 = 0,3 / R1.f

                    = 0,3 / (10 k)(100 k)

  = 300 pF

3. Berapa rentang kunci dari rangkaian PLL di Gambar 13.26 b untuk R1 = 4,7 k dan C1 = 0,001 mF?

    Jawab :

       fo = 0,3 / (R1.C1) 

           = 0,3 / (4,7k. 0,001μ) 

           = 63,8 kHz   

        fL = ± 8fo / V

             = ± 8 (63,8 . 1000) / 6

             = 85,1 kHz 

7. Pilihan Ganda[Kembali]

1. Manakah dari komponen berikut ini yang selalu terdapat dalam sistem Phase-Locked Loop (PLL)?

    A. Phase Detector

    B. Low-Pass Filter

    C. Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

    D. Transformer

    Jawaban yang benar:

    A. Phase Detector

    B. Low-Pass Filter

    C. Voltage-Controlled Oscillator (VCO)

    Penjelasan:

    Sebuah PLL terdiri dari Phase Detector, Low-Pass Filter, dan VCO sebagai komponen utamanya. Transformer bukan bagian dari PLL standar.

2. Apa fungsi utama dari Phase-Locked Loop dalam sistem elektronik dan komunikasi?

    A. Sinkronisasi fase sinyal masukan dengan sinyal referensi

    B. Menghasilkan sinyal noise tinggi

    C. Mengunci frekuensi keluaran agar sesuai dengan masukan

    D. Mengurangi amplitudo sinyal masukan

    Jawaban yang benar:

    A. Sinkronisasi fase sinyal masukan dengan sinyal referensi

    C. Mengunci frekuensi keluaran agar sesuai dengan masukan

    Penjelasan:

    PLL digunakan untuk mengunci fase dan frekuensi sinyal output agar sinkron dengan sinyal referensi, sangat penting dalam komunikasi digital dan frekuensi synthesizer.

3. Di mana sajakah PLL digunakan dalam sistem elektronik nyata?

    A. FM demodulator

    B. Digital clock recovery

    C. Power amplification

    D. Frequency synthesizer

    Jawaban yang benar:

    A. FM demodulator

    B. Digital clock recovery

    D. Frequency synthesizer

    Penjelasan:

    PLL digunakan dalam sistem komunikasi dan kontrol waktu, seperti sinyal demodulasi FM, mengembalikan clock sinyal digital, dan sebagai frequency synthesizer. Power amplification tidak berhubungan langsung.

5. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

    1)    Rangkaian 13.27

1. Buka aplikasi proteus.
2. Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti PLL (565), kapasitor, resistor, transistor dan lain-lain.
3. Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 13.27 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
4. Jalankan simulasi dan amati nilai tegangan input dan output yang terukur.

    2)    Rangkaian 13.28

1. Buka aplikasi proteus.
2. Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti PLL (565), kapasitor, resistor, op-amp, dan lain-lain.
3. Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 13.27 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
4. Jalankan simulasi dan amati nilai tegangan input dan output yang terukur.

B. Simulasi Rangkaian dan Prinsip Kerja

    1)    Rangkaian 13.27

Rangkaian 13.27

Prinsip Kerja :

Rangkaian pada gambar merupakan frequency synthesizer yang menggunakan IC PLL 565. Prinsip kerjanya adalah IC 565 membandingkan fasa antara sinyal referensi dan sinyal umpan balik dari output VCO yang telah dibagi oleh decade counter. Jika terdapat selisih fasa, IC menghasilkan tegangan koreksi yang digunakan untuk menyesuaikan frekuensi VCO hingga kedua sinyal memiliki fasa yang sama (locked). Setelah terkunci, frekuensi output VCO menjadi stabil dan merupakan kelipatan dari frekuensi referensi tergantung pada nilai pembagi (N) di counter. Rangkaian ini umum digunakan untuk menghasilkan frekuensi yang presisi dan dapat dikendalikan.

Video Simulasi :

2)    Rangkaian 13.28

Rangkaian 13.28

Prinsip Kerja :

Sinyal FSK (Frequency Shift Keying) yang berisi data digital dengan dua frekuensi berbeda dimasukkan ke input PLL. IC 565 akan mengunci (lock) pada salah satu frekuensi dan menghasilkan tegangan DC pada output yang bergantung pada frekuensi input. Tegangan output ini kemudian difilter dan diperkuat untuk menghasilkan sinyal logika digital yang merepresentasikan data biner (‘0’ dan ‘1’). Dengan demikian, rangkaian ini berfungsi mengubah sinyal FSK menjadi data digital kembali.

Video Simulasi :

6. Download File[Kembali]

Download Rangkaian 13.27 [klik disini]

Download Rangkaian 13.28 [klik disini]

Download Datasheet PLL LM565 [klik disini]

Download Datasheet Resistor [klik disini]

Download Datasheet Kapasitor [klik disini]

Download Datasheet Op-Amp LM710 [klik disini]

Download Datasheet Tansistor [klik disini]