DAC dan ADC
Oleh Wayan Suparta, PhD
Prodi Informatika
Universitas Pembangunan Jaya
Pertemuan 5:
Sub Pokok Bahasan:
1. Pengantar Penguat Operasional (Op-
Amp)
2. Digital to Analog Converter (DAC)
3. Analog to Digital Converter (ADC)
Capaian Pembelajaran Mampu memahami fungsi dan cara kerja ADC/ DAC
dan Mux / Demux serta penerapannya pada produk.
• Merupakan penguat yang • berupa sebuah rangkaian terpadu (IC)
• mempunyai penguatan besar (high gain)
• berupa direct couple amplifier
• dapat diaplikasikan sbg penguat linear atau non linear
dan pengolahan sinyal
• biasanya menggunakan sumber daya +V, −V dan GND (0V)
• Misal : seri 741, LM358, LF356, TL074, dll
1. Apakah Operational Amplifier itu?
Jenis-Jenis dan Simbol
5
Sifat-sifat penting sebuah penguat operasional
Sifat Batas-batas normal
1. Penguatan tegangan GV
2. Tegangan offset masuk Uio
3. Arus offset masuk Ii
4. Impedansi masuk ri
5. Impedansi keluar ro
6. Tegangan masuk maskimum Uimaks
7. Tegangan keluar maksimum
8. CMRR (Common Mode Rejection
Ratio)
9. Karakteristik frekuensi
103 – 107
0,1 mV – 10 mV
1 nA – 40 nA
10 k - 105 k
1 - 1 k
+ 5 V - + 25 V
Dibatasi oleh tegangan
suplai
Antara 20 dB dibawah GV
dan 10 dB diatas GV
10 Hz – 100 kHz
Penguat Operasional Praktis (Tidak Ideal)
• Digital To Analog Converter (DAC) adalah sistem yang dapat pengubah kode/bilangan digital menjadi tegangan keluaran analog.
• DAC banyak digunakan sebagai rangkaian pengendali (driver) aktuator yang membutuhkan input analog; seperti motor AC maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, Pemanas (Heater) dan sebagainya.
• Aktuator diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang terprogram di antaranya mikrokontroler.
• Ada banyak jenis DAC, namun hanya R-2R Ladder yang dibahas.
2. Pengantar DAC
2R
S1
2R
Rf
R1
R
2RR
2RR
2RR
S2
S3
S4
Vout
Vref
MSB
LSB
Metode ini banyak digunakan dalam IC-IC DAC. Pada
rangkaian R/2R Ladder, hanya dua nilai resistor yang
diperlukan, yang dapat diaplikasikan untuk IC DAC dengan
resolusi 8,10 atau 12 bit.
1. DAC - Pasangan R-2R (R-2R DAC)
• Prinsip dasar dari rangkaian ini dibentuk karena mengatasi hambatan besar resistor yang terjadi bila jumlah bit rangkaian bertambah.
• Rangkaian ini hanya menggunakan dua nilai resistor.
• Sama seperti rangkaian di atas, prinsip dasar rangkaian ini menggunakan rangkaian penjumlah langsung (direct summing circuit) yang dibentuk dengan menggunakan Operasional Amplifier.
• Rangkaian di atas memenuhi rumus :
gi)asio_Pemba.(Vref).(R1R1
RfVout
Rangkaian sejenis:
-nrefout 2VV
LSB
MSB
Dari dua jenis DAC diatas, sudah banyak terdapat DAC yang
terintegrasi menjadi suatu serpih (IC) yang mudah dalam
penggunaannya. Contohnya adalah National Semiconductor DAC
0808 yang menggunakan prinsip R-2R.
2
D
4
D
8
D
16
D
R
RVV 32109
refout
Contoh DAC R-2R
Vref = 10 V R = 20 k
256
b
128
b
64
b
32
b
16
b
8
b
4
b
2
bVV 87654321
refo
DAC 0808
3. Antarmuka DAC dengan Arduino
Rangkaian DAC modern
• Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode – kode digital.
• ADC banyak digunakan sebagai pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian.
• Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer).
Apakah ADC itu?
RANGKUMAN: DAC Resistor Berbobot
Teknik Konversi ADC
• Berbagai jenis ADC
yang akan dibahas
disini (berdasarkan
teknik konversi):
– ADC ramp (servo)
– ADC successive –
approximation
– ADC flash
register
DAC komparator
vin
Data out
ADC Successive-Approximation Register (SAR)
Cara kerja ADC R-2R • Misal ADC 4 bit range
0000 – 1111
1. Inisialisasi: register diset ke
nilai 1000
2. Nilai register dimasukkan
DAC dan dibandingkan
dengan Vin
3. Jika Vin<, register diset ½
nilai sebelumnya, jika Vin>,
register dijumlah dengan
nilai 0.5 x (1111-nilai
sebelumnya)
4. Kembali ke step 2 sampai
didapat Vin~V DAC
Visualisasi kerja ADC R-2R
ADC 4 bit,
Tegangan
output
fullscale
= 15V,
Input =
10.8 V
15V
Kelemahan: very - slow
Data_ADC = (Vin/Vref) x
Maksimal_Data
T = (Vin/Sensitivitas)
RANGKUMAN ADC
• Analog to digital converter (ADC) Konversi ini dibutuhkan karena sinyal digital memiliki keuntungan yaitu
memiliki noise yang lebih kecil, mudah diperbaiki dan dapat
diamplifikasi dengan mudah, dan memungkinkan untuk mengadopsi
perhitungan algoritma untuk perhitungan perubahan keadaan.
• Parameter ADC : 1. Resolusi
Jumlah bit (dalam kode digital) pada keluaran (output) ADC yang
menyatakan nilai tegangan analog pada masukan (input) ADC.
2. Kecepatan konversi
Kecepatan konversi dari masukan analog menjadi keluaran digital.
DAC 0808
ADC 0808
Aplikasi: Sensor Suhu dengan ADC 0808
Aplikasi: Sensor Suhu dengan Arduino
AVR ATmega
CONTOH SOAL
Penyelesaian:
Tegangan keluaran sensor pada 100 °C:
(6,5 mV/°C) (100°C) = 0,65 V.
Jadi besarnya gain yang
diperlukan:
a. Rangkaian interface harus memberikan gain
sedemikian rupa sehingga pada suhu 100°C keluaran
ADC menunjukkan 111111. Tegangan masukan yang
meng-hasilkan keluaran sebesar ini adalah
1. Terangkan cara kerja rangkaian DAC berbobot dengan DAC
R-2R ladder.
2. Tentukan berapa banyaknya bit DAC yang diperlukan untuk
menghasilkan resolusi keluaran sebesar 0,04 V bila digunakan
tegangan acuan sebesar 10 V.
3. Sebuah valve kendali mempunyai perubahan pembukaan yang
linier bila tegangan masukannya berubah dari 0 sampai 10
Volt. Keluaran sebuah mikrokomputer yang mempunyai word
8 - bit digunakan untuk mengendalikan pembukaan valve
tersebut melalui sebuah DAC 8 - bit.
(a). berapa tegangan acuan yang diperlukan untuk
memperoleh pembukaan valve penuh (10V). [10.039 V]
(b). berapa persentase pembukaan valve untuk setiap
perubahan masukan 1-bit. [0.392%]
LATIHAN 5
4. Carilah tegangan keluaran untuk rangkaian berikut.
5.
6.
7. Suatu rangkaian ADC dengan IC 0804 diberikan input tegangan analog
sebesar 3 volt. Tegangan referensi IC di-set di 5 volt. Berapakah data digital
output dari IC?
8. Suatu rangkaian mikrokontroler AVR ATmega16 terhubung kepada sensor
suhu LM35. Dalam proses pembacaan data pada pin ADC-nya, data yang
terbaca adalah 300(10). Berapakah suhu yang terdeteksi oleh LM35 jika pin
AREF pada mikrokontroler diset di tegangan 1 volt?
12. Sebuah ADC R-2R 12 bit menggunakan Vcc = + 5V sebagai tegangan
referensi. Tentukan resolusi ADC tersebut.
13. Sinyal seismic analog dengan dinamik range 1 V, dicuplik dengan frekuensi
20 Hz menggunakan ADC 8 bit. Tentukan (a) bit rate (bps), (b) resolusi, (c)
frekuensi sinyal maksimum yang ada pada seismic digital.
14. Sebuah ADC 8 bit menggunakan tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3
V, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Berapakah sinyal keluarannya?
15. Cara kerja ADC R-2R 8 bit dapat diceritakan, jika Vin = 2.525 V, nilai MSB
+ nilai bit ke 6 apakah bernilai 1? Berapakah nilai digital yang
dikonversikan?
16. Bagaimana ADC0808 dapat dikoneksikan dengan Arduino atau ATMega8?
LATIHAN ADC
Top Related