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