BAHAN AJAR PENERAPAN RANGKAIAN PENGUBAH KUANTITAS Kelas / Semester : XII / Gasal
Oleh: Alfas Zainur Rohman, S.Pd.
BAHAN AJAR Satuan Pendidikan Mata Pelajaran Kelas / Semester Kompetensi Keahlian Kompetensi Dasar
: SMK Negeri 2 Manokwari : Penerapan Rangkaian Elektronika : XII / Gasal : Teknik Audio Video rangkaian : Menerapkan
pengubah
kuantitas D/A & A/D
A. Indikator Pencapaian Kompetensi : 1. Menjelaskan konsep dasar rangkaian Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to Analog Converters (DA). 2. Menjelaskan prinsip kerja rangkaian Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to Analog Converters (DA). 3. Menggambarkan konsep dasar dan prosedur perencanaan rangkaian Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to-Analog Converters (DA). B. Tujuan Setelah mempelajari modul ini, siswa diharapkan dapat: 1.
Siswa mampu menjelaskan konsep dasar ADC dan DAC
2.
Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja rangkaian ADC dan DAC
3.
Menggambarkan konsep dasar dan prosedur perencanaan rangkaian Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to-Analog Converters (DA).
C. Pokok Materi 1. Konsep Konversi Sinyal 2. Rangkaian DAC 3. Rangkaian ADC D. Uraian Materi 1. Konsep Konversi Sinyal
Secara alami, kehidupan di sekitar kita merupakan sinyal analog. sinyal Analog adalah sinyal kontinyu yang didasarkan pada waktu. Sinyal analog dapat dihasilkan oleh alam atau buatan.Contoh besaran analog : suara, bunyi, cahaya, warna, tegangan ac/dc dsb. Dalam dunia elektronika dikenal dua jenis rangkaian selain analog juga terdapat rangkaian digital. Sinyal Digital adalah sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sebuah alat digunakan untuk menjembatani dunia Analog ke Digital, yaitu konverter besaran digital ke analog (Digital to Analog Converter, disingkat sebagai DAC), dan juga rangkaian konverter besaran analog ke digital (Analog to Digital Converter, disingkat sebagai ADC).
Gambar 1. Sinyal analog dan sinyal digital Pada gambar 2 masukan atau input merupakan besaran analog yang didapat dari hasil proses dari trasduser/alat pengukur/sensor, kemudian oleh perangkat pengubah analog ke digital (ADC) diubah menjadi besaran digital. Besaran digital tersebut adalah merupakan masukan atau input dari sebuah sistem digital untuk diproses secara aritmatik atau logik sehingga dihasilkan suatu besaran digital.
Gambar 2. Diagram blok sebuah sistem kontrol Oleh karena output atau keluaran dari sistem digital berupa besaran digital sedangkan yang dibutuhkan untuk menggerakan rangkaian berikutnya adalah besaran analog, maka diperlukan perangkat pengubah digital ke analog yang berfungsi untuk mengubah besaran digital dari hasil proses menjadi besaran analog sebagai contoh untuk mengendalikan sebuah kecepatan motor dc dibutuhan besaran analog. Sehingga dapat kita lihat adanya interface berupa ADC dan DAC pada sebuah sistem rangkaian digital (Komputer, mikroprosessor dll.) dengan dunia analog, disini menunjukan
kepada kita bahwa sebuah sistem pengendali terdapat kemungkinan kombinasi dari dua besaran yaitu analog dan digital dimana sistem sensor merupakan besaran analog, rangkaian pemroses sinyal digital dan penggerak utama sebagai keluaran adalah besaran analog. 2. Sistem Pengubah Digital ke Analog (DAC)
Gambar 3 sistem DAC Tugas pengubah D/A ialah mentransformasikan masukan sinyal digital menjadi sinyal analog, (tegangan, arus, muatan elektrik). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC.
Pada dasarnya rangkaian penjumlah op-amp (summing amplifier) dapat digunakan untuk menyusun suatu konverter D/A (DAC “Digital To Analog Converter)” dengan memakai sejumlah hambatan masukan yang diberi b obot dalam deret biner yang dapat diamati pada gambar 4
Gambar 4 diagram blok penguat penjumlah
Penguat Penjumlah (Dasar DAC)
Penguat penjumlah memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran merupakan hasil penguatan dari penjumlahan sinyal masukannya. Pada bagian ini dicontohkan penguat penjumlah berdasarkan rangkaian penguat inverting. Sehingga sinyal keluaran adalah berbeda fasa sebesar 180 o. Rangkaian penguat penjumlah merupakan konsep dasar dari rangkaian DAC(Digital To Analog Converter).
Gambar 5 Rangkaian Penguat Penjumlahan Penguatan dari rangkaian ini dihitung menggunakan persamaan berikut :
Vout = -Vref ( + 2 + 4 + 8)
Gambar 6 DAC Dengan mengikuti rumus diatas, dengan mengikuti rumus hukum ohm tahanan seri paralel, jika untuk langkah pertama yang terhubung adalah saklar A hanya yang berlogika satulah yang terhubung dengan saklar, maka akan kalian dapatkan nilai atau harga seperti pada tabel di bawah.
Dari tabel tersebut jika semua saklar terhubung didapat kan tahanan total Rt = 10 KΩ, maka penguatannya A = Rf/Rin Total =2 Vout = A X Vin = 2 X 3 = 6 Volt. Setiap perubahan 1 digit pada tabel diatas adalah 0,4, dapat dikatakan itulah ukuran setiap stepnya berubah 0,4 volt untuk 1 digit, maka jika kita ingin mengetahui berapakah nilai tegangan yang terukur pada biner masukan 1000 ?
3. Sistem Pengubah Analog ke Digital (ADC)
Gambar 3. Diagram blok sistem ADC
Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi 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).
Gambar 7 Diagram blok ADC Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal inputdapat dinyatakan dalam 255 (2n-1) nilai diskrit. ADC 8 bit memiliki 8 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 8 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 4 bit. Nilai resolusi biasanya dikalikan dengan 100%. Contoh ADC 8 bit, dengan tegangan referensi 5 volt DC maka resolusi nya adalah = 5 / 2n-1 = 5/255 = 0.0019 x100%
= 1,9% Sensitivitas ADC juga ditentukan oleh besarnya nilai tegangan referensi dan banyaknya bit sebagai nilai diskritnya, Perhitungan sensitivitas hampir sama dengan resolusi tetapi tanpa prosentasi. Ambil contoh masih data 8 bit, jika tegangan referensi nya 5 Volt, maka :sensitivitasnya adalah = 5 / 2n-1 = 5/255 = 0.0019 volt atau 19,6 mV/bit, dapat dikatakan setiap kanaikan 1 bit adalah sebesar 19,6 mV, Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner). signal
= (sample/max_value) * reference_voltage = (153/255) * 5 = 3 Volt = tegangan referensi untuk ADC
Jika tegangan referensinya 3 volt, berapakah nilai sensivitasnya? Sensitivitanya adalah 3/255 = 0,011 Volt = 11mVolt
REFERENSI Kemendikbud. 2014. Sistem Kontrol Terprogram. Jakarta:Kemendikbud Adiyasa, I Wayan. 2015. Pelaksanaan Pembelajaran Kooperatif Tipe STAD Menggunakan Software Simulasi Proteus Dalam Meningkatkan Keaktifan dan Prestasi Pada Mata Pelajaran Penerapan Rangkaian Elektronika Siswa Kelas XI Teknik Audio Video SMKN 2 Depok. Yogyakarta: UNY Skripsi
Lamsani, Missa . DAC - ADC Digital to Analog Converter Analog to Digital Converter. Jakarta. Universitas Gunadarma