Rangkaian konverter - Teknik Elektro UGM

Rangkaian konverter
Rangkaian konverter
• Termasuk dalam pengkondisi isyarat
• Mengubah dari suatu besaran elektrik ke
besaran elektrik yang lain
• Contoh:
–
–
–
–
–
–
Konverter I/V
Konverter V/I
V/f
f/V
DAC
ADC
Konverter I/V
• Rangkaian dasar
Vo= - iI R
Aplikasi I/V
• Photodetector amplifier
– Digunakan untuk konversi arus yang melewati
fotodioda menjadi tegangan
– Sebagai pengukur intensitas cahaya dan
media komunikasi optis
Karakteristik fotodioda
P0,P1,P2 adalah level intensitas cahaya yang berbeda-beda
Fotodioda bekerja di daerah reverse bias
Rλ = konstanta transfer level intensitas – arus keluaran
Rangkaian dasar penguat
fotodioda
Rangkaian dasar penguat fotodioda ada 2 macam:
- Photoconductive
- Photovoltaic
Rangkaian photoconductive
• Respon fotodioda (perubahan I terhadap
intensitas cahaya) cepat
• Digunakan sebagai receiver dalam
komunikasi optis (karena kecepatan
responnya)
Contoh rangkaian + filter
Rangkaian Photovoltaic
• Dioda seolah-olah tidak dibias dan
menghasilkan arus sendiri
• Digunakan untuk pengukuran intensitas
cahaya
Rangkaian + filter
Konverter V/I
• Ada 2 jenis:
– Floating Load Converter
– Grounded Load
Floating Load
• Arus keluaran diambil dari jalur umpan
balik
Grounded Load
• Disebut howland current pump
beban
Arus yang dihasilkan : Io= Vi/R1
Norton resistance
Idealnya, Ro = ~, sehingga,
R2/R1 – R4/R3=0, jadi
Batas-batas arus yang dihasilkan/
hambatan beban yang terpasang
• Suatu V/I converter memiliki istilah voltage
compliance, yaitu batas-batas tegangan pada
beban (VL=Io X RL) baik maksimal/minimal
• Jika melewati batas itu, V/I tidak linear lagi
(saturasi)
• Batas-batasnya:
– VL min = VoL x R1/(R1+R2)
– VL max = VoH x R1/(R1+R2)
• VoL : output minimal opamp
• VoH : output max opamp
• VoL – Voh : output swing
• Jika supply double dan simetris,
• Umumnya, VoH= -VoL = Vsat  output
simetris
• Intinya, konversi V/I hanya berlaku untuk
range tegangan tertentu
• Konversi V/I juga hanya berlaku terhadap
range resistor beban (RL) tertentu saja
Aplikasi V/I
• Transmisi isyarat  jika yang dikirimkan
berupa V, rentan terhadap losses di jalur
komunikasi. Akibatnya V yang sampai di
receiver sudah ter-atenuasi
R_jalur
1k
R_in_Receiver
Vkirim
Vterima
Vterima < Vkirim
1k
Aplikasi V/I
• Jika yang dikirimkan berupa I  tidak
terjadi atenuasi pada isyarat
Sumber isyarat
Vin
I
I/V
V/I
Rtrans
Rin I/V sangat besar
out
DAC
• Untuk konversi digital ke analog
• Jenis-jenis DAC yang akan dibahas dalam
materi ini:
– R2R
– Weighted Resistor
– Potentiometric
R2R DAC
• Paling banyak diimplementasikan pada
berbagai chip DAC / ADC
• Menggunakan resistor dengan 2 nilai yaitu
R dan 2R pada rangkaiannya
Rangkaian R2R
Input digital : b1,b2 … b7, output analog : Vout
Cara kerja:
b1,b2,..b7 mengontrol SW1 – SWn. Jika logika 1, SW diarahkan ke Vref,
Tetapi jika 0, SW diarahkan ke logika 0
• Persamaan untuk rangkaian R2R adalah:
Vout = Vref * Val / (2n)
Dengan
Vout:tegangan keluaran DAC
Val:nilai digital yang dibetuk oleh masukanmasukan digital
n:lebar bit masukan
• Sebagai pengganti saklar terkendali 
agak susah direalisasikan
• Digunakan buffer/inverter digital dengan
keluaran totem-pole (logic 0 benar-benar
0V dan logic 1 benar-benar 5V)
U5A
bx
1
2R R5
2
7404
2k
R
R8
1k
Rangkaian Weighted Resistor
Menggunakan resistor dengan nilai R,2R,4R, …, 2nR yang akan membobot
nilai logika bit-bit input
Kelemahan : nilai R kesulitan dicari di pasaran
Potentiometric DAC
DAC 3 bit
Besarnya R pada resistor ladder sama,
jumlahnya 2n , dengan n=lebar bit
ADC
• Macam-macam ADC yang akan dibahas
disini(berdasarkan teknik konversi):
– ADC ramp (servo)
– ADC successive – approximation
– ADC flash
ADC ramp
Data output
Tegangan input
Counter UP
Teknik konversi:
1. Inisialisasi, reset nilai b1..bn yang tersimpan di register menjadi 0
2. Konversi ke analog nilai b1..bn tsb dengan DAC
3. Bandingkan nilai Vo DAC dengan Vi
4. Jika Vo DAC < Vi, naikkan (increment) nilai register, kembali ke step 2
5. Jika Vo DAC > Vi, aktifkan EOC, ambil data dari register, kembali ke
step 1
ADC successive-approximation
(SAR)
vin
DAC
komparator
Data out
register
Cara kerja ADC SAR
• 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 0.5x(1111-nilai sebelumnya)
4. Kembali ke step 2 sampai didapat Vin~V
DAC
Visualisasi kerja ADC SAR
ADC 4 bit,
Tegangan output fullscale
= 15V
Input = 10.8 V
15V
Flash ADC
R pembagi tegangan
Untuk memberi referensi
Masing-masing komparator
komparator