PENGKONDISI SINYAL ANALOG

Ponco Siwindarto-TEUB
1
Kumpulkan tugas
yang diberikan pada
pertemuan yang lalu
Ponco Siwindarto-TEUB
2
POKOK BAHASAN
Rangkaian Logika Digital
Komparator
Digital to Analog Konverter
Analog to Digital Konverter.
Ponco Siwindarto-TEUB
3
KOMPARATOR
1, Va  Vb

0, Va  Vb
Ponco Siwindarto-TEUB
4
Contoh 3.1
• Sebuah sistem kontrol menspesifikasikan
bahwa suhu tidak boleh melampaui 160°C
jika tekanannya juga melampaui 10 Pa.
Rancang sebuah sistem alarm untuk
mendeteksi kondisi ini dengan
menggunakan transduser suhu dan
tekanan yang fungsi alihnya 2,2 mV/°C
dan 0,2 V/Pa.
Ponco Siwindarto-TEUB
5
Penyelesaian
Batas-batas keluaran transduser:
• Transduser suhu = (160 °C) (2,2 mV/°C)
= 0,352 V
• Transduser tekanan = (10 Pa)(0,2 V/Pa)
=2V
• Sistem alarm ini dapat diimplementasikan
dengan dua buah komparator dan sebuah
gerbang AND.
Ponco Siwindarto-TEUB
6
• Tegangan acuan dapat diperoleh dari
sebuah rangkaian pembagi tegangan
Ponco Siwindarto-TEUB
7
Komparator dengan Histerisis
• Bila dipenuhi syarat Rf >> R, maka
tanggapan komparator diperlihatkan
dalam Gambar (b).
Ponco Siwindarto-TEUB
8
Keluaran Vout akan bernilai tinggi bila
(PR)
(pada kondisi ini: VH = Vref)
dan bernilai rendah bila
(PR)
(pada kondisi ini: VL = Vref – (R/Rf)Vo
Lebar histerisis H = VH - VL
Syarat agar komparator tahan terhadap noise: H > Vn(pp)
Ponco Siwindarto-TEUB
9
Contoh 3.2
• Sebuah sensor mengkonversi level cairan dalam
sebuah tangki menjadi tegangan dengan fungsi
alih (20 mV/cm). Sebuah komparator diinginkan
mengeluarkan level tegangan tinggi 5 V bila
permukaan cairan setinggi 50 cm. Dengan
adanya penambahan cairan, menyebabkan
permukaan cairan mengalami fluktuasi ± 3 cm.
Rancang sebuah komparator dengan histerisis
untuk menghindari pengaruh fluktuasi
permukaan.
Ponco Siwindarto-TEUB
10
Penyelesaian
• Acuan untuk komparator mempunyai nilai
nominal 50 cm, yang menghasilkan
• Penambahan cairan akan menyebabkan "noise"
sebesar (± 3 cm) (20 mV/cm) = ± 60 mV, yang
memberikan total kisaran sebesar 120 mV. Jadi
diperlukan lebar histerisis minimal 120 mV, dan
misalkan untuk keamanan dibuat 150 mV.
Ponco Siwindarto-TEUB
11
Oleh karena itu:
• Dari pers. H = VH – VL diperoleh :
(R / Rf)Vo = H
(R / Rf) (5 V) = 150 mV
(R / Rf) = 0,03
Bila dipilih Rf = 100 kW maka R = 3 kW.
Jadi dengan menggunakan nilai resistorresistor ini dan tegangan acuan sebesar 1 V
maka akan dipenuhi apa yang diinginkan.
Ponco Siwindarto-TEUB
12
DIGITAL TO ANALOG CONVERTER (DAC)
• DAC menerima
informasi dalam bentuk
digital dan mengubahnya menjadi tegangan
analog
• Sebuah DAC biasanya
dinyatakan dalam
bentuk kotak hitam.
Ponco Siwindarto-TEUB
13
Fungsi Terminal DAC pada umumnya meliputi:
(1). Terminal Masukan : pada umumnya
masukannya berupa kata biner
dengan level logika TTL
(2). Catu daya : bipolar yang berkisar dari
±12V ke ±18V, atau menggunakan
catu daya tunggal
(3). Catu tegangan acuan : diperlukan untuk
memperoleh kisaran tegangan keluaran dan
resolusi konverter (harus stabil dan ripple-nya
rendah). Ada juga yang menggunakan acuan
internal.
Ponco Siwindarto-TEUB
14
(4). Keluaran : tegangan yang merepresentasikan
masukan digital, dengan step yang ditentukan
oleh Persamaan (3.6)
(5). Data latch : untuk meng-update keluaran
Ponco Siwindarto-TEUB
15
• Keluaran DAC diberikan oleh:
dengan :
Vout = tegangan keluaran analog
VR = tegangan acuan
b1,b2,...bn = kata biner n - bit
Ponco Siwindarto-TEUB
16
• Tegangan keluaran minimum adalah nol,
dan maksimumnya ditentukan oleh ukuran
kata biner dan nilainya mendekati VR
• Keluaran DAC juga dapat dinyatakan
sebagai:
dengan N = nilai ekivalen masukan DAC
dalam basis 10.
Ponco Siwindarto-TEUB
17
Resolusi Konversi
• Resolusi pengkonversian merupakan fungsi
tegangan acuan dan banyaknya bit dalam word:
Ponco Siwindarto-TEUB
18
Contoh 3.4 Tentukan berapa banyaknya bit
DAC yang diperlukan untuk menghasilkan
resolusi keluaran sebesar 0,04 V bila
digunakan tegangan acuan sebesar 10 V
Penyelesaian
• Dari persamaan (3.6) ;
y = 7,966
Ponco Siwindarto-TEUB
19
Contoh 3.5
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(1OV)
b. Berapa persentase pembukaan valve untuk
setiap perubahan masukan 1-bit.
Ponco Siwindarto-TEUB
20
Penyelesaian
a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila
masukan valve 10 V
b). Perubahan tegangan keluaran DAC perstep:
Ponco Siwindarto-TEUB
21
ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC)
• Persamaan untuk ADC
Ponco Siwindarto-TEUB
22
• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan
dalam bentuk:
dengan :
N = keluaran ADC dalam basis 10
INT( ) = nilai integer dari besaran
dalam kurung
Ponco Siwindarto-TEUB
23
Contoh 3.6
Sebuah sensor yang mempunyai keluaran 0,02
V/°C digunakan untuk mengukur suhu 0
sampai 100°C. Sebuah ADC digunakan untuk
mengonversi tegangan keluaran sensor
menjadi data digital. Tentukan besarnya
tegangan acuan dan besarnya word ADC yang
diperlukan agar diperoleh resolusi 0,1 °C.
Ponco Siwindarto-TEUB
24
Penyelesaian
• Tegangan keluaran sensor pada suhu
maksimum (100°C):
(0,02 V/°C) (100°C) = 2V
Oleh karena itu digunakan tegangan acuan
VR = 2V (pendekatan)
• Resolusi suhu 0,1 °C akan menghasilkan
resolusi tegangan :
(0,02 V/°C) (0,1 °C) = 2 mV
Ponco Siwindarto-TEUB
25
• Besarnya word dapat diperoleh dari persamaan:
Besarnya word yang diperlukan = 10 bit, yang
memberikan resolusi tegangan:
V = (2) (2-10) = 0,00195 V = 1,95 mV
Ponco Siwindarto-TEUB
26
Contoh 3.7
Dalam suatu pengukuran suhu digunakan
sensor yang keluarannya 6,5 mV/°C dan
harus dapat mengukur hingga 100°C. Sebuah
ADC 6-bit dengan tegangan acuan 10 V
digunakan untuk mengkonversi tegangan
pengukuran menjadi data digital
(a) Rancanglah sebuah rangkaian untuk
interface antara sensor dan ADC
(b) Berapa resolusi dalam pembacaan suhu ?
Ponco Siwindarto-TEUB
27
Penyelesaian
Tegangan keluaran sensor pada 100 °C:
(6,5 mV/°C) (100°C) = 0,65 V.
(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:
Ponco Siwindarto-TEUB
28
Jadi besarnya gain yang diperlukan:
Rangkaian yang dimaksudkan adalah:
Ponco Siwindarto-TEUB
29
(b). Perubahan tegangan masukan DV yang
menghasilkan perubahan 1 bit LSB:
Perubahan tegangan tersebut bersesuaian
dengan perubahan tegangan keluaran
sensor sebesar:
Ponco Siwindarto-TEUB
30
TUGAS 4
• Buktikan / turunkan persamaan-persamaan
yang diberi tanda (PR)
• Kerjakan dengan ditulis tangan, dan
dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.
Ponco Siwindarto-TEUB
31
Ponco Siwindarto-TEUB
32