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 ,   0 ,

V V a a



V b



V b

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) = 2 V • 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: V H = V ref ) dan bernilai rendah bila (PR) (pada kondisi ini: V L = V ref – (R/R f )Vo Lebar histerisis H = V H - V L Syarat agar komparator tahan terhadap noise: H > V n(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 = V H – V L diperoleh : (R / R f )Vo = H (R / R f ) (5 V) = 150 mV (R / R f ) = 0,03 Bila dipilih R f = 100 k W maka R = 3 k W . Jadi dengan menggunakan nilai resistor resistor 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 mengubah nya 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 V R = tegangan acuan b 1 ,b 2 ,...b

n = kata biner n - bit Ponco Siwindarto-TEUB 16

• Tegangan keluaran minimum adalah nol, dan maksimumnya ditentukan oleh ukuran kata biner dan nilainya mendekati V R • 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 per step: 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 V R = 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 D V 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