Ponco Siwindarto-TEUB 1

Ponco Siwindarto-TEUB 2

Kumpulkan tugas yang diberikan pada pertemuan yang lalu

Ponco Siwindarto-TEUB 3

POKOK BAHASAN

Rangkaian Logika DigitalKomparator

Digital to Analog KonverterAnalog to Digital Konverter.

Ponco Siwindarto-TEUB 4

KOMPARATOR

ba

ba

VV

VV

,0

,1

Ponco Siwindarto-TEUB 5

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 6

PenyelesaianBatas-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 7

• Tegangan acuan dapat diperoleh dari sebuah rangkaian pembagi tegangan

Ponco Siwindarto-TEUB 8

Komparator dengan Histerisis

• Bila dipenuhi syarat Rf >> R, maka tanggapan komparator diperlihatkan dalam Gambar (b).

Ponco Siwindarto-TEUB 9

Keluaran Vout akan bernilai tinggi bila

dan bernilai rendah bila

(PR)

(PR)

(pada kondisi ini: VH = Vref)

(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 10

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 11

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 12

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 k maka R = 3 k.

Jadi dengan menggunakan nilai resistor-resistor ini dan tegangan acuan sebesar 1 V maka akan dipenuhi apa yang diinginkan.

Ponco Siwindarto-TEUB 13

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 14

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 15

(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 16

• Keluaran DAC diberikan oleh:

dengan :

Vout = tegangan keluaran analog

VR = tegangan acuan

b1,b2,...bn = kata biner n - bit

Ponco Siwindarto-TEUB 17

• 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 18

Resolusi Konversi

• Resolusi pengkonversian merupakan fungsi tegangan acuan dan banyaknya bit dalam word:

Ponco Siwindarto-TEUB 19

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 20

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 21

Penyelesaian

a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan valve 10 V

b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step:

Ponco Siwindarto-TEUB 22

ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC)

• Persamaan untuk ADC

Ponco Siwindarto-TEUB 23

• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk:

dengan : N = keluaran ADC dalam basis 10

INT( ) = nilai integer dari besaran dalam kurung

Ponco Siwindarto-TEUB 24

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 25

Penyelesaian

• Tegangan keluaran sensor pada suhu maksimum (100°C):

(0,02 V/°C) (100°C) = 2VOleh 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 26

• 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 27

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 28

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 29

Jadi besarnya gain yang diperlukan:

Rangkaian yang dimaksudkan adalah:

Ponco Siwindarto-TEUB 30

(b). Perubahan tegangan masukan V yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB:

Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran sensor sebesar:

Ponco Siwindarto-TEUB 31

TUGAS 4

• Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang diberi tanda

• Kerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.

(PR)

Ponco Siwindarto-TEUB 32