PENGKONDISI SINYAL ANALOG

1
PENGKONDISI SINYAL (3)
2

• Kumpulkan tugas yang diberikan pada pertemuan
  yang lalu

3
POKOK BAHASAN

• Rangkaian Logika Digital
• Komparator
• Digital to Analog Konverter
• Analog to Digital Konverter.

4
KOMPARATOR
5
Contoh 3.1

• Sebuah sistem kontrol menspesifikasikan bahwa
  suhu tidak boleh melampaui 160C 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.

6
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.

7

• Tegangan acuan dapat diperoleh dari sebuah
  rangkaian pembagi tegangan

8
Komparator dengan Histerisis

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

9
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 gt
Vn(pp)
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.

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.

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 kW maka R 3 kW.
• Jadi dengan menggunakan nilai resistor-resistor
  ini dan tegangan acuan sebesar 1 V maka akan
  dipenuhi apa yang diinginkan.

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.

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.
15
(4). Keluaran tegangan yang merepresentasikan
masukan digital, dengan step yang ditentukan oleh
Persamaan (3.6)
(5). Data latch untuk meng-update keluaran
16

• Keluaran DAC diberikan oleh
• dengan
• Vout tegangan keluaran analog
• VR tegangan acuan
• b1,b2,...bn kata biner n - bit

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.

18
Resolusi Konversi

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

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

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.

21
Penyelesaian

• a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan
  valve 10 V
• b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step

22
ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC)

• Persamaan untuk ADC

23

• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk

dengan N keluaran ADC dalam basis 10
INT( ) nilai integer dari besaran
dalam kurung
24
Contoh 3.6

• Sebuah sensor yang mempunyai keluaran 0,02 V/C
  digunakan untuk mengukur suhu 0 sampai 100C.
  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.

25
Penyelesaian

• Tegangan keluaran sensor pada suhu maksimum
  (100C)
• (0,02 V/C) (100C) 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

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
27
Contoh 3.7

• Dalam suatu pengukuran suhu digunakan sensor yang
  keluarannya 6,5 mV/C dan harus dapat mengukur
  hingga 100C. 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 ?

28
Penyelesaian

• Tegangan keluaran sensor pada 100 C (6,5
  mV/C) (100C) 0,65 V.
• (a). Rangkaian interface harus memberikan gain
  sedemikian rupa sehingga pada suhu 100C keluaran
  ADC menunjukkan 111111. Tegangan masukan yang
  meng-hasilkan keluaran sebesar ini adalah

29

• Jadi besarnya gain yang diperlukan

Rangkaian yang dimaksudkan adalah
30

• (b). Perubahan tegangan masukan DV yang
  menghasilkan perubahan 1 bit LSB

Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan
perubahan tegangan keluaran sensor sebesar
31
TUGAS 4

• Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang
  diberi tanda
• Kerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan
  pada pertemuan berikutnya.

(PR)
32

• Terima Kasih
• Sekian
• Semoga Sukses