new 11.6


1. Pendahuluan [Kembali]

    Rangkaian complete four-bit DAC including a precision reference supply merupakan sistem konverter digital ke analog terintegrasi yang mampu mengubah data input biner 4-bit menjadi sinyal kontinu. Rangkaian ini tersusun atas jaringan resistor pembobot seperti R-2R ladder, sebuah operational amplifier (op-amp) untuk penyangga output, serta sumber tegangan referensi presisi yang stabil. Keberadaan tegangan referensi ini sangat vital karena menjadi tolok ukur dalam menentukan rentang nilai serta akurasi dari tegangan keluaran, di mana input biner yang masuk akan dikonversi menjadi 16 tingkatan level tegangan linier yang presisi. Berkat kemampuannya dalam menghasilkan keluaran analog yang akurat dari data digital, sistem ini sering diimplementasikan dalam berbagai aplikasi elektronik modern, termasuk sistem kendali motor, pemrosesan audio, dan pemantauan sinyal.

2. Tujuan [Kembali]

1. Menerangkan prinsip kerja pengubahan sinyal digital menjadi sinyal analog menggunakan perangkat DAC.

2. Menguji peran dan variasi nilai resistor (seperti pada jaringan pembobot) dalam menentukan level tegangan output DAC.

3. Mengetahui kegunaan serta batasan operasional dari rancangan rangkaian DAC sederhana.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

  - DC Voltmeter

        DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.


        Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter



     - Power


    Berfungsi untuk memberikan tegangan sumber pada rangkaian
    Input voltage: 5V-12V
    Output voltage: 5V
    Output Current: MAX 3A
    Output power:15W
    conversion efficiency: 96%

    - Resistor

        Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. 



Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna



Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

 



    - Operasional Amplifier (Op-Amp) LM741

    Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :



Pinout:
Keterangan:



    - Ground


    Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

    - Switch
    

    Switch adalah sebuah komponen elektronik atau perangkat mekanik yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Dalam bahasa Indonesia, switch sering disebut juga sebagai saklar.

4. Dasar Teori [Kembali]

   Digital to Analog Converter (DAC) adalah suatu rangkaian elektronika yang berfungsi mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Pada sistem digital, data direpresentasikan dalam bentuk biner (bit), sedangkan pada sistem analog, data direpresentasikan dalam bentuk sinyal kontinyu. DAC memungkinkan perangkat digital seperti mikrokontroler atau komputer untuk mengendalikan perangkat analog seperti aktuator, speaker, atau perangkat pengukuran.

    DAC 4-bit adalah tipe DAC yang menerima input digital sebanyak 4 bit, sehingga dapat merepresentasikan 2⁴ = 16 level tegangan analog yang berbeda. Salah satu metode umum dalam implementasi DAC adalah menggunakan jaringan resistor R-2R yang berfungsi membagi tegangan referensi berdasarkan bobot dari setiap bit input. Bit dengan bobot tertinggi (MSB) akan memberikan kontribusi terbesar terhadap output analog, sedangkan bit dengan bobot terendah (LSB) memberikan kontribusi terkecil.

    Agar DAC menghasilkan output yang akurat dan stabil, diperlukan tegangan referensi presisi (precision reference supply). Tegangan ini digunakan sebagai acuan utama dalam pembangkitan sinyal analog. Jika tegangan referensi tidak stabil, maka output DAC juga akan bervariasi dan menyebabkan kesalahan pada sistem yang dikendalikan. Precision reference biasanya berupa sumber tegangan tetap seperti IC referensi tegangan 5V atau 2.5V dengan toleransi sangat kecil.

    Output DAC biasanya diperkuat dengan op-amp buffer agar mampu menggerakkan beban tanpa mempengaruhi akurasi pembacaan dari jaringan resistor. Kombinasi dari masukan digital, jaringan R-2R, op-amp, dan tegangan referensi inilah yang membentuk complete DAC system.

5. Example [Kembali]

EXAMPLE 1

Soal

Sebuah DAC 4-bit memiliki tegangan referensi (Vref) sebesar 5 V. Masukan digital adalah 1010 (D = 1, C = 0, B = 1, A = 0). Tentukan nilai keluaran analog (Vout).

Penyelesaian

Nilai desimal dari masukan:

1010₂ = 10₁₀

Resolusi DAC 4-bit:

2⁴ = 16 tingkat

Tegangan keluaran dihitung dengan persamaan:

Vout = (Nilai Digital / (2⁴ − 1)) × Vref

Vout = (10 / 15) × 5

Vout = 3,33 V

Jawaban

Tegangan keluaran analog adalah 3,33 V.

EXAMPLE 2

Soal

Sebuah DAC 4-bit memiliki tegangan referensi sebesar 5 V. Masukan digital adalah 1111. Tentukan tegangan keluarannya.

Penyelesaian

Nilai digital:

1111₂ = 15₁₀

Menggunakan persamaan:

Vout = (15 / 15) × 5

Vout = 5 V

Jawaban

Tegangan keluaran analog adalah 5 V.

6. Problem [Kembali]

PROBLEM 1

Soal

Pada DAC 4-bit dengan tegangan referensi 5 V, masukan digital yang diberikan adalah 0110. Tentukan tegangan keluarannya.

Penyelesaian

Nilai digital:

0110₂ = 6₁₀

Vout = (6 / 15) × 5

Vout = 2 V

Jawaban

Tegangan keluaran analog adalah 2 V.

PROBLEM 2

Soal

Sebuah DAC 4-bit menerima masukan digital 0011 dengan tegangan referensi 5 V. Tentukan nilai tegangan analog yang dihasilkan.

Penyelesaian

Nilai digital:

0011₂ = 3₁₀

Vout = (3 / 15) × 5

Vout = 1 V

Jawaban

Tegangan keluaran analog adalah 1 V.

7. Latihan [Kembali]

LATIHAN PILIHAN GANDA 1

Soal

Sebuah DAC 4-bit memiliki tegangan referensi 5 V. Jika masukan digital adalah 1001, maka tegangan keluarannya adalah ....

A. 2 V

B. 3 V

C. 4 V

D. 5 V

Penyelesaian Singkat

1001₂ = 9₁₀

Vout = (9 / 15) × 5 = 3 V

Jawaban

B. 3 V

LATIHAN PILIHAN GANDA 2

Soal

Fungsi utama DAC (Digital-to-Analog Converter) pada rangkaian di atas adalah ....

A. Mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital.

B. Mengubah data digital menjadi tegangan analog yang sebanding.

C. Menyimpan data digital dalam memori.

D. Membandingkan dua bilangan digital.

Jawaban

B. Mengubah data digital menjadi tegangan analog yang sebanding.

8. Percobaan [Kembali]

   a. Prosedur

  • Buka aplikasi Proteus
  • Cari dan siapkan komponen yang dibutuhkan
  • Rangkailah komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
  • Jika sudah, simulasikan rangkaian.
  • Amati rangkaian yang telah dibuat
  • Jika terjadi error, ganti komponen yang salah atau nilai komponen yang salah tersebut.

    b. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

       


        Prinsip Kerja : 

        Prinsip kerja DAC 4-bit dengan precision reference supply didasarkan pada konversi sinyal digital 4-bit menjadi sinyal analog dengan memanfaatkan jaringan resistor dan tegangan referensi yang stabil. Setiap bit digital, mulai dari MSB (Most Significant Bit) hingga LSB (Least Significant Bit), mewakili nilai biner yang memiliki bobot tertentu terhadap tegangan output. Jaringan resistor jenis R-2R digunakan untuk membagi tegangan referensi berdasarkan bobot tiap bit tersebut. Ketika sinyal digital diberikan sebagai input, kombinasi logika tinggi dan rendah pada bit-bit tersebut menghasilkan arus yang proporsional, yang kemudian dikonversi menjadi tegangan analog.

        Tegangan referensi presisi berfungsi sebagai acuan tetap yang menjamin bahwa tegangan output berubah secara linier sesuai nilai digital input. Output dari jaringan resistor ini biasanya sangat lemah, sehingga digunakan op-amp (penguat operasional) sebagai buffer agar sinyal output cukup kuat untuk menggerakkan beban. Hasil akhir dari sistem ini adalah tegangan analog dengan 16 level diskrit (untuk 4-bit) dari 0V hingga nilai maksimum (misalnya 5V), tergantung pada kombinasi bit input. Dengan adanya precision reference supply, DAC dapat menghasilkan sinyal analog yang akurat dan stabil, sangat penting untuk aplikasi seperti sistem kendali, pemrosesan audio, dan instrumentasi elektronik.

C. Videoo Simulasi


9. Download File [Kembali]

Rangkaian [Klik]

Video Simulasi [Klik]

datasheet resistor [Klik]

datasheet op amp [Klik]

datasheet switch [Klik]


Komentar

Posting Komentar