11.5

DAFTAR ISI

ub-chapter ini membahas tentang skema dasar rangkaian Digital-to-Analog Converter (DAC) 4-bit menggunakan penguat operasional (operational amplifier atau op-amp) yang dikonfigurasi sebagai summing amplifier (penguat penjumlah). Rangkaian ini bekerja dengan menerima input digital berupa level tegangan biner 4-bit pada titik D, C, B, dan A, di mana nilai logika 0 diwakili oleh tegangan 0 V dan logika 1 diwakili oleh tegangan 5 V. Op-amp kemudian menjumlahkan tegangan-tegangan input tersebut setelah dikalikan dengan faktor penguatan (bobot) masing-masing jalur untuk menghasilkan satu nilai tegangan analog tunggal ( $V_{\text{OUT}}$ ).

Faktor penguatan atau pembobotan tegangan pada rangkaian DAC ini ditentukan secara khusus melalui metode binary-weighted resistors (resistor berbobot biner). Nilai resistor input dipasang meningkat dua kali lipat secara berurutan mulai dari bit paling signifikan atau MSB ( $D = 1\text{ k}\Omega$ ) hingga bit paling rendah atau LSB ( $A = 8\text{ k}\Omega$ ). Karena penguatan ditentukan oleh rasio resistor umpan balik $R_F$ terhadap resistor input $R_{\text{IN}}$ ( $\frac{R_F}{R_{\text{IN}}}$ ), maka input D dipindahkan tanpa pelemahan (penguatan = 1), input C dilemahkan menjadi $\frac{1}{2}$ , input B menjadi $\frac{1}{4}$ , dan input A menjadi $\frac{1}{8}$ . Sinyal keluaran $V_{\text{OUT}}$ bertanda negatif karena menggunakan konfigurasi inverting amplifier.

Karakteristik penting dari rangkaian DAC ini adalah resolusi, yaitu nilai kenaikan tegangan analog terkecil ketika input biner naik satu tingkat demi satu tingkat. Nilai resolusi ini setara dengan bobot dari bit terendah (LSB), yang pada rangkaian standar berbobot $\frac{1}{8} \times 5\text{ V} = 0,625\text{ V}$ . Ketika seluruh input digital berada pada kondisi logika tertinggi (1111), DAC akan menghasilkan output maksimal yang disebut Full-scale Output, yaitu sebesar $-9,375\text{ V}$ . Pemahaman karakteristik performa dasar seperti resolusi dan batas skala penuh ini sangat krusial dalam pemanfaatan IC DAC di berbagai aplikasi industri.

2. Example [Kembali]

Example 1:

Soal: Berdasarkan Rumus (11-5) pada teks, hitunglah nilai tegangan analog keluaran ( $V_{\text{OUT}}$ ) jika rangkaian DAC tersebut menerima kode input digital biner 1100 (desimal 12)!
Jawaban: Kode biner 1100 mengartikan nilai $V_D = 5\text{ V}$ , $V_C = 5\text{ V}$ , $V_B = 0\text{ V}$ , dan $V_A = 0\text{ V}$ . Masukkan nilai tersebut ke dalam rumus:
$V_{\text{OUT}} = -\left(V_D + \frac{1}{2}V_C + \frac{1}{4}V_B + \frac{1}{8}V_A\right)$
$V_{\text{OUT}} = -\left(5\text{ V} + \frac{1}{2}(5\text{ V}) + 0 + 0\right) = -(5\text{ V} + 2,5\text{ V}) = -7,50\text{ V}$

Example 2:

Soal: Berdasarkan penyelesaian Example 11-7(b) di dalam teks, jika resistor umpan balik $R_F$ diperkecil 4 kali lipat menjadi $250\ \Omega$ , berapakah nilai resolusi (bobot bit LSB) yang baru pada output $V_{\text{OUT}}$ ?
Jawaban: Ketika nilai $R_F$ diperkecil 4 kali lipat, seluruh bobot tegangan keluaran termasuk resolusinya akan mengecil dengan faktor yang sama. Nilai resolusi awal sebesar $0,625\text{ V}$ dibagi dengan 4, sehingga menghasilkan nilai resolusi baru sebesar:
$\text{Resolusi baru} = \frac{0,625\text{ V}}{4} = 0,15625\text{ V}$

3. Problem [Kembali]

Problem 1:

Soal: Mengapa nilai-nilai resistor input ( $R_{\text{IN}}$ ) pada rangkaian DAC Gambar 11-5(a) dipasang dengan nilai $1\text{ k}\Omega, 2\text{ k}\Omega, 4\text{ k}\Omega,$ dan $8\text{ k}\Omega$ secara berurutan dari atas ke bawah?
Jawaban: Resistor dipasang dengan nilai yang meningkat dua kali lipat (binarily weighted) untuk menciptakan hubungan arus listrik yang sesuai dengan bobot nilai biner. Resistor paling kecil ( $1\text{ k}\Omega$ ) dipasang pada MSB agar melewatkan arus paling besar, sedangkan resistor paling besar ( $8\text{ k}\Omega$ ) dipasang pada LSB agar kontribusi arus tegangannya paling kecil.

Problem 2:

Soal: Jika nilai tegangan input biner ditingkatkan dari standar $5\text{ V}$ menjadi $10\text{ V}$ untuk logika 1 (sedangkan logika 0 tetap $0\text{ V}$ ), berapakah nilai Full-scale Output yang dihasilkan oleh rangkaian DAC tersebut?
Jawaban: Jika tegangan input naik menjadi $10\text{ V}$ , maka seluruh nilai keluaran pada tabel akan berlipat ganda menjadi dua kali semula. Nilai Full-scale Output standar pada kode 1111 yang awalnya $-9,375\text{ V}$ akan berubah menjadi:
$\text{Full-scale baru} = -9,375\text{ V} \times 2 = -18,75\text{ V}$

4. Pilihan Ganda [Kembali]

1. Di dalam rangkaian DAC 4-bit menggunakan op-amp dengan resistor berbobot biner, komponen manakah yang secara langsung menentukan besarnya nilai resolusi pada tegangan analog keluaran?

A. Nilai tegangan catu daya $+V_S$ dan $-V_S$ pada op-amp.
B. Rasio resistor umpan balik $R_F$ terhadap resistor input bit terendah atau LSB ( $R_A$ ).
C. Jumlah total gerbang logika kombinasional pembentuk input.
D. Frekuensi pulsa clock yang mengalirkan data biner secara serial.
Kunci Jawaban: B

2. Berapakah tegangan analog keluaran ( $V_{\text{OUT}}$ ) yang dihasilkan rangkaian DAC pada Gambar 11-5 jika kode input digital biner menunjukkan nilai 0001?

A. $0\text{ V}$
B. $-0,625\text{ V}$
C. $-1,250\text{ V}$
D. $-5,000\text{ V}$
Kunci Jawaban: B

5. Simulasi Rangkaian [Kembali]

Donwload Rangkaian [klik]

Cari Blog Ini

INDAH JUSRIYANTI

11.5

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini