1. BAB VIII
PENGUKURAN DAC
8.1. Tujuan
1. Untuk mengetahui dasar teori dari digital ke konverter analog.
2. Untuk mengetahui atau memahami dan karakteristik dari DAC0800.
3. Untuk menghasilkan tegangan unipolar dan bipolar dengan menggunakan
DAC0800.
8.2. Dasar Teori
Digital analog konverter adalah sebuah perangkat yang mengubah sinyal
digital ke sinyal analog. Pada umumnya sinyal digital, pada umumnya sebuah
media atau garis transmisi. Lalu sebuah DAC mengubah sinyal digital ke sinyal
analog dalam rangka untuk mengontrol tampilan data atau melanjutkan
memproses sinyal analog. Contoh, untuk sebuah untuk sebuah sistem komunikasi
digital, ketika sebuah receiver menerima sinyal modulasi digital, lalu setelah
melalui modulator dan decoder, kita bisa mendapatkan sinyal digital dan
mengukuti dengan menggunakan DAC untuk mengubah sinyal digital ke sinyal
analog. Lalu kita akan membahas dasar teori dari DAC.
8.2.1. Teori Dasar Konverter Digital ke Analog
Pada dasarnya, DAC adalah kode digital uang merupakan mengubah nilai ke
tegangan analog atau arus. Gambar 14-1(a) adalah general 4 bit DAC kode biner,
terminal input digital D3,D2,Dı dan D0 adalah manipulasi oleh masukan pada
sistem digital. 4 bit kode mewakili 1624
kelompok dari 2 nilai binner, seperti
2. pada gambar 14-1(b). untuk setiap kode input binner, DAC akan mengeluarkan
sebuah tegangankeluaran )( outV , yang ganda atau urutan lain dari nialai binner.
Menurut ini, tegangan keluaran analog outV dan input digital nilai binner adalah
setara.
Asumsikan masukan dari 21011 , lalu setelah melewati DAC nilainya adalah
1011 . perhitungannya sebagai berikut:
10
0123
1112821212021 x (14-1)
Gambar 14-2 adalah dasar diagram block dari DAC. Tegangan referensi
)( refV digunakan untuk menyediakan )( refV selama perhitungan. Maka karena
besarnya input kode binner, switch kontrol digital akan keluaran kode biner yang
berbeda untuk jaringan resistor. Pada umumnya, DAC output analog adalah
diwakili oleh arus, jika kita ingin memperoleh tegangan output, kita membutuhkan
untuk menyambungkan sebuah amplifier operasional, yang bisa mengubah arus ke
level tegangan.
D3
D2 Analog Output
D1 outoutorIV
D0
(a)
3D 2D 1D 0D outV 3D 2D 1D 0D outV
0 0 0 0 0 1 0 0 0 8
DAC
4. Jaringan penghambat adalah struktur utama dari rangkaian DAC, rangkaian
paling utama adalah konverter berbobot binner , seperti pada gambar 14-3(a) dan
R-2 jaringan resistor network. Seperti yang ditunjukan pada gambar 14-3(b). Tapi
kerugian ari binner-weighted resistor konverter adalah jarak nilai resistor cukup
besar. Karena tingginya permintaan akurasi, jarak lebar nilai resistor sulit untuk
dilaksanakan. Terutama untuk Implemetasi dari network. Itu untuk R-2R ladder
resistor . itu hanya membutuhkan 2 nilai resistor. Yangmana R dan 2R. nilai
resistor sederhana dan hanya dua kali relasi, oleh karena itu, mudah
diimplementasikan pada IC. Bab ini menggunakan digital untuk pengubah analog
DAC0800 resistor network, karena itu kita akan membahas teori dari R-2R ladder
resistor network pada bagian selanjutnya.
Gambar 14-3(b) adalah sirkuit diagram dari DAC dengan 4-bit R-2R ladder
resistor network. Dengan menggunakan teori dari overlapping, lalu pada gambar
14-3(b). pertama kita ukur D3 dan biarkan dioda terhubung ke ground. Juga
5. gunakan konsep dari virtual ground, lalu kita tahubahwa arus mengalir ke terminal
negatif dari amplifier 5V/2R, karena kita tidak perlu menghitung D2. sebagai
pertimbangan dari D2, seperti yang ditampilkan 14-4, dengan menggunakan
konsep dari virtual ground. Kita dapat memperoleh aliran arus kedalam terminal
negatif dari amplifier adalah 5V/8R. Sama seperti D0, aliran arus didalam terminal
negatif dari amplifier adalah 5V/16R.
Diasumsikan bahwa I dan O diistirahatkan, seperti yang ditunjukan pada
gambar 14-4(a). Lalu sederhanakan sirkuit seperti yang ditunjukan pada gambar
14-4(b), kita bisa mendapatkan aliran arus melewati resistor RT seperti:
R
V
R
R
R
R
V
IRT
16
15
3
52
5
Dan
R
V
R
R
R
V
RR
R
II RTIN
8
5
3
2
16
15
2
2
)(
(14-2)
Dengan menambahkan semua aliran yang melewati terminal negatif dari
amplifier, lalu kita bisa mendapatkan outI seperti
6. 0123 DDDDout IIIII
V
RR
V
VVVV
R
16
115
)128(
16
5
16
5
8
5
4
0
2
51
(14-3)
Dengan menggunakan hukum ohm, kita bisa mendapatkan tegangan keluaran
outV seperti:
RIV outout
VR
R 16
55
16
115
Dimana D3,D2,D1 dan D0 mewakili 1 atau 0, masing-masing. Jika switch
terletak pada +5V, itu mewakili 1, disisi lain, itu mewakili input adalah 0. oleh
karena itu, kita hanya butuh untuk mengontrol D3,D2,D1 dan D0 dengan tepat,
lalu kita bisa mendapatkan yang dibutuhkan arus keluaran.
8.2.2. Input Weight
Input weight illustrates itu dari DAC input digital, ketika hanya satu dari bit
adalah 1 dan bit lainnya adalah 0, batasan sinyal keluaran DAC adalah dinamakan
input weight. Dari gambar 14-1(a), ika setiap waktu kita membeiarkan satu dari
D3,D2,D1 dan D0 sebagai level tinggi, bagian lain adalah level/ tingkat 0, lalu
output dari yang terlemah D0 adalah 1V, D1 adalah 2V, D2 adalah 4V, D3 adalah
8V. untuk setiap bit/bagian dari input weight mulai dari yang paling rendah dan
kemudian meningkatkan mengikutiberat. Adi kita bisa katakanbahwa outV adalah
jumlah berat dari input digital. Contohnya, untuk menemukan outV dari digital
input 0111, kita bisa menjumlahkan D2,D1 dan D0 bagian dari weight dan jumlah
nilai adalah 4+2+1=7 V.
7. 8.2.3. Resolution and Step Size
Resolusi dari ilustrasi DAC ketika terminal input digital merubah sebuah unit
akan menghasilkan sebuah terminal analog output perubahan yang kecil, yang
pada umumnya level LSB. Lihat pada gambar 14-1(b) ketika nilai input digital
mengubah atau berubah sebuah arus, outV akan mengubah setidaknya 1 V, jadi
sebuah revolusinya adalah 1V.
Revolusinya juga disebut langkah, karena outV akan diubah, karena input
digital berbeda dari yang satu ke lainnya. Gambar 14-5 ditunukkan sebuah 4-bit
counter binner sebagai sinyal input digital DAC, counter sebagai input clock, jadi
didapat outputnya 16 tipe berstatus siklus selanjutnya. Bentuk gelombang keluaran
dari DAC adalahsetiap tahap dengan mengubah1V. ketikan counter menghasilkan
1111, keluaran DAC adalah nilai maksimum, yang mana ialah 15V. kita sebut
situasi ini sebagai keluaran full-scale. Ketika counter menghasilkan 0000 output
DAC adalah 0V. resolusi atau tahap ukuran untuk indikasi berbeda diantara dua
tahap. Sebagai contoh, jika ukuran adalah 1V lalu langkah yang berbeda diantara
langkah adalah 1V.
Pada gambar 14-5 ditampilkan 16 tipe input digital yang sesuai untuk 16
tahap/level dari keluaran bentuk gelombang. Dari 0V ke 15V (full-scale), hanya
ada 15 langkah. Umumnya, N bit dari DAC akan menghasilkan 2-N pada
steps-size.
8. 8.2.4. Mengubah DAC digital menjadi analog
DAC0800 merupakan yang murah dan umum digunakan 8-bit DAC,
rangkaiana internal terdiri dari power supply dengantegangan reference, R-2R
ladder resistor dan saklar transistor. Batasan tegangan power supply antara ±4.5 V
ke ±18 V, kondisi dibawah ±15 V, power akan loss sekitar 33mV dan waktu yang
diatur sekitar 85ns. Gamar 14-6 merupan diagram pin dari DAC0800.
9. Gambar 14-7 adalah diagram rangkaian DAC0800 yang merupakan tegangan
keluaran single polarity, yang dimana D7~D0 adalah 8 bit masuakan digital.
Tegangan masukan positif adalah +5 V dan melalui R1 yang terhubung ke refV (+)
(pin 14). tegangan masukan negatif adalah ground dan melewatkan R2 yang
terhubung ke refV (-) (pin 15). arus masukan melewati R1 yang dapat ditunjukan
seperti berikut :
1R
V
I
ref
out (14-4)
Terminal arus keluaran (pin 4) arus keluaran outI adalah
)
256128643216842
( 01234567
1
DDDDDDDD
R
V
I
ref
out (14-5)
Tujuan agar outI terhubung ke μA741 adalah untuk mengubah keluaran ke
tegangan keluaran. Pada gambar 14-7, keluaran outV dari μ741 adalah
3RIV outout (14-6)
Gambar 14-8 adalah diagram sirkuit bipolar tegangan keluaran pada
DAC0800, perbedaan utama pada gambar 14-7 tegangan keluaran unipolar adalah
10. pada hubungan outI termina keluaran (pin 2) ke μ741 terminal masukan ositif
(
inV ), adi tegangan keluaran ( outV ) dari μ741 adalah
4)( RIIV outoutout
(14-7)
Dimana outI dan outI
adalah komplemen arus keluaran, outI + outI
adalah
outFSout III
(14-8)
Mensubtitusi persamaan (14-7) ke persamaan (14-6), kita mendapat
442 RIRIV FSoutout (14-9)
outoutFS III
, dimana outI dan outI
adalah hubungan komplemen, jadi
ketika outI sama dengan FSI , outI adalah 0. ketika outI adalah 0, maka outI
adalah FSI . Dari yang di jelaskan diatas dan persamaan (14-9), kita tahu bahwa
nilai maksimum outV dari tegangan keluaran rangkaian bipolar adalah 4RIFS dan
nilai minimum adalah 4RIFS negatif. Selain DAC0800, ada beberapa tipe DAC
yaitu DAC0800 dan lain-lain. Teori dan praktek hampir sama, jika tertarik kamu
bisa lihat pada bukuterkait. Seperti yang telahkita ketahui keuntungandari bipolar
atau unipolar rangkaian DAC, kita satukan keduanya menadi satu rangkaian,
11. sepertii ditunjukkan pada gambar 14-9, maka dari itu DAC0800 konverter bisa di
pakai pada banyak aplikasi.
8.3. Langkkah Percobaan
Percobaan 1: R-2R jaringan DAC
1. Lihat diagram rangkaian pada gambar 14-3(b) atau gambar ACS14-1 pada
modul ACT-17300-07
2. SW1, SW2, SW3 dan SW4 menunjukan ke 1(“0” sebagai ground, “1”
sebagai +5 V”
3. Dengan menggunakan voltmeter untuk mengukur TP1,TP2,TP3,TP4,TP5
dari R-2R dan keluaan dari D/C converter ( outV ). Kemudian catat hasil
pengukuran dari tabel 14-1.
4. Berdasarkan posisi switch dari SW1,SW2,SW3,SW4 di tabel 14-1, ulangi
langkah 3 dan catat hasil pengukuran di tabel 14-1.
12. Percobaan 2: DAC0800 converter
Percobaan 2-1: Tegangan Keluaran DAC0800 Unipolar
1. Lihat diagram rangkaian pada gambar 14-9 atau gambar ACS14-2 pada
modul ACT-17300-07. j1,j2,j3 terhubung singkat.
2. Hitung tahap ukuran dan catat perhitungan di tabel 14-2.
3. Pada tabel 14-2, nilai binner digunakan sebagai masukan digital, yang
dimana “0” adalah ground, “1” adalah +5V.
4. Gunakan persamaan 14-5 dan persamaan 14-6 untuk menghitung nilai
teori arus keluaran dan tegangan keluaran )7.4( kRV fout , kemudian
catat perhitungan di tabel 14-2.
5. J1 dirangkaian terbuka, kemudian hubungkan arusmeter digital ke J1
untuk menghitung arus keluaran outI , kemudian catat hasil perhitungan di
tabel 14-2.
6. Pidahkan arus meter dan J1 dihubung singkat, gunakan tegangan meter
digital untuk mengukur tegangan keluaran μ741. kemudian catat hasil
pengukuran pada tabel 14-2.
7. Berdasar masukan digital ditabel 14-2, ubahlah on/off antara D7 ke D0.
Ulangi langkah 5 dan 6. Kemudian catat hasil pengukuran di tabel 14-2.
Percobaan 2-2: Tegangan Keluaran DAC0800 Bipolar
1. Lihat pada diagram sirkuit pada gambar 14-9 atau pada gambar ACS14-2
pada modul ACT-17300-07. Lalu J1 dan J2 menjadi sirkuit sederhana, J3
menjadi sirkuit terbuka.
2. Hitung nilai dan catat perhitungan pada tabel 14-3.
13. 3. Pada tabel nilai binner digunakan pada input digital, yang mana “0”
sebagai ground dan “1” sebagai +5 V.
4. Dengan menggunakan persamaan (14-5) untuk menghitung outI dan FSI ,
kemudian tegangan sibtitusikan outI dan FSI kedalam persamaan (14-9).
Cari nilai teori dari tegangan keluaran, outV . Kemudian catat hasil
pengukuran pada tabel 14-3. (Catatan: D0 ke D7 adalah “1”, outI = FSI ).
5. Biarkan J1 dan J2 menjadi rangkaian short, J3 menadi rangkaian terbuka.
Dengan memakai voltmeter digital untuk mengukur tegangan keluaran,
outV . Lalu catat hasil pengukuran pada tabel 14-3.
6. Biarkan J1 dan J2 menjadi rangkaian short, J3 menadi rangkaian terbuka.
Lalu ukur outI , catat hasil pengukuran pada tabel 14-3.
7. Biarkan J1 dan J2 menjadi rangkaian short, J3 menadi rangkaian terbuka.
Lalu ukur outI
, catat hasil pengukuran pada tabel 14-3.
8. Hitung outI + outI
dan catat hasil pengukuran pada tabel 14-3.
9. Bedasarkan masukan digital pada tabel 14-3, ubah/ sesuaikan tombol
on/off pada D7 ke D0. Ulangi langkah ke 5-8, lalu catat hasil pengukuran
pada tabel 14-3.
14. 8.4. Data Percobaan
Tabel 14-1 Data Percobaan dari R-2R mengubah jaringan DAC
Step Value: V
Masukan Digital Keluaran
1SW 2SW 3SW 4SW
1TP 2TP 3TP 4TP 5TP O/P
1 1 1 1 0,001 V 2,130 V 2,894V 2,664 V -3,629 V -1,4731V
1 1 1 0 0,001 V 1,825 V 2,132 V 1,063 V -3,323 V -1,456 V
1 1 0 1 0,001V 1,519V 1,367 V 1,902 V -3,018 V 1,424 V
1 1 0 0 0,001 V 1,215 V 0,606 V 0,302 V -2,714 V -1,254 V
1 0 1 1 0,001 V 0,915 V 2,287 V 2,361 V -2,416 V -0,962V
1 0 1 0 0,001 V 0,611 V 1,526 V 0,761 V -2,112 V -0,667 V
1 0 0 1 0,001 V 0,305 V 0,761 V 1,999 V -1,807 V -0,392 V
1 0 0 0 0,001 V 0,001 V 0,001 V 0,001 V -1,503 V -0,334 V
0 1 1 1 0,01 V 2,130 V 2,893 V 2,663 V -1,193 V -0,325 V
0 1 1 0 0,001 V 1,825 V 2,132 V 1,063 V 0,890 V 0,319 V
0 1 0 1 0,001 V 1,519 V 1,367 V 1,902 V 0,586 V 0,315 V
0 1 0 0 0,001 V 1,214 V 0,606 V 0,302 V -0,291 V -0,311 V
0 0 1 1 -0,34 V 0,897 V 2,278 V -2356 V -0,284 V -0,310 V
0 0 1 0 -0,60 V 0,579 V 1,510 V 0,753 V -0,286 V -0,310 V
15. 0 0 0 1 -0,082 V 0,263 V 0,740 V 1,589 V -0,288 V -0,310 V
0 0 0 0 -0,100 V -0,049 V -0,024 V -0,012 V -0,291 V -0,310 V
Tabel 14-2 Data Percobaan dari Tegangan Keluaran dari DAC0800 Unipolar
Step Value: V
Masukan Digital Keluaran Analog
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
outV outI
Hasil
Teori
Hasil
Ukur
Hasil
Teori
Hasil
Ukur
0 0 0 0 0 0 0 0 -1,456 V -001,6 A
0 0 0 0 0 0 0 1 -1,455 V -001,7 A
0 0 0 0 0 0 1 0 -1,454 V -001,7 A
0 0 0 0 0 1 0 0 -1,453 V -001,9 A
0 0 0 0 1 0 0 0 -1,453 V -001,2 A
0 0 0 1 0 0 0 0 -1,453 V -001,8 A
0 0 1 0 0 0 0 0 -1,452 V -000,3 A
0 1 0 0 0 0 0 0 -1,452 V -000,9 A
1 0 0 0 0 0 0 0 -1,451 V -000,6 A
1 1 1 1 1 1 1 1 -1,457 V 000,4 A
16. Tabel 14-3 Data Percobaan dari Tegangan Keluaran Bipolar dari DAC0800
Step Value: V
Masukan Digital Keluaran Analog
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Hasil
Teori
Hasil Ukur
outV outV outI
outI
outI + outI
0 0 0 0 0 0 0 0 -013,1 MA -1,447 V
0 0 0 0 0 0 1 0 -013,3 MA -1,448 V
0 0 0 0 1 0 0 0 -013,3 MA -1448 V
0 0 1 0 0 0 0 0 -013,3 MA -1,449 V
0 1 1 1 1 1 1 1 -013,2 MA -1,449 V
1 0 0 0 0 0 1 0 -013,4 MA -1,443 V
1 0 0 0 1 0 0 0 -013,5 MA -1,450 V
1 0 1 0 0 0 0 0 -013,5 MA -1,430 V
1 0 0 0 0 0 0 0 -013,6 MA -449 V
1 1 0 0 0 0 0 0 -013,9 MA -450 V
1 1 1 1 1 1 1 1 -013,5 MA -450 V
17. 8.5. Pertanyaan
1. Pada percobaan 2-2, jika masukan sinyal digital adalah 01101010, lalu
mana yang merupakan tegangan keluaran ?
2. Coba pakai nilai selanjutnya dan batasan tegangan keluaran untuk
membandingkan perbedaan antara DAC0800 tegangan keluaran unipolar
dan tegangan keluaran bipolar ?
3. Berdasarkan hasil pengukuran di tabel 14-3, maka yang merupakan
komplemen dari keluaran arus (hubungan antara outI dan outI
?
