DAC Simple using Op Amp

-




1. Tujuan [kembali]

  1. Memahami prinsip kerja dan struktur dasar ALU (Arithmatic Logic Unit) 4-bit.
  2. Mengidentifikasi fungsi setiap pin pada IC 74LS382/74HC382.
  3. Menganalisis dan mensimulasikan delapan jenis operasi ALU.

2. Alat dan Bahan[kembali]

 1. 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%

2. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunyai resistansi yang berbeda beda sesuai kebutuhan. 



Resistor

Spesifikasi :
3. Operational amplifer

Operational Amplifier atau yang lebih sering disebut op amp merupakan suatu komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat atau amplifier multiguna yang diwujudkan dalam sebuah IC op-amp.



Karakteristik IC OpAmp

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu

 

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi :





3. Dasar Teori[kembali]

  • Resistor

Simbol :
Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
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  : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.


  • Op-Amp


Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Amplifier Operasional:

Penguat Pembalik:

Istilah berikut digunakan dalam rumus dan persamaan untuk Penguatan Operasional.

·         R f  = Resistor umpan balik

·         R in  = Resistor Masukan

·         V in = Tegangan masukan

·         V keluar  = Tegangan keluaran

·         Av  = Penguatan Tegangan

Penguatan tegangan:

Gain loop dekat dari penguat pembalik diberikan oleh;

Tegangan Keluaran:

Tegangan keluaran tidak sefasa dengan tegangan masukan sehingga dikenal sebagai  penguat pembalik .

  • D/A CONVERTER CIRCUITY

Terdapat beberapa metode dan rangkaian untuk menghasilkan operasi D/A (digital ke analog) yang telah dijelaskan. Kita akan mengkaji beberapa rangkaian dasar untuk mendapatkan wawasan tentang ide dasarnya. Tidak penting untuk memahami semua variasi sirkuit karena konverter D/A tersedia dalam bentuk IC atau paket terintegrasi yang tidak membutuhkan pengetahuan rangkaian. Sebaliknya, yang penting adalah mengetahui karakteristik performa penting dari DAC secara umum, agar dapat digunakan dengan bijak. 





Gambar diatas menunjukkan sirkuit dasar untuk satu jenis DAC 4-bit. Input D, C, B, dan A adalah input biner yang diasumsikan memiliki nilai tegangan 0 atau 5 V. Penguat penjumlah (summing amplifier) digunakan sebagai penguat operasional, yang menghasilkan jumlah tertimbang dari tegangan input. Ingat bahwa penguat penjumlah mengalikan setiap tegangan input dengan rasio resistor (resistor umpan balik terhadap resistor input) lalu menjumlahkan semuanya. Dalam sirkuit ini, resistor umpan balik 

RfR_f dan resistor input mengikuti kelipatan 2: nilai R1=1kΩR_1 = 1\text{k}\Omega, kemudian meningkat dua kali lipat untuk masing-masing bit berikutnya dari D ke A: 2 kΩ, 4 kΩ, dan 8 kΩ. Jadi input D tidak diatasi (resistornya paling kecil → bobot penuh). Input C memiliki resistor 2 kΩ, sehingga akan dikalikan ½. Input B dikalikan ¼ dan A dikalikan ⅛.

Output dari penguat dapat dituliskan sebagai:

VOUT=−VR(D+12C+14B+18A)(11-5)V_{\text{OUT}} = -V_R \left(D + \frac{1}{2}C + \frac{1}{4}B + \frac{1}{8}A\right) \tag{11-5}

Tanda negatif muncul karena penguat penjumlah adalah penguat inverting (membalik polaritas), tetapi tidak mempengaruhi akurasi hasil konversi.

Jelas bahwa sirkuit penjumlah ini menghasilkan tegangan tertimbang dari input digital, sebagaimana ditunjukkan pada tabel Gambar 11.5(b). Tabel ini menunjukkan semua kemungkinan kombinasi input digital dan nilai tegangan output yang sesuai. Tabel ini diasumsikan menggunakan logika digital 0 V atau 5 V. Misalnya, jika input digital adalah 1010 (D = 1, C = 0, B = 1, A = 0), maka:

VOUT=−(5)(1+0+14+0)=−6.25 VV_{\text{OUT}} = - (5)(1 + 0 + \frac{1}{4} + 0) = -6.25 \, \text{V}

Resolusi DAC ini setara dengan pembobotan dari LSB, yaitu 18×5V=0.625V\frac{1}{8} \times 5\text{V} = 0.625\text{V}. Seperti terlihat pada tabel, selisih antar langkah tegangan output adalah 0.625 V. Tegangan -6.25 V adalah hasil untuk input 1010.


3a. Contoh soal [kembali]

1. Sebuah rangkaian DAC 4-bit menggunakan resistor berbobot: 1 kΩ (D), 2 kΩ (C), 4 kΩ (B), dan 8 kΩ (A). Tegangan logika tinggi adalah 5 V, dan logika rendah adalah 0 V. Jika input digital yang diberikan adalah 1100 (D = 1, C = 1, B = 0, A = 0), hitung tegangan output VOUTV_{\text{OUT}}.

Jawaban:

Gunakan rumus:

VOUT=−VR(D+12C+14B+18A)V_{\text{OUT}} = -V_R \left(D + \frac{1}{2}C + \frac{1}{4}B + \frac{1}{8}A \right)

Substitusikan nilai-nilai:

  • D=1D = 1

  • C=1C = 1

  • B=0B = 0

  • A=0A = 0

  • VR=5 VV_R = 5 \, \text{V}

VOUT=−5(1+12+0+0)=−5×1.5=−7.5 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(1 + \frac{1}{2} + 0 + 0 \right) = -5 \times 1.5 = -7.5 \, \text{V}

Jawaban akhir: −7.5 V-7.5 \, \text{V}


2. Dalam suatu rangkaian DAC 4-bit dengan konfigurasi resistor berbobot, diberikan input digital 0110. Berapa tegangan output VOUTV_{\text{OUT}} yang dihasilkan, jika logika 1 bernilai 5 V?

Jawaban:

Input:

  • D = 0

  • C = 1

  • B = 1

  • A = 0

Gunakan rumus:

VOUT=−5(0+12+14+0)=−5×0.75=−3.75 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(0 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + 0 \right) = -5 \times 0.75 = -3.75 \, \text{V}

Jawaban akhir: −3.75 V-3.75 \, \text{V}


3. Sebuah rangkaian DAC 4-bit menghasilkan tegangan output berdasarkan input digital. Jika input yang diberikan adalah 1001, tentukan nilai tegangan output VOUTV_{\text{OUT}} yang dihasilkan.

Jawaban:

Input:

  • D = 1

  • C = 0

  • B = 0

  • A = 1

VOUT=−5(1+0+0+18)=−5(1.125)=−5.625 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(1 + 0 + 0 + \frac{1}{8} \right) = -5 \left(1.125\right) = -5.625 \, \text{V}

Jawaban akhir: −5.625 V-5.625 \, \text{V}

3b. Example[kembali ]

1. Seorang teknisi ingin mengatur kecepatan motor DC menggunakan mikrokontroler. Mikrokontroler hanya mampu mengeluarkan sinyal digital 4-bit. Untuk itu, digunakan sebuah rangkaian DAC berbasis op-amp penjumlah dengan resistor berbobot: 1 kΩ, 2 kΩ, 4 kΩ, dan 8 kΩ, untuk masing-masing bit D, C, B, dan A. Nilai logika 1 adalah 5 V. Pada suatu saat, mikrokontroler mengeluarkan sinyal digital 0111.

Analisis:

Input digital 0111 berarti:

  • D = 0

  • C = 1

  • B = 1

  • A = 1

Gunakan rumus:

VOUT=−5(0+12+14+18)=−5(0.5+0.25+0.125)=−5×0.875=−4.375 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(0 + \frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{8} \right) = -5 \left(0.5 + 0.25 + 0.125\right) = -5 \times 0.875 = -4.375 \, \text{V}

Jadi, output DAC adalah –4,375 V, yang kemudian digunakan oleh rangkaian driver motor untuk menentukan kecepatan motor. Semakin tinggi kombinasi bit digital, semakin besar nilai tegangan analog (dalam arah negatif karena op-amp inverting), dan motor akan berputar lebih cepat.


2. Sebuah sistem pencahayaan otomatis mengatur kecerahan LED berdasarkan waktu atau sensor cahaya. Sistem ini menggunakan DAC 4-bit untuk mengubah data digital dari mikrokontroler menjadi sinyal tegangan analog. LED diatur agar semakin terang jika tegangan output lebih besar. Pada sore hari, sistem memutuskan untuk mengatur LED pada level 1000.

Analisis:

Input digital 1000 berarti:

  • D = 1

  • C = 0

  • B = 0

  • A = 0

VOUT=−5(1+0+0+0)=−5×1=−5 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(1 + 0 + 0 + 0\right) = -5 \times 1 = -5 \, \text{V}

Output ini akan diteruskan ke driver LED yang menginterpretasi tegangan tersebut sebagai perintah untuk mengeluarkan tingkat kecerahan sedang. Jika malam hari dan input dinaikkan menjadi 1111, maka output akan menjadi:

VOUT=−5(1+0.5+0.25+0.125)=−5×1.875=−9.375 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(1 + 0.5 + 0.25 + 0.125\right) = -5 \times 1.875 = -9.375 \, \text{V}

Dengan demikian, LED akan menyala lebih terang..

4. Percobaan[kembali ]

Langkah-Langkah Simulasi DAC 4-Bit Menggunakan Op-Amp

1. Persiapkan Komponen

Buka software Proteus, lalu siapkan komponen-komponen berikut:

  • 1 buah Op-Amp 741

  • 4 buah SPST switch (untuk input biner: D, C, B, A)

  • 4 buah resistor berbobot:

    • R1 = 1 kΩ (D)

    • R2 = 2 kΩ (C)

    • R3 = 4 kΩ (B)

    • R4 = 8 kΩ (A)

  • 1 buah resistor feedback R5 = 1 kΩ

  • Sumber tegangan DC +5 V (untuk input logika 1)

  • Sumber tegangan ganda +12 V dan -12 V untuk op-amp

  • Ground

  • 1 buah voltmeter (DC voltmeter) untuk membaca output

2. Rangkai Komponen Sesuai Skema

Ikuti langkah penyusunan sesuai skema:

  • Hubungkan salah satu ujung keempat saklar ke +5 V.

  • Ujung lainnya dihubungkan ke resistor masing-masing:

    • D → R1 (1 kΩ)

    • C → R2 (2 kΩ)

    • B → R3 (4 kΩ)

    • A → R4 (8 kΩ)

  • Ujung bawah semua resistor bertemu di satu titik dan terhubung ke input inverting op-amp (pin 2).

  • Non-inverting input (pin 3) dari op-amp dihubungkan ke ground.

  • Hubungkan R5 (1 kΩ) dari output (pin 6) ke input inverting (pin 2) sebagai feedback.

  • Pasang voltmeter di output (pin 6) untuk membaca hasil konversi.

  • Sambungkan pin 7 dan pin 4 ke +12 V dan -12 V sebagai suplai tegangan op-amp.

3. Aktifkan Input Biner

Tentukan kombinasi bit digital dengan membuka atau menutup saklar:

  • Saklar tertutup → bit = 1 (mendapat +5 V)

  • Saklar terbuka → bit = 0 (tidak mendapat tegangan)

Contoh:

  • Jika ingin input 1010, maka:

    • Saklar D → ON

    • Saklar C → OFF

    • Saklar B → ON

    • Saklar A → OFF

4. Jalankan Simulasi

  • Klik tombol Run atau Simulate di software.

  • Amati nilai tegangan output (VOUT) di voltmeter.

  • Bandingkan hasilnya dengan tabel referensi konversi (di kanan gambar).

5. Verifikasi Output

Gunakan rumus berikut untuk memverifikasi:

VOUT=−VR(D+12C+14B+18A)V_{\text{OUT}} = -V_R \left(D + \frac{1}{2}C + \frac{1}{4}B + \frac{1}{8}A \right)

Dengan VR=5 VV_R = 5\text{ V}

Contoh:
Jika input = 1010, maka:

VOUT=−5(1+0+14+0)=−5×1.25=−6.25 VV_{\text{OUT}} = -5 \left(1 + 0 + \frac{1}{4} + 0\right) = -5 \times 1.25 = -6.25 \, \text{V}

6. Uji Semua Kombinasi

Cobalah semua kombinasi 4-bit dari 0000 hingga 1111 untuk melihat seluruh skala output dari 0 V sampai –9.375 V.

Bentuk Rangkaian:




5. Video[kembali ]



6. Download File[kembali ]

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

TUGAS BESAR

-
Gambar
   TOILET OTOMATIS DAFTAR ISI 1.  Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan bahan 4. Dasar teori 5. Percobaan      a) Prosedur      b) Rangkaian simulasi dan prinsip kerja      c) Video simulasi 6. File Download   1. Pendahuluan [Back]      Dalam era teknologi modern, pengembangan sistem otomatis semakin penting untuk meningkatkan kenyamanan dan efisiensi penggunaan ruang publik seperti toilet. Tugas besar ini bertujuan untuk merancang dan mensimulasikan sistem toilet otomatis menggunakan berbagai sensor di Proteus. Sensor-sensor yang digunakan meliputi sensor jarak untuk mendeteksi keberadaan pengguna, PIR sensor untuk mendeteksi gerakan, sensor suhu untuk mengontrol kenyamanan, sensor gas untuk keamanan, sound sensor untuk mendeteksi kebisingan, dan touch sensor untuk interaksi pengguna.      Integrasi sensor-sensor ini akan memungkinkan toilet untuk beroperasi se...
Baca selengkapnya

Astable Multivibrator D kecil dari 50%

-
Gambar
  DAFTAR ISI 1.  Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan bahan 4. Dasar teori 5. Percobaan       a) Prosedur       b) Rangkaian simulasi dan prinsip kerja       c) Video simulasi 6. File Download   1. Pendahuluan [Back] Rangkaian Astable Multivibrator adalah rangkaian pembangkit gelombang persegi tanpa sumber input. Prinsip kerjanya hampir sama seperti rangkaian pembangkit gelombang segitiga dengan memakai rangkaian ramp dan komparator. Rangkaian ini gabungan dua rangkaian dalam satu op-amp yaitu rangkaian penguat yang menggunakan sebuah kapasitor sebagai pengganti Ri dan rangkaian komparator 2. Tujuan [Back] Mengetahui prinsip dasar rangkaian osilator. Mempelajari cara merancang rangkaian astable multivibrator D < 50%. Mengetahui cara mengaplikasikan rangkaian astable multivibrator D < 50% dalam berbagai aplikasi. 3. Alat dan bahan A. Alat 1)  DC dan sine generator Generator Sine...
Baca selengkapnya

Modul 1: Dioda

-
Gambar
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Percobaan Percobaan ... DIODE FORWARD BIAS DAN REVERSE BIAS A. B. C. DIODE HALF BRIDGE DIODE FULL BRIDGE DIODE ZENER MODUL 1 1. Pendahuluan [kembali]    Dioda adalah komponen elektronika aktif yang terdiri dari pertemuan semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N ( P-N Junction ). Elektroda yang dihubungan dengan material jenis P disebut anoda dan yang dihubungkan dengan material jenis N disebut katoda. 2. Tujuan  [kembali] 1.            Mengetahui prinsip kerja dan karakteristik dioda.   2.            Mengetahui prinsip kerja dan karakteristik dioda Zener. 3.            Mengetahui prinsip kerja dan karakteristik Half Bridge Rectifier dan Full Bridg...
Baca selengkapnya