praktikum dac tangga r 2rdac 0808
PERCOBAAN DAC TANGGA R-2R
( DAC – 0808 )
Oleh : Sumarna, Jurdik Fisika, FMIPA, UNY
E-mail : [email protected]
A. TUJUAN
1.
Mempelajari cara kerja DAC yang menggunakan metode Tangga R-2R.
2.
Merancang rangkaian DAC-0808.
3.
Menggunakan DAC-0808.
B. ALAT DAN BAHAN
1.
Catu daya ganda (-12 volt, 0 volt, dan +12 volt, serta +5 volt),
2.
Voltmeter digital,
3.
Rangkaian DAC-0808 (DAC-0808, LM-741)
4.
Kabel penghubung.
C. KAJIAN TEORITIK
Metode yang sering digunakan dalam rangkaian terpadu (IC) DAC
adalah rangkaian tangga R/2R. Rangkaian itu hanya menggunakan dua nilai
resistor. Rangkaian tersebut, yang dirancang dalam formasi tangga,
merupakan cara cerdas untuk membentuk rangkaian pembagi arus yang
terbobot biner. Pada setiap titik cabang arus terbagi dua sama besar.
Dengan demikian sangat mudah untuk membuat rangkaian DAC dengan
resolusi yang relatif tinggi atau cacah bit yang relatif besar seperti 8 bit, 10
bit, 12 bit atau yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan DAC dengan resolusi
yang lebih tinggi (cacah bit besar) ditempuh dengan cara menambahkan
1
sepasang resistor R/2R dan saklar pada anak tangga MSB. Perhatikan
gambar berikut !.
R
A
VREF
R
B
R
C
D
2R
2R
2R
D3
(0)
2R
2R
D2
D1
2R
D0
IF
IS
(1)
MSB
LSB
RF
_
G
+
Vo
Informasi digital (word) 4 bit yang akan dikonversi ke analog
dimasukkan melalui saklar D3 s/d D0 (dalam kenyataannya, saklar tersebut
tersusun dari transistor). Jika saklar pada poisis 1, maka akan menyebabkan
arus mengalir melalui resistor RF yang proporsional dengan nilai ekivalen
binernya. Arus pada setiap saklar bernilai dua kali dari LSB-nya atau
setengah kali dari MSB-nya.
Masukan (-) dari Op-Amp berada pada tanah maya (G) sehingga
sembarang arus yang mencapai titik tersebut akan diteruskan menuju RF.
Dengan demikian dapat ditentukan bahwa resistor tangga dan arus yang
melalui anak tangga tidak dipengaruhi oleh posisi saklar (D3 s/d D0). Hal ini
disebabkan karena :
1.
Ketika suatu saklar pada posisi 0, ujung bawah resistor 2R pada saklar
itu terhubung ke tanah (ground).
2.
Ketika suatu saklar pada posisi 1, ujung bawah resistor 2R pada saklar
itu terhubung ke tanah maya (G) yang berkelakuan sebagai tanah
(ground).
2
Untuk menghitung arus yang disumbangkan olah setiap anak tangga,
pertama kali harus dihitung arus total yang meninggalkan V REF. Dengan
menyederhanakan rangkaian resistor pada setiap bagian anak tangga dari
LSB, akan diperoleh 2R yang paralel dengan 2R, yang menghasilkan R. R
ini terhubung seri dengan R antara titik C dan D. Prosedur ini diteruskan
untuk seluruh anak tangga sampai dengan siperoleh resistansi total, yaitu
sama dengan R, yang “terlihat” oleh VREF. Dengan demikian arus total yang
meninggalkan VREF sebesar VREF / R. Perhatikan gambar berikut !.
VREF
Ketika arus dari VREF
mencapai titik A akan terbagi
A
2R
dua sama besar karena setiap
R
cabang setara dengan 2R.
B
2R
Arus yang mencapai titik B
R
jterpecah menjadi dua sama
C
2R
2R
R
D
besar. Prosedur pemecahan
arus ini terjadi terus-menerus
2R
untuk setiap anak tangga.
Ternyata, setiap arus cabang sama dengan setengah dari arus sebelumnya
dan membentuk proporsi yang terbobot biner yang kemudian disumbangkan
untuk resistor RF pada Op-Amp. Ketika saklar pada posisi 1, maka arus
dilewatkan pada RF dan memberikan sumbangan tegangan pada V o . Jika
saklar pada posisi 0, maka arus dilewatkan langsung ke tanah (ground) dan
tidak menyumbangkan tegangan ke Vo . Jika nilai komponen pada rangkaian
DAC seperti pada gambar berikut, maka arus total yang meninggalkan VREF
sebesar VREF / R sama dengan 500 A. Setelah sampai di titik A, arus
tersebut dibagi dua menjadi 250 A yang masing-masing mengalir menuju B
dan D3. Demikian seterusnya.
3
250 A
A
B
C
D
10 k
10 k
10 k
20 k
20 k
20 k
20 k
D3
(0)
31,25 A
125 A
500 A
+5 volt
62,5 A
D2
20 k
20 k
D1
D0
IF
IS G
(1)
MSB
LSB
RF
_
0 volt
+
Vo
Besar sumbangan arus masing-masing saklar (D3 s/d D0) kepada Vo adalah
sebagai berikut :
I (D3) = - 250 A x 20 k
= - 5 volt
I (D2) = - 125 A x 20 k
= - 2,5 volt
I (D1) = - 62,5 A x 20 k
= - 1,25 volt
I (D0) = - 31,25 A x 20 k
= - 0,625 volt
+
Total (D3 s/d D0 = 1111),
Vo
= -9,375 volt.
DAC 4 bit tersebut di atas mempunyai 24 = 16 kombinasi biner dari status
saklar D3 s/d D0 . Setiap kombinasi membentuk bilangan biner Bin. Tegangan
keluaran total Vo dari masukan sembarang kombinasi biner pada DAC 4 bit
dapat ditentukan dengan persamaan :
Vo = - (VREF x
Bin
).
8
Hubungan antara keadaan masukan biner dan tegangan keluaran pada DAC
4 bit seperti contoh di atas adalah sebagai berikut :
4
Bin
D3
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
D2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
D1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
Vo (volt)
D0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
- 0,625
- 1,25
- 1,825
- 2,5
- 3,125
- 3,75
- 4,375
-5
- 5,625
- 6,25
- 6,875
- 7,5
- 8,125
- 8,75
- 9,375
D. LANGKAH KERJA
+5V
NC
1
12
11
10
9
8
7
6
5
15
2k5
2k5
14
5 k
Vref (+)
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
I0
Vref (-)
Vcc
DAC-0808
2 gnd
VEE
4
13
+ 12 V
7
+
6
3
741
_
4
2
- 12 V
+5V
16
10 nF
3
- 12 V
5
Vo
1.
Susunlah rangkaian DAC seperti gambar di atas, di mana voltmeter
digital dipasang pada saluran Vo (pin 6 pada IC LM-741) untuk
mengetahui tegangan keluarannya. Pastikan sambungannya benar !
2.
Kenakan status/keadaan logik pada setiap saluran masukan (B7 B6 B5 B4
B3 B2 B1 B0) sedemikian hingga membentuk word-biner yang tegas, di
mana status logik 0 suatu saluran benar-benar dikenakan pada ground
dan status logik 1 dikenakan pada +5 volt.
3.
Selidiki untuk semua status logik yang mungkin. Untuk setiap status logik
masukan (word biner) kemudian ukurlah tegangan keluran V o. Masukkan
hasilnya ke dalam tabel berikut !
Word-biner
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
Vo
( mV )
Dst.
1
1
1
4.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Berdasarkan hasil pengamatan langkah 3), buatlah grafik yang
menunjukkan hubungan antara tegangan keluaran (Vo) dengan word
biner (B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0).
5.
Tentukanlah resolusi dan linieritas DAC tersebut !
6.
Informasi apa saja yang dapat Anda peroleh setelah mengamati dan
menganalisis grafik dan data percobaan ? Jelaskan !
Selalu ada cara untuk menyempurnakan. Singkaplah !
6
( DAC – 0808 )
Oleh : Sumarna, Jurdik Fisika, FMIPA, UNY
E-mail : [email protected]
A. TUJUAN
1.
Mempelajari cara kerja DAC yang menggunakan metode Tangga R-2R.
2.
Merancang rangkaian DAC-0808.
3.
Menggunakan DAC-0808.
B. ALAT DAN BAHAN
1.
Catu daya ganda (-12 volt, 0 volt, dan +12 volt, serta +5 volt),
2.
Voltmeter digital,
3.
Rangkaian DAC-0808 (DAC-0808, LM-741)
4.
Kabel penghubung.
C. KAJIAN TEORITIK
Metode yang sering digunakan dalam rangkaian terpadu (IC) DAC
adalah rangkaian tangga R/2R. Rangkaian itu hanya menggunakan dua nilai
resistor. Rangkaian tersebut, yang dirancang dalam formasi tangga,
merupakan cara cerdas untuk membentuk rangkaian pembagi arus yang
terbobot biner. Pada setiap titik cabang arus terbagi dua sama besar.
Dengan demikian sangat mudah untuk membuat rangkaian DAC dengan
resolusi yang relatif tinggi atau cacah bit yang relatif besar seperti 8 bit, 10
bit, 12 bit atau yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan DAC dengan resolusi
yang lebih tinggi (cacah bit besar) ditempuh dengan cara menambahkan
1
sepasang resistor R/2R dan saklar pada anak tangga MSB. Perhatikan
gambar berikut !.
R
A
VREF
R
B
R
C
D
2R
2R
2R
D3
(0)
2R
2R
D2
D1
2R
D0
IF
IS
(1)
MSB
LSB
RF
_
G
+
Vo
Informasi digital (word) 4 bit yang akan dikonversi ke analog
dimasukkan melalui saklar D3 s/d D0 (dalam kenyataannya, saklar tersebut
tersusun dari transistor). Jika saklar pada poisis 1, maka akan menyebabkan
arus mengalir melalui resistor RF yang proporsional dengan nilai ekivalen
binernya. Arus pada setiap saklar bernilai dua kali dari LSB-nya atau
setengah kali dari MSB-nya.
Masukan (-) dari Op-Amp berada pada tanah maya (G) sehingga
sembarang arus yang mencapai titik tersebut akan diteruskan menuju RF.
Dengan demikian dapat ditentukan bahwa resistor tangga dan arus yang
melalui anak tangga tidak dipengaruhi oleh posisi saklar (D3 s/d D0). Hal ini
disebabkan karena :
1.
Ketika suatu saklar pada posisi 0, ujung bawah resistor 2R pada saklar
itu terhubung ke tanah (ground).
2.
Ketika suatu saklar pada posisi 1, ujung bawah resistor 2R pada saklar
itu terhubung ke tanah maya (G) yang berkelakuan sebagai tanah
(ground).
2
Untuk menghitung arus yang disumbangkan olah setiap anak tangga,
pertama kali harus dihitung arus total yang meninggalkan V REF. Dengan
menyederhanakan rangkaian resistor pada setiap bagian anak tangga dari
LSB, akan diperoleh 2R yang paralel dengan 2R, yang menghasilkan R. R
ini terhubung seri dengan R antara titik C dan D. Prosedur ini diteruskan
untuk seluruh anak tangga sampai dengan siperoleh resistansi total, yaitu
sama dengan R, yang “terlihat” oleh VREF. Dengan demikian arus total yang
meninggalkan VREF sebesar VREF / R. Perhatikan gambar berikut !.
VREF
Ketika arus dari VREF
mencapai titik A akan terbagi
A
2R
dua sama besar karena setiap
R
cabang setara dengan 2R.
B
2R
Arus yang mencapai titik B
R
jterpecah menjadi dua sama
C
2R
2R
R
D
besar. Prosedur pemecahan
arus ini terjadi terus-menerus
2R
untuk setiap anak tangga.
Ternyata, setiap arus cabang sama dengan setengah dari arus sebelumnya
dan membentuk proporsi yang terbobot biner yang kemudian disumbangkan
untuk resistor RF pada Op-Amp. Ketika saklar pada posisi 1, maka arus
dilewatkan pada RF dan memberikan sumbangan tegangan pada V o . Jika
saklar pada posisi 0, maka arus dilewatkan langsung ke tanah (ground) dan
tidak menyumbangkan tegangan ke Vo . Jika nilai komponen pada rangkaian
DAC seperti pada gambar berikut, maka arus total yang meninggalkan VREF
sebesar VREF / R sama dengan 500 A. Setelah sampai di titik A, arus
tersebut dibagi dua menjadi 250 A yang masing-masing mengalir menuju B
dan D3. Demikian seterusnya.
3
250 A
A
B
C
D
10 k
10 k
10 k
20 k
20 k
20 k
20 k
D3
(0)
31,25 A
125 A
500 A
+5 volt
62,5 A
D2
20 k
20 k
D1
D0
IF
IS G
(1)
MSB
LSB
RF
_
0 volt
+
Vo
Besar sumbangan arus masing-masing saklar (D3 s/d D0) kepada Vo adalah
sebagai berikut :
I (D3) = - 250 A x 20 k
= - 5 volt
I (D2) = - 125 A x 20 k
= - 2,5 volt
I (D1) = - 62,5 A x 20 k
= - 1,25 volt
I (D0) = - 31,25 A x 20 k
= - 0,625 volt
+
Total (D3 s/d D0 = 1111),
Vo
= -9,375 volt.
DAC 4 bit tersebut di atas mempunyai 24 = 16 kombinasi biner dari status
saklar D3 s/d D0 . Setiap kombinasi membentuk bilangan biner Bin. Tegangan
keluaran total Vo dari masukan sembarang kombinasi biner pada DAC 4 bit
dapat ditentukan dengan persamaan :
Vo = - (VREF x
Bin
).
8
Hubungan antara keadaan masukan biner dan tegangan keluaran pada DAC
4 bit seperti contoh di atas adalah sebagai berikut :
4
Bin
D3
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
D2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
D1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
Vo (volt)
D0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
- 0,625
- 1,25
- 1,825
- 2,5
- 3,125
- 3,75
- 4,375
-5
- 5,625
- 6,25
- 6,875
- 7,5
- 8,125
- 8,75
- 9,375
D. LANGKAH KERJA
+5V
NC
1
12
11
10
9
8
7
6
5
15
2k5
2k5
14
5 k
Vref (+)
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
I0
Vref (-)
Vcc
DAC-0808
2 gnd
VEE
4
13
+ 12 V
7
+
6
3
741
_
4
2
- 12 V
+5V
16
10 nF
3
- 12 V
5
Vo
1.
Susunlah rangkaian DAC seperti gambar di atas, di mana voltmeter
digital dipasang pada saluran Vo (pin 6 pada IC LM-741) untuk
mengetahui tegangan keluarannya. Pastikan sambungannya benar !
2.
Kenakan status/keadaan logik pada setiap saluran masukan (B7 B6 B5 B4
B3 B2 B1 B0) sedemikian hingga membentuk word-biner yang tegas, di
mana status logik 0 suatu saluran benar-benar dikenakan pada ground
dan status logik 1 dikenakan pada +5 volt.
3.
Selidiki untuk semua status logik yang mungkin. Untuk setiap status logik
masukan (word biner) kemudian ukurlah tegangan keluran V o. Masukkan
hasilnya ke dalam tabel berikut !
Word-biner
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
Vo
( mV )
Dst.
1
1
1
4.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Berdasarkan hasil pengamatan langkah 3), buatlah grafik yang
menunjukkan hubungan antara tegangan keluaran (Vo) dengan word
biner (B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0).
5.
Tentukanlah resolusi dan linieritas DAC tersebut !
6.
Informasi apa saja yang dapat Anda peroleh setelah mengamati dan
menganalisis grafik dan data percobaan ? Jelaskan !
Selalu ada cara untuk menyempurnakan. Singkaplah !
6