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
