Aplikasi Rangkaian Aritmetik
rangkaian Digital to Analog Converter atau DAC menggunakan IC AD7524. Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah data digital 8-bit menjadi tegangan analog pada output.
Input digital diberikan melalui logic state sebanyak 8 bit, mulai dari bit paling besar atau MSB sampai bit paling kecil atau LSB. Setiap kombinasi input digital akan menghasilkan nilai tegangan analog yang berbeda pada output.
IC AD7524 bekerja sebagai DAC 8-bit. Karena output IC AD7524 berupa arus, maka diperlukan op-amp UA741 sebagai rangkaian pengubah arus menjadi tegangan. Op-amp ini bekerja sebagai current to voltage converter, sehingga hasil keluaran DAC dapat dibaca dalam bentuk tegangan menggunakan voltmeter.
Rangkaian ini menggunakan tegangan referensi Vref. Besar tegangan output bergantung pada nilai input digital dan nilai tegangan referensi tersebut. Semakin besar nilai biner yang diberikan pada input DAC, maka semakin besar pula tegangan analog yang dihasilkan pada output.
Dengan adanya rangkaian ini, dapat dipahami bagaimana data digital berupa angka biner dapat diubah menjadi sinyal analog berupa tegangan. Prinsip ini banyak digunakan pada sistem audio digital, pembangkit sinyal, kontrol motor, sistem kendali, dan berbagai perangkat elektronik yang membutuhkan perubahan data digital menjadi sinyal analog.
Tujuan dari tugas besar ini adalah memahami prinsip kerja rangkaian Digital to Analog Converter atau DAC menggunakan IC AD7524.
Mempelajari cara mengubah data digital 8-bit menjadi tegangan analog.
Memahami fungsi masing-masing input digital D0 sampai D7 pada IC AD7524.
Memahami pengaruh bit MSB dan LSB terhadap besar kecilnya tegangan output.
Mempelajari fungsi tegangan referensi Vref pada rangkaian DAC.
Memahami fungsi op-amp UA741 sebagai pengubah arus output DAC menjadi tegangan output.
Mampu menghitung besar tegangan output berdasarkan kombinasi input digital yang diberikan.
Mampu mensimulasikan rangkaian DAC 8-bit menggunakan software Proteus.
A. Alat
- Laptop atau PC
Laptop atau PC digunakan untuk menjalankan software Proteus dan membuat simulasi rangkaian. - Software Proteus
Proteus digunakan untuk merancang dan menguji rangkaian DAC AD7524 secara simulasi. - DC Voltmeter
DC Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan output analog yang dihasilkan oleh rangkaian. - Logic State
Logic State digunakan sebagai input digital 0 dan 1 pada IC AD7524. - Power Supply DC
Power supply digunakan sebagai sumber tegangan untuk IC AD7524, tegangan referensi, dan op-amp.
B. Bahan atau Komponen
- IC AD7524
IC AD7524 adalah IC DAC 8-bit yang digunakan untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog. - IC Op-Amp UA741
Op-amp UA741 digunakan sebagai rangkaian current to voltage converter, yaitu mengubah arus keluaran DAC menjadi tegangan. - Resistor
Resistor digunakan pada rangkaian op-amp, terutama sebagai bagian dari rangkaian feedback. - Tegangan Referensi Vref
Tegangan referensi digunakan sebagai acuan besar tegangan output DAC. Pada rangkaian ini digunakan tegangan referensi sekitar +10 V. - Tegangan VDD +5 V
Tegangan +5 V digunakan sebagai catu daya digital untuk IC AD7524. - Tegangan +15 V dan -15 V
Tegangan +15 V dan -15 V digunakan sebagai catu daya op-amp UA741 agar op-amp dapat bekerja dengan baik. - Ground
Ground digunakan sebagai titik referensi tegangan nol pada rangkaian. - Kabel Penghubung
Kabel digunakan untuk menghubungkan setiap komponen pada rangkaian.
A. Alat
- Laptop atau PC
Laptop atau PC digunakan untuk menjalankan software Proteus dan membuat simulasi rangkaian. - Software Proteus
Proteus digunakan untuk merancang dan menguji rangkaian DAC AD7524 secara simulasi. - DC Voltmeter
DC Voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan output analog yang dihasilkan oleh rangkaian. - Logic State
Logic State digunakan sebagai input digital 0 dan 1 pada IC AD7524. - Power Supply DC
Power supply digunakan sebagai sumber tegangan untuk IC AD7524, tegangan referensi, dan op-amp.
B. Bahan atau Komponen
- IC AD7524
IC AD7524 adalah IC DAC 8-bit yang digunakan untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog. - IC Op-Amp UA741
Op-amp UA741 digunakan sebagai rangkaian current to voltage converter, yaitu mengubah arus keluaran DAC menjadi tegangan. - Resistor
Resistor digunakan pada rangkaian op-amp, terutama sebagai bagian dari rangkaian feedback. - Tegangan Referensi Vref
Tegangan referensi digunakan sebagai acuan besar tegangan output DAC. Pada rangkaian ini digunakan tegangan referensi sekitar +10 V. - Tegangan VDD +5 V
Tegangan +5 V digunakan sebagai catu daya digital untuk IC AD7524. - Tegangan +15 V dan -15 V
Tegangan +15 V dan -15 V digunakan sebagai catu daya op-amp UA741 agar op-amp dapat bekerja dengan baik. - Ground
Ground digunakan sebagai titik referensi tegangan nol pada rangkaian. - Kabel Penghubung
Kabel digunakan untuk menghubungkan setiap komponen pada rangkaian.
Digital to Analog Converter atau DAC adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Sinyal digital hanya memiliki dua kondisi, yaitu 0 dan 1, sedangkan sinyal analog memiliki nilai yang berubah secara kontinu.
Pada rangkaian ini digunakan IC AD7524. IC AD7524 merupakan DAC 8-bit, artinya IC ini memiliki 8 input digital. Input tersebut adalah D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, dan D7.
D7 merupakan bit paling besar atau MSB. D0 merupakan bit paling kecil atau LSB.
MSB memiliki bobot paling besar terhadap output, sedangkan LSB memiliki bobot paling kecil. Jika MSB bernilai 1, perubahan tegangan output akan besar. Jika hanya LSB yang bernilai 1, perubahan tegangan output akan sangat kecil.
Urutan bobot bit pada DAC 8-bit adalah:
D7 = 1/2
D6 = 1/4
D5 = 1/8
D4 = 1/16
D3 = 1/32
D2 = 1/64
D1 = 1/128
D0 = 1/256
Rumus umum tegangan output DAC adalah:
Vout = Vref × (D7/2 + D6/4 + D5/8 + D4/16 + D3/32 + D2/64 + D1/128 + D0/256)
Keterangan:
Vout adalah tegangan output analog.
Vref adalah tegangan referensi.
D7 sampai D0 adalah input digital, bernilai 0 atau 1.
D7 adalah MSB.
D0 adalah LSB.
Rumus juga dapat ditulis dalam bentuk nilai desimal input:
Vout = Vref × N/256
Keterangan:
N adalah nilai desimal dari input biner 8-bit.
Nilai N dapat dihitung dengan rumus:
N = D7×128 + D6×64 + D5×32 + D4×16 + D3×8 + D2×4 + D1×2 + D0×1
Contoh 1:
Jika input digital adalah:
10000000
Maka:
D7 = 1
D6 sampai D0 = 0
Vout = Vref × 1/2
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 1/2
Vout = 5 V
Contoh 2:
Jika input digital adalah:
01000000
Maka:
D6 = 1
Bit lainnya = 0
Vout = Vref × 1/4
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 1/4
Vout = 2,5 V
Contoh 3:
Jika input digital adalah:
11111111
Maka nilai desimalnya adalah 255.
Vout = Vref × 255/256
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 255/256
Vout = 9,96 V
Jadi, output maksimum DAC 8-bit tidak benar-benar sama dengan Vref, tetapi mendekati Vref.
Pada rangkaian ini, output dari AD7524 masih berupa arus. Oleh karena itu, digunakan op-amp UA741 sebagai pengubah arus menjadi tegangan. Rangkaian op-amp yang digunakan disebut current to voltage converter atau transimpedance amplifier.
Secara prinsip, semakin besar nilai input biner yang diberikan ke AD7524, semakin besar arus output DAC. Arus tersebut kemudian diubah oleh op-amp menjadi tegangan analog yang dapat dibaca oleh voltmeter.
Catatan penting: pada beberapa konfigurasi op-amp, output DAC dapat bernilai negatif karena op-amp bekerja sebagai penguat pembalik. Jika rangkaian menggunakan konfigurasi inverting, maka rumusnya dapat ditulis:
Vout = - Vref × N/256
Tanda negatif menunjukkan bahwa polaritas output berlawanan akibat konfigurasi op-amp. Namun besar tegangannya tetap mengikuti nilai input digital dan tegangan referensi.
Digital to Analog Converter atau DAC adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Sinyal digital hanya memiliki dua kondisi, yaitu 0 dan 1, sedangkan sinyal analog memiliki nilai yang berubah secara kontinu.
Pada rangkaian ini digunakan IC AD7524. IC AD7524 merupakan DAC 8-bit, artinya IC ini memiliki 8 input digital. Input tersebut adalah D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, dan D7.
D7 merupakan bit paling besar atau MSB. D0 merupakan bit paling kecil atau LSB.
MSB memiliki bobot paling besar terhadap output, sedangkan LSB memiliki bobot paling kecil. Jika MSB bernilai 1, perubahan tegangan output akan besar. Jika hanya LSB yang bernilai 1, perubahan tegangan output akan sangat kecil.
Urutan bobot bit pada DAC 8-bit adalah:
D7 = 1/2
D6 = 1/4
D5 = 1/8
D4 = 1/16
D3 = 1/32
D2 = 1/64
D1 = 1/128
D0 = 1/256
Rumus umum tegangan output DAC adalah:
Vout = Vref × (D7/2 + D6/4 + D5/8 + D4/16 + D3/32 + D2/64 + D1/128 + D0/256)
Keterangan:
Vout adalah tegangan output analog.
Vref adalah tegangan referensi.
D7 sampai D0 adalah input digital, bernilai 0 atau 1.
D7 adalah MSB.
D0 adalah LSB.
Rumus juga dapat ditulis dalam bentuk nilai desimal input:
Vout = Vref × N/256
Keterangan:
N adalah nilai desimal dari input biner 8-bit.
Nilai N dapat dihitung dengan rumus:
N = D7×128 + D6×64 + D5×32 + D4×16 + D3×8 + D2×4 + D1×2 + D0×1
Contoh 1:
Jika input digital adalah:
10000000
Maka:
D7 = 1
D6 sampai D0 = 0
Vout = Vref × 1/2
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 1/2
Vout = 5 V
Contoh 2:
Jika input digital adalah:
01000000
Maka:
D6 = 1
Bit lainnya = 0
Vout = Vref × 1/4
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 1/4
Vout = 2,5 V
Contoh 3:
Jika input digital adalah:
11111111
Maka nilai desimalnya adalah 255.
Vout = Vref × 255/256
Jika Vref = 10 V, maka:
Vout = 10 × 255/256
Vout = 9,96 V
Jadi, output maksimum DAC 8-bit tidak benar-benar sama dengan Vref, tetapi mendekati Vref.
Pada rangkaian ini, output dari AD7524 masih berupa arus. Oleh karena itu, digunakan op-amp UA741 sebagai pengubah arus menjadi tegangan. Rangkaian op-amp yang digunakan disebut current to voltage converter atau transimpedance amplifier.
Secara prinsip, semakin besar nilai input biner yang diberikan ke AD7524, semakin besar arus output DAC. Arus tersebut kemudian diubah oleh op-amp menjadi tegangan analog yang dapat dibaca oleh voltmeter.
Catatan penting: pada beberapa konfigurasi op-amp, output DAC dapat bernilai negatif karena op-amp bekerja sebagai penguat pembalik. Jika rangkaian menggunakan konfigurasi inverting, maka rumusnya dapat ditulis:
Vout = - Vref × N/256
Tanda negatif menunjukkan bahwa polaritas output berlawanan akibat konfigurasi op-amp. Namun besar tegangannya tetap mengikuti nilai input digital dan tegangan referensi.
Rangkaian full subtractor memiliki tiga buah input yaitu A (minuend), B (subtrahend), dan Bin (borrow in), serta dua output yaitu D (Difference) dan Bo (Borrow out). Untuk memahami kerja full subtractor secara menyeluruh, kita perlu menganalisis seluruh kombinasi input biner 3-bit (sebanyak 8 kombinasi). Perhitungan dilakukan berdasarkan rumus:
Berdasarkan tabel tersebut, kita dapat melihat bagaimana output D dan Bo berubah sesuai dengan perubahan kombinasi input. Misalnya, saat A=0, B=1, dan Bin=0, maka:
Rangkaian bekerja dengan memberikan input digital 8-bit ke IC AD7524. Input diberikan menggunakan logic state. Setiap logic state dapat diatur menjadi 0 atau 1.
Jika semua input bernilai 0, maka nilai biner input adalah:
00000000
Nilai desimalnya adalah 0.
Maka:
Vout = Vref × 0/256
Vout = 0 V
Karena itu voltmeter menunjukkan tegangan 0 V.
Jika salah satu input dibuat bernilai 1, maka DAC akan menghasilkan tegangan sesuai bobot bit tersebut. Bit yang paling besar adalah D7 atau MSB. Jika D7 bernilai 1, maka output menjadi setengah dari Vref.
Contoh:
D7 = 1
Input = 10000000
Vref = 10 V
Maka:
Vout = 10 × 1/2
Vout = 5 V
Jika D6 bernilai 1, maka output menjadi seperempat dari Vref.
Input = 01000000
Maka:
Vout = 10 × 1/4
Vout = 2,5 V
Jika D5 bernilai 1, maka output menjadi seperdelapan dari Vref.
Input = 00100000
Maka:
Vout = 10 × 1/8
Vout = 1,25 V
Jika beberapa bit bernilai 1 secara bersamaan, maka nilai output merupakan hasil penjumlahan dari seluruh bobot bit yang aktif.
Contoh:
Input = 11000000
Artinya:
D7 = 1
D6 = 1
Bit lainnya = 0
Maka:
Vout = Vref × (1/2 + 1/4)
Jika Vref = 10 V:
Vout = 10 × (1/2 + 1/4)
Vout = 10 × 3/4
Vout = 7,5 V
Dengan demikian, besar kecilnya tegangan output bergantung pada kombinasi input biner. Semakin besar nilai biner input, semakin besar tegangan output yang dihasilkan.
Rangkaian ini merupakan rangkaian Digital to Analog Converter atau DAC 8-bit menggunakan IC AD7524. Rangkaian ini mengubah data digital 8-bit menjadi tegangan analog.
Input digital diberikan melalui logic state dari D0 sampai D7. D7 adalah MSB dengan bobot terbesar, sedangkan D0 adalah LSB dengan bobot terkecil.
IC AD7524 menghasilkan output berupa arus, sehingga diperlukan op-amp UA741 untuk mengubah arus tersebut menjadi tegangan. Tegangan output kemudian dibaca menggunakan DC voltmeter.
Besar output DAC dipengaruhi oleh nilai input digital dan tegangan referensi. Rumus dasarnya adalah:
Vout = Vref × N/256
N adalah nilai desimal dari input biner 8-bit.
Jika semua input bernilai 0, maka output adalah 0 V. Jika semua input bernilai 1, maka output mendekati nilai Vref. Jika Vref = 10 V dan input = 11111111, maka output mendekati 9,96 V.
Rangkaian ini menunjukkan bagaimana sinyal digital dapat diubah menjadi sinyal analog. Prinsip ini banyak digunakan pada sistem audio digital, kontrol analog, pembangkit sinyal, dan sistem kendali elektronik.
- Apa fungsi utama IC AD7524 pada rangkaian ini?
Jawaban:
IC AD7524 berfungsi sebagai Digital to Analog Converter atau DAC. IC ini mengubah input digital 8-bit menjadi sinyal analog.
- Apa fungsi op-amp UA741 pada rangkaian DAC ini?
Jawaban:
Op-amp UA741 berfungsi sebagai current to voltage converter. Output dari AD7524 masih berupa arus, sehingga op-amp digunakan untuk mengubah arus tersebut menjadi tegangan yang dapat dibaca oleh voltmeter.
- Jika Vref = 10 V dan input digital adalah 10000000, berapakah nilai Vout?
Jawaban:
Input 10000000 berarti D7 = 1 dan bit lainnya = 0.
Vout = Vref × 1/2
Vout = 10 × 1/2
Vout = 5 V
Jadi nilai Vout adalah 5 V.
- Jika Vref = 10 V dan input digital adalah 01000000, berapakah nilai Vout?
Jawaban:
Input 01000000 berarti D6 = 1 dan bit lainnya = 0.
Vout = Vref × 1/4
Vout = 10 × 1/4
Vout = 2,5 V
Jadi nilai Vout adalah 2,5 V.
- Jika input digital adalah 11111111 dan Vref = 10 V, berapakah nilai output maksimum DAC?
Jawaban:
Input 11111111 memiliki nilai desimal 255.
Vout = Vref × N/256
Vout = 10 × 255/256
Vout = 9,96 V
Jadi output maksimum DAC adalah sekitar 9,96 V, yaitu mendekati 10 V.
Gambar rangkaian:
Cara kerja ringkas rangkaian:
Rangkaian ini adalah DAC 8-bit menggunakan IC DAC0808. Fungsi rangkaian ini adalah mengubah input digital berupa bilangan biner 8-bit menjadi tegangan analog pada output.
Input digital diberikan melalui logic state dari A1 sampai A8. Pada rangkaian ini, A1 sebagai MSB atau bit dengan bobot terbesar, sedangkan A8 sebagai LSB atau bit dengan bobot terkecil.
IC DAC0808 menerima kombinasi input 0 dan 1, lalu mengubahnya menjadi arus analog. Semakin banyak bit yang bernilai 1, maka arus keluaran DAC akan semakin besar.
Tegangan referensi yang digunakan adalah Vref = 12 V. Tegangan referensi ini menjadi acuan besar kecilnya output analog yang dihasilkan.
Rumus dasar outputnya adalah:
Vout = Vref × (A1/2 + A2/4 + A3/8 + A4/16 + A5/32 + A6/64 + A7/128 + A8/256)
Contoh:
Jika hanya A1 = 1, maka:
Vout = 12 × 1/2 = 6 V
Jika hanya A2 = 1, maka:
Vout = 12 × 1/4 = 3 V
Jika hanya A3 = 1, maka:
Vout = 12 × 1/8 = 1,5 V
Output dari DAC0808 masih berupa arus, sehingga perlu diubah menjadi tegangan menggunakan op-amp. Op-amp pada rangkaian ini bekerja sebagai current to voltage converter, yaitu pengubah arus menjadi tegangan.
Resistor pada bagian op-amp berfungsi sebagai pengatur besar tegangan output, sedangkan voltmeter digunakan untuk membaca hasil tegangan analog yang keluar.
Jadi urutan kerja rangkaiannya adalah:
Input digital 8-bit
→ masuk ke IC DAC0808
→ diubah menjadi arus analog
→ arus masuk ke op-amp
→ op-amp mengubah arus menjadi tegangan
→ tegangan output dibaca oleh voltmeter
Klik di sini untuk download file
Download Datasheet DAC0808 [Download]
Komentar
Posting Komentar