pengkondisi sinyal (3)

Ponco Siwindarto-TEUB 1


Kumpulkan tugas yang diberikan pada pertemuan yang lalu


POKOK BAHASAN

Rangkaian Logika DigitalKomparator

Digital to Analog KonverterAnalog to Digital Konverter.


KOMPARATOR

ba

ba

VV

VV

,0

,1


Contoh 3.1• Sebuah sistem kontrol menspesifikasikan

bahwa suhu tidak boleh melampaui 160°C jika tekanannya juga melampaui 10 Pa. Rancang sebuah sistem alarm untuk mendeteksi kondisi ini dengan menggunakan transduser suhu dan tekanan yang fungsi alihnya 2,2 mV/°C dan 0,2 V/Pa.


PenyelesaianBatas-batas keluaran transduser:

• Transduser suhu = (160 °C) (2,2 mV/°C) = 0,352 V

• Transduser tekanan = (10 Pa)(0,2 V/Pa) = 2 V

• Sistem alarm ini dapat diimplementasikan dengan dua buah komparator dan sebuah gerbang AND.


• Tegangan acuan dapat diperoleh dari sebuah rangkaian pembagi tegangan


Komparator dengan Histerisis

• Bila dipenuhi syarat Rf >> R, maka tanggapan komparator diperlihatkan dalam Gambar (b).


Keluaran Vout akan bernilai tinggi bila

dan bernilai rendah bila

(PR)

(PR)

(pada kondisi ini: VH = Vref)

(pada kondisi ini: VL = Vref – (R/Rf)Vo

Lebar histerisis H = VH - VL

Syarat agar komparator tahan terhadap noise: H > Vn(pp)


Contoh 3.2• Sebuah sensor mengkonversi level cairan dalam

sebuah tangki menjadi tegangan dengan fungsi alih (20 mV/cm). Sebuah komparator diinginkan mengeluarkan level tegangan tinggi 5 V bila permukaan cairan setinggi 50 cm. Dengan adanya penambahan cairan, menyebabkan permukaan cairan mengalami fluktuasi ± 3 cm. Rancang sebuah komparator dengan histerisis untuk menghindari pengaruh fluktuasi permukaan.


Penyelesaian

• Acuan untuk komparator mempunyai nilai nominal 50 cm, yang menghasilkan

• Penambahan cairan akan menyebabkan "noise" sebesar (± 3 cm) (20 mV/cm) = ± 60 mV, yang memberikan total kisaran sebesar 120 mV. Jadi diperlukan lebar histerisis minimal 120 mV, dan misalkan untuk keamanan dibuat 150 mV.


Oleh karena itu:• Dari pers. H = VH – VL diperoleh :

(R / Rf)Vo = H

(R / Rf) (5 V) = 150 mV

(R / Rf) = 0,03

Bila dipilih Rf = 100 k maka R = 3 k.

Jadi dengan menggunakan nilai resistor-resistor ini dan tegangan acuan sebesar 1 V maka akan dipenuhi apa yang diinginkan.


DIGITAL TO ANALOG CONVERTER (DAC)• DAC menerima

informasi dalam bentuk digital dan mengubah-nya menjadi tegangan analog

• Sebuah DAC biasanya dinyatakan dalam bentuk kotak hitam.


Fungsi Terminal DAC pada umumnya meliputi:

(1). Terminal Masukan : pada umumnya masukannya berupa kata biner dengan level logika TTL

(2). Catu daya : bipolar yang berkisar dari ±12V ke ±18V, atau menggunakan catu daya tunggal

(3). Catu tegangan acuan : diperlukan untuk memperoleh kisaran tegangan keluaran dan resolusi konverter (harus stabil dan ripple-nya rendah). Ada juga yang menggunakan acuan internal.


(4). Keluaran : tegangan yang merepresentasikan masukan digital, dengan step yang ditentukan oleh Persamaan (3.6)

(5). Data latch : untuk meng-update keluaran


• Keluaran DAC diberikan oleh:

dengan :

Vout = tegangan keluaran analog

VR = tegangan acuan

b1,b2,...bn = kata biner n - bit


• Tegangan keluaran minimum adalah nol, dan maksimumnya ditentukan oleh ukuran kata biner dan nilainya mendekati VR

• Keluaran DAC juga dapat dinyatakan sebagai:

dengan N = nilai ekivalen masukan DAC dalam basis 10.


Resolusi Konversi

• Resolusi pengkonversian merupakan fungsi tegangan acuan dan banyaknya bit dalam word:


Contoh 3.4 Tentukan berapa banyaknya bit DAC yang diperlukan untuk menghasilkan resolusi keluaran sebesar 0,04 V bila digunakan tegangan acuan sebesar 10 V

Penyelesaian

• Dari persamaan (3.6) ;

y = 7,966


Contoh 3.5

Sebuah valve kendali mempunyai perubahan pembukaan yang linier bila tegangan masukannya berubah dari 0 sampai 10 Volt. Keluaran sebuah mikrokomputer yang mempunyai word 8 - bit digunakan untuk mengendalikan pembukaan valve tersebut melalui sebuah DAC 8 - bit.

a. Berapa tegangan acuan yang diperlukan untuk memperoleh pembukaan valve penuh(1OV)

b. Berapa persentase pembukaan valve untuk setiap perubahan masukan 1-bit.


Penyelesaian

a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan valve 10 V

b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step:


ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC)

• Persamaan untuk ADC


• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk:

dengan : N = keluaran ADC dalam basis 10

INT( ) = nilai integer dari besaran dalam kurung


Contoh 3.6

Sebuah sensor yang mempunyai keluaran 0,02 V/°C digunakan untuk mengukur suhu 0 sampai 100°C. Sebuah ADC digunakan untuk mengonversi tegangan keluaran sensor menjadi data digital. Tentukan besarnya tegangan acuan dan besarnya word ADC yang diperlukan agar diperoleh resolusi 0,1 °C.


Penyelesaian

• Tegangan keluaran sensor pada suhu maksimum (100°C):

(0,02 V/°C) (100°C) = 2VOleh karena itu digunakan tegangan acuan VR = 2V (pendekatan)

• Resolusi suhu 0,1 °C akan menghasilkan resolusi tegangan :

(0,02 V/°C) (0,1 °C) = 2 mV


• Besarnya word dapat diperoleh dari persamaan:

Besarnya word yang diperlukan = 10 bit, yang memberikan resolusi tegangan:

V = (2) (2-10) = 0,00195 V = 1,95 mV


Contoh 3.7

Dalam suatu pengukuran suhu digunakan sensor yang keluarannya 6,5 mV/°C dan harus dapat mengukur hingga 100°C. Sebuah ADC 6-bit dengan tegangan acuan 10 V digunakan untuk mengkonversi tegangan pengukuran menjadi data digital

(a) Rancanglah sebuah rangkaian untuk interface antara sensor dan ADC

(b) Berapa resolusi dalam pembacaan suhu ?


Penyelesaian

Tegangan keluaran sensor pada 100 °C: (6,5 mV/°C) (100°C) = 0,65 V.

(a). Rangkaian interface harus memberikan gain sedemikian rupa sehingga pada suhu 100°C keluaran ADC menunjukkan 111111. Tegangan masukan yang meng-hasilkan keluaran sebesar ini adalah:


Jadi besarnya gain yang diperlukan:

Rangkaian yang dimaksudkan adalah:


(b). Perubahan tegangan masukan V yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB:

Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran sensor sebesar:


TUGAS 4

• Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang diberi tanda

• Kerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.

(PR)

pengkondisi sinyal (3)

Documents