Fig 11.6

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

    Digital-to-Analog Converter (DAC) berbasis 4-bit resistor-weighted summing amplifier adalah salah satu jenis konverter yang digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog secara proporsional. Sistem ini bekerja dengan memberikan bobot tertentu pada setiap bit digital melalui resistor-resistor dengan nilai berbeda, di mana bit paling signifikan (MSB) diberi resistor dengan nilai paling kecil, dan bit paling tidak signifikan (LSB) dengan resistor terbesar. Arus dari masing-masing jalur kemudian dijumlahkan melalui konfigurasi op-amp sebagai summing amplifier, menghasilkan tegangan output analog yang merepresentasikan kombinasi biner input. DAC jenis ini banyak digunakan karena strukturnya yang sederhana dan cocok untuk aplikasi pemrosesan sinyal digital, sistem kontrol, serta instrumentasi elektronik.

2. Tujuan[Kembali]

• Memahami prinsip kerja konversi sinyal digital menjadi analog menggunakan metode pembobotan resistor.
• Mempelajari konfigurasi op-amp sebagai summing amplifier dalam rangkaian DAC.
• Mengidentifikasi hubungan antara nilai biner input dengan tegangan output analog yang dihasilkan.
• Mengetahui penerapan DAC dalam sistem kontrol, instrumentasi, dan pemrosesan sinyal digital.
• Mengasah keterampilan dalam merancang dan menganalisis rangkaian elektronik analog-digital sederhana.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

• IC 74HC85

Jenis:

IC Digital Comparator

4-bit Magnitude Comparator

TTL/CMOS logic family (HC = High-speed CMOS)

Spesifikasi:

Tegangan operasi (Vcc): 2V – 6V

Jumlah bit: 4-bit input untuk A dan B

Input: A3–A0 dan B3–B0

Waktu propagasi tipikal: ~16 ns (pada Vcc = 5V)

Arus output maksimal: ±25 mA (total)

Tipe paket umum: DIP-16, SOIC-16, TSSOP-16

• Gerbang Logika AND

Jenis: Quad 2-input AND Gate

Spesifikasi:

Tersedia 4 gerbang AND dalam 1 IC

Tegangan operasi: 4.75V – 5.25V

Fungsi: Menggabungkan input A dan B sebagai D-input untuk shift register

• Gerbang Logika Not

Jenis: Hex Inverter (6 gerbang NOT dalam satu IC)

Spesifikasi:

Fungsi: Membalikkan logika dari tombol input (misal untuk MR)

Tegangan operasi: 4.75V – 5.25V

• Clock Generator

Jenis: Pulser atau generator clock digital dari Proteus

Spesifikasi:

Frekuensi dapat diatur manual (misalnya 1 Hz – 1 kHz)

Memberikan pulsa positif ke pin Clock (CP) shift register

• Logic State

Jenis: Alat indikator logika digital

Spesifikasi:

Menampilkan status HIGH (1) atau LOW (0) pada output Q0 – Q7

Digunakan untuk memantau output dari shift register secara visual

• Logic Probe

Jenis: Probe untuk memantau logika input/output

Spesifikasi:

Memberikan indikator visual pada kondisi logika (High/Low)

Ditempatkan pada pin untuk membaca kondisi sinyal

4. Dasar Teori[Kembali]

    Digital-to-Analog Converter (DAC) merupakan perangkat elektronik yang berfungsi untuk mengubah sinyal digital diskrit menjadi sinyal analog kontinu. Proses konversi ini sangat penting dalam berbagai sistem elektronik, karena sebagian besar perangkat di dunia nyata, seperti speaker, motor, dan sensor analog, bekerja menggunakan sinyal analog. DAC digunakan untuk menjembatani sistem digital seperti mikrokontroler atau komputer dengan lingkungan fisik yang membutuhkan sinyal analog sebagai bentuk kendali atau keluaran.

    Salah satu metode paling dasar dan umum digunakan untuk membangun DAC adalah metode resistor-weighted summing amplifier. Dalam metode ini, setiap bit digital diberikan bobot tertentu dengan menggunakan resistor yang nilainya berbeda-beda. Bit paling signifikan (MSB) diberikan resistor dengan nilai paling kecil agar kontribusinya terhadap output lebih besar, sementara bit paling tidak signifikan (LSB) diberi resistor dengan nilai paling besar. Setiap bit digital, ketika dalam kondisi logika tinggi (1), akan menghasilkan arus yang masuk ke penguat operasional (op-amp), dan kemudian dijumlahkan sesuai bobot resistornya.

    Konfigurasi op-amp yang digunakan dalam DAC ini adalah inverting summing amplifier, di mana beberapa sinyal arus yang masuk dijumlahkan secara terbalik (menghasilkan tegangan negatif) dengan umpan balik dari resistor Rf​. Tegangan output analog yang dihasilkan merupakan representasi linier dari kombinasi biner yang diberikan pada input digital. Semakin besar nilai digital yang dimasukkan, semakin besar pula tegangan output analog yang dihasilkan, sesuai dengan prinsip proporsionalitas.

    DAC tipe resistor-weighted ini memiliki keunggulan dalam hal kesederhanaan desain dan kemudahan implementasi, terutama untuk aplikasi dengan resolusi rendah seperti 4-bit atau 8-bit. Namun, kelemahan utamanya adalah ketergantungan pada akurasi nilai resistor dan toleransi komponen, yang dapat mempengaruhi linearitas dan keakuratan tegangan output. Meski demikian, metode ini tetap banyak digunakan dalam pendidikan dan sistem elektronik dasar karena kemampuannya merepresentasikan proses konversi digital-ke-analog secara praktis dan jelas.

Example dan Problem

1. Sebuah ADC 8-bit digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi digital. Tegangan referensi maksimum (Vref) adalah 5V.

a. Berapa resolusi ADC tersebut dalam volt per bit?

b. Jika sinyal input analog adalah 2V, berapa nilai digital output-nya dalam bilangan desimal dan biner?

Jawaban:

a. Resolusi = Vref / (2ⁿ - 1)

Resolusi = 5V / (2⁸ - 1) = 5V / 255 ≈ 0,0196 V/bit

b.Nilai digital = Vin / Resolusi = 2 / 0,0196 ≈ 102,04 → dibulatkan jadi 102

Dalam biner:

102 → 01100110

2. Sebuah ADC 10-bit digunakan pada mikrokontroler dengan tegangan referensi 3,3V. Input analog sebesar 1,65V diberikan.

a. Tentukan resolusinya dalam volt!

b. Hitung hasil konversi digital dalam desimal dan biner!

Jawaban:

a. Resolusi = Vref / (2ⁿ - 1) = 3,3V / 1023 ≈ 0,0032258 V/bit

b. Nilai digital = 1,65 / 0,0032258 ≈ 512

Dalam biner → 1000000000

5. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

• Siapkan Komponen

Op-amp (misalnya IC 741), resistor dengan nilai 1 kΩ, 2 kΩ, 4 kΩ, 8 kΩ, resistor feedback (misalnya 10 kΩ), sumber tegangan DC (misalnya +5V), kabel jumper, saklar atau push-button, dan breadboard.

• Pasang Op-Amp di Breadboard

Letakkan IC op-amp pada breadboard dan pastikan setiap pin mudah diakses.

• Rangkai Resistor Pembobot

Hubungkan keempat resistor dengan nilai 8 kΩ, 4 kΩ, 2 kΩ, dan 1 kΩ ke masing-masing input digital (A, B, C, D) mulai dari LSB hingga MSB.

Ujung resistor lainnya disatukan ke input inverting op-amp (pin 2).

• Hubungkan Sumber Input Digital

Sambungkan sisi input resistor ke saklar yang dapat memilih antara logika 0 (ground) dan logika 1 (+5V) sebagai masukan digital.

• Pasang Resistor Feedback

Hubungkan resistor feedback (misalnya 10 kΩ) antara output op-amp (pin 6) dan input inverting (pin 2).

• Sambungkan Power Op-Amp

Hubungkan pin V+ (pin 7) ke +12V dan V− (pin 4) ke -12V atau ground tergantung kebutuhan op-amp.

• Hubungkan Output

Ambil output analog dari pin 6 op-amp untuk dihubungkan ke voltmeter atau osiloskop guna melihat hasil tegangan analog.

• Lakukan Pengujian

Uji kombinasi input digital mulai dari 0000 hingga 1111 dan amati perubahan tegangan output analog secara bertahap dan proporsional.

B. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

    Rangkaian ini merupakan rangkaian DAC (Digital to Analog Converter) merupakan rangakaian yg berfungsi untuk mengubah data digital biner menjadi tegangan analog. Pada gambar menunjukkan DAC menerima atau logic inputnya ada 4 input digital (terdiri bit D, C, B, A) dengan D bobot terbesar (Most Significant Bit) dan A bobot terkecil (Least Significant Bit). Nilainya hanya ada Low = 0 , dan High = 1. Saat input high saklar tertutup lalu logic probe menunjukkan 1 artinya tegangan referensi disalurkan ke resistor, dan sebaliknya bit 0 itu terhubung ke ground. Sumber tegangannya sebesar +5V dipakai karna output digital kadang tidak benar-benar 5V tepat, jika dipakai langsung output DAC tidak akurat. Setelah tegangan referensi terhubung ke resistor yg dimana nilai resistornya terbesar di bit D senilai 1Kohm atau bobot terbesar MSB, bit C bobotnya setengah D (1/2), bit B bobotnya setengah D(1/4) dan bit A bobotnya setengah B(1/8) atau bobot terkecil. Semakin kecil resistor semakin besar arus yg mengalir dan pengaruh output makin besar. Jika ABCD aktif maka inputnya 1111. Jika A tidak aktif maka inputnya jadi 0111. Pada rangkaian terdapat 4 swtich yang dimana terdapat 3 kaki dengan yg ditengah sbg com dan jika rangkaiannya mengarah ke atas maka terhububg dengan Vref maka logic statenya menjadi 1, sedangkan jika rangkaiannya mengarah ke bawah maka terhubung dengan ground (tdk ada tegangan) dengan logic statenya 0. lalu pada bit 1 itu arus diteruskan ke resistor begitu juga pada ABCD yg memiliki bit 1 lalu arus dijumlahkan dengan opamp lalu diubah menjadi tegangan output dg rumus Vout= -Ref(V1/R1+V2/R2+V3/R3+V4/R4) , kenapa Voutnya negatif karena opamp memakai konfigurasi inverting , dengan menggunakan tegangan referensi sebesar 1kohm untuk menentukan seberapa besar output DAC, jika rf semakin besar maka output semakin besar dsb. Pada rangkaian di ABCD bitnya itu 1 maka Voutputnya = -1kohm (5V/1kohm + 5V/2kohm + 5V/4kohm + 5V/8khom ) = -9,35V dan hasil di percobaan rangkaian -9,37V (mendekati).

C. Video Percobaan

6. Link Download[Kembali]

Fig 11.6 [Download]

Datasheet Op-amp 741 [Download]

Datasheet Resistor [Download]

Datasheet Switch [Download]

Datasheet Voltmeter [Download]