PENGKONDISI SINYAL (3)
description
Transcript of PENGKONDISI SINYAL (3)
Ponco Siwindarto-TEUB 1
Ponco Siwindarto-TEUB 2
Kumpulkan tugas yang diberikan pada pertemuan yang lalu
Ponco Siwindarto-TEUB 3
POKOK BAHASAN
Rangkaian Logika DigitalKomparator
Digital to Analog KonverterAnalog to Digital Konverter.
Ponco Siwindarto-TEUB 4
KOMPARATOR
ba
ba
VV
VV
,0
,1
Ponco Siwindarto-TEUB 5
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 6
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 7
• Tegangan acuan dapat diperoleh dari sebuah rangkaian pembagi tegangan
Ponco Siwindarto-TEUB 8
Komparator dengan Histerisis
• Bila dipenuhi syarat Rf >> R, maka tanggapan komparator diperlihatkan dalam Gambar (b).
Ponco Siwindarto-TEUB 9
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)
Ponco Siwindarto-TEUB 10
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 11
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 12
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 13
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 14
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 15
(4). Keluaran : tegangan yang merepresentasikan masukan digital, dengan step yang ditentukan oleh Persamaan (3.6)
(5). Data latch : untuk meng-update keluaran
Ponco Siwindarto-TEUB 16
• Keluaran DAC diberikan oleh:
dengan :
Vout = tegangan keluaran analog
VR = tegangan acuan
b1,b2,...bn = kata biner n - bit
Ponco Siwindarto-TEUB 17
• 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.
Ponco Siwindarto-TEUB 18
Resolusi Konversi
• Resolusi pengkonversian merupakan fungsi tegangan acuan dan banyaknya bit dalam word:
Ponco Siwindarto-TEUB 19
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
Ponco Siwindarto-TEUB 20
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 21
Penyelesaian
a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan valve 10 V
b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step:
Ponco Siwindarto-TEUB 22
ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER (ADC)
• Persamaan untuk ADC
Ponco Siwindarto-TEUB 23
• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk:
dengan : N = keluaran ADC dalam basis 10
INT( ) = nilai integer dari besaran dalam kurung
Ponco Siwindarto-TEUB 24
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.
Ponco Siwindarto-TEUB 25
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
Ponco Siwindarto-TEUB 26
• 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
Ponco Siwindarto-TEUB 27
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 ?
Ponco Siwindarto-TEUB 28
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:
Ponco Siwindarto-TEUB 29
Jadi besarnya gain yang diperlukan:
Rangkaian yang dimaksudkan adalah:
Ponco Siwindarto-TEUB 30
(b). Perubahan tegangan masukan V yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB:
Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran sensor sebesar:
Ponco Siwindarto-TEUB 31
TUGAS 4
• Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang diberi tanda
• Kerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.
(PR)
Ponco Siwindarto-TEUB 32