Rangkaian konverter

Rangkaian konverter

• Termasuk dalam pengkondisi isyarat• Mengubah dari suatu besaran elektrik ke

besaran elektrik yang lain• Contoh:

– Konverter I/V– Konverter V/I– V/f– f/V– DAC– ADC

Konverter I/V

• Rangkaian dasar

Vo= - iI R

Aplikasi I/V

• Photodetector amplifier– Digunakan untuk konversi arus yang melewati

fotodioda menjadi tegangan– Sebagai pengukur intensitas cahaya dan

media komunikasi optis

Karakteristik fotodioda

P0,P1,P2 adalah level intensitas cahaya yang berbeda-beda

Fotodioda bekerja di daerah reverse biasRλ = konstanta transfer level intensitas – arus keluaran

Rangkaian dasar penguat fotodioda

Rangkaian dasar penguat fotodioda ada 2 macam:- Photoconductive- Photovoltaic

Rangkaian photoconductive

• Respon fotodioda (perubahan I terhadap intensitas cahaya) cepat

• Digunakan sebagai receiver dalam komunikasi optis (karena kecepatan responnya)

Contoh rangkaian + filter

Rangkaian Photovoltaic

• Dioda seolah-olah tidak dibias dan menghasilkan arus sendiri

• Digunakan untuk pengukuran intensitas cahaya

Rangkaian + filter

Konverter V/I

• Ada 2 jenis:– Floating Load Converter– Grounded Load

Floating Load

• Arus keluaran diambil dari jalur umpan balik

Grounded Load• Disebut howland current pump

Arus yang dihasilkan : Io= Vi/R1

beban

Norton resistance

Idealnya, Ro = ~, sehingga,

R2/R1 – R4/R3=0, jadi

Batas-batas arus yang dihasilkan/ hambatan beban yang terpasang

• Suatu V/I converter memiliki istilah voltage compliance, yaitu batas-batas tegangan pada beban (VL=Io X RL) baik maksimal/minimal

• Jika melewati batas itu, V/I tidak linear lagi (saturasi)

• Batas-batasnya:– VL min = VoL x R1/(R1+R2)– VL max = VoH x R1/(R1+R2)

• VoL : output minimal opamp• VoH : output max opamp• VoL – Voh : output swing

• Jika supply double dan simetris,

• Umumnya, VoH= -VoL = Vsat output simetris

• Intinya, konversi V/I hanya berlaku untuk range tegangan tertentu

• Konversi V/I juga hanya berlaku terhadap range resistor beban (RL) tertentu saja

Aplikasi V/I

• Transmisi isyarat jika yang dikirimkan berupa V, rentan terhadap losses di jalur komunikasi. Akibatnya V yang sampai di receiver sudah ter-atenuasi

Vkirim

R_jalur

1k

R_in_Receiver

1kVterima

Vterima < Vkirim

Aplikasi V/I

• Jika yang dikirimkan berupa I tidak terjadi atenuasi pada isyarat

V/I I/V

ISumber isyarat

Vin outRtrans

Rin I/V sangat besar

DAC

• Untuk konversi digital ke analog

• Jenis-jenis DAC yang akan dibahas dalam materi ini:– R2R– Weighted Resistor– Potentiometric

R2R DAC

• Paling banyak diimplementasikan pada berbagai chip DAC / ADC

• Menggunakan resistor dengan 2 nilai yaitu R dan 2R pada rangkaiannya

Rangkaian R2R

Input digital : b1,b2 … b7, output analog : Vout

Cara kerja:b1,b2,..b7 mengontrol SW1 – SWn. Jika logika 1, SW diarahkan ke Vref,Tetapi jika 0, SW diarahkan ke logika 0

• Persamaan untuk rangkaian R2R adalah:

Vout = Vref * Val / (2n)DenganVout:tegangan keluaran DACVal:nilai digital yang dibetuk oleh masukan-

masukan digitaln:lebar bit masukan

• Sebagai pengganti saklar terkendali agak susah direalisasikan

• Digunakan buffer/inverter digital dengan keluaran totem-pole (logic 0 benar-benar 0V dan logic 1 benar-benar 5V)

bx

R

2R

R8

1k

R5

2k

U5A

7404

1 2

Rangkaian Weighted Resistor

Menggunakan resistor dengan nilai R,2R,4R, …, 2nR yang akan membobotnilai logika bit-bit input Kelemahan : nilai R kesulitan dicari di pasaran

Potentiometric DAC

DAC 3 bit

Besarnya R pada resistor ladder sama, jumlahnya 2n , dengan n=lebar bit

ADC

• Macam-macam ADC yang akan dibahas disini(berdasarkan teknik konversi):– ADC ramp (servo)– ADC successive – approximation– ADC flash

ADC ramp

Teknik konversi:1. Inisialisasi, reset nilai b1..bn yang tersimpan di register menjadi 02. Konversi ke analog nilai b1..bn tsb dengan DAC3. Bandingkan nilai Vo DAC dengan Vi4. Jika Vo DAC < Vi, naikkan (increment) nilai register, kembali ke step 25. Jika Vo DAC > Vi, aktifkan EOC, ambil data dari register, kembali ke

step 1

Tegangan input

Data output

Counter UP

ADC successive-approximation (SAR)

register

DAC komparator

vin

Data out

Cara kerja ADC SAR

• Misal ADC 4 bit range 0000 – 11111. Inisialisasi: register diset ke nilai 10002. Nilai register dimasukkan DAC dan

dibandingkan dengan Vin3. Jika Vin<, register diset ½ nilai

sebelumnya, jika Vin>, register dijumlah dengan nilai 0.5x(1111-nilai sebelumnya)

4. Kembali ke step 2 sampai didapat Vin~V DAC

Visualisasi kerja ADC SAR

ADC 4 bit,Tegangan output fullscale= 15VInput = 10.8 V

15V

Flash ADC

komparator

R pembagi teganganUntuk memberi referensiMasing-masing komparator