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 bias Rλ = 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 beban Arus yang dihasilkan : Io= Vi/R1

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 Vterima < Vkirim

Aplikasi V/I Jika yang dikirimkan berupa I  tidak terjadi atenuasi pada isyarat Sumber isyarat I I/V V/I out Vin Rtrans 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) Dengan Vout:tegangan keluaran DAC Val:nilai digital yang dibetuk oleh masukan-masukan digital n: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)

Rangkaian Weighted Resistor Menggunakan resistor dengan nilai R,2R,4R, …, 2nR yang akan membobot nilai 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 Data output Counter UP Tegangan input Teknik konversi: Inisialisasi, reset nilai b1..bn yang tersimpan di register menjadi 0 Konversi ke analog nilai b1..bn tsb dengan DAC Bandingkan nilai Vo DAC dengan Vi Jika Vo DAC < Vi, naikkan (increment) nilai register, kembali ke step 2 Jika Vo DAC > Vi, aktifkan EOC, ambil data dari register, kembali ke step 1

ADC successive-approximation (SAR) vin DAC komparator Data out register

Cara kerja ADC SAR Misal ADC 4 bit  range 0000 – 1111 Inisialisasi: register diset ke nilai 1000 Nilai register dimasukkan DAC dan dibandingkan dengan Vin Jika Vin<, register diset ½ nilai sebelumnya, jika Vin>, register dijumlah dengan nilai 0.5x(1111-nilai sebelumnya) Kembali ke step 2 sampai didapat Vin~V DAC

Visualisasi kerja ADC SAR ADC 4 bit, Tegangan output fullscale = 15V Input = 10.8 V 15V

Flash ADC R pembagi tegangan Untuk memberi referensi Masing-masing komparator komparator