ADC (Analog to Digital Converter) : Pengertian & Prinsip Kerja Rangkaian

Pada artikel kali ini saya akan membahas ADC (Analog to Digital Converter) dimulai Pengertian, proses ADC, hingga Prinsip Kerja Rangkaian. Sebelumnya saya sudah pernah membahas ADC ini pada artikel Perbedaan 8 bit dan 10 bit ADC, namun untuk lebih memperjelas maka saya buatkan khusus pembahasan nya secara terpisah

Materi dasar ini juga cukup penting untuk dipahami mengingat sekarang sudah banyak IC yang dibuat khusus untuk kegunaan fungsi ADC ini, bahkan ada yang sudah terintegrasi dengan IC Microcontroller yang pasti mendukung aplikasi rangkaian yang lebih kompleks.

Pengeritan ADC (Analog to Digital Converter

ADC (Analog to Digital Converter) adalah sebuah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, jadi sinyal yang awalnya tidak bisa ditentukan nilai numeriknya menjadi sinyal yang mempunyai sifat numerik.

Sebenarnya dasar dari prinsip kerja ADC muncul dari pemikiran bahwa sinyal analog yang mempunyai jangka amplitude dari 0 volt sampai dengan tegangan puncak bisa dibagi rata menjadi beberapa potongan atau bagian. Nantinya setiap bagian potongan tersebut mewakili satu angka numerik atau digital.

Jadi dengan demikian dapat kita simpulkan bahwa semakin rapat range pembagian yang digunakan pada rangkaian ADC, maka keluaran yang didapatkan akan semakin baik dan mendekati sempurna.

Sehingga kemungkinan pembalikan kembali sinyal keluaran menjadi sinyal analog akan lebih bisa dilakukan. Tapi apabila penggunaan range nya lebih rapat, maka akan menjadi sia-sia karena hanya menuntut kegunaan yang lebih sederhana

Proses Tahapan pada ADC

Sebelum mengetahui prinsip kerja ADC, ada baiknya anda memahami dulu proses tahapan dari ADC. silahkan perhatikan gambar dibawah ini.

Dari gambar diatas terdapat tiga proses tahapan yang terjadi dalam ADC yaitu :

  1. Pencuplikan
  2. Pengkuantisasian
  3. Pengkodean

Mari kita bahas satu persatu ..

Pencuplikan

Pencuplikan adalah sebuah proses pengambilan suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu pada satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut:

Dari gambar diatas dapat kita pahami bahwa semakin besar frekuensi pen-cuplik-an, maka akan  semakin banyak data diskrit yang didapatkan. Dengan begitu maka akan semakin cepat ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.

Kuantisasi

Pengkuantisasian adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Pada matematika dan pemrosesan sinyal digital, Kuantisasi adalah proses pemetaan nilai input seperti nilai pembulatan.

Jadi semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, berarti semakin kecil selisih data diskrit yang didapatkan dari data analog. Dengan begitu maka semakin teliti ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.

Pengkodean

Pengkodean adalah meng-kode-kan data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.

X1 = 11, X2 = 11, X3 = 10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.

Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :

Data ADC = (Vin/Vref) x Maksimal Data Digital

            Vref adalah jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi, kemudian  maksimal data digital berkaitan proses ke-3 (peng-kode-an). Sedangkan proses ke-1 adalah seberapa cepat data ADC dihasilkan dalam satu kali proses.

Prinsip Kerja ADC

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran pada rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. ADC (Analog to Digital Converter) mempunyai 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi.

Kecepatan Sampling ADC

Pada ADC, Kecepatan sampling menyatakan “seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu”. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).

Resolusi ADC

Resolusi ADC menentukan “ketelitian nilai hasil konversi ADC”. Sebagai contoh: ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2n – 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit.

Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.

Prinsip Kerja Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter)

Untuk lebih memahami proses dan prinsip kerja dari ADC, saya akan berikan contoh rangkaiannya pada gambar dibawah.. Rangkaian adc ini memanfaatkan rangkaian pembanding op-amp sebagai rangkaian dasar. Dimana perbedaan yang sedikit pada kedua terminal input op-amp akan menghasilkan tegangan sebesar Vdd atau Vcc op-amp.

Rangkaian ADC ini hanya menghasilkan 2 (dua) digit keluaran. Namun anda bisa membuat rangkaian ADC dengan digit keluaran yang lebih banyak dan lebih rapat sesuai dengan keinginan dan kebutuhan anda.

Analisa dan Prinsip Kerja Rangkaian ADC

  1. Jika tegangan pada terminal input positif lebih besar dari pada terminal input negative maka keluaran adalah 9 volt (sesuai dengan Vdd), sedangkan jika tegangan pada terminal input negative lebih besar maka tegangan keluarannya adalah 0 volt (sesuai dengan Vcc).
  2. 3 (tiga) buah op-amp dengan tujuan setiap satu op-amp mewakili satu jangkah pembagian tegangan input.
  3. Pada tiap-tiap terminal negative input op-amp mendapatkan tegangan referensi yang ditentukan oleh pembagian tegangan antara R1, R2, R3 dan R4.
  4. R2, R3 dan R4 sengaja dibuat dengan nilai yang sama agar tegangan pada terminal negative (referensi) masing-masing op-amp membentuk jangkah atau range yang teratur.
  5. Masing-masing input positif op-amp digabung dan digunakan sebagai jalur input sinyal analog. Hal ini supaya posisi sinyal input analog tersebut bisa dibaca oleh op-amp, yang mana pada masing-masing terminal negative input op-amp tersebut sudah dipasang tegangan penentu.
  6. IC3 mewakili range tegangan terendah, kemudian dilanjutkan oleh IC2, IC1 mewakili range tertinggi.
  7. Tegangan pada terminal negative input IC3 adalah (R4 / (R1+R2+R3+R4)) x 9 volt.
  8. = (10K / 31,2K) x 9 volt = 2,89 volt.
  9. Tegangan pada terminal negative input IC2 adalah ((R3+R4) / (R1+R2+R3+R4)) x 9 volt = (20K / 31,2K) x 9 volt = 5.77 volt
  10. Tegangan pada terminal negative input IC1 adalah ((R2+R3+R4) / (R1+R2+R3+R4)) x 9 volt = (30K / 31,2K) x 9 volt = 8,65 volt
  11. Pada perhitungan tegangan referensi pada terminal negative input ke-tiga op-amp tersebut mempunyai delta atau jangkah tegangan 2.88 volt. Tegangan 2,88 volt inilah disebut sebagai jangkah tegangan referensi atau penentu. Jadi bisa disimpulkan bahwa rangkaian diatas akan membaca sinyal input analog :
    1. 0 sd 2,88 volt sebagai angka 0> 2,88 volt sd 5,77 volt sebagai angka 1> 5,77 volt sd 8,65 volt sebagai angka 2
    1. > 8,65 volt sebagai angka 3

Sekian untuk pembahasan Prinsip Kerja Rangkaian ADC (Analog to Digital Converter). Semoga bermanfaat..

Tinggalkan Balasan

Scroll to Top