Pengertian DAC, Fungsi, Cara Kerja Serta Rangkaianya

Baca Cepat Buka

Finoo.id –Pengertian DAC, Fungsi, Cara Kerja Serta Rangkaianya. Konverter Digital ke Analog (DAC) adalah sebuah rangkaian atau perangkat yang digunakan untuk mengubah sinyal digital yang berbentuk biner (0 dan 1) menjadi sinyal analog yang kontinu dalam bentuk arus atau tegangan. Sinyal digital terdiri dari kombinasi bit 1 dan 0 yang mewakili level tegangan tinggi dan rendah. Dengan kata lain, DAC mengubah bit-bit tersebut menjadi sinyal analog dalam bentuk tegangan atau arus listrik.

DAC, juga dikenal sebagai D2A atau D/2, sering digunakan dalam berbagai rangkaian atau perangkat elektronika untuk mengubah sinyal menjadi bentuk analog. Sinyal analog yang dihasilkan dapat digunakan untuk menggerakkan motor, mengontrol diafragma speaker, mengatur suhu, dan sebagainya.

Sebagai contoh, dalam sebuah komputer, file audio disimpan dalam bentuk nilai biner yang mewakili gelombang suara. Untuk memainkannya dan mendengarnya melalui speaker dalam bentuk suara, kita memerlukan sinyal analog. Hal ini karena speaker bergetar berdasarkan intensitas sinyal analog yang diterimanya untuk menghasilkan suara atau musik. Oleh karena itu, diperlukan rangkaian perantara seperti DAC yang berfungsi mengubah sinyal digital dari komputer menjadi sinyal analog untuk menghasilkan suara melalui speaker.

Gambar di bawah ini adalah diagram blok rangkaian DAC yang menggambarkan input digital n-bit yang diubah menjadi sinyal analog. Input digital terdiri dari d0, d1, dn-2, dn-1, sedangkan Va adalah keluaran tegangan analog.

Pengertian DAC (Digital to Analog Converter)

DAC (Digital to Analog Converter) adalah suatu rangkaian atau perangkat yang digunakan untuk mengubah sinyal digital dalam bentuk biner (0 dan 1) menjadi sinyal analog yang kontinu dalam bentuk arus atau tegangan.

Sinyal digital merupakan sinyal biner yang terdiri dari bit-bit yang mewakili kombinasi 1 dan 0 (level tegangan tinggi dan tegangan rendah).

Dengan kata lain, DAC, atau konverter digital ke analog, berfungsi untuk mengubah bit-bit tersebut menjadi sinyal analog dalam bentuk tegangan atau arus listrik. Istilah lain yang sering digunakan untuk DAC adalah D2A, D/2, atau penerjemah digital ke analog.

Sinyal analog yang dihasilkan oleh DAC umumnya digunakan untuk menggerakkan motor, mengendalikan diafragma speaker, mengatur suhu, dan berbagai fungsi lainnya pada rangkaian atau perangkat elektronika.

Sebagai contoh, pada komputer, file audio disimpan dalam bentuk nilai biner yang mewakili gelombang suara. Untuk memainkannya dan mendengarkannya melalui loudspeaker dalam bentuk suara, diperlukan sinyal analog.

Hal ini karena loudspeaker akan bergetar berdasarkan intensitas sinyal analog yang diterimanya untuk menghasilkan suara atau musik. Oleh karena itu, diperlukan suatu rangkaian perantara yang berfungsi mengubah sinyal digital dari komputer menjadi sinyal analog untuk menghasilkan suara melalui loudspeaker.

Fungsi DAC (Digital to Analog Converter)

Biasanya, DAC digunakan dalam perangkat digital pada bagian output untuk menghasilkan sinyal analog setelah sinyal sebelumnya diproses dalam bentuk digital.

Cara kerja DAC sesuai dengan namanya, yaitu Digital to Analog Conversion (Konversi Digital ke Analog), yang berfungsi utama untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Rangkaian DAC memiliki kompleksitas yang lebih sederhana dibandingkan rangkaian ADC.

Cara kerja DAC (Digital to Analog Converter)

Data digital dalam bentuk bit, di mana setiap bit bernilai 1 atau 0, mewakili bobotnya sesuai dengan posisi bit tersebut. Bobotnya adalah 2 pangkat n, di mana n adalah posisi bit dari sisi kanan dimulai dari 0.

Bobot Bit = 2^n
Contoh: Bobot Bit ke-4 dari kanan = 2^3 = 8

Bobot Bit dikalikan dengan nilai Bit. Karena bit dapat bernilai 0 atau 1, maka:

Nilai Bit 1 x Bobot Bit = 1 x 2^n = 2^n
Nilai Bit 0 x Bobot Bit = 0 x 2^(n-1) = 0

Selanjutnya, kita akan tambahkan bobot dari semua bit dengan nilai dalam bentuk bilangan biner 10011:

10011₂ = (1 × 2⁴) + (0 × 2³) + (0 × 2²) + (1 × 2¹) + (1 × 2⁰)
10011₂ = 16 + 0 + 0 + 2 + 1
10011₂ = 19

Metode yang telah dijelaskan di atas adalah cara kerja DAC dengan menambahkan bobot dari setiap bit yang sesuai dengan nilai binernya untuk menghasilkan nilai analog pada keluaran. Berikut ini penjelasan secara sederhana mengenai bagaimana suara yang disimpan dalam bentuk digital dapat dikonversikan menjadi sinyal analog yang dapat didengar oleh telinga kita:

Suara yang dihasilkan oleh perangkat audio berupa bentuk analog, sedangkan data input yang digunakan umumnya berupa format digital.

Konverter DAC memungkinkan audio tersebut diubah dari format digital, seperti file audio yang digunakan pada komputer dan perangkat elektronik lainnya, menjadi bentuk analog yang berupa tegangan atau arus yang dapat menggerakkan perangkat audio, seperti speaker.

DAC mengambil bilangan biner dari bentuk digital audio dan mengubahnya menjadi tegangan atau arus analog. Proses ini dilakukan secara berulang untuk seluruh bagian lagu atau audio yang diputar.

DAC menciptakan gelombang audio yang mewakili sinyal digital. Ini berarti DAC menghasilkan versi analog dari audio digital dalam “langkah-langkah” setiap pembacaan digital.

Sebelum menciptakan suara, DAC terlebih dahulu membuat tangga anak. Tangga anak ini menghasilkan gelombang yang memiliki “lompatan” kecil antara setiap pembacaan digital.

Untuk mengubah lompatan tersebut menjadi pembacaan analog yang halus dan kontinu, DAC menggunakan metode interpolasi. Interpolasi adalah teknik untuk menentukan nilai di antara dua titik yang berdekatan pada tangga anak dan mengisi nilai di antara keduanya.

Dengan demikian, suara yang dihasilkan menjadi lebih halus dan minim distorsi. DAC mengeluarkan tegangan yang telah dihaluskan ini dalam bentuk gelombang kontinu.

Jenis-Jenis DAC (Digital to Analog Converter)

Berikut ini adalah empat jenis DAC (Digital-to-Analog Converter) yang berbeda:

1. Segmented DAC

DAC Segmented menggunakan resistor yang terhubung secara seri atau paralel. Nilai tegangan yang dihasilkan oleh setiap resistor digabungkan untuk menghasilkan tegangan output yang akhir. Setiap resistor mewakili nilai tertentu dari bit biner. Dalam DAC Segmented, rentang tegangan input dibagi menjadi beberapa segmen yang terpisah, yang mewakili kombinasi bit biner yang berbeda.

2. Delta-Sigma DAC

Delta-Sigma DAC menggunakan teknik oversampling dan modulasi delta-sigma untuk menghasilkan sinyal analog yang akurat. DAC ini menggunakan konversi sigma-delta, yang melibatkan oversampling sinyal digital dan penggunaan umpan balik negatif untuk mengurangi kesalahan kuantisasi. Delta-Sigma DAC sering digunakan dalam aplikasi audio digital, termasuk pemrosesan suara dan pemutaran musik.

3. Binary Weighted Resistor D/A Converter Circuit

Binary Weighted Resistor DAC menggunakan serangkaian resistor dengan nilai bobot biner. Setiap resistor dalam rangkaian mewakili nilai bit biner yang berbeda. Tegangan output dihasilkan dengan menggabungkan tegangan yang dihasilkan oleh setiap resistor sesuai dengan bit biner input. Resistor dengan nilai bobot yang lebih tinggi memberikan kontribusi yang lebih besar terhadap tegangan output.

4. Binary ladder atau R-2R ladder D/A Converter Circuit

Binary ladder atau R-2R ladder DAC menggunakan rangkaian resistor dengan nilai bobot biner, seperti R (resistor) dan 2R. Resistor dengan nilai R memiliki resistansi yang sama, sementara resistor dengan nilai 2R memiliki dua kali lipat resistansi dari resistor R. Rangkaian ini menggunakan kombinasi resistor yang tepat untuk menghasilkan tegangan output berdasarkan input bit biner.

Rangkaian DAC (Digital to Analog Converter)

Rangkaian DAC pada dasarnya terdiri dari dua tipe utama, yaitu Binary-Weighted DAC dan R/2R Ladder DAC. Mari kita bahas kedua tipe tersebut di bawah ini.

1. Binary Weighted DAC

Suatu rangkaian Binary-Weighted DAC dapat disusun menggunakan beberapa resistor dan Operational Amplifier (Op-Amp) yang diatur sebagai penguat.

Secara prinsip, rangkaian DAC di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:

Resistor 20 kΩ digunakan untuk menjumlahkan arus yang dihasilkan oleh penutupan switch-switch D0 sampai D3.

Resistor-resistor ini kemudian diberi skala nilai yang sesuai dengan bobot biner (Binary Weighted). Ini akan menentukan jumlah arus yang akan dijumlahkan oleh resistor 20 kΩ.

Dengan menutup switch D0, arus sebesar 50 µA akan mengalir melalui resistor 20 kΩ, menghasilkan tegangan -1 V pada Vout.

Setiap penutupan switch akan menyebabkan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya terakumulasi.

Tabel di bawah ini menunjukkan nilai konversi dari nilai digital ke analog berdasarkan rangkaian Binary Weighted DAC di atas.

Dalam rangkaian ini, nilai digital diubah menjadi tegangan analog dengan menggunakan prinsip penjumlahan arus melalui resistor-resistor dengan bobot biner yang sesuai.

2. R/2R Ladder DAC

Selain Binary Weighted DAC, terdapat metode lain untuk konversi Digital ke Analog yang dikenal sebagai R/2R Ladder. Metode ini sering digunakan dalam IC DAC.

Dalam rangkaian R/2R Ladder, hanya diperlukan dua nilai resistor yang dapat digunakan dalam IC DAC dengan resolusi 8, 10, atau 12 bit.

Prinsip kerja rangkaian R/2R Ladder adalah sebagai berikut:

Informasi digital 4 bit masuk melalui switch D0 hingga D3. Setiap switch dapat berada dalam keadaan “1” (sekitar 5 V) atau “0” (sekitar 0 V).

Dengan mengatur switch, tegangan yang diberikan ke penguat penjumlah inverting akan berubah sesuai dengan nilai biner yang setara.

Misalnya, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0, dan D3 = 1, maka R1 akan berada dalam paralel dengan R5, menghasilkan 10k.

Kemudian 10k ini akan berada dalam seri dengan R6 = 10k, menghasilkan 20k. Nilai 20k ini akan berada dalam paralel dengan R2, menghasilkan 10k, dan seterusnya dengan R7, R3, dan R8. Dengan demikian, rangkaian tersebut akan memiliki ekivalen seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sehingga, tegangan output analog dari rangkaian R/2R Ladder DAC di atas dapat dihitung menggunakan persamaan yang diberikan.

Tegangan output yang diperoleh dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversi dari rangkaian R/2R Ladder DAC akan ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

Baca Juga :

Penutup

Sebagai penutup, DAC atau Digital to Analog Converter memegang peran yang sangat penting dalam kehidupan digital kita sehari-hari.

Sebagai penghubung antara dunia digital dan analog, DAC mengubah informasi digital menjadi sinyal analog yang dapat kita tangkap dan nikmati.

Mulai dari mendengarkan musik hingga menonton film, hingga aktivitas sehari-hari lainnya seperti menjalankan perangkat keras komputer, penggunaan DAC tidak bisa kita hindari.

Dengan pemahaman yang lebih baik tentang apa itu DAC dan bagaimana cara kerjanya, kita dapat lebih menghargai teknologi ini yang sering kali dianggap remeh.

Semoga artikel finoo.id ini mampu memberikan wawasan baru dan memperluas pemahaman kita semua tentang DAC dan pentingnya dalam dunia teknologi saat ini.