4.10 FAN-OUT LOGIC GATES

 

FAN-OUT LOGIC GATES

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prinsip Kerja Rangkain

5. Prosedur Percobaan

6. Video 

7. Contoh Soal

8. Problem

9. Pilihan Ganda 

10. Link Download

1. TUJUAN

a. Memahami gerbang logika menggunakan aplikasi proteus
b. Membuktikan tabel gerbang logika dengan aplikasinya di proteus

2. ALAT DAN BAHAN

Alat :

a. Power Supply

Power supply atau catu daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik maupun elektronika lainnya.

b. Ground

Berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.

c. Amperemeter

Amperemeter adalah salah satu alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur seberapa besar kuat arus listrik yang terdapat pada sebuah rangkaian.

Bahan :

a. Logicstate

Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya.

b. Resistor

Digunakan untuk menghambat arus agar tidak terlalu besar.

Cara membaca resistor:

c. Transistor

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Spesifikasi Transistor:

 1. DC Current gain(hfe) maksimal 800 

 2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA

 3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V

 4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Data Sheet Transistor:

d. Switch

Saklar atau Switch adalah perangkat yang digunakan untuk memutuskan atau menghubungkan aliran arus listrik.

e. Gerbang NAND

Gerbang NAND adalah gabungan gerbang NOT dan AND mempunyai dua atau lebih sinyal masukan (input) tetapi hanya satu sinyal keluaran (output). IC 7400 merupakan ic yang dibangun dari gerbang logika dasar NAND. Gerbang NAND menghendaki semua inputnya bernilai 0 (terhubung dengan ground) atau salah satunya bernilai 1 agar menghasilkan output yang berharga 1.

Spesifikasi IC 7400:

·         Tegangan Suply: 7 V

·         Tegangan input: 5.5 V

·         Beroperasi pada suhu udara 0 sampai +70 derjat

·         Kiasaran suhu penyimpanan: -65 derjat sampai 150 derjat celcius 

Konfiugurasi pin:

-          Vcc : Kaki 14

-          GND : Kaki 7

-          Input : Kaki 1 dan 2, 4 dan 5, 13 dan 12, 10 dan 9

-          Output : Kaki 3, 6, 1

      f. LED

           Sebagai indicator.

   

g. Dioda

       

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. 

   .   3. DASAR TEORI

Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay). Logika merupakan dasar dari semua penalaran (reasoning). Untuk menyatukan beberapa logika, kita membutuhkan operator logika dan untuk membuktikan kebenaran dari logika, kita dapat menggunakan tabel kebenaran. Tabel kebenaran menampilkan hubungan antara nilai kebenaran dari proposisi atomik.

berlogika 1 dan 1

berlogika 1 dan 0

berlogika 0 dan 0

              Gerbang yang diterjemahkan dari istilah asing gate, adalah elemen dasar dari semua rangkaian yang menggunakan sistem digital. Semua fungsi digital pada dasarnya tersusun atas gabungan beberapa gerbang logika dasar yang disusun berdasarkan fungsi yang diinginkan. Gerbang -gerbang dasar ini bekerja atas dasar logika tegangan yang digunakan dalam teknik digital.Logika tegangan adalah asas dasar bagi gerbang-gerbang logika. Dalam teknik digital apa yang dinamakan logika tegangan adalah dua kondisi tegangan yang saling berlawanan. Kondisi tegangan “ada tegangan” mempunyai istilah lain “berlogika satu” (1) atau “berlogika tinggi” (high), sedangkan “tidak ada tegangan” memiliki istilah lain “berlogika nol” (0) atau “berlogika rendah” (low). Dalam membuat rangkaian logika kita menggunakan gerbang-gerbang logika yang sesuai dengan yang dibutuhkan. Rangkaian digital adalah sistem yang mempresentasikan sinyal sebagai nilai diskrit. Dalam sebuah sirkuit digital,sinyal direpresentasikan dengan satu dari dua macam kondisi yaitu 1 (high, active, true,) dan 0 (low, nonactive,false).” (Sendra, Smith, Keneth C) 

 

2. Resistor 

 

 Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.
 
 

Cara membaca nilai resistor
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.

Contoh pada resistor di atas nilai resistansi resistor adalah 134 Ohm.

Resistor Seri            Resistor Paralel
     

 

 

 3. LED

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.


Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Tegangan Maju LED

4. Transistor NPN (BC548 dan BC547)

Transistor PNP

Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

Transistor NPN

Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.

Transistor sebagai saklar
Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;
Rb = Vbe / Ib

Transistor sebagai penguat
Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.
DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)

 

4. PRINSIP KERJA RANGKAIAN

 gambar 4.38 a

Sesuai dengan teori, jika pada kaki 1 dan 2 berlogika 1 maka output akan berlogika 0, dan apabila kaki NAND salah satu atau semuanya berlogika 0 maka output akan berlogika 1. Jika kaki U1 A salah satu atau semuanya berlogika 0 maka output berlogika 1, maka arusnya mengarah kekanan disebut IOH, dan input juga mengarah kekakanan disebut IIH. Misalkan pada kaki NAND U1:B(5), U1:C(9) dan U1:D(12) diberi logicstate dengan berlogika 1. ketika U1B, U1C dan U1D semuanya berlogika 1 maka outputnya berlogika 0 sehingga tidak ada tegangan dan arus mengalir yang menyebabkan led mati atau jika pada kaki NAND U1:B(5), U1:C(9) dan U1:D(12) berlogika 0 maka output dari U1B, U1C dan U1D akan 1 sehingga LED akan menyala 

gambar 4.38 b

Jika kaki 1 dan 2 pada U1:A semuanya berlogika 1 maka outputnya berlogika 0, yang arusnya mengalir kekiri disebut IOL, dan input juga mengarah kekiri disebut IIL. Misalkan pada kaki NAND U1:B(5), U1:C(9) dan U1:D(12) diberi logicstate dengan berlogika 1. Ketika U1B, U1C dan U1D  salah satunya atau semuanya berlogika 0 maka output dari U1B, U1C dan U1D berlogika 1 sehingga adannya tegangan dan arus yang mengalir, yang menyebabkan LED menyala

gambar 4.39 a

Jika pada logicstate di Q1 berlogika 1 dan Logicstate di Q2 berlogika 0, maka akan ada tegangan sebesar 5V yang mengakibatkan transitor Q1 aktif, arus akan mengalir dari power supplay di collector terus menuju emitor dan ke dioda, dan menuju ke kaki emitor Q3, Q4,dan Q5 dan menuju ke collector dan menuju ke Ground

arus yang melewati R2 terus menuju kaki basis Q1 dan menuju emitor Q1 disebut dengan IOH arus yang mengalir di kaki emitor Q3, Q4,dan Q5 disebut dengan IIH.

gambar 4.39 b

Jika pada logicstate di Q1 berlogika 0 dan Logicstate di Q2 berlogika 1, maka akan ada tegangan sebesar 5V yang mengakibatkan transitor Q2 aktif, arus akan mengalir dari power supplay R3, R4, dan R5 di kaki basis Q3, Q4,dan Q5 terus menuju emitor dan terus menuju ke collector Q2 terus ke emitor Q2 dan ke ground arus yang mengalir di colecctor Q2 adalah IOL. Arus yang mengalir dari power supply R3, R4, R5 terus menuju ke kaki emitor Q3, Q4,dan Q5  disebut dengan IIL.

5. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan

2. Disarankan agar membaca datasheet setiap komponen

3. Cari komonen yang diperlukan di library proteus

4. Rangkai lah rangkaian sesuai gambar

5. Atur logicstate dan nilai resistor

6. Jalankan rangkaian

6. VIDEO

7. CONTOH SOAL

Suatu ragam logika tertentu memiliki spesifikasi arus masukan dan keluaran berikut:

1. Output maksimum arus HIGH-state   = 1 mA

2. Output maksimum arus LOW-state  = 20mA

3. Input maksimum arus HIGH-state = 50 uA

4. Input maksimum arus LOW-state = 2mA

Output dari inverter milik gerbang logika ini memberi input jam dari berbagai flip-flop pada

ke ragam yang sama. Berapa banyak flip-flop yang dapat digerakkan oleh keluaran inverter yang menyediakan sinyal ini? (data yang diberikan di atas diambil dari lembar data keluarga Schottky TTL)

Solusi :

a. HIGH-state fan-out = 1/0.05 = 20 dan LOW-state fan-out = 20/2 = 10

b. Karena nilai yang lebih rendah dari dua nilai fan-out adalah 10, keluaran inverter dapat menggerakkan maksimum 10 flip-flop.

8. PROBLEM

1. 

Dari gambar diatas kapankah terjadi IOL dan IIL ?

Jawab : yaitu ketika switch yang terhubung dengan gerbang logika NAND U1:A terhubung dengan power supply, dimana artinya kedua  inputnya akan berlogika 1. JIka kedua input dari gerbang logika berlogika 1, outputnya akan berlogika 0 (low). Sehingga arus outputnya akan low (IOL). Dan arus input pada input U1:B, U1:C, U1:D juga akan low (IIL)

2. Berdasarkan gambar no 1, kapankah terjadi  IOH dan IIH?

Jawab : yaitu ketika switch yang terhubung dengan gerbang logika NAND U1:A salah satu atau keduanya terhubung dengan ground, dimana artinya salah satu atau kedua  inputnya akan berlogika 0. JIka salah satu atau kedua input dari gerbang logika berlogika 0 , outputnya akan berlogika 1 (high). Sehingga arus outputnya akan high (IOH). Dan arus input pada input U1:B, U1:C, U1:D juga akan high (IIH)

9. PILIHAN GANDA

     1. Gerbang logika apa yang digunakan pada fun out logic gates ?

a.       NAND

b.      NOR

c.       OR

d.      AND

Jawaban : a

     2. Dilihat dari gambar kapan situasi rangkaian terdapat  IOH dan IIH  ?

a.       Ketika semua input dari U1:A berlogika  1

b.      Ketika semua input dari U1:B berlogika 1

c.       Ketika semua input dari U1:A berlogika 0

d.      Ketika salah satu input dari U1:A berlogika 0

Jawaban : C dan D

10. LINK DOWNLOAD

Datasheet resistor                    [download]

Datasheet LED                        [download]

Datasheet dioda                       [download]

Datasheet gerbang NAND      [download]

Datasheet transistor                 [download]

File rangkaian 1                       [download]

File rangkaian 2                       [download]

Video simulasi rangkaian 1     [download]

Video simulasi rangkaian 2     [download]

HTML                                      [download]