LAPORAN PRAKTIKUMELEKTRONIKA II

Modul Praktikum : Digital ICs: AND, OR Gates

Nama: Chandra DarmawanNPM: 1306443072Rekan kerja: Affan HifzhiKelompok: 16Hari: RabuTanggal: 25 Februari 2014Modul ke: 1

Laboratorium ElektronikaDepartemen FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas IndonesiaDepok2015

MODUL 1DIGITAL ICs: AND, OR GATES

A. TUJUAN1. Mengetahui bagaimana karakteristik dan simbol-simbol dari gerbang AND dan gerbang OR.2. Menentukan secara eksperimen tabel kebenaran dari kombinasi gerbang AND dan gerbang OR.3. Menentukan secara eksperimen table kebenaran dari kombinasi gerbang AND/OR.

B. ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN Power supply : +5 V Multimeter digital IC : 7408, 7432 Logic breadboard Saklar 3 SPDT Dll.

C. TEORI DASARDalam percobaan-percobaan kali ini, kita bekerja dengan menggunakan IC linier. Dalam percobaan berikutnya, kita akan mempelajari berbagai IC digital. IC digital merupakan rangkaian logika, yang menyusun bagian-bagian dari computer dan kalkulator digital. Dasar dari rangkaian digital lebih sederhana dan mengenalkan kita lebih mendalam tentang berbagai IC digital.Rangkaian LogikaDalam elektronik digital, gerbang merupakan rangkaian logika dengan satu keluaran dan satu atau lebih masukan; sinyal keluaran terjadi untuk kombinasi dari beberapa sinyal masukan tertentu. Pada percobaan ini, kita menguji gerbang AND dan gerbang OR.Rangkaian logika dapat berada dalam dua keadaan, yaitu on atau off, high atau low, termagnetisasi atau tidak termagnetisasi, dan sebagainya. Sebuah saklar merupakan contoh sederhana dari perangkat dengan dua kondisi diatas.Gerbang ANDGambar 1.1 menunjukkan rangkaian diode dengan saklar masukan dan hambatan beban sebesar 100 k. Tegangan masukan sebesar +5 V. Ketika saklar berada dalam posisi ground, diode akan mengalami bias maju dan teraproksimasikan sebesar 0,7 V melintas melalui diode. Karena itu, tegangan keluarannya rendah ketika masukannya rendah.Di sisi lain, ketika saklar berada pada +5 V, tegangan total yang melalui kombinasi diode dan resistor bernilai nol. Sebagai hasilnya, diode tidak dikonduksikan. Semenjak tidak ada arus yang yang melalui hambatan beban, keluaran menghentikan tegangan sumber. Dengan kata lain, keluarannya tinggi (+5 V) ketika masukannya tinggi.

Gambar 1.1 Dioda bias maju yang berperan sebagai saklar tertutup.

Gambar 1.2 Gerbang AND. (a) Rangkaian diode; (b) dua masukan; (c) tiga masukan; (d) empat masukan.Sekarang perhatikan dua buah input pada gerbang AND dari Gambar 1.2a. Ketika kedua saklar berada dalam posisi ground, kedua diode terkonduksi dan keluarannya rendah. Jika S1 adalah saklar yang terhubung pada +5 V dan S2 berada dalam posisi ground, maka keluarannya tetap rendah karena D2 tetap berkonduksi. Sebaliknya, jika S1 berada dalam posisi ground dan S2 terhubung dengan +5 V, diode D1 terkonduksikan dan keluaranya tetap rendah.Salah satu cara untuk menjadikan keluarannya tinggi dengan gerbang AND adalah dengan menjadikan semua masukannya tinggi. Jika S1 dan S2, keduanya berada pada +5 V, diodanya tidak akan terkonduksikan. Dalam hal ini, keluarannya menghentikan sumber tegangan karena tidak ada arus yang melalui hambatan beban. Dengan menambah lebih banyak diode dan saklar, kita bisa mendapatkan tiga masukan gerbang AND, empat input gerbang AND, dan sebagainya. Bagaimapun juga, berapa pun masukan dari gerbang AND, hasilnya tetaplah sama karena ketika semua masukannya tinggi maka keluarannya pun tinggi, ketika semua masukannya rendah maka keluarannya pun rendah.Transistor, MOSFET, dan berbagai perangkat lain bisa juga digunakan dalam konstruksi dari gerbang AND. Gambar 1.2b menunjukkan simbol untuk tiga masukan gerbang AND, ementara 1.2c menunjukkan masukan gerbang AND. Seluruh percobaan pada gerbang AND ini dapat disimpulkan seperti ini : Semua masukan harus tinggi untuk memperoleh keluaran yang tinggi.Tabel Kebenaran untuk Dua Masukan Gerbang ANDInputOutput

AB

LowLowLow

LowHighLow

HighLowLow

HighHighHigh

Seluruh percobaan dalam rangkaian logika biasanya diringkas dalam bentuk table kebenaran. Tabel tersebut menunjukkan hasil keluaran untuk semua kombinasi sinyal masukan. Tabel 1.1 menunjukkan table kebenaran dari dua masukan gerbang AND.

Tabel 1.1 Dua masukan gerbang ANDBiner berarti dua. Komputer menggunakan sistem bilangan biner. Meskipun terdapat digit 0 sampai 9, sistem bilanganbiner hanya memiliki digit 0 dan 1. Inilah yang memudahkan perangkat elektronik digital dimana sinyal yang dibaca hanya berupa sinyal tinggi atau rendah, saklarnya terbuka atau tertutup, lampunya menyala atau tidak, dan sebagainya. Dalam percobaan kita, kita akan menggunakan logika positif; ini berarti bilangan biner 0 menyatakan keadaan rendah dan bilangan biner 1 menyatakan keadaan tinggi. Tabel 1.2 adalah table kebenaran dari dua masukan gerbang AND yang biasa ditunjukkan. Ini memberikan informasi yang sama dengan Tabel 1.1, kecuali penggunaan kode biner dimana 0 adalah rendah dan 1 adalah tinggi.

InputOutput

AB

000

010

100

111

Tabel 1.2 Dua masukan gerbang AND

Persamaan Boolean untuk AND memiliki fungsi sebagai berikut : X = A . B Atau X = AB

Gerbang OR dan Tabel KebenarannyaGambar 1.3a menunjukkan dua masukan gerbang AND. Ketika kedua saklar dalam posisi ground, diodanya tidak akan terkonduksi, dan keluarannya rendah. Jika salah satu saklarnya disetkan +5 V, maka diodanya mengalami konduksi dan keluarannya mendekati +4.3 V. Faktanya, kedua saklarnya dapat bernilai +5 V dan keluarannya akan bernilai sekita +4.3 V. (Diodanya diparalelkan).

Gambar 1.3 Gerbang OR. (a) Rangkaian diode; (b) dua masukan; (c) tiga masukan; (d) empat masukan.Oleh karena itu, jika salah satu masukannya tinggi atau jika kedua masukannya tinggi, maka keluarannya tinggi. Tabel 1.3 menyimpulkan operasi dari dua masukan gerbang OR dalam bentuk bilangan biner 0 ddan 1. Seperti yang bisa kita lihat, bila kedua masukan rendah, maka keluarannya pun rendah. Jika salah satu masukannya tinggi, maka keluarannya pun tinggi. Jika kedua masukannya tinggi, maka keluarannya pun pasti tinggi. InputOutput

AB

000

011

101

111

Tabel 1.3 Dua masukan gerbang OR

Tidak seperti gerbang AND dimana semua masukannya harus tinggi untuk mendapatkan keluaran yang tinggi, gerbang OR memiliki keluaran tinggi bila ada masukan yang tinggi.Gambar 1.3b menunjukkan symbol dari dua masukan gerbang OR. Dengan menjumlahkan dioda-dioda yang ada pada gerbang, kita bisa menghasilkan tiga masukan gerbang OR, empat masukan gerbang OR, dan sebagainya. Gambar 1.3c dan d menunjukka skema symbol untuk tida dan empat masukan gerbang OR untuk setiap design.Persamaan Boolean untuk OR memiliki fungsi sebagai berikut : X = A + B

Kombinasi Gerbang AND-ORKombinasi dari gerbang AND dan OR mungkin bisa digunakan untuk menunjukkan operasi logika yang kompleks dalam computer. Gambar 1.4 merupakan contoh dari kombinasi gerbang AND dan OR. Untuk menganalisa rangkaian ini, berdasarkan apa yang terjadi untuk seluruh masukan yang memungkinkan dengan kondisi awal seluruhnya rendah, salah satu rendah, dan sebagainya. Secara langsung, bila semua masukan rendah, gerbang AND pun akan memiliki keluaran rendah; karena hal inilah, kedua masukan pada gerbang OR rendah dan keluaran akhirnya rendah. Ini adalah bagian pertama yang ditunjukkan pada Table 1.4.

Gambar 1.4 Gerbang AND-ORSelanjutnya, berdasarkan A rendah, B rendah, dan C tinggi. Gerbang OR memiliki masukan tinggi; karena itu, keluaran akhirnya tinggi. Ini adalah bagian kedua yang ditunjukkan dalam Tabel 1.4. Dengan menganalisa kombinasi masukan awal, kita bisa mendapatkan beberapa entry data yang ditunjukkan dalam table kebenaran. (Kita sebaiknya menganalisa entri data selanjutnya).InputOutput

ABC

0000

0011

0100

0111

1000

1011

1101

1111

Tabel 1.4 Gerbang AND-OR

Gerbang ICSaat ini, kebanyakan rangkaian logika tersedia dalam IC. Transistor-transistor Logika (TTL) tersedia secara komersial semenjak 1964. Sejak itu, TTL menjadi sangat popular dalam keluarga IC digital. Pada percobaan ini, kita akan bekerja dengan menggunakan gerbang TTL.

Gambar 1.5 (a) Quad dua masukan gerbang AND; (b) quad dua masukan gerbang OR.Gambar 1.5a menunjukkan IC 7408, salah satu jenis IC yang termasuk dalam TTL. Seperti yang bisa kita lihat, paket dual in line ini berisi empat gerbang AND. Dengan alasan ini, IC 7408 disebut quad dua masukan gerbang AND. Perhatikan bahwa pin 14 adalah sumber pin. Untuk membuat perangkat TTL ini bekerja selayaknya, sumber tegangan harus berada diantara +4.75 V dan +5.25 V. Hal inilah mengapa +5 V merupakan tegangan sumber yang umumnya terdapat pada seluruh perangkat TTL. Perhatikan pula pin 7, merupakan ground yang umumnya terdapat pada chip. Sementara pin-pin lainnya adalah masukan dan keluaran.Empat gerbang AND saling bebas terhadap satu sama lain. Dengan kata lain, gerbang-gerbang tersebut dapat berhubungan satu sama lain atau dengan perangkat TTL lainnya seperti quad dengan dua masukan gerbang OR yang ditunjukkan dalam Gambar 1.5b. Selanjutnya, perhatikan pin 14 terhubung dengan sumber tegangan dan pin 7 dengan ground.

Persamaan BooleanAljabar Boolean merupakan aljabar khusus yang digunakan dalam rangkaian logika. Dalam aljabar Boolean, variable-variabelnya bisa hanya memiliki satu dari dua nilai : 0 atau 1. Hal lainnya adalah bahwa perbedaan antara aljabar Boolean memiliki arti tanda tambah dan kali. Dalam aljabar Boolean, tanda (+) berarti operasi OR. Secara langsung, bila masukan pada gerbang OR adalah A dan B, maka keluarannya Y adalah Y = A + BOperasi AND memiliki tanda ( ), karena itu keluarannya dinyatakan sebagai berikut :Y = A . BAtau secara sederhananyaY = ABTanda-tanda tersebut dapat digabungkan untuk mendeskripsikan berbagai rangkaian logika. Secara ringkas, gerbang AND dalam Gambar 1.4 dapat dinyatakan dalam aljabar Boolean sebagai AB. Sumber keluaran satu masukan dengan gerbang OR yang keluarannya (keluaran akhir rangkaian) adalah :Y = AB + C

Ringkasan

1. Elektronik digital dengan tegangan hanya satu dari dua keadaan, baik tinggi atau rendah.2. Rangkaian digital disebut rangkaian logika karena kombinasi tertentu dari input menentukan output. 3. Dalam logika positif, biner 0 mewakili tegangan rendah dan biner 1 adalah tegangan tinggi. 4. Rangkaian logika paling sederhana adalah dua-input gerbang OR dan dua-input gerbang AND.5. Semua input harus tinggi untuk mendapatkan output yang tinggi dari gerbang AND. 6. Sebuah gerbang OR memiliki output tinggi jika input tinggi. 7. Tabel kebenaran adalah ringkasan singkat dari semua kombinasi input/output. 8. TTL adalah kelompok yang paling populer dari IC digital.

D. PROSEDUR PERCOBAAN1. Gerbang ANDa. Menghubungkan rangkaian seperti Gambar 1.7. (Ingat untuk menghubungkan pin 14 ke +5 V dan pin 7 ke ground)

Gambar 1.7 Rangkaian Gerbang ANDb. Mengatur switch yang diperlukan untuk mendapatkan kombinasi input yang berbeda ditunjukkan dalam Tabel 1.6. Mencatat hasil keadaan output sebagai 0 atau 1 untuk setiap kemungkinan masukanInputOutputY

AB

00

01

10

11

Gambar 1.6 Tabel Kebenaran Gerbang AND

2. Gerbang ORa. Menghubungkan rangkaian seperti Gambar 1.8.

Gambar 1.8 Rangkaian Gerbang ORb. Tabel 1.7. Mencatat hasil sebagai 0s atau 1s. Jelaskan alasan-alasan perbedaan antara Tabel 1.6 dan 1.7!inputOutputY

AB

00

01

10

11

Gambar 1.7 Tabel Kebenaran Gerbang OR3. Kombinasi Gerbang AND-ORa. Menghubungkan rangkaian seperti Gambar 1.9

Gambar 1.9 Rangkaian Kombinasi Gerbang AND-OR

b. Mengatur switch untuk setiap masukan yang ditunjukkan pada Tabel 1.8. Mencatat hasil keadaan output sebagai 0s atau 1s InputOutputY

ABC

000

001

010

011

100

101

110

111

Gambar 1.8 Tabel Kebenaran Rangkaian AND-ORc. Merancang sebuah rangkaian tiga-input dengan kombinasi gerbang untuk mendapatkan output yang tinggi hanya ketika semua input tinggi. Menggambarkan rangkaiannya.d. Menguji rangkaian secara eksperimental. Mencatat hasilnya pada tabel kebenaran. Apa ekspresi boolean untuk rangkaian ini? e. Merancang empat-input gerbang OR menggunakan setiap kombinasi gerbang. Menggambarkan rangkaiannyaf. Menguji rangkaian secara eksperimental. Mencatat hasilnya pada tabel kebenaran. Apa ekspresi boolean untuk rangkaian ini?

E. SIMULASI1. Gerbang ANDS1 = 0 dan S2 = 0S1 = 0 dan S2 = 1

S1 = 1 dan S2 = 0S1 = 1 dan S2 = 1

2. Gerbang ORS1 = 0 dan S2 = 0 S1 = 0 dan S2 = 1

S1 = 1 dan S2 = 0S1 = 1 dan S2 = 1

3. Kombinasi Gerbang AND-ORS1 = 0, S2 = 0, dan S3 = 0S1 = 0, S2 = 0, dan S3 = 1

S1 = 0, S2 = 1, dan S3 = 0S1 = 0, S2 = 1, dan S3 = 1

S1 = 1, S2 = 0, dan S3 = 0S1 = 1, S2 = 0, dan S3 = 1

S1 = 1, S2 = 1, dan S3 = 0S1 = 1, S2 = 1, dan S3 = 1

F. TUGAS PENDAHULUAN1. Apakah rangkaian digital sama dengan rangkaian linear? Digital circuit tidak sama dengan linear circuit.Rangkaian DigitalRangkaian Linear / Analog

Bersifat diskritBersifat kontinyu

Tidak dapat dikembalikan ke bentuk asliDapat dikembalikan ke bentuk asli

Sulit diubah-ubahMudah diubah-ubah

Mudah terganggu oleh noiseTidak mudah tergangggu

2. Pada tiga input gerbang AND, semua inputnya harus tinggi untuk mendapat output yang tinggi. 3. Pada empat input gerbang OR, satu input harus tinggi untuk mendapat output yang tinggi.4. Dengan logika positif, sebuah biner 0 mewakili bagian rendah dan sebuah biner 1 mewakili bagian tinggi.5. TTL adalah keluarga paling popular dari IC digital, 2 contoh yaitu 7408 dan 7432. Yang pertama adalah quad 2 input gerbang AND dan kedua adalah quad 2 input gerbang OR. 6. Tegangan pada TTL sebesar +5 V7. Berdasarkan Gambar 1.6, lengkapilah Tabel 1.5 dibawah ini.

Gambar 1.6

InputOutputY

ABCDE

100000

111001

101101

000011

011000

000111

Tabel 1.5

8. Apa persamaan Boolean pada gambar 1.6?

Y = (ABC) + D + E