4.13 SOME COMMON APPLICATIONS OF LOGIC GATES

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

    a. Alat

    b. Bahan

3. Dasar Teori

    a. Materi

    b. Bahan

4. Percobaan

    a. Prosedur Percobaan

    b. Rangkaian Simulasi

    c. Video

    d. Download File

5. Example

6. Problem

7. Multiple Choice

1. Tujuan [KEMBALI]

1. Mengetahui dan memahami pengaplikasian dari gerbang OR, AND, EX-OR/EX-NOR, dan Inverter.

2. Memahami manfaat penggunaan dari gerbang logika.

3. Mampu membuat pengaplikasian gerbang logika lainnya.

2. Alat dan Bahan [KEMBALI]

    a. Alat [KEMBALI]

        1. Logic State Source

        2. Logic State Indicator

    b. Bahan [KEMBALI]

        1. Resistor

        Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

• Spesifikasi :

- Pada umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.

- Pada gelang terakhir merupakam toleransi dari nilai resistansi.

- Daya standar : 1/4 Watts, 1/8 Watts, ½ Watt, 1 Watts, 2 Watts.

        2. Kapasitor

        Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan tegangan listrik sementara.

        3. Kristal Osilator

        Kristal osilator berfungsi untuk menghasilkan sinyal listrik dengan frekuensi yang akurat.

• Spesifikasi :

- 18pF of Load Capacitance

- Frequency Tolerance(Ƹf/f) range is ± 30ppm

- Frequency Temperature Stability range is ±50ppm

- Resonance Resistance 40ohms (max)

- Oscillation mode: Fundamental mode

- Shunt Capacitance less than 7pF

- Drive Level less than 100µW

- Operating Temperature Range: -20 to + 70°C

- Operable Temperature Range: -25 to + 85°C

- Storage Temperature Range: -55 to + 125°C

- Insulation Resistance: 500 M ohms

        4. OR Gate

  

• Spesifikasi :

- Dual Input IC with 4 OR Gates with an operating voltage range from 3V to 18V
- Fully Static and Medium Speed Operation: with tPHL, tPLH = 60ns (typ) at 10V
- DC input current: ±10mA
- High-Voltage Type (20V Rating)
- Power Dissipation: 500mW
- Maximum propagation delay is 250ns.
- Standard symmetric output
- Minimum logic Low and High voltage @+5V is1.5V and 3.5V
- Maximum Transition Time is 200ns

        5. AND Gate

• Spesifikasi :

- Rentang tegangan operasi IC adalah 4,75 - 5,25 Volt. Tegangan yang direkomendasikan untuk IC harus 5 volt tetapi IC dapat menahan maksimum 7 volt.

- IC memberikan arus maksimum 8mA pada outputnya.

- IC 74LS08 memiliki waktu Rise and Fall 18ns.

- Ini dapat beroperasi dalam kisaran suhu dari 0 hingga 70 derajat tetapi juga memiliki kemampuan untuk menyimpan suhu -65 hingga 150 derajat.

        6. EX-OR Gate

• Spesifikasi :

- Tegangan catu daya untuk IC adalah 4,75 hingga 5,25. Daya dapat maksimal hingga 7V.

- Arus keluaran untuk status TINGGI adalah -0.4mA dan untuk status RENDAH adalah 8.0mA

- IC dapat bekerja dalam kisaran suhu 0 hingga 70 derajat.

- Rentang tegangan input untuk status TINGGI adalah minimal 2.0 dan 0.8 untuk status RENDAH.

- Dioda penjepit input dapat melindungi hingga 1.5V.

- IC memiliki waktu tunda Propagasi untuk status TINGGI adalah 22ns dan untuk status LOW adalah 17ns.

        7. EX-NOR Gate

• Spesifikasi :

- Tegangan operasi untuk IC I +4.75 hingga +5.25. Pasokan dapat diperpanjang hingga 7V.
- Arus maksimum yang dapat ditarik dari output gerbang adalah 8mA.
- Rentang perlindungan ESD maksimum untuk IC adalah 3,5KV.
- Waktu naik dan turun tipikal untuk IC adalah sekitar 15ns.
- Suhu operasi IC dari 0 hingga 70 derajat dan kisaran suhu penyimpanan -65 hingga 150 derajat.

        8. Inverter

• Spesifikasi :

- Rentang tegangan suplai untuk IC adalah 4,75V hingga 5,25. Dapat ditingkatkan hingga 7V. Lebih dari 7V dapat membuat IC terbakar dengan mudah.

- Waktu naik dan turun maksimum lebih cepat untuk sebagian besar pengontrol perangkat TTL lainnya. - Itu bisa naik dan turun maksimal di 15ns

- Tegangan operasi IC adalah 0 hingga 70 derajat.

- IC 74LS04 dapat menarik arus keluaran 8mA pada setiap gerbang. Ini adalah rentang maksimal, lebih banyak dapat merusak IC.

        9. Op-Amp

• Konfigurasi Pin :

Pin Number	Pin Name	Description
1 , 5	OFFSET NULL	Pin used for remove the offset voltage and balance input voltage.
2	INPUT-	Inverting signal Input
3	INPUT+	Non-Inverting signal Input
4	V-	Ground or Negative Supply Voltage
6	OUTPUT	Output of op amp
7	V+	Positive Supply Voltage
8	NC	Not connected

 

3. Dasar Teori [KEMBALI]

    a. Materi [KEMBALI]

4.13.1 OR Gate

        Gerbang OR dapat digunakan dalam semua situasi di mana terjadinya salah satu atau lebih dari satu kejadian perlu dideteksi atau ditindaklanjuti. Salah satu contohnya adalah pabrik industri di mana salah satu atau lebih dari satu parameter yang melebihi nilai pembatas yang telah ditetapkan akan menyebabkan inisiasi beberapa jenis tindakan protektif. 

        Gambar 4.48 menunjukkan skema tipikal di mana gerbang OR digunakan untuk mendeteksi keduanya suhu atau tekanan melebihi nilai ambang batas yang telah ditetapkan dan menghasilkan sinyal perintah yang diperlukan untuk sistem.

4.13.2 AND Gate

        Gerbang AND biasanya digunakan sebagai gerbang ENABLE atau INHIBIT untuk mengizinkan atau melarang lewatnya data dari satu titik ke titik lainnya di sirkuit. 

        Salah satu aplikasi yang memungkinkan operasi ini misalnya adalah dalam pengukuran frekuensi bentuk gelombang berdenyut atau lebar gelombang berdenyut yang diberikan dengan bantuan penghitung. Dalam kasus pengukuran frekuensi, denyut nadi dengan lebar yang diketahui digunakan untuk mengaktifkan bagian dari bentuk gelombang berdenyut ke input jam penghitung. Dalam kasus pengukuran lebar gelombang berdenyut, denyutan digunakan untuk mengaktifkan lewatnya input jam ke penghitung.

4.13.3 EX-OR/EX-NOR Gate

        Gerbang logika EX-OR dan EX-NOR biasanya digunakan dalam pembuatan keseimbangan dan rangkaian pemeriksaan. Gambar 4.50 (a) dan (b) masing-masing menunjukkan rangkaian generator paritas genap dan ganjil untuk data empat-bit. Sirkuit cukup jelas. 

        Operasi pemeriksaan paritas juga dapat dilakukan oleh sirkuit serupa. Gambar 4.51 (a) dan (b) masing-masing menunjukkan sirkuit cek paritas genap dan ganjil sederhana untuk aliran data empat-bit. Di sirkuit ditunjukkan pada Gambar 4.51, logika '0' pada output menandakan paritas yang benar dan logika '1' menandakan satu-bit kesalahan. Sirkuit parity generator / checker tersedia dalam bentuk  IC. 74180 di TTL dan 40101 di CMOS adalah IC generator / pemeriksa paritas genap / ganjil sembilan-bit. Generasi paritas dan sirkuit pengecekan lebih jauh dibahas dalam Bab 7 tentang sirkuit aritmatika.

4.13.4 Inverter

        Inverter CMOS biasanya digunakan untuk membangun osilator gelombang persegi untuk menghasilkan sinyal clock. Generator jam ini menawarkan stabilitas yang baik, pengoperasian pada rentang tegangan suplai yang luas (3–15 V) dan rentang frekuensi (1 Hz hingga lebih dari 15 MHz), konsumsi daya rendah dan antarmuka yang mudah ke lainnya keluarga logika.

        Rangkaian yang paling mendasar adalah konfigurasi cincin dari sejumlah inverter ganjil. Gambar 4.52 menunjukkan satu rangkaian seperti itu menggunakan tiga inverter. Gerbang pembalik seperti gerbang NAND dan NOR juga bisa digunakan sebagai gantinya. Konfigurasi ini tidak menjadikan rangkaian osilator praktis sebagai frekuensinya osilasi sangat rentan terhadap variasi suhu, tegangan suplai, dan pembebanan eksternal. Itu frekuensi osilasi diberikan oleh persamaan

f = 1/(2nt_p)

dimana n adalah jumlah inverter dan t_p adalah penundaan propagasi per gerbang.

        Gambar 4.53 (a) menunjukkan rangkaian osilator praktis. Frekuensi osilasi dalam kasus ini diberikan dengan Persamaan (4.13) (siklus kerja bentuk gelombang sekitar 50%):

f = 1/2C(0.405 R_eq + 0.693 R₁)

dimana persamaan Req = R1.R2/(R1 + R2)

        Gambar 4.53 (b) menunjukkan rangkaian lain yang menggunakan dua inverter, bukan tiga inverter. Frekuensi osilasi rangkaian ini diberikan oleh persamaan

f = 1/2.2RC

        Sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar 4.53 tidak peka terhadap variasi tegangan suplai seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.52.

        Gambar 4.54 menunjukkan sirkuit lain yang dikonfigurasi di sekitar inverter Schmitt tunggal. Itu kapasitor mengisi (ketika output TINGGI) dan melepaskan (ketika output RENDAH) antara dua tegangan ambang batas. Frekuensi osilasi, bagaimanapun, sensitif terhadap variasi tegangan suplai. Itu diberikan oleh persamaan :

f = 1/RC

        Gambar 4.55 menunjukkan osilator kristal yang dikonfigurasi di sekitar inverter tunggal sebagai elemen aktif. Angka ganjil apapun dari inverter dapat digunakan. Sejumlah besar inverter membatasi frekuensi tertinggi yang dapat dicapai osilasi ke nilai yang lebih rendah.

    b. Bahan [KEMBALI]

    a. Resistor 

    Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

• Cara menentukan nilai resistor :

        Cara menghitung nilai dari resistor yaitu dengan melihat warna pita dari resistor tersebut. Umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.

    

• Rumus :

    b. Kapasitor

        Dalam sebuah rangkaian prinsip kerja kapasitor adalah dengan mengalirkan elektron menuju kapasitor. Sifat kapasitor yang dapat menyimpan muatan digunakan sebagai tempat untuk mengalirkan elektron tersebut. Pada saat kapasitor telah terisi penuh dengan elektron, maka tegangan akan mengalami perubahan. Kemudian elektron akan keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan reaktif suatu rangkaian.

    c. Kristal

        Rangkaian osilator kristal biasanya bekerja berdasarkan prinsip efek piezoelektrik terbalik. Medan listrik yang diterapkan akan menghasilkan deformasi mekanis pada beberapa material. Dengan demikian, ia menggunakan resonansi mekanik kristal bergetar, yang dibuat dengan bahan piezoelektrik untuk menghasilkan sinyal listrik dari frekuensi tertentu.

        Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC.

    d. IC OP-AMP

        Op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.

    1) Detektor Inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT (Upper Threshold Voltage) atau VLT (Lower Threshold Voltage) maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. Misalkan tegangan output  VO = +Vsat seperti gambar di atas maka dapat dihitung tegangan ambang atas VUT:

    Misalkan tegangan output  VO = -Vsat maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VLT:

• Karakteristik I/O :

• Bentuk Gelombang I/O :

    2) Detektor Non-Inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat. Misalkan tegangan output VO = +Vsat seperti gambar di atas maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT:

    Misalkan tegangan output  VO = -Vsat maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT:

• Karakteristik I/O :

• Bentuk Gelombang I/O :

4. Percobaan [KEMBALI]

    a. Prosedur Percobaan [KEMBALI]

1. Siapkan alat dan bahan pada software proteus.
2. Rangkailah alat dan bahan pada breadboard seperti gambar.

3. Hubungkan semua komponen sesuai dengan masing-masing gambar.
4. Hubungkan logic state source ke pin input logic gates sebanyak jumlah pinnya.
5. Hubungkan logic state indicator (logic probe) ke pin output logic gates.
6. Beri judul rangkaian dan judul pada logic gates.
7. Simulasikan rangkaian, dan amati outputnya.

    b. Rangkaian Simulasi [KEMBALI]

• Prinsip Kerja :

1. Application of an OR Gate

    - Jika sensor temperature atau sensor pressure mendeteksi suhu dan tekanan pada pabrik industri berjalan normal, maka bisa dikatakan kedua sensor berlogika '0', sehingga arus dari sensor akan masuk ke rangkaian comparator, sehingga tegangan yang dikeluarkan dari sensor akan dibandingkan dengan tegangan pada referensi. Karena Vo < Vref maka arus tidak dialirkan, sehingga perintah untuk mematikan mesin tidak dijalankan.

    - Jika (salah satu ata kedua) sensor temperature atau sensor pressure mendeteksi suhu dan tekanan pada pabrik industri berjalan melebihi batas normal, maka bisa dikatakan kedua sensor berlogika '1', sehingga arus dari sensor akan masuk ke rangkaian comparator, sehingga tegangan yang dikeluarkan dari sensor akan dibandingkan dengan tegangan pada referensi. Karena Vo > Vref maka arus akan dilanjutkan ke gerbang OR, dimana pada gerbang ini jika salah satu atau kedua inputnya berlogika '1' maka outputnya pun akan berlogika '1' atau aktif, sehingga perintah untuk mematikan mesin dijalankan.

2. Application of an AND Gate

    - Input pada rangkaian ini adalah clock dan gating pulse yang akan dihubungkan ke gerbang AND sebagai gerbang enable dan kemudian dihubungkan ke input jam atau penghitung. Input clock dan gating pulse sangat mempengaruhi aktifnya gerbang enable.

3. Application of an EX-OR/EX-NOR Gate

    a. Parity Generation

    - Parity generation merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk membangkitkan atau membuat bit parity. Bit parity ini dibangkitkan dari urutan data yang terdiri dari sejumlah bit biner.

    - Jika jumlah bit 1, bit paritynya genap disebut Even Parity (parity genap).

    - Jika jumlah bit 1, bit paritynya ganjil disebut Odd Parity (parity ganjil).

    

    b. Parity Check

    - Parity check merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk mengecek urutan bit-bit data dan bit parity yang dibangkitkan oleh parity generator setelah ditransmisikan atau dikirim ke penerima. Parity checker menghasilkan nilai 0 atau 1 yang menunjukkan indikasi kesalahan bit saat diterima. Apabila indikator kesalahan nilainya 1, mak bit yang diterima salah. Sebaliknya jika nilainya 0 berarti bit yang diterima benar.

4. Application of an inverter

    - Suatu rangkaian osilator yang sederhana memiliki 2 bagian utama yaitu penguat (amplifier) dan umpan balik (feedback). Pada dasarnya sebuah osilator membutuhkan sinyal yang kecil yang berasal dari penguat. Osilasi akan terjadi jika penguat ditambahkan suatu arus listrik untuk menghasilkan sinyal kecil. Sinyal kecil tersebut akan menjadi umpan balik ke penguat. Oleh sebab itu jika keluaran penguat sama dengan fasa dari sinyal umpan balik itu maka osilasi akan terjadi. Dalam osilator umpan balik, umpan balik positif dari luar cukup untuk membuat hasil yang tidak terhingga dan memberikan resistansi negatif yang diperlukan untuk menanggulangi peredaman alami dari isolator.

    - Dalam suatu osilator tidak ada sinyal yang diberikan dari luar. Sinyal awal untuk menyulut osilasi biasanya diberikan oleh tegangan derau yang muncul sewaktu catu daya dihidupkan. Seluruh osilator umpan balik memerlukan beberapa devais atau mekanisme yang menyediakan penguatan yang mana akan dikombinasikan dengan sebuah susunan umpan balik. Pada penguat atau amplifier, maka terdapat penguatan tegangan yang input dan outputnya terhubung melalui rangkaian umpan balik. Hal ini mengembalikan sebuah fraksi dari tegangan output ke input. Pada umumnya penguat dan rangkaian umpan balik akan mengubah besar dan fasa dari sinyal.

    c. Video [KEMBALI]

    d. Download File [KEMBALI]

|| [HTML] || [PROTEUS] || [RANGKAIAN] || [VIDEO] || 

5. Example [KEMBALI]

Example 1. Untuk rangkaian parity generation pada gambar berikut, jelaskan hasil dari outputnya !

                 

Solution :

• Jika jumlah bit 1, bit paritynya genap disebut Even Parity (parity genap).
• Jika jumlah bit 0, bit paritynya ganjil.

Example 2. Berikan contoh penerapan inverter CMOS yang memiliki stabilitas tinggi !

Solution :

• Digunakan sebagai osilator gelombang persegi untuk menghasilkan sinyal clock.

6. Problem [KEMBALI]

Problem 1. Jelaskan apa itu parity generation dan pengaruh input - outputnya !

Solution :

• Parity generation merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk membangkitkan atau membuat bit parity.
• Jika jumlah bit 1, bit paritynya genap disebut Even Parity (parity genap), jika jumlah bit 1, bit paritynya ganjil disebut Odd Parity (parity ganjil).

Problem 2. Jelaskan peran gerbang AND pada contoh pengaplikasiannya !

Solution :

• Peran gerbang AND adalah sebagai gerbang ENABLE atau INHIBIT, maksudnya untuk mengizinkan atau melarang lewatnya data dari satu titik ke titik lainnya pada sirkuit.

7. Multiple Choice [KEMBALI]

Question 1. Pada contoh pengaplikasian dari gerbang OR, apa nama rangkaian Op-Amp pada sistem ?

    a. Non-Inverting Amplifier                            d. Semua Benar 

    b. Inverting Ampifier                                     e. Amplifier

    c. Komparator

Question 2. Apakah nama rangkaian berikut ini ?

                         

    a. Oscillator                                                    d. Square-Wave Oscillator 

    b. Schmitt Inverter Based Oscillator              e. Full-Wave Oscillator

    c. Crystal Oscillator