TEKNIK ELEKTRO

LOGIC FAMILIES – SIGNIFICANCE AND TYPES

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Dasar teori

4. Prosedur percobaan

5. Gambar rangkaian

6. Video

7. Contoh soal

8. Problem

9. Soal pilihan ganda

10. Download file

1. Tujuan

a. Mengetahui apa saja Keluarga Logika – Signifikansi dan Jenisnya

b. Mengetahui bentuk rangkaian Keluarga Logika – Signifikansi dan Jenisnya

2. Alat dan bahan

Alat:

1. Power supply

2. Ground

Bahan:

1. Resistor

2. Dioda

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

Konfigurasi Pin :

- Pin 1 : Anoda : Arus selalu masuk melalui anoda.

- Pin 2 : Katoda : Arus selalu keluar melalui katoda.

Spesifikasi :

- Arus maju rata-rata adalah 1A.

- Arus puncak non-repetitif adalah 30A.

- Arus balik adalah 5uA.

- Tegangan balik RMS adalah 35V.

- Tegangan Reverse repetitif puncak adalah 50V.

- Tersedia dalam Paket DO-41.

3. Transistor NPN

4. Logic state

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).

5. Logic Probe
Alat yang digunakan untuk menganalisa logika keluaran (Boolean 1 atau 0) dari sirkuit digital

3. Dasar teori

1. Resistor

Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Rumus dari Rangkaian paralalResistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I

Cara membaca resistor:

2. 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.

3. Transistor NPN

Termasuk dalam komponen semikonduktor aktif adalah transistor, Transistor sebenarnya kepanjangan dari Transfer dan Varistor. Mengenal karakteristiknya transistor terbagi dua kategori ialah Bipolar Junction Transistor (BJT) dan Unipolar Transistor. Kerja transistor pada dasarnya difungsikan sebagai saklar elektronik (Switching) dan penguat sinyal (Amplifier).

Jenis Transistor:

1. Bipolar Junction Transistor (BJT)

Bi artinya dua dan Polar asal kata dari polarity yang artinya polaritas, dengan kata lain bipolar junction transistor (BJT) adalah jenis Transistor yang memiliki dua polaritas yaitu hole (lubang) atau elektron sebagai carier (pembawa) untuk menghantarkan arus listrik. Prinsip dasar konstruksinya disusun seperti dari dua buah dioda yang disambungkan pada kutub yang sama yaitu Anoda dengan anoda sehingga menghasilkan transistor jenis NPN atau Katoda dengan katoda yang menjadi transistor jenis PNP.

2. Unipolar Junction Transistor (UJT)

Pada transistor UJT hanya satu polaritas saja yang dijadikan carier/pembawa muatan arus listrik, yaitu elektron saja atau hole/lubangnya saja, tergantung dari jenis transistor UJT tersebut. Karena prinsip kerjanya transistor ini berdasarkan dari efek medan listrik, maka transistor UJT lebih dikenal dengan nama FET (Field Efect Transistor) atau Transistor Efek Medan. Karakteristik:

Rumus:

4. Dioda

Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (biasa disebut anode) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik di mana elektron bebas pada sisi N (katode) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Di dalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.

5. Materi Logic Families – Significance and Types

Ada berbagai konfigurasi sirkuit atau lebih tepat berbagai pendekatan yang digunakan untuk menghasilkan berbagai jenis sirkuit terintegrasi digital. Setiap pendekatan mendasar seperti itu disebut keluarga logika. Idenya adalah milik keluarga logika yang sama, akan memiliki karakteristik listrik yang identik. Karakteristik ini termasuk kisaran tegangan pasokan, kecepatan respons, pembuangan daya, input dan tingkat logika output, kemampuan sumber dan penenggelaman saat ini, fan-out, margin kebisingan, dll. Di lain kata-kata, kumpulan IC digital milik keluarga logika yang sama kompatibel secara elektrik dengan masing-masing Lain.

5.1.1 Signifikansi

Sistem digital secara umum terdiri dari IC digital yang melakukan fungsi logika yang berbeda, dan IC ini dari keluarga logika yang sama menjamin bahwa IC yang berbeda kompatibel sehubungan satu sama lain dan bahwa sistem secara keseluruhan melakukan fungsi logika yang dimaksudkan. Memahami fitur dan kemampuan keluarga logika yang berbeda sangat penting bagi perancang logika yang keluar untuk pilihan optimal untuk desain digital barunya dari alternatif keluarga logika yang tersedia. Pilihan yang tidak dipikirkan dengan baik dapat dengan mudah merusak atau membuat desain dengan tidak memadai atau berlebihan kemampuan.

Seluruh jajaran IC digital dibuat menggunakan perangkat bipolar atau perangkat MOS atau kombinasi keduanya. Keluarga logika yang berbeda yang masuk dalam kategori pertama disebut keluarga bipolar, dan ini termasuk diode logic (DL), resistor transistor logic (RTL), diode transistor logic (DTL), transistor transistor logic (TTL), emitter coupled logic (ECL), juga dikenal sebagai current mode logic (CML), dan integrated injection logic (I2L). Keluarga logika yang menggunakan perangkat MOS sebagai dasar mereka dikenal sebagai keluarga MOS, dan anggota terkemuka yang termasuk dalam kategori ini adalah keluarga PMOS (menggunakan P-channel MOSFETs), keluarga NMOS (menggunakan MOSFET N-channel) dan keluarga CMOS (menggunakan perangkat N- dan P-channel). Keluarga logika Bi-MOS menggunakan perangkat bipolar dan MOS.

Dari semua keluarga logika yang tercantum di atas, tiga yang pertama, yaitu diode logika (DL), logika transistor resistor (RTL) dan logika transistor diode (DTL), hanya penting secara historis. Logika diode digunakan dioda dan resistor dan pada kenyataannya tidak pernah diimplementasikan dalam sirkuit terintegrasi. Keluarga RTL menggunakan resistor dan transistor bipolar, sementara keluarga DTL menggunakan resistor, dioda dan transistor bipolar. Baik RTL dan DTL menderita keterlambatan perambatan besar karena perlunya muatan dasar transistor bocor jika transistor beralih dari melakukan ke status nonkonduktor. Gambar 5.1 menunjukkan skema yang disederhanakan dari gerbang dua input DAN menggunakan DL [Gbr. 5.1(a)], dua input NOR gerbang menggunakan RTL [Gbr. 5.1(b)] dan gerbang NAND dua input menggunakan DTL [Gbr. 5.1(c)]. DL, RTL dan Keluarga DTL, bagaimanapun, dibuat usang sangat lama setelah perkenalan mereka pada awal 1960-an karena kedatangan di tempat kejadian logika transistor transistor (TTL).

Keluarga logika yang masih banyak digunakan antara lain TTL, CMOS, ECL, NMOS dan Bi-CMOS. Keluarga logika PMOS dan I2L, yang terutama dimaksudkan untuk digunakan dalam skala besar kustom yang terintegrasi Perangkat sirkuit (LSI), juga telah dibuat kurang lebih usang, dengan keluarga logika NMOS menggantinya untuk aplikasi LSI dan VLSI.

5.1.2.1 Subfamili TTL

Keluarga TTL memiliki sejumlah subfamili termasuk TTL standar, TTL berdaya rendah, TTL daya tinggi, Schottky TTL berdaya rendah, Schottky TTL, Schottky TTL berdaya rendah canggih, TTL Schottky canggih, dan TTL cepat. IC milik keluarga TTL ditetapkan sebagai 74 atau 54 (untuk TTL standar), 74L atau 54L (untuk TTL berdaya rendah), 74H atau 54H (untuk TTL berdaya tinggi), 74LS atau 54LS (untuk Schottky T berdaya rendahTL), 74S atau 54S (untuk Schottky TTL), 74ALS atau 54ALS (untuk daya rendah lanjutan Schottky TTL), 74AS atau 54AS (untuk Schottky TTL canggih) dan 74F atau 54F (untuk TTL cepat). Kode alfabet sebelum ini menunjukkan nama produsen (DM untuk Semikonduktor Nasional, SN untuk Instrumen Texas dan sebagainya). Kode numerik dua, tiga atau empat digit memberi tahu fungsi logika yang dilakukan oleh IC. Dapat disebutkan bahwa perangkat seri 74 dan perangkat seri 54 identik kecuali untuk kisaran suhu operasionalnya. Perangkat seri 54 memenuhi syarat MIL (kisaran suhu operasional: −55 °C hingga +125 °C) versi IC seri 74 yang sesuai (kisaran suhu operasional: 0 °C hingga 70 °C). Misalnya, 7400 dan 5400 keduanya adalah gerbang NAND dua input quad.

5.1.2.2 CMOS Subfamilies

Subfamili CMOS yang populer termasuk 4000A, 4000B, 4000UB, 54/74C, 54/74HC, 54/74HCT, 54/74AC dan 54/74ACT keluarga. Keluarga CMOS 4000A telah digantikan oleh tegangan tingginya dalam keluarga CMOS 4000B dan 4000UB, dengan yang pertama telah buffer dan yang terakhir memiliki output yang belum dibudikan. 54/74C, 54/74HC, 54/74HCT, 54/74AC dan 54/74ACT adalah logika CMOS keluarga dengan fungsi logika seri TTL 54/74 yang kompatibel dengan pin.

5.1.2.3 Subfamili ECL

Keluarga logika kombinasi emitor monolitik pertama diperkenalkan oleh ON Semiconductor, sebelumnya divisi Motorola, dengan seri perangkat MECL-I pada tahun 1962, dengan seri MECL-II berikut pada tahun 1966. Kedua keluarga logika ini telah menjadi usang. Saat ini, subfamili ECL popular logika termasuk MECL-III (juga disebut seri MC 1600), seri MECL-10K, seri MECL-10H dan seri MECL-10E (ECLinPS dan ECLinPSLite). Seri MECL-10K selanjutnya dibagi menjadi 10 perangkat seri 100 dan 10 seri 200.

4. Prosedur percobaan

· Buka aplikasi proteus

· Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen resistor, logic state, gerbang NOT, transistor serta led dan ground

· Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

· Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

· Jalankan simulasi rangkaian.

5. Gambar rangkaian

Prinsip kerja:

Gambar 1: Pada rangakaian dioda logic ini menggunakan prinsip dioda sebagai gerbang and. jika salah satu input berlogika 0 maka outputnya akan 0, namun jika input semha berlogika 1 maka output akan berlogika 0. Cara buktikannya: seperti yng diketahui rumus dioda itu Va= Vk+0.7, saat kondisi pada rumus terpenuhi maka dioda 1 dan 2 akan menjadi short circuit, jika tidak terpenuhi akan menjadi open circuit. jika pada d1 dan d2 berlogika 1 maka tidak ada arus yang mengalir ke d1 dan d2 karena dioda berubah menjadi open circuit (tidak memenuhi rumus, liat dg dc voltmeter) sehingga arus hanya akan mengalir ke led, sehingga led hidup. Sebaliknya jika salah satu input berlogika 0 maka salah satu dioda akan menjadi short circuit krna rumus terpenuhi sehingga arus akan mengalir ke hambatan terkecil, sehingga arus akan lebih banyak mengalir ke salah satu dioda yang logikanya 0, oleh karena itu led akan mati.

Gambar kedua: pada rangkaian ini menggunakan prinsip gerbang nor, dimana jika salah satu input berlogika 1 maka outputnya 0, hal ini karena tengangan dari input cukup untuk menghidupkan q1 sehingga arus akan mengalir dari basis ke emitter lalu menuju ground, sehingga output menjadi 0. namun jika semua input berlogika 0 maka outputnya berlogika 1. Hal ini dikarenakan tidak ada arus mengalir dari basis ke emitter sehingga arus dari power besar lalu menuju kolektor dan terus ke emitter lalu ke ground sehingga output berlogika 1.

Gambar 3: pada rangkaian ini menggunakan prinsip gerbang nand, dimana jika salah satu input berlogika 0 maka output akan 0, hal ini dikarenakan arus akan mengalir ke dioda yang berlogika 0 karena hambatannya terkecil otomatis arus akan mengalir dari power menuju kolektor ke emitter sehingga output 1, namun jika semuanya berlogika 1 maka outputnya akan berlogika 0, hal ini dikarenakan d2 dan d3 open circuit sehingga arus akan mengalir dar basis ke emitter lalu ke groud, sehingga output menjadi logika 0.

6. Video

7. Contoh soal

1. Apa saja kekurangan dari RTL?

Jawab: Kekurangan paling jelas dari RTL adalah borosan dayanya yang tinggi ketika transistor menghantar untuk mengambil alih resistor panjar keluaran. Ini membutuhkan lobih banyak arus yang harus dicatu ke RTL dan lebih banyak bahang yang hapus dibuang dari RTL.

2. Jelaskan apa itu CMOS

Jawab:

Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) atau semikonduktor–oksida–logam komplementer, adalah sebuah jenis utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi. Prinsip utama dibalik litar CMOS yang menjadikannya dapat digunakan untuk gerbang logik adalah penggunaan MOSFET type-p dan type-n untuk membuat jalan menuju keluaran dari sumber tegangan atau dibumikan. Ketika jalan menuju keluaran dibuat dari sumber tegangan, litar ini disebut pull-up. Di lain pihak, litar dinyatakan pull-down jika jalan menuju keluaran dibuat dari bumi.