Percb I Transistor Dan Dioda Sebagai Piranti Nalar

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

PERCOBAAN I TRANSISTOR DAN DIODA SEBAGAI PIRANTI NALAR  A. TUJUAN 1. Men Menget getahu ahuii konsep konsep dasar dasar transi transisto storr dan dioda yang berfungs berfungsii sebag sebagai ai gerbang logika. 2. Dapa Dapatt menyu menyusun sun gerbang gerbang logika logika AND, AND, OR, NOT, NAND, dan dan NOR den dengan gan baik dan benar. 3. Men Mengam gamati ati per perila ilaku ku transi transisto storr dan dioda pada mas masing ing-ma -masin sing g ger gerban bang g logika. 4. Dapa Dapatt me meng ngan anal alis isa a perc percob obaa aan n gerb gerban ang g logi logika ka dan dan me memb mban andi ding ngka kan n hasilnya dengan teori-teori yang sudah ada tentang gerbang logika. B. AL ALAT AT DAN DAN BAHA BAHAN: N: 1. Proton Board 2. Dioda 1N4001 3. Resis esisto torr 1 K 4. Transistor NPN BC 108 5. Lampu LED 6. Kabel konektor 7. Power Supply

1 buah 3 buah 4 buah 1 buah 1 buah secukupnya 5 volt

C. DASA DASAR R TEOR TEORI I A. Pendahuluan Fungsi Fun gsi lai lain n trans transist istor or dan dio dioda da sel selain ain yan yang g telah telah kit kita a lak lakuka ukan n pad pada a percobaa perc obaan n sebelumny sebelumnya, a, adal adalah ah pemanfaat pemanfaatan an tran transist sistor or dan dioda sebagai sebagai dasar dari gerbang logika. Dengan memanfaatkan sifat-sifat dari transistor dan dioda pada perlakuan tegangan, dapat menciptakan kondisi ON dan OFF pada output sehingga karakteristik gerbang logika dapat diperoleh. B. Bilangan Logika Di dalam konsep gerbang logika dikenal istilah bilangan logika. Bilangan ini hanya ada dua yaitu 0 dan 1. Makna lain dari 0 dan 1 adalah YES dan NO atau ON dan OFF. Arti sebenarnya dari nilai 0 adalah bahwa tegangan yang te teru ruku kurr berk berkis isar ar anta antara ra 0 – 0, 0,8 8 Volt Volt (men (mende deka kati ti te tega gang ngan an gr grou ound nd). ). Sedan Sed angka gkan n nilai nilai 1 berart berartii bahwa bahwa tegang tegangan an yang yang teruku terukurr berkis berkisar ar pad pada a interval 2,5-5 Volt (mendekati tegangan Vcc). C. Pembagi Tegangan Gerbang logika yang dibentuk dari resistor sebenarnya menggunaka menggunakan n prinsip pembagi tegangan.

Gambar 1a.Prinsip Pembagi tegangan

Gambar 1b.R2 diset mendekati tak terhingga

Tegangan yang melewati R1 diberikan dengan rumus :  R1

VR1 = Vv

 R1

  R 2

 

(1)

……………………

1

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

Dimana V adalah tegangan yang masuk pada rangkaian resistor (VCC), R1 adalah hambatan antar VCC dan titik A, sedangkan R2 adalah hambatan dari titik A dan ground. Seba Se baga gaii co cont ntoh oh R1 = 900 900 ohm, ohm, R2 = 100 100 ohm ohm da dan n V = 5 Volt Volt.. Ma Maka ka tegangan yang terukur pada R1 adalah : 9 900    4,5 V   5 V   x VR1 = 5 V x 10 900  100 Karena Kar ena tegang tegangan an power power supply supply yang yang ter teruku ukurr ada adalah lah 5 vol voltt ma maka ka dapat dapat dipastikan dengan menggunakan rumus yang sama tegangan pada R2 adalah 0,5 Volt. Volt. Den Dengan gan pen pendek dekata atan n ukuran ukuran dari dari ham hambat batan, an, kit kita a dapat dapat mem memilih ilih tegangan output yang diinginkan pada titik A. Kita Kit a an andai daikan kan R2 adalah adalah resist resistor or variab variabel el den denga gan n dua settin setting g das dasar ar resistensi rendah dan tinggi. Ketika hambatannya diset pada resistensi tinggi (mendekati tak hingga) maka seolah-olah tegangan hanya mengalir pada R1 dan tegangan yang terbaca pada R1 mendekati 5 Volt (gambar 1.b). D. Diode Logic Dioda Dio da ada adalah lah kompon komponen en elektr elektroni onika ka den denga gan n dua kut kutub ub yang yang ber bersif sifat at mengal men galirk irkan an arus arus ke satu satu arah arah tetapi tetapi men mengha ghamba mbatt arus arus pad pada a arah arah yan yang g be berl rlaw awan anan an.. Di Diod oda a be beke kerj rja a se sepe pert rtii se sepe pert rtii pipa pipa de deng ngan an katu katup p yang yang mengalirkan air hanya kesatu arah saja dan mencegah air mengalir kearah sebaliknya. Skema diagram untuk dioda dapat digambarkan sebagai berikut : +

-

Anoda

+

Katoda

-

Anoda

Arah arus yang mengalir

Katoda

Arah arus yang mengalir

Komponen ini bekerja dengan cara mengalirkan arus dari anoda ke katoda. Kita mengetahui bahwa arus didefinisikan mengalir dari tegangan yang lebih positif posit if ke tega tegangan ngan yang lebih negatif (elektro (elektron n mengalir mengalir denga dengan n arah yang berl berlaw awan anan an). ). Ji Jika ka anod anoda a bert berteg egan anga gan n lebi lebih h ting tinggi gi dari dari ka kato toda da,, diod dioda a dikatakan dalam keadaan forward biased, resistensinya sangat kecil dan arus dapat dap at mengal mengalir. ir. Jika Jika anoda anoda berteg bertegang angan an leb lebih ih ren renda dah h dari dari kat katoda oda,, maka maka dioda dalam keadaan keadaan reberse reberse biased, biased, resis resistens tensinya inya mende mendekati kati tak hing hingga ga sehingga tidak ada arus yang mengalir. Dengan menggunakan resistor dan dioda dapat dibentuk rangkaian gerbang logika yang sederhana dengan memanfaatkan sifat resistor dan dioda seperti diatas A B

A

Y:A+B

Y:AB

B Gambar.3 gerbang AND dan OR menggunakan resistor dan dioda

Pada gambar 3, dapat dilihat untuk sebelah kiri adalah gerbang AND dan disebelah kanan adalah gerbang OR. Untuk gerbang AND jika input A atau B 2

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

digroundkan (diberi tegangan rendah), maka arus mengalir melewati dioda dan pada pada keluar keluaran an Y adalah adalah tegang tegangan an rendah rendah (0). (0). Unt Untuk uk men mendap dapatk atkan an ke kelu luar aran an Y bert berteg egan anga gan n ti ting nggi gi (1) (1) satu satu-s -sat atun unya ya cara cara adal adalah ah deng dengan an memberikan input di A dan B dengan tegangan tinggi (1). Pada gerbang OR, ketika ket ika salah salah satu satu at atau au dua dua-du -duany anya a berteg bertegan angan gan tin tinggi ggi (1) (1),, maka maka aru arus s meng me ngal alir ir mele melewa wati ti ke kedu dua a diod dioda a te ters rseb ebut ut.. Ha Hall ini ini akan akan me meng ngak akib ibat atka kan n keluaran di Y menjadi bertegangan tinggi (1). E. Transistor Bipolar Sebuah Sebua h transist tran sistor orLogic bipolar bipolar adalah adalah komponen komponen semi konduktor konduktor dengan 3 termin ter minal. al. Dibaw Dibawah ah pengen pengendal dalian ian oleh oleh salah salah sa satu tu ter termin minal al (y (yang ang disebu disebutt Basis) Bas is),, arus arus dapat dapat mengal mengalir ir secara secara terken terkendal dalii dar darii ter termin minal al Kol Kolekt ektor or ke terminal Emitor. Menggunakan transistor sebagai saklar pengontrol elektronik adalah dasar untuk membangun sebuah logika digital modern. Dengan menganalogikan dengan air, sebuah transistor dapat diibaratkan keran air. Basis dapat diibaratkan seperti katup berputar dari keran tersebut. Ketika katup tersebut ditutup, maka tidak ada air (arus) mengalir melewati keran. Keadaan semacam itu disebut keadaan daerah operasi OFF. Bila katup dibuka, aliran air dimulai dari kecil kemudian membesar. Pada keadaan ini dapat dikatakan dalam keadaan daerah operasi linier. Arus bertambah secara linier, begitu juga tegangan yang melewati transistor bertambah secara linier. Pada akhirnya, akhirnya, aliran mencapai mencapai titik dimana katup yang dibuka tidak lagi menambah derasnya arus, hal tersebut dibatasi oleh diameter dari pipa keran tersebut. Pada keadaan ini disebut dengan daerah jenuh (saturate). Meskipun ada perubahan tegangan yang melewati transistor, arus yang mengalir tidak beruba ber ubah. h. Trans Transist istor or pada pada logika logika dig digita itall mem membeb bebask askan an secara secara cep cepat at dar darii keadaan OFF ke keadaan jenuh. Interver (gerbang NOT) dasa Interver dasarr disusun disusun dari transistor transistor dan resistor seperti terlih ter lihat at pada pada gambar gambar 3 beriku berikutt (dalam (dalam hal hal ini tra transi nsisto storr yang yang diguna digunakan kan dikenal dengan transistor NPN) :

Y

Gambar.4 Gerbang NOT menggunakan resistor dan dioda Ketika tegangan Ketika tegangan tinggi tinggi pada basis mengh menghidupk idupkan an transist transistor, or, maka seperti katup keran yang ditekan ke bawah, akan menghasilkan aliran arus pada keluaran F menjadi kecil dan mendekati 0 Volt. Ketika basis diberi tegangan rendah ren dah maka maka transi transisto storr akan akan dalam dalam kea keadaa daan n mat mati. i. Pa Pada da tit titik ik kel keluar uaran an Y, tegangan akan mendekati tegangan power supply.

F. Dioda Transistor Logic 3

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

Dioda, transistor, dan resistor dapat digunakan untuk mengimplementasikan gerbang logika. Pada dasarnya, kita mengkombinasi dioda logika dengan dengan transist transistor or inverter, inverter, untuk membentuk membentuk gerbang NAND (Not AND). Rangkaian dan gerbang NAND dapat dilihat seperti gambar 5.

Y A

D1

B

D2

D3

Gambar.5 Gerbang logika NAND menggunakan resistor,dioda dan Transistor Rangka Rang kaia ian n in inii dapa dapatt dije dijela lask skan an seba sebaga gaii beri beriku kut. t. Diod Dioda a D1 dan dan D2 D2,, bersama dengan resistor R1, membentuk dua masukan gerbang AND. Pada input ke D3, logika 0 dipresentasikan mendekati 0,7 Volt, sementara logika 1 mempunyai interval dari 4-5 Volt. D3 menambah tegangn yang diperlukan untuk menggerakkan transistor. Ini memberikan pemisahan yang baik antara level tegangan logika 0 dan 1. Agar transistor bekerja, D3 haruslah mempunyai tegangan. Hal ini terjadi ketika tegangan anoda mencapai 1,4 Volt. Jika tegangan anoda lebih besar dari pada 1,4 volt, kaki basis akan bekerja pada tegangan tinggi. Transistor akan akan hi hidu dup, p, deng dengan an ha hamb mbat atan an ya yang ng ke keci cil, l, demi demiki kian an kelu keluar aran an Y akan akan menghasi meng hasilkan lkan tegangan 0 Volt. Volt. Jika anoda berada pada tegan tegangan gan rendah, rendah, Basis akan bertegangan rendah pula. Hal ini menjaga transistor untuk berada pada keadaan OFF (hambata (hambatan n mende mendekati kati tak hingga), hingga), yang menghasilkan menghasilkan level tegangan logika 1 pada keluaran Y. G. Rangkaian Gerbang Logika 1. Gerbang AND Sifat Sif at kel keluar uaran an (outpu (output) t) dari dari gerban gerbang g AND adalah adalah men mengal galika ikan n ant antara ara masuk ma sukan an (input (input)) ya yang ng satu satu dengan dengan yang yang lain lain seh sehing ingga ga han hanya ya ada sa satu tu keluaran dari hasil perkalian tersebut. Operasi dari gerbang ini menghasilkan keluaran 1 jika dan hanya jika semua inputnya 1. ketika satu input 1 dan yang lain juga 1, maka keluarannya 1. Salah satu atau semua input berharga 0 maka keluarannya pun 0. Menurut Thomas L Floyd dalam bukunya Digital Fundamentals (tahun 1997) gerbang AND biasanya disimbolkan dengan gambar seperti gambar berikut :

Adapun persamaa Adapun persamaan n aljab aljabar ar keadaanny keadaannya a dapat dapat dirum dirumuska uskan n sebagai sebagai Y=A Y=AB. B. Dengan rumus tersebut dapat dibuat tabel kebenaran untuk gerbang AND seperti berikut : A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

4

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

Sedangkan gambar rangkaian gerbang AND dengan menggunkan 2 input seperti pada gambar berikut :

2.Gerbang OR Gerbang OR adalah suatu rangkaian logikan yang mempunyai satu output dan dua atau lebih input, dimana output dari gerbang OR akan mempunyai harga 1 apabila satu atau lebih inputnya mempunyai harga satu. Perilaku gerbang OR dapat dianalogikan dengan lampu yang dipasang saklar secara paralel, dimana bila salah satu saklar terhubung, maka lampu akan langsung menyala tanpa menunggu saklar yang lain terhubung. Symbol dari gerbang pada diagram berikut :

Sedangkan diagram untuk gerbang OR adalah sebagai berikut :

3. Gerbang NOT Fl Floy oyd d me menj njel elas aska kan n Gerb Gerban ang g NOT NOT ini ini dise disebu butt ju juga ga deng dengan an gerb gerban ang g INVENTER atau pembalik, karena keluaran dari gerbang ini adalah kebalikan dari inputnya. Gerbang NOT ini sering disimbolkan seperti di bawah ini :

5

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

Menurut M. Moris dalam bukunya Digital Logic And Computer Design (tahun 1987). 198 7). Aljaba Aljabarr Boolea Boolean n untuk untuk ger gerban bang g NOT dap dapat at dirum dirumusk uskan an den dengan gan pers persam amaa aan n Y = A. sehi sehing ngga ga ta tabe bell ke kebe bena nara ran n dari dari gerb gerban ang g NO NOT T dapa dapatt dipaparkan sebagai berikut :

A 0

Y 1

1

0

Gambar rangkaian dan symbol dari gerbang NOT adalah sebagai berikut

4.Gerbang NAND Gerban Ger bang g NAND NAND dibent dibentuk uk oleh oleh dua gerban gerbang g das dasar ar yai yaitu tu NOT dan AND, dimana keluaran dari gerbang AND kemudian diinverterkan sehingga hasilnya adalah kebalikan dari keluaran gerbang AND (Thomas L. Floyd, 1997). Simbol gerbang NAND seperti gerbang AND hanya saja di depan ditambah dengan bulatan kecil simbol dari gerbang NOT.

Tabel gerbang NAND dapat dibuat dari gabungan gerbang AND dan gerbang NOT. A 0 0 1

B 0 1 0

Y=AB 0 0 0

Y 1 1 1

1

1

1

0

Cara kerja dari gerbang NAND merupakan gabungan cara kerja dari gerbang AND dan NOT NOT.. Hanya Hanya saja mengin mengingat gat bah bahwa wa keada keadaan an 0 dar darii out output put AND sebenarny seben arnya a adalah adalah Vy, (0,2 (0,2 Volt Volt atau atau 0,5 0,5 Vol Volt), t), maka agar agar den dengan gan input input transist tran sistor or T dijamin dijamin OFF, perlu dipasang dipasang sebuah dioda, sehin sehingga gga deng dengan an penamb pen ambaha ahan n dioda dioda D, inp input ut dapat dapat dia diatur tur ali aliran rannya nya.. Aga Agarr tra transi nsisto storr On tegangan output AND harus lebih besar dari 2 kali V y.

6

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

5.Gerbang NOR Gerbang NOR atau NOT.OR dimana outputnya berlawanan dengan OR yang berarti outputnya berharga 0 jika salah satu atau lebih inputnya berharga 1. tabel lihat di leteratur. Symbol dari gerbang NOR sebagai berikut :

Rangkaian gerbang NOR dengan dioda dan transistor adalah sebagai berikut :

Tugas Rumah 1. Bu Buat atla lah h ta tabe bell kebe kebena nara ran n un untu tuk k ge gerb rban ang g AND, AND, OR OR,, NAND NAND,, da dan n NO NOR R masing-masing dengan dua dan tiga input. 2. Buat di diagra agram m rang rangkaia kaian n gerbang gerbang pada pada soal n nomor omor 1 1.. D. PERCO ERCOBA BAAN AN Berlaku untuk semua rangkaian 1. Buat ra rangka ngkaian ian sepe seperti rti pad pada a gambar gambar (2 input input)) dengan baik baik dan be benar. nar. 2. 3. 4. 5. 6 7

Buat ttabel abel kebena kebenaran ran da dari ri rangka rangkaian ian (b (blank) lank).. Tun Tunjuk jukka kan n p pada ada asiste asisten. n. Hubu Hubungka ngkan n ran rangkai gkaian an den dengan gan V Vcc cc = 5 vol volt. t. Beri ma masuka sukan n pada A dan dan B denga dengan n cara membuk membuka a dan menutup menutup sa saklar. klar. Saklar buka = 0, saklar tutup = 1. Catat pa pada ta tabel ke kebenaran perilaku L LE ED bi bila d diiberi m ma asukan A dan B. Teruskan h hiingga s se emua input di diberi ma masukan 1 1..

7

 

Buku Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar II Lab.Instrumentasi dan Elektronika Jurusan Fisika FMIPA UNS

REFERENSI J.M. Clavert and M.A.H. Mc Causland, 1980, Electronics Electronics.. England, John Wiley Et Sons. M Morris Mano, 1987 1987 : Digital Logic and Computer Design. London, PrenticeHall International, Inc. Thomas L. Floyd, 1997 : Digit Digital al Fund Fundamen amentals tals.. Lon London don,, Pr Prent entice ice-Ha -Hall ll International Inc. Http://www.electronicworkbenc Http://www .electronicworkbench.com, h.com, download tanggal 24 April 2002 Http://niuhep.physics.niu.edu/-eads/ Http://niuhep.phy sics.niu.edu/-eads/index.html,download index.html,download   tan angg ggal al 15 Me Meii 2002 Http://www.redbrick.dcu.ie/help/ Http://www .redbrick.dcu.ie/help/reference/cld/Appendix reference/cld/AppendixB/AppiendixB.doc1.ht B/AppiendixB.doc1.ht ml.download tanggal ml.download  tanggal 15 Mei 2002 Http://www.play-hookey.com/digita Http://www .play-hookey.com/digital/electronics/dtl_gates l/electronics/dtl_gates.html .html,, download tanggal 15 Mei 2002

8