Rangkaian Digital

ELEKTRONIKA DIGITAL

A. Pengertian Elektronika Digital

Elektronika digital adalah sistem elektronik yang menggunakan signal digital. Signal digital didasarkan pada signal yang bersifat terputus-putus. Biasanya dilambangkan dengan notasi aljabar 1 dan 0. Notasi 1 melambangkan terjadinya hubungan dan notasi 0 melambangkan tidak terjadinya hubungan. Contoh yang paling gampang untuk memahami pengertian ini adalah saklar lampu. Ketika kalian tekan ON berarti terjadi hubungan sehingga dinotasikan 1. Ketika kalian tekan OFF maka akan berlaku sebaliknya.

Elektronik digital merupakan aplikasi dari aljabar boolean dan digunakan pada berbagai bidang seperti komputer, telpon selular dan berbagai perangkat lain. Hal ini karena elektronik digital mempunyai beberapa keuntungan, antara lain: system digital mempunyai antar muka yang mudah dikendalikan dengan komputer dan perangkat lunak, penyimpanan informasi jauh lebih mudah dilakukan dalam system digital dibandingkan dengan analog. Namun sistem digital juga memiliki beberapa kelemahan, yaitu: pada beberapa kasus sistem digital membutuhkan lebih banyak energi, lebih mahal dan rapuh.

B. Gerbang Logika

Elektronik digital atau atau rangkaian digital apapun tersusun dari apa yang disebut sebagai gerbang logika. Gerbang logika melakukan operasi logika pada satu atau lebih input dan menghasilkan ouput yang tunggal. Output yang dihasilkan merupakan hasil dari serangkaian operasi logika berdasarkan prinsip prinsip aljabar boolean. Dalam pengertian elektronik, input dan output ini diwujudkan dan voltase atau arus (tergantung dari tipe elektronik yang digunakan). Setiap gerbang logika membutuhkan daya yang digunakan sebagai sumber dan tempat buangan dari arus untuk memperoleh voltase yang sesuai.  Pada diagram rangkaian logika, biasanya daya tidak dicantumkan. Dalam aplikasinya, gerbang logika adalah blok-blok penyusun dari perangkat keras elektronik. Gerbang logika ini dibuat dengan menggunakan transistor. Seberapa banyak transistor yang dibutuhkan, tergantung dari bentuk gerbang logika. Dasar pembentukan gerbang logika adalah tabel kebenaran (truth table). Ada tiga bentuk dasar dari tabel kebenaran yaitu AND, OR, dan NOT. Berikut adalah tabel-tabel dan bentuk gerbang logikanya.

1.            Gerbang AND

Gerbang AND kadang – kadang disebut “ gerbang semua atau tidak”. Gerbang AND yang akan kita operasikan kebanyakan tersusun dari dioda dan transistor yang tergabung dalam suatu IC. Untuk memperlihatkan gerbang AND kita gunakan symbol logika seperti pada gambar berikut:

Gambar 1. Simbol Gerbang Logika AND

Gambar 2. Rangkaian Gerbang AND

A	B
0	1	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Gambar 3. Tabel Kebenaran Gerbang AND.

Suatu tegangan +5V yang dibandingkan dengan GND muncul pada A, B, atau Y yang disebut sebagai suatu biner 1 atau suatu tegangan TINGGI (HIGH). Suatu biner 0, atau tegangan RENDAH didefinisikan sebagi tegangan GND (mendekati 0 V dibandingkan terhadap GND) yang muncul pada A, B, atau Y. kita menggunakan logika positif kearena memerlukan 5 V positif untuk menghasilkan apa yang kita sebut biner 1. Pada AND, bila ada dua buah input A dan B maka output atau signal hanya dihasilkan jika A = 1 dan B = 1.

2.      Gerbang OR

Gerbang OR kadang – kadang disebut “Gerbang setiap atau semua”. Gerbang OR keluarannya RENDAH apabila semua masukan adalah RENDAH. Symbol logika untuk gerbang OR dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4. Simbol Gerbang OR

Gambar 5. Rangkaian Gerbang OR

A	B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Gambar 6. Tabel Kebenaran Gerbang OR.

Gerbang OR keluarannya RENDAH bila semua RENDAH. Hal ini dapat dilihat dari tabel kebenarannya. Pada OR, bila ada dua buah input A dan B maka output atau signal akan dihasilkan jika salah satu atau kedua input bernilai 1.

3.            Gerbang NOT

Semua gerbang yang telah kita bahas mempunyai paling sedikit dua masukan atau keluaran, akan tetapi gerbang NOT tidak hanya mempunyai satu masukan dan satu keluaran. Rangkaian NOT seringkali disebut rangkaian pembalik. Tugas rangkaian NOT (pembalik) ialah memberikan suatu keluaran yang tidak sama dengan masukan. Symbol logika untuk pembalik (inverter, rangkaian NOT) dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 7. Simbol Logika Gerbang NOT

Gambar 8. Rangkaian Gerbang NOT

Input A	Output Z
0	1
1	0

Gambar 9. Tabel kebenaran gerbang NOT.

Pada NOT, bila ada satu input mempunyai nilai tertentu maka operasi NOT akan menghasilkan output / signal yang merupakan kebalikan dari nilai inputnya.

Selain bentuk dasar di atas, beberapa bentuk yang merupakan turunan dari bentuk dasar juga penting diketahui. Gambar 2. menampilkan bentuk tabel kebenaran dan gerbang logika NAND, NOR, dan XOR. NAND adalah hasil operasi NOT + AND, NOR adalah operasi NOT + OR sedangkan XOR adalah ekslusif OR. NAND dan NOR merupakan bentuk gerbang logika yang banyak sekali digunakan untuk membangun perangkat elektronik digital.

1.      Gerbang NAND

Gerbang AND, OR, dan NOT merupakan tiga rangkaian dasar yang dapat menghasilkan semua rangkaian digital. Gerbang NAND ialah suatu NOT AND, atau suatu fungsi AND yang dibalik. Simbol logika standar untuk NAND digambarkan sebagai berikut:

Gambar 10. Rangkaian Gerbang NAND

Gambar 11. Simbol Logika Gerbang NAND

Gambar di atas memperlihatkan suatu gerbang AND dan pembalik yang terpisah dan digunakan untuk menghasilkan fungsi logika NAND. Tabel kebenaran untuk menghasilkan fungsi logika NAND dip erlihatkan sebagai berikut:

Masukan		Keluaran
A	B	AND	NAND
0	0	0	1
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	0

Berdasarkan tabel kebenaran di samping, terlihat bahwa gerbang NAND keluaran RENDAH apabila semua masukan TINGGI. Kolom keluaran pada table di atas ditunjukkan oleh baris ke empat, dimana semua masukannya 1 akan menghasilkan keluaran 0 sedangkan semua baris yang lain menghasilkan keluaran 1.

2.      Gerbang NOR

Gerbang NOR sebenarnya merupakan suatu gerbang NOT OR. Dengan kata lain, keluaran ssutu gerbang OR dibalik untuk membentuk suatu gerbang NOR. Simbol logika untuk gerbang NOR berupa simbol OR dengan gelembung pembalik (lingkaran kecil) pada sisi sebelah kanan.

Gambar 13. Simbol Gerbang NOR

Tabel kebenaran untuk gerbang NOR diperlihatkan pada gambar berikut:

Masukan		Keluaran
A	B	OR	NOR
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	1	0

Gambar 14. Tabel Kebenaran Gerbang NOR

Gambar 15. Rangkaian Gerbang NOR

Tabel kebenaran di atas diperlihatkan bahwa gerbang NOR keluaran TINGGI bila semua masukannya adalah RENDAH diperlihatkan pada baris pertama.

3.      Gerbang OR Ekslusif (X - OR)

Gerbang OR Ekslusif kadang – kadang disebut “gerbang setiap tapi tidak semua.” Istilah “Gerbang OR Ekslusif” sering disebut gerbang X – OR diperlihatkan pada gambar berikut:

Gambar 16.  Simbol Gerbang X-OR

Tabel kebenaran gerbang X – OR diperlihatkan pada gambar berikut. Kita perhatikan bahwa bila setiap – tetapi tidak – semua masukan adalah 1, maka keluaran akan menjadi suatu biner, atau logis 1. Tabel kebenran gerbang OR juga diberikan sehingga dapat dilihat perbedaan antara keduanya.

Masukan		Keluaran
A	B	OR	X - OR
0	0	0	0
0	1	1	1
1	0	1	1
1	1	1	0

Gambar 17. Tabel Kebenaran Gerbang X – OR

Gambar 18. Rangkaian Gerbang XOR

Suatu bilangan ganjil (1,3,5 dst) dari masukan TINGGI pada suatu gerbang X – OR mengeluarkan gerbang TINGGI, sedangkan bilangan genap (0,2,4 dst) dari masukan TINGGI menghasilkan keluaran RENDAH dari suatu gerbang X – OR. Baris ke empat memperlihatkan suatu bilangan genap (2) dari masukan TINGGI, oleh karena itu keluaran akan RENDAH. Baris ke tiga memperlihatkan suatu bilangan ganjil (1) dari masukan TINGGI dan oleh karena itu keluaran adalh TINGGI.

C. Rangkaian Digital

Sebuah rangkaian digital sebenarnya disusun dari satu atau lebih gerbang logika ini. Perhatikan contoh pada Gambar 3. berikut ini. Kalau kita perhatikan pada gambar tersebut, pada bagian atas terlihat ada empat notasi gerbang logika NAND, satu pin untuk sumber daya 5 V dan satu pin untuk ground. Sedangkan pada bagian bawah adalah representasi dari rangkaian digital ini, yaitu sebuah chip 7400.

Gambar 19. Contoh rangkaian digital dan representasinya pada hardware

DAFTAR PUSTAKA

Http://bambangherlandi.web.id. 2009. Elektronika Digital.  Dikutip pada tanggal 12 Mei 2016.

Saludin, Muis. 2012. Teknik Digital Dasar: Pendekatan Praktis. Yogyakarta: Graha llmu.

Tim Dosen Elektronika Dasar II. 2016. Modul Praktikum Elektronika Dasar II. Banjarmasin: FKIP UNLAM.