Mengenal Gerbang Logika Dasar pada Rangkaian digital
Gerbang logika merupakan elemen yang sangat penting pada rangkaian digital. Bagaimana tidak, gerbang logika adalah elemen yang harus ada di setiap perancangan sebuah rangkaian elektronika digital.
Gerbang logika dasar merupakan salah satu bagian dari rangkaian logika yang pada dasarnya terbagi menjadi dua, yaitu rangkaian logika kombinasional dan rangkaian logika sekuensial.
Rangkaian logika kombinasional adalah rangkaian elektronika digital yang memiliki nilai output yang tidak bergantung pada nilai inputnya pada saat itu (saja). Sedangkaian logika sekuensial adalah rangkaian elektronika digital yang nilai outputnya tidak bergantung pada waktu saat itu saja, akan tetapi bergantung juga pada keadaan input sebelumnya.
Macam-macam gerbang logika dasar
Pada teknik dasar digital dikenal istilah “gerbang logika” yang pada awalnya ditemukan, nama penemu gerbang logika (boole) telah menemukan ada beberapa pola logika dasar pada manusia sehingga dinamakanlah istilah gerbang atau gate.
Gerbang atau gate atau pintu pada rangkaian dasar digital pada dasarnya ada tujuh gerbang, yakni gerbang NOT, gerbang AND, gerbang NAND, gerbang NOR, gerbang NOR, gerbang EXOR, dan EXNOR. Sedangkan gerbang kombinasi merupakan perpaduan dari gerbang-gerbang dasar yang ada. Berikut adalah penjelasan dari masing-masing gerbang logika dasar yang terdapat pada rangkaian digital.
Gerbang logika inverter (NOT)
Gerbang logika NOT atau gerbang logika inverter merupakan gerbang logika yang paling sederhana yang memiliki output selalu berlawanan dengan inputnya. Pada gerbang logika inverter hanya memiliki satu buah input dan satu buah output, sehingga jika akan berkondisi 1 jika inputnya 0, dan sebaliknya. Berikut adalah simbol gerbang logika inverter beserta tabel kebenarannya.
Simbol gerbang logika inverter (NOT)
Tabel kebenaran gerbang not:
A Q
0 1
1 0
Pada implementasi gerbang logika not pada rangkaian elektronika, banyak sekali rangkaian yang dapat diguanakan antara lain gerbang not dengan menggunakan komponen relay seperti skema rangkaian berikut ini:
Rangkaian gerbang NOT dengan menggunakan komponen relay
Rangkaian elektronika gerbang not dengan komponen relay diatas dapat dijelaskan cara kerjanya sebagai berikut; Pada saat saklar S terbuka, artinya input relay berkondisi logika 0 karena tidak ada arus yang masuk pada induktor akibat saklar S yang terbuka. Karena output saklar dari relay terkoneksi dengan Normaly Close (NC), maka lampu akan dialiri arus sehingga lampu Q akan menyala. Artinya secara kondisi logika lampu menyala adalah 1.
Sebaliknya pada saat saklar S tertutup, artinya induktor relay akan dialiri arus sehingga dapat dianggap berkondisi 1. Pada saat relay aktif, output saklar dari relay yan asalnya Normally Close akan menjadi terbuka sehingga lampu tidak dialiri arus yang dapat dianggap sebagai kondisi 0.
Rangkaian gerbang NOT dengan transistor
Selain rangkaian gerbang NOT dengan menggunakan relay, rangkaian implementasi yang paling mendekati dan banyak digunakan pada desain rangkaian elektronika adalah gerbang NOT dengan menggunakan transistor. Adapun rangkaiannya adalah sebagai berikut:
Contoh implementasi rangkaian gerbang NOT dengan komponen transistor
Rangkaian diatas sangat sederhana dan dapat menjelaskan cara kerja dari gerbang logika NOT. Ketika input A dan B tidak terhubung, output Q akan menghasilkan kondisi 1 akibat adanya resistor pull up yang terhubung ke arus positif. Namun pada saat A dan B terhubung maka arus basis akan mengalir dan transistor dalam kondisi saturasi sehingga arus kolektor akan mendekati 0 Volt atau berkondisi logika 0.
Gerbang logika AND
Gerbang AND merupakan sebuah rangkaian logika yang memiliki beberapa jalur input dan hanya memiliki satu output kondisi. Output dari gerbang AND akan menghasilkan logika 1 jika semua inputnya juga berlogika 1. Jika salah satu saja ada yang bernilai 0, maka outputnya akan bernilai 0.
Simbol gerbang AND
Dari simbol gerbang AND diatas jika input diberikan tanda A dan B, sedangkan outputnya ditandai dengan Q, maka Q=A.B yang artinya Q=A and B. Dengan demikian dapat dihasilkan tabel kebenaran gerbang logika AND sebagai berikut:
Tabel kebenaran gerbang logika AND
A B Q
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Dari simbol gerbang AND diatas, lalu bagaimana implementasi gerbang AND tersebut dalam rangkaian elektronika? untuk memahami lebih jelas mengenai gerbang AND ini, dapat di gambarkan dengan rangkaian listrik sederhana sebagai berikut:
Rangkaian gerbang AND dengan saklar dan lampu
Dari rangkaian diatas terlihat bahwa saklar A dan B terhubung secara seri, yang mana jika salah satu dari kedua saklar ini tertutup maka arus dari baterai tidak akan sampai pada lampu sehingga lampu akan tetap padam (logika 0). Namun apabila kedua saklar A dan B tertutup, arus akan mengalir dari baterai sehingga lampu akan menyala (logika 1).
Setelah mengetahui prinsip kerja gerbang AND dengan menggunakan saklar dan lampu. Berikut ini adalah contoh lain implementasi dari gerbang logika AND pada rangkaian elektronika dengan menggunakan dioda.
Contoh implementasi rangkaian gerbang AND dengan dioda
Dari rangkaian diatas dapat dijelaskan bahwa dioda dirangkai dengan prinsip forward bias terhadap ground jika bagian input A dan B terhubung ke ground (GND). Sedangkan resistor berfungsi sebagai pull-up positif yang akan mengalirkan arus positif ketika tidak ada kondisi input yang diberikan pada input A dan B.
Ketika ada input A atau B, atau kedua-duanya terhubung ke ground, hal ini akan sama dengan input berkondisi logika 0. Maka output Q akan berkondisi 0 karena dioda mengalami forward bias sehingga arus positif mengalir ke arus negatif. Kondisi sebaliknya apabila input A dan B tidak terhubung dengan ground, output Q akan berkondisi logika 1 karena akibat resistir pull-up yang mengalirkan arus positif kepadan output Q.
IC gerbang logika AND
Ada banyak sekali contoh IC gerbang logika AND dengan beragam spesifikasi teknis, mulai dari IC TTL hingga IC CMOS. Berikut beberapa diantaranya tipe IC yang berisi gerbang AND:
IC 7408 berisi empat gerbang AND dengan dua input dari keluarga Transistor Transistor Logic.
Gerbang logika NAND
Gerbang logika NAND dapat dikatakan merupakan gerbang logika kebalikan dari gerbang AND. Istilah NAND juga berasal dari dua kata, yakni NOT dan AND (bukan dan). Secara sederhana, rangkaian gerbang logika NAND dapat di uraikan sebagai berikut:
Dari rangkaian diatas terlihat bahwa Q1 akan menghasilkan kondisi 1 jika salah satu atau kedua input A dan atau B berkondisi 1, karena output Q2 terlebih dahulu melewati gerbang NOT, maka output Q2 akan berkondisi sebaliknya dari output Q1. Oleh karena itulah gerbang NOR disebut juga dengan gerbang logika kebalikan dari gerbang OR.
Simbol gerbang logika NAND
Tabel kebenaran gerbang logika NAND:
A B Q
0 0 1
1 0 1
0 1 1
1 1 0
Gerbang logika OR
Gerbang logika OR adalah salah satu gerbang yang akan memiliki kondisi logika 1 jika ada salah satu atau lebih kondisi input yang berlogika 1. Sehingga berapapun jumlah input yang terdapat pada gerbang OR, jika ada salah satu saja bagian input yang berlogika 1, maka output akan menghasilkan 1. Berikut adalah simbol gerbang logika OR.
Tabel kebenaran gerbang logika OR
Setelah mengetahui definisi dari gerbang OR dan cara kerja kondisi logikanya, maka dapat dituliskan tabel kebenaran gerbang logika OR sebagai berikut.
A B C
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Memahami Prinsip kerja gerbang OR dengan saklar elektronik
Dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa sebuah baterai akan mengalirkan arus listrik kepada lampu jika salah satu saklar tertutup. Ini dapat diumpamakan sebagai input dan lampu sebagai output. Saklar tertutup artinya kondisi 1 karena mengalirkan arus listrik, sedangkan kondisi saklar terbuka mengumpamakan kondisi logika 0 karena tidak dialiri listrik. Sehingga lampu akan menyala (1) jika salah satu atau kedua saklar tertutup.
Memahami Prinsip kerja gerbang OR dengan dioda
Selain dengan menggunakan saklar, rangkaian gerbang OR juga dapat dibuat dengan menggunakan dua buah dioda dan sebuah resistor seperti pada rangkaian berikut ini.
Dari rangkaian diatas terlihat bahwa rangkaian gerbang logika or begitu sederhana dan sangat mudah untuk diaplikasikan. Input A dan B dapat disebut berlogika 1 apabila diberikan tegangan positif, sebaliknya disebut logika 0 jika diberikan tegangan 0 atau terhubung dengan ground atau tidak diberikan tegangan apapun (mengambang).
Pada saat kedua input A dan B tidak diberikan tegangan positif, maka arus tidak akan mengalir melalui dioda dan output C akan mengikuti arus dari pull down resistor sehingga akan berkondisi 0. Namun jika salah satu atau kedua input A dan B diberikan tegangan tegangan positif, maka arus akan mengalir melalui dioda dan output C akan berkondisi logika 1.
Gerbang logika NOR
Gerbang logika NOR memiliki prinsip berkebalikan dari gerbang OR. Nama NOR sendiri diambil dari istilah NOT dan OR yang artinya kebalikan dari gerbang OR. Sehingga dapat disimpulkan bahwa output gerbang NOR akan berkondisi 1 jika dan hanya semua output berlogika 0. Adapun uraian rangkaian dari gerbang OR dan gerbang NOT yang dihubungkan sehingga menjadi gerbang NOT adalah sebagai berikut:
Tabel kebenaran gerbang logika NOR
A B Q
0 0 1
1 0 0
0 1 0
1 1 0
Dari tabel kebenaran gerbang NOR diatas terlihat jelas bahwa gerbang NOR memiliki sifat terbalik dari gerbang OR, yang mana output akan berlogika 0 jika ada salah satu atau kedua input berlogika 1.
Berikut adalah simbol dari gerbang logika NOR.
Gerbang logika Exor (X-OR)
Gerbang logika EXOR atau X-OR merupakan salah satu rangkaian logika yang lebih kompleks dibandingkan dengan gerbang logika yang sudah dijelaskan sebelumnya. Yang mana output gerbang EXOR akan berlogika 1 jika kedua input memiliki logika 1 dan 0. EXOR berupakan singkatan dari Exclusive OR.
Berikut ini adalah simbol dari gerbang logika EXOR:
Berikut ini adalah simbol dari gerbang logika EXOR:
SImbol gerbang logika Exor (X-OR)
Tabel kebenaran gerbang logika EXOR
A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Gerbang logika Exnor (X-NOR)
Gerbang Exnor atau X-NOR merupakan kebalikan dari gerbang logika EXOR. Sebenarnya gerbang EXNOR hanyalah gerbang logika EXOR yang di-seri dengan gerbang NOT.
Berikut ini adalah simbol gerbang logika EXNOR:
Berikut ini adalah simbol gerbang logika EXNOR:
Tabel kebenaran gerbang logika EXNOR
Karena gerbang Exnor merupakan kebalikan dari gerbang logika exnor, maka untuk tabel kebenaran dapat dengan mudah dibuat seperti berikut ini:
A B Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Demikian penjelasan mengenai gerbang logika dasar pada rangkaian digital yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti analisis rangkaian digital, desain rangkaian elektronika digital dan lain sebagainya.
