KATA PENGANTAR. Karanganyar, Juli 2011 Penyusun. Modul_KK1_RPL/SMKN2Kra/2011 Hal 1

Transkripsi

1 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah, SWT, karena berkat Rahmat dan hidayah-nya modul ini dapat diselesaikan oleh penyusun. Modul ELEKTRONIKA ANALOG dan DIGITAL DASAR (KK) digunakan sebagai panduan kegiatan belajar mengajar Kompetensi Keahlian yaitu Elektronika Analog dan digital Dasar, pada Program Keahlian Rekayasa Perangkat Lunak SMK Negeri 2 Karanganyar. Saran dan kritik yang membangun, sangat penulis harapkan guna perbaikan modul ini, sehingga nantinya berguna bagi semua kalangan, khususnya bagi anak didik kami. Karanganyar, Juli 2 Penyusun. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal

2 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN DEPAN (COVER)... i KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iii PETA KEDUDUKAN MODUL... vi PERISTILAHAN / GLOSSARY... viii. Kegiatan Belajar... 6 a. Tujuan kegiatan pembelajaran... 6 b. Uraian materi... 6 c. Rangkuman... 5 d. Tugas... 5 e. Tes formatif... 5 f. Kunci jawaban formatif Kegiatan Belajar a. Tujuan kegiatan pembelajaran b. Uraian materi c. Rangkuman d. Tugas e. Tes formatif f. Kunci jawaban formatif g. Lembar kerja Kegiatan Belajar 3 a. Tujuan kegiatan pembelajaran b. Uraian materi c. Rangkuman d. Tugas e. Tes formatif f. Kunci jawaban formatif g. Lembar kerja Kegiatan Belajar 4 a. Tujuan kegiatan pembelajaran b. Uraian materi c. Rangkuman d. Tugas e. Tes formatif f. Kunci jawaban formatif g. Lembar kerja Kegiatan Belajar 5 a. Tujuan kegiatan pembelajaran b. Uraian materi c. Rangkuman d. Tugas e. Tes formatif f. Kunci jawaban formatif g. Lembar kerja LEMBAR EVALUASI A. PERTANYAAN... B. KUNCI JAWABAN LEMBAR EVALUASI... C. KRITERIA KELULUSAN... 2 BAB IV. PENUTUP... 3 DAFTAR PUSTAKA... 4 Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 2

3 PERISTILAHAN / GLOSSARY Common Emiter : penggunaan kaki emitor pada transistor secara bersama bagi masukan dan keluaran Common Collector : penggunaan kaki kolektor pada transistor secara bersama bagi masukan dan keluaran Common Base : penggunaan kaki basis pada transistor secara bersama bagi masukan dan keluaran Emiter Follower : pengikut emitor, keluaran diambil dari emitor Inverting Amplifier : masukan melalui input membalik (pada penguat operasional), keluaran berlawanan fasa dengan masukan Non Inverting Amplifier : masukan melalui input tak membalik (pada penguat operasional), keluaran sefasa dengan masukan Magnitude : nilai besar Band pass : jenis filter Low pass : jenis filter yang meloloskan sinyal frekuensi rendah dan menahan sinyal frekuensi tinggi High pass : jenis filter yang meloloskan sinyal frekuensi tinggi dan menahan sinyal frekuensi rendah Band pass : jenis filter yang meloloskan sinyal pada pita frekuensi tertentu dan menahan sinyal pada frekensi lainnya Pass band : pita (bagian) yang meloloskan frekuensi Stop band : pita (bagian) yang menahan frekuensi Transition band : pita (bagian) transisi antara yang meloloskan dan menahan frekuensi Frekuensi : Jumlah gelombang tiap detik (Hertz) Periode : waktu untuk satu gelombang setiap detik Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 3

4 Modul Teori Atom dan Molekul Tujuan kegiatan pembelajaran : ) Peserta diklat mampu memahami dan menjelaskan struktur atom semikonduktor. 2) Peserta diklat mampu memahami dan menjelaskan semikonduktor tipe N dan tipe P. A. Uraian Materi Operasi komponen elektronika benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitive. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip, sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium. Seperti ditunjukkan pada Gambar atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (mengelilingi inti) sebanyak 4 dan atom germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: C dan muatan sebuah proton adalah: C. Gambar. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi pada Gambar 2 guna memudahkan pembahasan. Gambar 2. Struktur Kristal Silikon dengan Ikatan Kovalen Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 4

5 Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas atau disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih.5 x elektron bebas dalam cm 3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 3 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat. Semikonduktor Tipe N Apabila bahan semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan bahan bervalensi lain maka diperoleh semikonduktor ekstrinsik. Pada bahan semikonduktor intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya adalah sama. Konduktivitas semikonduktor intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan yakni hole maupun elektron bebas tersebut. Jika bahan silikon didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (pentavalens), maka diperoleh semikonduktor tipe n. Bahan dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni, arsenik, dan pospor. Struktur kisi-kisi kristal bahan silikon type n dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron bebas sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya. Meskipun bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas) meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun. Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor dapat digambarkan seperti pada Gambar 4. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu.5 ev untuk silikon dan. ev untuk germanium. Oleh karena itu pada suhu ruang saja, maka semua elektron donor sudah bisa mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas. Gambar 4. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 5

6 Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5. Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip. Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya berupa hole. Gambar 5. Bahan Semikonduktor Tipe N Semikonduktor Tipe P Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidakmurnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) type p adalah seperti Gambar 6. Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam Gambar 6 adalah atom Boron (B), maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron. Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan type p, hole merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron. Gambar 6. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada Gambar 7. Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar. ev untuk germanium dan.5 ev untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan. Bahan semikonduktor type p dapat dilukiskan seperti pada Gambar 7. Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip. Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 6

7 Gambar 7. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P Gambar 8. Bahan Semikonduktor Tipe P B. Rangkuman Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: C dan muatan sebuah proton adalah: C. Bahan silikon yang didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens) menghasilkan semikonduktor tipe n. Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidakmurnian) bervalensi tiga, maka diperoleh semikonduktor type p C. Tugas Carilah unsur-unsur kimia yang termasuk ke dalam kategori semikonduktor! (Cari dalam tabel periodik unsur-unsur kimia) D. Tes formatif. Jelaskan pengertian dari bahan semikonduktor! 2. Apa arti dari elektron valensi? 3. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor intrinsik? 4. Sebutkan beberapa contoh semikonduktor bervalensi tiga! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 7

8 Tujuan kegiatan pembelajaran : ) Peserta diklat memahami jenis-jenis resistor dengan benar. 2) Peserta diklat menguasai tentang kode warna dan angka resistor dengan benar. 3) Peserta diklat memahami kode warna pada kapasitor dengan benar. 4) Peserta diklat menjelaskan kode angka dan huruf kapasitor dengan benar. 5) Peserta diklat menghitung induktor dengan benar. Modul 2 Komponen Pasif A. Uraian Materi Yang termasuk komponen pasif adalah resistor, kapasitor, induktor. Resistor Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( MOhm (mega ohm) = KOhm (kilo ohm) = 6 ohm (ohm)). Resistor terbagi menjadi dua macam, yaitu : Resistor tetap yaitu resistor yang nilai hambatannya relatif tetap, biasanya terbuat dari karbon, kawat atau paduan logam. Nilainya hambatannya ditentukan oleh tebalnya dan panjangnya lintasan karbon. Panjang lintasan karbon tergantung dari kisarnya alur yang berbentuk spiral. Gambar simbol dan bentuk resistor tetap dapat dilihat pada gambar 9. Gambar 9. (a) Resistor tetap; (b) Simbol resistor tetap Resistor variabel atau potensiometer, yaitu resistor yang besarnya hambatan dapat diubah-ubah. Yang termasuk kedalam potensiometer ini antara lain : Resistor KSN (koefisien suhu negatif), Resistor LDR (light dependent resistor) dan Resistor VDR (Voltage Dependent Resistor). Gambar. (a) Resistor Variabel / Potensiometer; (b) Simbol resistor variabel/potensiometer Menentukan Kode Warna pada Resistor Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik, karena harga sebenarnya adalah harga yang tertera ± harga toleransinya. Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini : Gambar. Resistor dengan 4 Gelang dan 5 Gelang Warna. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 8

9 Tabel. Kode Warna pada Resistor 4 Gelang Warna Gelang Gelang 2 Gelang 3 Gelang 4 (Digit ) (digit 2) (Faktor Pengali) (Toleransi/%) Hitam - - Coklat Merah Orange Kuning Hijau Biru Ungu Abu-Abu Putih Emas Perak Tanpa Warna Contoh : Sebuah resistor dengan 4 gelang. Gelang pertama cokelat, gelang kedua cokelat, gelang ketiga orange dan gelang keempat emas. Tentukan nilai tahanan resistor! Jawab : Nilai Resistor tersebut : Gelang (cokelat) = ; Gelang 2 (cokelat)= ; Gelang 3 (orange)= 3 ; Gelang 4 (emas) = 5 %; Sehingga nilai tahanan resistor adalah x 3 Ohm ± 5 % atau K Ohm dengan toleransi 5 % Kode Huruf Resistor Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin, seperti terlihat pada gambar di bawah ini : Gambar 2. Resistor dengan Kode Angka dan Huruf Arti kode angka dan huruf pada resistor dengan kode 5 W 22 R J adalah sebagai berikut : 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 22 R berarti besarnya resistansi 22 ohm dengan besarnya toleransi 5% Kapasitor Kapasitor atau kondensator adalah suatu komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitas kapasitor diukur dalam F (Farad) = -6 mf (mikro Farad) = -9 nf (nano Farad) = -2 pf (piko Farad). Kapasitor elektrolit mempunyai dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor kering misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan kutub negatif (non polar). Bentuk dan simbol kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Gambar 3. (a) Kapasitor; (b) Simbol kapasitor Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 9

10 Gambar 4. Kode Warna pada Kapasitor Arti kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah 2. Tabel 2. Kode Warna pada Kapasitor Gelang 4 Gelang Gelang 2 Gelang 3 Warna (Toleransi/% (Angka) (Angka) ( Pengali) ) Gelang 5 (Tegangan Kerja) Hitam Coklat - - Merah V 6 V Orange Kuning V 2 V Hijau Biru V 22 V Ungu Abu-Abu Putih Tabel 3. Kode Angka pada Kapasitor Kode Angka Gelang Gelang 2 Gelang 3 Gelang 4 (Digit ) (digit 2) (Faktor Pengali) (Toleransi/%) - B C D F = G = H = J = K = M = Contoh : kode kapasitor = 562 J V artinya : besarnya kapasitas = 56 x 2 F = 56 F; besarnya toleransi = 5%; kemampuan tegangan kerja = Volt. Jadi interval : X = 56 X 5 %, maka intervalnya = (56 X) s/d (56 + X). Induktor Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor seperti pada gambar di bawah ini : Gambar 5. (a) Induktor ; (b) Simbol Induktor Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal

11 Kapasitas induktor dinyatakan dalam satuan H (Henry) = mh (mili Henry). Kapasitas induktor diberi lambang L, sedangkan reaktansi induktif diberi lambang XL. XL = 2. π. f. L (ohm).... () dimana : XL = reaktansi induktif (W) π = 3,4 f = frekuensi (Hz) L = kapasitas induktor (Henry) Pada induktor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (XL) jika digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Dalam sumber tegangan AC berlaku rumus : V Z, dimana Z R XL I XL 2 Z 2 R 2, Z Dimana : Z = Impedansi (W) R = Tahanan (ohm) V = Tegangan AC (Volt) XL = Reaktansi induktif () I = Arus (Ampere) R 2 XL 2, XL Dari persamaan (2) jika sumber tegangan AC (V) dan arus (I) diketahui, maka Z dapat dihitung. Dari persamaan (3), jika R diketahui, maka XL dapat dihitung. Dari persamaan () jika f diketahui, maka L dapat dihitung. B. Rangkuman Dari uraian di atas dapat di tarik kesimpulan sebagai berikut : Resistor, Kapasitor dan Induktor termasuk ke dalam komponen pasif. Nilai resistor dan kapasitor dapat diketahui dengan melihat kode warna dan angka yang terdapat pada resistor dan kapasitor. Induktor memiliki unsur resistansi dan induktansi jika digunakan sebagai beban dalam sumber tegangan AC, sedangkan bila digunakan sebagai beban pada sumber tegangan DC hanya akan menghasilkan unsur resistansi. Z 2 R C. Tugas ) Sebutkan kisaran kuat terkecil sampai terbesar resistor yang ada! 2) Sebutkan tipe kapasitor dan bahan pembuat kapasitor! 3) Sebutkan contoh-contoh penggunaan induktor! D. Tes Formatif Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar dan jelas! ) Jelaskan apa yang dimaksud : a) Resistor ; b) Kapasitor; dan c) Induktor 2) Apa arti kode 82 k W 5% 932 W pada resistor? 3) Apa arti kode 5 W 22 R J pada resistor? 4) Apakah arti kode warna pada kapasitor berikut Coklat; hitam; jingga; putih; merah 5) Apa arti kode pada kapasitor : 562 J V? 6) Suatu induktor diberi sumber tegangan AC Volt, arus yang mengalir Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter, induktor tersebut berharga 99 W. Jika frekuensi sumber 5 Hz, berapakah kapasitas induktansi L? 2 Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal

12 MODUL 3 Hukum Ohm Tujuan Kegiatan Pemelajaran : Setelah menyelesaikan kegiatan belajar 3 ini, siswa diharapkan dapat :. Menyebutkan rumus hukum Ohm. 2. Menghitung besarnya arus yang mengalir jika besarnya tegangan dan hambatan diketahui. 3. Menyebutkan rumus daya listrik. 4. Menghitung besarnya daya yang ada jika besarnya tegangan dan arus diketahui. A. Uraian Materi Hukum Ohm Kalau antara dua kutub positif dan kutub negatif dari sebuah sumber tegangan kita hubungkan dengan sepotong kawat penghantar, maka akan mengalir arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif. Arus ini mendapat hambatan dalam penghantar itu. Dari peristiwa diatas dapat diketahui bahwa ada hubungan antara arus yang mengalir dalam hambatan kawat dan adanya sumber tegangan. Besarnya arus listrik yang mengalir tergantung dari besarnya hambatan kawat. Semakin besar hambatan kawat, maka semakin kecil arus yang mengalir. Apabila sumber listrik bertegangan volt dihubungkan dengan hambatan sebesar Ohm, maka arus yang mengalir sebesar amper. Gambar 6. Tegangan V mengalirkan Arus A dalam Hambatan Ohm Dalam penyelidikannya George Simon Ohm (ahli ilmu fisika dari Jerman) menemukan bahwa arus listrik yang mengalir alam hambatan akan bertambah besar jika tegangan dinaikkan, sementara nilai hambatannya tetap. Dari uraian diatas dapat dituliskan rumus hukum Ohm, yaitu : U = I x R dimana : U = tegangan dalam satuan volt I = arus dalam satuan amper R = hambatan dalam satuan Ohm Contoh : Sebuah accu 2 volt dihubungkan dengan sebuah lampu yang mempunyai hambatan 24 ohm. Berapakah arus yang mengalir didalam lampu. Jawab : U I x R U 2 I I ; maka arus yang mengalir sebesar,5 A R 24 Daya Listrik Daya listrik diberi simbol huruf P dan dalam satuan Watt. Dari rumus hukum Ohm dapat dituliskan persamaan untuk daya listrik, yaitu: P = U x I Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 2

13 dimana : U = tegangan dalam satuan volt I = arus dalam satuan amper P = daya dalam satuan Watt R = hambatan dalam satuan ohm Dari contoh di atas dapat dihitung daya lampu adalah: P = U x I P = 2 x,5 P = 6 watt B. Rangkuman. Menurut hukum Ohm besar arus yang mengalir akan sebesar amper jika tegangan sumber adalah volt dan hambatan yang terpasang Ohm. 2. Daya listrik dihitung dengan rumus: P = U x I C. Tugas Ukurlah besarnya arus yang mengalir pada hambatan Ohm yang dipasang pada accu yang tegangannya 2 Volt. D. Tes Formatif. Hitunglah besarnya arus yang mengalir pada hambatan 5 Ohm yang dipasang pada tegangan Volt. 2. Hitunglah besarnya daya yang ada pada hambatan 25 Ohm jika arus yang mengalir 2 amper. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 3

14 Modul 4 Komponen Aktif Tujuan Kegiatan Pembelajaran : ) Peserta Diklat mampu memahami dan menjelaskan kurva karakteristik dioda semikonduktor. 2) Peserta Diklat mampu mengetahui prinsip kerja transistor sebagai saklar. A. Uraian Materi Komponen aktif diantaranya adalah sebagai berikut : DIODA SEMIKONDUKTOR Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semi-konduktor tipe p dan semikonduktor tipe n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region). Gambar 7. (a) Pembentukan Sambungan;(b) Daerah Pengosongan; (c) Dioda Semikonduktor ;(d) Simbol Dioda Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan negatip dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatip ini akan mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang (barrier potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah.2 untuk germanium dan.6 untuk silikon. Lihat Gambar 6. Suatu dioda bisa diberi bias mundur (reverse bias) atau diberi bias maju (forward bias) untuk mendapatkan karakteristik yang diinginkan. Bias mundur adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan anoda katoda VA-K adalah negatip (VA-K < ). Apabila tegangan positif baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatipnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias). Lihat pada gambar 8. Gambar 8. Dioda Diberi Bias Mundur daerah pengosongan Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 4

15 Gambar 9. Dioda Diberi Bias Maju Kurva Karakteristik Dioda Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda (Gambar 2). Gambar 2 menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (Vg). Tegangan cut-in (Vg) ini kira-kira sebesar.2 Volt untuk dioda germanium dan.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat. Gambar 2. Kurva Karakteristik Dioda Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 9 merupakan kurva karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah ma. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah na. Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu dihindari karena dioda bisa rusak. Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu: VD / n. VT ID Is e dimana: ID = arus dioda (amper) Is = arus jenuh mundur (amper) e = bilangan natural, VD = beda tegangan pada dioda (volt) n = konstanta, untuk Ge; dan» 2 untuk Si VT = tegangan ekivalen temperatur (volt) Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 5

16 Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan : Dimana : k = konstanta Boltzmann,.38 x -23 J/K (J/K artinya joule per derajat kelvin) T = temperatur mutlak (kelvin) q = muatan sebuah elektron,.62 x -9 C Pada temperatur ruang, 25 o C atau = 298 K, dapat dihitung besarnya VT yaitu: Harga VT adalah 26 mv ini perlu diingat untuk pembicaraan selanjutnya. Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur. TRANSISTOR Transistor merupakan peralatan yang mempunyai 3 lapis N-P-N atau P-N-P. Dalam rentang operasi, arus kolektor IC merupakan fungsi dari arus basis IB. Perubahan pada arus basis IB memberikan perubahan yang diperkuat pada arus kolektor untuk tegangan emitor-kolektor VCE yang diberikan. Perbandingan kedua arus ini dalam orde 5 sampai. Simbol untuk transistor dapat dilihat pada Gambar 2a dan Gambar 2b. berikut ini. Sedangkan karakteristik transistor dapat digambarkan seperti 22. Gambar 2. (a) Transistor ; (b). Simbol Transistor Gambar 22. Karakteristik transistor Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 6

17 Salah satu cara pemberian tegangan kerja dari transistor dapat dilakukan seperti pada Gambar 23. Jika digunakan untuk jenis NPN, maka tegangan Vcc-nya positif, sedangkan untuk jenis PNP tegangannya negatif. Gambar 23. Rangkaian Transistor Arus Ib (misalnya Ib) yang diberikan dengan mengatur Vb akan memberikan titik kerja pada transistor. Pada saat itu transistor akan menghasilkan arus collector (Ic) sebesar Ic dan tegangan Vce sebesar Vce. Titik Q (titik kerja transistor) dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut : Persamaan garis beban = Y = Vce = Vcc Ic x RL Jadi untuk Ic =, maka Vce = Vcc untuk Vce =, maka diperoleh Ic = Vcc/RL Apabila harga-harga untuk Ic dan Ice sudah diperoleh, maka dengan menggunakan karakteristik transistor yang bersangkutan, akan diperoleh titik kerja transistor atau titik Q. Pada umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak on-off). Adapun kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off (bagian yang diarsir pada Gambar 22). Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh dan daerah cut off-nya, dengan cara melakukan pengaturan tegangan Vb dan rangkaian pada basisnya (tahanan Rb) dan juga tahanan bebannya (RL). Untuk mendapatkan on-off yang bergantian dengan periode tertentu, dapat dilakukan dengan memberikan tegangan Vb yang berupa pulsa, seperti pada Gambar 24. Gambar 24. Pulsa Trigger dan Tegangan Output Vce Apabila Vb =, maka transistor off (cut off), sedangkan apabila Vb=V dan dengan mengatur Rb dan R sedemikian rupa, sehingga menghasilkan arus Ib yang akan menyebabkan transistor dalam keadaan jenuh. Pada keadaan ini Vce adalah kira-kira sama dengan nol (Vsat =.2 volt). Bentuk output Vce yang terjadi pada Gambar 24. Apabila dijelaskan adalah sebagai berikut (lihat Gambar 23 dan Gambar 24) : Pada kondisi Vb =, harga Ic =, dan berdasarkan persamaan loop : Vcc+ IcR + Vce=, dihasilkan Vce= +Vcc Pada kondisi Vb = V, harga Vce= dan Iv = I saturasi. Untuk mendapatkan arus Ic (I saturasi) yang cukup besar pada rangkaian switching ini, umumnya RL didesain sedemikian rupa sehingga RL mempunyai tahanan yang kecil. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 7

18 B. Rangkuman Dari uraian materi di atas dapat di buat kesimpulan sebagai berikut : ) Dioda semikonduktor dapat diberi bias maju (forward bias) atau bias mundur (reverse bias) untuk mendapatkan karakteristik tertentu. 2) Transistor memiliki 3 lapisan NPN atau PNP dengan tiga terminal yaitu emitor, colektor dan basis. 3) Transistor dapat berfungsi sebagai saklar pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off. C. Tugas ) Sebutkan macam-macam diode yang ada di pasaran! 2) Carilah contoh penggunaan bias forward dan bias reverse! 3) Berikan contoh penggunaan transistor sebagai saklar! D. Tes Formatif ) Apa yang dimaksud dengan : dioda semikonduktor, reverse bias, forward bias 2) Jelaskan prinsip kerja transistor sebagai saklar! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 8

19 Modul 5 : Sistem Bilangan dan Aritmatika Biner Tujuan Kegiatan Pemelajaran : Setelah mempelajari uraian materi modul 5 ini, diharapkan siswa dapat memahami tentang sistem bilangan dan aritmatika biner. A. Uraian Materi ) Sistem Desimal dan Biner Dalam sistem bilangan desimal, nilai yang terdapat pada kolom ketiga pada Tabel 2, yaitu A, disebut satuan, kolom kedua yaitu B disebut puluhan, C disebut ratusan, dan seterusnya. Kolom A, B, C menunjukkan kenaikan pada eksponen dengan basis yaitu : = = 2 = Dengan cara yang sama, setiap kolom pada sistem bilangan biner, yaitu sistem bilangan dengan basis, menunjukkan eksponen dengan basis 2, yaitu 2 =, 2 = 2, 2 2 = 4, dan seterusnya. Tabel 2. Nilai Bilangan Desimal dan Biner Kolom Desimal Kolom Biner C B A C B A 2 = = = 2 2 = 4 2 = 2 2 = Ratusan Puluhan Satuan Empatan Duaan Satuan Setiap digit biner disebut bit; bit paling kanan disebut least significant bit (LSB), dan bit paling kiri disebut most significant bit (MSB). Tabel 3. Daftar Bilangan Desimal dan Bilangan Biner Ekivalennya Biner Desimal C(MSB) B A(LSB) (4) (2) () Untuk membedakan bilangan pada sistem yang berbeda digunakan subskrip. Sebagai contoh 9 menyatakan bilangan sembilan pada sistem bilangan desimal, dan 2 menunjukkan bilangan biner. Subskrip tersebut sering diabaikan jika sistem bilangan yang dipakai sudah jelas. Tabel 4. Contoh Pengubahan Bilangan Biner menjadi Desimal Biner Kolom Biner Desimal = = = = = 5 Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 9

20 Konversi Desimal ke Biner Cara untuk mengubah bilangan desimal ke biner adalah dengan pembagian. Bilangan desimal yang akan diubah secara berturut-turut dibagi 2, dengan memperhatikan sisa pembagiannya. Sisa pembagian akan bernilai atau, yang akan membentuk bilangan biner dengan sisa yang terakhir menunjukkan MSBnya. Sebagai contoh, untuk mengubah 52 menjadi bilangan biner, diperlukan langkah-langkah berikut : 52 : 2 = 26 sisa, LSB 26 : 2 = 3 sisa 3 : 2 = 6 sisa 6 : 2 = 3 sisa 3 : 2 = sisa : 2 = sisa, MSB Sehingga bilangan desimal 52 akan diubah menjadi bilangan biner. Cara di atas juga bisa digunakan untuk mengubah sistem bilangan yang lain, yaitu oktal atau heksadesimal. 2) Bilangan Oktal Bilangan Oktal adalah sistem bilangan yang berbasis 8 dan mempunyai delapan simbol bilangan yang berbeda :,,2,.,7. Teknik pembagian yang berurutan dapat digunakan untuk mengubah bilangan desimal menjadi bilangan oktal. Bilangan desimal yang akan diubah secara berturut-turut dibagi dengan 8 dan sisa pembagiannya harus selalu dicatat. Sebagai contoh, untuk mengubah bilangan 589 ke oktal, langkah-langkahnya adalah : 589 : 8 = 727, sisa 3, LSB 727 : 8 = 9, sisa 7 9 : 8 =, sisa 2 : 8 =, sisa 3 : 8 =, sisa, MSB Sehingga 589 = Bilangan Oktal dan Biner Setiap digit pada bilangan oktal dapat disajikan dengan 3 digit bilangan biner, lihat Tabel.5. Untuk mengubah bilangan oktal ke bilangan biner, setiap digit oktal diubah secara terpisah. Sebagai contoh, akan diubah sebagai berikut: 3 8 = 2, MSB 5 8 = = = 2, LSB Sehingga bilangan oktal 3527 sama dengan bilangan. Sebaliknya, pengubahan dari bilangan biner kebilangan oktal dilakukan dengan mengelompokkan setiap tiga digit biner dimulai dari digit paling kanan, LSB. Kemudian, setiap kelompok diubah secara terpisah ke dalam bilangan oktal. Sebagai contoh,bilangan () 2 akan dikelompokkan menjadi, sehingga. 2 = 3 8, MSB 2 = = = 8, LSB Jadi, bilangan biner apabila diubah menjadi bilangan oktal akan diperoleh Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 2

21 3) Bilangan Hexadesimal Bilangan heksadesimal, sering disingkat dengan hex, adalah bilangan dengan basis 6, dan mempunyai 6 simbol yang berbeda, yaitu sampai dengan 5. Bilangan yang lebih besar dari 5 memerlukan lebih dari satu digit hex. Kolom heksadesimal menunjukkan eksponen dengan basis 6, yaitu 6 =, 6 = 6, 6 2 = 256, dan seterusnya. Sebagai contoh : 52B 6 = ( x 6 3 ) + (5 x 6 2 ) + (2 x 6 ) + ( x 6 ) = x x x 6 + x = = 549 Sebaliknya, untuk mengubah bilangan desimal menjadi bilangan heksadesimal, dapat dilakukan dengan cara membagi bilangan desimal tersebut dengan 6. Sebagai contoh, untuk mengubah bilangan 348 menjadi bilangan heksadesimal, dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 349/6 = 23, sisa = 6, LSB 23/6 = 3, sisa 5 = 5 6 3/6 =, sisa 3 = D 6, MSB Sehingga, 349 = D5 6. Bilangan Hexadesimal dan Biner Setiap digit pada bilangan heksadesimal dapat disajikan dengan empat buah bit. Untuk mengubah bilangan heksadesimal menjadi bilangan biner, setiap digit dari bilangan heksadesimal diubah secara terpisah ke dalam empat bit bilangan biner. Sebagai contoh, 2A5C 6 dapat diubah ke bilangan biner sebagai berikut. 2 6 =, MSB A 6 = 5 6 = C 6 =, LSB Sehingga, bilangan heksadesimal 2A5C akan diubah menjadi bilangan biner. Sebaliknya, bilangan biner dapat diubah menjadi bilangan heksadesimal dengan cara mengelompokkan setiap empat digit dari bilangan biner tersebut dimulai dari digit paling kanan. Sebagai contoh, 2 dapat dikelompokkan menjadi. Sehingga : 2 = 4 6, MSB 2 = F 6 2 = = E 6, LSB Dengan demikian, bilangan 2 = 4F5E 6. 4) Bilangan Biner Pecahan Dalam sistem bilangan desimal, bilangan pecahan disajikan dengan menggunakan titik desimal. Digit-digit yang berada di sebelah kiri titik desimal mempunyai nilai eksponen yang semakin besar, dan digit-digit yang berada di sebelah kanan titik desimal mempunyai nilai eksponen yang semakin kecil. Sehingga :. = - = /. = -2 = /.2 = 2 x. = 2 x -, dan seterusnya. Cara yang sama juga bisa digunakan untuk menyajikan bilangan biner pecahan. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 2

22 Sehingga :. 2 = 2 - = ½, dan. 2 = = ½ 2 = ¼ Sebagai contoh :. 2 = ½ + ¼ + /8 = = = ½ + + /8 = = Pengubahan bilangan pecahan dari desimal ke biner dapat dilakukan dengan cara mengalihkan bagian pecahan dari bilangan desimal tersebut dengan 2, bagian bulat dari hasil perkalian merupakan pecahan dalam bit biner. Proses perkalian diteruskan pada sisa sebelumnya sampai hasil perkalian = atau sampai ketelitian yang diinginkan. Bit biner pertama yang diperoleh merupakan MSB dari bilangan biner pecahan. Sebagai contoh, untuk mengubah.625 menjadi bilangan biner dapat dilaksanakan dengan :.625 x 2 =.25, bagian bulat = (MSB), sisa = x 2 =.5, bagian bulat =, sisa =.5.5 x 2 =., bagian bulat = (LSB), tanpa sisa Sehingga :.625 =. 2 5) Sistem Bilangan BCD Sampai saat ini kita hanya melihat pengubahan dari bilangan desimal ke bilangan biner murni. Pada beberapa aplikasi, misalnya sistem berdasar mikroprosesor, seringkali lebih sesuai apabila setiap digit bilangan desimal diubah menjadi 4 digit bilangan biner. Dengan cara ini, suatu bilangan desimal 2 digit akan diubah menjadi dua kelompok empat digit bilangan biner, sehingga keseluruhannya menjadi 8 bit, tidak bergantung pada nilai bilangan desimalnya sendiri. Hasilnya sering disebut sebagai binarycoded decimal (BCD). Penyandian yang sering digunakan dikenal sebagai sandi 842 BCD. Selain penyandian 842 BCD, juga dikenal sejumlah penyandian yang lain. Contoh : Ubah 25 menjadi bilangan BCD Penyelesaian : 2 = dan 5 = Sehingga, 25 = BCD 6) Aritmatika Biner a. Penjumlahan Biner Penjumlahan bilangan biner serupa dengan penjumlahan pada bilangan desimal. Dua bilangan yang akan dijumlahkan disusun secara vertikal dan digit-digit yang mempunyai signifikansi sama ditempatkan pada kolom yang sama. Digit-digit ini kemudian dijumlahkan dan jika dijumlahkan lebih besar dari bilangan basisnya ( untuk desimal, dan 2 untuk biner), maka ada bilangan yang disimpan. Bilangan yang disimpan ini kemudian dijumlahkan dengan digit di sebelah kirinya, dan seterusnya. Dalam penjumlahan bilangan biner, penyimpanan akan terjadi jika jumlah dari dua digit yang dijumlahkan adalah 2. Berikut adalah aturan dasar untuk penjumlahan pada sistem bilangan biner. + = + = + = + =, simpan + = + = + = + =, simpan Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 22

23 Tabel 5. menunjukkan perbandingan antara penjumlahan pada sistem bilangan desimal dan sistem bilangan biner, yaitu dan Tabel 5. Penjumlahan a. Penjumlahan desimal 3 () 2 () () Simpan Jumlah 6 () 3 8 b. Penjumlahan Biner 2 5 (32) 2 4 (6) 2 3 (8) 2 2 (4) 2 (2) 2 () Simpan Jumlah Marilah kita perhatikan penjumlahan biner dengan lebih seksama. Kolom satuan : + =, simpan Kolom 2-an : + = yang disimpan =, simpan Kolom 4-an : + yang disimpan = Kolom 8-an : + =, simpan Kolom 6-an : + yang disimpan =, simpan Kolom 32-an : yang disimpan = Jika lebih dari dua buah digit biner dijumlahkan, ada kemungkinan yang disimpan lebih besar dari. Sebagai contoh : + =, simpan + + =, simpan Contoh berikut menunjukkan penjumlahan dengan penyimpanan lebih besar dari = ( + ) + ( + ) = (, simpan ) + (, simpan ) =, simpan 2; = + ( + ) + ( + ) =, simpan 2 + yang disimpan 2 =, simpan + yang disimpan 2 =, simpan 2, dan seterusnya. b. Pengurangan Biner Pada bagian ini hanya akan ditinjau pengurangan bilangan biner yang memberikan hasil positif. Dalam hal ini, metode yang digunakan adalah sama dengan metode yang digunakan untuk pengurangan pada bilangan desimal. Dalam pengurangan bilangan biner jika perlu dipinjam dari kolom di sebelah kirinya, yaitu kolom yang mempunyai derajat lebih tinggi. Aturan umum untuk pengurangan pada bilangan biner adalah sebagai berikut : = = = =, pinjam = = = =, pijam Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 23

24 Contoh : Kurangilah 2 dengan 2 Penyelesaian : Susunlah dua bilangan di atas ke dalam kolom sebagai berikut : Hasil (Tidak ada yang di pinjam) Secara lebih rinci, dimulai dari LSB (2 = ) Kolom 2 = Kolom 2 = Kolom 2 2 = Kolom 2 3 = Sehingga, 2 2 = 2 Contoh : Kurangilah 2 dengan 2 Penyelesaian : 2 3 (8) 2 2 (4) 2 (2) Pinjam (2 2 ) 2 () Hasil Secara lebih terinci, dimulai dari LSB (2 = ) Kolom 2 = Kolom 2 = Dalam kasus ini kita harus meminjam dari bit pada kolom 2 2. Karena datang dari kolom 2 2, maka nilainya 2 kali nilai pada kolom 2. Sehingga, (bernilai 2 2 ) (bernilai 2 ) = (bernilai 2 ). Bila meminjam dari kolom di sebelah kiri maka berlaku aturan umum =. Kolom 2 2 = Nilai dari kolom 2 diubah menjadi nol karena sudah dipinjam seperti yang ditunjukkan dengan anak panah. Kolom 2 3 =, sehingga, 2 2 = 2 c. Bilangan Biner Bertanda Sejauh ini kita hanya melihat bilangan biner positif atau bilangan biner tak bertanda. Sebagai contoh bilangan biner 8-bit dapat mempunyai nilai antara : 2 = dan 2 = 255 yang semuanya bermilai positif, tanda - diletakkan di sebelah kiri bilangan desimal, misalnya -25. Dalam sistem bilangan biner, tanda bilangan (yaitu negatif) juga disandikan dengan cara tertentu yang mudah dikenal dengan sistem digital. Untuk menyatakan bilangan negatif pada bilangan biner, bit yang dikenal dengan bit tanda bilangan (sign bit) ditambah di sebelah kiri MSB. Bilangan biner yang ditulis dengan cara di atas menunjukkan tanda dan besarnya bilangan. Jika bit tanda ditulis, maka bilangan tersebut positif, dan jika ditulis, bilangan tersebut adalah bilangan negatif. Pada bilangan biner bertanda yang terdiri dari 8-bit, bit yang paling kiri menunjukkkan besarnya. Perhatikan contoh berikut : Bit Bit Tanda (64) (32) (6) (8) (4) (2) Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 24

25 Maka, = + ( ) = +3 = - ( ) = - 85 = - (6 + ) = -9 = + ( ) = +27 = - ( ) = - 27 = - = = + = Dari contoh di atas dapat dilihat, bahwa hanya karena tujuh bit yang menunjukkan besarnya, maka bilangan terkecil dan terbesar yang ditunjukan bilangan biner bertanda yang terdiri dari 8-bit adalah : [] 2 = - 27 dan [] 2 = + 27 Dengan bit dalam kurung menunjukkan bit tanda bilangan. Secara umum, bilangan biner tak bertanda yang terdiri dari n-bit mempunyai nilai maksimum M = 2 n. Sementara itu, untuk bilangan bertanda yang terdiri dari n-bit mempunyai nilai maksimum M = 2 n-. Sehingga, untuk register 8-bit di dalam mikroprosesor yang menggunakan sistem bilangan bertanda, nilai terbesar yang bisa disimpan dalam register tersebut adalah: M = 2 (n-) = 2 (8-) = = 28 = 27 sehingga mempunyai jangkauan 27 sampai +27. d. Perkalian Perkalian pada bilangan biner mempunyai aturan sebagai berikut : x = x = x = x = Perkalian bilangan biner dapat dilakukan seperti perkalian bilangan desimal. Sebagai contoh, untuk mengalikan 2 = 4 dengan 2 = 3 langkah-langkah yang harus ditempuh adalah : Biner Desimal Perkalian juga bisa dilakukan dengan menambah bilangan yang dikalikan ke bilangan itu sendiri sebanyak bilangan pengali. Contoh di atas, hasil yang sama akan diperoleh dengan menambahkan 2 ke bilangan itu sendiri sebanyak 2 atau tiga belas kali. e. Pembagian Pembagian pada sistem bilangan biner dapat dilakukan sama seperti contoh pembagian pada sistem bilangan desimal. Sebagai contoh, untuk membagi (disebut bilangan yang dibagi) dengan (disebut pembagi), langkah-langkah berikut perlu dilakukan. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 25

26 Hasil Pembagi Sisa (sampai sisa < pembagi) Sehingga hasilnya adalah 2, dan sisa pembagian adalah 2. Jadi hasilnya (, 2 ) Pembagian bisa juga dilakukan dengan cara menjumlahkan secara berulang kali bilangan pembagi dengan bilangan itu sendiri sampai jumlahnya sama dengan bilangan yang dibagi atau setelah sisa pembagian yang diperoleh lebih kecil dari bilangan pembagi. B. Rangkuman Dari uraian di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : ) Bilangan desimal adalah sistem bilangan yang berbasis dan mempunyai sembilan simbol bilangan yang berbeda :,,2,3,4...,9. 2) Bilangan biner adalah sistem bilangan yang berbasis 2 dan mempunyai 2 simbol bilangan yang berbeda: dan 3) Bilangan octal adalah sistem bilangan yang berbasis 8 dan mempunyai 8 simbol bilangan yang berbeda:,,2,3,...,7 4) Bilangan hexa desimal adalah sistem bilangan yang berbasis 6 dan mempunyai simbol bilangan yang berbeda:,,2,3,...9,a,b,c,d,e,f. 5) Setiap digit biner disebut bit; bit paling kanan disebut Least Significant Bit (LSB), dan bit paling kiri disebut Most Significant Bit (MSB). C. Tes Formatif Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar dan jelas! ) Ubah bilangan biner berikut ini menjadi bilangan desimal. (a) (b) (c) 2) Ubah bilangan desimal berikut ini menjadi bilangan biner. (a) 5 (b) 7 (c) 42 (d) 3 3) Ubah bilangan oktal berikut ini menjadi bilangan biner (a) 27 8 (b) 2 8 (c) ) Ubah bilangan biner berikut ini menjadi bilangan oktal (a) (b) 5) Kurangilah 2 dengan 2! 6) Bagilah 2 dengan 2! 7) Kalikanlah 2 dengan 2! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 26

27 Modul 6 Gerbang Logika Dasar Tujuan Kegiatan Pemelajaran : Setelah pelajaran ini selesai, siswa diharapkan mampu untuk :. Menjelaskan konsep dasar dan fungsi berbagai gerbang logika dasar dengan benar. 2. Menjelaskan hukum-hukum penjalinan (Aljabar Boolean) dengan benar. 3. Mengkombinasikan beberapa gerbang logika dasar dengan benar. 4. Menjelaskan jenis-jenis IC untuk implementasi gerbang logika dengan benar. A. Uraian Materi Gerbang logika merupakan dasar pembentuk system digital. Gerbang logika beroperasi pada bilangan biner dan. Gerbang logika digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik dengan system digital. Berkaitan dengan tegangan yang digunakan maka tegangan tinggi berarti dan tegangan rendah adalah. Semua sistem digital disusun hanya menggunakan tiga gerbang yaitu: NOT, AND dan OR. Fungsi AND gate Fungsi AND dapat digambarkan dengan rangkaian listrik menggunakan saklar seperti dibawah ini : A B Y Keterangan : A & B : saklar Y : lampu Gambar 3. Rangkaian AND Gate Jika saklar dibuka maka berlogika, jika saklar ditutup disebut berlogika. Fungsi logika yang dijalankan rangkaian AND adalah sebagai berikut : Jika kedua saklar A & B dibuka maka lampu padam ; Jika salah satu dalam keadaan tertutup maka lampu padam ; Jika kedua saklar tertutup maka lampu nyala Simbol Gerbang AND A B Y=A.B =AB Tabel Kebenaran INPUT OUTPUT A B Y Karakteristik : Jika A da B adalah input, sedangkan Y adalah Output, maka output gerbangnya AND berlogika jika semua inputnya berlogika. Dan output berlogika jika kedua atau salah satu inputnya berlogika. Fungsi OR gate Funsi OR dapat digambarkan dengan rangkaian seperti dibawah ini. A B Y Keterangan : A dan B = Saklar Y = lampu Gambar 3. Rangkaian OR Gate Jika saklar dibuka maka berlogika, jika saklar ditutup disebur berlogika. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 27

28 Simbol Gerbang OR A B Y=A+B Tabel kebenaran INPUT OUTPUT A B Y Karakteristik : Jika A dan B adalah input sedangkan Y output maka output gerbang OR akan berlogika jika salah satu atau kedua input adalah berlogika. Fungsi NOT gate Fungsi NOT dapat digambarkan dengan rangkaian seperti gambar dibawah ini : A Y Jika saklar dibuka maka berlogika, jika saklar ditutup disebut berlogika. Simbol Fungsi NOT Tabel Kebenaran INPUT OUTPUT A Y A Y Gambar 32. Rangkaian NOT Gate Karakteristik : Jika adalah input, output adalah kebalikan dari input. Artinya Jika input berlogika maka output akan berlogika dan sebaliknya. Fungsi NAND gate NAND adalah rangkaian dari NOT AND. Gerbang NAND merupakan gabungan dari NOR dan AND digambarkan sebagai berikut: A B Y = AB Menjadi A B Y = AB AND NOT NAND NAND sebagai sakelar Dari Gambar di samping dapat dibuat tabel kebenaran sebagai berikut: A C Output Y A B Y B Gambar 33. Rangkaian NAND Gate Karakteristiknya : Jika A dan B input sedangkan Y adalah output maka output gerbang NAND akan berlogika jika salah satu inputnya berlogika. Dan output akan berlogika jika kedua inputnya berlogika. Atau output gerbang NAND adalah komplemen output gerbang AND. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 28

29 Fungsi NOR gate NOR adalah singkatan dari NOT OR. Gerbang NOR merupakan gabungan dari gerbang NOT dan OR. Digambarkan sebagai berikut: A B Y = A +B menjadi A B Y = A +B NOR dengan saklar Dari rangkaian diatas dapat dibuat tabel kebenaran sebagai berikut: Input Output A B Y A B Y Gambar 34. Rangkaian NOR Gate Karakteristik : Jika A dan B adalah input dan Y adalah output maka output gerbang NOR berlogika jika semua input berlogika dan output akan berlogika jika salah satu atau semua inputnya berlogika. Atau output gerbang NOR merupakan output gerbang OR Fungsi EX-OR (Exlusive OR) Gerbang X-OR akan memberikan output berlogika jika jumlah logika jumlah logika pada inputnya ganjil. Rangkaian EX-OR disusun dengan menggunkan gerbang AND, OR, NOT seperti dibawah ini. Simbol Gerbang EX-OR A B Y = A + B Y = A.B + A.B = A + B Dari gambar di atas dapat dibuat tabel kebenaran sebagai berikut : Input Output A B Y Fungsi EX-NOR Gerbang X-NOR akan memberikan output berlogika jika jumlah logika pada inputnya ganjil. Dan akan berlogika jika kedua inputnya sama. Rangkaian EX-NOR disusun dengan menggunka gerbang AND, OR, NOT seperti dibawah ini. Simbol Gerbang EX-NOR A B Y = A + B Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 29

30 Dari gambar di atas dapat dibuat tabel kebenaran sebagai berikut : Input Output A B Y Selain gerbang logika di atas, kita harus mempelajari juga hal-hal seperti di bawah ini : ) Sifat-Sifat Aljabar Boolean Aljabar Boolean memuat variable dan simbul operasi untuk gerbang logika. Simbol yang digunakan pada aljabar Boolean adalah : (.) untuk AND, (+) untuk OR, dan ( ) untuk NOT. Rangkaian logika merupakan gabungan beberapa gerbang, untuk mempermudah penyeleseian perhitungan secara aljabar & pengisian tabel kebenaran digunakan sifat-sifat aljabar Boolean. a) Teori IDENTITAS A. = A A+ = A. = A+ = A A.A = A A+A = A A.A = A A+A = b) Teori KOMUTATIF A.B.C = C.B.A A+B+C = C+B+A c) Teori ASOSIATIF A.(B.C) = (A.B).C = A.B.C A + ( B + C ) = ( A + B ) + C = A + B + C d) Teori DISTRIBUTIF A.B + A.C = A (B+C) e) Teori DE MORGAN (A. B) = A + B (A + B) = A. B 2) Kombinasi Gerbang Logika Untuk memenuhi kebutuhan akan input yang lebih dari 2 di dalam suatu rangkaian logika, maka digabungkan beberapa gerbang logika. Hal ini biasa dilakukan jika faktor delay tidak diperhitungkan. Contoh : Gerbang logika AND 3 input Kemungkkinan tabel kebenaran untuk inputnya yaitu 2 A dimana n adalah banyaknya input. B Y Jadi 2 = 8 C Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 3

31 Tabel kebenaran AND 3 input INPUT OUTPUT A B C Y 3) Gerbang NAND sebagai gerbang universal Gerbang NAND disebut gerbang logika universal karena dapat digunakan untuk membuat gerbang logika yang lain, sehingga dapat meminimalkan penggunaan gerbang dasar untuk membentuk suatu gerbang logika tertentu. Rangkaian Ekivalen gerbang NAND JENIS GERBANG EKIVALEN NOT A A AND OR NOR EX-OR EX-NOR Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 3

32 4) TEORI DE MORGAN Digunakan untuk mengubah bolak balik dari bentuk minterm (bentuk penjumlahan dari pada hasil kali/sop) ke maksterm (bentuk perkallian dari pada penjumlahan/pos) dari pernyataan Boolean. Teori De Morgan dapat ditulis : a) (A + B) = A. B Mengubah keadaan OR dasar menjadi AND dasar = b) (A. B) = A + B Mengubah keadaan OR dasar menjadi AND dasar = Penyederhanaan fungsi logika dengan aljabar Boolean, contoh: Y = (A.B)..Y = A + B = A + B Y = (A + B )...Y = A.B Y = (AB) + A.B + A.B Y = A + B + A.B + A.B Y = A + A.B + B + A.B Y = A (+B) + B ( + A) Y = A + B = (A.B) a. Penyederhanaan fungsi logika dengan sistem Sum Of Product (SOP) dan Product Of Sum (POS). Penyederhanaan dengan sistem SOP/penjumlahan dari pada hasil kali. Sifat : untuk sistem SOP digunakan output : Contoh : INPUT OUTPUT : A A B C Y B C Y Persamaan SOP Y = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Gambar rangkaiannya : Penyederhanaan dengan aljabar Boolean Y = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Y = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Y = A.B (C+C ) + A.B.C + A.B.C Y = A.B + A.B.C + A.B.C Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 32

33 Penyederhanaan dengan POS/perkalian dari pada penjumlahan. Sifat : Untuk sistem POS digunakan output Contoh : Input Output A B Y Persamaan POS : Y = ( A + B ). ( A + B ) 5) Penyederhanaan Fungsi Logika Dengan KARNAUGH MAP. Metoda Karnaugh Map adalah suatu teknik penyederhanaan fungsi logika dengan cara pemetaan K - Map terdiri dari kotak-kotak (bujur sangkar) yang jumlahnya tergantung dari jumlah variabel dari fungsi logika atau jumlah input dari rangkaian logika. Rumus menentukan jumlah kotak dalam K Map adalah : N = 2, dimana N = jumlah kotak dalam K-Map 2 = banyaknya variabel/input Langkah-langkah pemetaan Karnaugh Map secara umum :. Menyusun aljabar Boolean minterm (dari suatu taaabel kebenaran); 2. Menggambarkan satuan dalam peta Karnaugh Map; 3. Membuat kelompok dua-an, empat-an, delapan-an satuan dan seterusnya dimana satuan tersebut berdekatan satu sama lain; 4. Menghilangkan variabel-variabel dengan rumus bila suatu variabel dan inversinya terdapat didalam suatu kelompok lingkaran maka variabel tersebut dihilangkan; 5. Meng-OR-kan variabel yang tersisa. ) Macam Karnaugh Map a) Karnaugh Map dengan 2 variabel Contoh : Input Output A B Y Langkah Pertama Y = A.B + A.B + A.B Langkah ke Dua B A B B A A Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 33

34 Langkah ke Tiga B A B B A A Langkah ke Empat Y = A. B + A.B + A.B Y = B.( A +A ) + A.B Y = B + A.B b) Karnaugh Map dengan 3 variabel Contoh : INPUT OUTPUT A B C Y Penyederhanaan dengan K-Map : Langkah pertama : Y = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Langkah kedua : C AB C C A B A B A B A B Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 34

35 Langkah ketiga : Penyederhanaan dengan Aljabar Boolean Y = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Y = B.C (A +A) + A.B (C+C) + A.B.C Y = B.C + A.B + A.B.C Y = B.C + B(A +AC) Y = B.C + B(A+C) Y = B.C + A.B + B.C Y = A.B + C(B +B) Y = A.B + C c) Karnaugh Map dengan 4 variabel Contoh : INPUT OUTPUT A B C D Y Penyelesaian : Penyederhanaan dengan Karnaugh Map : Langkah pertama : Y = A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D Langkah kedua: CD AB C D C D CD CD A B A B A B A B Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 35

36 Langkah ketiga: Penyederhanaan dengan Aljabar Boolean: Y = A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D + A.B.C.D Y = A B D(C +C) + A BC D + A BC(D +D) + AB D(C +C) + ABD(C +C) Y = A B D + A BC D + A BC + AB D + ABD Y = B D(A +A) + A B(C D+C) + ABD Y = B D + A B(D+C) + ABD Y = B D + A BD + A BC + ABD Y = B D + BD(A +A) + A BC Y = B D + BD + A BC Y = D(B +B) + A BC Y = D + A BC Variasi pelingkaran yang tidak biasa a. Tidak dapat disederhanakan b. Satu variabel dapat dihilangkan ] c. Dua variabel dapat dihilangkan 6) Aplikasi Gerbang Logika Dasar Contoh: Sebagai rangkaian ARITMATIKA BINER yang dapat melakukan Operasi aritmatik penjumlahan (+) dan pengurangan (-) a) Half Adder Adalah suatu rangkaian penjumlah sistem bilangan biner yang paling sederhana. Rangkaian ini memiliki 2 terminal input dan 2 terminal output yang disebut Summary Out (Sum) dan Carry Out (Carry). Gambar rangkaian logika untuk Half Adder Simbol A B Sum Carry A B H A C Sum Tabel Kebenarannya : INPUT OUTPUT A B SUM CARRY Persamaan logika : Sum = A.B+A.B Carry = A.B Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 36

37 b) Full Adder Adalah penjumlah lengkap (penuh) yang memiliki 3 input A, B, Carry Input (Cin) dengan 2 output Sum dan Carry Output (Cout=Co). Gambar rangkaian logika untuk Full Adder Simbol Ci n A B F A Sum Co Tabel Kebenarannya: INPUT OUTPUT A B Cin Sum Co Persamaan logika: Sum = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Co = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C c) Half Subtractor Adalah suatu rangkaian pengurang sistem bilangan biner yang paling sederhana, ini memiliki 2 input dan 2 output yang disebut differensi (Di) dan Borrow (Bo). Gambar rangkaian logika untuk Half Subtractor Simbol A B H S Di Bo Tabel Kebenarannya: INPUT OUTPUT A B Di Bo Persamaan logika : Di = A.B + A.B = A + B Bo = A.B Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 37

38 d) Full Subtractor Adalah rangkaian pengurang biner yang lengkap (penuh). Rangkaian ini memliki 3 terminal input dan 2 terminal output, yaitu Borrow dan Differensi. Gambar Simbol A B Bin F S Di Bo Tabel kebenarannya: INPUT OUTPUT A B Bin Di Bo Persamaan logikanya: Di = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C Bo = A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C + A.B.C 7) Keluarga IC Digital Perkembangan teknologi elektronik diawali dengan penggunaan Tabung hampa sebagai bagian pokok suatu alat elektronik. Kemudian temukanlah Transistor sebagai pengganti Tabung hampa. Perkembangan selanjutnya adalah munculnya rangkaian terpadu (Integrated Circuit) yang mengkombinasikan berbagai komponen bipolar (resistor, transistor) dalam satu chip. Berdasarkan kepadatan komponen keluarga IC dibagi menjadi 4 kelompok yaitu: a) SSI ( Small Scale Integration) b) MSI ( Medium Scale Integration) c) LSI ( Large Scale Integration ) d) VLSI ( Very Large Scale Integration ) Berdasarkan penggunaan, IC dibagi menjadi 2 keluarga besar yaitu keluarga IC analog dan keluarga IC digital. Keluarga IC digital lebih umum digunakan mengingat berbagai macam peralatan telah beroperasi secara digital. Keluarga IC digital sendiri dibuat dengan menggunakan teknologi semikonduktor (MOS = Metal Oxide Semiconductor) dan teknologi bipolar. Macam keluarga bipolar adalah : a) RTL (Resistor Transistor Logic) b) DTL (Diode Transistor Logic) c) TTL (Transistor Transistor Logic) d) ECL (Emitter Coupled Logic) e) HTL (High Treshold Logic) f) IIL (Integrated Injection Logic) Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 38

39 Macam keluarga Unipolar ( MOS ) adalah a) P MOS (P- Channel Metal Oxide Semikonductor) b) N MOS (N- Channel Metal Oxide Semikonductor) c) C MOS (Complementary Channel Metal Oxide Semikonductor) 8) Keluarga IC TTL IC Bipolar yang banyak dijumpai di pasaran adalah IC TTL (Transistor Transistor Logic) yang terkenal dengan seri 74XX atau 74XXX. Keluarga IC TTL digunakan paling luas pada rangkaian logika. IC TTL dibuat dalam variasi yang luas dari rangkaian terpadu MSI dan SSI. Peningkatan dalam rangkaian logika terus berkembang. Terlebih pada keluarga TTL. Enam IC TTL berikut adalah tersedia saat ini dari National Semiconductor Corporation. a) Logika TTL Standar b) Logika TTL daya rendah c) Logika TTL Schottky daya rendah d) Logika TTL Schottky e) Logika TTL Schottky daya rendah maju f) Logika TTL Schottky maju 9) Rangkaian Terpadu CMOS Complementary Metal Oxide Semikonductor (CMOS) menjadi terkenal sejak tahun 968 dan berkembang dengan cepat dengan seri 4XX atau 4XXX. Keuntungan IC CMOS dibanding TTL adalah tingkat derau yang rendah dan fungsi yang digunakan banyak jenisnya. IC Logika jenis C MOS juga mempunyai keluarga yang tidak sedikit. Namun jumlahnya tidak sebanyak IC TTL. Berbeda dengan IC TTL yang bekerja dengan tegangan supply 5 volt. IC CMOS dapat beroperasi pada berbagai tegangan supply DC. Tegangan supplynya bisa mencapai 5 volt. Tetapi CMOS mempunyai kecepatan kerja yang lebih rendah daripada TTL. Setelah IC TTL dan IC CMOS, muncul IC-IC logic PLD (Programmable Logic Device). Kelebihan PLD adalah sifatnya yang programable karena mengandung jenis dan jumlah gerbang lebih banyak pada tiap-tiap chip nya. Pemakaian PLD dapat mengurangi jumlah chip yang digunakan. Yang termasuk jenis IC PLD antara lain sebagai berikut : a) PLA (Programmable Logic Array) Berisi sejumlah gerbang AND, OR, NOT, yang masukan dan keluarannya dapat kita hubungkan sehingga membentuk rangkaian yang diinginkan. b) PAL (Programmable AND-Array Logic) c) GAL (Generic Array Logic) d) PALCE (PAL Configurable and Erasable) Yang koneksinya dapat diprogram dan dihapus berulang kali. GAL dan PALCE dilengkapi dengan flip-flop yang memudahkan kita untuk menyusun rangkaian logika sekuensial seperti Counter dan Shift Register. e) FPGA (Field Programmable Gate Array) Merupakan jenis PLD terbaru yang mulai populer saat ini. FPGA mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya adalah jenis dan jumlah gerbangnya yang sangat banyak (ribuan hingga ratusan ribu). Kecepatannya sangat tinggi, mudah diprogram dan dapat diprogram berkali-kali. B. Rangkuman Gerbang (gate) dalam rangkaian logika merupakan fungsi yang menggambarkan hubungan antara masukan dan keluaran. Untuk menyatakan gerbang-gerbang tersebut digunakan simbolsimbol tertentu. Untuk menunjukan prinsip kerja tiap gerbang (rangkaian logika yang lebih kompleks) dapat digunakan beberapa cara. Cara yang umum dipakai antara lain adalah tabel kebearan (truth table) dan diagram waktu (timing chart). Karena merupakan rangkaian digital, tentu saja level kondisi yang ada dalam tabel atau diagram waktu hanya 2 macam yaitu logika (low atau false) dan logika (high atau true). Jenis gerbang yang dipakai dalam rangkaian logika cukup banyak. Namun semuanya disusun atas kombinasi dari tiga gerbang dasar. Ketiga gerbang Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 39

40 dasar itu adalah gerbang AND, OR dan NOT. Seperti contoh sebelumnya, gerbang AND identik dengan rangkaian seri dari beberapa saklar (yang berfungsi sebagai masukan) dan sebuah lampu (yang berfungsi sebagai keluaran). Pada rangkaian seri, lampu hanya dapat menyala (berlogika ) jika semua saklar dalam keadaan tertutup (berlogika ). Jika ada satu saklar (berlogika ), lampu akan padam (berlogika ). Dengan penggambaran diatas gerbang AND memiliki minimal 2 masukan dan hanya satu keluaran. Gerbang OR identik dengan rangkaian paralel dari beberapa saklar. Pada rangkaian paralel, lampu sudah dapat menyala (berlogika ), jika salah satu saklar ditutup (berlogika ). Lampu hanya padam (berlogika ), jika semua saklar dalam kondisi terbuka (berlogika ). Jadi gerbang OR juga memiliki minimal 2 masukan dan hanya satu keluaran. Gerbang NOT sedikit berbeda dengan 2 gerbang sebelumnya. Ia hanya memiliki satu masukan dan satu keluaran. Jika masukan berlogika, keluaranya akan berlogika. Sebaliknya jika masukan berlogika, keluaranya akan berlogika. Kaarena itulah gerbang NOT sering disebut sebagai gerbang pembalik (inverter) logika. Dalam bentuk nyata rangkaian dapat disusun dari sebuah relay dengan kontak NC (Normally Closed/dalam keadaan normal tertutup) yang kontaknya tertutup saat arus listrik tidak melalui kumparan relay. Saat saklar dibuka (berlogika ), kontak relay NC akan tertutup, sehingga arus listrik mengalir ke lampu dan membuatnya menyala (berlogika ). Sebaliknya saat di tutup (berlogika ), kumparan relay yang dialiri arus akan menarik kontak NC dan membuatnya terbuk. Akibatnya tidak ada arus yag mengalir ke lampu dan lampu menjadi padam (berlogika ). Ketiga gerbang tersebut diatas dapat digabung-gabungkan menjadi gerbang lain, misalnya gerbang NAND, NOR, EX-OR, EX-NOR dan lain sebagaiya. Untuk rangkaian yang lebih kompleks, gerbang-gerbang dasar dapat disusun menjadi rangkaian Adder (penjumlah), Demultiplekser (pengubah data dari serial input menjadi paralel output, Multiplekser (pengubah data dari paralel input menjadi serial output). Selain itu rangkaian logika juga dapat di implementasikan dalam bentuk IC (Integrated Circuit) dalam jenis TTL (Transistor-transistor Logik) maupun CMOS (Complementary Metal Oxide Semikonduktor). Tiap-tiap anggota keluarga mempunyai konfigurasi sendiri-sendiri. Misalnya IC TTL 744 mengandung 6 gerbang NOT, IC TTL 7432 mengandung 4 gerbang OR. Selain gerbang-gerbang tunggal semacam itu ada juga yag konfigurasinya lebih komplek dan berisi rangkaian-rangkaian seperti Flip-flop, Counter, Encoder, Decoder, yang masingmasing mempunyai banyak varian dengan masing-masing spesifikasinya. C. Tugas. Buatlah tabel kebenaran untuk gerbang AND 3 input? 2. Buktikan persamaan Boolean dengan tabel kebenaranya untuk persamaan A. B = A + B? 3. Bedakan antara gerbang NAND dengan gerbang NOR? 4. Sederhanakan persamaan di bawah ini dengan menggunakan peta Karnaugh Map dan Aljabar Boolean : Y = A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D + A B C D 5. Perhatikan dan analisalah rangkaian berikut: Rencanakan sebuah Half Adder dengan menggunakan gabungan gerbang logika dasar? Jumlahkan data biner dengan? 6. Sebutkan 3 jenis IC TTL lengkap dengan kharakteristiknya masing-masing? 7. Seb utkan 5 buah tipe dari IC TTL yang merupakan implementasi gerbang logika dasar! 8. Sebutkan perbedaan antara IC TTL dengan CMOS? Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 4

41 D. Tes Formatif. Perhatikan gambar dibawah ini : S S2 S3 Jelaskan prinsip kerjanya dan fungsi logika apa yang dijalankan? 2. Dengan menggunakan sifat-sifat Aljabar Boolean buktikan bahwa output dari rangkaian ini adalah Y = A + B! A B Y 3. Bagaimanakah deretan pulsa yang terlihat pada keluaran gerbang EX-OR gambar di bawah ini : A B C Y Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 4

42 BAB IV PENUTUP Setelah menyelesaikan modul ini, maka Anda berhak untuk mengikuti tes praktik untuk menguji kompetensi yang telah dipelajari. Dan apabila Anda dinyatakan memenuhi syarat kelulusan dari hasil evalusi dalam modul ini, maka Anda berhak untuk melanjutkan ke topik/modul berikutnya. Mintalah pada pengajar/instruktur untuk melakukan uji kompetensi dengan sistem penilaiannya dilakukan langsung dari pihak dunia industri atau asosiasi profesi yang berkompeten apabila Anda telah menyelesaikan suatu kompetensi tertentu. Atau apabila Anda telah menyelesaikan seluruh evaluasi dari setiap modul, maka hasil yang berupa nilai dari instruktur atau berupa porto folio dapat dijadikan sebagai bahan verifikasi bagi pihak industri atau asosiasi profesi. Kemudian selanjutnya hasil tersebut dapat dijadikan sebagai penentu standard pemenuhan kompetensi tertentu dan bila memenuhi syarat Anda berhak mendapatkan sertifikat kompetensi yang dikeluarkan oleh dunia industri atau asosiasi profesi. Semoga dengan diterbitkannya modul ini dapat bermanfaat bagi pembaca, khususnya siswasiswi SMK N 2 Karanganyar Bidang Keahlian Rekayasa Perangkat Lunak. Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 42

43 DAFTAR PUSTAKA Hold Sworth; 985; Digital Logic DesignButter Worth; London John D. Ryder, PHD; Engineering Electronics; International Student Edition Millman Jacob dan Halkias Christos C; 985; Elektronika Terpadu Jilid 2; Jakarta : Erlangga Pudak Scientific; Basic Digital Communication; Bandung Wasito S; Pelajaran ElektronikaTeknik Digit; Jakarta : Karya Utama A.J. Dirksen; 982; Pelajaran Elektronika Jilid ; Jakarta : Penerbit Erlangga M. Afandi dan Agus Ponidjo; 977; Pengetahuan Dasar Teknik Listrik ; Jakarta : Proyek Pengadaan Buku/Diktat Pendidikan Menengah Teknologi. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Hughes, Fredrick W; 99; Panduan Op-Amp; Jakarta : Elex Media Komputindo. Loveday, GC; 993; Melacak Kesalahan Elektronika; Jakarta : Elex Media Komputindo. Rusmadi, Dedy; 2; Aneka Hoby Elektronika; Bandung : CV. Pionir Jaya. Sutrisno.;987; lektronika Teori dan Penerapannya; Bandung : ITB Bandung. Woollard, Barry; 999; Elektronika Praktis; Jakarta : PT Pradnya Paramitra. Robert, Boylestad; 999; Electronic Devices And Circuit Theory; USA :Prentice Hall.inc Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 43

44 Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 44

45 Lembar Kerja RESISTOR Alat dan Bahan ) Ohmmeter... buah 2) Resistor 4 gelang... 5 macam 3) Resistor 5 gelang... 5 macam 4) Resistor dari bahan porselin... macam Kesehatan dan Keselamatan Kerja ) Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar kegiatan belajar! 2) Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar! 3) Jangan meletakkan alat dan bahan ditepi meja! Langkah Kerja ) Siapkan alat dan bahan yang diperlukan! 2) Amatilah kode warna pada masing resistor 4 gelang! 3) Ukurlah resistansi resistor satu-persatu dengan Ohmmeter! 4) Catatlah harga resistor tersebut pada Tabel di bawah ini! 5) Bandingkan hasil pengamatan dengan hasil pengukuran! 6) Buatlah kesimpulan! 7) Kembalikan semua alat dan bahan! Tabel. Hasil Pengamatan Resistor dengan Kode Angka dan Huruf Resistor Gelang Gelang 2 Gelang 3 Gelang Harga Pengamatan (Ω) Harga Pengukuran (Ω) Latihan : ) Apa perbedaan antara hasil pengukuran dengan hasil pengamatan pada resistor! mengapa itu bisa terjadi? 2) Dari besarnya nilai resistansi yang tertera pada resistor buat kesimpulan tentang kedua jenis resistor! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 45

46 KAPASITOR Alat dan Bahan ) Alat tulis dan kertas... secukupnya 2) Kapasitor... macam Lembar Kerja 2 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ) Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar kegiatan belajar! 2) Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar! 3) Jangan meletakkan alat dan bahan ditepi meja! Langkah Kerja ) Siapkan alat dan bahan yang diperlukan! 2) Amatilah kode kapasitor berupa angka/huruf dan warna kapasitor satu persatu dan catatlah hasil pengamatan pada Tabel 6 dan 7 di bawah ini! 3) Kembalikan alat dan bahan! Tabel 7. Data Hasil Pengamatan Kode Warna pada Kapasitor Kapasitor Gelang Gelang 2 Gelang 3 Gelang Harga Pengamatan (mikro F) Harga Pengukuran (mikro F) Latihan : ) Mengapa dalam kapasitor tercantum tegangan kerja yang digunakan? adakah pengaruhnya terhadap penggunaan kapasitor tersebut? 2) Adakah perbedaan ketepatan antara hasil pengamatan dan hasil pengukuran antara kapasitor kode angka dan huruf dengan kapasitor kode warna? buat hasil kesimpulannya! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 46

47 INDUKTOR Alat dan Bahan ) Ohmmeter... buah 2) Voltmeter... buah 3) Amperemeter... buah 4) Sumber tegangan AC variabel... buah 5) Induktor Dekade - mh... buah 6) Saklar kutub tunggal... buah 7) Kabel penghubung... secukupnya Kesehatan dan Keselamatan Kerja ) Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar kegiatan belajar! 2) Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar! 3) Jangan meletakkan alat dan bahan ditepi meja! Langkah Kerja ) Siapkan alat dan bahan yang diperlukan! 2) Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini! Lembar Kerja 3 3) Aturlah sumber tegangan pada volt dan saklar dibuka, induktor dekade diatur seperti Tabel 8! 4) Tutuplah saklar S dan aturlah sumber tegangan sehingga amperemeter menunjukkan harga seperti pada Tabel 8! 5) Catatlah harga penunjukkan Voltmeter dalam tabel pengamatan! 6) Bukalah saklar S! 7) Ukurlah resistansi (R) induktor dengan ohmmeter! 8) Catatlah hasilnya dalam Tabel 8 di bawah ini! 9) Ulangilah langkah kerja no. 4 s/d 8 untuk harga induktor seperti pada Tebel 8! ) Kembalikan semua alat dan bahan! Tabel 8. Data Hasil Pengamatan Kode Warna pada Kapasitor Harga frekuensi (f) = 5 Hz Latihan : ) Apa yang akan terjadi pada harga impedansi jika dari kelima induktor diatas diberikan arus yang sama! 2) Jelaskan pengaruh besar tahanan dan tegangan terhadap harga impedansi yang diperoleh! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 47

48 Mengukur Arus Listrik Alat dan Bahan:. Accu 2 volt... buah 2. Resistor 24 ohm/ W... buah 3. Resistor 48 ohm/ W... buah 4. Amper meter 2 A... buah 5. Volt meter 25 V... buah 6. Kabel penyambung... secukupnya 7. Saklar pisau... buah Keselamatan Kerja:. Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar Kegiatan belajar 2. Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar 3. Hati-hati dengan air accu, jangan sampai mengenai badan atau benda disekitarnya Langkah Kerja:. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan. 2. Hubungkan semua peralatan seperti gambar dibawah ini : Lembar Kerja 4 3. Bacalah penunjukkan jarum volt meter dan amper meter. Catatlah! 4. Hitunglah nilai resistansi berdasarkan penunjukkan volt meter dan amper meter. Hasilnya apakah mendekati hambatan yang dipasang? 5. Gantilah resistor dengan 48 Ohm. Hubungkan saklar pisau. 6. Bacalah penunjukkan jarum volt meter dan amper meter. Catatlah! 7. Hitunglah nilai resistansi berdasarkan penunjukkan volt meter dan amper meter. Hasilnya apakah mendekati hambatan yang dipasang? 8. Buat kesimpulan dari hasil percobaan diatas! 9. Kembalikan semua peralatan setelah selesai melakukan percobaan! Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 48

49 Lembar Kerja 5 Dioda Semikonduktor Alat dan Bahan: ) Diode N buah 2) Sumber Daya 2 V DC... Unit 3) Lampu LED... buah 4) Voltmeter dan Amperemeter DC... unit Kesehatan dan Keselamatan Kerja ) Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif sebelum digunakan! 2) Bacalah dan pahami petunjuk pratikum pada lembar kegiatan belajar! 3) Hati-hati dalam penggunaan peralatan pratikum! Langkah Kerja: ) Siapkanlah Gambar rangkaian serta alat dan bahan yang diperlukan pada rangkaian dibawah ini! 2) Rakitlah rangkaian seperti Gambar 25 di atas, usahakan agar komponen diode tidak terbalik anode dan katodenya dan periksakan hasil rangkaian pada instruktur! 3) Setelah dinilai benar hubungkan dengan sumber tegangan DC 3 Volt. 4) Lakukanlah pengamatan pada simpul pengukuran yang ada serta catatlah hasil pengukuran tersebut pada Tabel 9! 5) Untuk pengukuran arus, simpul pengukuran yang diamati adalah :Simpul No. 2. Sedangkan pengukuran tegangan, simpul pengukuran yang diamati adalah: Simpul No. 2 s/d No. 6) Lakukanlah kembali langkah No. 2 s/d No. 5 untuk rangkaian dibawah ini, serta masukkan data pengamatan pada Tabel 9! 7) Jika telah selesai semua maka lepaskan sumber DC dari rangkaian dan kembalikan semua alat dan bahan ke tempat semula. Latihan ) Bagaimana dioda semikonduktor dibentuk? 2) Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias mundur? 3) Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias maju? Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 49

50 Transistor Alat dan Bahan : ) Catu daya 6 V AC.. unit 2) Osiloskop dua kanal (dual trace). unit 3) Ampermeter.... buah 4) Multimeter buah 5) Transistor BC buah 6) Resistor 2 W 2 A buah 7) Kabel penghubung secukupnya Lembar Kerja 6 Kesehatan dan Keselamatan Kerja: ) Hati-hatilah dalam pemakaian alat ukur! 2) Jangan menghidupkan catu daya sebelum rangkaian diperiksa secara cermat. 3) Segera kembalikan saklar pemilih alat ukur Multimeter dari posisi Ohm ke posisi Vac setelah melakukan pengukuran dengan besaran Ohmmeter. Langkah Kerja: ) Periksalah dan uji transistor dan resistor dengan Ohmmeter sebelum digunakan! 2) Rakitlah rangkaian transistor sebagai sakelar seperti pada gambar di bawah ini! 3) Setelah rangkaian diperiksa secara cermat dan tidak ada kesalahan pada rangkaian, hubungkanlah saklar dan catu daya! 4) Aturlah tegangan dari generator fungsi hingga tegangan keluaran adalah 2 Vpp dan frekuensi = 5 KHz! 5) Ukurlah besaran arus kolektor dan arus basis, catatlah hasil pengukuran tersebut ke Tabel! 6) Amatilah pada layar osciloscope bentuk gelombang kotak dari FG dan ukurlah tegangan kolektor-emitor saat sakelar terbuka dan catatlahlah data tersebut kedalam Tabel! 7) Gambarkanlah bentuk kedua gelombang tersebut! 8) Lakukanlah langkah-langkah percobaan tersebut di atas dengan menaikkan tegangan keluaran generator fungsi hingga 4 Vpp! 9) Selesai percobaan, kembalikanlah alat dan bahan ke tempatnya semula! ) Tabel. Pengaturan Tegangan Latihan ) Jelaskanlah prinsip kerja rangkaian di atas? 2) Gambarkan bentuk gelombang keluaran dari frekuensi generator pada osiloskop? Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 5

51 GERBANG LOGIKA DASAR Alat dan bahan. Power supply 5 volt DC. buah 2. Trainer Digital.. buah 3. IC TTL tipe74 (NAND gate) buah 4. IC TTL tipe742 (NOR gate)... buah 5. IC TTL tipe744 (NOT gate) buah 6. IC TTL tipe748 (AND gate) buah 7. IC TTL tipe7432 (OR gate)... buah 8. IC TTL tipe7486 (Ex-OR gate). buah 9. Jumper.. secukupnya Langkah kerja. Siapkan power supply 5 volt DC 2. Hubungkan terminal Vcc dari semua modul pada tegangan 5 volt DC 3. Hubungkan terminal ground dari semua modul 4. Buatlah rangkaian gerbang seperti gambar 5. Berikan kondisi logik sesuai pada tabel 6. Catat hasilnya pada kolom output Tabel Gambar INPUT OUTPUT A B Y 7. Ulangi langkah kerja 4 dan 5 untuk rangkaian gerbang logika yang lain : a. OR gate Tabel 2 Gambar 2 INPUT OUTPUT A B Y b. NOT gate Tabel 3. Gambar 3 INPUT OUTPUT A Y c. NAND gate Tabel 4 Gambar 4 INPUT OUTPUT A B Y d. NOR gate Tabel 5 Gambar 5 Lembar Kerja 7 Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 5

52 INPUT OUTPUT A B Y e. Ex-OR gate Tabel 6 Gambar 6 INPUT OUTPUT A B Y f. Ex-NOR gate Tabel 7 Gambar 7 INPUT OUTPUT A A B Y B Y 8. Buatlah kesimpulan dan laporan dari hasil praktek yang telah dilakukan! 9. Kalau sudah selesai, rapikan tempat, kembalikan bahan ke tempatnya semula dan bersihkan lingkungannya Modul_KK_RPL/SMKN2Kra/2 Hal 52