BAB II Percobaan 1 Karakteristik IC - IC Digital 2.1 Tujuan Percobaan
1. Mampu merangkai rangkaian pengukuran threshold voltage 2. Mampu merangkai rangkaian threshold pull-down dan pull-up baik dengan beban maupun tidak. 3. Mengetahui dan mempelajari karakteristik IC digital yang meliputi threshold voltage dan pengaruh pembebanan 2.2 Alat dan Bahan
1) Power Supply 2) Multimeter 3) Protoboard 4) Resistor (1KΩ, 2KΩ) 5) IC CMOS 4011, IC TTL 7400 6) Jumper
2.3 Langkah Percobaan 2.3.1 Threshold Voltage
1) Buat rangkaian seperti gambar di bawah dengan menggunakan IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011.
2K Ohm
1K Ohm 1K Ohm
Gambar 2.1 Gambar Rangkaian Threshold Voltage
2) Mengeset input power supply agar 0 V 3) Mengukur Vout 4) Menaikan Vin secara periodik sampai 12V kemudian catat Vout 5) Menurunkan Vin secara periodic sampai 0V kemudian catat Vout 6) Mengulang langkah 1 – 5 untuk IC 4011 dan IC 7400
2.3.2 Pengaruh Pembebanan 2.3.2.1 Pull Up
1) Buat rangkaian seperti gambar di bawah dengan menggunakan IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011.
1K Ohm
Gambar 2.2 Gambar Rangkaian Pull Up
2) Mengukur Vout diantara kaki no 3 dan ground, kemudian catat Vout 3) Mengukur Vout tanpa dipasang resistor, catat hasil keluarannya 4) Ulangi langkah 1 – 3 dengan menggunakan IC 7400 dan IC 4011
2.3.2.2 Pull Down
1) Buat rangkaian seperti gambar di bawah dengan menggunakan IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011.
1K Ohm
Gambar 2.3 Gambar Rangkaian Pull Down
2) Mengukur Vout diantara kaki no 3 dan kaki no 7, dengan kondisi resistor terpasang catat Vout. 3) Mengulangi langkah no 2 dengan kondisi resistor dilepas 4) Mengulangi langkah no 1 – 3 dengan menggunakan IC 4011 dan IC 7400
2.4 Data Percobaan 2.4.1 Threshold Voltage 2.4.1.1 Threshold Voltage Low Tabel 2.1 Tabel Data Percobaan Threshold Voltage Low
IC TTL 7400(0 V-12 V)
IC CMOS 4011(0 V-12 V)
Vin
Vout
Vin
Vout
0
3,44
0
8,46
3,48
2,15
3,9
5,04
7,2
0,20
6
5,04
8,5
0,18
9,5
5,04
11,8
0,15
12
5,04
2.4.1.2 Threshold Voltage High Tabel 2.2 Tabel Data Percobaan Threshold Voltage High
IC TTL 74LS00(12 V- 0V)
IC CMOS 4011(12 V- 0V)
Vin
Vout
Vin
Vout
0
3,44
0
5,63
3,48
2,15
3,9
5,04
7,2
0,20
6
5,05
8,5
0,18
9,5
5,06
11,8
0,15
12
5,4
2.4.2 Pengaruh Pembebanan Tabel 2.3 Tabel Data Percobaan Pengaruh Pembebanan
IC
Vin
TTL 7400 CMOS 4011
Tanpa R
Dengan R
Pull Up
Pull Down
Pull Up
Pull Down
4,86 V
3,13
2,4
4,40
2,93
5.15 V
2,6
2,57
4,73
3,12
2.5 Analisa dan Pembahasan 2.5.1 Threshold Voltage 2.5.1.1 Penjelasan Singkat
Threshold voltage adalah peralihan tegangan dari logika 0 ke logika 1 atau sebaliknya, dan threshold voltage berfungsi untuk membuat transistor menjadi nyala atau menjadi on.
Pada percobaan Karakteristik IC-IC Digital ini, akan dilakukan dua jenis pengukuran yaitu threshold low dan threshold high. Pengukuran yang pertama adalah pengukuran threshold voltage low dengan range tegangan antara 0-12 volt untuk IC TTL 7400 dan antara 0-12 volt untuk IC CMOS 4011. Dan pengukuran kedua adalah pengukuran threshold voltage high dengan range tegangan antara 12 - 0 volt untuk IC TTL 7400 dan antara 12-0 volt untuk IC CMOS 4011. 2.5.1.2 Grafik Threshold Voltage Ideal
Gambar 2.4 Grafik Threshold Voltage Ideal
2.5.1.3 Perbandingan dengan Teori
Dari ke empat data di atas dapat disimpulkan bahwa baik IC TTL maupun IC CMOS cara kerjanya berbasis gerbang NAND. Dimana semakin tinggi nilai masukan maka akan semakin rendah nilai keluarannya. Perbedaan pada ke duanya terdapat pada proses peng-inputan tegangan. Pada IC TTL, jika pada proses LOW tegangan input dimulai dari tegangan paling rendah (0 volt) hingga yang paling tinggi (12 volt), sehingga menghasilkan tegangan keluaran dari nilai rendah ke tinggi. Sedangkan pada proses HIGH tegangan input dimulai dari tegangan tinggi (12 volt) hingga ke tegangan paling rendah (0 volt), sehingga menghasilkan tegangan keluaran dari nilai tertinggi ke rendah.Sedangakan pada IC CMOS, jika pada proses LOW tegangan input dimulai dari tegangan paling rendah (0 volt) hingga yang paling tinggi (12 volt), sehingga menghasilkan tegangan keluaran dari nilai rendah ke tinggi. Sedangkan pada proses HIGH tegangan input dimulai dari tegangan tinggi (12 volt) hingga ke tegangan paling rendah (0 volt), sehingga menghasilkan tegangan keluaran dari nilai tertinggi ke rendah. Tabel 2.4 Tabel Pertandingan Tegangan Treshold Teori dan P ercobaan
Tegangan Treshold Data
Tegangan Treshold Hasil
sheet
Percobaaan
IC Vt(high)
Vt(low)
Vt(high)
Vt(low)
7400
2
0.8
7,2
0.01
4011
3.5
1.5
3.9
0.01
Dari tabel perbandingan tegangan threshold di atas dapat kita ketahui bahwa tegangan threshold datasheet pada IC TTL 7400 high yaitu antara 2 dan lownya 0.8.dan untuk IC CMOS 4011 highnya adalah 3.5 dan lownya 1.5. Sedangkan pada hasil percobaan tegangan threshold datasheet pada IC TTL 7400 high yaitu antara 2 dan lownya 0.8.dan untuk IC CMOS 4011 highnya adalah 3.5 dan lownya 1.5. Sehingga kita kethaui bahwa tegangan threshold antara datasheet dan hasil percobaan berbeda, hal ini disebabkan oleh ketidaktelitian dalam mendapatkan step kenaikan dan penurunan pada tegangan input dan output.
2.5.1.4 Grafik Threshold Voltage Percobaan
Gambar 2.5 Grafik Threshold Voltage Low IC TTL 7400
Gambar 2.6 Grafik Threshold Voltage Low IC CMOS 4011
Gambar 2.7 Grafik Threshold Voltage High IC TTL 7400
Gambar 2.8 Grafik Threshold Voltage High IC CMOS 4011
2.5.1.5 Analisa Threshold Voltage Low IC TTL 7400
Pengukuran threshold voltage low dengan range tegangan yang diatur dengan potensiometer antara 0 ke 12 volt untuk IC TTL 7400. Tabel 2.5 Tabel Pengukuran Threshold Voltage Low IC 7400
IC TTL 7400 Vin
Vout
0
3,44
3,48
2,15
7,2
0,20
8,5
0,18
11,8
0,15
Dari tabel diatas terlihat bahwa bila semakin kecil Vin maka Vout makin besar. Hal ini sesuai dengan teori, bahwa IC TTL 7400 berbasis gerbang NAND. Gerbang NAND adalah gabungan dari gerbang NOT-AND, atau suatu fungsi AND yang dibalikkan. Dengan kata lain bahwa gerbang NAND akan menghasilkan sinyal keluaran yang lebih rendah dari sinyal masukan. Untuk dapat menghasilkan input logika ‘1’ pada IC TTL 7400, diberikan tegangan 12 V. Untuk logika ‘0’ diberikan tegangan 0 V.Pada saat peralihan tegangan input 0 V ke 3,48 V dan dari 3,48 V ke 7,2 V terlihat ada perubahan tegangan output dari 3,44 V ke 2,15 V dan berubah derastis dari 2,15 V ke 0,20 V. Hal ini berarti bahwa threshold
voltage sudah ada antara 0 V sampai 3,48 V dan juga berada diantara 3,48 V sampai 7,2 V . Untuk voltase yang lainnya, tidak kami hitung sebagai threshold karena jeda voltase yang amat sedikit, yaitu 0,02 dan 0,03. Jadi, itu kami simpulkan sebagai ketidak telitian alat ukur. Dari grafik perbandingan tegangan input dan output pada IC TTL 7400 dapat kita lihat bahwa apabila tegangan inputnya kecil maka tegangan outputnya besar, sedangkan jika tegangan input besar maka tegangan outpunya kecil.
2.5.1.6 Analisa Threshold Voltage Low IC CMOS 4011
Pengukuran threshold voltage low dengan range tegangan yang diatur dengan potensiometer antara 0 ke 12 volt untuk IC CMOS 4011. Tabel 2.6 Tabel Threshold voltage low IC CMOS 4011
IC CMOS 4011 Vin
Vout
0
8,46
3,9
5,04
6
5,04
9,5
5,04
12
5,04
Dari tabel diatas terlihat bahwa bila semakin kecil Vin maka Vout makin besar. Hal ini sesuai dengan teori, bahwa IC CMOS 4011 berbasis gerbang NAND. Gerbang NAND adalah gabungan dari gerbang NOT-AND, atau suatu fungsi AND yang dibalikkan. Dengan kata lain bahwa gerbang NAND akan menghasilkan sinyal keluaran yang lebih rendah dari sinyal masukan. Untuk dapat menghasilkan input logika ‘1’ pada CMOS, diberikan tegangan 12 V.Untuk logika ‘0’ diberikan tegangan 0 V.Pada saat peralihan tegangan input 0 V ke 3,9V dan dari 3,9 V ke 6 V, terjadi perubahan tegangan output dari 8,46 ke 5,04 V dan
tidak mengalami perubahan tegangan yaitu 5,04 V. Hal ini berarti bahwa threshold voltage ada antara 0 sampai 3,9 V. Dari grafik perbandingan tegangan input dan output pada IC CMOS 4011 dapat kita lihat bahwa apabila tegangan inputnya kecil maka tegangan outputnya besar, sedangkan jika tegangan input besar maka tegangan outputnya kecil.
2.5.1.7 Analisa Threshold Voltage High IC TTL 7400
Pengukuran threshold voltage High dengan range tegangan yang diatur dengan potensiometer antara 12 ke 0 volt untuk IC TTL 7400 Tabel 2.7 Tabel Pengukuran Threshold Voltage High IC 7400
IC TTL 7400(12 V- 0V) Vin
Vout
11,8
0,15
8,5
0,18
7,2
0,20
3,48
2,15
0
3,44
Sesuai dengan data di atas dapat diketahui bahwa semakin besar Vin maka akan semakin kecil Vout. Teori gerbang NAND juga berlaku pada percobaan ini. Pada IC TTL 7400, saat peralihan tegangan input 11,8 V ke 7,2 V belum terjadi perubahan tegangan output yang signifikan, yaitu hanya sebesar 0,05 V, dan itu tidak kami hitung sebagai threshold karena jeda voltase yang amat sedikit, maka kami simpulkan ini sebagai kesalahan alat ukur. Kemudian dari 7,2 V ke 3,48 V terjadi perubahan dari 0,20 V ke 2,15 V. Dan dari tegangan input 3,48 V ke 0 V terjadi perubahan tegangan output dari 2,15 V ke 3,44 V.
Hal ini berarti bahwa threshold
voltage berada antara 7,2 V sampai 3,48 V dan diantara 3,48 V sampai 0 V. Dari grafik perbandingan tegangan input dan output pada IC TTL 7400 dapat kita lihat bahwa apabila tegangan inputnya besar maka tegangan outputnya kecil, sedangkan jika tegangan input kecil maka tegangan outputnya besar.
2.5.1.8 Analisa Threshold Voltage High IC CMOS 4011
Pengukuran threshold voltage High dengan range tegangan yang diatur dengan potensiometer antara 12 ke 0 volt untuk IC CMOS 4011. Tabel 2.8 Tabel Pengukuran Threshold Voltage High IC 4011
IC CMOS 4011 (12 V- 0V) Vin
Vout
12
5,06
9,5
5,06
6
5,05
3,9
5,05
0
5,63
Sesuai dengan data di atas dapat diketahui bahwa semakin besar Vin maka akan semakin kecil Vout. Teori gerbang NAND juga berlaku pada percobaan ini. Pada IC CMOS 4011 saat peralihan tegangan input 12 V ke 9,5 V tidak terjadi perubahan tegangan output. Lalu dari 9,5V menuju 6V terjadi perubahan 0,01V, yaitu dari 5,06V menuju 5,05V, namun ini kami anggap sama karena terjadi ketidaktelitian pengamatan. dan dari 3,9V ke 0 V terjadi perubahan tegangan dari 5,04 V ke 5,63 V. Hal ini berarti bahwa threshold voltage berada antara 3,9 V sampai 0 V. Dari grafik perbandingan tegangan input dan output IC CMOS 4011 dapat kita lihat bahwa apabila tegangan inputnya besar maka tegangan outputnya kecil, sedangkan jika tegangan input kecil maka tegangan outputnya besar.
2.5.2 Pengaruh Pembebanan 2.5.2.1 Penjelasan Singkat Pull-up Pull-down
Resistor Pull Up berarti menghubungkan input IC supaya secara default mendapat logic 1, ketika mendapat trigger maka akan menjadi logic 0. Sedangankan Pull down berarti menghubungkan input IC supaya default menjadi logic 0 ketika trigger maka akan berubah menjadi logic 1. Pada percobaan pengaruh pembebanan pada IC TTL dan IC CMOS ini, akan dilakukan tiga jenis pengukuran yaitu pembebanan tanpa resistor, pembebanan pull up dan pembebanan pull down. Pada percobaan pertama yaitu pembebanan tanpa resistor, pada rangkaian diberikan tegangan input dan diukur tegangan keluarannya. Dan pada percobaan kedua yaitu pembebanan pull up, diberikan suatu resistor sebesar 1 KΩ dan dihubungkan dengan Vcc dengan tegangan masuknya sama seperti tegangan sebelumnya. Sedangkan pada percobaan ketiga yaitu pembebanan pull down, resistor dihubungkan ke ground dengan tegangan input sebesar nilai tegangan sebelumnya. 2.5.2.2 Analisa Pull Up IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011 Tabel 2.9 Tabel Pengukuran Pengaruh Pembebanan IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011
Tanpa R
Dengan R
Pull Up
Pull Up
4,86 V
3,13
4,40
5.15 V
2,6
4,73
IC
Vin
TTL 7400 CMOS 4011
Pada pembebanan pull up pada IC TTL 7400, nilai tegangan keluaran lebih besar dari nilai tegangan keluaran tanpa R. Hal ini sesuai dengan teori, bahwa tegangan keluaran akan naik jika dipasang secara pull up, yaitu dari 3,13 V menjadi 4,40 V. Pada pembebanan pull up IC CMOS 4011, nilai tegangan keluaran lebih besar dari nilai tegangan keluaran tanpa R. Hal ini sesuai dengan teori, bahwa tegangan keluaran akan naik jika dipasang secara pull up, yaitu dari 2,6 V menjadi 4,73 V. Manfaat dari
Pull up yaitu Pull up digunakan bersama output open collector dan open drain. Karena outputnya tidak memiliki koneksi langsung menuju suplai positif. Jadi, output rangkaian ini harus diberi beban tambahan jika asumsi logika internal tinggi. 2.5.2.3 Analisa Pull Down IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011 Tabel 2.10 Tabel Pengukuran Pengaruh Pembebanan IC TTL 7400 dan IC CMOS 4011
Tanpa R
Dengan R
Pull Down
Pull Down
4,86 V
2,4
2,93
5.15 V
2,57
3,12
IC
Vin
TTL 7400 CMOS 4011
Pada pembebanan pull down, nilai tegangan keluaran
lebih tinggi dari nilai
tegangan keluaran tanpa R yaitu dari 2,4 V menjadi 2,93 V. Hal ini tidak sesuai dengan teori, bahwa tegangan keluaran akan turun jika dipasang secara pull down. Kesalahan ini terjadi karena berkurangnya kerja dari IC dan resistor, serta kurang akuratnya potensiometer, karena sudah lama dipakai. Pada pembebanan pull down, nilai tegangan keluaran lebih besar dari nilai tegangan keluaran tanpa R. Hal ini tidak sesuai dengan teori, bahwa tegangan keluaran akan turun jika dipasang secara pull down, yaitu dari 2,57 V menjadi 3,12 V, karena kurang ketelitian dari melakukan percobaan. Manfaat dari pull down yaitu : Menghindari kondisi mengambang dari input.Untuk menentukan input dari perangkat sebagai 1 ( 0 jika pull down), resistor mendorong input menjadi up ketika switch-nya terbuka. Dan switch-nya akan tertutup bila inputnya low. Posisi saklar dan resistor dapat dipertukarkan - resistor ke ground, dan switch ke suplai +.
2.5.2.4 Perbandingan dengan Teori
Dari ke empat data di atas dapat disimpulkan bahwa baik IC TTL7400 maupun IC CMOS 4011 cara kerjanya berbasis gerbang NAND. Di mana semakin tinggi nilai masukan maka akan semakin rendah nilai keluarannya. Perbedaan pada ke duanya terdapat pada proses peng-inputan tegangan. Tegangan keluaran akan semakin kecil jika rangkaiannya diberi resistor, karena terdapat beban akan menghambat arus yang mengalir. Tabel 2.11 Tabel Perbandingan hasil percobaan dan datasheet IC TTL 7400
Datasheet IC
Pull Up
Pull Down
Percobaan Pull Up
Pull Down
IC TTL 7400
3,5
0,25
3,13
2,4
IC CMOS 4011
4,95
0,05
4,6
2,57
Pada tabel percobaan menunjukkan bahwa terjadi kesalahan perhitungan pada pull down, di mana tegangan pull down seharusnya bersifat di bawah 1. Kesalahan perhitungan ini dapat disebabkan karena berkurangnya kerja dari IC dan resistor, serta kurang akuratnya potensiometer, karena sudah lama dipakai.
2.6 Kesimpulan
1. Threshold voltage adalah tegangan ambang di mana nilai output suatu gerbang logika berubah dari logika 0 ke logika 1 atau sebaliknya. 2. IC TTL dan IC CMOS sama – sama berbasis gerbang NAND, yaitu semakin tinggi nilai tegangan masukan maka akan semakin rendah nilai tegangan keluarannya. 3. Threshold voltage low sama dengan threshold voltage high. 4. Jika nilai tegangan output IC cenderung tetap pada variasi input, maka IC mengalami kerusakan. 5. Resitor pull up berarti kita menghubungkan input IC supaya secara default mendapat logic satu, ketika mendapat trigger maka akan berubah menjadi logic nol. 6. Pull up berfungsi untuk menaikkan tegangan output suatu gerbang logika. 7. Resitor pull down berarti kita menghubungkan input IC supaya secara default mendapat logic nol, ketika mendapat trigger maka akan berubaha menjadi logic satu. 8. Pull down berfungsi untuk menurunkan tegangan output suatu gerbang logika. 9. Pada rangkaian Thershold voltage low untuk tegangan masukkan dengan range 0 – 12 V tegangan teluarannya berkisar 3,44-0,15 Volt (IC TTL 7400). 10. Pada rangkaian Thershold voltage low untuk tegangan masukkan dengan range 0 – 12 V tegangan teluarannya berkisar 8,46-5,04 Volt (IC CMOS 4011). 11. Pada rangkaian Thershold voltage high untuk tegangan masukkan dengan range 12 – 0 V tegangan teluarannya berkisar 0,15-3,44 Volt (IC TTL 7400). 12. Pada rangkaian Thershold voltage high untuk tegangan masukkan dengan range 12 – 0 V tegangan teluarannya berkisar 5,06-5,63 Volt (IC CMOS 4011)
