DIY Rekayasa

Elektronika digital merupakan bagian dari ilmu elektronika yang fokus pembahasannya terletak pada  pengolahan sinyal digital. Sebuah sinyal digital hanya memiliki dua kemungkinan keadaan, yaitu "HIGH" dan "LOW" (namun sering pula dinyatakan sebagai "TRUE" dan "FALSE" maupun "1" dan "0"). Didalam sebuah rangkaian digital, secara teknis kondiri "HIGH" dinyatakan oleh tegangan sebesar 5 volt, sedangkan kondiri "LOW" dinyatakan oleh tegangan sebesar 0 volt.

Contoh Skema Rangkaian Gerbang Logika

Didalam elektronika digital dikenal beberapa jenis gerbang logika. Sebenarnya ini merupakan rangkaian elektronika juga, namun memiliki sifat khusus yang bisa menghasilkan keluaran logika tertentu sesuai dengan masukan sinyal digital yang diberikan kepadanya.

Gerbang AND

Kata "AND" berarti "DAN". Karakteristik dari gerbang AND adalah akan menghasilkan output logic "HIGH" jika dan hanya jika seluruh inputnya bernilai logic "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang AND

Dari tabel kebenaran diatas tampak jelas bahwa output gerbang AND akan bernilai 1 (HIGH), jika kedua inputnya bernilai logic 1. Di pasaran gerbang AND tersedia dalam kemasan (chip). Berikut contoh IC SN7408 yang berisi empat gerbang AND didalamnya.

Contoh IC Gerbang AND

Gerbang OR

Kata "OR" berarti "ATAU". Karakteristik dari gerbang OR adalah akan menghasilkan output logic "HIGH" jika salah satu atau seluruh inputnya bernilai logic "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang OR

Berikut contoh IC 7432 dengan empat gerbang OR didalamnya:

Contoh IC Gerbang OR

Gerbang NOT

Kata "NOT" berarti "TIDAK". Karakteristik dari gerbang NOT adalah outputnya akan menghasilkan nilai logika "HIGH" hanya jika inputnya bernilai logika "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOT

Berikut contoh IC gerbang NOT yang ada di pasaran. IC 74LS04 berisi enam gerbang NOT didalamnya.

Contoh IC Gerbang NOT

Gerbang NAND

Gerbang NAND terdiri dari gerbang "NOT" dan "AND". Pada dasarnya ini merupakan gerbang NAND yang outputnya diberi gerbang NOT, sehingga memiliki karakteristik outputnya akan menghasilkan nilai logika "HIGH" jika salah satu atau seluruh inputnya bernilai logika "LOW".
Berikut contoh IC gerbang NAND yang terdapat di pasaran:

Contoh IC gerbang AND

Gerbang NOR

Gerbang NOR merupakan gerbang OR yang outputnya diberi gerbang NOT, sehingga memiliki karakteristik outputnya akan bernilai logika "HIGH" jika dan hanya jika seluruh inputnya bernilai logika "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOR

Berikut contoh IC gerbang NOR yang beredar di pasaran:

Contoh IC Gerbang NOR

Gerbang XOR

Singkatan dari "EXCLUSIVE-OR". Memiliki karakteristik yang hampir sama dengan gerbang OR, akan tetapi XOR akan menghasilkan output "HIGH" jika dan hanya jika salah satu inputnya ada yang bernilai logika "HIGH".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang XOR

Contoh komponen IC XOR yang ada di pasaran:

Contoh IC Gerbang XOR 7486

Gerbang XNOR

Singkatan dari "EXCLUSIVE NOR". Karakteristiknya hampir sama dengan gerbang NOR, namun disini output gerbang XNOR akan bernilai logika "HIGH" jika seluruh inputnya bernilai logika "HIGH" atau "LOW".

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang XNOR

Berikut contoh IC XNOR yang ada di pasaran:

Contoh IC Gerbang XNOR

Istilah lainnya adalah sirkuit terpadu, namun di pasaran lebih terkenal dengan sebutan IC. Sebuah IC sebenarnya adalah rangkaian elektronik yang dikemas dalam sebuah chip. Jadi, didalam IC terkandung komponen-komponen seperti resistor, transistor, dioda dan sebagainya, bergantung kepada jenis rangkaiannya.

Contoh Kemasan IC

IC termasuk komponen aktif. Teknologi IC memungkinkan rangkaian elektronik dibuat dalam ukuran sekecil mungkin.

Single Inline Package (SIP)

Sebuah IC umumnya berkaki banyak, meskipun ada juga IC yang hanya berkaki sedikit. Berdasarkan kemasan dan susunan kaki-kakinya, terdapat IC dalam kemasan SIP (Single Inline Package) yaitu kemasan IC dengan kaki-kaki berderet dalam satu baris.

IC dalam Kemasan SIP

Dual Inline Package (DIP)

Berbeda dengan kemasan SIP, IC dalam kemasan DIP memiliki susunan kaki-kaki dalam dua deret. Biasanya jumlah kaki pada deret kiri akan sama dengan jumlah kaki pada deret kanan.

IC dalam Kemasan DIP

Socket IC

Banyaknya kaki yang dimiliki oleh sebuah IC seringkali merepotkan terutama ketika hendak memasang atau mencopotnya dari PCB. Untuk jenis-jenis IC yang peka terhadap panas solder, diperlukan socket untuk memasangnya. Socket juga memudahkan dalam pencopotan IC ketika rusak dan hendak diganti.

Socket untuk IC DIP dan SIP

IC Monolitic dan IC Hybrid

IC monolitic berisi sebuah rangkaian tunggal didalamnya, sedangkan IC hybrid menggandung beberapa blok rangkaian didalamnya yang saling terhubung satu dengan lainnya. Jadi, didalam sebuah IC hybrid terdapat gabungan beberapa IC lainnya.

Contoh Bentuk IC Hybrid

IC Linier dan IC Digital

IC linier bekerja mengolah sinyal-sinyal linier. Termasuk dalam kelompok ini adalah IC regulator tegangan, IC Op-Amp (Operational Amplifier), IC audio amplifier dsb. Sedangkan IC digital bekerja mengolah sinyal-sinyal digital. Contohnya adalah IC gerbang logika, IC Biner Coded Decimal (BCD), IC Aanalog-Digital Converter (ADC) dsb.

Kegunaan IC

Kegunaan atau fungsi IC bergantung kepada jenis rangkaian yang terkemas didalamnya. Jadi, fungsinya bisa bermacam-macam bergantung kepada rangkaian didalamnya.

Komponen aktif lainnya adalah Transistor. Komponen ini memiliki tiga buah kaki yaitu emitor, base dan collector. Secara fisik terdapat bermacam-macam ukuran transistor. Sama seperti dioda, transistor juga dibuat dari sambungan semikonduktor tipe P dan tipe N.

Contoh Macam-macam Transistor (Sumber: http://microe.com)

Jenis dan Simbol Transistor

Berdasarkan susunan sambungan terdapat transistor jenis NPN dan transistor jenis PNP. Perhatikan gambar dibawah, transistor PNP tersusun dari bahan semikonduktor tipe N, P dan N. Sedangkan transistor PNP tersusun dari bahan semikonduktor tipe P, N dan P.

Sambungan NPN dan PNP pada Transistor

Adapun simbol transistor NPN dan PNP adalah sebagai berikut:

Simbol Transistor NPN dan PNP

Konfigurasi Dasar Transistor

Terdapat tiga konfigurasi dasar transistor yaitu common emitor, common collector dan common base.

Konfigurasi Dasar Transistor

• Common Emitor, dikatakan common emitor jika emitor dipakai secara bersama-sama pada jalur masukan dan jalur keluaran. Perhatikan gambar diatas, masukan diberikan melalui titik basis dan titik emitor, sedangkan keluaran melalui titik kolektor dan titik emitor.
• Common Base, konfigurasi ini memakai basis sebagai jalur bersama untuk masukan (input) dan keluaran (output). Masukan diberikan melalui titik emitor dan basis, sedangkan keluarannya melalui kolektor dan basis.
• Common Collector, konfigurasi common collector memakai kolektor sebagai jalur bersama pada masukan dan keluaran. Masukan diberikan melalui titik basis dan kolektor, sedangkan keluaran melalui titik emitor dan kolektor.

Fungsi Dasar Transistor

Transistor sebagai Saklar (Switching)

Disini transistor bertindak sebagai penyambung dan pemutus arus listrik yang melaluinya seperti layaknya sebuah saklar mekanik. Namun sedikit berbeda dengan saklar yang bekerja secara mekanik, disini transistor bekerja secara elektronik dalam memutus dan menyambung arus listrik.

Prinsip Transistor sebagai Saklar

Mengalir tidaknya arus listrik dari kolektor ke emitor ditentukan oleh ada-tidaknya arus yan mengalir pada basis. Ketika arus (kecil) dialirkan ke basis, maka arus (besar) dari kolektor akan mengalir ke emitor. Sebaliknya jika arus pada basis ditiadakan, maka arus dari kolektor ke emitor juga akan terputus.

Transistor sebagai Penguat (Amplifier)

Prinsipnya adalah sinyal pada masukan akan mengalami penguatan amplitudo berlipat ganda dari semula.

Prinsip Transistor sebagai Penguat

Transistor sebagai Penstabil Tegangan (Stabilisator)

Transistor banyak pula dipakai sebagai penstabil tegangan pada rangkaian adaptor ac/dc. Fungsi pokoknya adalah menstabilkan tegangan listrik arus searah yang diperoleh dari pengubahan listrik arus bolak-balik.

Dioda silikon termasuk salah satu komponen aktif, yang terbuat dari bahan semikonduktor yaitu Silikon. Karakteristik dari bahan semikonduktor adalah setengah penghantar listrik. Jadi, sifatnya terletak antara penyekat (isolator) dan penghantar (konduktor). Pada kondisi biasa semikonduktor bersifat menyekat listrik, namun jika suhunya dinaikkan (dalam arti diberi sejumlah energi) maka sifatnya akan berubah menjadi penghantar listrik.

Contoh Dioda Silikon (Sumber: http://somewhereinblog.net)

Elektroda dan Simbol Dioda

Simbol Dioda (Sumber: http://nafiri-mekatronika.blogspot.com)

Tegangan Bias pada Dioda

Dioda silikon terbuat dari unsur silikon tipe P dan tipe N yang disambung. Pada daerah persambungan P-N tersebut terbentuk daerah bebas muatan (depletion layer).

Depletion Layer pada Dioda (Sumber: http://daenotes.com)

Sebagai komponen aktif dioda silikon membutuhkan tegangan-muka (bias) supaya dapat bekerja. tegangan bias akan menyebabkan depletion layer menyempit (dan akhirnya hilang), dan pada saat itulah dioda menjadi bisa dialiri oleh arus listrik. Terdapat dua macam tegangan bias pada dioda yaitu bias maju (forward bias) dan bias mundur (reverse bias).

Bias Maju (Forward Bias)

Dioda dikatakan mendapatkan bias maju apabila kaki anodanya tehububung ke kutub (+) catudaya dan kaki katoda terhubung ke kutub (-) catudaya. Bias maju akan meniadakan depletion layer. Besarnya tegangan bias maju untuk dioda silikon adalah sekitar 0,6 -0,7 Volt.

Bias Maju pada Dioda Silikon

Lihat gambar diatas. Ketika diberi bias maju sebesar 0,4 Volt depletion layer menyempit dan ketika tegangan bias itu dinaikkan hingga 0,7 Volt maka depletion layer menjadi benar-benar hilang.

Bias Mundur (Reverse Bias)

Dikatakan bias mundur bila kaki anoda dihubungkan ke kutub (-) catudaya dan kaki katoda dihubungkan ke kutub (+) catudaya. Bias mundur akan memperbesar depletion layer sehingga dioda tidak bisa dilewati arus listrik.

Bias Mundur pada Didoda Silikon

Dari gambar diatas tampak bahwa bias mundur akan menyebabkan semakin lebarnya depletion layer.

Skema Bias Maju dan Bias Mundur pada Dioda