MODUL I PARAMETER GERBANG LOGIKA
Habib Mufid Ridho (18211060)
Asisten: Kiki Winanto
Tanggal Percobaan: 28/09/2012
EL2195-Sistem Digital
Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak
Percobaan Parameter Gerbang Logika merupakan percobaan yang memperkenalkan cara kerja gerbang logika di tingkat hardware kepada mahasiswa. Hal-hal yang dibahas pada percobaan ini antara lain karakteristik gerbang logika (voltage transfer, noise margin, dan propagation delay) dan parameter dari gerbang logika itu sendiri (operating point).
Selain itu, melalui praktikum ini, praktikan dapat membuat rangkaian kombinasional sederhana menggunakan IC logika CMOS.
Kata kunci: voltage transfer, noise margin, propagation delay, operating point.
Pendahuluan
Percobaan-percobaan Parameter Gerbang Logika terdiri atas: a. Voltage transfer characteristic dan nosie margins dari IC 74LS04
Mencari karakteristik transfer voltage dari sebuah inverter 74LS04 dan inverter CMOS 4007. b. Mencari nilai NML dan NMH
Mencari karakteristik static noise margin dari sebuah IC-74LS04 dan inverter CMOS 4007. c. Delay propagasi
Mencari delay propagasi dari sebuah IC 7408. d. Verifikasi fungsi logika
Menentukan jenis IC logika yang nomor serinya telah disamarkan. e. Rangkaian kombinasional sederhana
Mengkonversi suatu persamaan logika ke bentuk lain yang ekivalen dan mengimplementasikannya pada rangkaian menggunakan IC CMOS 7400. f. Gerbang logika NOR TTL
Mencari karakteristik transfer voltage dari sebuah gerbang logika NOR TLL.
Studi Pustaka
Voltage Transfer
Voltage transfer merupakan plot dari tegangan keluaran (VOUT) terhadap tegangan masukan (VIN).
VOUT = f(VIN)
Operating Point
Operating point adalah nilai tegangan pada output yang dapat diterjemahkan sebagai HIGH atau LOW.
Static Noise Margin
Noise margin merupakan range dari tegangan derau efektif yang masih bisa ditoleransi oleh input tanpa mengubah nilai output.
Low noise margin: NML = VIL - VOL
High noise margin: NMH = VOH - VIH
Propagation Delay
Delay adalah waktu antara masuknya tegangan pada input dan respon pada output. Dua parameter yang akan dicoba adalah high to low propagation time (tPHL) dan low to high propagation time (tPLH). Pengukuran kedua parameter dilakukan pada posisi 50% tengangan maksimal dari bentuk VIN dan VOUT.
Selain itu, terdapat parameter lain yaitu worst case propagation delay (nilai terbesar antara tPHL dan tPLH) dan nilai rata-rata. tPD = maksimum (tPHL, tPLH) tPD(average) = (tPHL + tPLH)/2
Metodologi
Berikut adalah alat-alat yang digunakan dalam percobaan. * Kit praktikum Parameter Gerbang Logika * Power Supply * Osiloskop * Generator Sinyal * Multimeter * Kabel konektor
IC yang digunakan dalam percobaan ini antara lain: * HD 74LS04 * HEF4007UBP * SN 74LS08N * SN 74LS10N * HD 74LS11P * HD 74LS00P * 98336
Langkah-langkah percobaan yang diambil adalah sebagai berikut.
Percobaan 1A: Voltage transfer characteristic dan nosie margins dari IC 74LS04

Percobaan 1B: Mencari nilai NML dan NMH

Percobaan 1C: Delay propagasi

Percobaan 1D: Verifikasi fungsi logika

Percobaan 1E: Rangkaian kombinasional sederhana

*
Percobaan 1F: Gerbang logika NOR TTL

*
Hasil dan Analisis
Percobaan 1A: Voltage transfer characteristic dan nosie margins dari IC 74LS04

Gambar di atas adalah gambar referensi dari hasil keluaran osiloskop.

Gambar di atas merupakan hasil percobaan. Hasil tersebut sesuai dengan referensi yang menunjukkan karakteristik voltage transfer.
Percobaan 1B: Mencari nilai NML dan NMH

Hasil untuk IC TTL adalah sebagai berikut.
VOL = 0,2 V VIL = 0,6 V
VOH = 4,4 V VIH = 1,2 V
NMH = VOH – VIH = 4,4 – 1,2 = 3,2 V
NML = VIL – VOL = 0,6 – 0,2 = 0,4 V

Hasil untuk IC CMOS adalah sebagai berikut.
VOL = 0,1 V VIL = 0,6 V
VOH = 5,2 V VIH = 2,4 V
NMH = VOH – VIH = 5,2 – 2,4 = 2,8 V
NML = VIL – VOL = 0,6 – 0,1 = 0,5 V

Percobaan 1C: Delay propagasi
Gambar hasil pada osiloskop:

Dari gambar di atas didapat: tPLH = 7,5ns tPHL = 9ns tPD maximum =(tPLH + tPHL)= 9ns tPD(Average) =(tPLH + tPHL)/2=8,25ns

Percobaan 1D: Verifikasi fungsi logika
Dari percobaan didapat tabel kebenaran sebagai berikut. A | B | C | Output 1 | Output 2 | L | L | L | H | L | L | L | H | H | L | L | H | L | H | L | L | H | H | H | L | H | L | L | H | L | H | L | H | H | L | H | H | L | H | L | H | H | H | L | H |

Sehingga dapat disimpulkan output 1 merupakan gerbang logika NAND dan output 2 merupakan gerbang logika AND.

Percobaan 1E: Rangkaian kombinasional sederhana
Konversi di atas kertas dapat dijelaskan oleh tabel kebenaran berikut. A | B | A OR B | A’ | B’ | A’ NAND B’ | | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | |

Gambar rangkaian:

Verifikasi rangkaian: A | B | Q (dalam V) | Ekspresi Logika | L | L | 0,17 | 0 | L | H | 3 | 1 | H | L | 4 | 1 | H | H | 4,4 | 1 |

Percobaan 1F: Gerbang logika NOR TTL IN A | IN B | IN C | Vout | Logic | V Simpul | 0 | 0 | 0 | 4,06 | 1 | A = 0,8B = 0,13C = 4,98D = 4,98E = 4,45 | 0 | 0 | 1 | 0,14 | 0 | A = 2,27B = 1,61C = 0,98D = 4,4E = 0,7 | 1 | 1 | 0 | 4,06 | 1 | | 1 | 0 | 1 | 0,056 | 0 | | 1 | 1 | 1 | 0,083 | 1 | |

Ada kesalahan output pada saat IN A = 1, IN B = 1, dan IN C = 0. Pada kondisi tersebut diharapkan VOUT bernilai LOW, namun pada kenyataannya VOUT bernilai HIGH. Setelah dilakukan penggantian kit, multimeter, dan kabel penghubung, ditemukan bahwa kabel penghubung yang semula digunakan mengalami kerusakan.
Kesimpulan
* Kita dapat memahami cara kerja gerbang logika dengan mengamati karakteristik-karakteristik dari gerbang logika tersebut: voltage transfer, noise margin, propagation delay, operating point. * Gerbang logika OR dapat diganti dengan sebuah gerbang logika NAND. Secara umum kita dapat menyimpulkan bahwa suatu gerbang logika dapat dikonversi ke bentuk gerbang logika yang lain. * Kita dapat menentukan jenis dari suatu gerbang logika dengan memverifikasi logika yang dihasilkan oleh gerbang logika tersebut dan mencocokkannya dengan referensi.
Daftar Pustaka [1] Brown,Stephen, Vranesic, Zvonko. Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design 2nd Ed, 46 - 47, McGraw-Hill, New York, 2005 [2] Hutabarat, Mervin, dkk, Modul Praktikum Sistem Digital, Hal 1 – 11, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2010