UTS Materi Dasar Teknik Digital

Dasar Elektronika

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan elektronik, termokopel, semikonduktor, dan lain sebagainya. Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang dari ilmu fisika, sementara bentuk desain dan pembuatan sirkuit elektroniknya adalah bagian dari teknik elektro, teknik komputer, dan ilmu/ teknik elektronika dan instrumentasi.
 Alat-alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini biasanya disebut sebagai peralatan elektronik (electronic devices). Contoh peralatan/ piranti elektronik ini: Tabung Sinar Katoda (Cathode Ray Tube, CRT), radio, TV, perekam kaset, perekam kaset video (VCR), perekam VCD, perekam DVD,
kamera video, kamera digital, komputer pribadi desk-top, komputer Laptop, PDA (komputer saku), robot, smart card, dll.
 Seperti disebutkan di atas elektronika didasarkan pada pengetahuan tentang kelistrikan. Listrik, dapat diartikan sebagai berikut:
Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.
Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.
Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum
Coulomb. Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
  Berikut ini adalah beberapa teori dasar elektronika serta dasar kelistrikan yang harus anda pelajari dan pahami jika anda ingin menjadi ahli dalam dunia elektronika. Penasaran dengan informasi lengkapnya? Silahkan simak baik-baik informasi lengkap dari belajarelektronika.net di bawah ini.

1. Teori Elektron dan Atom

Jika suatu benda atau zat baik itu padat, cair, atau gas, dibagi-bagi menjadi bagian yang paling kecil, dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya, maka benda atau zat tersebut dinamakan molekul. Jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang paling kecil sekali, sehingga bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya lagi, maka disebutlah atom.

Kata atom sendiri sebenarnya berasal dari bahasa Yunani yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Jadi atom dapat didefinisikan sebagai bagian yang terkecil dari molekul yang sudah tidak dapat dibagi-bagi lagi dengan reaksi kimia biasa. Sementara molekul adalah bagian terkecil dari suatu benda yang masih punya sifat asal.

Sebuah atom terdiri dari inti atom alias nukleus yang tersusun dari proton (positif) dan netron (netral), yang dikelilingi oleh elektron (negatif). Sebuah atom dikatakan netral bila memiliki muatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama. Dalam teori atom dikenal istilah elektron bebas atau elektron valensi, yakni elektron yang berada di lintasan kulit atom paling luar.

Dalam hukum muatan listrik, jika ada muatan sejenis akan tolak menolak. Sedangkan jika ada muatan tak sejenis maka akan tarik menarik. Dalam teori perpindahan muatan listrik, ada tiga jenis bahan, yakni konduktor atau penghantar, semikonduktor atau setengah penghantar, dan isolator atau penghambat.

2. Teori Arus Listrik

Definisi arus listrik adalah muatan-muatan negatif atau elektron yang mengalir dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi. Satuan arus listrik adalah Ampere. Dalam teori arus listrik, dikenal dua jenis sumber arus listrik, yakni sumber arus listrik searah atau DC dan sumber arus bolak-balik atau AC.

Sumber arus DC adalah listrik yang tidak berubah fasenya. Contohnya adalah baterai, solar sel, accumulator, dinamo dan adaptor. Sedangkan arus AC adalah arus listrik yang berubah-ubah fasenya setiap saat. Contohnya adalah generator, listrik PLN, dan inverter. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur arus listrik adalah amperemeter.

Rumus Arus Listrik: I=Q/t

Dimana:

• I = arus listrik dalam satuan ampere (A)
• Q = muatan listrik dalam satuan columb (C)
• t = waktu dalam satuan sekon (s)

3. Teori Tegangan Listrik

Pengertian tegangan listrik adalah energi atau tenaga yang menyebabkan muatan-muatan negatif atau elektron) mengalir dalam penghantar. Nilai satuan dari tegangan listrik adalah V ( Volt ). Alat yang digunakan untuk mengukur besar kecilnya tegangan listrik adalah voltmeter.

Rumus Tegangan Listrik: V=W/Q

Dimana:

• V = tegangan listrik dalam satuan volt (V)
• W = energi dalam satuan joule (J)
• Q = muatan listrik dalam satuan columb (C)

4. Teori Resistor / Hambatan

Resistor merupakan komponen elektronika pasif yang berfungsi sebagai hambatan listrik. Satuan nilai resistor adalah Ohm. Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya hambatan resistor adalah Ohmmeter. Teori yang erat kaitannya dengan resistor adalah teori George Simon Ohm dengan penelitian kolam air raksanya.

Jika dilihat dari bahannya, resistor memiliki 5 jenis, yakni resistor karbon, kompon, kawat gulung, serbuk besi, dan film logam. Sedangkan jika dilihat dari jenisnya, ada resistor tetap, resistor variabel, negative temperatur coefficient (NTC), positive temperatur coefficient ( PTC ), light dependent resistor ( LDR ), dan magnetic dependent resistor ( MDR ).

Nilai resistansi yang dimiliki sebuah resistor dapat dilihat dari gelang-gelang warna yang dimilikinya. Gelang pertama menyatakan angka pertama ( digit ke-1 ). Gelang kedua menyatakan angka kedua  ( digit ke-2 ). Gelang ketiga menyatakan banyaknya nol atau faktor pengali. Gelang keempat menyatakan toleransi.

Hukum yang membahas tentang resistor adalah hukum Ohm yang dikemukakan oleh George Simon Ohm. Hukum tersebut berbunyi, dalam suatu rangkaian tertutup, kuat arus listrik ( I ), berbanding lurus atau sebanding dengan tegangan listriknya ( V ), dan berbanding terbalik dengan hambatan listrik ( R ).

5. Teori Daya Listrik

Pengertian daya listrik adalah usaha listrik dalam suatu penghantar setiap sekon atau detik.

Rumus daya listrik adalah: P = W/t

Dimana:

• P = daya listrik dalam satuan Watt (W)
• W = usaha listrik dalam satuan Joule (J)
• t = waktu dalam satuan sekon (s)
• 
  

Gerbang Logika

Gerbang Logika atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Logic Gate adalah dasar pembentuk Sistem Elektronika Digital yang berfungsi untuk mengubah satu atau beberapa Input (masukan) menjadi sebuah sinyal Output (Keluaran) Logis. Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2 kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean.

Jenis-jenis Gerbang Logika Dasar 

Terdapat 7 jenis Gerbang Logika Dasar yang membentuk sebuah Sistem Elektronika Digital, yaitu :

1. Gerbang AND
2. Gerbang OR
3. Gerbang NOT
4. Gerbang NAND
5. Gerbang NOR
6. Gerbang X-OR (Exclusive OR)
7. Gerbang X-NOR (Exlusive NOR)

Tabel yang berisikan kombinasi-kombinasi Variabel Input (Masukan) yang menghasilkan Output (Keluaran) Logis disebut dengan “Tabel Kebenaran” atau “Truth Table”.

Input dan Output pada Gerbang Logika hanya memiliki 2 level. Kedua Level tersebut pada umumnya dapat dilambangkan dengan :

• HIGH (tinggi) dan LOW (rendah)
• TRUE (benar) dan FALSE (salah)
• ON (Hidup) dan OFF (Mati)
• 1 dan 0

Contoh Penerapannya ke dalam Rangkaian Elektronika yang memakai Transistor TTL (Transistor-transistor Logic),  maka 0V dalam Rangkaian akan diasumsikan sebagai “LOW” atau “0” sedangkan 5V akan diasumsikan sebagai “HIGH” atau “1”.

Berikut ini adalah Penjelasan singkat mengenai 7 jenis Gerbang Logika Dasar beserta Simbol dan Tabel Kebenarannya.

Gerbang AND (AND Gate)

Gerbang AND memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang AND akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua masukan (Input) bernilai Logika 1 dan akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0 jika salah satu dari masukan (Input) bernilai Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Gerbang Logika AND adalah tanda titik (“.”) atau tidak memakai tanda sama sekali. Contohnya : Z = X.Y atau Z = XY.

 Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang AND (AND Gate)

Gerbang OR (OR Gate)

Gerbang OR memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang OR akan menghasilkan Keluaran (Output) 1 jika salah satu dari Masukan (Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0, maka semua Masukan (Input) harus bernilai Logika 0.

Simbol yang menandakan Operasi Logika OR adalah tanda Plus (“+”). Contohnya : Z = X + Y.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang OR (OR Gate)

Gerbang NOT (NOT Gate)

Gerbang NOT hanya memerlukan sebuah Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang NOT disebut juga dengan Inverter (Pembalik) karena menghasilkan Keluaran (Output) yang berlawanan (kebalikan) dengan Masukan atau Inputnya. Berarti jika kita ingin mendapatkan Keluaran (Output) dengan nilai Logika 0 maka Input atau Masukannya harus bernilai Logika 1. Gerbang NOT biasanya dilambangkan dengan simbol minus (“-“) di atas Variabel Inputnya.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOT (NOT Gate)  

 

Gerbang NAND (NAND Gate)

Arti NAND adalah NOT AND atau BUKAN AND, Gerbang NAND merupakan kombinasi dari Gerbang AND dan Gerbang NOT yang menghasilkan kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang AND. Gerbang NAND akan menghasilkan Keluaran Logika 0 apabila semua Masukan (Input) pada Logika 1 dan jika terdapat sebuah Input yang bernilai Logika 0 maka akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NAND (NAND Gate) 

Gerbang NOR (NOR Gate)

Arti NOR adalah NOT OR atau BUKAN OR, Gerbang NOR merupakan kombinasi dari Gerbang OR dan Gerbang NOT yang menghasilkan kebalikan dari Keluaran (Output) Gerbang OR. Gerbang NOR akan menghasilkan Keluaran Logika 0 jika salah satu dari Masukan (Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin mendapatkan Keluaran Logika 1, maka semua Masukan (Input) harus bernilai Logika 0.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang NOR (NOR Gate) 

Gerbang X-OR (X-OR Gate)

X-OR adalah singkatan dari Exclusive OR yang terdiri dari 2 Masukan (Input) dan 1 Keluaran (Output) Logika. Gerbang X-OR akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua Masukan-masukannya (Input) mempunyai nilai Logika yang berbeda. Jika nilai Logika Inputnya sama, maka akan memberikan hasil Keluaran Logika 0.

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang X-OR (X-OR Gate) 

Gerbang X-NOR (X-NOR Gate)

Seperti Gerbang X-OR,  Gerban X-NOR juga terdiri dari 2 Masukan (Input) dan 1 Keluaran (Output). X-NOR adalah singkatan dari Exclusive NOR dan merupakan kombinasi dari Gerbang X-OR dan Gerbang NOT. Gerbang X-NOR akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua Masukan atau Inputnya bernilai Logika yang sama dan akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0 jika semua Masukan atau Inputnya bernilai Logika yang berbeda. Hal ini merupakan kebalikan dari Gerbang X-OR (Exclusive OR).

Simbol dan Tabel Kebenaran Gerbang X-NOR (X-NOR Gate) 

Flip-Flop

Flip-flop adalah suatu rangkaian elektronika yang memiliki dua kondisi stabil dan dapat digunakan untuk menyimpan informasi. Flip Flop merupakan pengaplikasian gerbang logika yang bersifat Multivibrator Bistabil. Dikatakan Multibrator Bistabil karena kedua tingkat tegangan keluaran pada Multivibrator tersebut adalah stabil dan hanya akan mengubah situasi tingkat tegangan keluarannya saat dipicu (trigger).  Flip-flop mempunyai dua Output (Keluaran) yang salah satu outputnya merupakan komplemen Output yang lain.

Jenis-jenis Flip-flop

S-R Flip-flop

S-R adalah singkatan dari “Set” dan “Reset”. Sesuai dengan namanya, S-R Flip-flop ini terdiri dari dua masukan (INPUT) yaitu S dan R.  S-R Flip-flop ini juga terdapat dua Keluaran (OUTPUT) yaitu Q dan Q’. Rangkaian S-R Flip-flop ini umumnya terbuat dari 2 gerbang logika NOR ataupun 2 gerbang logika NAND. Ada juga S-R Flip-flop yang terbuat dari gabungan 2 gerbang Logika NOR dan NAND.

Berikut ini adalah diagram logika NOR Gate S-R Flip-flop, NAND Gate S-R Flip-Flop dan Clocked S-R Flip-flop (gabungan gerbang logika NOR dan NAND).

D Flip-flop

D Flip-flop pada dasarnya merupakan modifikasi dari S-R Flip-flip yaitu dengan menambahkan gerbang logika NOT (Inverter)  dari Input S ke Input R. Berbeda dengan S-R Flip-flop, D Flip-flop hanya mempunyai satu Input yaitu Input atau Masukan D. Berikut ini diagram logika D Flip-flop.

J-K Flip Flop

J-K Flip-flop juga merupakan pengembangan dari S-R Flip-flop dan paling banyak digunakan. J-K Flip-flop memiliki 3 terminal Input J, K dan CL (Clock). Berikut ini adalah diagram logika J-K Flip-flop.

T Flip-flip

T Flip-flop merupakan bentuk sederhana dari J-K Flip-flop. Kedua Input J dan K dihubungkan sehingga sering disebut juga dengan Single J-K Flip-Flop. Berikut ini adalah diagram logika T flip-flop.

ENCODER

rangkaian yang memiliki fungsi berkebalikan dengan dekoder. Encoder berfungsi sebagai rangakain untuk mengkodekan data input mejadi data bilangan dengan format tertentu. Encoder dalam rangkaian digital adalah rangkaian kombinasi gerbang digital yang memiliki input banyak dalam bentuk line input dan memiliki output sedikit dalam format bilangan biner. Encoder akan mengkodekan setiap jalur input yang aktif menjadi kode bilangan biner. Dalam teori digital banyak ditemukan istilah encoder seperti “Desimal to BCD Encoder” yang berarti rangkaian digital yang berfungsi untuk mengkodekan line input dengan jumlah line input desimal (0-9) menjadi kode bilangan biner 4 bit BCD (Binary Coded Decimal). Atau “8 line to 3 line encoder” yang berarti rangkaian encoder dengan input 8 line dan output 3 line (3 bit BCD). 

Ilustrasi Digital Encoder

Encoder dalam contoh ini adalah encoder desimal ke BCD (Binary Coded Decimal) yaitu rangkaian encoder dengan input 9 line dan output 4 bit data BCD. Dalam mendesain suatu encoder kita harus mengetahui tujuan atau spesifikasi encoder yang diinginkan yaitu dengan : 

1. Membuat tabel kenenaran dari encoder yang ingin dibuat 
2. Membuat persamaan logika encoder yang diinginkan pada tabel kebenaran menggunakan K-Map 
3. Mengimplemenstasikan persamaan logika encoder dalam bentuk rangkaian gerbang logika digital 

DECODER

alat yang di gunakan untuk dapat mengembalikan proses encoding sehingga kita dapat melihat atau menerima informasi aslinya. Pengertian Decoder juga dapat di artikan sebagai rangkaian logika yang di tugaskan untuk menerima input input biner dan mengaktifkan salah satu outputnya sesuai dengan urutan biner tersebut. Kebalikan dari decoder adalah encoder.

Fungsi Decoder adalah untuk memudahkan kita dalam menyalakan seven segmen. Itu lah sebabnya kita menggunakan decoder agar dapat dengan cepat menyalakan seven segmen. Output dari decoder maksimum adalah 2n. Jadi dapat kita bentuk n-to-2n decoder. Jika kita ingin merangkaian decoder dapat kita buat dengan 3-to-8 decoder menggunakan 2-to-4 decoder. Sehingga kita dapat membuat 4-to-16 decoder dengan menggunakan dua buah 3-to-8 decoder.

Beberapa rangkaian decoder yang sering kita jumpai saat ini adalah decoder jenis 3 x 8 (3 bit input dan 8 output line), decoder jenis 4 x 16, decoder jenis BCD to Decimal (4 bit input dan 10 output line) dan decoder jenis BCD to 7 segmen (4 bit input dan 8 output line). Khusus untuk pengertian decoder jenis BCD to 7 segmen mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan decoder decoder lainnya, di mana kombinasi setiap inputnya dapat mengaktifkan beberapa output linenya.

Salah satu jenis IC decoder yang umum di pakai adalah 74138, karena IC ini mempunyai 3 input biner dan 8 output line, di mana nilai output adalah 1 untuk salah satu dari ke 8 jenis kombinasi inputnya. Jika kita perhatikan, pengertian decoder sangat mirip dengan demultiplexer dengan pengecualian yaitu decoder yang satu ini tidak mempunyai data input. Sehingga input hanya di gunakan sebagai data control.

Pengertian decoder dapat di bentuk dari susunan gerbang logika dasar atau menggunakan IC yang banyak jual di pasaran, seperti decoder 74LS48, 74LS154, 74LS138, 74LS155 dan sebagainya. Dengan menggunakan IC, kita dapat merancang sebuah decoder dengan jumlah bit dan keluaran yang di inginkan. Contohnya adalah dengan merancang sebuah decoder 32 saluran keluar dengan IC decoder 8 saluran keluaran.

Sumber : 

http://belajarelektronika.net/teori-dasar-elektronika/

https://teknikelektronika.com/pengertian-gerbang-logika-dasar-simbol/

https://teknikelektronika.com/pengertian-flip-flop-jenis-flip-flop/

http://tentangelektro1.blogspot.com/2014/05/encoder-dan-decoder.html
http://lingga-repeluone.blogspot.com/2011/01/dasar-elektronika_31.html