Electrical Engineering Lessons and Studies: 5.5 CMOS Logic Family

1. TUJUAN

a. Untuk memahami perangkat/ komponen-komponen CMOS Logic Family

b. Untuk memahami cara membuat rangkaian yang terdiri CMOS Logic Family

a. Alat

1. Power Supply

Catu daya atau yang dalam bahasa Inggrisnya adalah power supply adalah suatu peralatan listrik yang berperan menyediakan energi listrik dan mengolahnya pada perangkat elektronika. Secara sederhana, peran sebuah catu daya yaitu mengolah sumber listrik dari stop kontak.

b. Bahan

1. Mosfet N-channel

Struktur N-Channel Mosfet atau disebut dengan NMOS terdiri dari subtract tipe P dengan daerah Source dan Drain deberi Difusi N+. Diantara daerah Source dan Drain terdapat sebuah celah sempit dari subtract P yang di sebut dengan channel yang di tutupi oleh isolator yang terbuat dari Si02

2. Mosfet P-channel

P-Channel MOSFET memiliki wilayah P-Channel diantara Source dan Drain. Dia memiliki empat terminal seperti Gate, Drain, Source dan Body. Struktur Transistor PMOS terdiri atas tipe-n dengan daerah Source dan Drain diberi difusi P+.

3. Resistor

Spesifikasi

4. Transistor NPN

5. Transistor PNP

6. Ground

3. DASAR TEORI

5.5 CMOS Logic Family

Keluarga logika CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) menggunakan tipe-N dan tipe-P. MOSFET (peningkatan MOSFET, lebih tepatnya) untuk mewujudkan fungsi logika yang berbeda. Itu dua jenis MOSFET dirancang untuk memiliki karakteristik yang cocok. Artinya, mereka menunjukkan identik karakteristik dalam kondisi switch-OFF dan switch-ON. Keuntungan utama dari logika CMOS atas logika bipolar yang dibahas sejauh ini terletak pada disipasi daya yang sangat rendah, yaitu mendekati nol dalam kondisi statis. Faktanya, perangkat CMOS menarik daya hanya saat mereka beralih.

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V = I.R ).

Gerbang OR

Gerbang OR adalah gerbang logika dasar yang mempunyai dua atau lebih input dan hanya memiliki satu output. Output gerbang OR akan berlogika tinggi apabila salah

satu atau lebih input ada yang berlogika tinggi, dan output akan berlogika rendah hanya pada saat seluruh input berlogika rendah. Persamaan logika aljabar Boole untuk output gerbang OR adalah Y=A+B. Pada aljabar Boole operasi gerbang OR diberI tanda ”tambah” (Malvino, 1983). Simbol gerbang OR ini ditunjukkan pada Gambar

2.4 dan tabel kebenaran gerbang OR diperlihatkan Tabel 2.4.

Gerbang NAND

Gerbang NAND merupakan gabungan dari gerbang AND dan NOT. Output gerbang NAND selalu merupakan kebalikan dari output gerbang AND untuk input yang sama. Jadi output akan berlogika tinggi jika salah satu atau lebih input-nya berlogika rendah, dan output akan berlogika rendah hanya pada saat semua input-nya berlogika tinggi. Persamaan logika aljabar Boole untuk output gerbang NAND adalah = .BAY (Tokheim, 1995). Simbol gerbang NAND ini ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Tabel kebenaran gerbang NAND diperlihatkan pada Tabel 2.5.

Komponen lainnya :

LED

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Tegangan Maju LED

Logicstate

Logicstate yaitu pengertian logis, benar atau salah, dari sinyal biner yang diberikan. Sinyal biner adalah sinyal digital yang hanya memiliki dua nilai yang valid. Dalam istilah fisik, pengertian logis dari sinyal biner ditentukan oleh level tegangan atau nilai arus sinyal, dan ini pada gilirannya ditentukan oleh teknologi perangkat. Dalam sirkuit TTL, misalnya, keadaan sebenarnya diwakili oleh logika 1, kira-kira sama dengan +5 volt pada garis sinyal; logika 0 kira-kira 0 volt. Tingkat tegangan antara 0 dan +5 volt dianggap tidak ditentukan.

Karena hanya dua status logika, logika 1 dan logika 0, yang dimungkinkan, teknik aljabar Boolean dapat digunakan untuk menganalisis rangkaian digital yang melibatkan sinyal biner. Istilah logika positif diterapkan ke sirkuit di mana logika 1 ditetapkan ke level tegangan yang lebih tinggi; Dalam rangkaian logika negatif, logika 1 ditunjukkan dengan level tegangan yang lebih rendah.

4. PERCOBAAN

a. Prosedur percobaan

1. Buka aplikasi Proteus

2. Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen

3. Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan

4. Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

5. Jalankan simulasi rangkaian

b. Rangkaian proteus

Figure 5.34 CMOS inverter.

Jika Input A HIGH, maka output X akan LOW

Jika Input A LOW, maka output X akan HIGH

Tabel Kebenaran :

Figure 5.35 CMOS NAND.

• Merupakan Inversi (kebalikan) dari operasi AND

• Jika Input A AND B keduanya HIGH, maka output X akan LOW

• Jika Input A atau B atau keduanya LOW, maka output X akan HIGH

Tabel Kebenaran

Figure 5.36 Three-input NAND in CMOS

Figure 5.37 Two-input NOR in CMOS.

• Merupakan Inversi (kebalikan) dari operasi OR

• Jika Input A dan B keduanya LOW, maka output X akan HIGH

• Jika Input A OR B salah satu atau keduanya HIGH, maka output X akan LOW

Figure 5.38 Three-input NOR.

Figure 5.39 Two-input AND in CMOS.

Jika Input A AND B keduanya HIGH, maka output X akan HIGH

Jika Input A atau B salah satu atau keduanya LOW maka output X akan LOW

Figure 5.40 Two-input OR in CMOS.

• Jika Input A OR B atau keduanya HIGH, maka output X akan HIGH

• Jika Input A dan B keduanya LOW maka output X akan LOW

Tabel Kebenaran :

Figure 5.41 Two-input EX-OR in CMOS

• Jika salah satu dari kedua inputnya HIGH (bukan kedua-duanya), maka output X akan HIGH

• Jika kedua inputnya bernilai LOW semua atau HIGH semua, maka output X akan LOW

Figure 5.42 Two-input EX-NOR in CMOS

• Ex-NOR merupakan kebalikan dari Ex-OR

• Jika salah satu dari kedua inputnya HIGH (bukan kedua-duanya), maka output X akan LOW

• Jika kedua inputnya bernilai LOW semua atau HIGH semua, maka output X akan HIGH

Figure 5.43 Two-wide, two-input AND-OR-INVERT gate in CMOS.

Gerbang OR-AND-INVERT dapat diimplementasikan dengan cara yang sama. Gambar 5.44 menunjukkan tipikal skema internal dari gerbang OR-AND-INVERT dua sisi, dua input. Output dari gerbang ini diekspresikan dengan persamaan

Figure 5.44 Two-wide, two-input OR-AND-INVERT gate.

Figure 5.45 Transmission gate

Jika logika '0' pada input kontrol sesuai dengan sakelar terbuka, maka a logika '1' sesuai dengan sakelar tertutup, dan sebaliknya. Skema internal gerbang transmisi tidak lain adalah koneksi paralel dari N-channel MOSFET dan P-channel MOSFET dengan input kontrol diterapkan ke gerbang, Kontrol input ke terminal gerbang dua MOSFET adalah pelengkap satu sama lain. Ini dipastikan dengan inverter bawaan.

Ketika input kontrol TINGGI (logika '1'), kedua perangkat berjalan dan sakelar ditutup.

Ketika input kontrol adalah RENDAH (logika '0'), kedua perangkat terbuka dan oleh karena itu sakelar terbuka.

Figure 5.46 CMOS inverters with shorted outputs.

Figure 5.47 CMOS inverter with an open drain output.

Figure 5.48 Tristate buffer in CMOS.

Figure 5.50 CMOS inverter with parasitic elements.

Figure 5.51 Buffered two-input NOR.

Figure 5.52 Unbuffered two-input NOR

6. VIDEO