Gerbang Logika

Saat ini perangkat elektronik telah menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan manusia.

Pernahkah kalian berpikir bagaimana cara barang elektronik bisa bekerja?

Bagaimana cara peralatan elektronik bisa menyala, bisa beroperasi sesuai dengan fungsinya padahal hanya berbentuk sebuah lempengan elektronik yang saling terhubung?

Jika memang pernah dan tidak menemukan jawabannya, maka kalian harus mengetahui sebuah konsep tabel kebenaran Gerbang Logika.

Supaya perangkat tersebut beroperasi dengan baik, dibutuhkan sirkuit elektronik yang memproses dan memanipulasi informasi menggunakan serangkaian sinyal listrik.

Salah satu blok bangunan dasar rangkaian sinyal tersebut adalah gerbang logika.

Sebelum mengetahui apa itu gerbang logika, kalian perlu mengetahui lebih dulu apa yang dimaksud dengan elektronika digital. Elektronika digital adalah sistem elektronik yang bisa saling berhubungan jika terdapat sinyal digital. Elektronika digital ini digunakan pada perangkat-perangkat seperti komputer, laptop, telepon, sampai handphone.

Elektronika digital juga disebut dengan suatu rangkaian digital. Nah, rangkaian digital itu tersusun atas gerbang logika sehingga rangkaian itu bisa mengoperasikan suatu perintah.

Sementara itu, gerbang logika atau Logic Gate merupakan suatu dasar untuk merancang sistem elektronika digital untuk mengubah masukan (input) menjadi sinyal keluaran (output) yang logis dan dibangun oleh voltase atau arus. Gerbang logika bisa beroperasi dengan menggunakan prinsip aljabar boolean.

Gerbang logika ini akan direpresentasikan dengan angka biner atau tabel kebenaran dengan simbol 1 dan 0. Angka 1 dan 0 itu digunakan untuk menggambarkan Benar (TRUE) dan salah (FALSatau tinggi (HIGH) dan rendah (LOW), serta hidup (ON) dan mati (OFF).

Gerbang logika ini misalnya adalah ketika kalian menyalakan barang elektronik. Ketika menyalakan barang elektronik, kita akan menghidupkan saklar dan kemudian diproses dengan logika elektronik supaya bisa beroperasi atau menyala.

Umumnya, gerbang logika ini berbentuk seperti chip di dalam perangkat elektronik. Chip itu seolah-olah menjadi otak dari perangkat elektronik yang terdiri dari berbagai macam komponen. Komponen-komponen itulah yang membuat adanya gerbang logika.

Bahkan, pada perangkat elektronik tertentu chip itu terdiri dari ribuan bahkan jutaan gerbang logika yang memiliki fungsi berbeda-beda.

Namun, ada pula yang hanya berisi beberapa gerbang logika saja, yaitu pada IC Logic TTL 7408. IC TTL 7408 ini umumnya ditemukan pada rangkaian seperti flip-flop, pengaman, multiplexer, demultiplexer, encoder, sampai dengan decode.

Bagian-bagian dari gerbang logika antara lain transistor, resistor, dan dioda. Ketiga bagian itu pada dasarnya akan beroperasi secara sederhana maupun kompleks dengan cara menggabungkan beberapa logika.

Selain itu ada pula bagian yang dinamakan dengan sirkuit terpadu atau yang dikenal dengan singkatan IC. IC berfungsi untuk membatasi jumlah pada gerbang logika.

Gerbang logika adalah dasar dalam rangkaian elektronika digital, digambarkan dengan simbol-simbol khusus. Setiap gerbang logika memiliki beberapa masukan tetapi hanya satu keluaran. Keluarannya bergantung pada tingkat sinyal digital pada masukan. Dengan menggunakan gerbang logika, kita dapat merancang sistem digital yang merespons masukan dan menghasilkan keluaran sesuai dengan logika rangkaian yang dirancang.

Gerbang logika adalah komponen elektronik fisik yang berfungsi untuk menghantarkan sinyal ketika kondisi tertentu terpenuhi. Sinyal tersebut dapat berupa '1' atau '0', yang masing-masing mewakili “benar” atau “salah”.

Gerbang ini digunakan untuk merancang sirkuit kompleks seperti prosesor, unit memori, dan perangkat digital lainnya.

Beberapa gerbang logika dasar yang umum adalah OR, AND, dan NOT (INVERTER). Gerbang logika kombinasi lainnya termasuk NOR, NAND, EXCLUSIVE OR (EXOR), dan EXCLUSIVE NOT OR (EXNOR). Gerbang-gerbang ini memiliki fungsi khusus.

Gerbang logika dapat dianggap sebagai rangkaian dengan masukan dan satu keluaran, berfungsi sebagai pengambil keputusan dan operasi dalam sistem digital. Gerbang logika beroperasi dalam sistem bilangan biner, dan itulah sebabnya disebut Gerbang Logika Biner.

Sejarah Gerbang Logika

Pada tahun 1854, George Boole menciptakan aljabar simbolik yang dikenal sebagai aljabar Boole. Aljabar Boole menggunakan dua nilai, yaitu 1 untuk keadaan benar dan 0 untuk keadaan salah, untuk menyatakan variabel dalam logika. Pada awalnya, aljabar Boole digunakan untuk memecahkan masalah logika.

Namun, baru pada tahun 1938, Claude Shannon menerapkan aljabar Boole dalam analisis rangkaian penyaklaran telepon. Shannon menggunakan aljabar Boole untuk menggambarkan saklar relay. Dalam kasus yang diselesaikan oleh Shannon, orang menyadari bahwa aljabar Boole dapat diterapkan dalam ilmu dan teknologi elektronika, terutama dalam bidang komputer.

Selain itu, aljabar Boole juga dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam aliran air minum, saklar pada instalasi listrik di rumah, lalu lintas jalan raya, dan lain-lain. Aljabar Boole diwujudkan dalam bentuk piranti atau sistem yang disebut sebagai gerbang logika.

Fungsi Gerbang Logika

Berikut ini adalah beberapa kegunaan gerbang logika:

1. melakukan operasi logika dasar seperti AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, dan XNOR, berdasarkan sinyal input yang mereka terima.
2. melakukan operasi aritmatika dasar pada bilangan biner, seperti penjumlahan, pengurangan, dan perkalian.
3. memproses sinyal digital untuk menyaring, memperkuat, atau memodulasi sinyal digital.
4. membuat berbagai jenis penyimpanan memori, seperti register, yang merupakan komponen penting dari sirkuit digital.

Tabel Kebenaran

Tabel kebenaran adalah alat penting yang dapat membantu memahami cara kerja gerbang logika dan bagaimana menggunakannya untuk memecahkan masalah. Tabel ini dapat dimanfaatkan supaya lebih mengerti cara kerja gerbang logika, seperti AND, OR, dan NOT, saat memasukkan nilai yang berbeda.

Tabel kebenaran dapat menunjukkan output logis dari gerbang logika untuk semua kemungkinan kombinasi input-nya.

Tabel ini terdiri dari baris yang menggambarkan setiap kemungkinan kombinasi input dan kolom untuk setiap output yang dapat dihasilkan berdasarkan jenis gerbang logikanya. Input dan output dalam tabel kebenaran ditulis menggunakan nilai biner, 0 dan 1, di mana 0 mewakili “salah” dan 1 mewakili “benar”.

Dalam teknologi digital, ada dua level tegangan yaitu level tegangan tinggi dan level tegangan rendah. Untuk menunjukkan level tegangan secara abstrak, kita menggunakan istilah berikut untuk masing-masing nilai logika pada level tegangan:

1. HIGH (tinggi) untuk level tegangan tinggi, dan LOW (rendah) untuk level tegangan rendah
2. TRUE (benar) untuk level tegangan tinggi dan FALSE (salah) untuk level tegangan rendah
3. ON (Hidup) untuk level tegangan tinggi dan OFF (Mati) untuk level tegangan rendah
4. 1 untuk level tegangan tinggi dan 0 untuk level tegangan rendah

Komponen Digital terdiri dari beberapa Gerbang logika (Logic Gate) yang merupakan dasar pembentuk Sistem Elektronika Digital. Gerbang Logika memiliki fungsi untuk mengubah satu atau beberapa masukan (Input) menjadi sebuah sinyal Luaran (Output). Ada 7 jenis Gerbang Logika, yaitu:

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

Sedangkan gerbang logika yang termasuk ke dalam Gerbang Logika Dasar adalah Gerbang Logika NOT, AND, dan OR. Untuk memahami cara kerja masing-masing gerbang logika, Anda perlu sebuah tabel hubungan antara Input dan Output logika yang bernama Tabel Kebenaran (Truth Table). Tabel Kebenaran terdiri dari nilai logic Input dan Output logika yakni 0 dan 1.

Bagaimana Cara Kerja Gerbang Logika?

Berikut cara kerja masing-masing Gerbang Logika:

1. Gerbang Logika NOT

   Logika NOT atau merupakan sebuah Inverter, karena nilai logika outputnya selalu berlawanan dengan nilai logika inputnya. Dalam arti kata jika nilai inputnya berlogika 0, maka outputnya akan berlogika 1. Dan sebaliknya jika nilai inputnya berlogika 1, maka outputnya akan berlogika 0.

   Tabel Kebenaran Logika NOT

   

   Untuk lebih memahami konsep Logika NOT, perhatikan contoh rangkaian berikut :

   Gambar 2 Rangkaian Ekivalen Logika NOT

   Push Button S1 (kontak NC) mewakili input logika A, sedangkan sebuah Relay (KF1) dan kontaknya (kontak NO KF1) akan mengendalikan Lampu yang akan mewakili Output Logika Q. Apabila rangkaian tersebut disimulasikan, maka lampu akan menyala jika Push Button S1 dalam kondisi normal (posisi tidak bekerja). Sedangkan apabila Push Button ditekan (posisi bekerja) maka lampu tidak akan menyala.

   Gambar 3 Pinsip Kerja Rangkaian Ekivalen Logika NOT

   Analisa 1 :

   Gambar 4 Analisa 1 Logika NOT

   1. Push Button S1 mewakili Input A, dan Lampu mewakili Output Q
   2. Push Button S1 merupakan kontak NC (Normally Close) yang berarti dalam kondisi normal (Anda tidak menekan tombolnya) kedua terminalnya terhubung.
   3. Kondisi normal pada Push Button S1 bernilai logik 0 dalam artian Anda tidak menekan Push Button atau tombol tidak bekerja. Hal ini menganalogikan Input A pada logika NOT bernilai logik 0.
   4. Karena Push Button S1 dalam keadaan normal, maka Push Button S1 menghubungkan supply tegangan 24V ke Relay KF1 dan berakibat Relay KF1 bekerja dan mengaktifkan kontak NO KF1, sehingga Lampu menyala. Lampu menyala menganalogikan Output Q pada logika NOT bernilai logik 1.

   Analisa 2 :

   Gambar 5 Analisa 2 Logika NOT

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 bernilai logik 1 karena dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol). Kondisi ini menganalogikan Input Logika A pada logika NOT bernilai logik 1.
   2. Karena Push Button S1 merupakan kontak NC, maka pada saat Anda menekan tombol, kontak akan terputus, akibatnya supply tegangan 24V ke Relay KF1 terputus sehingga Relay KF1 tidak bekerja dan kontak NO KF1 kembali normal, akibatnya Lampu menjadi tidak menyala. Lampu tidak menyala menganalogikan Output Q pada logika NOT bernilai logik 0.

2. Gerbang Logika AND

   Logika AND merupakan logika yang Outputnya akan berlogika 1 jika semua Inputnya berlogika 1, jika salah satu atau kedua inputnya berlogika 0 maka outputnya akan berlogika 0.

   Berikut Tabel Kebenaran Logika AND :

   

   Contoh penerapan dalam rangkaian ekivalen :

   Gambar 7 Rangkaian Ekivalen Logika AND

   Push Button (kontak NO) S1 dan S2 yang terhubung seri masing-masing mewakili input logika A dan B, sedangkan sebuah Relay (KF1) dan kontaknya (kontak NO KF1) akan mengendalikan Lampu yang mewakili Output Logika Q. Apabila Anda men-simulasikan rangkaian tersebut, maka lampu hanya akan menyala jika Push Button S1 dan S2 dalam keadaan terhubung (posisi ON). Sedangkan apabila salah satu dari Push Button dalam posisi OFF, maka lampu tidak akan menyala.

   Gambar 8 Prinsip Kerja Rangkaian Ekivalen Logika AND

   Analisa 1 :

   Gambar 9 Analisa 1 Logika AND

   1. Push Button S1 mewakili Input A, Push Button S2 mewakili input B, dan Lampu mewakili Output Q
   2. Push Button S1 dan S2 merupakan kontak NO (Normally Open) yang berarti dalam kondisi normal (Anda tidak menekan tombol) kedua terminalnya tidak terhubung, sebaliknya jika Anda menekan tombolnya, maka kedua terminalnya akan terhubung.
   3. Kondisi normal pada Push Button S1 dan S2 bernilai logik 0 dalam artian bahwa Anda tidak menekan Push Button atau tombol tidak bekerja. Hal ini menganalogikan Input A dan B pada tabel kebenaran logika AND bernilai logik 0.
   4. Karena Push Button S1 dan S2 dalam keadaan normal, maka supply tegangan 24V ke Relay KF1 tidak terhubung dan berakibat Relay KF1 tidak bekerja dan kontak NO KF1 terputus, sehingga Lampu tidak menyala. Lampu tidak menyala menganalogikan Output Q pada logika AND bernilai logik 0.

   Analisa 2 :

   Gambar 10 Analisa 2 Logika AND

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 bernilai logik 0 karena dalam kondisi normal sedangkan Push Button S2 bernilai logik 1 karena dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol). Kondisi ini menganalogikan Input Logika A bernilai logik 0 dan Input Logika B bernilai logik 1.
   2. Walaupun Push Button S2 dalam keadaan bekerja dan kedua terminalnya terhubung, Relay KF1 masih belum dapat menerima supply tegangan 24V karena supply tegangan 24V masih terputus pada Push Button S1 dan berakibat Relay KF1 tidak bekerja dan kontak NO KF1 terputus, sehingga Lampu tidak menyala. Lampu tidak menyala menganalogikan Output Q pada logika AND bernilai logik 0.

   Analisa 3 :

   Gambar 11 Analisa 3 Logika AND

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 bernilai logik 1 karena dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol) sedangkan Push Button S2 bernilai logik 0 karena dalam kondisi normal. Kondisi ini menganalogikan Input Logika A bernilai logik 1 dan Input Logika B bernilai logik 0.
   2. Walaupun Push Button S1 dalam keadaan bekerja dan kedua terminalnya terhubung, Relay KF1 masih belum dapat menerima supply tegangan 24V karena supply tegangan 24V masih terputus pada Push Button S2 dan berakibat Relay KF1 tidak bekerja dan kontak NO KF1 terputus, sehingga Lampu tidak menyala. Lampu tidak menyala menganalogikan Output Q pada logika AND bernilai logik 0.

   Analisa 4 :

   Gambar 12 Analisa 4 Logika AND

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 dan S2 bernilai logik 1 karena keduanya dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol). Kondisi ini menganalogikan Input Logika A dan B bernilai logik 1.
   2. Karena Push Button S1 dan S2 dalam keadaan kondisi bekerja, maka supply tegangan 24V terhubung ke Relay KF1 dan berakibat Relay KF1 bekerja dan mengaktifkan kontak NO KF1, sehingga Lampu menyala. Lampu menyala menganalogikan Output Q pada logika AND bernilai logik 1.

3. Gerbang Logika OR

   Logika OR merupakan logika yang Outputnya akan berlogika 0 jika semua Inputnya berlogika 0, jika salah satu atau kedua inputnya berlogika 1 maka outputnya akan berlogika 1.

   Berikut Tabel Kebenaran Gerbang Logika OR :

   

   Contoh penerapan dalam rangkaian ekivalen :

   Gambar 14 Rangkaian Ekivalen Logika OR

   Push Button S1 dan S2, yang terhubung secara paralel, masing-masing mewakili input logika A dan B. Kemudian sebuah Relay (KF1) dan kontaknya (kontak NO KF1) akan mengendalikan Lampu yang mewakili output logika Q. Ketika Anda men-simulasikan rangkaian tersebut, Lampu dapat menyala jika salah satu dari Push Button S1 atau S2 terhubung (dalam posisi ON). Namun, jika kedua Push Button berada dalam posisi OFF, Lampu tidak akan menyala.

   Gambar 15 Prinsip Kerja Rangkaian Ekivalen Logika OR

   Analisa 1 :

   Gambar 16 Analisa 1 Logila OR

   1. Push Button S1 mewakili Input A, Push Button S2 mewakili input B, dan Lampu mewakili Output Q
   2. Kontak Push Button S1 dan S2 adalah kontak NO (Normally Open) yang berarti dalam kondisi normal (Anda tidak menekan tombolnya), kedua terminalnya tidak terhubung. Namun, jika Anda menekan tombolnya, maka kedua terminalnya akan terhubung.
   3. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 dan S2 dalam kondisi normal yang berarti bernilai logik 0 karena Anda tidak menekan tombol atau tidak tombol bekerja. Hal ini meng-analogikan Input A dan B pada tabel kebenaran logika OR bernilai logik 0.
   4. Karena Push Button S1 dan S2 dalam keadaan normal, maka supply tegangan 24V ke Relay KF1 terputus dan berakibat Relay KF1 tidak bekerja dan kontak NO KF1 terputus, sehingga Lampu tidak menyala. Lampu tidak menyala meng-analogikan Output Q pada logika OR bernilai logik 0.

   Analisa 2 :

   Gambar 17 Analisa 2 Logika OR

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 bernilai logik 0 karena dalam kondisi normal sedangkan Push Button S2 bernilai logik 1 karena dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol). Kondisi ini menganalogikan Input Logika A bernilai logik 0 dan Input Logika B bernilai logik 1.
   2. Walaupun Push Button S1 dalam keadaan normal dan kedua terminalnya tidak terhubung, Relay KF1 tetap dapat menerima supply tegangan 24V dari S2 yang dalam kondisi bekerja. Supply tegangan 24V yang terhubung ke Relay KF1 melalui S2 mengakibatkan Relay KF1 bekerja dan mengaktifkan kontak NO KF1, sehingga Lampu menyala. Lampu menyala menganalogikan Output Q pada logika OR bernilai logik 1.

   Analisa 3 :

   Gambar 18 Analisa 3 Logika OR

   1. Pada rangkaian di atas, Push Button S1 bernilai logik 1 karena dalam kondisi bekerja (Anda menekan tombol) sedangkan Push Button S2 bernilai logik 0 karena dalam kondisi normal. Kondisi ini menganalogikan Input Logika A bernilai logik 1 dan Input Logika B bernilai logik 0.
   2. Push Button S1 dalam keadaan bekerja kedua terminalnya terhubung, dan menghubungkan supply 24V ke Relay KF1, walaupun S2 yang dalam kondisi normal. Supply tegangan 24V yang terhubung ke Relay KF1 melalui S1 mengakibatkan Relay KF1 bekerja dan mengaktifkan kontak NO KF1, sehingga Lampu menyala. Lampu menyala menganalogikan Output Q pada logika OR bernilai logik 1.

   Analisa 4 :

   Gambar 19 Analisa 4 Logika OR

1. Push Button S1 dan S2 dalam rangkaian di atas menunjukkan nilai logika 1 karena keduanya sedang dalam kondisi aktif (Anda menekan tombol). Kondisi ini menganalogikan bahwa Input Logika A dan B memiliki nilai logika 1.
2. Karena Push Button S1 dan S2 dalam keadaan kondisi bekerja, maka supply tegangan 24V terhubung ke Relay KF1 melalui kedua Push Button dan berakibat Relay KF1 bekerja dan mengaktifkan kontak NO KF1, sehingga Lampu menyala. Lampu menyala menganalogikan Output Q pada logika OR bernilai logik 1.

Gerbang logika sederhana adalah bagian dari dasar-dasar elektronika digital yang sering digunakan untuk merancang rangkaian elektronik. Terdiri dari tiga jenis utama, yaitu gerbang AND, gerbang OR, dan gerbang NOT. Ketiganya berfungsi untuk mengubah sinyal input menjadi sinyal output yang lebih kompleks.

Mari kita mulai dengan contoh pertama: gerbang AND. Dalam kasus ini, kita punya dua input (A dan B) dan satu output (Y). Masalahnya sederhana: jika kedua input bernilai benar (ON atau 1), maka output akan bernilai benar juga. Namun, jika salah satu atau kedua input bernilai salah (OFF atau 0), maka output akan bernilai salah. Coba pikirkan beberapa contoh kombinasi input yang mungkin dan tentukan outputnya.

Contoh kedua kita adalah gerbang OR. Seperti namanya, gerbang ini memberi output yang benar jika salah satu atau kedua input bernilai benar. Jika kedua input bernilai salah, maka output juga bernilai salah. Soalnya simpel: kita punya dua input (A dan B) dan satu output (Y). Ayo, coba pikirkan beberapa kombinasi input dan tentukan outputnya!

Terakhir, kita akan membahas gerbang NOT. Gerbang ini hanya memiliki satu input (A) dan satu output (Y). Tugasnya sangat sederhana: mengubah sinyal input menjadi kebalikannya pada sinyal output. Dengan kata lain, jika input bernilai benar (ON atau 1), maka outputnya akan bernilai salah. Sebaliknya, jika input bernilai salah (OFF atau 0), maka outputnya akan bernilai benar. Bisakah kau memberikan beberapa contoh dan mencocokkan input dengan output-nya?

SOAL GERBANG LOGIKA

Tuliskan yang manakah "Tabel kebenaran dengan gerbang logika AND" dibawah ini:

Tuliskan yang manakah "Tabel kebenaran dengan gerbang logika OR" dibawah ini:

Tuliskan benar/salah "Tabel kebenaran dengan gerbang logika XOR" dibawah ini:

Tuliskan benar/salah "Tabel kebenaran dengan gerbang logika NOR" dibawah ini:

Tuliskan benar/salah "Tabel kebenaran dengan gerbang logika XNOR" dibawah ini: