Gerbang Logika - Pengertian, Fungsi, Cara kerja dan Penerapan Gerbang Logika (LENGKAP)

Gerbang Logika (Logic Gate)

 

Untuk mempelajari gerbang logika (khususnya gerbang logika dasar), ada beberapa hal yang harus Anda pahami lebih dulu. Pertama, mengerti mengenai konsep dasar gerbang logika.

Pengertian Gerbang Logika

Gerbang Logika (Logic Gate) memiliki fungsi yaitu melakukan pemrosesan dasar yang berguna dalam memproses input-input berupa bilangan biner. Dengan kata lain gerbang logika beroperasi atau bekerja berdasarkan sistem bilangan biner, secara singkat sistem bilangan biner dapat diartikan sebagai jenis bilangan yang terdiri dari 2 kode angka yaitu "0" dan "1".

Pastikan Anda memahami sistem bilangan biner terlebih dahulu sebelum mempelajari gerbang logika dasar lebih lanjut.

Fungsi dan Cara Kerja Gerbang Logika

Secara sederhana, fungsi dari gerbang logika adalah mengubah satu atau beberapa sinyal input (masukan) menjadi sebuah sinyal output (keluaran). Lalu bagaimana gerbang logika dapat mengubah sinyal input menjadi sinyal output logis ?

Untuk mengetahui hal tersebut, Anda wajib mengetahui jenis-jenis gerbang logika dasar. Terdapat sekitar 7 gerbang logika dasar yang berguna dalam membentuk sebuah rangkaian sistem elektronika digital.

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

Dari setiap jenis gerbang logika dasar diatas memiliki tabel kebenaran yang berbeda, dimana fungsi dari tabel kebenaran gerbang logika yaitu sebagai acuan dalam penentuan sinyal output dari sebuah rangkaian gerbang logika. Dengan kata lain, untuk mengetahui  bagaimana sebuah gerbang logika bekerja  maka diharuskan untuk mengetahui tabel kebenaran dari setiap gerbang logika.

Tabel kebenaran gerbang logika tersebut berisikan kombinasi variabel input (masukan) sehingga akan menghasilkan variabel output (keluaran) logis.

Adapun variabel input dan output pada gerbang logika hanya memiliki 2 keadaan. 2 keadaan (level) ini dapat dilambangkan sebagai berikut

• 1 dan 0
• HIGH (Tinggi) dan LOW (Rendah)
• TRUE (Benar) dan False (Salah)
• ON (Hidup) dan Off (Mati)

Salah satu contoh sederhana dalam penerapan gerbang logika dalam rangkaian elektronika adalah dengan menggunakan Transistor TTL, bila keadaan 0 V pada rangkaian diasumsikan sebagai "LOW" maka keadaan 5 V pada rangkaian diasumsikan sebagai "HIGH"

Baca Juga : Tabel Kebenaran Gerbang Logika 

Dengan mengetahui tabel-tabel dari setiap gerbang logika dasar maka akan mudah dalam menentukan sinyal output dari setiap rangkaian gerbang logika yang dibuat

7 Jenis Gerbang Logika

Berikut ini kami sajikan 7 jenis gerbang logika dasar yang paling umum dipergunakan, disertai pula dengan simbol dan tabel kebenarannya.

Gerbang AND (AND GATE)

Gerbang AND atau disebut juga "AND GATE" adalah jenis gerbang logika yang memiliki dua input (Masukan) dan satu output (keluaran). Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang AND berikut.

Pada gerbang logika AND, simbol yang menandakan operasi gerbang logika AND adalah tanda titik (.) atau bisa juga dengan tanpa tanda titik, contohnya seperti Z = X.Y atau Z = XY.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang AND. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang AND akan menghasilkan output (keluaran) logika 1 bila semua variabel input (masukan) bernilai logika 1" sebalikanya "Gerbang AND akan menghasilkan keluaran logika 0 bila salah satu masukannya merupakan logika 0". Cukup mudah bukan.

Transistor Gerbang AND 2 Input

Secara sederhana, gerbang AND 2 input dapat dibangun menggunakan RTL Resistor-Transistor Switch yang terhubung bersama dengan input yang terhubung langsung ke basis transistor. Adapun kedua transistor harus berada pada kondisi jenuh "ON" untuk keluaran Q. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Jenis Gerbang Logika AND 

Adapun gerbang logika AND terdiri dari gerbang logika AND 2 input dan 3 input. Untuk memperjelas silahkan perhatikan gambar berikut.





Berdasarkan ekspresi Boolean untuk fungsi logika AND didefinisikan sebagai (.) yang mana merupakan operasi bilangan biner, sehingga gerbang AND dapat diturunkan secara bersama-sama untuk membentuk sejumlah input.

Tetapi mengingat bahwa IC gerbang AND yang tersedia dipasaran hanya terdiri dari input 2, 3, atau 4. maka diperlukan input tambahan , sehingga gerbang AND standar perlu diturunkan bersama sehingga mendapatkan nilai input yang diperlukan, sebagai contoh

Gerbang AND Multi Input

Berdasarkan Gerbang AND 6 input diatas maka ekspresi Boolean yaitu :

Q = (A.B).(C.D).(E.F)

Atau

A AND B AND C AND D AND E AND F gives Q

Jika jumlah input yang diinginkan adalah jumlah input bernilai ganjil, maka input yang “tidak terpakai” dapat dijadikan HIGH dengan menyambungkan langsung ke catu daya (Power) dengan menggunakan resistor “Pull-up” yang sesuai.

Berikut ini IC Gerbang AND yang umumnya tersedia di pasaran

TTL Logic AND Gate

74LS08 Quad 2-input

74LS11 Triple 3-input

74LS21 Dual 4-input

CMOS Logic AND Gate

CD4081 Quad 2-input

CD4073 Triple 3-input

CD4082 Dual 4-input

Gerbang OR (OR GATE)

Gerbang OR atau disebut juga "OR GATE" adalah jenis gerbang logika yang memiliki dua input (Masukan) dan satu output (keluaran). Meskipun memiliki pengertian yang sama dengan gerbang OR tapi memiliki perbedaan pada simbol dan tabel kebenaran. Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang OR berikut.

Pada gerbang logika OR, simbol yang menandakan operasi gerbang logika OR adalah tanda tambah (+) , contohnya seperti Z = X + Y .

Perhatikan tabel kebenaran gerbang OR. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang OR akan menghasilkan output (keluaran) logika 0 bila semua variabel input (masukan) bernilai logika 0" sebalikanya "Gerbang OR akan menghasilkan keluaran logika 1 bila salah satu masukannya bernilai logika 1". Jangan sampai terbalik dengan pernyataan Gerbang AND.

Transistor Gerbang OR 2 Input

Secara sederhana, gerbang OR 2 input dapat dibangun menggunakan RTL Resistor-Transistor Switch yang terhubung bersama dengan input yang terhubung langsung ke basis transistor. Adapun kedua transistor harus berada pada kondisi jenuh "ON" untuk keluaran Q. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Jenis Gerbang Logika OR 

Adapun gerbang logika OR terdiri dari gerbang logika OR 2 input dan 3 input. Untuk memperjelas silahkan perhatikan gambar berikut.





Seperti halnya gerbang AND, fungsi OR dapat memiliki beberapa input. Sedangkan gerbang OR yang tersedia dipasaran hanya terdiri dari input 2, 3, atau 4 input. maka diperlukan input tambahan, sehingga gerbang OR standar perlu diturunkan bersama sehingga mendapatkan nilai input yang diperlukan, sebagai contoh

Berdasarkan Gerbang AND 6 input diatas maka ekspresi Boolean yaitu :

Q = (A+B)+(C+D)+(E+F)

atau

A OR B OR C OR D OR E OR F gives Q

Jika jumlah input yang diinginkan adalah jumlah input bernilai ganjil, maka input yang “tidak terpakai” dapat dijadikan LOW dengan menyambungkan langsung ke ground dengan menggunakan resistor “Pull-down” yang sesuai.

Berikut ini IC Gerbang OR yang umumnya tersedia di pasaran

TTL Logic OR Gates

74LS32 Quad 2-input

CMOS Logic OR Gates

CD4071 Quad 2-input

CD4075 Triple 3-input

CD4072 Dual 4-input

Gerbang NOT (NOT GATE)

Gerbang NOT atau disebut juga "NOT GATE" atau Inverter (Gerbang Pembalik) adalah jenis gerbang logika yang hanya memiliki satu input (Masukan) dan satu output (keluaran). Dikatakan Inverter (gerbang pembalik) karena gerbang ini akan menghasilkan nilai ouput yang berlawanan dengan nilai inputnya . Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang NOT berikut.

 

Pada gerbang logika NOT, simbol yang menandakan operasi gerbang logika NOT adalah tanda minus (-) diatas variabel, perhatikan gambar diatas.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang NOT. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang NOT akan menghasilkan output (keluaran) logika 1 bila variabel input (masukan) bernilai logika 0" sebalikanya "Gerbang NOT akan menghasilkan keluaran logika 0 bila input (masukan) bernilai logika 1". 

Transistor Gerbang NOT

Tidak seperti pada gerbang AND dan Gerbang OR, Gerbang NOT tidak dapat dibuat menggunakan RTL Resistor-Transistor Switch yang terhubung langsung ke basis transistor. Adapun transistor harus berada pada kondisi jenuh "ON" dan untuk output "OFF" terbalik pada keluaran Q. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Pada gerbang logika NOT digunakan untuk menghasilkan fungsi logis yang diinginkan, Adapun gerbang NOT standar diberi simbol yang bentuknya segitiga menunjuk ke kanan dengan lingkaran di ujungnya. 

Lingkaran ini dikenal sebagai "gelembung inversi" dan digunakan dalam simbol NOT, NAND dan NOR pada keluarannya (output) untuk merepresentasikan operasi logis dari fungsi NOT. Gelembung ini menunjukkan inversi sinyal (komplementasi) dari sinyal dan dapat hadir pada salah satu atau kedua output dan / atau terminal input.

Karena hanya memiliki satu input, Gerbang NOT secara umum tidak dikategorikan sebagai "Decision Maker" atau pengambil keputusan. Tidak seperti gerbang AND dan OR yang mempunyai input 2 atau lebih. Di pasaran sendiri IC gerbang NOT hanya tersedia dalam 4 atau 6 gerbang di 1 paket IC.

"Gelembung" (o) yang terdapat pada akhir simbol gerbang NOT menunjukkan inversi sinyal (Komplementasi) dari sinyal outputnya, tetapi gelembung (o) ini juga terdapat pada input gerbang yang menandakan input aktif-RENDAH.

Harus diingat bahwa pembalikan sinyal input ini tidak hanya terbatas pada gerbang NOT saja karena juga dapat digunakan pada sirkuit digital atau gerbang pada operasi inversi yang persis sama baik pada terminal input atau output. SIMPEL-nya kita cukup menganggap gelembung tersebut hanya sebagai inverter.

Pembalikan Sinyal menggunakan Gelembung masukan Aktif-rendah

Notasi Gelembung untuk Pembalikan Input

Adapan IC inverter gerbang logika NOT yang tersedia yaitu : 

TTL Logic NOT Gates

74LS04 Hex Inverting NOT Gate
74LS14 Hex Schmitt Inverting NOT Gate
74LS1004 Hex Inverting Drivers

CMOS Logic NOT Gates

CD4009 Hex Inverting NOT Gate
CD4069 Hex Inverting NOT Gate

Gerbang NAND (NAND GATE)

Gerbang NAND atau disebut juga "NAND GATE" adalah jenis gerbang logika kombinasi yang memiliki dua input (Masukan) dan satu output (keluaran). Pada dasarnya gerbang NAND merupakan pengembangan atau kombinasi dari gerbang AND dan gerbang NOT "NAND = NOT AND". Untuk lebih jelasnya perhatikan simbol dan gerbang kebenaran gerbang NAND berikut.

 

Pada gerbang logika NAND, simbol yang menandakan operasi gerbang logika NAND adalah tanda bar (-) diatas variabel, perhatikan gambar diatas.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang NAND. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang NAND akan menghasilkan output logika 0 bila semua inputnya memiliki logika 1" sedangkan " Gerbang NAND akan menghasilkan keluaran logika 1 bila salah satu input atau semua input memiliki logika 0".

Secara singkat, cukup mengingat gerbang logika AND, karena output dari gerbang logika NAND merupakan kebalikan dari output gerbang AND.

Transistor Gerbang NAND

Secara sederhana, gerbang logika NAND 2 input dapat dibangun menggunakan RTL Resistor-transistor Switch yang terhubung bersama degan input yang terhubung langsung ke basis transistor, dimana transistor harus dalam keadaan cut-off "MATI" untuk keluaran Q.

Gerbang logika NAND dapat menghasilkan fungsi logis yang diinginkan dengan simbol berupa gerbang AND standar dengan tambahan lingkaran (biasa juga disebut sebagai "Gelembung Inversi" pada bagian output yang mana mewakili gerbang NOT) yang disebut sebagai operasi logika NAND.

Jenis Gerbang Logika NAND

Seperti halnya dengan fungsi AND pada pembahasan sebelumnya, fungsi NAND juga memiliki input tersendiri dimana IC gerbang NAND yang tersedia dipasaran hanya dalam tipe 2, 3, 4 input saja. Untuk mengatasi hal tersebut, maka gerbang NAND dapat dibuat bersama dengan memberi lebih banyak input

Fungsi NAND 4 Input

Berdasarkan gambar diatas ekspresi Boolean untuk gerbang NAND 4 input yaitu : Q = A.B.C.D 

Apabila jumlah input yang diperlukan adalah jumlah ganjil, maka untuk input yang tidak terpakai dijadikan HIGH yang mana dihubungkan langsung ke catu daya menggunakan resistor "Pull-up" yang sesuai.

Fungsi Logika Gerbang NAND disebut juga Fungsi Sheffer Stroke, dilambangkan dengan bar vertikal atau operator panah keatas, sebagai contoh A NAND B = A|B or A↑B. 

Gerbang NAND "Universal"

Gerbang logika NAND umumnya disebut juuga sebagai gerbang universal, hal ini dikarenakan gerbang NAND merupakan gerbang yang paling umum digunakan. Disamping itu, gerbang NAND juga dapat menghasilkan semua gerbang logika lainnya sehingga dalam praktiknya gerbang NAND dapat membentuk rangkaian logika paling praktis.

Dengan menggabungkannya secara bersama-sama, maka 3 gerbang logika dasar yaitu gerbang AND, OR, dan NOT dapat dibuat. Berikut contonhnya

Berikut variasi gerbang logika yang dapat terbentuk hanya dari gerbang NAND

Disamping 3 jenis gerbang diatas, masih dapat dibentuk gerbang lainnya yaitu gerbang Exclusive-OR, Exclusive-NOR dan gerbang NOR.

Berikut ini IC gerbang logika NAND yang tersedia di pasaran yaitu :

TTL Logic NAND Gates

74LS00 Quad 2-input
74LS10 Triple 3-input
74LS20 Dual 4-input
74LS30 Single 8-input

CMOS Logic NAND Gates

CD4011 Quad 2-input
CD4023 Triple 3-input
CD4012 Dual 4-input

Gerbang NOR (NOR GATE)

Gerbang NOR atau "NOR GATE" merupakan pengembangan dari gabungan kombinasi gerbang OR dan gerbang NOT. Gerbang ini juga memiliki dua input dan 1 satu keluaran, untuk lebih jelasnya perhatikan gambar simbol dan tabel kebenaran dibawah.

 

Pada gerbang logika NOR, simbol yang menandakan operasi gerbang logika NAND adalah tanda tanbah (+) dan bar (-) diatas variabel, perhatikan gambar diatas.

Perhatikan tabel kebenaran gerbang NOR. Cara cepat untuk mengingat tabelnya adalah dengan mengingat pernyataan berikut. "Gerbang NOR akan menghasilkan output logika 1 bila semua inputnya memiliki logika 0" sedangkan " Gerbang NOR akan menghasilkan keluaran logika 0 bila salah satu input atau semua input memiliki logika 1".

Secara singkat, sama halnya dengan gerbang AND. Output gerbang NOR merupakan kebalikan ouput gerbang OR, jadi cukup mengingat gerbang OR saja lalu membaliknya.

Transistor Gerbang NOR

Secara sederhana, gerbang logika NOR dapat dibangun dengan menggunakan RTL Resistor-transistor Switch yang dihubungkan secara bersama-sama dengan input yang terhubung langsung ke basis transistor. Kedua transistor harus dalam keadaan cut-off "MATI" untuk keluaran Q.

Gerbang logika NOR dapat menghasilkan fungsi logis yang diinginkan dengan simbol berupa gerbang OR standar dengan tambahan lingkaran (biasa juga disebut sebagai "Gelembung Inversi" pada bagian output yang mana mewakili gerbang NOT) yang disebut sebagai operasi logika NOR.

Jenis Gerbang Logika NOR

Seperti hanya fungsi OR, fungsi NOR juga memiliki jumlah input tersendiri yang mana untuk IC gerbang NOR dipasaran hanya tersedia untuk gerbang 2, 3,dan 4 input saja. Maka Untuk mengatasi hal tersebut, dapat dihuhubungkan beberapa gerbang logika NOR bersama-sama untuk mendapatkan jumlah input yang diinginkan, berikut contohnya

Fungsi NOR 4 Input

Berdasarkan gambar diatas ekspresi Boolean untuk gerbang NOR 4 input yaitu : Q = A+B+C+D

Apabila jumlah input yang diperlukan adalah jumlah ganjil, maka untuk input yang tidak terpakai dijadikan LOW yang mana dihubungkan langsung ke ground menggunakan resistor "Pull-down" yang sesuai.

Fungsi Logika Gerbang NAND disebut juga Fungsi Pierce, dilambangkan dengan bar vertikal atau operator panah kebawah, sebagai contoh A↓B.

Gerbang NOR "Universal"

Seperti hanya gerbang logika NAND, gerbang NOR umumnya disebut juuga sebagai gerbang universal, hal ini dikarenakan gerbang NOR dapat menghasilkan berbagai jenis gerbang logika lainnya seperti halnya gerbang NAND. Dengan menghubungkannya secara bersama-sama, maka gerbang NOR jga dapat membentuk 3 gerbang logika dasar yaitu gerbang AND, OR, dan NOT. Berikut contonhnya

Berikut variasi gerbang logika yang dapat terbentuk hanya dari gerbang NAND

Disamping 3 jenis gerbang diatas, masih dapat dibentuk gerbang lainnya yaitu gerbang Exclusive-OR, Exclusive-NOR dan gerbang NOR.

Berikut ini IC gerbang logika NOR yang tersedia dipasaran yaitu :

TTL Logic NOR Gates

74LS02 Quad 2-input
74LS27 Triple 3-input
74LS260 Dual 4-input

CMOS Logic NOR Gates

CD4001 Quad 2-input
CD4025 Triple 3-input
CD4002 Dual 4-input

Gerbang X-OR (X-OR GATE)

Gerbang Exclusive OR atau disingkat gerbang X-OR, terdiri dari 2 input dan 1 output. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar simbol dan tabel kebenaran dibawah.

Untuk mengingat tabel kebenaran gerbang X-OR cukup mengingat pernyataan berikut ini. "Bila kedua input bernilai logika yang sama maka akan menghasilkan output logika 0" sedangkan "Bila  kedua input bernilai logika berbeda maka akan menhasilkan output logika 1". 

Gerbang X-NOR (X-NOR GATE)

Gerbang X-NOR merupakan kombinasi dari gerbang X-OR dan gerbang NOT. Perhatikan simbol dan tabel kebenaran gerbang X-NOR berikut.

Karena merupakan kebalikan dari gerbang X-OR, maka untuk mengingat tabel kebenaran gerbang logika X-NOR untuk dengan mengingat tabel kebenaran gerbang logika X-OR lalu membalik nilai outputnya.

Penerapan Gerbang Logika

Gerbang logika kebanyakan dipergunakan dalam sistem elektronika digital dengan menggunakan komponen-komponen elektronika seperti integrated circuit (IC), transistor, relay, dioda, optik maupun elemen mekanikal.

Baca Juga :  

IC Gerbang Logika TTL/CMOS/High Speed CMOS

Apa itu Bilangan Biner dan Cara Konversi Bilangan Biner

Kumpulan contoh Soal Gerbang logika & Penjelasannya

Aljabar Boolean - Pengertian, Hukum dan Contoh Soal Aljabar Boolean

Artikel Terkait : 

Penerapan Gerbang NOT menggunakan Saklar dan Transistor

Penerapan Gerbang AND menggunakan Dioda dan Transistor

Penerapan Gerbang OR menggunakan Dioda dan Transistor

Penerapan Gerbang NAND menggunakan Saklar dan Transsitor

Sekian mengenai materi gerbang logika, semoga membantu.