Flip Flop 10.7

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

   2.1. Alat

   2.2. Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

   4.1. Prosedur Percobaan

   4.2. Gambar Rangkaian

   4.3. Prinsip Kerja

   4.4. Video

   4.5. Download File

5. Kumpulan Soal

   5.1. Example

   5.2. Problem

   5.3. Multiple Choice

 

 

1. Tujuan[Daftar]

- Mengetahui dan memahami mengenai D Flip-flop

- Dapat mengaplikasikan atau membuat rangkaian D Flip-flop dengan menggunakan Proteus

 2. Alat dan Bahan[Daftar]

2.1 Alat[Daftar]

- Power Supply DC

- Voltmeter DC

 2.2 Bahan[Daftar]

- Resistor

Spesifikasi:

 

- Transistor NPN
 

Spesifikasi:

 - LED

 

Spesifikasi:

 - Baterai

- Gerbang Logika NAND (IC 7400)
 

Spesifikasi IC 7400:

Tegangan Suply: 7 V

Tegangan input: 5.5 V

Beroperasi pada suhu udara 0 sampai +70 derjat

Kiasaran suhu penyimpanan: -65 derjat sampai 150 derjat celcius

- Inverter

- D Flipflop

 

 - JK Flipflop

 

- Relay

Spesifikasi:

1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V

2. Arus pemicu 70mA

3. Maksimum beban AC 10A @250/125V

4. Maksimum beban DC 10A @30/28V

5. Switching maksimum 300 operasi/menit

- Ground

- Motor

                      

 Spesifikasi item:

 o   Tanpa kecepatan beban 12000 ± 15% rpm

 o   Tidak ada arus beban =280mA 

 o   Tegangan operasi 1.5-9V DC

 o   Mulai Torsi =250g.cm (menurut blade yang dikembangkan sendiri) 

 o   mulai saat ini =5A

 o   Resistansi Isolasi di atas 10O antara casing dan terminal DV 100V

 o   Arah Rotasi CW: Terminal [+] terhubung ke catu daya positif, terminal [-] terhubung     ke nagative 

 o   daya, searah jarum jam dianggap oleh arah poros keluaran

 o   celah poros 0,05-0,35mm

 

- Lampu LED

3. Dasar Teori[Daftar]

D Flip-flop

D flip-flop, juga disebut delay flip-flop, dapat digunakan untuk menyediakan penyimpanan sementara satu bit informasi. Gambar 10.39 (a) menunjukkan simbol rangkaian dan tabel fungsi dari edge-triggered negatif D flip-flop. Saat jam aktif, bit data (0 atau 1) yang ada di input D ditransfer ke hasil. Dalam D flip-flop Gambar 10.39, transfer data dari input D ke output Q terjadi transisi berjalan negatif (TINGGI-ke-RENDAH) dari input jam. Input D dapat memperoleh status baru

 

Gambar 10.39 (a) menunjukkan simbol rangkaian dan tabel fungsi dari D flip-flop yang dipicu tepi negatif. Ketika jam aktif, bit data (0 atau 1) yang ada di input D ditransfer ke output. Dalam D flip-flop Gambar 10.39, transfer data dari input D ke output Q terjadi pada transisi arus negatif (HIGH-to-LOW) dari input clock. Input D dapat memperoleh status baru saat jam tidak aktif, yang merupakan periode waktu antara transisi TINGGI ke RENDAH. D flip-flop dapat memberikan penundaan maksimum selama satu periode clock. 

Tabel karakteristik dan peta Karnaugh yang sesuai untuk flip-flop D pada Gambar 10.39 (a) ditunjukkan pada Gambar 10.39 (c) dan (d) masing-masing. Persamaan karakteristiknya adalah sebagai berikut:

10.7.1 J-K Flip-Flop as D Flip-Flop

Gambar 10.40 menunjukkan bagaimana J-K flip-flop dapat digunakan sebagai D flip-flop. Ketika input D adalah logika '1', input J dan K masing-masing adalah logika '1' dan '0'. Menurut tabel fungsi J-K flip-flop, di bawah kondisi input ini, output Q akan masuk ke status logika '1' saat clock. Juga, ketika input D adalah logika '0', input J dan K masing-masing adalah logika '0' dan '1'. Sekali lagi, menurut tabel fungsi J-K flip-flop, di bawah kondisi input ini, output Q akan masuk ke status logika '0' saat clock. Jadi, dalam kedua kasus, input D diteruskan ke output saat flip-flop diberi waktu.

10.7.2 D Latch

Dalam kait D, output Q mengikuti input D selama input clock (juga disebut input ENABLE) TINGGI atau RENDAH, tergantung pada level clock yang diresponsnya. Ketika input ENABLE masuk ke level tidak aktif, output akan mempertahankan status logika sebelum input ENABLE menjadi tidak aktif selama seluruh periode waktu input ENABLE tidak aktif.

Flip-flop D tidak sama dengan kait D. Dalam D flip-flop, data pada input D ditransfer ke output Q pada transisi positif atau negatif dari sinyal clock, tergantung pada flip-flop, dan status logika ini ditahan pada output sampai kami mendapatkan transisi jam efektif berikutnya. Perbedaan antara keduanya diilustrasikan lebih lanjut pada Gambar 10.41 (a) dan (b) yang menggambarkan fungsi kait D dan flip-flop D.

 

 

Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor 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

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Rumus dari Rangkaian paralel Resistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn 

Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

Berikut contoh cara menghitungnya :

Transistor NPN

Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide. Secara umum, Transistor dapat dibagi menjadi 2 kelompok Jenis yaitu Transistor Bipolar (BJT) dan Field Effect Transistor (FET).

Karakteristik dari masing-masing daerah operasi transistor tersebut dapat diringkas sebagai berikut:

•             Daerah Potong (cutoff):

Dioda Emiter diberi prategangan mundur. Akibatnya, tidak terjadi pergerakan elektron, sehingga arus Basis, IB = 0. Demikian juga, arus Kolektor, IC = 0, atau disebut ICEO (Arus Kolektor ke Emiter dengan harga arus Basis adalah 0).

•             Daerah Saturasi

Dioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda  Kolektor juga diberi prategangan maju. Akibatnya, arus Kolektor, IC, akan mencapai harga maksimum, tanpa bergantung kepada arus Basis, IB, dan βdc. Hal ini, menyebabkan Transistor menjadi komponen yang tidak dapat dikendalikan. Untuk menghindari daerah ini, Dioda Kolektor harus diberi prateganan mundur, dengan tegangan melebihi VCE(sat), yaitu tegangan yang menyebabkan Dioda Kolektor saturasi.

•             Daerah Aktif

Dioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda Kolektor diberi prategangan mundur. Terjadi sifat-sifat yang diinginkan, dimana:

                                                                                                    atau: 

 

Gerbang Logika NAND

 

Gerbang OR, AND dan NOT adalah tiga gerbang logika dasar karena keduanya dapat digunakan untuk membangun rangkaian logika untuk ekspresi Boolean yang diberikan. Gerbang NOR dan NAND memiliki properti yang masing-masing dapat digunakan untuk mengimplementasikan perangkat keras rangkaian logika yang sesuai dengan ekspresi Boolean yang diberikan. Artinya, dimungkinkan untuk menggunakan hanya gerbang NAND atau hanya gerbang NOR untuk mengimplementasikan ekspresi Boolean apa pun.

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:

 

 Gerbang NAND 4 Input:

Berdasarkan gambar diatas ekspresi Boolean untuk gerbang NAND 4 input yaitu :  

Q = A.B.C.D

 

 Inverter(Gerbang NOT)

Gerbang NOT merupakan gerbang di mana keluarannya akan selalu berlawanan dengan masukannya. Bila pada masukan diberikan tegangan ,maka transistor akan jenuh dan keluaran akan bertegangan nol. Sedangkan bila pada masukannya diberi tegangan tertentu, maka transistor akan cut off, sehingga keluaran akan bertegangan tidak nol. 

Logicstate

 

 

 

 

Status logika 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.

 

LED

 

 

LED atau singkatan dari Light Emitting Diode adalah salah satu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mempu mengeluarkan cahaya. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi pada LED elektron menerjang sambungan P-N (Positif-Negatif). Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. 

 

Tegangan maju LED

Karakteristik

 

Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

 Cara kerja Relay:

  Setelah mengetahui pengertian serta fungsi dari relay, anda juga harus mengetahui cara kerja atau prinsip kerja dari relay. Namun sebelumnya anda perlu mengetahui bahwa pada sebuah relay terdapat 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar di bawah ini.

Kontak point relay terdiri dari 2 jenis yaitu:

1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi close (tertutup).
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berapa pada posisi open (terbuka)
   

 Berdasarkan gambar diatas, iron core(besi) yang dililitkan oleh kumparan coil berfungsi untuk mengendalikan iron core tersebut. Ketika kumparan coil di berikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet sehingga akan menarik Armature berpindah posisi yang awalnya NC(tertutup) ke posisi NO(terbuka) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi NO. Posisi Armature yang tadinya dalam kondisi CLOSE akan menjadi OPEN atau terhubung. Armature akan kembali keposisi CLOSE saat tidak dialiri listrik. Coil yang digunakan untuk menarik Contact Point ke posisi CLOSE umunnya hanyak membutuhkan arus llistrik yang relatif kecil.

Motor DC

 

Prinsip Kerja Motor DC

  Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang). 

 

 Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika 0arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

 

 Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

Lampu

 
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor.

4. Percobaan[Daftar]

4.1. Prosedur Percobaan[Daftar]

- Buka aplikasi Proteus

 

- Siapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat rangkaian

 

- Disarankan agar membaca datasheet tiap komponen terlebih dahulu

 

- Pasang Logicstate, Gerbang logika AND, Gerbang logika NOT, resistor, transistor NPN, relay, led, lampu, motor, ground, voltmeter DC, dan power supply seperti beberapa rangkaian dibawah

 

- Atur logicstate dan nilai resistor

 

- Coba dijalankan rangkaian apabila ouput hidup (led, lamp, motor) maka rangkaian bisa digunakan

4.2. Gambar Rangkaian[Daftar]

Gambar 1 D Flip-flop

Gambar 2  J-K Flip-Flop as D Flip-Flop

Gambar 3 Skema D Flip-flop

Gambar 4 Skema J-K Flip-Flop as D Flip-Flop

 

4.3. Prinsip Kerja[Daftar]

 Prinsip kerja dari rangkaian Data flip-flop dengan clock diatas adalah sebagai berikut. Apabila input clock berlogika 1 “High” maka input pada jalur data akan di teruskan ke rangkaian RS flip flop, dimana pada saat input jalur Data 1 “High” maka kondisi tersebut adalah Set Q menjadi 1 “High” dan pada saat jalur Data diberikan input 0 “Low” maka kondisi yang terjadi adala Reset Q menjadi 0 “Low”. Kemudian Pada saat input Clock berlogika rendah maka data output pada jalur Q akan ditahan (memori 1 bit) walaupun logika pada jalur input Data berubah. Kondisi inilah yang disebut sebagai dasar dari memor 1 bit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel Data flip-flop berikut. Tabel Kebenaran Data Flip-Flop Clock/Enable D Q Q Keterangan 1 0 0 1 Reset Q ke 0 1 1 1 0 Set Q ke 1 0 0 1 0 Menahan kondisi Q terakhir 0 1 1 0 Menahan kondisi Q terakhir Dari tabel kebenaran diatas terlihat bahwa Data flip-flop merupakan dasar dari pembuatan memori digital 1 bit. Data Flip-flop sering juga disebut sebagai D-latch.

4.4. Video[Daftar]

 

 

4.5. Download File[Daftar]

Video Rangkaian : disini

File Rangkaian 1: disini

File Rangkaian 2: disini

File Rangkaian 3: disini

File Rangkaian 4: disini

Datasheet resistor: disini

Datasheet transistor npn: disini

Datasheet motor DC: disini

Datasheet relay: disini

Datasheet led: disini

Datasheet Gerbang NAND: disini

Datasheet Gerbang NOT (Inverter): disini

Datasheet D Flipflop: disini

Datasheet JK Flipflop: disini 

5. Kumpulan Soal[Daftar]

5.1. Example[Daftar]

1. Gambar 10.42 menunjukkan diagram rangkaian logika internal salah satu dari empat kait D dari kait D empat-bit di IC 7475. (a) Berikan argumen untuk membuktikan bahwa output Q akan melacak input D hanya ketika input ENABLE TINGGI . (b) Juga, buktikan bahwa output Q memiliki nilai sebelum input ENABLE menjadi RENDAH selama input ENABLE LOW.

 

 

Jawab:

 

(a) Jika input ENABLE adalah HIGH, gerbang AND atas diaktifkan sementara gerbang AND bagian bawah dinonaktifkan. Output dari gerbang AND atas dan bawah adalah D dan logika '0' masing-masing. Mereka merupakan masukan dari gerbang NOR yang keluarannya adalah D. Oleh karena itu, keluaran Q adalah D.

(b) Ketika input ENABLE menjadi RENDAH, gerbang AND atas dinonaktifkan (dengan outputnya menuju logika '0') dan gerbang AND yang lebih rendah diaktifkan (dengan outputnya menjadi sama dengan output Q karena umpan balik) . Output gerbang NOR dalam hal ini adalah Q, yang berarti bahwa output Q mempertahankan statusnya selama input ENABLE adalah RENDAH.

2. Tentukanlah rangkaian yang membuat JK flipflop berfungsi sebagai D flipflop

Jawab:

Flipflop D dengan JK flipflop

 

5.2. Problem[Daftar]

1.     Mengapa masukan J dan K flip-flop disebut sebagai masukan pengendali!

Jawaban: 

• Masukan J dan K disebut masukan pengendali karena kedua masukan ini yang menentukan keadaan yang harus dipilih oleh FF pada saat pulsa clock tiba (dapat pinggiran positif atau negatif tergantung pada jenis FF-nya) 
• JK-FF berbeda dengan D-FF karena JK-FF masukan clock adalah masukan yang di cacah dan masukan J dan K adalah masukan yang mengendalikan FF itu.

2.     Bagaimana tutorial sebuah rangkaian RS flip-flop dan prosesnya!

Solusi :

Ini adalah jenis multivibratorbistable, dengan dua status stabil.

Merevisi perilaku transistor:

• Ketika basis transistor terhubung ke nol volt, itu terputus dan tegangan kolektornya naik ke tegangan suplai. Lihat gambar merah untuk TR1, dan biru untuk TR2. 

• Ketika basis dihubungkan ke tegangan suplai melalui resistor nilai rendah, transistor dihidupkan, dan menjadi jenuh. Volt kolektornya turun ke nilai yang sangat rendah. 

• Lihat nilai biru untuk TR1 dan merah untuk TR2. 

•  Jika SET diambil rendah (nol volt) maka TR1 dimatikan, dan tegangan kolektornya menyalakan TR2. Q tinggi dan batang Q rendah. 

• Jika SET sekarang dilepaskan dari rel volt nol, kedua transistor akan tetap dalam keadaan ini. 

•   Untuk membuat status perubahan flip-flop, RESET sekarang harus diturunkan. 

•  Tr2 sekarang akan mati dan Tr1 hidup. 

• Q akan rendah dan Q bar tinggi. 

• Flip-flop akan berhenti dalam kondisi ini sampai SET kembali rendah lagi. 

•   Sirkuit ini dikenal sebagai SR flip-flop.

 

5.3. Multiple Choice [Daftar]

1.     Deskripsi perangkat IC 74LS273 yaitu...

A.    Flip Flop tipe Quad D dengan Clear

B.    Flip Flop tipe D ganda dengan Preset dan Clear

C.    Flip Flop tipe Octal D dengan Clear

D.    Flip Flop tipe ganda HexD-type

E.    Flip Flop dengan Master Reset

Jawaban: C

 

2.

Gambar di atas merupakan flip-flop bertipe...

A.    SR flip-flop

B.    JK flip-flop

C.    D flip-flop

D.    T flip-flop

E.    S flip-flop

Jawaban: B 

Karena keadaan undefined di SR flip flop, flip flop lain diperlukan dalam elektronik. JK flip flop merupakan perbaikan dari SR flip flop dimana S = R = 1 tidak menjadi masalah. Kondisi masukan J = K = 1, memberikan keluaran yang membalik keadaan keluaran. Namun, hasilnya sama ketika seseorang menguji rangkaian secara praktis.

Dengan kata sederhana, Jika input data J dan K berbeda (yaitu tinggi dan rendah) maka output Q mengambil nilai J pada clockedge berikutnya. Jika J dan K sama-sama rendah maka tidak ada perubahan yang terjadi. Jika J dan K sama-sama tinggi di tepi jam maka output akan beralih dari satu keadaan ke keadaan lainnya. JK Flip Flop dapat berfungsi sebagai Set atau Reset Flip flop.