Merancang dan Memverifikasi Rangkaian NAND Gate Dasar dengan IC 4011

Bagian dan Bahan

• 4011 quad NAND gate (Radio Shack catalog # 276-2411)
• DIP switch delapan posisi (Radio Shack catalog # 275-1301)
• Bar graph LED segmen sepuluh (Radio Shack catalog # 276-081)
• Satu baterai 6 volt
• Dua resistor 10 kΩ
• Tiga resistor 470 Ω

Caution! IC 4011 adalah CMOS dan sangat sensitif terhadap放电 elektrostatis. Handle dengan anti-statis.

Further Reading

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapter 3: “Logic Gates.”

Tujuan Pembelajaran

• Memahami peran resistor pulldown.
• Menentukan tabel kebenaran gate melalui eksperimen.
• Belajar cara menghubungkan gate logika.
• Merancang berbagai fungsi logika menggunakan gate NAND.

Basic Gate Function Schematic Diagram

 

Basic Gate Function Illustration

 

Experiment Instructions

Mulai dengan merangkai satu gate NAND ke dua saklar input dan satu LED, seperti yang ditunjukkan dalam skematik. Saklar delapan posisi dan LED segmen sepuluh mungkin terlihat berlebihan pada awalnya, tetapi mereka memungkinkan ekspansi yang mudah dan menjaga tata letak tetap rapi.

Selalu simpan datasheet untuk 4011 di dekat Anda. Membaca diagram pin-out esensial untuk koneksi yang benar. Di bawah ini adalah referensi pin-out yang disederhanakan yang diambil dari datasheet resmi:

 

 

Dalam ilustrasi breadboard, kami menggunakan gate NAND kiri bawah: pin 1 dan 2 adalah input, dan pin 3 adalah output. Pin 14 dan 7 menyediakan V_DD (tegangan positif) dan GND (ground). Beberapa datasheet melabeli rel negatif sebagai V_SS; ini fungsional identik.

Berbeda dengan op-amp, IC logika digital menggunakan referensi ground tunggal. Sinyal "high" berarti pin berada di V_DD relatif dengan ground, sementara sinyal "low" berada di GND.

Semua input gate yang tidak digunakan harus diikat ke V_DD atau GND. Membiarkan mereka floating dapat membiarkan muatan statis menyebat memaksa transistor internal ke dalam kondisi tidak terdefinisi, yang berpotensi menyebabkan arus berlebih atau kerusakan. Grounding atau menarik ke tinggi cukup; pilihan tergantung pada rel mana yang lebih mudah diakses di breadboard.

Jangan mengikat output gate yang tidak digunakan ke rel suplai apa pun. Memaksa output ke tingkat tetap akan menyebabkan short-circuit gate dan dapat merusak chip. Output dihasilkan sendiri dan harus tetap bebas untuk go high atau low.

Dua resistor 10 kΩ berfungsi sebagai perangkat pulldown. Saat saklar terbuka, resistor menarik input ke GND, memastikan kondisi "low" yang bersih. Saat saklar tertutup, input didorong langsung ke V_DD, memberikan kondisi "high." Ini mencegah input floating karena muatan statis menyebat.

Dengan rangkaian terrakit, Anda sekarang dapat memetakan tabel kebenaran gate NAND secara eksperimental. Letakkan saklar dalam setiap status yang mungkin dan catat apakah LED menyala. Catat hasilnya pada lembar sebagai berikut:

 

 

Kolom yang ditandai "A" dan "B" mewakili dua saklar input; saklar yang tertutup menunjukkan logika "1," dan saklar terbuka (ditarik ke bawah) menunjukkan logika "0." Status LED menunjukkan output gate. Setelah menyelesaikan semua empat kombinasi, bandingkan tabel Anda dengan tabel kebenaran NAND standar.

Sementara setup ini disesuaikan untuk gate NAND 4011, skema dua saklar, dua pulldown, LED yang sama bekerja untuk setiap IC logika quad, asalkan Anda berkonsultasi dengan diagram pin-out yang benar. Ingat bahwa tugas pin berbeda di antara keluarga IC.

Additional Improvement

Untuk meningkatkan kejelasan, tambahkan LED untuk menampilkan tingkat input sebenarnya. Dengan cara ini, Anda dapat memverifikasi bahwa saklar benar-benar tertutup atau terbuka tanpa menyimpulkan dari posisinya:

 

 

RELATED WORKSHEET:

• Basic Logic Gates Worksheet