Integrated Circuit

A.          Sejarah Integrated Circuit

IC (Integrated Circuit) adalah nama lain chip. IC adalah piranti elektronis yang dibuat dari material semikonduktor. IC atau chip merupakan cikal bakal dari sebuah komputer dan segala jenis device yang memakai teknologi micro-controller lainnya.

IC ditemukan pada tahun 1958 oleh seorang insinyur bernama Jack Kilby yang bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang dibuat dari bahan semikonduktor. Penemuan itu kemudian dinamakan IC (Integrated Circuit) atau yang kemudian lazim disebut chip. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce, yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa, meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda.

Semenjak itu banyak riset yang dilakukan untuk mengembangkan IC (Integrated Circuit) atau Chip hingga saat ini. Seorang pendiri Intel, Gorden Moore, pada tahun 1965 memperkirakan bahwa jumlah transistor yang terdapat dalam sebuah IC akan bertambah 2 kali setiap 18 bulan sekali. Kecenderungan peningkatan jumlah transistor ini telah terbukti setelah sekian lama dan diperkirakan akan terus berlanjut.

Hal ini dapat dilihat pada perkembangan IC, sebuah 64-Mbit DRAM yang pertama kali di pasaran pada tahun 1994, terdiri dari 3 juta transistor. Dan microprocessor Intel Pentium 4 terdiri lebih dari 42 juta transistor dan kira-kira terdapat 281 IC didalamnya. Bahkan berdasar pada International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS), diharapkan akan tersedia sebuah chip yang terdiri dari 3 milyar transistor pada tahun 2008.

IC sendiri dipergunakan untuk bermacam-macam piranti, termasuk televisi, telepon seluler, komputer, mesin-mesin industri, serta berbagai perlengkapan audio dan video.

B.          Definisi Integrated Circuit

Integrated Circuit (IC) merupakan suatu rangkaian elektronik yang dikemas menjadi satu kemasan yang kecil. Beberapa rangkaian yang besar dapat diintegrasikan menjadi satu dan dikemas dalam kemasan yang kecil. Suatu IC yang kecil dapat memuat ratusan bahkan ribuan komponen.

Gambar 1. Bentuk seperti Transistor

Bentuk IC bisa bermacam-macam, ada yang berkaki 3 misalnya LM7805, ada yang seperti transistor dengan kaki banyak misalnya LM741.

Gambar 2. IC SINGLE IN LINE

Bentuk IC ada juga yang menyerupai sisir (single in line), bentuk lain adalah segi empat dengan kaki-kaki berada pada ke-empat sisinya, akan tetapi kebanyakan IC berbentuk dual in line (DIL).

Gambar 3. DUAL IN LINE (DIL)

IC yang berbentuk bulat dan dual in line, kaki-kakinya diberi bernomor urut dengan urutan sesuai arah jarum jam, kaki nomor SATU diberikan bertanda titik atau takikan. Setiap IC ditandai dengan nomor type, nomor ini biasanya menunjukkan jenis IC, jadi bila nomornya sama maka IC tersebut sama fungsinya. Kode lain menunjukkan pabrik pembuatnya, misalnya operational amplifier type 741 dapat muncul dengan tanda uA-741, LM-741, MC-741, RM-741 SN72-741 dan sebagainya.

Suatu kelompok IC disebut IC linear, antara lain IC regulator, Operational Amplfier, audio amplifier dan sebagainya. Sedangkan kelompok IC lain disebut IC digital misalnya NAND, NOR, OR, AND EXOR, BCD to seven segment decoder dan sebagainya.

Jenis IC yang sekarang berkembang dan banyak digunakan adalah Transistor-Transistor Logic (TTL) dan Complimentary Metal Oxide Semiconductor (CMOS). Jenis CMOS banyak terdapat di pasaran ialah keluarga 4000, misalnya 4049, 4050 dan sebagainya. Jenis TTL ditandai dengan nomor awal 54 atau 74. Prefix 54 menandakan persyaratan militer ialah mampu bekerja dari suhu -54 sampai 125^o C. Sedangkan prefix 74 menandakan persyaratan komersial ialah mampu bekerja pada suhu 0 sampai 70^o C.

Penomoran TTL dilakukan dengan 2, 3 atau 4 digit angka mengikuti prefix-nya, misalnya 7400, 74192 dan sebagainya. Huruf yang berada diantara prefix dan suffix menandakan subfamily-nya. Misalnya AS (Advance Schottkey), ALS (Advance Low Power Schottkey), H (High Speed), L (Low Speed), LS (Low Power Schottkey) dan S (Schottkey).

Apabila dibandingkan rangkaian dengan menggunakan transistor dengan rangkaian menggunakan IC, cenderung penggunaan IC lebih praktis dan biayanya relatif ebih ringan.

Pada saat ini sudah berkembang banyak sekali jenis IC, jenisnya sampai ratusan sehingga tidak mungkin dibicarakan secara umum. Untuk menggunakan IC kita harus mempunyai vademicum IC yang diterbitkan oleh pabrik-pabrik pembuatnya. Setiap jenis IC mempunyai penjelasan sendiri-sendiri mengenai sifatnya dan cara penggunaannya.

Apabila kita membuka lembaran vademicum IC, kita akan melihat berbagai symbol seperti terlihat pada gambar 16. Arti symbol-symbol ini akan kita pelajari bila sudah mulai eksperimen dengan IC digital.

C.          Fungsi Integrated Circuit

Praktisnya, fungsi dan aplikasi IC NE555 ini banyak sekali digunakan diantaranya sebagai pengatur alarm, sebagai penggerak motor DC, bisa digabungkan dengan IC TTL (Transistor-transistor Logic) dan sebagai input jam digital untuk “keperluan yang diinginkan” (kalau hanya untuk jam digital biasa, sudah banyak IC yang bisa langsung digunakan), bisa juga dimanfaatkan dalam rangkaian sakelar sentuh, dan jika digabungkan dengan infra merah ataupun ultrasonic, NE555 ini bisa dijadikan sebagai pemancar atau remote control.

Apalagi jika digabungkan dengan teknik modulasi dan beberapa komponen elektronika yang mendukung, bisa dihasilkan remote control multi channel yang bisa mengontrol beberapa perangkat elektronik lain dalam satu remote (memang jangkauan jaraknya tidak terlalu jauh, paling sekitar 10m – 20m. Beda dengan yang menggunakan frekuensi radio). Dan masih sangat banyak lagi.

D.          Jenis Integrated Circuit

IC Digital

Dalam IC digital, suatu titik elektronis yang berupa seutas kabel atau kaki IC, akan mewujudkan salah satu dari dua keadaan logika, yaitu logika '0' (nol, rendah) atau logika '1' (satu, tinggi). Suatu titik elektronis mewakili satu 'binary digit' atau biasa disingkat dengan sebutan 'bit'. Binary berarti sistem bilangan 'dua-an', yakni bilangan yang hanya mengenal dua angka, 0 dan 1. IC digital dibedakan menjadi dua.

IC TTL

Pada suatu lingkungan IC TTL logika '0' direpresentasikan dengan tegangan 0 sampai 0,7 Volt arus searah (DC, Direct Current), sedangkan logika '1' diwakili oleh tegangan DC setinggi 3,5 sampai 5 Volt.

IC CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor)

Mempunyai salah satu ciri dengan tegangan input lebih fleksibel yaitu antara 3,5 Volt sampai 15 Volt akan tetapi, tegangan input yang melebihi 12 Volt akan memboroskan daya. Ada beberapa hal yang perlu dilakukan untuk menghindari kerusakan pada IC CMOS sebelum dipasangkan kedalam rangkaian. Hal ini perlu dilakukan karena walaupun dari pabrik telah diberi proteksi berupa dioda dan resistor dijalan masuknya namun usaha ini belum menjamin seratus prosen.

IC sering dikelompokkan berdasar jumlah transistor yang dikandungnya:

1.         SSI (Small Scale Integration) adalah chip dengan maksimum 100 komponen elektronik.

2.       MSI (Medium Scale Integration) adalah chip dengan 100 sampai 3.000 komponen elektronik.

3.       LSI (Large Scale Integration) adalah chip dengan 3.000 sampai 100.000 komponen elektronik.

4.       VLSI (Very Large Scale Integration) adalah chip dengan 100.000 sampai 1.000.000 komponen elektronik.

5.       ULSI (Ultra Large Scale Integration) adalah chip dengan lebih dari 1 juta komponen elektronik.

E.           Perawatan Integrated Circuit jenis CMOS

Tindakan-tindakan untuk menyelamatkan IC jenis CMOS adalah:

1.         IC CMOS harus selalu disediakan dengan kaki-kakinya ditanam dalam foil plastik menghantar, bukan pada busa ataupolistrin yang dikembangkan atau dalam bahan pembawa dari aluminium. IC CMOS tidak boleh dikeluarkan dari dalam kemasannya sampai ia sudah siap untuk dipasangkan pada rangkaian.

2.       Berhati-hati untuk tidak menyentuh pin-pin (kaki) IC CMOS sebelum dipasangkan pada rangkaian karena elektrostatik dari tangan manusia dapat merubah dan menambah muatan oksidasi.

3.       IC CMOS harus merupakan komponen terakhir yang dipasangkan pada papan rangkaian. Jangan dimasukan atau ditanggalkan sementara tegangan catu daya disambungkan.

4.       Gunakan pemegang atau soket IC yang vsesuai untuk menjaga kestabilan oksidasi dan muatan dalam IC CMOS.

5.       Kalau IC CMOS perlu dipasangkan pada papan rangkaian dengan langsung disolder maka pakailah besi solder yang sangat kecil bocorannya serta solder harus dibumikan. Meskipun IC CMOS tidak memiliki kekebalan sebagaimana IC jenis lainnya. Masa genting dan mengkhawatirkan hanyalah ketika melepas IC CMOS dari busa foil plastik pelindungnya dan ketika memasangkannya ke dalam rangkaian. Setelah kedua pekerjaan itu terlampaui semua akan berjalan biasa-biasa saja.

Pada papan rangkaian IC CMOS kaki-kaki yang tidak dipergunakan harus tetap diberi kondisi tertentu, seperti '0' atau '1', tetapi tidak boleh dibiarkan tidak terhubung. Apabila dibiarkan tidak terhubung, biasanya IC CMOS akan cepat rusak. IC merupakan salah satu komponen elektronik yang mudah rusak karena panas, baik panas pada saat disolder maupun pada saat IC bekerja. Untuk menghindari kerusakan IC karena panas pada saat disolder maka perlu dipasang soket IC, sehingga yang terkena panas kaki soketnya. Sedangkan untuk menghindari kerusakan IC karena panas pada saat IC bekerja, maka pada IC perlu dipasang (ditempelkan) plat pendingin dari aluminium atau tembaga yang biasanya disebut heatsink.

F.            Membuat Simbol IC (Integrated Circuit) Logika Menggunakan DSCH2

Perangkat lunak DSCH2 merupakan editor sekaligus simulator rangkaian logika yang sangat mudah pengoperasiannya. Dalam editor ini telah termuat simbol-simbol elemen logika yang dapat diambil melalui drag and drop dari symbol library seperti pada gambar berikut ini.

DSCH2 menyediakan 2 halaman symbol library, yakni halaman untuk basic symbol dan halaman advanced symbol. Untuk perancangan rangkaian logika sederhana dengan hanya melibatkan elemen-elemen dasar dengan jumlah input elemen yang terbatas, symbol library tersebut masih dapat melayani penggunanya seperti pada rancangan berikut ini.

Namun, untuk rancangan rangkaian dengan melibatkan simbol elemen yang lebih  kompleks, user perlu mendisain terlebih dahulu simbol elemen tersebut. DSCH2 menyediakan fitur untuk membangun sendiri simbol-simbol elemen logika sesuai keinginan pengguna yakni schema to new symbol. Selain simbol yang kompleks, dengan fitur ini juga dapat dibangun simbol IC logika.

1.         Membuat Simbol Elemen Logika Baru

Misalnya kita akan membuat simbol rangkaian komparator jenis non-equality comparator, maka langkah langkah untuk membangun simbol rangkaian ini adalah:

Jalankan DSCH2, gambarkan rangkaian non-equality comparator seperti gambar berikut ini. Pastikan rangkaian telah dirancang secara benar dengan mengecek truth table nya sehingga menghasilkan (A=0, B=0, Y=0), (A=0, B=1, Y=1), (A=1, B=0, Y=1) dan (A=1, B=1, Y=0). Tahap ini saya sebut sebagai perancangan pada level inside symbol.

Klik File>Schema to new symbol seperti berikut:

Lakukan pengaturan posisi pin (terminal) dan symbol properties melalui kotak dialog Schema to Symbol seperti berikut ini.

Kolom pin name menunjukkan nama-nama pin simbol yang telah kita definisikan saat melakukan perancangan. Perubahan nama pin hanya dapat dilakukan melalui layar editor, dalam kotak dialog ini anda tidak bisa mengubahnya.

Position menunjukkan posisi pin, dalam hal ini position 1 berada pada posisi paling atas, position 2 di bawah position 1 dan seterusnya. Side L (left) menunjukkan posisi pin pada sisi kiri kotak simbol dan R (right) pada posisi kanan. Jadi, untuk pin B  posisinya adalah paling atas sebelah kiri, pin A posisinya di bawah pin B pada sisi kiri dan pin Y berada paling atas pada sisi kanan. Melalui kotak dialog ini anda bisa mengubah posisi pin dari simbol yang akan dibuat. Pada symbol properties, name menunjukkan nama file symbol ketika disimpan,dan  Title menunjukkan nama yang tercantum pada kotak simbol. Anda dapat melakukan perubahan keduanya. Untuk menentukan letak media penyimpanan, lakukan pengaturan pada baris Save in.

Selanjutnya lakukan klik OK, maka anda akan memperoleh file pada directory D dengan nama XOR.SYM. Untuk menguji apakah simbol yang kita buat sudah benar atau belum, load file tersebut ke dalam DSCH2. Ingat! File yang akan dimuat ke dalam DSCH2 adalah file simbol (dengan ekstensi .SYM) sehingga perlu dilakukan pengaturan berikut ini, selanjutnya klik Open.

Anda sekarang telah memperoleh simbol non-equality comparator, lakukan pengujian seperti saat anda merancang rangkaian ini pada level inside symbol di atas.

Jika pengujian menghasilkan truth table sama dengan pengujian pada level inside symbol seperti di atas yakni (A=0, B=0, Y=0), (A=0, B=1, Y=1), (A=1, B=0, Y=1) dan (A=1, B=1, Y=0), maka anda telah memperoleh simbol baru yang valid/benar.

2.      Membuat Simbol IC Gerbang OR

Salah satu IC yang menyediakan gerbang logika dasar OR adalah seri 7432 yang di dalamnya terkandung 4 buah gerbang OR masing-masing denga2-input. Untuk membangun simbol IC 7432 ini, terlebih dahulu harus dibangun rangkaian gerbang OR pada level inside symbol. Berdasarkan datasheet nya, rangkaian inside dari IC 7432 dapat digambarkan sebagai berikut:

Simbol IC 7432 dapat dibangun dengan cara sebagai berikut:

Susun rangkaian inside dari gerbang OR seperti gambar berikut ini

Lakukan pengecekan rangkaian, berikan catu daya terlebih dahulu dengan memasang tegangan+5V (tinggi) pada kaki 14 dan 0V (rendah) pada kaki 7. Selanjutnya berikan sinyal tinggi dan rendah ke input gerbang-gerbang OR itu   dan amati outputnya. Jika semua gerbang telah menunjukkan fungsi OR secara benar maka kita telah memperoleh rangkaian inside OR yang valid.

Ubah rangkaian tersebut menjadi simbol dengan klik File>Schema to new symbol dan lakukan pengaturan:

Agar simbol yang dibangun menyerupai bentuk IC 7432 yang sesungguhnya, pengaturan posisi pin diatur berturut-turut dengan format pin (position, side) sebagai berikut: 1(1,L), 2(2,L), 3(3,L), 4(4,L), 5(5,L), 6(6,L), 7(7,L), 14(1,R), 13(2,R), 12(3,R), 11(4,R), 10(5,R), 9(6,R), dan 8(7,R).

Klik tombol Refresh untuk melihat tampilan sementara (preview). Jika pengaturan posisi pin selesai dilakukan, tulis nama, title dan drive/directory/folder tujuan penyimpanan file simbol.

Klik OK untuk menyimpan simbol.

Load file 7432.SYM ke layar edior DSCH2 dan lakukan pengecekan IC 7432 apakah gerbang-gerbangnya sudah sesuai dengan fungsi OR. Rangkaian pengecekan disusun sebagai berikut.

Jika hasil pengecekan menunjukkan bahwa semua gerbang OR yang ada berfungsi dengan baik, maka anda telah memperoleh simbol IC 7432 yang valid. Setelah anda mahir membuat IC 7432, saya sarankan anda mencoba membuat IC yang lain, gunakan datasheet yang dikeluarkan oleh pabriknya untuk memperoleh informasi tentang rangkaian inside dari setiap IC yang akan anda rancang simbolnya.

G.          Membuat Adaptor Sederhana Menggunakan IC LM723

Adaptor ini hanya memakai trafo CT 10V (bekas speaker aktif, jadi penyearahnya menggunakan penyearah sistem jembatan/bridge supaya di dapat tegangan sekitar 20v).

Setelah diserahkan, tegangan trafo tadi dimasukkan ke rangkaian regulator LM723.

Skema regulator LM723:

Trafo dan rangkaian regulator LM723 kemudian ditempatkan di boks bekas stavolt.

Untuk mengetahui tegangan keluaran adaptor, maka saya pasangkan vu meter punya bekas stavolt juga yang   skalanya saya ubah.

Untuk menambah  rasa aman, sebuah kipas DC saya pasangkan di panel belakang box stavolt

Jadilah stavolt rasa adaptor

H.          Skema Rangkaian Amplifier Sederhana Mini 10W

Rangkaian Amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal audio hingga bisa terdengar oleh telinga manusia. Rangkaian Amplifier yang akan kita bahas kali ini termasuk rangkaian amplifier sederhana dengan output keluaran sebesar 10W dan menggunakan komponen yang banyak ditemukan dipasaran.

Rangkaian Amplifier ini dimotori oleh 2 transistor PNP, 2 transistor NPN dan satu buah integrated circuit (IC). Walaupun tersusun dari komponen-komponen sederhana, output yang dihasilkan oleh amplifier ini cukup untuk menghasilkan dentuman suara yang cukup nyaman ditelinga.

Daftar komponen yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian amplifier seperti gambar diatas adalah sebagai berikut:

P1	: 22K Log Potemsiometer (Dual gang for stereo)	C3, 4	: 470uF/25V
P2	: 100K Log Potemsiometer (Dual gang for stereo)	C6	: 47pF 63V ceramic ar polyester capasitor
R2, 4, 8	: 820R 1/4W	C7	: 10nF 63V polyester capasitor
R1	: 4K7 1/4W	C9	: 100nF 63V polyester capasitor
R3	: 500R 1/2W	D1	: 1N4148 75V 150mA Diode
R5	: 82K 1/4W	IC 1	: NE5532 Low noise Dual Op-amp
R6, 7	: 47K 1/4W	Q1	: BC547B 45V 100mA NPN Transitor
R9	: 10R 1/2W	Q2	: BC557B 45V 100mA PNP Transitor
R10	: 0,22 4W(wirewound)	Q3	: TIP42A 60V 6A PNP Transistor
C1, 8	: 470nF 63V polyester capasitor	Q4	: TIP41A 60V 6A NPN Transistor
C2, 5	: 100uF/25V	J1	: RCA audio input socket

Sedangkan komponen untuk menyusun power suply dalam rangkaian amplifier ini adalah sebagai berikut:

R1	: 1K5 1/4W
Elco	: 4700uF/25v
D	: 100V 4A Diode bridge
Led merah
T	: Centertap tranformer 2A 20V