Pengertian IC ( Intregated Circuit )

A.    Pengertian Intregated Circuit (IC)

Gambar IC

Definisi lain dari Integrated Circuit (IC) adalah Komponen Elektronika aktif yang terdiri dari gabungan ratusan, ribuan bahkan jutaan Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang diintegrasikan menjadi suatu Rangkaian Elektronika dalam sebuah kemasan kecil. Sebelum ditemukannya IC, peralatan Elektronik saat itu umumnya memakai Tabung Vakum sebagai komponen utama yang kemudian digantikan oleh Transistor yang memiliki ukuran yang lebih kecil. Tetapi untuk merangkai sebuah rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks, memerlukan komponen Transistor dalam jumlah yang banyak sehingga ukuran perangkat Elektronika yang dihasilkannya pun berukuran besar dan kurang cocok untuk dapat dibawa berpergian (portable).

B.     Jenis Integrated Circuit (IC)

Berdasarkan Aplikasi dan Fungsinya, IC (Integrated Circuit) dapat dibedakan menjadi IC Linear, IC Digital dan juga gabungan dari keduanya.

1.      IC Linear

IC Linear atau disebut juga dengan IC Analog adalah IC yang pada umumnya berfungsi sebagai :

a)      Penguat Daya (Power Amplifier)

b)      Penguat Sinyal (Signal Amplifier)

c)      Penguat Operasional (Operational Amplifier / Op Amp)

d)     Penguat Sinyal Mikro (Microwave Amplifier)

e)      Penguat RF dan IF (RF and IF Amplifier)

f)       Voltage Comparator

g)      Multiplier

h)      Penerima Frekuensi Radio (Radio Receiver)

i)        Regulator Tegangan (Voltage Regulator)

IC analog adalah IC yang tersusun oleh beberapa rangkaian (linier) dan beroperasi dengan menggunakan sinyal sinusoidal.

Macam- macam IC analog (linier) :

a.       IC Op-Amp

Disebut amplifier operasional atau op-amp merupakan salah satu jenis IC analog yang berfungsi sebagai rangkaian penguat. IC Op- Amp, s dibedakan menjadi dua macam/jenis yaitu:

1)      Op- Am Inverting

Op-amp inverting merupakan rangkaian penguat yang tegangan keluarannya berbanding terbalik dengan tegangan masuknya. Sinyal masuk ke op-amp inverting melalui input inverting dan menghasilkan keluaran dengan sudut fase yang berkebalikan dengan sudut fase tegangan masukan. Besarnya penguatan tergantung pada faktor penguatan (gain) yang dirumuskan sebagai berikut:

Vout = -(R2/R1)Vin

dengan:

Vout  : tegangan keluaran penguatan operasional (output)

Vin    : tegangan masukan (input)

R1     : hambatan ke-1 (ohm)

R2     : hambatan ke-2 (ohm)

2)      Op-Amp Non-Inverting

Penguat operasional non inverting termasuk dalam sistem analog linier, yaitu sitem yang menghasilkan tegangan keluaran sebanding dengan tegangan masukan yang diberikan. Penguat operasional non inverting adalah penguat yang sinyal masukannya diberikan pada input non-inverting dan menghasilkan output dengan sudut fase sama dengan sudut fase tegangan input. Besarnya penguatan pada faktor penguatan (gain) yang dirumuskan sebagai berikut:

Vout = ((Ri+R2)/R1)Vin

dengan

Vout   : tegangan keluaran penguatan operasional (output)

Vin     : tegangan masukan (input)

R1      : hambatan ke-1 (ohm)

R2      : hambatan ke-2 (ohm)

3)      IC timer 555

IC timer 555 merupakan IC linier yang berfungsi sebagai rangkaian pewaktu monostable dan osilator estable. IC 555 merupakan jenis IC yang terkenal didalam dunia elektronika analog/linier. Pada penggunaannya , IC 555 dapat dikategorikan dalam beberapa fungsi rangkaian, antara lain sebagai berikut:

a)      Rangkaian Monostable

Pada rangkaian monostable , IC 555 berfungsi sebagai penghasil pulsa diskrit. Pulsa akan dihasilkan pada saat IC 555 menerima siyal pemicu. Lebar pulsa yang dihasilkan dipengaruhi oleh hubungan RC (resistor dan kapasitor). Pulsa akan berhenti setelah kapasitor menerima 2/3 tegangan catu daya.  Lebar pulsa dapat dimodifikasi dengan mengubah nilai resistor (R) dan kapasitor (C) sesuai dengan rumus berikut:

t=1,1(RxC)

dengan:
t     : tegangan pulsa (detik)
R    : nilai resistor (ohm)
C    : nilai kapasitor (farad)

b)      Rangkaian Astable

Pada rangkaian astable, IC 555 berfungsi sebagai penghasil sinyal kotak (pulsa) dengan frekuensi tertentu secara terus menerus. R1 menghubungan Vcc dan pin7 (pin discharge), R2 menghubungkan pin 7(pin discharge), pin 6 (threshold), dan pin 2 (trigger). Kapasitor melakukan pengisian pada R1 dan R2, serta hanya melakukan pengosongan pada R2. PO ada rangkaian estable, frekuensi pulsa hanya dipengaruhi oleh nilai R1, R2, dan C. Rumusan frekuensi pada rangkaian estable sebagai berikut:

f = 1/(In(2)xC(R1+R2))

Lebar pulsa high dirumuskan sebagai berikut :

high = In(2)x(R1+2R2)C

Lebar pulsa low dirumuskan sebagai berikut :

low = In(2)xCxR2

dengan:
R    : nilai resistor (ohm)
C    : nilai kapasitor (C)

4)      IC Power

IC Power merupakan jenis IC yang beroperasi pada catu daya . Umumnya , IC power digunakan pada rangkaian regulator, adaptor dan power supply.

2.      IC Digital 

Perbedaan utama dari IC Linear dengan Digital ialah fungsinya, dimana IC digital beroperasi dengan menggunakan sinyal kotak (square) yang hanya ada dua kondisi yaitu 0 atau 1 dan berfungsi sebagai switch/saklar, sedangkan IC linear pada umumnya menggunakan sinyal sinusoida dan berfungsi sebagai amplifier(penguat). IC linear tidak melakukan fungsi logic seperti halnya IC-TTL maupun C-MOS dan yang paling populer IC linier didesain untuik dikerjakan sebagai penguat tegangan.

Dalam kemasan IC linier terdapat rangkaian linier, dimana kerja rangkaiannya akan bersifat proporsional atau akan mengeluarkan output yang sebanding dengan inputnya. Salah satu contoh IC linear adalah jenis Op-Amp. IC Digital pada dasarnya adalah rangkaian switching yang tegangan Input dan Outputnya hanya memiliki 2 (dua) level yaitu “Tinggi” dan “Rendah” atau dalam kode binary dilambangkan dengan “1” dan “0”.

IC Digital pada umumnya berfungsi sebagai :

1. Flip-flop
2. Gerbang Logika (Logic Gates)
3. Timer
4. Counter
5. Multiplexer
6. Calculator
7. Memory
8. Clock
9. Microprocessor (Mikroprosesor)
10. Microcontroller

Berbeda dengan IC analog (linier) , IC digital beroperasi pada tegangan 0 volt (low) dan 5 volt (high). IC digital tersusun dari beberapa rangkaian logika AND, OR, NOT, NAND, NOR,dan XOR). IC digital sering digunakan sebagai aplikasi sakelar cepat. Pada perkembangannya, IC digital merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam segala bidang elektronika, karena ukurannya kecil dan memiliki fungsi yang sangat lengkap.

Hal yang perlu dingat bahwa IC (Integrated circuit) merupakan Komponen Elektronika Aktif yang sensitif terhadap pengaruh Electrostatic Discharge (ESD). Jadi, diperlukan penanganan khusus untuk mencegah terjadinya kerusakan pada IC tersebut.

a.       TTL(Transistor transistor Logic)

IC yang paling banyak digunakan secara luas saat ini adalah IC digital yang dipergunakan untuk peralatan komputer, kalkulator dan system kontrol elektronik. IC digital bekerja dengan dasar pengoperasian bilangan Biner Logic(bilangan dasar 2) yaitu hanya mengenal dua kondisi saja 1(on) dan 0(off).

Jenis IC digital terdapat 2(dua) jenis yaitu TTL dan CMOS. Jenis IC-TTL dibangun dengan menggunakan transistor sebagai komponen utamanya dan fungsinya dipergunakan untuk berbagai variasi Logic, sehingga dinamakan Transistor.

Dalam satu kemasan IC terdapat beberapa macam gate (gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoder, Encoder, Multiflexer dan Memory sehingga pin (kaki) IC jumlahnya banyak dan bervariasi ada yang 8,14,16,24 dan 40. Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NAND yang mengeluarkan output 0 atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya.

IC TTL dapat bekerja dengan diberi tegangan 5 Volt.

Microprocessor

Microprocessor adalah alat pemroses data yang merupakan pengembangan dari teknologi pembuatan  Integrated Circuit (IC), Ada beberapa peristilahan yang dipakai untuk menunjukan tingkat kepadatan  (density) dari suatu chip IC, yaitu Small Scale Integration (SSImengemas beberapa puluh transistor), Medium Scale Integration (MSI-mengemas sampai beberapa ratus transistor), dan sekarang yang sedang berkembang adalah Very Large Scale Integration (VLSImengemas puluhan ribu sampai jutaan transistor).

Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi jutaan. Kemampuan untuk  memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit, memori, dan kendali  input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik.

Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh  kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap perangkat rumah tangga seperti microwave oven, televisi, dan mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan mikroprosesor. Contoh tentang teknologi ULSI, misalnya microprocessor jenis 8086 mengandung 40.000 buah transistor, 80286 terdiri dari 150.000 transistor, 80386 memuat 250.000 transistor, 80486 mempunyai 1,2 juta transistor, 80586 (Pentium) 3 juta buah transistor lebih sedangkan Intel Core 2 Duo mempunyai 271 juta transistor dan Intel Quad Core 2 Extreme yang terdiri dari empat inti prosesor. Pengembangan lebih lanjut microprocessor 80 inti. Silahkan hitung sendiri kandungan transistornya dan itu akan berkembang secara terus menerus.

Apabila terjadi permasalahan pada IC jenis TTL maka sebaiknya dilakukan hal-hal sebagai berikut :

1.      IC logika biasanya dikendalikan oleh suatu detak (Clock) dari sumber detak (Oscilator). Periksa bagian-bagian pembangkit detak, misalnya IC NE 555. Untuk memeriksa keluaran detak dari NE 555, periksa pin 3 dari IC NE 555, sudah menghasailkan detak berupa pulsa atau belum.

2.      Periksa jangan sampai ada kaki (pin) yang dalam keadaan mengambang. Kaki masukan yang tidak  terhubung kemana-mana akan dianggap berlogika '1' oleh chip IC TTL.

b.      IC- CMOS

Selain TTL, jenis IC digital lainnya adalah C-MOS (Complementary with MOSFET) yang berisi rangkaian yang merupakan gabungan dari beberapa komponen MOSFET untuk membentuk gate-gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL. Dalam satu kemasan IC C-MOS dapat berisi beberapa macam gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoders, Encoders, Multiflexer dan Memory.

Pada gambar diperlihatkan IC dengan gerbang NOR yang mengeluarkan output 0 atau 1 tergantung kondisi kedua inputnya. IC C-MOS dapat bekerja dengan tegangan 12 Volt.

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. Tindakantindakan untuk menyelamatkan IC jenis CMOS.

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

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. IC CMOS harus merupakan komponen terakhir yang dipasangkan pada papan rangkaian. Jangan  dimasukan atau ditanggalkan sementara tegangan catu daya disambungkan. Gunakan pemegang atau soket IC yang vsesuai untuk menjaga kestabilan oksidasi dan muatan dalam IC CMOS.

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.

C.    Keunggulan IC  

IC telah digunakan secara luas diberbagai bidang, salah satunya dibidang industri Dirgantara, dimana rangkaian kontrol elektroniknya akan semakin ringkas dan kecil sehingga dapat mengurangi berat Satelit, Misil dan jenis-jenis pesawat ruang angkasa lainnya. Desain komputer yang sangat kompleks dapat dipermudah, sehingga banyaknya komponen dapat dikurangi dan ukuran motherboardnya dapat diperkecil. Contoh lain misalnya IC digunakan di dalam mesin penghitung elektronik(kalkulator), juga telepon seluler(ponsel) yang bentuknya relatif kecil.

Di era teknologi canggih saat ini, peralatan elektronik dituntut agar mempunyai ukuran dan beratnya seringan dan sekecil mungkin, dan hal itu dapat dimungkinkan dengan penggunaannya IC.

Selain ukuran dan berat IC yang kecil dan ringan, IC juga memberikan keuntungan lain yaitu bila dibandingkan dengan sirkit-sirkit keonvensional yang banyak menggunakan komponen, IC dengan sirkit yang relatif kecil hanya mengkonsumsi sedikit sumber tenaga dan tidak menimbulkan panas berlebih sehingga tidak membutuhkan pendinginan (cooling system).

D.    Kelemahan IC

Pada uraian sebelumnya nampak seolah-olah IC begitu sempurna dibanding komponen elektronik konvensional, padalah tak ada sesuatu komponen yang tidak memiliki kelemahan.

Kelemahan IC antara lain adalah keterbatasannya di dalam menghadapi kelebihan arus listrik yang besar, dimana arus listrik berlebihan dapat menimbulkan panas di dalam komponen, sehingga komponen yang kecil seperti IC akan mudah rusak jika timbul panas yang berlebihan.

Demikian pula keterbatasan IC dalam menghadapi tegangan yang besar, dimana tegangan yang besar dapat merusak lapisan isolator antar komponen di dalam IC Contoh kerusakan misalnya, terjadi hubungan singkat antara komponen satu dengan lainnya di dalam IC, bila hal ini terjadi, maka IC dapat rusak dan menjadi tidak berguna.