Transistor adalah alat
semikonduktor
yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung
(switching), stabilisasi tegangan
Transistor dapat berfungsi semacam kran
listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET).
Pada
umumnya, transistor memiliki 3 terminal : Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor
(C).
Tegangan
yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan
tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran
tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor
merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam
rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian
analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan
penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan
sebagai saklar berkecepatan tinggi.
Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi
sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Cara kerja semikonduktor
Pada
dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya
mengatur jumlah aliran arus listrik.
Untuk
mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas
berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan
tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah
menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus
mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga,
air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke
dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan
bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan
konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur
sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah
sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang
dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata
letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya
memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5
atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena
pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik).
Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa
muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain
dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena
Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang
baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan
terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
Dalam
tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena
itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat
dilihat bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak,
sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan
terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam
sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor
tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon,
pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut
(perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh
muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan
dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi
semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam
sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang
lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara
doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat
penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah
doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran
satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan
semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat
tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah
metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda
tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang
mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu
pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk
menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan
mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak
bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik
bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat
diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.
Gambaran
di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron
atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari
pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone
ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh
tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat
seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri
tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor,
bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah
daerah basis yang sangat tipis.
Cara kerja transistor
Dari
banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor,
bipolar junction transistor (BJT atau transistor
bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing
bekerja secara berbeda.
Transistor
bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua
polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik.
Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas
dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini
dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus
utama tersebut.
FET
(juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa
muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik
utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua
sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong
arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah
dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal
konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang
lebih lanjut.
Jenis-jenis transistor
PNP
|
P-channel
|
||
NPN
|
N-channel
|
||
BJT
|
JFET
|
Simbol
Transistor dari Berbagai Tipe
Secara
umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
- Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
- Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
- Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
- Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
- Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
- Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
- Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
BJT
BJT (Bipolar Junction
Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat
dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet,
sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E),
kolektor (C), dan basis (B).
Perubahan
arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan
perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip
inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio
antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β
atau
. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor
BJT.
FET
FET
dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau
juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET
(MOSFET). Berbeda dengan IGFET,
terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara
Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah
versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum)
bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input
tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.
FET
lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion
mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan
source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai
contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source,
sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah
positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus
di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET,
polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement
mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.
|
|||||||||||||||||||||||||
Tidak ada komentar:
Posting Komentar