Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai
penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi
tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat
berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau
tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat
dari sirkuit sumber listriknya.
Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu 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 di bawah 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) di mana 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.
Disebut Transistor bipolar 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 di mana
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.
. 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 di bawah 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.
|
|||||||||||||||||||||||||
