Sejarah Transistor
Pada umumnya, solid-state transistor yang digunakan dalam rangkaian elektronika terbuat dari bahan semikonduktor, terutama silikon. Berbeda dengan dioda yang mempunyai 2 buah terminal (p dan n), transistor mempunyai 3 buah (n-p-n atau p-n-p) dan dapat digunakan sebagai switch (seperti tombol on/off) atau sebagai amplifier arus listrik (seumpama volume control pada radio). Saat ini sebagian besar transistor yang terdapat dalam rangkaian digital, seperti mikroprocessor di dalam PC, merupakan transistor jenis MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) yang terbuat dari perunggu (metal), silikon dioksida (oxide) dan silikon (semiconductor) yang telah di-dope.
Kemajuan di bidang nanoteknologi belakangan ini telah memungkinkan para ilmuwan untuk mengontrol bahan secara super akurat dalam skala nanometer. Beberapa tahun lalu, ilmuwan dari Universitas Cornell di AS berhasil membuat single-atom transistor (transistor atom tunggal), yang dibuat oleh ahli kimia bersama dengan insinyur material setempat. Apabila tegangan listrik dikenakan ke transistor tersebut, elektron mengalir di antara elektroda melalui atom kobalt (pada gambar berwarna biru tua, tengah) yang disanggah oleh molekul pyridine (biru muda). Di masa depan terobosan-terobosan di bidang nanoteknologi seperti ini akan dapat menghasilkan aplikasi-aplikasi baru.
Pengertian Transistor
Transistor adalah komponen 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, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, 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 komponen-komponen lainnya. 3 elektroda atau biasa disebut kaki-kaki transistor, yaitu:
1. Basis (B), yaitu tumpuan atau landasan yang merupakan pengendali kuat arus dan frekuensi arus yang akan keluar lewat kolektor.
2. Kolektor (K), yaitu pengumpul yang merupakan pintu keluar basis perubahan kuat arus dan frekuensi atau pengumpul sebagian besar elektron.
3. Emitor (E), yaitu pengeluar yang merupakan pintu masuk untuk transistor NPN dan sebagai lubang (hole) pada transistor PNP.
Macam-macam Jenis Transistor
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 frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
• Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
Fungsi Transistor
Secara umum, transistor berfungsi sebagai berikut:
• Sebagai Penguat Arus
• Sebagai Saklar Elektronik
• Sebagai Penguat Sinyal
• Sebagai perata arus pada adaptor (rectifier)
• Sebagai penahan sebagian arus
• Sebagai Pembangkit frekuensi rendah atau tinggi (osilator)
• Sebagai Lampu flip-flop (multivibrator)
Transistor BJT (Bipolar Junction Transistor)
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (K), 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.
Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan tipe p dan diapit oleh dua bahan tipe n (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah bahan tipe n dan diapit oleh dua bahan tipe p (transistor PNP). Sehingga transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing-masing bahan tersebut. Struktur dan simbol transistor bipolar dapar dilihat pada gambar. Disamping itu yang perlu diperhatikan adalah bahwa ukuran basis sangatlah tipis dibanding emitor dan kolektor. Perbandingan lebar basis ini dengan lebar emitor dan kolektor kurang lebih adalah 1 : 150. Sehingga ukuran basis yang sangat sempit ini nanti akan mempengaruhi kerja transistor. Pada kaki emitor terdapat tanda panah yang nanti bisa diketahui bahwa itu merupakan arah arus konvensional. Pada transistor npn tanda panahnya menuju keluar sedangkan pada transistor pnp tanda panahnya menuju kedalam.
Ketiga terminal transistor dikenal dengan Emitor (E), Basis (B) dan Kolektor (K). Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang. Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah. Perlu diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya (elektron untuk bahan n; dan hole untuk bahan p) adalah sedikit.
Aliran Arus Listrik pada Transistor PNP dan NPN
Pada transistor baik untuk tipe NPN atau PNP anak panah selalu ditempat emitor artinya anak panah menunjuk arus listrik konvensional dimana arahnya berlawanan dengan arah arus elektron. Pada transistor PNP, arus listrik yang besar akan mengalir dari emiter ke kolektor, apabila ada arus kecil yang mengalir dari emiter ke basis.
Sedangkan pada, transistor NPN Arus listrik yang besar akan mengalir dari kolektor ke emiter, apabila ada arus kecil yang mengalir dari basis ke emiter. Dalam hal ini transistor mirip dengan amplifier, yang mengontrol jumlah arus dari kolektor ke emiter oleh arus yang mengalir dari basis. Transistor juga mirip dengan fungsi sakelar. Transistor akan bekerja pada posisi ON, yaitu arus akan mengalir dari kolektor ke emiter apabila arus kecil mengalir dari basis. Sedangkan transistor akan berada pada posisi OFF, apabila tidak ada arus yang mengalir dari basis.
Prinsip Kerja dari 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.
Apabila pada terminal transistor tidak diberi tegangan bias dari luar, maka semua arus akan nol atau tidak ada arus yang mengalir. Sebagai mana terjadi pada persambungan dioda, maka pada persambungan emiter dan basis (JE) serta pada persambungan basis dan kolektor (JC) terdapat daerah pengosongan. Tegangan penghalang (barrier potensial) pada masing-masing persambungan.
Pada diagram potensial terlihat bahwa terdapat perbedaan potensial antara kaki emitor dan basis sebesar Vo, juga antara kaki basis dan kolektor. Oleh karena potensial ini berlawanan dengan muatan pembawa pada masing-masing bahan tipe P dan N, maka arus rekombinasi hole-elektron tidak akan mengalir. Sehingga pada saat transistor tidak diberi tegangan bias, maka arus tidak akan mengalir. Selanjutnya apabila antara terminal emitor dan basis diberi tegangan bias maju (emitor positif dan basis negatif) serta antara terminal basis dan kolektor diberi bias mundur (basis positif dan kolektor negatif), maka transistor disebut mendapat bias aktif (lihat gambar).
Setelah transistor diberi tegangan bias aktif, maka daerah pengosongan pada persambungan emitor-basis menjadi semakin sempit karena mendapatkan bias maju. Sedangkan daerah pengosongan pada persambungan basis-kolektor menjadi semakin melebar karena mendapat bias mundur.
Pemberian tegangan bias seperti ini menjadikan kerja transistor berbeda sama sekali bila dibanding dengan dua dioda yang disusun berbalikan, meskipun sebenarnya struktur transistor adalah mirip seperti dua dioda yang disusun berbalikan, yakni dioda emitor-basis (P-N) dan dioda basis-kolektor (N-P).
Bila mengikuti prinsip kerja dua dioda yang berbalikan, maka dioda emitor-basis yang mendapat bias maju akan mengalirkan arus dari emitor ke basis dengan cukup besar. Sedangkan dioda basis-kolektor yang mendapat bias mundur praktis tidak mengalirkan arus. Dengan demikian terminal emitor dan basis akan mengalir arus yang besar dan terminal kolektor tidak mengalirkan arus.
Namun yang terjadi pada transistor tidaklah demikian. Hal ini disebabkan karena dua hal, yaitu: ukuran fisik basis yang sangat sempit (kecil) dan tingkat doping basis yang sangat rendah. Oleh karena itu konduktivitas basis sangat rendah atau dengan kata lain jumlah pembawa mayoritasnya (dalam hal ini adalah elektron) sangatlah sedikit dibanding dengan pembawa mayoritas emitor (dalam hal ini adalah hole). Sehingga jumlah hole yang berdifusi ke basis sangat sedikit dan sebagian besar tertarik ke kolektor dimana pada kaki kolektor ini terdapat tegangan negatif yang relatif besar
Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :
IE = IC + IB
Keterangan :
IE = Arus Emitor
IC = Arus Kolektor
IB = Arus Basis
Persamaaan tersebut mengatakan arus emitor (IE) adalah jumlah dari arus kolektor (IE) dengan arus basis (IB). Karena IB sangat kecil sekali.
Alpha (α)
Definisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor. Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besar αdc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memiliki αdc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.
Beta (β)
Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus basis. Dengan kata lain,β adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di tabel data transistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya. Misalnya jika suatu transistor diketahui besar β=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu:
IB = IC/ β = 10mA/250 = 40 µA
Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki β = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah :
IC = β.IB = 200 x 0.1mA = 20 mA
Dari rumusan ini lebih terlihat definisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.
Sekian pengertian Transistor, apabila ada penulisan atau kata yang salah mohon di maklumi soalnya lagi belajar juga
jangan lupa share ke teman-teman kalian ya guys.
0 comments