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, dimana 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.Daftar isi
·
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.l • b • s