PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam perancangan sebuah sistem elektronika, ada beberapa alat yang harus diperlukan agar alat tersebut bisa berjalan sesuai yangn diinginkan. Salah satu bentuk alat tersebut adalah transistor. Alat ini merupakan alat semikonduktor yang dipakai sebagai peguat atau pemilih, dan mempunyai tiga terminal. Dimana tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya.
Dalam pembahasan makalah ini, akan dibahas mengenai macam-macam atau jenis-jenis serta fungsi transistor. Selain itu akan dibahas pula tentang bagaimana cara transistor itu bekerja.
B. Rumusan Masalah
Dalam pembahasan makalah ini, penyusun mempunyai beberapa rumusan masalah, antara lain :
1. Apa yang dimaksud denngan Transistor?
2. Bagaimana Cara Kerja dari Transistor?
3. Apa saja macam-macam atau jenis-jenis dari Transistor?
C. Batasan Masalah
Agar penyampaian makalah ini dapat terarah, maka diperlukan beberapa batasan masalah. Batasan masalah yang akan disampaikan pada makalah ini antara lain :
1. Pengertian Transistor.
2. Cara Kerja Transistor.
3. Macam-macam atau jenis-jenis dari Transistor.
BAB II
TRANSISTOR
A. Pengertian 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, 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.
B. 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 n
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 disimak 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 dirubah 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.
C. 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 dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.
D. Jenis-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.
1. Transistor pertemuan tunggal
Transistor pertemuan tunggal (UJT) adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik yang hanya mempunyai satu pertemuan.
a. Konstruksi
UJT mempunyai tiga saluran, sebuah emitor (E) dan dua basis (B1 dan B2). Basis dibentuk oleh batang silikon tipe-n yang terkotori ringan. Dua sambungan ohmik B1 dan B2 ditambahkan pada kedua ujung batang silikon. Resistansi diantara B1 dan B2 ketika emitor dalam keadaan rangkaian terbuka dinamakan resistensi antarbasis (interbase resistance).
b. Tipe
Ada dua tipe dari transistor pertemuan tunggal, yaitu:
• Transistor pertemuan tunggal dasar, atau UJT, adalah sebuah peranti sederhana yang pada dasarnya adalah sebuah batangan semikonduktor tipe-n yang ditambahkan difusi bahan tipe-p di suatu tempat sepanjang batangan, menentukan parameter η dari peranti. Peranti 2N2646 adalah versi yang paling sering digunakan.
• Transistor pertemuan tunggal dapat diprogram, atau PUT, sebenarnya adalah saudara dekat tiristor. Seperti tiristor, ini terbentuk dari empat lapisan P-N dan mempunyai sebuah anoda dan sebuah katoda yang tersambung ke lapisan pertama dan lapisan terakhir, dan sebuah gerbang yang disambungkan ke salah satu lapisan tengah. Penggunaan PUT tidak dapat secara langsung dipertukarkan dengan penggunaan UJT, tetapi menunjukkan fungsi yang mirip. Pada konfigurasi sirkuit konvensional, digunakan dua resistor pemrogram untuk mengeset parameter η dari PUT, pada konfigurasi ini, UJT berlaku seperti UJT konvensional. Peranti 2N6027 adalah contoh dari peranti ini.
c. Cara kerja
UJT dipanjar dengan tegangan positif diantara kedua basis. Ini menyebabkan penurunan tegangan disepanjang peranti. Ketika tegangan emitor dinaikkan kira-kira 0,7V diatas tegangan difusi P (emitor), arus mulai mengalir dari emitor ke daerah basis. Karena daerah basis dikotori sangat ringan, arus tambahan (sebenarnya muatan pada daerah basis) menyebabkan modulasi konduktifitas yang mengurangi resistansi basis diantara pertemuan emitor dan saluran B2. Pengurangan resistansi berarti pertemuan emitor lebih dipanjar maju, dan bahkan ketika lebih banyak arus diinjeksikam. Secara keseluruhan, efeknya adalah resistansi negatif pada saluran emitor. Inilah alasan mengapa UJT sangat berguna, terutama untuk sirkuit osilator sederhana.
d. Penggunaan
Selain penggunaan pada osilator relaksasi, salah satu penggunaan UJT dan PUT yang paling penting adalah untuk menyulut tiristor (seperti SCR, TRIAC, dll). Faktanya, tegangan DC dapat digunakan untuk mengendalikan sirkuit UJT dan PUT karena waktu hidup peranti meningkat sesuai dengan peningkatan tegangan kendali DC. Penggunaan ini penting untuk pengendalian AC arus tinggi.
2. BJT
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 (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 hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.
3. 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 dioda 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 dioda 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.
4. Transistor dwikutub gerbang-terisolasi
Transistor dwikutub gerbang-terisolasi (IGBT = insulated gate bipolar transistor) adalah piranti semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah BJT dan sebuah MOSFET. Jenis peranti baru yang berfungsi sebagai komponen saklar untuk aplikasi daya ini muncul sejak tahun 1980-an.
a. Karakteristik IGBT
Sesuai dengan namanya, peranti baru ini merupakan peranti yang menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Saluran gerbang dari IGBT, sebagai saluran kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (isolator) sebagaimana pada MOSFET.
Masukan dari IGBT adalah terminal Gerbang dari MOSFET, sedang terminal Sumber dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus cerat keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya resistansi masukan dari MOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus cerat sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan jenuh. Dengan gabungan sifat kedua unsur tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya.
Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali dan penggerak dari IGBT.
Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan peranti BJT, meskipun lebih rendah dari peranti MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitor) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai resistansi-hidup (Ron) dari IGBT sangat kecil, menyerupai Ron pada BJT.
Dengan demikian bila tegangan jatuh serta borosan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).
b. Sifat-sifat IGBT
Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya dewasa ini adalah saklar peranti padat yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor dwikutub (BJT), transistor efek medan (FET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam penggunaan elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1. Pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil
2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar (Ron) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya borosan daya yang terjadi, dan kecepatan pensaklaran yang tinggi.
• Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.
• Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitor, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh.
• Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan pensakelaran, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai peranti yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas, pada MOSFET tidak dijumpai arus penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.
5. Penyearah terkendali silikon
SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.
Guna SCR:
• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)
Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar (Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.
6. Sirkuit terpadu
Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) adalah komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai sebagai otak peralatan elektronika.
Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain. Fabrikasi yang dipakai oleh mikroprosesor adalah 60nm.
Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi pertengahan abad ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang menunjukkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilakukan oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak jumlahnya ke dalam sebuah chip yang kecil merupakan peningkatan yang sangat besar bagi perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, tepercaya, kecepatan "switch", konsumsi listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam menambahkan jumlahnya dengan cepat menyingkirkan tube vakum.
Hanya setengah abad setelah penemuannya, IC telah digunakan dimana-mana. Radio, televisi, komputer, telepon selular, dan peralatan digital lainnya yang merupakan bagian penting dari masyarakat modern. Contohnya, sistem transportasi, internet, dll tergantung dari keberadaan alat ini. Banyak skolar percaya bahwa revolusi digital yang dibawa oleh sirkuit terpadu merupakan salah satu kejadian penting dalam sejarah umat manusia.
IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi sampai 250 kali dan digunakan pada alat elektronika seperti:
• Telepon
• Kalkulator
• Handphone
• Radio
Contoh-contoh IC
• 555 multivibrator
• IC seri 7400
• Intel 4004
• Intel seri x86
BAB III
PENUTUP
A. Simpulan
Dari hasil penyampaian makalah diatas, dapat diambil kesimpulan antara lain :
1. Transistor merupakan alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.
2. Pada awalnya resistor terbagi atas 2 tipe atau jenis, yaitu bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET).
3. Cara kerja dari resistorpun berbeda-beda, tergantung dari tipe atau jenisnya.
4. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.
5. Cara kerja Bipolar Junction Transistor adalah menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik.Sedangkan Field-Effect Transistor adalah hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET).
