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. 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.
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 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.
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. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.
Kaki kolektor pada transistor NPN selalu berada pada kutub positip, sedang kaki kolektor pada transistor PNP selalu pada kutub negatif. Sebuah transistor selalu diberikan kode – kode tertentu sesuai dengan pabrik pembuatnya maupun fungsi transistor.
Huruf pertama menyatakan bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat transistor.
A = Germanium B = Silicon C = Arsenida Galium D = Antimonida Indium R = Sulfida Cadmium
Huruf kedua menyatakan fungsi penerapannya pada rangkaian elektronika.
A = dioda detector, dioda pencampur , dioda kecepatan tinggi.
B = dioda kapasitas variable
C = transistor frekuensi renadah
D = transistor daya frekuensi rendah
E = dioda terobosan
F = transistor frekuensi radio, bukan daya
G = macam ragam keperluan ( multiperpose )
L = transistor daya frekuensi rendah
N = kopling foto
P = dioda radiasi seperti dioda foto, transistor foto
Q = generator radiasi seperti LED
R = piranti kemudi dan saklar seperti TRIAC
S = transistor sakalr daya rendah
T = piranti kemudi dan switching seperti TRIAC
U = transistor saklar daya tinggi
X = dioda pengganda
Y = penyearah,dioda efisiensi atau penyondol (booster)
Z = dioda Zener, pengatur ( regulator )
Huruf atau angka yang lain menyatakan nomor seri.
Untuk transistor buatan Amerika kode yang biasa digunakan adalah :
1N , 2N , dlsb. Sedang buatan Jepang menggunakan kode : 2SA , 2SB , 2SC.
Secara phisik bentuk sebuah transistor seperti gambar di bawah ini :
Dalam rangkaian elektronika transistor banyak digunakan sebagai penguat , penyearah, pencampur, oscillator, saklar elektronik dll.
Sebagai penguat transistor digunakan untuk menguatkan tegangan, arus serta daya, baik bagi arus bolak – balik maupun searah.
Sebagai penyearah, transistor digunakan untuk mengubah tegangan bolak – balik menjadi tegangan searah.
Sebagai pencampur, transistor digunakan untuk mencampur dua macam tegangan bolak – balik atau lebih yang mempunyai frekuensi berbeda.
Sebagai oscillator,transistor digunakan untuk membangkitkan getaran – getran listrik.
Sebagai saklar elektronik, transistor digunakan untuk menyambung putuskan rangkaian elektronika.
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
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
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 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.
Pengujian Transistor
Pada dasarnya transistor merupakan dua dioda yang dipertemukan, sehingga cara pengujian transistor hampir sama dengan pengujian dioda. Pengujian transistor dibedakan menjadi dua, yakni jenis NPN dan jenis PNP.
Adapun langkah – langkah pengujian transistror NPN adalah :
Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan .
Mengarahkan saklar jangkah pada posisi ohm, misal pada posisi X1.
Menempelkan colok hitam pada kaki Basis ( B ) dan colok merah pada kaki Emiter ( E ).
Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor dinyatakan baik.
Selanjutnya memindahkan colok merah pada kaki Kolektor ( C ).
Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor juga dinyatakan baik.
Sedang apabila dalam pengujian transistor jarum penunjuk tidak bergerak maka transistor dinyatakan rusak
Selanjutnya apabila pengujian dibalik, yakni colok merah pada kaki Basis ( B ), sedang kaki Emiter ( E ) dan kaki Kolektor ( C ) dihubungkan dengan colok hitam secara bergantian, maka jika jarum penunjuk bergerak, transistor dinyatakan rusak, kemungkinan bocor.
Kembalikan perlengkapan pengujian pada tempat semula.
Langkah – langkah pengujian transistor PNP
Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan .
Mengarahkan saklar jangkah pada posisi ohm, misal pada posisi X1.
Menempelkan colok merah pada kaki Basis ( B ) dan colok hitam pada kaki Emiter ( E ).
Apabila jarum penunjuk bergerak maka transistor dinyatakan baik.
Setelah itu memindahkan colok hitam pada kaki Kolektor ( C ).
Jika jarum bergerak maka transistor dinyatakan baik.Jika dalam pengujian meter tidak bergerak sama sekali, maka transistor dinyatakan rusak / putus.
Kemudian jika pengujian dibalik yakni colok hitam pada kaki Basis ( B) sedang kaki Emiter ( E ) dan Kolektor ( C ) dihubungkan dengan colok merah secara bergantian, maka jika jarum bergerak, transistor dinyatakan rusak.
Apabila jarum bergerak menunjukkan nilai ohm yang rendah, maka dapat dipastikan bahwa transistor dalam kondisi bocor.
Rapikan kembali perlengkapan pengujian
Pengujian diatas berlaku bagi transistor yang terbuat dari bahan Germanium maupun bahan Silicon.
Jika transistor terbuat dari bahan Germanium maka saklar jangkah ukur diarahkan pada posisi x 10. Namun jika terbuat dari bahan Silicon, saklar jangkah diarahkan keposisi x 1K.
Menentukan jenis transistor silicon atau germanium
Tempatkan ohm meter pada posisi X1K
Ukur antara kaki kolektor dan emitor, jika jarum penunjuk bergerak arah bolak – balik artinya transistor germanium ( Ge ) namun jika tidak bergerak artinya transistor silikon ( Si ).
Kerusakan – kerusakan yang sering terjadi pada transistor:
Adanya pemutusan hubungan dari rangkaian elektronik.
Terjadinya konseleting/ hubung singkat antar elektroda transistor.
Terjadi kebocoran diantara electrode – electrode transistor.
Adapun penyebab terjadinya kerusakan pada sebuah transistor adalah:
Penanganan yang tidak tepat saat pemasangan pad rangkaian.
Transistor terlalu panas karena suhunya melebihi batas maksimal kemampuannya. Bagi transistor dari bahan Germanium suhu maksimal ± 750C sedang transistor Silicon suhu maksimal mencapai ± 1500C.
Kesalahan pengukuran.
Pemasangan yang salah pada rangkaian.
0 komentar:
Posting Komentar