karyaku

TENTANG TRANSISTOR DAN SEJARAHNYA

Kini elektonika merupakan salah satu ilmu yang penting. Elektronika telah banyak mengubah kehidupan kita. Radio, Televisi, Hand-Phone, Komputer dan Kalkulator saku merupakan contoh peralatan elektronika yang biasa kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Hampir dipastikan setiap rangkaian elektronika menggunakan satu atau lebih transistor. Apa saja yang dapat dilakukan oleh benda ajaib mungil bernama transistor itu? Ternyata tak banyak ! Transistor hanyalah alat untuk mengatur arus listrik seperti saklar, ia dapat menghubung dan memutus aliran listrik. Jutaan transistor yang ada dalam komputer hanyalah bekerja sebagai pemutus dan penghubung arus listrik belaka. Ini cukup mengejutkan bagi kita mengingat komputer dapat melakukan pekerjaan yang amat rumit yang mana diwujudkan secara “sederhana” oleh transistor.

Selain sebagai saklar transistor digunakan juga sebagai penguat. Pada penerima radio sinyal listrik yang diterima antena radio sangat lemah. Transistor menguatkan sinyal tersebut sehingga kita dapat mendengar suara penyiar. Demikian pula sinyal listrik dari microphone yang digunakan penyanyi di atas panggung. Sinyal listrik yang dihasilkan microphone lemah, kemudian transistor memperkuat sinyal tersebut sehingga mampu mengerakkan speaker. Suara penyanyi itupun terdengar sangat keras oleh penonton.

Ringkasnya transistor mempunyai dua fungsi utama:

• Sebagai saklar (pada komputer)
• sebagai penguat ( pada penerima radio)

Transistor ditemukan oleh tiga fisikawan Amerika : William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain pada tahun 1948. Sebelum transistor ditemukan bukan berarti elektronika belum ada. Sebagai pendahulu transistor orang menggunakan tabung katup elektronik yang berukuran lebih besar dari pada transistor. Tabung elektronik pernah mencapai masa keemasan. Tabung elektronik diproduksi besar-besaran untuk digunakan pada radio dan televisi. Bahkan komputer (ENIAC,1948,di Amerika Serikat) sempat dibuat dengan tabung elektronik. Sekalipun mempunyai fungsi yang sama, akan tetapi cara kerja kedua benda tersebut berbeda. Pada tabung elektronik, elektron terpancar karena elektroda yang dipanaskan (katoda), kemudian elektron bergerak di ruang hampa ke elektroda lain (anoda). Diantara katoda dan anoda diselipkan elektroda lain bernama grid. Fungsi grid berguna untuk mengatur besarnya arus yang mengalir. Karena membutuhkan pemanasan itulah, maka tabung elektonik membutuhkan daya yang lebih besar. Dilain pihak, aliran pembawa muatan transistor mengalir melalui bahan semikonduktor (setengah penghantar) tanpa membutuhkan pemanasan sama sekali. Transistor juga mempunyai 3 elektroda, bernama emitor (= katoda), kolektor (= anoda) dan basis (= grid). Tidak seperti tabung elektronik yang berukuran relatif besar, transistor dapat dibuat dalam ukuran yang amat kecil. Jutaan transistror pada prosesor komputer menempati luas beberapa Cm persegi. Tak mengherankan apabila komputer kuno yang bernama ENIAC yang terbuat dari tabung elektronik berukuran lebih besar dari rumah kita dan membutuhkan daya ribuan Watt. Berkat ukuran transistor yang kecil kita dapat memasukkan Hand-Phone ke dalam saku. Transistror-transistor ukuran kecil bersama komponen lainnya dirangkai jadi satu dalam sebuah IC (Integrated Circuits). Kita tidak dapat melihat transistornya karena IC tertutup dalam kemasan plastik. Peralatan elektronika kini kebanyakan menggunakan IC karena jauh lebih ekonomis. Kini penggunaan transistor lepasan (diskrit) jarang ditemui, kecuali untuk rangkaian sederhana.

Tabung elektronik berawal ketika Thomas Alva Edison (Amerika serikat) tahun 1883 menciptakan lampu pijar. Secara tidak sengaja ia menemukan bahwa elektron dapat terpancar pada filamen lampu pijar yang dipanaskan. Ini kemudian disebut emisi termionic atau efek Edison. Penemuan Edison dimanfaatkan oleh Fleming (Inggris) pada tahun 1902 untuk membuat dioda penyearah sebagai detektor radio. Dioda tabung elektronik Fleming berfungsi sebagai penyearah, yaitu dapat menghantar pada satu arah tetapi menyumbat pada arah sebaliknya. Elekton dapat mengalir dari katoda(panas) ke anoda (dingin). Tak lama berselang, tahun 1906 Lee De Forest(Amerika Serikat) menambahkan elektroda ke 3 yang bernama Grid, lahirlah tabung elektronik Trioda.

Dioda penyearah dapat pula dibuat dari bahan semikonduktor, hal tersebut telah lama diketahui. Usaha untuk membuat trioda semikonduktor telah dimulai tahun 1920an oleh banyak orang di berbagai negara. Akan tetapi baru berhasil pada tahun 1950an oleh 3 sekawan tadi. William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain menerima hadiah Nobel untuk bidang Fisika karena berhasil menemukan transistor. Perkembangan tabung elektronik dari Dioda menjadi Trioda berlangsung dalam waktu yang singkat. Akan tetapi perkembangan dari dioda semikonduktor menjadi trioda “transistor” semikonduktor memerlukan waktu yang lebih lama. Ini mungkin disebabkan teori semikonduktor pada saat itu masih gelap. Marilah sekarang kita membahas teori semikonduktor seterang mungkin.

SEMIKONDUKTOR

Transistor dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor yang terpenting adalah Silikon dan Germanium. Silikon lebih banyak digunakan sebagai bahan semikonduktor dibanding Germanium, karena Silikon mempunyai sifat-sifat yang lebih disukai dibanding dengan Germanium.

Disebut Semikonduktor (setengah penghantar) karena material ini dapat menghantar listrik namun tidak sebaik konduktor (penghantar).

Telah kita ketahui

konduktor listrik adalah logam. Listrik dapat mengalir dalam logam karena dalam logam terdapat banyak sekali elektron bebas yang dapat dengan mudah bergerak diantara inti atom. Dapat kita umpamakan aliran elektron bebas sebagai aliran air dalam tabung filter air. Media berpori kita andaikan sebagai inti atom, sedang partikel air kita andaikan sebagai elektron. Demikianlah elektron bebas dapat mengalir dengan mudah diantara celah-celah inti atom.

Bahan Isolator seperti halnya Plastik tidak dapat menghantar listrik karena tidak mempunyai elektron bebas. Elektron-elektron pada isolator terikat kuat pada inti atom. Pada Isolator diperlukan energi yang besar untuk membuat elektron terlepas dari ikatannya. Jadi pada isolator tidak ada pembawa muatan yang dapat bergerak.

Semikonduktor dap

at menghantar listrik, namun daya hantarnya sangat kecil jika dibandingkan dengan logam. Hal tersebut disebabkan kosentrasi pembawa muatan pada semikonduktor jauh lebih kecil dibanding kosentrasi pembawa muatan pada logam.

DUA MACAM PEMBAWA MUATAN

Cara semikonduktor menghantar berbeda dengan logam. Ada dua macam pembawa muatan pada semikonduktor.

1. Pembawa muatan positif
2. pembawa muatan negatif

Pembawa muatan negatif adalah elektron bebas. Elektron semikonduktor terikat pada inti atom tetapi tidak sekuat ikatan pada isolator. Bila kebetulan elektron menerima energi panas yang cukup, elektron ini dapat terlepas dari ikatan atom induk. Jadilah elektron bebas. Elektron bebas pada semikonduktor bergerak seperti halnya elektron bebas pada logam, dapat bergerak menyusup diantara

inti atom.

Pembawa muatan positif adalah lubang. Ketik

a elektron bebas terbentuk yakni elektron terlepas dari ikatannya, tempat yang ditinggalkannya menjadi kosong. Terbentuklah lubang. Sama seperti elektron bebas lubang ini dapat pula menghantar listrik. Lubang menghantar listrik dengan cara yang unik.

Mula-mula Fisikawan sempat dibingungkan oleh kehadiran partikel bermuatan positif pada semikonduktor. Mereka menemukan gerakan partikel yang arah geraknya berlawanan dengan arah gerakan elektron. Jika misalnya elektron

bergerak kekiri menjauhi kutup negatif baterai (mendekati kutup positif baterai), maka partikel asing ini bergerak dalam arah sebaliknya. Karena itu Fisikawan memberi tanda muatan partikel ini positif, berlawanan tanda dengan elektron bebas yang bertanda negatif. Adanya pergerakan dua macam partikel berbeda tanda pada semikonduktor ini dapat diamati pada percobaan efek Hall.

Ternyata kehadiran partikel bermuatan positif adalah ilusi. Partikel bermuatan positif itu adalah lubang atau longaran! Ceritanya adalah demikian: Elektron-elektron pada semikonduktor tak dapat bergerak terikat kuat oleh inti atom (kecuali telah menjadi elektron bebas). Ketika elektron bebas terbentuk, tempat yang ditinggalkan terjadi lubang atau longaran. Elektron dari atom tetangga, meskipun dalam ikatan inti atom apabila terdorong oleh medan listrik ikatan inti dapat terputus dan jatuh kedalam lubang. Kemudian tempat yang ditinggalkan elektron itu menjadi lubang baru. Elektron lain kemudian jatuh pula pada lubang baru dan seterusnya. Peristiwa ini boleh kita umpamakan jalan raya yang macet. Mobil-mobil yang tidak dapat bergerak ini kita samakan dengan elektron-elektron dalam ikatan inti a

tom. Namun mobil-mobil yang tak dapat bergerak kemudian dapat bergerak asalkan ada lubang. Gambar diatas kiranya dapat memperjelas apa yang dimaksud. Perhatikanlah lubang bergerak ke arah berlawanan dengan gerak mobil atau pembawa muatan sejati. ”Partikel” yang bergerak berlawanan dengan gerak elektron bebas, sebenarnya bukanlah partikel tetapi lubang.

SEMI KONDUKTOR DENGAN PENGOTOR

Semikonduktor murni dapat menghantar listrik, tetapi daya hantarnya buruk maklumlah karena kosentrasi pembawa muatan sangat kecil. Hal tersebut berbeda dengan logam yang mempunyai pembawa mu

atan berlimpah.

Kristal silikon murni (disebut semikonduktor intrinsik) yang sedikit menghantar listrik ini akan meningkat hantaran listriknya dengan cukup berarti apabila diberi bahan pengotor. Penambahan bahan pengotor ini hanya perlu dalam jumlah yang amat sedikit. Namun hal tersebut telah mengubah sifat asli dari semikonduktor yang bersangkutan (hantaran listriknya jauh lebih besar dari sebelumnya). Semikonduktor berpengotor ini disebut semikonduktor ekstrinsik. Selanjutnya penambahan bahan pengotor ini kita sebut doping. Kita mengenal dua jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu :

1. Semikonduktor jenis N
2. Semikonduktor jenis P.

Umumnya kita tidak menyukai ketidak murnian. Pada semikonduktor doping justru diperlukan. Doping sangat berguna menjadikan semikonduktor tersebut lebih mudah menghantar listrik.

Atom-atom silikon

saling mengikat satu sama lain membentuk kristal padat. Ikatan pada atom silikon disebut ikatan kovalen. Atom silikon mempunyai 4 elektron terluar. Ikatan kovalen terbentuk dengan cara setiap atom terluar berpasangan dengan elektron terluar atom tetangga. Ikatan kovalen atom silikon yang pada kenyataanya berbentuk 3 dimensi digambarkan secara simbolik seperti gambar dibawah ini.

Semikonduktor Jenis N

Semikonduktor jenis N terbentuk dengan menambah unsur doping berupa Phosfor (P), Arsenik (As) atau Atimon (Sb). Atom pada unsur-unsur tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 5 buah. Elektron kelima dari atom sisipan ini tidak mempunyai ikatan, sehingga elektron ini berlaku sebagai elektron bebas. Semi konduktor jenis N dapat menghantar listrik karena adanya elektron bebas tersebut. Elektron bermuatan negatif, karena itu semikonduktor jenis ini disebut semikonduktor jenis N.

Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis N dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor N kaya dengan elektron bebas. Pembawa muatan utama pada semikonduktor N adalah elektron bebas.

Pada semikonduktor N, lubang ikut pula membawa muatan, tetapi jumlahnya sangat kecil dibandingkan dengan elektron bebas. Lubang merupakan pembawa muatan minoritas. Mekanisme terbentuknya lubang sama seperti yang terjadi pada semikondutor murni.

Untuk membentuk semikonduktor jenis P, kali ini digunakan unsur doping Boron(B), Alumunium (Al), Indium(In) atau galium (Ga). Atom-atom tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 3 buah. Penyisipan ini akan mengakibatkan lubang dimana elektron terluar silikon tidak mempunyai teman untuk menbentuk ikatan

Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis P dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor P kaya dengan lubang. Pembawa muatan utama pada semikonduktor P adalah lubang. Elektron bebas merupakan pembawa muatan minoritas

TRANSISTOR

Tolong bantu dorong saya terperosok

Transistor bekerja sebagai saklar. Saklar transistor berfungsi seperti halnya saklar mekanik yaitu memutuskan (off) dan menghubungkan (on) arus listrik. Saklar transistor mempunyai keuntungan dibandingkan dengan saklar mekanik:

1. Transistor dapat dibuat dalam ukuran sangat kecil
2. Awet
3. Dapat bekerja sangat cepat dan dapat diandalkan

Suatu hari saya sedang berbelanja di pasar. Jalan di depan pasar ada lubang yang cukup besar. Sehingga kadang-kadang ada becak yang terperosok dalam lubang tersebut. Untunglah orang-orang yang berbelanja dengan sukarela menolong mendorong becak keluar dari lubang. Cukup merepotkan! Alangkah baiknya apabila jalan yang berlubang tadi cepat diperbaiki.

Transistor bekerja seperti cerita diatas. Transistor menyumbat karena pembawa muatan terperosok sehingga aliran listrik terhenti. Agar transitor dapat menghantar pembawa muatan yang terperosok tadi perlu kita bantu dorong agar dapat menghantar listrik. Baiklah sekarang kita tinjau lebih terperinci.

Transistor dibuat dengan tiga lapis semikonduktor. Dapat dibuat lapisan PNP ataupun lapisan NPN. Dengan demikian kita mengenal 2 macam transistor, yaitu transistor PNP dan transistor NPN sesuai dengan jenis penyusunnya. Transistor mempunyai tiga kaki (elektroda) yang diberi nama basis (b), emitor (e) dan colector (c). Basis dihubungkan dengan pada lapisan tengah sedang emitor dan colector pada lapisan tepi.

Emitor artinya pemancar, disinilah pembawa muatan berasal. Colector artinya pengumpul. Pembawa muatan yang berasal dari emitor ditampung pada Colector. Basis artinya dasar, basis digunakan sebagai elektroda mengendali.

Lambang, konstruksi dan rangkaian dioda yang setara dengan transistor

Sudah dapat anda tebak sambungan PNP atau NPN pastilah tidak dapat menghantar listrik karena susunan ini seperti dua dioda yang dipasang berhadap-hadapan. Dalam hal ini tebakan anda benar! Seperti sudah kita ketahui pada sambungan P-N terdapat medan listrik. Keberadaan medan listrik tadi menjelaskan mengapa terjadi halangan potensial ketika dioda diberi tegangan maju dan adanya arus listrik pada Solar Cell saat cahaya jatuh padanya. Nah, keberadaan medan listrik dapat dilukiskan sebagai potensial listrik. Potensial transistor sebelum dipasang pada rangkaian tampak seperti pada gambar dibawah ini.

Wujud transistor dan potensial transistor sebelum dipasang pada rangkaian

Sekarang mari kita pasang transistor pada rangkaian. Untuk itu anda memerlukan :

1. Transistor PNP type BD140
2. Bola Lampu senter untuk 2 buah baterai
3. Dua buah baterai Seng-Kabon @1.5 Volt
4. Hambatan 220 ohm
5. Kabel

Pasanglah transistor seperti pada rangkaian gambar berikut. Basis transistor dibiarkan mengambang. Lampu tidak menyala, transistor tersumbat (off) karena dioda basis-Colector transisitor mendapat tegangan terbalik. Tegangan terbalik ini membuat lapisan hampa basis-Colector melebar. Melebarnya lapisan hampa basis-Colektor tergambar pula dengan semakin besarnya beda potensial basis-Colector. Perhatikan beda potensial emitor-colector akan setinggi tegangan baterai.

Bagi pembawa muatan emitor-basis merupakan halangan potensial. Sebaliknya basis-colector merupakan terjunan potensial. Pembawa muatan akan tergelincir menuju colector apabila berada pada lapisan hampa basis-colector.

Potensial dapat diibaratkan seperti lintasan kelereng dan pembawa muatan (lubang) adalah kelerengnya. Meskipun letak C lebih rendah dari E, namun kelereng di E selamanya tidak pernah dapat mencapai C. Dalam perjalanannya, kelereng mengalami hambatan potensial di B yang letaknya lebih tinggi dari E.

Marilah sekarang kita hilangkan hambatan potensial tersebut dengan memberi tegangan maju dioda emitor-basis dengan memasang hambagan seperti tergambar. Sekarang hambatan potensial sirna, pembawa muatan berhasil melelalui basis kemudian tergelincir pada terjunan potensial basis-Colector. Lihatlah lampu sekarang menyala. Transistor menghantar (on).

Ketika emitor-basis diberi tegangan maju, terjadilah rekombinasi antara lubang yang berasal dari emitor dan elektron yang berasal dari basis, rekombinasi ini kemudian menjadi arus basis. Hanya sebagian kecil arus emitor menuju basis, setelah pembawa muatan berhasil melewati halangan potensial, mereka berdifusi sehingga sebagian besar. tergelincir menuju colector. Arus basis ini diusahakan sekecil mungkin, ini bisa kita lakukan dengan membuat lapisan basis setipis mungkin dan doping pada basis dibuat ringan dari pada doping emitor sehingga rekombinasi lebih sulit terjadi. Pada transistor arus colector bisa 200 kali lebih besar dari arus basis.

Percobaan diatas dapat pula dilakukan dengan transistor NPN misalnya dari type BD139, tetapi polaritas baterai harus dibalik. Pembawa muatan pada transistor NPN adalah elektron. Sedang pembawa muatan pada transistor PNP adalah lubang.

Transistor difungsikan sebagai saklar dengan cara demikian: ketika emitor-basis diberi tegangan maju transistor menghantar (on), sebaliknya ketika tegangan maju tersebut dihilangkan transistor menyumbat (off).

Apabila tegangan maju emitor-basis kita buat bervariasi, maka akan mengakibatkan variasi arus yang besar pada colector. Demikian kita mengoperasikan transistor sebagai penguat. Yaitu perubahan tegangan yang kecil pada emitor-basis mengakibatkan perubahan arus yang besar pada colector.