Transistor ialah alat semikonduktor yang digunakan sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor sanggup berfungsi semacam kran listrik, dimana menurut 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 mempunyai 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya contohnya Emitor sanggup digunakan 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 sanggup dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya
Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum mempunyai fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah fatwa arus listrik.
Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC sempurna dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir lantaran air tidak mempunyai pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, lantaran sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri ialah non-konduktor (isolator), lantaran pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri ialah sebuah isolator, namun bila sedikit pencemar ditambahkan, menyerupai Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan menawarkan elektron bebas dan akibatnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini lantaran Arsenik mempunyai 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi lantaran pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, lantaran pembawa muatannya ialah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon sanggup dicampur dengan Boron untuk menciptakan semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya mempunyai 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 menciptakan pembawa muatan kasatmata (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), lantaran 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, tempat terminal emiter mempunyai jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis ialah satu dari banyak faktor yang memilih sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diharapkan sebuah semikonduktor ialah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan ialah 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 bisa menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diharapkan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor sanggup dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal ialah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), menyerupai fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat menyerupai gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping sanggup diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar ialah agresi acara dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi tempat depletion zone. Depletion zone ini terbentuk lantaran transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat menyerupai dibuat oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk menciptakan transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah tempat 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 lantaran susukan konduksi utamanya memakai 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 sanggup diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur fatwa arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya memakai satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu susukan konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana tempat Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari tempat perbatasan ini sanggup diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan susukan konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk klarifikasi yang lebih lanjut.
JENIS TRANSISTOR
Secara umum, transistor sanggup dibeda-bedakan menurut 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) ialah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT sanggup dibayangkan sebagai dua diode yang terminal kasatmata atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut ialah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).
Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis sanggup 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 susukan (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini menciptakan 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 mempunyai 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 pertanda polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source ketika FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate ialah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate ialah positif. Untuk kedua mode, bila tegangan gate dibuat lebih positif, fatwa arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET ialah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET ialah tipe depletion mode