Minggu, 08 Mei 2011

KOMPONEN AKTIF

Komponen aktif
Dioda
Dioda

Foto dari dioda semikonduktor
Simbol

Tipe Komponen aktif

Kategori Semikonduktor (dioda kristal)
Tabung hampa (dioda termionik)

Penemu Frederick Guthrie (1873) (dioda termionik)
Karl Ferdinand Braun (1874) (dioda kristal)

l • b • s



Berbagai dioda semikonduktor, bawah adalah penyearah jembatan


Struktur dari dioda tabung hampa
Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.
Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Sejarah
Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873[1] Sedangkan prinsip kerja dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun[2].
Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah (rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah dioda yang berasal dari di berarti dua, dan ode (dari ὅδος) berarti "jalur".
Prinsip kerja
Prinsip kerja dioda termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan penyearah kristal pada tahun 1899[3]. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.
Penerima radio
Penerima radio pertama yang menggunakan dioda kristal dibuat oleh Greenleaf Whittier Pickard. Dioda termionik pertama dipatenkan di Inggris oleh John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan bekas karyawan Edison[4]) pada 16 November 1904 (diikuti oleh U.S. Patent 803684 pada November 1905). Pickard mendapatkan paten untuk detektor kristal silikon pada 20 November 1906 (U.S. Patent 836531).



Dioda termionik


Simbol untuk dioda tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah adalah anoda, katoda dan filamen pemanas
Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang merupakan susunan elektroda-elektroda di ruang hampa dalam sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar.
Dalam dioda katup termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda (Beberapa dioda menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai pemanas sekaligus juga sebagai katoda), elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektroda logam disebelah yang disebut anoda diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar.
Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan.
Dalam sebagian besar abad ke-20, dioda katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. Saat ini, dioda katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan dan daya tinggi.
Dioda semikonduktor
Sebagian besar dioda saat ini berdasarkan pada teknologi pertemuan p-n semikonduktor. Pada dioda p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anoda) menuju sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya.
Tipe lain dari dioda semikonduktor adalah dioda Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor (sawar Schottky) sebagai ganti pertemuan p-n konvensional.
Karakteristik arus–tegangan
Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator.
Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk di dalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.
Jenis-jenis dioda semikonduktor

Dioda Dioda zener


LED
Dioda foto



Dioda terobosan
Dioda varaktor


Dioda Schottky
SCR

Simbol berbagai jenis dioda


Kemasan dioda sejajar dengan simbolnya, pita menunjukkan sisi katoda


Beberapa jenis dioda
Ada beberapa jenis dari dioda pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektroda ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti dioda Gunn, dioda laser dan dioda MOSFET.
Dioda biasa
Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan dioda penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari dioda silikon untuk rating arus yang sama.
Dioda bandangan
Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.
Dioda Cat's whisker
Ini adalah salah satu jenis dioda kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara[5]. Kawatnya membentuk anoda dan kristalnya membentuk katoda. Dioda Cat's whisker juga disebut dioda kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.
Dioda arus tetap
Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki gerbangnya disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut.
Esaki atau dioda terobosan
Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif.
Dioda Gunn
Dioda ini mirip dengan dioda terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.

Demodulasi radio
Penggunaan pertama dioda adalah demodulasi dari isyarat radio modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan.
Pengubahan daya
Penyearah dibuat dari dioda, dimana dioda digunakan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, dioda digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana dioda mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dina

Dioda cahaya
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari


LED
Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.
Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

Teknologi LED
Fungsi fisikal
Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.
Emisi cahaya
Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.


LED dalam aplikasi sebagai alat penerangan lampu langit-langit
Polarisasi
Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.
Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.
Tegangan maju
Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju.
Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).
Sirkuit LED
Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.
Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.
Pada umumnya, LED yang ingin disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik.
Substrat LED
Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.
LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:
• aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah
• gallium aluminium phosphide - hijau
• gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning
• gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru
• gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau
• zinc selenide (ZnSe) - biru
• indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru
• indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau
• silicon carbide (SiC) - biru
• diamond (C) - ultraviolet
• silicon (Si) - biru (dalam pengembangan)
• sapphire (Al2O3) - biru
LED biru dan putih


Sebuah GaN LED ultraviolet
LED biru pertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.
LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia.
LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen.
Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substrat seng selenida yang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.
Dioda laser
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari
Dioda laser adalah sejenis dioda di mana media aktifnya menggunakan sebuah semikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapat pada dioda pemancar cahaya. Dioda laser kadang juga disingkat LD atau ILD.


Sebuah dioda laser dengan perbandingan ukurannya terhadap uang sen US
Dioda laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja dioda ini sama seperti dioda lainnya yaitu melalui sirkuit dari rangkaian elektronika, yang terdiri dari jenis p dan n. Pada kedua jenis ini sering dihasilkan 2 tegangan, yaitu:
1. biased forward, arus dihasilkan searah dengan nilai 0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang di atas ( + ).
2. backforward biased, ini merupakan tegangan berbalik yang dapat merusak suatu komponen elektronika.


Dioda mundur
Dioda mundur adalah dioda semikonduktor yang dipakai dalam moda panjar terbalik sebagai detektor isyarat gelombang-mikro, lazimnya hingga frekuensi 40 GHz. Pada dasarnya dioda ini adalah suatu pertemuan P-N yang dikotori sangat berat, yang memberikan lapisan hampa sangat tipis. Taraf pengotorannya walaupun sangat tinggi, belum cukup untuk memberikan karakteristik dioda terobosan.

Dioda terobosan
Dioda terobosan atau sering disebut dioda esaki adalah dioda pertemuan P-N yang dibuat dengan menggunakan taraf pengotoran sangat tinggi. Hasilnya adalah suatu daerah hampa ultra tipis dan suatu efek yang disebut terobosan. Dalam daerah panjar maju, arus meningkat sangat cepat untuk tegangan panjar yang harganya masih rendah. Setelah arus mencapai titik puncak, penambahan tegangan maju justru menurunkan arus hingga titik lembah sebelum akhirnya naik lagi. Jatuhnya arus terobosan kearah maju menunjukkan adanya suatu karakteristik resistansi negatif yang memungkinkan dioda terobosan digunakan untuk sakelar cepat dan osilator frekuensi tinggi.


Dioda foto


Suatu dioda foto
Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.


Simbol dari dioda foto
Alat yang mirip dengan Dioda foto adalah Transistor foto (Phototransistor). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Dioda Foto. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto.

Dioda Zener



Simbol dioda zener.
Dioda Zener adalah dioda yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.
Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis dioda yang dipakai.
Sebuah dioda Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan dioda biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tengangan rusak yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.
Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%.
Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.
Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam dioda avalanche. Kedua tipe dioda ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe dioda ini. Dalam dioda silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif.
Dalam dioda zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, dioda 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.
Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat dioda-dioda yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah dioda untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah dioda 12 Volt.
Semua dioda di atas, tidak perduli berapapun tenganan rusaknya, biasanya dijual dinamakan dioda Zener.
Pemakaian
Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui sebelumnya.

Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.
Penyearah terkendali silikon


Pada gambar terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang
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.
Logo pada skema elektronik untuk SCR:

Guna SCR:
• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)
Diagram dan skema SCR:

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.

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.


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 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 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
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.
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.

Transistor efek–medan
Transistor efek–medan

FET kanal-N daya tinggi
Tipe komponen semikonduktor

Kategori transistor

Penemu Julius Edgar Lilienfeld (1925), Oskar Heil (1934)

Komponen sejenis BJT

Kemasan 3 pin, gerbang, sumber, cerat
l • b • s

Transistor efek–medan (FET) adalah salah satu jenis transistor menggunakan medan listrik untuk mengendalikan konduktifitas suatu kanal dari jenis pembawa muatan tunggal dalam bahan semikonduktor. FET kadang-kadang disebut sebagai transistor ekakutub untuk membedakan operasi pembawa muatan tunggal yang dilakukannya dengan operasi dua pembawa muatan pada transistor dwikutub (BJT).



Sejarah
Transistor efek–medan diciptakan oleh Julius Edgar Lilienfeld pada tahun 1925 dan oleh Oskar Heil pada tahun 1934, tetapi peranti praktis tidak dibuat secara masal hingga tahun 1990-an.
Saluran
Semua FET mempunyai sebuah saluran gerbang (gate), cerat (drain) dan sumber (source) yang kira-kira sama dengan basis, kolektor dan emitor pada BJT. Selain JFET, semua FET juga mempunyai saluran keempat yang dinamakan badan, dasar atau substrat. Saluran keempat ini melayani kegunaan teknis dalam pemanjaran transistor kedalam titik operasi. Terminal ini sangat jarang digunakan pada desain sirkuit, tetapi keberadaannya penting saat merancang penataan sirkuit terpadu.


Irisan MOSFET tipe-n
Nama-nama saluran pada FET mengacu pada fungsinya. Saluran gerbang dapat dianggap sebagai pengontrol buka-tutup dari gerbang sesungguhnya. Gerbang ini mengizinkan elektron untuk mengalir atau mencegahnya dengan membuat dan mengikangkan sebuah kanal di antara sumber dan cerat. Elektron mengalir dari sumber menuju ke saluran cerat jika ada tegangan yang diberikan. Badan merupakan seluruh semikonduktor dasar dimana gerbang, sumber dan cerat diletakkan. Biasanya saluran badan disambungkan ke tegangan tertinggi atau terendah pada sirkuit, tergantung pada tipenya. Saluran badan dan saluran sumber biasanya disambungkan karena sumber biasanya disambungkan ke tegangan tertinggi atau terendah dari sirkuit, tetapi ada beberapa penggunaan dari FET yang tidak seperti demikian, seperti sirkuit gerbang transmisi dan kaskoda.
Komposisi
FET dapat dibuat dari beberapa semikonduktor, silikon menjadi yang paling umum. FET pada umumnya dibuat dengan proses pembuatan semikonduktor borongan, menggunakan lapik semikonduktor kristal tunggal sebagai daerah aktif, atau kanal. Di antara bahan badan yang tidak lazim adalah amorphous silicon, polycrystalline silicon dan OFET yang dibuat dari semikonduktor organik dan sering menggunakan isolator gerbang dan elektroda organik.
Cara kerja FET
FET mengendalikan aliran elektron (atau lubang elektron pada FET kanal-p) dari sumber ke cerat dengan mengubah besar dan bentuk dari sebuah kanal konduktif yang dibentuk oleh adanya tegangan (atau kurangnya tegangan pada FET kanal-p) yang dikenakan menyeberangi saluran gerbang dan sumber (untuk mempermudah penjabaran, diasumsikan bahwa badan dan sumber disambungkan). Kanal konduktif ini adalah jalur dimana elektron (atau lubang) mengalir dari sumber ke cerat. Dengan menganggap sebuah peranti kanal-n moda pemiskinan. Sebuah tegangan negatif gerbang-ke-sumber menyebabkan daerah pemiskinan untuk bertambah lebar dan menghalangi kanal dari kedua sisi, mempersempit kanal konduktif. Jika daerah pemiskinan menutup kanal sepenuhnya, resistansi kanal dari sumber ke cerat menjadi besar, dan FET dimatikan seperti sakelar yang terbuka. Sebaliknya, sebuah tegangan positif gerbang-ke-sumber menambah lebar kanal dan memungkinkan elektron mengalir dengan mudah. Sekarang menganggap sebuah peranti kanal-n moda pengayaan. Sebuah tegangan positif gerbang-ke-sumber dibutuhkan untuk membuat kanal konduktif karena ini tidak terdapat secara alami di dalam transistor. Tegangan positif menarik elektron bebas pada badan menuju ke gerbang, membuat sebuah kanal konduktif. Tetapi elektron yang cukup harus ditarik dekat ke gerbang untuk melawan ion doping yang ditambahkan ke badan FET, ini membentuk sebuah daerah yang bebas dari pembawa bergerak yang dinamakan daerah pemiskinan, dan fenomena ini disebut sebagai tegangan tahan dari FET. Peningkatan tegangan gerbang-ke-sumber yang lebih lanjut akan menarik lebih banyak lagi elektron menuju ke garbang yang memungkinkannya untuk membuat sebuah kanal konduktif dari sumber ke cerat, proses ini disebut pembalikan. Baik pada peranti moda pengayaan ataupun pemiskinan, jika tegangan cerat-ke-sumber jauh lebih rendah dari tegangan gerbang-ke-sumber, mengubah tegangan gerbang akan mengubah resistansi kanal, dan arus cerat akan sebanding dengan tegangan cerat terhadap sumber. Pada moda ini, FET berlaku seperti sebuah resistor variabel dan FET dikatakan beroperasi pada moda linier atau moda ohmik[1][2] Jika tegangan cerat-ke-sumber meningkat, ini membuat perubahan bentuk kanal yang signifikan dan taksimetrik dikarenakan gradien tegangan dari sumber ke cerat. Bentuk dari daerah pembalikan menjadi kurus dekat ujung cerat dari kanal. Jika tegangan cerat-ke-sumber ditingkatkan lebih lanjut, titik kurus dari kanal mulai bergerak dari cerat menuju ke sumber. Pada keadaan ini, FET dikatakan dalam moda penjenuhan,[3] beberapa orang menyebutnya sebagai moda aktif, untuk menganalogikan dengan daerah operasi transistor dwikutub.[4][5] Moda penjenuhan, atau daerah antara linier dan penjenuhan digunakan jika diinginkan adanya penguatan. Daerah antara tersebut seringkali dianggap sebagai bagian dari daerah linier, bahkan walaupun arus cerat tidak linier dengan tegangan cerat. Bahkan jika kanal konduktif yang dibentuk oleh tegangan gerbang-ke-sumber tidak lagi menghubungkan sumber ke cerat saat moda penjenuhan, Pembawa muatan tidak dihalangi untuk mengalir. Dengan menganggap peranti kanal-n, sebuah daerah pemiskinan terdapat pada badan tipe-p, mengelilingi kanal konduktif, daerah cerat dan daerah sumber. Elektron yang mencakupi kanal bebas untuk bergerak keluar dari kanal melalui daerah pemiskinan jika ditarik ke cerat oleh tegangan cerat-ke-sumber. Daerah pemiskinan ini bebas dari pembawa dan memiliki resistansi seperti silikon. Penambahan apapun pada tegangan cerat-ke-sumber akan menambah jarak dari cerat ke titik kurus, menambah resistansi dikarenakan daerah pemiskinan sebanding dengan tegangan tegangan cerat-ke-sumber. Perubahan yang sebanding ini menyebabkan arus cerat-ke-sumber untuk tetap relatif tetap tak terpengaruh oleh perubahan tegangan cerat-ke-sumber dan benar-benar berbeda dari operasi moda linier. Dengan demikian, pada moda penjenuhan, FET lebih berlaku seperti sebuah sumber arus konstan daripada sebagai sebuah resistor variabel dan dapat digunakan secara efektif sebagai penguat tegangan. Pada situasi ini, tegangan gerbang-ke-sumber menentukan besarnya arus konstan yang melewati kanal.

Jenis-jenis transistor efek medan
Kanal pada FET telah didoping untuk membuat baik semikonduktor tipe-n maupun semikonduktor tipe-p. Pada FET moda pengayaan, cerat dan sumber dibuat berbeda tipe dengan kanal, sedangkan pada FET moda pemiskinan dibuat setipe dengan kanal. FET juga dibeda-bedakan berdasarkan metoda pengisolasian di antara gerbang dan kanal. Jenis-jenis dari FET adalah:
• MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor FET, FET Semikonduktor–Oksida–Logam) menggunakan isolator (biasanya SiO2) di antara gerbang dan badan.
• JFET (Junction FET, FET Pertemuan) menggunakan pertemuan p-n yang dipanjar terbalik untuk memisahkan gerbang dari badan.
• MESFET (Metal–Semiconductor FET, FET Semikonduktor–Logam) menggantikan pertemuan p-n pada JFET dengan penghalang Schottky, digunakan pada GaAs dan bahan semikonduktor lainnya.
• HEMT (High Electron Mobility Transistor, Transistor Pergerakan Elektron Tinggi), juga disebut HFET (heterostructure FET, FET Struktur Campur). Material celah-jalur-lebar yang dikurangi penuh membentuk isolasi antara gerbang dan badan.
• IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor, Transistor Dwikutub Gerbang-Terisolasi) adalah peranti untuk pengendali daya tinggi. Ini mempunyai struktur mirip sebuah MOSFET yang digandengkan dengan kanal konduksi utama yang mirip transistor dwikutub. Ini sering digunakan pada tegangan operasi cerat-ke-sumber antara 200-3000 V. MOSFET daya masih merupakan peranti pilihan utama untuk tegangan cerat-ke-sumber antara 1-200 V.
• FREDFET (Fast Reverse/Recovery Epitaxial Diode FET, FET Dioda Epitaksial Cepat Balik/Pulih) adalah sebuah FET yang didesain khusus untuk memberikan kecepatan pemulihan (pematian) yang sangat cepat dari dioda badan.
• ISFET (Ion-Sensitive FET, FET Sensitif-Ion) digunakan untuk mengukur konsentrasi ion pada larutan, ketika konsentrasi ion (seperti pH) berubah, arus yang mengalir melalui transistor juga berubah.
• DNAFET adalah FET khusus yang berfungsi sebagai sebuah biosensor, dengan menggunakan gerbang yang dibuat dari molekul salah satu helai DNA untuk mendeteksi helaian DNA yang cocok.
Penggunaan
FET yang paling sering digunakan adalah MOSFET. Teknologi proses CMOS (complementary-symmetry metal oxide semiconductor) adalah dasar dari sirkuit terpadu digital modern. Lapisan isolasi tipis antara gerbang dan kanal membuat FET rawan terhadap kerusakan akibat pengosongan elektrostatik selama penanganan. Biasanya ini bukanlah sebuah masalah setelah peranti terpasang. Pada FET, elektron dapat mengalir pada kedua arah melalui kanal ketika dioperasikan pada moda linier, dan konvensi penamaan antara saluran sumber dan saluran cerat agak merupakan keputusan sendiri, karena peranti FET biasanya (tetapi tidak selalu) dibuat simetris dari sumber ke cerat. Ini membuat FET cocok untuk mensakelarkan isyarat analog di antara kedua arah (pemultipleks).

Transistor pertemuan dwikutub
Transistor pertemuan dwikutub


Simbol

Tipe Komponen aktif

Kategori Transistor

Penemu John Bardeen, Walter Houser Brattain dan William Shockley (Desember 1947)

Pembuatan pertama Laboratorium Telepon Bell
Komponen sejenis FET

Kemasan 3 kaki (basis, kolektor, emitor)
l • b • s

Transistor pertemuan dwikutub (BJT) adalah salah satu jenis dari transistor. Ini adalah peranti tiga-saluran yang terbuat dari bahan semikonduktor terkotori. Dinamai dwikutub karena operasinya menyertakan baik elektron maupun lubang elektron, berlawanan dengan transistor ekakutub seperti FET yang hanya menggunakan salah satu pembawa. Walaupun sebagian kecil dari arus transistor adalah pembawa mayoritas, hampir semua arus transistor adalah dikarenakan pembawa minoritas, sehingga BJT diklasifikasikan sebagai peranti pembawa-minoritas.



Perkenalan


NPN BJT dengan pertemuan E–B dipanjar maju dan pertemuan B–C dipanjar mundur
Transistor NPN dapat dianggap sebagai dua dioda adu punggung tunggal anoda. Pada penggunaan biasa, pertemuan p-n emitor-basis dipanjar maju dan pertemuan basis-kolektor dipanjar mundur. Dalam transistor NPN, sebagai contoh, jika tegangan positif dikenakan pada pertemuan basis-emitor, keseimbangan di antara pembawa terbangkitkan kalor dan medan listrik menolak pada daerah pemiskinan menjadi tidak seimbang, memungkinkan elektron terusik kalor untuk masuk ke daerah basis. Elektron tersebut mengembara (atau menyebar) melalui basis dari daerah konsentrasi tinggi dekat emitor menuju konsentrasi rendah dekat kolektor. Elektron pada basis dinamakan pembawa minoritas karena basis dikotori menjadi tipe-p yang menjadikan lubang sebagai pembawa mayoritas pada basis. Daerah basis pada transistor harus dibuat tipis, sehingga pembawa tersebut dapat menyebar melewatinya dengan lebih cepat daripada umur pembawa minoritas semikonduktor untuk mengurangi bagian pembawa yang bergabung kembali sebelum mencapai pertemuan kolektor-basis. Untuk memastikannya, ketebalan basis dibuat jauh lebih rendah dari panjang penyebaran dari elektron. Pertemuan kolektor-basis dipanjar terbalik, jadi sedikit sekali injeksi elektron yang terjadi dari kolektor ke basis, tetapi elektron yang menyebar melalui basis menuju kolektor disapu menuju kolektor oleh medan pada pertemuan kolektor-basis.
Pengendalian tegangan, arus dan muatan
Arus kolektor-emitor dapat dipandang sebagai terkendali arus basis-emitor (kendali arus) atau tegangan basis-emitor (kendali tegangan). Pandangan tersebut berhubungan dengan hubungan arus-tegangan dari pertemuan basis-emitor, yang mana hanya merupakan kurva arus-tegangan eksponensial biasa dari dioda pertemuan p-n.[1] Penjelasan fisika untuk arus kolektor adalah jumlah muatan pembawa minoritas pada daerah basis.[1][2][3] Model mendetail dari kerja transistor, model Gummel–Poon, menghitung distribusi dari muatan tersebut secara eksplisit untuk menjelaskan perilaku transistor dengan lebih tepat.[4] Pandangan mengenai kendali-muatan dengan mudah menangani transistor-foto, dimana pembawa minoritas di daerah basis dibangkitkan oleh penyerapan foton, dan menangani pematian dinamik atau waktu pulih, yang mana bergantung pada penggabungan kembali muatan di daerah basis. Walaupun begitu, karena muatan basis bukanlah isyarat yang dapat diukur pada saluran, pandangan kendali arus dan tegangan biasanya digunakan pada desain dan analisis sirkuit. Pada desain sirkuit analog, pandangan kendali arus sering digunakan karena ini hampir linier. Arus kolektor kira-kira βF kali lipat dari arus basis. Beberapa sirkuit dasar dapat didesain dengan mengasumsikan bahwa tegangan emitor-basis kira-kira tetap, dan arus kolektor adalah beta kali lipat dari arus basis. Walaupun begitu, untuk mendesain sirkuit BJT dengan akurat dan dapat diandalkan, diperlukan model kendali-tegangan (sebagai contoh model Ebers–Moll)[1]. Model kendali-tegangan membutuhkan fungsi eksponensial yang harus diperhitungkan, tetapi jika ini dilinierkan, transistor dapat dimodelkan sebagai sebuah transkonduktansi, seperti pada model Ebers–Moll, desain untuk sirkuit seperti penguat diferensial menjadi masalah linier, jadi pandangan kontrol-tegangan sering diutamakan. Untuk sirkuit translinier, dimana kurva eksponensiak I-V adalah kunci dari operasi, transistor biasanya dimodelkan sebagai terkendali tegangan dengan transkonduktansi sebanding dengan arus kolektor.
Tundaan penghidupan, pematian dan penyimpanan
Transistor dwikutub mengalami beberapa karakteristik tundaan ketika dihidupkan dan dimatikan. Hampir semua transistor, terutama transistor daya, mengalami waktu simpan basis yang panjang sehingga membatasi frekuensi operasi dan kecepatan pensakelaran. Salah satu cara untuk mengurangi waktu penyimpanan ini adalah dengan menggunakan penggenggam Baker.
Parameter alfa (α) dan beta (β) transistor
Perbandingan elektron yang mampu melintasi basis dan mencapai kolektor adalah ukuran dari efisiensi transistor. Pengotoran cerat pada daerah emitor dan pengotoran ringan pada daerah basis menyebabkan lebih banyak elektron yang diinjeksikan dari emitor ke basis daripada lubang yang diinjeksikan dari basis ke emitor. Penguatan arus moda tunggal emitor diwakili oleh βF atau hfe, ini kira-kira sama dengan perbandingan arus DC kolektor dengan arus DC basis dalam daerah aktif-maju. Ini biasanya lebih besar dari 100 untuk transistor isyarat kecil, tapi bisa sangat rendah, terutama pada transistor yang didesain untuk penggunaan daya tinggi. Parameter penting lainnya adalah penguatan arus tunggal-basis, αF. Penguatan arus tunggal-basis kira-kira adalah penguatan arus dari emitor ke kolektor dalam daerah aktif-maju. Perbandingan ini biasanya mendekati satu, di antara 0,9 dan 0,998. Alfa dan beta lebih tepatnya berhubungan dengan rumus berikut (transistor NPN):



Struktur


Irisan transistor NPN yang disederhanakan


Kepingan transistor NPN frekuensi tinggi KSY34, basis dan emitor disambungkan melalui ikatan kawat
BJT terdiri dari tiga daerah semikonduktor yang berbeda pengotorannya, yaitu daerah emitor, daerah basis dan daerah kolektor. Daerah-daerah tersebut adalah tipe-p, tipe-n dan tipe-p pada transistor PNP, dan tipe-n, tipe-p dan tipe-n pada transistor NPN. Setiap daerah semikonduktor disambungkan ke saluran yang juga dinamai emitor (E), basis (B) dan kolektor (C). Basis secara fisik terletak di antara emitor dan kolektor, dan dibuat dari bahan semikonduktor terkotori ringan resistivitas tinggi. Kolektor mengelilingi daerah emitor, membuat hampir tidak mungkin untuk mengumpulkan elektron yang diinjeksikan ke daerah basis untuk melarikan diri, membuat harga α sangat dekat ke satu, dan juga memberikan β yang lebih besar. Irisan dari BJT menunjukkan bahwa pertemuan kolektor-basis jauh lebih besar dari pertemuan kolektor-basis. Transistor pertemuan dwikutub tidak seperti transistor lainnya karena biasanya bukan merupakan peranti simetris. Ini berarti dengan mempertukarkan kolektor dan emitor membuat transistor meninggalkan moda aktif-maju dan mulai beroperasi pada moda terbalik. Karena struktur internal transistor dioptimalkan untuk operasi moda aktif-maju, mempertukarkan kolektor dan emitor membuat harga α dan β pada operasi mundur jauh lebih kecil dari harga operasi maju, seringkali α bahkan kurang dari 0.5. Buruknya simetrisitas terutama dikarenakan perbandingan pengotoran pada emitor dan kolektor. Emitor dikotori berat, sedangkan kolektor dikotori ringan, memungkinkan tegangan panjar terbalik yang besar sebelum pertemuan kolektor-basis bobol. Pertemuan kolektor-basis dipanjar terbalik pada operasi normal. Alasan emitor dikotori berat adalah untuk memperbesar efisiensi injeksi, yaitu perbandingan antara pembawa yang diinjeksikan oleh emitor dengan yang diinjeksikan oleh basis. Untuk penguatan arus yang tinggi, hampir semua pembawa yang diinjeksikan ke pertemuan emitor-basis harus datang dari emitor. Perubahan kecil pada tegangan yang dikenakan membentangi saluran basis-emitor menyebabkan arus yang mengalir di antara emitor dan kolektor untuk berubah dengan signifikan. Efek ini dapat digunakan untuk menguatkan tegangan atau arus masukan. BJT dapat dianggap sebagai sumber arus terkendali tegangan, lebih sederhana dianggap sebagai sumber arus terkendali arus, atau penguat arus, dikarenakan rendahnya impedansi pada basis. Transistor-transistor awal dibuat dari germanium tetapi hampir semua BJT modern dibuat dari silikon. Beberapa transistor juga dibuat dari galium arsenid, terutama untuk penggunaan kecepatan tinggi.




NPN


Simbol NPN BJT.


Struktur dasar transistor NPN
NPN adalah satu dari dua tipe BJT, dimana huruf N dan P menunjukkan pembawa muatan mayoritas pada daerah yang berbeda dalam transistor. Hampir semua BJT yang digunakan saat ini adalah NPN karena pergerakan elektron dalam semikonduktor jauh lebih tinggi daripada pergerakan lubang, memungkinkan operasi arus besar dan kecepatan tinggi. Transistor NPN terdiri dari selapis semikonduktor tipe-p di antara dua lapisan tipe-n. Arus kecil yang memasuki basis pada tunggal emitor dikuatkan di keluaran kolektor. Dengan kata lain, transistor NPN hidup ketika tegangan basis lebih tinggi daripada emitor. Tanda panah dalam simbol diletakkan pada kaki emitor dan menunjuk keluar (arah aliran arus konvensional ketika peranti dipanjar maju).


PNP
Jenis lain dari BJT adalah PNP.


Simbol PNP BJT.


Struktur dasar transistor PNP
Transistor PNP terdiri dari selapis semikonduktor tipe-n di antara dua lapis semikonduktor tipe-p. Arus kecil yang meninggalkan basis pada moda tunggal emitor dikuatkan pada keluaran kolektor. Dengan kata lain, transistor PNP hidup ketika basis lebih rendah daripada emitor. Tanda panah pada simbol diletakkan pada emitor dan menunjuk kedalam.




Transistor dwikutub pertemuan-taksejenis


Jalur dalam transistor dwikutub pertemuan-taksejenis. Penghalang menunjukkan elektron untuk bergerak dari emitor ke basis, dan lubang untuk diinjeksikan kembali dari basis ke emitor.
Transistor dwikutub pertemuan-taksejenis (HBT) adalah sebuah penyempurnaan BJT sehingga dapat menangani isyarat frekuensi sangat tinggi hingga beberapa ratus GHz. Sekarang sering digunakan dalam sirkuit ultracepat, terutama sistem RF.[5][6] Transistor pertemuan-taksejenis mempunyai semikonduktor yang berbeda untuk tiap unsur dalam transistor. Biasanya emitor dibuat dari bahan yang memiliki celah-jalur lebih besar dari basis. Ilustrasi menunjukkan perbedaan celah-jalur memungkinkan penghalang lubang untuk menginjeksikan lubang kembali ke basis (diperlihatkan sebagai Δφp), dan penghalang elektron untuk menginjeksikan ke basis (Δφn). Susunan penghalang ini membantu mengurangi injeksi pembawa minoritas dari basis ketika pertemuan emitor-basis dipanjar terbalik, dan dengan demikian mengupansi arus basis dan menaikkan efisiensi injeksi emitor. Injeksi pembawa menuju ke basis yang telah diperbaiki memungkinkan basis untuk dikotori lebih berat, menghasilkan resistansi yang lebih rendah untuk mengakses elektroda basis. Dalam BJT tradisional, atau BJT pertemuan-sejenis, efisiensi injeksi pembawa dari emitor ke basis terutama dipengaruhi oleh perbandingan pengotoran di antaran emitor dan basis, yang berarti basis harus dikotori ringan untuk mendapatkan efisiensi injeksi yang tinggi, membuat resistansioya relatif tinggi. Sebagai tambahan, pengotoran basis yang lebih tinggi juga memperbaiki karakteristik seperti tegangan mula dengan membuat basis lebih sempit. Pembedaan tingkat komposisi dalam basis, misalnya dengan menaikkan jumlah germanium secara progresif pada transistor SiGe, menyebabkan gradien dalam celah-jalur di basis netral (ditunjukkan sebagai ΔφG), memberikan medan terpatri di dalam yang membantu pengangkutan elektron melewati basis. Komponen alir tersebut membantu pengangkutan sebaran normal, menaikkan respons frekuensi transistor dengan memperpendek waktu pemindahan melewati basis. Dua HBT yang paling sering digunakan adalah silikon-germanium dan aluminium arsenid, tetapi jenis semikonduktor lain juga bisa digunakan untuk struktur HBT. Struktur HBT biasanya dibuat dengan teknik epitaksi, seperti epitaksi fasa uap logam-organik dan epitaksi sinar molekuler.



Daerah operasi


Batas operasi aman transistor, biru: batas IC maksimum, merah: batas VCE maksimum, ungu: batas daya maksimum
Transistor dwikutub mempunyai lima daerah operasi yang berbeda, terutama dibedakan oleh panjar yang diberikan:
• Aktif-maju (atau aktif saja): pertemuan emitor-basis dipanja maju dan pertemuan basis-kolektor dipanjar mundur. Hampir semua transistor didesain untuk mencapai penguatan arus tunggal emitor yang terbesar (βF) dalam moda aktif-maju. in forward-active mode. Dalam keadaan ini arus kolektor-emitor beberapa kali lipat lebih besar dari arus basis.
• Aktif-mundur (atau aktif-terbalik atau terbalik): dengan membalik pemanjaran pada moda aktif-maju, transistor dwikutub memasuki moda aktif-mundur. Pada moda ini, daerah emitor dan kolektor bertukar fungsi. Karena hampir semua BJT didesain untuk penguatan arus moda aktif-maju yang maksimal, βF pada moda terbalik beberapa kaki lipat lebih rendah. Moda transistor ini jarang digunakan, dan hanya diperhitungkan untuk kondisi kegagalan dan untuk beberapa jenis logika dwikutub. Tegangan tembus panjar terbalik pada basis mungkin lebih rendah pada moda ini.
• Jenuh: dengan semua pertemuan dipanjar maju, BJT memasuki moda jenuh dan memberikan konduksi arus yang besar dari emitor km kolektor. Moda ini berkorespondensi dengan logika hidup, atau sakelar yang tertutup.
• Putus: pada keadaan putus, pemanjaran bertolak belakang dengan keadaan jenuh (semua pertemuan dipanjar terbalik). Arus yang mengalir sangat kecil, dengan demikian berkorespondensi dengan logika mati, atau sakelar yang terbuka.
• Tembusan bandang
Walaupun daerah-daerah tersebut didefinisikan dengan baik untuk tegangan yang cukup besar, mereka bertumpang tindih jika tegangan panjar yang dikenakan terlalu kecil (kurang dari beberapa ratus milivolt).



Transistor dalam moda aktif-maju


Transistor BJT NPN dalam moda aktif-maju
Diagram disamping menunjukkan transistor NPN disambungkan ke dua sumber tegangan. Untuk membuat transistor menghantar arus yang kentara dari C ke E, VBE harus diatas harga minimum yang sering disebut sebagai tegangan potong. Tegangan potong biasanya kira-kira 600 mV untuk BJT silikon pada suhu ruang, tetapi ini juga bisa berbeda-beda bergantung pada tipe transistor dan teknik pemanjaran. Tegangan yang dikenakan ini membuat pertemuan P-N bagian bawah berubah menjadi hidup dan memungkinkan aliran elektron dari emitor ke basis. Pada moda aktif, medan listrik yang terdapat di antara basis dan kolektor (disebabkan oleh VCE) akan menyebabkan mayoritas elektron untuk melintasi pertemuan P-N bagian atas menuju ke kolektor untuk membentuk arus kolektor IC. Elektron yang tertinggal bergabung kembali dengan lubang yang merupakan pembawa mayoritas pada basis sehingga menimbulkan arus melalui sambungan basis untuk membentuk arus basis, IB. Seperti yang diperlihatkan pada diagram, arus emitor IE, adalah arus transistor total, yang merupakan penjumlahan arus saluran lainnya (IE = IB + IC). Pada diagram, tanda panah menunjukkan arah dari arus konvensional, aliran elektron mengalir berlawanan dengan tanda panah. Pada moda aktif, perbandingan dari arus kolektor-ke-basis dengan arus basis disebut dengan penguatan arus DC. Pada perhitungan, harga dari penguatan arus DC disebut dengan hFE, dan harga penguatan arus AC disebut dengan hfe. Walaupun begitu, ketika cakupan frekuensi tidak diperhitungkan, simbol β sering digunakan. Perlu diperhatikan bahwa arus emitor berhubungan dengan VBE secara eksponensial. Pada suhu ruang, peningkatan VBE sebesar kurang-lebih 60 mV meningkatkan arus emitor dengan faktor 10 kali lipat. Kerena arus basis kurang lebih sebanding dengan arus kolektor dan emitor, ini juga berubah dengan fungsi yang sama. Untuk transistor PNP, secara umum cara kerjanya adalah sama, kecuali polaritas tegangan panjar yang dibalik dan fakta bahwa pembawa muatan mayoritas adalah lubang elektron.


Transistor PNP dalam moda aktif-maju
Transistor PNP moda aktif
Sejarah


Transistor pertama
Transistor dwikutub titik-sentuh diciptakan pada Desember 1947[7] di Bell Telephone Laboratories oleh John Bardeen dan Walter Brattain dibawah arahan William Shockley. Versi pertemuan diciptakan pada tahun 1948[8]. Setelah menjadi peranti pilihan untuk berbagai rangkaian, sekarang penggunaannya telah banyak digantikan oleh FET, baik pada sirkuit digital (oleh CMOS) ataupun sirkuit analog (oleh MOSFET dan JFET).
Transistor germanium
Transistor germanium sering digunakan pada tahun 1950-an dan 1960-an. Karena transistor jenis ini mempunyai tegangan potong yang rendah, membuatnya cocok untuk beberapa penggunaan isyarat tegangan rendah. Transistor ini memiliki kemungkinan lebih besar untuk mengalami thermal runaway.

Teknik produksi
Berbagai motoda untuk memproduksi transistor pertemuan dwikutub telah dikembangkan[9].
• Transistor pertemuan tumbuh, teknik pertama untuk memproduksi transistor pertemuan dwikutub[10]. Diciptakan oleh William Shockley di Bell Labs pada 23 Juni 1948[11]. Hak paten didapatkan pada 26 Juni 1948.
• Transistor pertemuan, butiran paduan emitor dan kolektor dilelehkan ke basis. Dikembangkan oleh General Electric dan RCA[12] in 1951.
o Transistor paduan mikro, tipe kecepatan tinggi dari transistor pertemuan paduan. Dikembangkan oleh Philco[13].
o Transistor paduan mikro terdifusi, tipe kecepatan tinggi dari transistor pertemuan paduan. Dikembangkan oleh Philco.
o Transistor paduan terdifusi tonggak, tipe kecepatan tinggi dari transistor pertemuan paduan. Dikembangkan oleh Philips.
• Transistor tetroda, varian kecepatan tinggi dari transistor pertemuan tumbuh[14] atau transistor pertemuan paduan[15] dengan dua sambungan ke basis.
• Transistor penghalang permukaan, transistor penghalang logam kecepatan tinggi. Dikembangkan oleh Philco[16] in 1953[17].
• Transistor medan-alir, transistor pertemuan dwikutub kecepatan tinggi. Diciptakan oleh Herbert Kroemer[18][19] di Central Bureau of Telecommunications Technology of the German Postal Service pada tahun 1953.
• Transistor difusi, transistor pertemuan dwikutub tipe modern. Prototip[20] dikembangkan di Bell Labs pada tahun 1954.
o Transistor basis terdifusi, implementasi pertama dari transistor difusi.
o Transistor Mesa, dikembangkan oleh Texas Instruments pada tahun 1957.
o Transistor planar, teknik produksi yang memungkinkan produksi sirkuit terpadu monolitik secara masal. Dikembangkan oleh Dr. Jean Hoerni[21] di Fairchild Semiconductor pada tahun 1959.
• Transistor epitaksial[22], transistor pertemuan dwikutub yang dibuat menggunakan deposisi fasa uap epitaksi. Memungkinkan pengendalian tingkat pengotoran dan gradien secara teliti.
Penggunaan
BJT tetap menjadi peranti pilihan untuk beberapa penggunaan, seperti sirkuit diskrit, karena tersedia banyak jenis BJT, transkonduktansinya yang tinggi serta resistansi kekuasannya yang tinggi dibandingkan dengan MOSFET. BJT juga dipilih untuk sirkuit analog khusus, terutama penggunaan frekuensi sangat tinggi (VHF), seperti sirkuit frekuensi radio untuk sistem nirkabel. Transistor dwikutub dapat dikombinasikan dengan MOSFET dalam sebuah sirkuit terpadu dengan menggunakan proses BiCMOS untuk membuat sirkuit inovatif yang menggunakan kelebihan kedua tipe transistor.
Sensor suhu
Karena ketergantungan suhu dan arus pada tegangan panjar maju pertemuan basis-emitor yang dapat dihitung, sebuah BJT dapat digunakan untuk mengukur suhu dengan menghitung perbedaan dua tegangan pada dua arus panjar yang berbeda dengan perbandingan yang diketahui.[23].
Pengubah logaritmik
Karena tegangan basis-emitor berubah sebagai fungsi logaritmik dari arus basis-emitor dan kolektor-emitor, sebuah BJT dapat juga digunakan untuk menghitung logaritma dan anti-logaritma. Sebuah dioda sebenarnya juga dapat melakukan fungsi ini, tetapi transistor memberikan fleksibilitas yang lebih besar.
Kerawanan
Pemaparan transistor ke radiasi menyebalan kerusakan radiasi. Radiasi menyebabkan penimbunan molekul cacat di daerah basis yang berlaku sebagai pusat penggabungan kembali. Hasil dari pengurangan umur pembawa minoritas menyebabkan transistor kehilangan penguatan.
BJT daya beresiko mengalami moda kegagalan yang dinamakan dobrakan sekunder. Pada moda kegagalan ini, beberapa titik pada kepingan semikonduktor menjadi panas dikarenakan arus yang mengalirinya. Bahang yang ditimbulkan menyebabkan pembawa lebih mudah bergerak. Sebagai hasilnya, bagian terpanas dari kepingan semikonduktor menghantarkan lebih banyak lagi arus. Proses regeneratif ini akan terus berlanjut hingga transistor mengalami kegagalan total atau pencatu daya mengalami kegagalan.
Transistor dwikutub gerbang-terisolasi

Transistor dwikutub gerbang-terisolasi
Simbol

Tipe Komponen aktif
Kategori Transistor
Kemasan 3 kaki (gerbang, kolektor, emitor)
l • b • s



Penampang umum transistor IGBT
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.
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).
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.




Transistor Darlington

Transistor Darlington adalah rangkaian elektronika yang terdiri dari sepasang transistor bipolar (dwi kutub) yang tersambung secara tandem (seri). Sambungan seri seperti ini dipakai untuk mendapatkan penguatan (gain) yang tinggi, karena hasil penguatan pada transistor yang pertama akan dikuatkan lebih lanjut oleh transistor kedua. Keuntungan dari rangkaian Darlington adalah penggunaan ruang yang lebih kecil dari pada rangkaian dua buah transistor biasa dengan bentuk konfigurasi yang sama. Penguatan arus listrik atau gain dari rangkaian transistor Darlington ini sering dituliskan dengan notasi β atau hFE.


Diagram rangkaian dari transistor Darlington menggunakan pasangan transistor NPN
Rangkaian transistor Darlington ditemukan pertama kali oleh Sidney Darlington yang bekerja di Laboratorium Bell di Amerika Serikat. Jenis rangkaian hasil penemuannya ini telah mendapatkan hak paten, dan banyak dipakai dalam pembuatan Sirkuit terpadu (IC atau Integrated Circuits) chip. Jenis rangkaian yang mirip dengan transistor Darlington adalah rangkaian pasangan Sziklai yang terdiri dari sepasang transistor NPN dan PNP. Rangkaian Sziklai sering dikenal sebagai rangkaian 'Complementary Darlington' atau 'rangkaian kebalikan dari Darlington'.
Transistor Darlington bersifat seolah-olah sebagai satu transistor tunggal yang mempunyai penguatan arus yang tinggi. Penguatan total dari rangkaian ini merupakan hasil kali dari penguatan masing-masing transistor yang dipakai:



Dan
Jika rangkaian dipakai dalam moda tunggal emitor maka RE adalah nol dan Nilai

dan
penguatan total dari transistor Darlington bisa mencapai 1000 kali atau lebih. Dari luar transistor Darlington nampak seperti transistor biasa dengan 3 buah kutub: B (basis), C (Kolektor), dan E (Emitter). Dari segi tegangan listriknya, voltase base-emitter rangkaian ini juga lebih besar, dan secara umum merupakan jumlah dari kedua tegangan masing-masing transistornya, seperti nampak dalam rumus berikut:
VBE = VBE1 + VBE2

0 komentar:

Poskan Komentar