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, yaitu Basis (B), Emitor
(E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor
dapat dipakai 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 dapat dirangkai sedemikian
rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi
rangkaian-rangkaian lainnya
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 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), 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 TRANSISTOR
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET,
MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC
(Integrated Circuit) dan lain-lain.
Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
Maximum 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) adalah salah satu dari dua jenis
transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode 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 . 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 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
diode 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