Apakah itu Transistor, serta jenis dan fungsinya?9 min read
Definisi Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memindahkan signal lemah daripada litar berperintang rendah kepada litar berperintang tinggi. Perkataan transistor berasal daripada gabungan dua perkataan iaitu ‘trans‘ dan juga ‘istor‘. ‘Trans‘ merujuk kepada ciri pemindahannya manakala ‘istor‘ merujuk kepada ciri rintangan yang ditawarkan oleh simpangnya (junctions). Dalam kata mudah, transistor adalah komponen pensuisan elektronik yang mengawal dan membesarkan isyarat elektrik seperti voltan dan arus. Transistor adalah antara komponen elektronik yang paling banyak digunakan dan telah merevolusikan industri elektronik sejak lima dekad yang lalu kerana kebolehannya berfungsi sebagai suis.
Komposisi Transistor
Jika anda memahami komposisi diod, pasti mudah untuk anda memahami komposisi dalaman transistor. Sama seperti diod, transistor mempunyai bahagian p-type dan n-type. Semikonduktor p-type mempunyai lebih cas positif manakala n-type mempunyai lebih cas negatif. Terma ‘simpang’ atau junction di dalam elektronik merujuk kepada bahagian dimana dua jenis semikonduktor bertemu. P-N ialah kombinasi semikonduktor p-type dan n-type yang disambungkan bersama. Bahagian dimana mereka bertemu dipanggil simpang P-N. Setiap diod terdiri daripada satu simpang P-N.
Transistor pula terdiri daripada dua P-N diod yang disambung sebelah menyebelah. Lapisan P dan N disusun agar dua jenis lapisan yang sama akan menghimpit satu jenis lapisan berlainan. Justeru menghasilkan transistor PNP dan NPN contohnya. Ini menjadikan ia mempunyai tiga terminal yang dinamakan Emitter, Base dan Collector (atau Gate, Drain dan Source). Bahagian emitter-base disambung secara “forward biased” manakala bahagian collector-base disambung secara “reverse biased” dimana menghasilkan rintangan yang tinggi.
Jenis-jenis dan simbol Transistor
Secara amnya, terdapat dua jenis transistor, iaitu: BJT (Bipolar Junction Transistor) dan juga FET (Field Effect Transistor).
Transistor BJT
Perkataan ‘bipolar‘ merujuk kepada kedua-dua cas positif dan negatif diperlukan untuk ia berfungsi manakala perkataan ‘junction‘ merujuk kepada simpang PN.
Transistor BJT mempunyai tiga terminal yang dinamakan Emitter (E), Base (B) dan Collector (C).
Terdapat dua jenis transistor BJT iaitu NPN dan PNP bergantung bagaimana jenis lapisan N dan P disusun di dalam transistor. Jenis NPN adalah jenis yang paling meluas digunakan. Jenis PNP sama seperti jenis NPN, cuma arus mengalir dalam arah yang bertentangan
Kunci penting yang anda perlu ingat adalah transistor BJT adalah komponen yang dikawal oleh arus. Arus kecil yang mengalir pada terminal (B) dapat mengawal arus besar yang mengalir daripada terminal Emitter (E) ke Collector (C).
Transistor FET
Transistor FET menggunakan medan elektrik untuk mengawal arus, oleh sebab itu ia dipanggil ‘Field-effect‘ transistor. Berbeza dengan transistor BJT, transistor FET adalah ekakutub (uni-polar). Bermaksud, ia hanya menggunakan cas majoriti, sama ada cas positif atau negatif untuk menjalankan tugasnya.
Transistor FET mempunyai tiga terminal iaitu Gate (G), Drain (D) dan Source (S). Perhatikan nama terminal yang bebeza daripada transistor BJT.
Transistor FET pula boleh dipecahkan kepada dua jenis iaitu jenis JFET dan juga MOSFET. Setiap daripada jenis tersebut mempunyai jenis n-channel dan p-channel (sama seperti NPN dan PNP di dalam transistor BJT).
Kalau transistor BJT dikawal oleh arus, transistor FET pula komponen yang dikawal oleh voltan. Voltan yang dikenakan antara terminal Gate (G) dan Source (S) mengawal arus yang mengalir dari terminal Drain (D) ke terminal Source (S).
Cara kerja dan bagaimana transistor berfungsi
Bahagian ini akan menerangkan bagaimana kedua-dua jenis transistor berfungsi, iaitu BJT dan FET. Cara kerja kedua-dua jenis transistor tersebut berbeza dari mekanisma dalamannya namun ianya seakan sama dari segi konsep luarannnya.
Cara kerja transistor BJT
Cuba kita ingat balik kunci penting bagi transistor BJT: Perubahan arus kecil pada Base (B) mengubah arus yang mengalir antara Emitter (E) dan Collector (C). Bagaimana transistor BJT lakukan sebegitu?
Bagi transistor NPN yang terdiri daripada semikonduktor p-type dan dihimpit antara dua semikonduktor n-type, elektron yang banyak daripada lapisan n-type Emitter akan dipindahkan ke lapisan p-type tengah (Base). Lapisan Base ini mempunyai ‘hole‘ atau ‘lubang’, lebih tepat lagi kekosongan ruang yang boleh dimasuki elektron. Hanya sedikit sahaja elektron bergabung dengan ‘lubang’ dan mengalir sebagai arus Base. Lebihan elektron yang banyak dari Emitter tadi yang tidak bergabung dengan ‘lubang’ terpaksa dihantar ke lapisan n-type Collector kerana tertarik dengan cas terminal positif sumber kuasa, walaupun terdapat reverse-biased antara Base dan Collector. Ciri-ciri reverse-biased pada Base dan Collector dan lapisan tengah Base yang nipis adalah ciri yang penting dalam transistor untuk ia lakukan tugasnya.
Lebih banyak elektron yang mengalir daripada Emitter ke Base, lebih banyak jugalah elektron yang mengalir dari Emitter ke Collector. Begitulah bagaimana transistor BJT menggunakan arus elektrik kecil untuk mengawal arus elektrik yang besar.
Perlu diingat, tadi kita bercerita tentang pergerakan elektron. Pergerakan arus elektrik adalah berlawanan arah pergerakan elektron kerana arus elektrik adalah cas positif. Ini penting supaya anda tidak terkeliru kerana dalam pengiraan, anda menggunakan arah arus elektrik, bukan arah arus elektron.
Manakala untuk jenis PNP pula, mekanismanya lebih kurang sama, cuma dalam arah bertentangan. Ini kerana kali ini n-type semikonduktor pula dihimpit oleh dua lapisan p-type. Secara majoritinya, arus elektrik di dalam transistor PNP dikawal dengan mengubah julah ‘lubang’ atau ‘holes‘ berbanding elektron.
Cara kerja transistor FET
Perlu anda tahu bahawa terdapat beberapa jenis transistor FET iaitu JFET, D-MOSFET (Depletion mode MOSFET) dan E-MOSFET (Enhancement mode MOSFET). Cara kerja transistor FET berlainan jenis adalah sedikit berbeza tetapi asasnya sama, iaitu menggunakan medan elektrik dan voltan untuk mengawal arus. Kali ini saya akan menerangkan cara kerja jenis E-MOSFET.
Gambarajah menunjukkan struktur dalaman transistor FET jenis n-channel E-MOSFET. Bagaimana untuk anda tahu ini adalah transistor jenis n-channel adalah dengan cara melihat jenis semikonduktor yang disambung dengan terminal Source dan Drain.
Lapisan semikonduktor n-type didopkan dengan impuriti ‘n’ yang tinggi berbanding lapisan semikonduktor p-type yang memainkan peranan sebagai tapak. Terdapat lapisan oksida ( silikon dioksida) sebagai penebat. Diatasnya terdapat plat logam yang berfungsi sebagai plat kapasitor.
Pada asalnya, transistor E-MOSFET adalah dalam keadaan ‘off‘ walaupun terdapat sambungan elektrik antara Source dan Drain. Hanya jika terdapat voltan yang dikenakan pada terminal Gate sahaja akan menyebabkan elektron akan mengalir daripada Source ke Drain (bagi jenis n-channel). Berapa tinggi voltan dipanggil “threshold voltage“, sebagai contoh 2.1V.
Kenapa terdapat aliran elektron daripada Source ke Drain adalah kerana voltan yang dikenakan keatas terminal Gate menghasilkan medan elektrik yang menyebabkan terdapatnya saluran atau “channel” yang terbentuk antara lapisan semikonduktor Source dan Drain. Sebab itu bagi contoh ini, ia dipanggil jenis “n-channel” atau saluran-n. Semakin tinggi voltan yang dikenakan keatas Gate, semakin lebar saluran yang terbentuk, semakin tinggi jugak arus yang mengalir antara Source dan Drain. Perlu diingat bagi arus mengalir daripada Drain ke Source untuk jenis n-channel ini (berlawanan dengan arah aliran elektron).
Fungsi dan aplikasi Transistor
Transistor sebagai Suis
Suis, sebagai mana kita tahu, digunakan untuk menghidupkan dan mematikan litar (on/off) dipicu oleh sumber mekanikal. Transistor, pula juga boleh memainkan peranan sebagai suis, namun ianya suis yang dipicu oleh arus atau voltan. Aplikasi ini digunakan untuk membuka atau menutup litar berdasarkan arus atau voltan yang ditetapkan oleh pereka litar. Transistor sebagai suis juga digunakan untuk menghidupkan litar yang berarus tinggi daripada litar berarus rendah. Mengapa tidak terus hidupkan litar berarus tinggi secara terus?
Ini kerana, dalam aplikasi dimana litar berarus tinggi seperti LED berkuasa tinggi, geganti, motor elektrik dipicu oleh signal digital yang berkuasa rendah seperti mikropengawal, mikropemproses dan litar bersepadu yang biasanya hanya mengeluarkan arus sebesar miliampere pada 5V. Contohnya, jika anda ingin menggunakan mikropengawal untuk mengawal lampu berkuasa tinggi yang menggunakan voltan sebesar 110 V, anda tidak boleh lakukan secara terus kerana voltan dan arus yang tidak mencukupi daripada pin mikropengawal. Untuk menyelesaikan masalah ini, anda perlukan geganti (relay). Namun, arus daripada pin mikropengawal pun tidak mencukupi untuk memcau geganti tersebut. Oleh itu, anda perlukan transistor untuk memacu geganti tersebut.
Transistor sebagai amplifier (penguat isyarat)
Amplifier adalah sebuah peranti yang digunakan untuk menguatkan amplitud signal elektrik. Transistor boleh berfungsi sebagai amplifier. Transistor bukan hanya boleh berada dalam keadaan ON dan OFF, namun ia juga mempunyai apa-apa nilai antara ON dan OFF.
Isyarat elektrik yang sangat lemah yang dipacu pada terminal Base (atau Gate) boleh mengawal transistor untuk menghasilkan salinan isyarat yang lebih kuat di bahagian terminal Collector-Emitter (atau Drain-Source). Oleh sebab itu transistor boleh menguatkan isyarat eletrik yang lemah.
Sebagai contoh aplikasi transistor sebagai amplifier adalah untuk memacu pembesar suara daripada isyarat elektrik yang lemah. Dibawah menunjukkan sambungan bagaimana isyarat daripada input memacu pembesar suara. Isyarat ini diperoleh daripada mikrofon atau mikropemproses sebagai contoh. Semakin tinggi voltan input, semakin tinggi arus daripada terminal Base ke Emitter dan semakin tinggi arus yang mengalir menerusi pembesar suara tersebut. Arus berubah yang lebih kuat ini yang akan menghasilkan suara.
Tentang Penulis
1 thought on “Apakah itu Transistor, serta jenis dan fungsinya?9 min read”