Prinsip Dasar Semikonduktor
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda,
transistor dan IC (integrated
circuit). Disebut semi atau setengah
konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan
logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam tersebut memiliki susunan
atom yang sedemikian rupa sehingga
elektronnya dapat bergerak bebas.
Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu
memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-).
Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti
yang disebut nucleus.
Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat
melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron
yang ke-29, berada pada orbit paling luar.
Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron
yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu
elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat.
Hanya dengan energi yang sedikit saja
elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.
Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas
bergerak atau berpindah-pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik,
elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah yang kemudian dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang memiliki elektron
valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat
melepaskan elektron-elektron ini.
Dapat ditebak,
semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih
dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor"
adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.
Susunan Atom
Semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge)
dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium
dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen
semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini
dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah
oksigen (O2). Pasir, kaca dan
batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon.
Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai.
Struktur atom kristal silikon, satu
inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika
dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut
membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat
rendah (0oK), struktur atom
silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat
berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian,
bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat
berpindah untuk menghantarkan listrik.
Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi
panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya
beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk
menjadi konduktor yang baik. Ahli-ahli
fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan
semikonduktor ini.
Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan
elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik.
Kenyataanya demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius. Tipe-N Misalnya pada bahan silikon
diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal
dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping,
Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki
kelebihan elektron. Kelebihan
elektron membentuk semikonduktor tipe-n.
Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
Tipe-P
Kalau silikon diberi doping
Boron, Gallium atau Indium, maka
akan terbentuk semikonduktor tipe-p.
Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion
yang memiliki 3 elektron pada pita
valensi. Karena ion silikon memiliki 4
elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini
digambarkan sebagai akseptor yang siap
menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan
semikonduktor ini menjadi tipe-p.
Resistansi
Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri
tidak lain adalah sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor
memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah
komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena
terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.
Dioda PN
Jika dua tipe bahan semikonduktor P dan N dilekatkan pakai
lem barangkali ya maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal
sebagai dioda.Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan
disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan memberi
doping (impurity material) yang berbeda.
Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana
tegangan sisi P lebih besar polaritasnya dari pada sisi N, elektron dengan
mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias),
dapat dipahami tidak ada elektron yang
dapat mengalir dari sisi N mengisi hole
di sisi P, karena tegangan potensial di
sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya
dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dapat diaplikasikan untuk
rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED, Varactor dan Varistor
adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN yang dibahas pada kolom
khusus.
Kita dapat
menyelidiki karakteristik statik dioda, dengan cara memasang dioda seri dengan
sebuah catu daya dc dan sebuah resistor.
Kurva karakteristik statik dioda merupakan fungsi dari arus ID, arus
yang melalui dioda, terhadap tegangan VD, beda tegang antara titik a dan b (lihat
gambar 1 dan gambar 2)
Karakteristik
statik dioda
Karakteristik statik dioda dapat diperoleh
dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan arus yang melalui dioda, yaitu ID.
Dapat diubah dengan dua cara, yaitu mengubah VDD.Bila arus dioda ID kita
plotkan terhadap tegangan dioda Vab,
kita peroleh karakteristik statik dioda. Bila anoda berada pada tegangan lebih
tinggi daripada katoda (VD positif) dioda dikatakan mendapat bias forward. Bila
VD negatip disebut bias reserve atau bias mundur. Pada gambar 2 VC disebut cut-in-voltage, IS
arus saturasi dan PIV adalah peak-inverse voltage.
Bila harga VDD
diubah, maka arus ID dan VD akan berubah pula. Bila kita mempunyai
karakteristik statik dioda dan kita tahu harga VDD dan RL, maka harga arus ID
dan VD dapat kita tentukan sebagai
berikut. Dari gambar 1.
VDD = Vab +
(I· RL) atau
I = -(Vab/RL)
+ (VDD / RL)
Bila hubungan
di atas kita lukiskan pada karakteristik statik dioda kita akan mendapatkan
garis lurus dengan kemiringan (1/RL). Garis ini disebut
garis beban
(load line). Ini ditunjukkan pada gambar 3.
Kita lihat
bahwa garis beban memotong sumbu V dioda pada harga VDD yaitu bila arus I=0,
dan memotong sumbu I pada harga (VDD/RL).
Titik potong antara karakteristik statik dengan garis beban memberikan
harga tegangan dioda VD(q) dan arus dioda ID(q).
Dengan mengubah
harga VDD kita akan mendapatkan garis-garis beban sejajar seperti pada gambar
3. Bila VDD<0 dan |VDD| < VPIV
maka arus dioda yang mengalir adalah kecil sekali, yaitu arus saturasi IS. Arus
ini mempunyai harga kira-kira 1 µA untuk dioda silikon.
Gambar. 19. Dioda diberi Bias Maju
Contoh ini untuk
dioda germanium adalah 1μA. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini 10 nA.
Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut
dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down)
dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan
break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang
cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom.
Transistor Bipolar
Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan
(junction). Sambungan itu membentuk
transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut Base
selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor
bipolar, karena struktur dan prinsip
kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi
kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah
William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor
bipolar. urut disebut emitor, base dan
kolektor, akan dijelaskan kemudian.
Transistor
adalah komponen yang bekerja bisa sebagai sakelar (switch on/off) dan juga
sebagai penguat (amplifier). Transistor
bipolar adalah inovasi yang menggantikan
transistor tabung hampa(vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang
relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja
pada suhu yang lebih dingin. Dalam
beberapa aplikasi, transistor tabung
masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara
yang baik, namun konsumsi dayanya sangat
besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan
adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.
Bias DC
Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat
disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda.
Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor
junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya
akan mengalir jika diberi bias positif,
yaitu hanya jika tegangan pada material P
lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut
ini, junction base-emiter diberi bias
positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse
bias).
Karena base-emiter mendapat bias positif
maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini
lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih
positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada
kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda.
Tetapi karena lebar base yang sangat
tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada
base. Sebagian besar akan menembus
lapisan base menuju kolektor. Inilah
alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi
sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat
tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron. Jika misalnya tegangan
base-emitor dibalik(reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari
emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias),
elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias
base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron
yang mengalir dari emiter menuju kolektor.
Ini yang dinamakan efek penguatan
transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang
lebih besar.
Istilah
amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di
atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil
mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base
mengatur membuka dan menutup aliran arus
emiter-kolektor (switch on/off).Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan
dengan memberikan bias seperti pada gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut
perpindahan arus adalah arus hole.
Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor
lebih lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal ini
arah arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial yang lebih kecil.
IC : arus
kolektor
IB : arus base
IE : arus
emitor
VC : tegangan
kolektor
VB : tegangan
base
VE : tegangan
emitor
VCC : tegangan
pada kolektor
VCE : tegangan
jepit kolektor-emitor
VEE : tegangan
pada emitor
VBE : tegangan
jepit base-emitor
ICBO : arus
base-kolektor
VCB : tegangan
jepit kolektor-base
Perlu diingat, walaupun tidak ada perbedaan pada saat mendoping bahan
pembuat emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak
dapat dibalik.
Dari satu bahan silikon
(monolitic), emitor dibuat terlebih dahulu, kemudian base dengan doping yang berbeda dan terakhir adalah kolektor.
Terkadang
dibuat juga efek dioda pada
terminal-terminalnya sehingga arus hanya akan terjadi pada arah yang
dikehendaki.
RESISTOR
Resistor
atau hambatan adalah suatu bahan /
komponen yang berfungsi untuk mengatur / mengurangi besarnya kecepatan dan
kuantitas aliran elektron pada rangkaian listrik. Satuan hambatan adalah OHM. Dalam keseharaiannya, juga
biasanya digunakan Kilo Ohm, Mega OHM.
Ø 1 Kilo Ohm =
1.000 Ohm
Ø 1 Mega Ohm = 1000.000. Ohm
Didalam
sirkuit, sering dijumpai penulisan nilai resistor dengan
cara penulisan
:
Ø 6R8 = 6,8Ω
Ø 4K7 = 4,7 kΩ = 4700 Ω
Ø 3m3 = 3,3 MΩ = 3 300 000 Ω
Berbagai macam
resistor yang ada di pasaran terbuat dari lilitan kawat, pita, film metal, film
oksida metal, cermet, unsur karbon dan
lain-lain. Apabila mengacu pada
hukum Ohm, terdapat dua jenis resistor dalam elektronika yaitu:
Ø Resistor Linier
Ø Resistor Non linier.
1) Resistor
Linier
Resistor
Linier adalah resistor yang biasa kita jumpai pada rangkaian listrik arus lemah
yang bekerja sesuai dengan prinsip hukum ohm.
Menentukan
nilai tahanan pada resistor linier :
Pengukuran
menggunakan Ohm meter,
Ø membaca tanda warna pada
bagian permukaan resistor dan atau penulisan angka dan huruf yang tertera pada
permukaan resistor. Simbol dari resistor
ini adalah seperti gambar berikut :
Contoh
resistor dengan menggunakan kode warna
ditentukan.
Dengan menyesuaikan warna dan nilainya. Jingga = 3,
Kuning = 4, Merah = 2 (dua digit nol),
Emas = ± 5 %. Maka nilai tahanannya adalah 3400 Ω dengan toleransi ±5% (3400×5%=170)
artinya nilai tahanannya berada pada 3400 ± 170 Ω.
Untuk menentukan nilai tahanan di bawah 10 Ω, jalur warna /strip ketiga adalah warna emas
(gold) atau perak (silver) yang berarti sebagai perkalian seper sepuluhan.
Apabila jalur warna ketiga emas berarti angka kesatu dan kedua dikalikan dengan
0,1 dan apabila berwarna perak angka kesatu dan kedua dikalikan 0,01. Contoh
:
NO Warna Persentase Kerusakan
1. Coklat
1,0 % per 1000 jam
2. Merah
0,1 % per 1000 jam
3. Oranye
0,01 % per 1000 jam
4. Kuning
0,001 % per 1000 jam
Resistor yang nilai tahanannya ditunjukkan langsung
menggunakan angka dan huruf, dikenal dengan alpha numeric. Selain besarnya nilai resistansi, juga
langsung tertulis besarnya daya resistor. Makna angka dan huruf terdepan adalah
besarnya daya, angka berikutnya menunjukkan nilai tahanan, huruf setelah angka
di depan menunjukkan satuan pemangkatan dan huruf terakhir menunjukkan nilai toleransi yang dimiliki.
Berikut adalah nilai toleransi dari huruf tersebut :
2) Resistor Non
linier
Nilai tahanan
yang dimiliki tidak tetap, karena pengaruh dari luar. Prinsip kerja dari
resistor ini adalah timbulnya perubahan
tahanan bergantung pada kondisi pemicunya.
Resistor ini
terdiri dari tiga jenis yaitu :
Ø Fotoresistor
Ø Thermistor
Ø Resistor yang tergantung pada
tegangan listrik (VDR)
a) Fotoresistor
(LDR= Light dependence resistor)
Foto resistor ini bekerja berdasarkan sinar yang
diterima, besarnya tahanan fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan ohm dan
turun beberapa ratus ohm apabila berada dalam keadaan terang. Komponen ini
terbuat dari film cadmium sulfide yang memiliki tahanan yang besar apabila
tidak terkena sinar.
Simbol
fotoresistor dalam sirkuit adalah seperti gambar berikut :
sekitarnya mengalami kenaikan.
Aplikasi
pemakaian pada kendaraan untuk jenis resistor ini banyak dimanfaatkan untuk
mendeteksi temperature air pendingin mesin. Misalkan pada sistem pendingin yang
menggunakan thermistor jenis NTC (yang
paling banyak diaplikasikan), naiknya suhu air pendingin akan menurunkan nilai
tahanan termistor, menyebabkan arus lebih banyak mengalir, dan hasil penunjukan
meteran akan bertambah.
c) VDR
VDR (voltage
dependence resistor). adalah jenis resistor yang nilainya bergantung pada
tegangan listrik. VDR akan mengalami penurunan nilai tahanan apabila tegangan
yang mengalir ditingkatkan. Perubahan tahanan yang terjadi adalah tidak linear,
peningkatan tegangan dengan nilai yang sama akan menurunkan tahanan sampai
sepersepuluh dari ukuran tahanan semula.
Simbol VDR
VDR digunakan untuk menahan tegangan yang naik secara
tiba-tiba dan dalam jumlah yang besar guna melindungi sirkuit yang lainnya.
c. Rangkuman
Resistor dikelompokkan dalam 2 jenis yaitu resistor
linier dan resistor tidak linier. Jenis resistor linier merupakan resistor yang
nilainya mengacu pada hukum Ohm. Resistor tidak linier mempunyai tahanan yang
dapat berubah apabila ada pengaruh dari luar seperti panas, cahaya maupun
perubahan tegangan kerja pada rangkaian.
Selain dengan melakukan pengukuran secara langsung
menggunakan Ohm meter, nilai tahanan
resistor linier juga diberi tulisan atau pengkodean agar lebih memudahkan untuk
mengetahui nilai resistor. Pengkodean
dapat berupa warna gelang ataupun tertulis langsung.
Jenis resistor non linier yang banyak dimanfaatkan
dalam biodang otomotif adalah
thermistor. Thermistor mempunyai ciri khas bahwa apabila terjadi
perubahan temperatur di sekitarnya maka
nilai resistansinya akan berubah sesuai dengan besar perubahan temperatur.
Jenis termistor adalah PTC ( positive
thermal coefficient ) dan NTC (negative thermal coefficient )
Besar arus (I1) yang melewati R1 adalah:
I1 = E/R1
I1 = 12 volt / 3 Ω = 4 amp.
XL = 2.π. f.L
( Ohm )
dimana :
XL
= reaktansi induktif (Ω )
π = 3,14
f
= frekuensi
L = Induktansi dari induktor ( Henry )
Terdapat unsur R saja. Kalau sumber tegangannya adalah AC maka berlaku
rumus:
Z = V / I
(Ohm)
Z2 = R2
+ XL2
Z = √ R2 + XL2
Diperoleh
XL2
= Z2 - R2
XL
= √ Z2 - R2
dimana:
Z = Impedansi ( Ω )
R = Tahanan ( Ω )
V = Tegangan AC ( Volt ) XL = Reaktansi induktif (Ω )
I = Arus
( Ampere )
Veff = Vrms = (Vm / √2 )
Arus dioda
yang mengalir melalaui beban RL adalah (i) dan dinyatakan dengan:
I = Im . Sin ⍵t. Jika 0 ≤
⍵t
≤ π siklus positif.
I = 0 Jika
π ≤ ⍵t
≤ 2π siklus negatif
dimana:
Apabila harga Rf jauh
lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga:
Apabila penyearah bekerja pada
tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh haasil yang lebih teliti, maka
tegangan cut-in dioda (Vc) perlu dipertimbangkan, yaitu:
Penyearah Gelombang
Penuh Sistem Jembatan.
Penyearah Gelombang
Penuh Sistem Jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun
yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. Rangkaian dasarnya
adalah seperti pada gambar 30
β = βdc adalah penguatan arus, sering juga disebut dengan hFE.
αdc = IC/IE
menunjukkan betapa dekatnya besar arus Kolektor dengan arus Emiter atau dapat
dikatakan hampir sama.
Sebuah
Transistor memiliki empat daerah Operasi Transistor :
- Daerah Aktif
- Daerah CutOff
- Daerah Saturasi
- Daerah Breakdown
Daerah
Aktif
Daerah kerja
transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans
terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya
tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah
linear (linear region).
n Jika hukum Kirchhoff mengenai
tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (Rangkaian CE), maka dapat diperoleh
hubungan :
VCE = VCC - ICRC
n Dapat dihitung dissipasi daya
transistor adalah :
PD = VCE.IC
n Rumus ini mengatakan jumlah
dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus
yang melewatinya
Dissipasi daya
ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk
transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi
ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor
masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya
PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.
Daerah
Saturasi
Daerah
saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor
silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE
belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.
Daerah
Cut-Off
Jika kemudian
tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba
arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada
pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (On) menjadi keadaan mati
(Off). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka
biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor
OFF dan ON.
Rangkaian Driver LED
Misalkan pada
rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor
dengan β = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic
gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan
forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya
resistansi RL yang dipakai.
n IC = β IB = 50 x 400
uA = 20 mA
n Arus sebesar ini cukup untuk
menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off
idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.
n RL = (VCC - VLED - VCE) / IC
= (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA
= 2.6V / 20 mA
= 130 Ohm
Daerah
Breakdown
Dari kurva
kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik
dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown.
Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat
merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan
VCEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada data book transistor selalu
dicantumkan juga.
Garis Beban Transistor
Garis
beban sangat penting dalam menggambarkan karakteristik sebuah Transistor, garis
beban mencakup setiap kemungkinan titik operasi rangkaian.
Dengan
kata lain bila hambatan pada Basis bervariasi mulai dari nol sampai tak
terhingga maka akan menyebabkan Arus Basis (IB) menjadi berubah sehingga Arus
Colector (IC) dan VCE pun akan bervariasi pada daerah masing-masing.
Bila
kita menggambarkan nilai IC dan VCE untuk tiap nilai IB yang mungkin, maka kita
akan memperoleh gambaran mengenai Grafik GAris Beban, dengan kata lain Garis
Beban adalah sebuah Kesimpulan Visual dari semua yang memungkinkan Titik
Operasi Transistor
Titik Jenuh
Terjadi
bilamana hambatan pada Basis terlalu kecil sehingga arus kolektor menjadi
sangat besar dan tegangan kolektor emitor menjadi rendah mendekati nol, pada
keadaan ini Transistor berada pada kondisi Jenuh artinya Arus Kolektor meningkat mendekati nilai maksimum.
Titik Cutoff
Keadaan dimana garis Beban
berpotongan dengan daerah Cutoff Kurva Colektor hal ini disebabkan karena arus
kolektor adalah sangat kecil, sehingga titik cutoff hampir menyentuh ujung
bawah garis beban, dengan kata lain Titik cutoff menyatakan bahwa Tegangan
Colektor Emitor adalah tegangan maksimum yang mungkin dalam rangkaian.
Dari
gambar berikut ini tentukan garis beban dan titik kerja Q transistor jenis
silikon berikut.
+Vcc= 30 Volt
R1= 6 KΩ Rc= 2K2
R2=1K5 RE=700Ω
GERBANG-GERBANG LOGIC DASAR
Persamaan Fungsi Outputnya F
= A · B
Persamaan Outputnya F = A + B
Persamaan Outputnya F = ( A . B ) (3.10)
Dan Tabel kebenarannya adalah
sebagai berikut:
Persamaan Outputnya F = ( A + B ) (3.11)
Lembar evaluasi
1. Gambarkan simbol
dari Gerbang NAND 4 masukan, Persamaan Fungsi , Tabel Kebenaran, Rangkaian
Persamaan dan Diagram Pulsa
2. Gambarkan simbol
dari Gerbang NOR 4 masukan, Persamaan Fungsi , Tabel Kebenaran, Rangkaian
Persamaan dan Diagram Pulsa!
3. Dari persamaan rangkaian listrik AND,
buatlah!
a.
Simbol gerbang dasar
b.
Fungsi logika
c.
Tabel kebenaran
d.
Diagram pulsa
4. Dari persamaan rangkaian listrik AND,
buatlah!
a.
Simbol gerbang dasar
b.
Fungsi logika
c.
Tabel kebenaran
d.
Diagram pulsa
5. Dari persamaan rangkaian listrik EX – OR,
buatlah!
a.
Simbol gerbang dasar
b.
Fungsi logika
c.
Tabel kebenaran
d.
Diagram pulsa
6. Pada persamaan rangkain listrik EX – NOR,
buatlah!
a.
Simbol gerbang dasar
b.
Fungsi logika
c.
Tabel kebenaran
d.
Diagram pulsa
Tidak ada komentar:
Posting Komentar