Penjelasan Lengkap Soal Transistor dan Cara Kerjanya (Bagian 1)

Naviri Magazine - Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal, atau untuk fungsi lainnya. 

Transistor dapat berfungsi semacam keran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET) memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listrik.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E), dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminal, 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.

Cara kerja semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.

Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, bayangkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukkan ke dalamnya, dan diberi tegangan DC tepat di bawah 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. Menaikkan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatannya tidak bebas.

Silikon murni adalah sebuah isolator. Namun, jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti arsenik, dengan 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 itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luar, 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 jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asal tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan 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 sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan 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. 

Baca lanjutannya: Penjelasan Lengkap Soal Transistor dan Cara Kerjanya (Bagian 2)