Pengertian transistor, fungsi transistor dan cara kerja transistor merupakan salah satu pengetahuan yang diperlukan bagi seseorang yang memulai belajar elektronika, yang berminat tentang elektronika maupun bagi akademisi yang terdapat pelajaran elektronika dasar.
Pada rangkaian elektronika, komponen transistor tidak dapat dipisahkan mengingat fungsinya yang sangat penting dalam mengolah sinyal, menguatkan arus, bahkan memproduksi sinyal, dan lain sebagainya. Kegunaan transistor sangat banyak, di setiap perangkat elektronika yang kita pakai pasti terdapat komponen transistor di dalamnya seperti komputer, televisi, bahkan smartphone tidak akan lepas dari komponen yang satu ini.
Sebelum mengenal lebih jauh mengenai fungsi transistor dan cara kerjanya, terlebih dahulu kita harus tahu pengertian transistor secara umum dan apa itu sebenarnya komponen transistor.
Daftar isi
Pengertian Transistor
Pengertian transistor merupakan salah satu komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan memiliki fungsi dasar sebagai penguat, saklar elektronik dan pembangkit sinyal. Disamping fungsi dasar tersebut tentu saja transistor memiliki fungsi turunan yang sangat beragam sesuai dengan desain rangkaian elektronika yang dibutuhkan.
Pada dasarnya transistor memiliki 3 kaki atau tiga elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Ketiga kaki transistor ini memiliki fungsi tersendiri namun tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Transistor secara umum dapat diibaratkan seperti keran arus yang dapat mengalirkan atau menghambat arus listrik sesuai dengan kontrol yang diberikan.
Transistor pertama kali yang ditemukan adalah jenis transistor bipolar atau BJT (Bipolar Junction Transistor), ditemukan oleh tiga ilmuwan Fisika yang berasal dari Amerika, Yaitu William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain pada tahun 1947. Pada asal mulanya, transistor dicipkatan untuk menggantikan tabung hampa yang sejak saat itu sudah digunakan sejak lama. Prinsip kerja tabung hampa (Vaccum Tube) hampir sama dengan transistor. Hanya saja tabung hampa memiliki ukuran fisik yang berkali-kali lipat dari transistor dan memerlukan tegangan tinggi untuk membuat komponen tersebut bekerja.
Berbeda dengan tabung hampa yang menggunakan elemen cahaya sebagai filamen dan tegangan tinggi untuk membuatnya dapat bekerja, transistor menggunakan bahan semikonduktor yang jauh lebih efisien karena memiliki ukuran fisik yang jauh lebih kecil dan memerlukan tegangan rendah untuk dapat mengoperasikannya.
Sejak ditemukannya transistor, semua peralatan elektronika pada saat itu menyusut menjadi jauh lebih kecil dengan kemampuan yang semakin tinggi, terutama pada peralatan komputer. Begitu juga dengan peralatan elektronika yang lainnya. sehingga komponen transistor ini menjadi komponen yang sangat penting pada rangkaian elektronika.
Baca juga:
Sejarah Transistor Pada Perkembangan Teknologi Elektronika
Perbedaan Transistor PNP dan NPN Serta Cara Mengidentifikasinya
Fungsi Transistor
Fungsi transistor pada rangkaian elektronika variasinya sangatlah banyak. Namun pada dasarnya ada beberapa fungsi utama yang terdapat pada transistor, yaitu fungsi transistor sebagai saklar, sebagai penguat, sebagai gerbang logika, dan sebagai pembangkit osilator.
Fungsi transistor sebagai saklar
Fungsi transistor yang pertama adalah sebagai saklar elektronik. Berbeda dengan prinsip kerja saklar sederhana dan saklar elektromekanik pada relay, saklar elektronik pada transistor dikontrol secara elektrik yang dapat dikondisikan tanpa adanya komponen mekanik yang bekerja. Oleh karena itulah saklar dengan komponen transistor disebut dengan saklar elektronik.
Saklar elektronik yang menggunakan transistor memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan saklar mekanik biasa atau elektromekanik. Yakni kemampuan kecepatan tinggi dalam proses kondisi ON ataupun OFF. Selain itu saklar dengan komponen transistor tidak memiliki “aus” seperti halnya terjadi pada saklar mekanik yang seiring berjalannya waktu, sehingga saklar dengan transistor memiliki umur yang jauh lebih panjang.
Kegunaan transistor lainnya sebagai saklar adalah terdapat pada rangkaian driver motor stepper atau semua rangkaian driver yang menggunakan sistem pulsa sebagai kontrolnya. sistem driver motor dengan sistem pulsa dapat diibaratkan sebuat saklar yang di on dan di off secara terus menerus, hanya dengan kecepatan tinggi. Semakin tinggi kecepatan pulsa tersebut maka motor yang digerakan akan semakin cepat pula.
Fungsi transistor sebagai Penguat (amplifier)
Fungsi lain dari transistor yang paling umum adalah sebagai penguat atau amplifier. Apakah itu penguat audio, penguat radio frekuensi (RF), penguat arus, dan lain sebagainya dapat dilakukan dengan komponen transistor.
Pada pengaplikasian fungsi transistor sebagai penguat, ada beberapa konfigurasi rangkaian yang digunakan, antara lain pengikut basis (common basis), pengikut kolektor (common collector), dan pengikut emitor (common emitor). Yang mana secara detailnya akan dijelaskan pada artikel tersendiri.
Sebuah penguat transistor pada dasarnya terdiri dari dua parameter yang dikuatkan, yakni penguatan arus dan penguatan sinyal. Pada rangkaian amplifier audio, jenis sinyal yang dikuatkan adalah sinyal AC dengan frekuensi 20-20kHz. Sedangkan contoh kegunaan transistor pada penguatan arus adalah terjadi pada rangkaian power supply atau catu daya.
Fungsi transistor sebagai gerbang logika
Gerbang logika merupakan rangkaian paling dasae dari sebuah rangkaian digital. Sebuah IC yang terdapat pada beberapa komponen komputer seperti pada RAM, CPU, dan peripheral yang terdapat didalamnya sebagian besar adalah terdiri dari jutaan gerbang logika. Rangkaian gerbang logika ini pada dasarnya dibuat dengan menggunakan transistor. Sehingga peran transistor pada rangkaian gerbang logika tidak dapat dipisahkan.
Ada beberapa konfigurasi gerbang logika yang ada para teknik digital, antara lain gerbang AND, gerbang NAND, gerbang NOR, gerbang, OR, gerbang NOT dan lain sebagaiya. Berikut ini adalah contoh fungsi transistor pada rangkaian gerbang logika NAND.
Rangkaian diatas merupakan contoh penerapan fungsi transistor sebagai gerbang logika NAND. Gerbang logika NAND akan menghasilkan kondisi output bernilai 1 ketika kedua inputnya memiliki kondisi satu. Jika gerbang NAND diuraikan dengan menggunakan transistor, maka rangkaiannya akan tampak seperti gambar rangkaian diatas.
Cara kerja transistor sebagai gerbang NAND cukup sederhana, dioda led merupakan indikator yang akan menunjukan kondisi dari rangkaian ini. Ketika dioda LED menyala, makan kondisi output dari rangkaian transistor adalah sama dengan 1, dan sebaliknya.
Misalnya pada saat salah satu IN 1 atau IN2 berkondisi 1, katakanlah IN1 berkondisi 1 dan IN2 berkondisi 0. Dalam hal ini kondisi 1 yang dimaksud adalah tegangan yang mendekati nilai 5V, maka transistor akan bersaturasi sehingga arus dari kaki kolektor transistor T1 akan mengalir melalui emitor, sehingga dioda LED akan menyala. Secara umum fungsi transistor sebagai gerbang logika pada dasarnya tidak jauh berbeda dengan fungsinya sebagai saklar, hanya saja lebih kompleks.
Fungsi transistor sebagai pembangkit sinyal (osilator)
Osilator merupakan rangkaian elektronika yang dapat menghasilkan sinyal dengan amplitudo dan frekuensi tertentu. Pada dasarnya prinsip pembangkitan getaran frekuensi digunakan komponen L-R-C, yakni perpaduan antara induktor, resistor dan kapasitor sehingga menghasilkan resonansi tertentu. Namun agar frekuensi dapat dibangkitkan, LRC saja tidaklah cukup, diperlukan sebuah komponen aktif transistor.
Kegunaan osilator pada rangkaian elektronika sangatlah beragam tergantung frekuensi peruntukannya, antara lain untuk keperluan radio, audio, bahkan power supply switching digunakan osilator. Karena perkembangan teknologi semakin pesat, saat ini osilator banyak dibangkitkan dengan menggunakan komponen yang sudah terintegrasi didalamnya yang disebut dengan Integrated Circuit (IC). Didalam sebuah IC bisa terdapat banyak sekali transistor dan komponen lainnya sehingga dapat dikemas menjadi jauh lebih ringkas.
Cara Kerja Transistor
Cara kerja transistor yang akan dijelaskan disini meliputi cara kerja transistor secara umum sesuai dengan aplikasi dan kegunaanya sehingga lebih mudah untuk dipahami. Sedangkan untuk rumus-rumus dan perhitungan dari transistor akan dibahas pada artikel tersendiri.
Tahukah anda bahwa sebuah komputer zaman dulu memiliki ukuran yang besarnya bisa melebihi ukuran lemari baju di rumah Anda. Ya,, memang sebesar itulah komputer zaman dahulu sebelum ditemukannya komponen transistor. Kemampuannya pun masih sangat terbatas hanya untuk menghitung perhitungan dasar matematika.
Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat, bahkan transistor mengalami perkembangan yang jauh lebih kompleks yang sudah dipadukan secara terintegrasi. Contoh sederhana yang dapat kita temui adalah pada smartphone. Didalam smartphone terdapat sebuah komponen yang merupakan otak dari segala algoritma perhitungan, yaitu chipset. Didalam chipset ini terdiri dari berbagai jenis komponen yang sebagian besar adalah transistor. Jumlah transistor pada sebuah perangkat smartphone yang memiliki ukuran yang sangat kecil memiliki jutaan bahkan ratusan juta transistor didalamnya.
Prinsip kerja transistor secara umum sedikit diluar konteks teknis adalah tidak lebih dari sebuah perangkat yang dapat memutuskan dan mengalirkan arus listrik tanpa ada bagian mekanis yang bergerak. Transistor dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon dan germanium.
Pada dasarnya sebuah komponen semikonduktor memiliki tingkat konduktivitas listrik yang sangat rendah. Namun ketika sebuah komponen silikon tersebut diberikan sebuah bahan impuriti yang disebut dengan doping, maka tingkat konduktivitas dari sebuah semikonduktor dapat meningkat secara tajam.
Pada bahan semikonduktor pada transistor pada prinsipnya terdiri dari 4 buah atom yang saling berdekatan, diantara keempat atom yang saling berdekatan tersebut terkikat oleh elektron. Fungsi elektron-elektron ini adalah untuk mengikat elektron-elektron yang terdapat pada atom lain yang saling berdekatan satu sama lainnya. Elektron ini disebut dengan pita valensi. Agar atom-atom ini dapat menyerap energi dan menyalurkannya satu sama lain agar semikonduktor dapat menghantarkan listrik, maka elektron-elektron yang mengikat atom tadi harus menyerap energi dan berubah menjadi elektron bebas.
Ketika sebuah bahan semikonduktor diberikan arus listrik yang berfungsi mengaktifkan bahan “doping” maka sifat semikonduktor yang tadinya bersifat konduktasi yang sangat rendah, akan berubah menjadi konduktor yang baik tergantung banyaknya “doping” yang aktif akibat penyerapan energi yang diberikan. Secara singkat, fungsi doping ini adalah untuk meningkatkan tingkat konduktivitas dari sebuah semikonduktor.
Ketika keempat elemen (valensi) dari sebuah atom yang saling terikat diberikan doping, katakanlah misalnya fosfor yang memiliki 5 elemen. Makan ketika salah satu atom yang memiliki empat valensi tadi digantikan oleh doping fosfor dengan 5 elemen, maka satu elemen yang terikat oleh elektron akan menjadi elektron bebas dalam sistem. Keseluruhan sistem ini disebut dengan doping tipe N.
Sebaliknya pada saat keempat elemen atom tadi diberikan doping yang lainnya, katakanlah misalnya zat X yang memiliki 3 elemen, maka ketika salah satu atom yang memiliki empat elemen tadi digantikan oleh doping X, maka akan ada satu elemen atom yang kosong atau disebut dengan lubang (hole), dan pada saat yang bersamaan, elektron dari sistem yang lain yang bebas dapat mengisi hole yang kosong tersebut. Sistem ini disebut dengan doping tipe P.
Pada aplikasinya, bahan semikonduktor dari pembuatan transistor disebut dengan “wafer”. Wafer ini merupakan salah satu bahan yang sangat populer dalam pembuatan transistor dan Integrated Circuit (IC). Maka cara kerja transistor dengan bahan silikon ketika digambarkan pada sebuah wafer dapat diilustrasikan sebagai berikut:
Dari gambar ilustrasi diatas terlihat semakin jelas bahwa pada semikonduktor yang diberikan doping tipe P (warna biru) dan doping tipe N (warna kuning), ketika diberikan sebuah energi listrik, maka secara cepat elektron bebas di tipe N akan berpindah dan mengisi hole yang terdapat pada tipe P. Kesimpulannya adalah bahwa yang asalnya semikonduktor memiliki tingkat konduktivitas yang rendah, ketika diberikan energi listrik, maka tingkat konduktivitas dari semikonduktor akan meningkat secara signifikan sesuai dengan besarnya energi listrik yang diberikan. Pada sebuah dioda, prinsip perpindahan elektron ini disebut dengan bias maju atau forward bias. Sedangkan pada prinsipnya cara kerja transistor adalah dua buah dioda yang dipasangkan saling berlawanan.
