Transistor BJT(Bipolar Junction Transistor)

Pengantar

Mulai tahun 1949 sampai dengan tahun 1951, Shockley melakukan penelitian tentang transistor junction. Penemuan transistor berdampak yang luar biasa terhadap perkembangan elektronika dan telah membuka jalan dimulainya industri semikonduktor , penemuan rangkaian terintegrasi ( IC ), piranti opto-elektronik, dan mikroprosesor.

Pembiasan Transistor

P-N Junction

Junction (persambungan) adalah daerah tempat tipe-P dan tipe-N disambung. Dioda junction adalah nama lain untuk kristal P-N. Pada gambar 1 di bawah ini ditunjukkan simbol dioda dan dioda junction tanpa bias tegangan. Sisi P mempunyai banyak hole dan sisi N banyak elektron pita konduksi .

Gambar 1 . Simbol Dioda dan Junction Dioda

Lapisan pengosongan

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan kosong (depletion layer). Di daerah tersebut terdapat keseimbangan antara hole dan elektron.Pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron, sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas.

Elektron pada sisi N cenderung berdifusi ke segala arah, beberapa elektron berdifusi melewati junction. Setiap kali elektron berdifusi melalui juction akan menciptakan sepasang ion.Tanda positif berwarna merah menandakan ion positif dan tanda negatif berwarna merah menandakan ion negatif.

Tiap pasang ion positif dan ion negatif pada gambar 2 disebut dipole. Penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole telah dikeluarkan dari sirkulasi. Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari muatan-muatan , daerah kosong ini disebut dengan daerah /lapisan pengosongan yang lebarnya 0,5 µm.

Gambar 2. Dipole pada P-N Junction

Tegangan barrier ( rintangan )

Pembangkitan tegangan barrier bergantung pada suhu junction, suhu yang lebih tinggi menciptakan banyak pasangan elektron dan hole, sehingga aliran pembawa minoritas melewati juction bertambah. Pada suhu 25°C Potensial Barier pada dioda germanium (Ge)= 0,3 V dan dioda silikon (Si ) = 0,7 V.Potensial barrier tersebut berkurang 2,5 mV untuk setiap kenaikan 1 derajat Celcius.

Bias pada lapisan P-N

Forward bias pada lapisan P-N

Gambar ilustrasi di bawah menunjukkan sambungan PN.Terminal negatif sumber/batery dihubungkan dengan bahan tipe-N dan terminal positif dihubungkan dengan bahan tipe-P, atau tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N sehingga elektron dari sisi N akan bergerak untuk mengisi hole di sisi P. Kalau elektron mengisi hole disisi P, akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N. Kalau mengunakan terminologi arus listrik, dikatakan terjadi arus listrik dari sisi P ke sisi N. Bias ini disebut bias maju (foward )

Reverse bias pada lapisan P-N

Pada sambungan reverse bias terminal negatif sumber/battery dihubungkan dengan bahan tipe-P dan terminal positif dihubungkan dengan bahan tipe-N. Pada kondisi ini hole dan elektron bergerak menuju ke ujung-ujung kristal (menjauhi junction), dimana elektron akan meninggalkan ion positif dan hole akan meninggalkan ion negatif oleh sebab itu lapisan pengosongan akan bertambah lebar.Makin besar bias makin lebar pula lapisan pengosongan , oleh karena itu arus listrik sulit/tidak bisa mengalir dari sisi P ke N.Bias ini disebut bias balik (reverse )

Bipolar Junction Transistor

Transistor merupakan dua dioda dengan dua persambungan ( bi junction ).Dilihat dari susunan materialnya ada dua jenis transistor, yaitu transistor PNP dan NPN. Ujung-ujung terminal transistor masing-masing disebut emitor, basis dan kolektor. Pada simbol transistor basis selalu berada di tengah di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya bergantung pada perpindahan elektron dari kutub negatif mengisi kekurangan elektron (hole) ke kutub positif. Fungsi utama pembuatan transistor adalah sebagai penguat (amplifier). Karena sifatnya, transistor ini dapat digunakan dalam keperluan lain, misalnya sebagai suatu saklar elektronis. Susunan fisik transistor merupakan sambungan dari bahan semikonduktor tipe P dan tipe N, seperti digambarkan pada gambar 1.

Gambar 1. Susunan fisik transistor

Gambar rangkaian pengganti transistor identik dengan dua buah dioda yang dipasang saling bertolak belakang seperti terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian pengganti transistor

Ada dua macam jenis transistor, yaitu jenis PNP dan NPN yang simbolnya diperlihatkan pada gambar 3.

Gambar 3. Simbol transistor

Contoh bentuk-bentuk fisik transistor bipolarGambar 4 Bentuk-bentuk fisik transistor bipolar

Pembiasan pada Transistor NPN

Transistor bipolar memiliki dua junction yaitu junction Emitor – Basis dan Junction Basis-Kolektor. Seperti pada dioda, arus listrik akan mengalir jika material P diberi bias positif, yaitu jika tegangan pada material P lebih positif dari material N. Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction basis-emiter diberi bias positif (forward bias) sedangkan basis-kolektor mendapat bias negatif (reverse bias).

Karena basis-emiter mendapat bias foward seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju basis. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutub + battery . Bila tidak ada kolektor, seluruh aliran elektron akan menuju basis, seperti pada dioda. Karena lebar basis yang sangat tipis, maka hanya sebagian kecil elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada basis. Sebagian besar elektron akan menembus lapisan basis menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor.Persyaratannya adalah lebar basis harus sangat tipis sehingga dapat ditembus oleh elektron.

Jika tegangan basis-emitor dibalik (reverse bias), tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika basis – emitor diberi bias maju (forward bias), maka elektron pada emitor akan mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias basis yang diberikan. Dengan demikian ternyata, arus basis mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emitor menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus basis yang kecil menghasilkan arus emitor-kolektor yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi kurang tepat, karena dengan penjelasan tersebut sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa basis mengatur, membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor sehingga berfungsi sebagai saklar (switch on/off).

Pembiasan Pada Transistor PNP

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. Karena emitor-basis mendapat bias foward maka seperti pada dioda, hole mengalir dari emitor menuju basis. Kolektor pada rangkaian ini lebih negatif sebab mendapat tegangan negatif. Karena kolektor ini lebih negatif, aliran holehole akan menuju basis seperti pada dioda. Tetapi karena lebar basis yang sangat tipis, hanya sebagian kecil hole yang dapat bergabung dengan elektron yang ada pada basis. Sebagian besar akan menembus lapisan basis menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor. Persyaratannya adalah lebar basis harus sangat tipis sehingga dapat dilalui oleh hole.bergerak menuju kutub negatif battery ini. Bila tidak ada kolektor, seluruh aliran

Penggunaan

BJT tetap menjadi peranti pilihan untuk beberapa penggunaan, seperti sirkuit diskrit, karena tersedia banyak jenis BJT, transkonduktansinya yang tinggi serta resistansi kekuasannya yang tinggi dibandingkan dengan MOSFET. BJT juga dipilih untuk sirkuit analog khusus, terutama penggunaan frekuensi sangat tinggi (VHF), seperti sirkuit frekuensi radio untuk sistem nirkabel. Transistor dwikutub dapat dikombinasikan dengan MOSFET dalam sebuah sirkuit terpadu dengan menggunakan proses BiCMOS untuk membuat sirkuit inovatif yang menggunakan kelebihan kedua tipe transistor.

Sensor suhu

Karena ketergantungan suhu dan arus pada tegangan panjar maju pertemuan basis-emitor yang dapat dihitung, sebuah BJT dapat digunakan untuk mengukur suhu dengan menghitung perbedaan dua tegangan pada dua arus panjar yang berbeda dengan perbandingan yang diketahui.

Pengubah logaritmik

Karena tegangan basis-emitor berubah sebagai fungsi logaritmik dari arus basis-emitor dan kolektor-emitor, sebuah BJT dapat juga digunakan untuk menghitung logaritma dan anti-logaritma. Sebuah dioda sebenarnya juga dapat melakukan fungsi ini, tetapi transistor memberikan fleksibilitas yang lebih besar.

Kerawanan

Pemaparan transistor ke radiasi menyebalan kerusakan radiasi. Radiasi menyebabkan penimbunan molekul cacat di daerah basis yang berlaku sebagai pusat penggabungan kembali. Hasil dari pengurangan umur pembawa minoritas menyebabkan transistor kehilangan penguatan.

BJT daya beresiko mengalami moda kegagalan yang dinamakan dobrakan sekunder. Pada moda kegagalan ini, beberapa titik pada kepingan semikonduktor menjadi panas dikarenakan arus yang mengalirinya. Bahang yang ditimbulkan menyebabkan pembawa lebih mudah bergerak. Sebagai hasilnya, bagian terpanas dari kepingan semikonduktor menghantarkan lebih banyak lagi arus. Proses regeneratif ini akan terus berlanjut hingga transistor mengalami kegagalan total atau pencatu daya mengalami kegagalan.



Sumber Inspirasi :
www.e-dukasi.net
id-wikipedia.org
www.google.com
buku catatan elektronika