Jelaskan bagaimana cara kerja dioda sebagai :
a. Jelaskan tentang UJT
b. Jelaskan tentang BJT
Jawab :
UNIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR (UJT)
Uni Junction Transistor atau Transistor pertemuan tunggal (UJT) adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik yang hanya mempunyai satu pertemuan. Unijunction Transistor (UJT) merupakan sebuah Komponen semikonduktor yang terdiri atas hubungan PN. Type P dihubungkan dengan emiter sedangkan Type N membentuk Base B1 dan B2. Komponen ini dikenal dengan nama “Dioda dua Basis”. Bahan dasar terbuat dari silikon. Gambar a menunjukkan susunan dasar UJT. Kira-kira ditengah batang silikon (material Type N) terdapatlah meterial P ini akan bekerja sebagai emiter E, jadi terdapatlah junction PN pada batangan tersebut.
Ada dua tipe dari transistor pertemuan tunggal, yaitu:
Transistor pertemuan tunggal dasar, atau UJT, adalah sebuah peranti sederhana yang pada dasarnya adalah sebuah batangan semikonduktor tipe-n yang ditambahkan difusi bahan tipe-p di suatu tempat sepanjang batangan, menentukan parameter η dari peranti. Peranti 2N2646 adalah versi yang paling sering digunakan.
Transistor pertemuan tunggal dapat diprogram, atau PUT, sebenarnya adalah saudara dekat tiristor. Seperti tiristor, ini terbentuk dari empat lapisan P-N dan mempunyai sebuah anoda dan sebuah katoda yang tersambung ke lapisan pertama dan lapisan terakhir, dan sebuah gerbang yang disambungkan ke salah satu lapisan tengah. Penggunaan PUT tidak dapat secara langsung dipertukarkan dengan penggunaan UJT, tetapi menunjukkan fungsi yang mirip. Pada konfigurasi sirkuit konvensional, digunakan dua resistor pemrogram untuk mengeset parameter η dari PUT, pada konfigurasi ini, UJT berlaku seperti UJT konvensional. Peranti 2N6027 adalah contoh dari peranti ini.
SIFAT DASAR UJT
Transistor ini dapat dipandang sebagai suatu pembagi tegangan yang terdiri dari dua buah tahanan yang berderet yaitu RB1 dan RB2 (lihat Gambar.). Adapun pertemuan PN bekerja sebagai Dioda. (lihat pelajaran yang lalu). Dioda akan menghantar / Konduksi bila diberi tegangan bias maju (Forward Bias), sebaliknya Dioda tidak akan menghantar bila diberi tegangan bias mundur (Reverse Bias).
Cara Kerja UJT
Perhatikan Gambar, antara terminal-terminal B1- B2 kita beri tegangan UB1 B2 = 9 Volt. Maka terjadilah pembagian tegangan antara RB1 dan RB2, Dioda tidak bekerja.
Mula-mula tegangan catu pada Emiter sama dengan nol, maka Dioda Emiter berada dalam keadaan Reverse bias. Bila tegangan ini diperbesar maka UE akan ikut bertambah besar,tetapi Emiter tetap tidak akan menghantar sebelum UE>U1 + UK. UK = Knee Voltage dari Dioda tersebut.
Setelah UE>U1+ UK, maka Dioda dalam keadaan Forward bias dan dia mulai menghantar. Oleh karena daerah P mendapat doping yang berat sedangkan daerah N didoping ringan, maka pada saat forward bias banyak hole dari daerah P ini yang tidak dapat berkombinasi dengan elektron bebas dari daerah N.
Hole-hole tersebut akan merupakan suatu pembawa muatan positip pada daerah basis 1 (B1). hal ini menyebabkan tahanan RB1 pada daerah basis turun hingga mencapai suatu harga yang kecil sekali, sehingga dapat dikatakan antara Emiter dan basis 1 (B1) terjadi hubung singkat.
Dari sini jelas bahwa dioda Emitor pada UJT berfungsi sebagai saklar dan saklar ini akan tetap tinggal tertutup selama arus Emitor masih lebih besar dari suatu harga tertentu yang disebut “Valley Current”.
Prinsip Kerja UJT
Prinsip kerja UJT tak ubahnya sebagai saklar Input dari jenis Transistor, ini diambil dari Emitor yang mempunyai tahanan dan tahanan ini dengan cepat menurun nilaianya jika tegangan Input naik sampai level tertentu.
PRINSIP KERJA UJT SEBAGAI OSCILATOR
Mula-mula pada C tidak ada muatan (Uc = 0). Tegangan ini adalah tegangan UE yang diberikan kepada emitor. Maka antara emitor E dan basis B1 ada perlawanan yang tinggi, sebab dikatakan ada potensial positip. Potensial pada katoda ini ditentukan oleh perbandingan antara P2-RB-RA (yang ada didalam transistor) dan R. Tegangan di C (Uc) naik dengan kecepatan yang ditentukan oleh konstanta waktu P1 dengan C. Maka tegangan pada E menjadi positip.
Jika tegangan Uc mencapai harga UpUJT (UE = Uc ³ Up) maka UJT akan menghantar, dan turunlah perlawanan antara Emitor E dan Basis 1.Penurunan perlawanan (tahanan) RE - B1 menghubung singkat C (kondensator membuang muatan). Bila tegangan C (Uc = UE) turun hingga mencapai ± 2V, maka UJT menyumbat lagi (sakelar S terbuka), pada kondisi ini C pun akan kembali mengisi muatan. Demikian kejadian ini terjadi berulang-ulang.
Bentuk tegangan pada kondensator dan Arus buang muatan (pengosongan) kondensator membangkitkan tegangan denyut pada R. Perubahan tahanan pada basis 2 diatur dengan potensiometer P2. P2 mengatur amplitudo gigi gergaji, sebab dengan P2 kita menetapkan tingginya amplitudo Up, makin besar P2, makin tinggi pula tegangan katoda, sehingga diperlukan tegangan UE yang lebih tinggi untuk menjadikan dioda menghantar. R berguna untuk mengatasi arus pengosongan dari C supaya dioda tidak rusak. Besarnya frekuensi ditentukan oleh konstanta waktu P1 - C dan juga oleh karakteristik UJT. Makin besar P1,makin rendah pula frekuensinya. Selama C membuang muatan, maka arus yang lewat R akan menimbulkan tegangan bentuk denyut (pulsa).
Sifat Listrik Pada UJT
Perhatikan gambar 1, kalau IE naik, maka tegangan antara emitor -B1 turun.
Di titik puncak Up dan titik lembah (Valley point) Uv, lengkung karakteristik mempunyai kelandaian (slope) = 0. Artinya dititiktitik itu lengkung tidak naik,juga tidak turun.
Dalam daerah dikiri Up, tidak mengalir arus emitor IE, sebab antara emitor dan basis 1 ada tegangan muka terbalik (reverse bias).
Dalam daerah dikanan Up ada arus emitor,sebab antara emitor dan basis 1 ada tegangan muka maju (forward bias).
Diantara titik-titik Up dan Uv maka kenaikan arus IE menyebabkan turunnya tegangan UE. Ini berarti bahwa dalam daerah ini terdapat perlawanan negatif (tahanan negatif).
Setelah melampaui titik lembah Uv, maka kenaikan IE dibarengi dengan kenaikan UE. Daerah ini dinamai daerah jenuh.(saturation region)
Ternyata bahwa Up ditentukan oleh :
a. Tegangan antara B1 - B2 (= UB1 B2) dan
b. Tegangan muka maju (forward bias) diantara emitor dan basis B1 atau tegangan pada basis.
Adapun UD berbanding terbalik dengan suhu. Kalau suhu naik UD turun. (UD = Tegangan muka maju antara E - B1 ) Tegangan bentuk gigi gergaji dapat diperoleh, kalau suatu kondensator secara bergantian mengisi dan membuang muatan (lihat Gbr. 1a). Mula-mula sakelar S kita taruh pada posisi 1. maka kondensator C dimuati tegangan dari batery melalui R. Secara berangsur tegangan pada C naik. Kecepatan kenaikan tegangan ini ditetapkan pada saat tegangan mencapai harga P, sakelar kita pindahkan ke posisi 2,maka C dihubung singkat,dan seketika membuang muatan. Tegangan Uc pun jatuh ke nol. Jika sakelar S secara bergantian dipindahkan dari 1 ke 2 dalam irama tertentu,maka pada kondensator terjangkit tegangan bentuk gigi gergaji. Tinggi tegangan (amplitudo) ditentukan oleh besarnya R.
BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR (BJT)
Transistor pertemuan dwikutub (BJT) adalah salah satu jenis dari transistor. Ini adalah peranti tiga-saluran yang terbuat dari bahan semikonduktor terkotori. Dinamai dwikutub karena operasinya menyertakan baik elektron maupun lubang elektron, berlawanan dengan transistor ekakutub seperti FET yang hanya menggunakan salah satu pembawa. Walaupun sebagian kecil dari arus transistor adalah pembawa mayoritas, hampir semua arus transistor adalah dikarenakan pembawa minoritas, sehingga BJT diklasifikasikan sebagai peranti pembawa-minoritas.
BJT (Bipolar Junction Transistor) tersusun atas tiga material semikonduktor terdoping yang dipisahkan oleh dua sambungan pn. Ketiga material semikonduktor tersebut dikenal dalam BJT sebagai emitter, base dan kolektor (Gambar 1). Daerah base merupakan semikonduktor dengan sedikit doping dan sangat tipis bila dibandingkan dengan emitter (doping paling banyak) maupun kolektor (semikonduktor berdoping sedang). Karena strukturnya fisiknya yang seperti itu, terdapat dua jenis BJT. Tipe pertama terdiri dari dua daerah n yang dipisahkan oleh daerah p (npn), dan tipe lainnya terdiri dari dua daerah p yang dipisahkan oleh daerah n (pnp). Sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan emitter dikenal sebagai sambungan base-emiter (base-emitter junction), sedangkan sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan kolektor dikenal sebagai sambungan base-kolektor (base-collector junction).
Menunjukkan simbol skematik untuk bipolar junction transistor tipe npn dan pnp. Istilah bipolar digunakan karena adanya elektron dan hole sebagai muatan pembawa (carriers) didalam struktur transistor.
NPN
NPN adalah satu dari dua tipe BJT, dimana huruf N dan P menunjukkan pembawa muatan mayoritas pada daerah yang berbeda dalam transistor. Hampir semua BJT yang digunakan saat ini adalah NPN karena pergerakan elektron dalam semikonduktor jauh lebih tinggi daripada pergerakan lubang, memungkinkan operasi arus besar dan kecepatan tinggi. Transistor NPN terdiri dari selapis semikonduktor tipe-p di antara dua lapisan tipe-n. Arus kecil yang memasuki basis pada tunggal emitor dikuatkan di keluaran kolektor. Dengan kata lain, transistor NPN hidup ketika tegangan basis lebih tinggi daripada emitor. Tanda panah dalam simbol diletakkan pada kaki emitor dan menunjuk keluar (arah aliran arus konvensional ketika peranti dipanjar maju).
PNP
Jenis lain dari BJT adalah PNP,
Transistor PNP terdiri dari selapis semikonduktor tipe-n di antara dua lapis semikonduktor tipe-p. Arus kecil yang meninggalkan basis pada moda tunggal emitor dikuatkan pada keluaran kolektor. Dengan kata lain, transistor PNP hidup ketika basis lebih rendah daripada emitor. Tanda panah pada simbol diletakkan pada emitor dan menunjuk kedalam.
Prinsip Kerja
Menunjukkan rangkaian kedua jenis transistor npn dan pnp dalam mode operasi aktif transistor sebagai amplifier. Pada kedua rangkaian, sambungan base-emiter (BE) dibias maju (forward-biased) sedangkan sambungan base-kolektor (BC) dibias mundur (reverse-biased).
Ketika base dihubungkan dengan catu tegangan positif dan emiter dicatu dengan tegangan negatif maka daerah depletion BE akan menyempit. Pencatuan ini akan mengurangi tegangan barrier internal sehingga muatan mayoritas (tipe n) mampu untuk melewati daerah sambungan pn yang ada. Beberapa hole dan elektron akan mengalami rekombinasi di daerah sambungan sehingga arus mengalir melalui device dibawa oleh hole pada base(daerah tipe-p) dan elektron pada emiter (daerah tipe-n ). Karena derajat doping pada emiter (daerah tipe n) lebih besar daripada base (daerah tipe p), arus maju akan dibawa lebih banyak oleh elektron. Aliran dari muatan minoritas akan mampu melewati sambungan pn sebagai kondisi reverse bias tetapi pada skala yang kecil sehingga arus yang timbul pun sangat kecil dan dapat diabaikan.
Elektron banyak mengalir dari emiter ke daerah base yang tipis. Karena daerah base berdoping sedikit, elektron pada hole tidak dapat berekombinasi seluruhnya tetapi berdifusi ke dalam daerah depletion BC. Karena base dicatu negatif dan kolektor dicatu positif (reverse bias), maka depletion BC akan melebar. Pada daerah depletion BC, elektron yang mengalir dari emiter ke base akan terpampat pada daerah depletion BC. Karena pada daerah kolektor terdapat muatan minoritas (ion positif) maka pada daerah sambungan BC akan terbentuk medan listrik oleh gaya tarik menarik antara ion positif dan ion negatif sehingga elektron tertarik kedaerah kolektor. Arus listrik kemudian akan mengalir melalui device.
