1. Semikonduktor Tentang Pengaruh Pemberian Bias Pada Daerah Deplesi, Built-In-Voltage dan Kapasistansi.

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah 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 memiliki susunan  atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.Tahun 1906 ,pickard merancang suatu diode detector dari Kristal slikon yang disebut dengan nama Cat’s wishker, dimana alat yang di buatnya ini terdiri atas suatu kawat yang disambungkan dengan Kristal silikon. Alat inilah yang dikenal sebagai dioada semikonduktor yang pertama.dalam bidang industri penemuan komponen semikonduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam kehidupan manusia.

Susunan Atom Semikonduktor

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium 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 di bumi setelah oksigen (O₂). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir di pantai.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 (0^oK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gb. struktur dua dimensi kristal Silikon

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 menghantarkan listrik. Kenyataannya demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius. Mengenai sifat dari semikonduktor, berikut table dari sifat bahan semikonduktor :

Jenis-jenis Semikonduktor

Ada dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.

1)       Semikonduktor Intrinsik

Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi. Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.

Gb. struktur pita untuk (a). bahan isolator  (b). bahan semikonduktor  

(c). bahan isolator

2)       Semikonduktor Ekstrinsik

Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing.

Tujuan doping adalah meningkatkan konduktivitas semikonduktor, dan memperoleh semikonduktor dengan hanya satu pembawa muatan (elektron atau hole) saja. Perbandingan doping :

Atom dopant : Atom murni = 1 : 10⁶ s.d.

        · Semikonduktor tipe-n

Semikonduktor tipe-ndapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotorpentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atom-atompengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalenlengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.3).Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yangdihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-nkarenamenghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor.Secaraskematik .

        · Semikonduktor tipe-p

Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-pdapatdibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen (aluminium, boron,galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-atompengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanyadapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisiatom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisasebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.4) yangdisebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebutsemikonduktor tipe-pkarena menghasilkan pembawa muatan negatif pada kristal yangnetral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebutsebagai atom aseptor (acceptor).

Model Setara Penguat

Secara umum penguat (amplifier) dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga), yaitu penguat tegangan, penguat arus dan penguat transresistansi. Pada dasarnya kerja sebuah penguatadalah mengambil masukan (input), mengolahnya dan menghasilkan keluaran (output) yang besarnya sebanding dengan masukan. Besarnya tegangan keluaran (vo) dibandingkan dengan tegangan masukan (vi) dinyatakan sebagai

v = A v

Pada paragrap sebelumnya telah dijelaskan bagaimana semikonduktor sambungan NPN atau PNP terbentuk menjadi sebuah transistor. Pada beberapa rangkaian elektronik transistor sering difungsikan sebagai elemen penguat dan saklar terkendali. Dua hal yang membedakan, bila transistor dioperasikan sebagai penguat pemberian tegangan bias diletakkan pada daerah aktif (linier), sedangkan apabila transistor bekerjasebagai saklar pemberian tegangan bias berada pada daerah hantaranpenuh/sumbatan penuh (non linier).

Karakteristik masukan

Untuk memudahkan pengertian secara kualitatif perilaku dari bentukkarakteristik masukan dan keluaran suatu transistor dapat dipandang sebagai ekivalen dari dua buah dioda yang saling bertolak belakang dengan posisi katodanya saling dihubungkan.Gambar 1 memperlihatkan suatu simbol dan rangkaian pengganti transistor-npn, dimana pada daerah aktif susunan dioda antara emitor-basis mendapat tegangan bias maju (forward biased).Suatu sifat penting dari karakteristik masukan arus tegangan adalah menyerupai sifat sumber tegangan konstan yang ditandai dengan adanya tegangan ambang (V) dengan arus emitor kecil.Umumnya, besarnya tegangan ambang (gV) kira-kirag <0,3Vuntuk transistor Germanium dan <0.6Vuntuk transistor Silikon.Pada daerah diatas batasan tegangan ambang (V) terlihat jelasg sekali bentuk kurva dapat digunakan model pendekatan linier sumber arus konstan. Pada daerah ini terlihat perubahan tegangan basis emitor (VBE) yang sedemikian kecil akan menyebabkan perubahan arus kolektor (IC) cukup besar. Dengan perilaku yang demikian ini sangat memungkinkan sekali suatu alasan kenapa transistor banyak difungsikan sebagai penguat (amplification).

Konduktivitas

Sifat dari bahan konduktor adalah tidak adanya medan listrik di dalam konduktor. Pernyataan ini benar jika konduktor dalam keadaan keseimbangan statis. Tujuan dari pembicaraan ini adalah ingin menggambarkan apa yang terjadi jika muatan bergerak dalam konduktor. Muatan yang bergerak dalam sebuah konduktor, akan menghasilkan arus di bawah pengaruh medan listrik. Medan listrik ini muncul karena adanya pergerakan muatan sehingga situasinya non-elektrostatis. Keadaan ini sedikit berlawanan dengan situasi untuk
keseimbangan elektrostatis di mana muatan dalam keadaan diam sehingga tidak ada medan listrik di dalam. Muatan listrik yang dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain adalah muatan elektron. Elektron-elektron yang mudah berpindah disebut elektron bebas.Elektron-elektron bebas dalam logam merupakan gas elektron yang pada suhu sangat tinggi 70.000°C bersifat sebagai gas sempurna.Elektron-elektron bebas ini bergerak bebas di dalam sebuah bahan konduktor. Sehingga pada saat tertentu elektron-elektron ini akan berbenturan dengan elektron bebas yang lain. Dengan jumlah elektron bebas yang besar maka bahan konduktor mudah mengalirkan muatan listrik.Bahan konduktor yang baik dan sempurna jika mempunyai nilai konduktivitas yang besaryaitu (mendekati tak terhingga besarnya).Sebaliknya untuk hambatan atau hambatan jenisnya mempunyai nilai mendekati nol atau sangat kecil.

Bagaimana untuk isolator?Untuk isolator konduktivitas, hambatan, hambatan jenis, dan sifat elektron adalah berharga sebaliknya dengan konduktor.Konduktor dan isolator adalah suatu bahan yang mempunyai sifat kebalikan misalnya III untuk bahan konduktor mempunyai konduktivitas sangat besar sedang isolator sangat kecil.Konduktor mempunyai hambatan atau hambatan jenisnya kecil sedang untuk isolator hambatan atau hambatan jenisnya besar.Bagaimana untuk material atau bahan semikonduktor?Semikonduktor adalah suatu bahan atau benda yang mempunyai sifat sebagai konduktor dan isolator. Dengan kata lain bahan semikonduktor mempunyai kemampuan mengalirkan muatan di bawah sifat konduktor dan di atas sifat isolator. Untuk mendapatkan sifat konduktor dari bahan semikonduktor biasanya dilakukan penambahan jenis atom lain dengan konsentrasi tertentu atau disebut pendopingan. Contoh bahan ini adalah germanium, Ge dan silikon, Si.Bahan semikonduktor dapat dijumpai dalam penggunaan bahan-bahan elektronika.

PENGUAT TRANSISTOR

Transistor merupakan komponen dasar untuk system penguat. Untuk  bekerja sebagai penguat , transistor harus berada dalam keadaan aktif. Kondisi aktif dengan memberikan bias pada transistor.

Ada 3 Macam  konfigurasi dari rangkaian penguat transistor yaitu :

1)      Common-Emitter (CE) atau Emitter ditanahkan

2)      Common-Base (CB) atau Basis Ditanahkan dan

3)      Common-Collector (CC) atau Kolektor ditanahkan.

a.       Penguat Common Base (Basis Ditanahkan)

Penguat common base adalah penguat yang kaki basis transistor di groundkan atau ditanahkan, lalu input dimasukkan ke emitor dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base Mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.

Penguat Common Base Mempunyai Karakter sebagai berikut :

§  Adanya   isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga meminimalkan efek umpan balik.

§  Mempunyai impedansi input yang relative tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (Pre Amplifier)

§  Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF

§  Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.

b.      Penguat Common Emitter (Emitor ditanahkan)

Penguat common emitter adalah penguat yang kaki emitter  transistor di groundkan atau ditanahkan, lalu input dimasukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base Mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.

Penguat Common Emiter  Mempunyai Karakter sebagai berikut :

§  Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal input

§  Sangat mungkin terjadi isolasi karena adanya  umpan balik positif , sehingga sering dipasang umpan balik negative untuk mencegahnya.

§  Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal audio)

§  Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.

c.       Penguat Common collector (kolektor ditanahkan)

Penguat common kolektor adalah penguat yang kaki kolektor  transistor di groundkan atau ditanahkan, lalu input dimasukkan ke basis dan output diambil pada kaki emitor. Penguat Common Base Mempunyai karakter sebagai penguat Arus.

Penguat Common kolektor  Mempunyai Karakter sebagai berikut :

§  Sinyal outputnya sefase dengan sinyal input

§  Mempunyai penguatan tegangan sama dengan 1

§  Mempunyai prnguatan arus sama dengan HFE transistor

§  Cocok dipakai untuk penguat penyangga karena mempunyai impedansi output yang rendah.