Jenis Transistor dan Cara Kerjanya
Transistor terdapat dua jenis, yaitu Bipolar Junction Transistors (BJT) dan Field Effect Transistors (FET). Secara garis besar cara kerja kedua transistor tersebut hampir sama, tetapi terdapat beberapa perbedaan pada sistem kerjanya yang membuat setiap transistor memiliki ciri khas tersendiri. Transistor BJT terbagi menjadi dua, yaitu NPN dan PNP. Transistor FET juga terbagi menjadi dua, yaitu JFET dan MOSFET.
A. BJT (Bipolar Junction Transistors)
Transistors BJT adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang terdiri dari dua sambungan P-N dan dapat diaplikasikan untuk memperkuat atau memperbesar sinyal. Ketiga terminal transistor BJT tersebut adalah Emitor (Emitter), Basis (Base), dan Kolektor (Collector).
Transistor BJT pada umumnya sering digunakan untuk memperkuat arus. Ini membuat transistor BJT berguna sebagai saklar atau amplifier. Transistor BJT memiliki aplikasi yang luas dalam perangkat elektronik, seperti ponsel, televisi, pemancar radio, dan kontrol industri.
Mengapa transistor ini dinamakan bipolar? Jadi, pada transistor BJT pembawa muatannya adalah hole dan elektron. Transistor BJT memiliki dua jenis, yakni PNP dan NPN. Pada jenis NPN pembawa mayoritas muatannya adalah elektron dan pembawa minoritas adalah hole. Kemudian, jenis PNP pembawa mayoritas muatannya adalah hole dan pembawa minoritas adalah elektron.
1. Pengertian Transistor PNP dan Cara Kerjanya
Transistor PNP adalah transistor yang terdiri dari satu semikonduktor tipe-N dan dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP merupakan kependekan dari Positif-Negatif-Positif.
Pada prinsipnya, transistor ini adalah perangkat elektronika yang dikendalikan oleh arus, di mana besar kecilnya arus yang mengalir dari emitor ke kolektor dikendalikan oleh sejumlah kecil arus di basis.
Cara Kerja Transistor PNP:
Terminal positif dari sumber tegangan dihubungkan dengan Emitor (tipe-P) dan terminal negatif dihubungkan dengan terminal Basis (tipe-N). Oleh karena itu, persimpangan Emitor-Basis terhubung dalam bias maju (forward bias).
Kemudian, terminal positif sumber tegangan lainnya dihubungkan dengan terminal Basis (tipe-N) dan terminal negatif dihubungkan dengan terminal kolektor (tipe-P). Oleh karena itu, persimpangan Basis-kolektor terhubung dalam bias terbalik (reverse bias).
2. Pengertian Transistor NPN dan Cara Kerjanya
Transistor NPN adalah transistor yang terdiri dari satu semikonduktor tipe-P dan dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN merupakan kependekan dari Negatif-Positif-Negatif.
Pada prinsipnya, transistor ini adalah perangkat elektronika yang dikendalikan oleh arus, di mana besar kecilnya arus yang mengalir dari kolektor ke emitor dikendalikan oleh sejumlah kecil arus di basis.
Cara Kerja Transistor NPN:
Persimpangan basis-emitor terhubung dalam kondisi bias maju dengan tegangan suplai. Dan sambungan basis-kolektor dihubungkan dalam kondisi bias mundur dengan tegangan suplai.
Dalam kondisi bias maju, terminal negatif tegangan suplai terhubung ke semikonduktor tipe-N (emitor). Sementara itu, dalam kondisi bias terbalik, terminal positif dari tegangan suplai terhubung ke semikonduktor tipe-N (kolektor).
Baca Juga: Daerah Operasi Transistor: Cut Off, Aktif, dan Saturasi
B. FET (Field Effect Transistors)
Transistor FET atau transistor efek medan adalah salah satu jenis transistor yang menggunakan medan listrik untuk mengendalikan konduktivitas suatu kanal/saluran (channel) dari jenis pembawa muatan tunggal dalam bahan semikonduktor.
FET biasa juga disebut sebagai Unipolar Junction Transistor (UJT) atau transistor ekakutub. Ini karena transistor FET hanya mempunyai satu pembawa mutan utama, yaitu elektron saja atau hole saja. Inilah yang membedakan dengan transistor BJT, karena BJT Pembawa muatan mayoritasnya dua, hole dan elektron.
Transistor FET memiliki terminal Source (S,) Drain (D), dan Gate (G) yang peranannya sama dengan emitor, kolektor, dan basis pada transistor BJT.
Namun, kebanyakan FET memiliki terminal keempat yang disebut body/bulk/substrat. Terminal keempat ini berfungsi untuk membuat bias transistor beroperasi, terminal body jarang digunakan dalam desain sirkuit, tetapi keberadaannya penting saat menyiapkan tata letak fisik sirkuit terpadu.
Pemanfaatan FET juga banyak digunakan di Integrated Circuits (IC) karena ukurannya yang ringkas dan konsumsi daya yang jauh lebih rendah. Selain itu, FET juga digunakan dalam aplikasi switching daya tinggi, sebagai voltage-variable resistor (VVR) di penguat operasional (Op-Amps), operational amplifiers (Op-Amps), tone controls, mixer operation FM dan TV receiver, dan di logic circuits.
Transistor FET diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu transistor Junction Field Effect Transistor (JFET) dan Transistor Efek Medan Metal-Oxide-Semiconductor (MOSFET).
1. Pengertian JFET (Junction Field Effect Transistor) dan Cara Kerjanya
Transistor JFET atau transistor efek medan sambungan adalah jenis paling awal dan paling sederhana dari transistor FET. Pada transistor ini, arus mengalir melalui kanal/saluran (channel) yang aktif antara terminal source dan drain.
Pada Gate diberikan tegangan yang berguna untuk mengatur aliran arus dari source ke drain. Dengan menerapkan tegangan bias balik pada terminal gate maka terciptalah depletion layer sehingga arus listrik dapat diatur besar kecilnya. Transistor JFET memiliki 2 tipe, yaitu kanal-N dan kanal-P.
I. Transistor JFET Kanal-N
Pada JFET kanal-N, semikonduktor yang berperan sebagai kanal didoping hingga menjadi kanal-N (negatif). Oleh karena itu, arus yang mengalir melalui kanal adalah dalam bentuk elektron.
Di tengah kanal terdapat substrat kanal-P (positif) yang sisinya saling berhadapan, pada kanal-P inilah terminal gate terhubung. Untuk terminal source dan drain terhubung pada ujung kanal-N.
Cara kerja transistor JFET kanal-N:
Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan di terminal gate, kanal menjadi jalur terbuka lebar bagi elektron untuk mengalir. Oleh karena itu, arus secara maksimum dapat mengalir dari terminal source ke gate. Besarnya aliran arus ditentukan oleh beda potensial antara terminal source dan gate dan resistansi internal kanal.
Namun, hal sebaliknya terjadi ketika tegangan negatif diterapkan ke terminal gate yang berhubungan dengan terminal source, membuat sambungan P-N bias mundur. Dengan begitu, terciptalah depletion layer yang membuat kanal menjadi lebih sempit sehingga meningkatkan resistansi kanal. Dan pada akhirnya aliran arus menjadi lebih sedikit.
II. Transistor JFET Kanal-P
Hampir sama dengan kanal-N, pada JFET kanal-P semikonduktor yang berperan sebagai kanal didoping hingga menjadi kanal-P (positif). Dengan demikian, arus yang mengalir melalui kanal adalah dalam bentuk hole.
Di tengah kanal terdapat substrat kanal-N (negatif) yang sisinya saling berhadapan, pada kanal-N inilah terminal gate terhubung. Sementara itu, untuk terminal source dan drain terhubung pada kedua ujung kanal kanal-P.
Cara kerja transistor JFET kanal-P:
Pada prinsip kerja JFET kanal-P juga mirip dengan JFET kanal-N. Perbedaan yang paling mencolok adalah pada kanal-P untuk membuat besar kecilnya resistansi pada kanal, yaitu dengan memberikan tegangan positif pada terminal gate yang terhubung dengan terminal source.
Namun, pada JFET kanal-N memiliki konduktivitas arus yang lebih besar karena resistansi saluran yang lebih rendah daripada kanal-P. Selain itu, elektron memiliki mobilitas yang lebih tinggi melalui konduktor dibandingkan dengan hole. Ini membuat JFET kanal-N lebih efisien daripada kanal-P.
2. Pengertian MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) dan Cara Kerjanya
MOSFET adalah perangkat empat terminal, yaitu Source (S), Gate (G), Drain (D), dan Body (B). Walau begitu, terminal pada body MOSFET umumnya terhubung dengan terminal source sehingga hanya terlihat membentuk perangkat semikonduktor tiga terminal layaknya Field-Effect Transistor lainnya. Selain itu, MOSFET juga dapat dirancang sekecil mungkin sehingga memungkin juga untuk dibuat sebagai Integrated Circuit (IC) dan Chip.
Cara kerja transistor MOSFET
Terminal body umumnya terhubung ke terminal source, body bekerja untuk memvariasikan lebar kanal/saluran di mana pembawa muatan mengalir (elektron atau hole). Pembawa muatan memasuki kanal dari source dan keluar melalui drain.
Lebar kanal yang dapat dilalui pembawa muatan, dikendalikan oleh tegangan pada terminal/elektroda gate yang terletak di antara source dan drain. Antara gate dan kanal diisolasi dengan lapisan oksida logam yang sangat tipis.
Permukaan semikonduktor pada lapisan oksida di bawah, terletak di antara terminal source dan drain dapat dibalik dari kanal-P ke kanal-N dengan menerapkan tegangan positif atau negatif pada gate. Ketika pada gate diberi tegangan positif maka hole yang ada di bawah lapisan oksida dengan gaya tolak didorong ke bawah (substrat).
Kemudian, depletion region diisi oleh muatan negatif yang terkait dengan atom akseptor (acceptor). Dengan begitu, elektron dapat mencapai kanal yang sudah terbentuk. Tegangan positif juga menarik elektron dari source dan mengalirkannya ke drain.
Jika sudah begitu, apabila tegangan diterapkan di source dan drain maka arus akan mengalir bebas dari source ke drain, dan gate berperan untuk mengontrol aliran elektron. Namun, Jika menerapkan tegangan negatif pada gate, kanal hole akan terbentuk di bawah lapisan oksida.
Jenis MOSFET
1. Depletion MOSFET
Depletion mode adalah jenis MOSFET yang ketika tidak ada tegangan melintasi terminal gate, kanal menunjukkan konduktansi maksimumnya. Namun, ketika terdapat tegangan melintasi terminal gate positif atau negatif maka konduktivitas saluran menurun.
2. Enhancement MOSFET
Enhancement mode adalah MOSFET yang ketika tidak ada tegangan melintasi terminal gate maka transistor tidak berfungsi. Namun, ketika ada tegangan maksimum melintasi terminal gate maka transistor menunjukkan konduktivitas yang meningkat.
Depletion mode dan Enhancement mode dibedakan menjadi dua, yaitu kanal-P dan kanal-N.
