Transistor

Sebuah transistor adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk memperkuat dan beralih elektronik sinyal dan daya listrik . Hal ini terdiri dari semikonduktor bahan dengan setidaknya tiga terminal untuk koneksi ke sirkuit eksternal. Tegangan atau arus diterapkan pada sepasang terminal transistor perubahan arus yang melalui sepasang terminal. Karena dikendalikan (output) yang daya bisa lebih tinggi dari pengendalian (input) daya, transistor dapat memperkuat sinyal. Hari ini, beberapa transistor dikemas secara individual, tetapi lebih banyak lagi yang ditemukan tertanam dalam sirkuit terpadu .

Transistor adalah blok bangunan dasar yang modern perangkat elektronik , dan di mana-mana dalam sistem elektronik modern. Setelah perkembangannya pada tahun 1947 oleh John Bardeen , Walter Brattain , dan William Shockley , transistor merevolusi bidang elektronik, dan membuka jalan bagi lebih kecil dan lebih murah radio , kalkulator , dan komputer , antara lain. Transistor pada daftar IEEE tonggak dalam elektronik, dan penemu bersama-sama dianugerahi 1956 Penghargaan Nobel dalam Fisika atas prestasi mereka.

Pentingnya Transisitor

Sebuah transistor Darlington membuka sehingga chip transistor yang sebenarnya (kotak kecil) dapat dilihat dalam. Sebuah transistor Darlington secara efektif dua transistor pada chip yang sama. Satu transistor jauh lebih besar daripada yang lain, tetapi keduanya besar dibandingkan dengan transistor dalam integrasi skala besar karena contoh khusus ini dimaksudkan untuk aplikasi daya.

Transistor adalah komponen aktif utama dalam hampir semua modern elektronik . Banyak menganggap itu sebagai salah satu penemuan terbesar abad ke-20. Pentingnya Its di masyarakat saat ini terletak pada kemampuannya untuk menjadi diproduksi secara massal menggunakan proses sangat otomatis ( perangkat semikonduktor fabrikasi ) yang mencapai luar biasa rendah biaya per-transistor . Penemuan transistor pertama di Bell Labs bernama sebuah IEEE Milestone pada tahun 2009.

Meskipun beberapa perusahaan masing-masing menghasilkan lebih dari satu miliar dikemas secara individual (dikenal sebagai discrete ) transistor setiap tahun, sebagian besar transistor yang sekarang diproduksi dalam sirkuit terpadu (sering disingkat IC, microchip atau hanya chip), bersama dengan dioda , resistor , kapasitor dan lain komponen elektronik , untuk menghasilkan sirkuit elektronik yang lengkap. Sebuah gerbang logika terdiri dari sampai dengan sekitar dua puluh transistor sedangkan mikroprosesor canggih, seperti tahun 2009, dapat menggunakan sebanyak 3 miliar transistor ( MOSFET ). "Sekitar 60 juta transistor yang dibangun pada tahun 2002 ... untuk [masing-masing] pria, wanita, dan anak-anak di Bumi. "

Transistor murah, fleksibilitas, dan kehandalan telah membuat perangkat di mana-mana. Transistorized mekatronika sirkuit telah menggantikan perangkat elektromekanis dalam mengendalikan peralatan dan mesin. Hal ini sering lebih mudah dan lebih murah untuk menggunakan standar mikrokontroler dan menulis sebuah program komputer untuk melaksanakan fungsi kontrol daripada merancang sebuah fungsi kontrol mekanik setara.

Operasi Sederhana

Kegunaan penting dari transistor berasal dari kemampuannya untuk menggunakan sinyal kecil diterapkan antara sepasang terminal untuk mengontrol sinyal yang jauh lebih besar pada sepasang terminal. Properti ini disebut gain . Sebuah transistor dapat mengontrol output secara proporsional dengan sinyal input, yaitu, dapat bertindak sebagai penguat . Atau, transistor dapat digunakan untuk mengaktifkan atau menonaktifkan saat ini di sirkuit sebagai elektrik dikendalikan saklar , dimana jumlah arus ditentukan oleh elemen sirkuit lainnya.

Ada dua jenis transistor, yang memiliki sedikit perbedaan dalam bagaimana mereka digunakan dalam sebuah rangkaian. Sebuah transistor bipolar memiliki terminal basis berlabel, kolektor, dan emitor. Arus kecil di terminal dasar (yaitu, mengalir antara basis dan emitor) dapat mengendalikan atau mengalihkan arus yang jauh lebih besar antara kolektor dan emitor terminal. Untuk transistor efek medan , terminal diberi label gerbang, sumber, dan tiriskan, dan tegangan di pintu gerbang dapat mengontrol arus antara sumber dan tiriskan.

Gambar ke kanan merupakan transistor bipolar khas di sirkuit. Biaya akan mengalir antara emitor dan kolektor terminal tergantung pada arus di dasar. Karena internal dasar dan koneksi emitor berperilaku seperti dioda semikonduktor, penurunan tegangan antara basis dan emitor sementara arus basis ada. Jumlah tegangan ini tergantung pada bahan transistor terbuat dari, dan disebut sebagai V BE.

Transistor sebagai saklar

Transistor biasanya digunakan sebagai saklar elektronik, baik untuk aplikasi daya tinggi seperti beralih-mode pasokan listrik dan untuk aplikasi daya rendah seperti gerbang logika .

Dalam transistor sirkuit ground-emitor, seperti sirkuit cahaya-switch ditunjukkan, sebagai tegangan basis naik, emitor dan kolektor arus meningkat secara eksponensial. Tegangan kolektor turun karena berkurangnya resistensi dari kolektor ke emitor. Jika perbedaan tegangan antara kolektor dan emitor adalah nol (atau mendekati nol), arus kolektor akan hanya dibatasi oleh resistansi beban (lampu) dan tegangan suplai. Ini disebut kejenuhan karena arus mengalir dari kolektor ke emitor bebas. Ketika jenuh, saklar dikatakan pada.

Menyediakan basis drive yang tidak cukup saat ini adalah masalah utama dalam penggunaan transistor bipolar sebagai saklar. Transistor memberikan gain arus, sehingga arus yang relatif besar di kolektor harus diaktifkan oleh arus jauh lebih kecil ke dalam terminal basis. Rasio arus ini bervariasi tergantung pada jenis transistor, dan bahkan untuk jenis tertentu, bervariasi tergantung pada arus kolektor. Pada contoh rangkaian lampu-switch ditunjukkan, resistor dipilih untuk menyediakan arus yang cukup dasar untuk memastikan transistor akan jenuh.

Dalam setiap rangkaian switching, nilai-nilai tegangan input akan dipilih sedemikian rupa sehingga output baik benar-benar off, atau sepenuhnya pada. Transistor bertindak sebagai saklar, dan jenis operasi yang umum di sirkuit digital di mana hanya "on" dan "off" nilai-nilai yang relevan.

Keuntungan

Keuntungan utama yang telah memungkinkan transistor untuk menggantikan tabung vakum pendahulu mereka dalam sebagian besar aplikasi

Tidak ada konsumsi daya pemanas katoda.

Ukuran kecil dan berat minimal, memungkinkan pengembangan perangkat elektronik miniatur.

Tegangan operasi yang rendah kompatibel dengan baterai hanya beberapa sel.

Tidak ada periode pemanasan untuk pemanas katoda diperlukan setelah aplikasi listrik.

Disipasi daya yang rendah dan efisiensi energi yang lebih besar umumnya.

Keandalan yang lebih tinggi dan kekasaran fisik yang lebih besar.

Sangat panjang umur. Beberapa perangkat transistorized telah bekerja selama lebih dari 50 tahun.

Perangkat pelengkap tersedia, memfasilitasi desain komplementer-simetris sirkuit, sesuatu yang tidak mungkin dengan tabung vakum.

Ketidakpekaan terhadap guncangan dan getaran mekanik, sehingga menghindari masalah microphonics dalam aplikasi audio.

Jenis

Transistor dikategorikan berdasarkan

- Bahan semikonduktor (tanggal pertama kali digunakan): the metaloid germanium (1947) dan silikon (1954) - di amorf , polikristalin dan monocrystalline bentuk, sedangkan senyawa arsenide gallium (1966) dan silikon karbida (1997), paduan silikon-germanium (1989) , yang alotrop karbon graphene (penelitian berlangsung sejak tahun 2004), dll-lihat bahan Semiconductor

- Struktur : BJT , JFET , IGFET ( MOSFET ), insulated-gate transistor bipolar , "jenis lain"

Polaritas listrik (positif dan negatif): n-p-n , p-n-p (BJTs); n-channel, p-channel (FET)

- Maksimum power rating : rendah, sedang, tinggi

- Maksimum frekuensi operasi : rendah, sedang, tinggi, radio (RF), microwave frekuensi (frekuensi efektif maksimum transistor dilambangkan dengan istilah  , Singkatan untuk transisi frekuensi -frekuensi transisi adalah frekuensi di mana transistor menghasilkan gain)

- Aplikasi : switch, tujuan umum, audio, tegangan tinggi , super-beta, pasangan yang cocok

- Kemasan fisik : melalui lubang logam, melalui lubang plastik, permukaan mount , bola grid array , daya modul-lihat Packaging

- Faktor amplifikasi h fe , β F ( transistor beta ) atau g m ( transkonduktansi ).

Dengan demikian, transistor tertentu dapat digambarkan sebagai silikon, permukaan-mount, BJT, n-p-n,-daya rendah, switch frekuensi tinggi.