Bahan Semikonduktor

Prinsip Dasar Semikonduktor

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; terutama dilihat  mamfaatnya dalam membantu kelancaran proses industri, diantaranya:

1.  Dipergunakannya komponen pasif seperti hambatan,kapasitor,inductor,dan transformator sebagai kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik.

2.   Dibuatnya alat elektronik radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV warna, pemancar FM.

3. Penggunaan alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan mesin-mesin industry,dengan ditemukannya; diode tegangan tinggi, diode daya tinggi.

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. 10⁸

Read more »

Cara Menghitung Nilai Resistansi Resistor

Menghitung nilai resistansi pada resistor merupakan hal yang penting saat kita mempelajari bidang elektro atau elektronika, maka kali ini saya akan membagi sedikit ilmu tentang gelang warna pada resistor dan bagaimana cara menghitung nilai resistansinya.

Kode Warna Resistor

Resistor yang menggunakan kode warna ada 3 macam, yaitu:

1. Resistor dengan 4 pita warna dengan 1 pita warna untuk toleransi.

2. Resistor dengan 5 pita warna dengan 1 pita warna untuk toleransi

3. Resistor dengan 5 pita warna dengan 1 pita warna untuk toleransi dan 1 pita warna untuk reliabilitas

Sedangkan ukuran resistor bermacam macam sesuai dengan ukuran daya resistor itu. Dipasaran terdapat beberapa ukuran daya seperti ditunjukkan pada Gambar 1, Gambar 2 untuk komposisi karbon dan Gambar 3, Gambar 4 untuk metal film

Kode warna resistor dapat disederhanakan seperti pada Gambar di bawah ini.

GGb. Tabel warna pada resistor

Cara menggunakan tabel pada Gambar diatas adalah sebagai berikut:

1. Kolom colour menunjukkan warna pita pita pada resistor. Supaya mudah dihafal maka dapat diringkas menjadi hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u-a-p-em-per-no, yaitu kempanjangan dari hitam-coklat-merah-jingga(oranye)-kuning-hijau-biru-ungu-abu abu-putih-emas-perak-no warna.
2. Kolom band a, band b, band c, adalah pita resistor yang menunjukkan angka resistansi.
3. Kolom band d adalah pita resistor yang menunjukkan nilai resistansi namun dikalikan dengan nilai pada band a, band b, band c.
4. Kolom band d adalah pita resistor yang menunjukkan nilai toleransi.
5. Kolom band e adalah pita resistor yang menunjukkan nilai reliabilitas.
6. Untuk membedakan resistor dengan 5 pita dengan pita terakhir adalah toleransi dan 5 pita dengan pita terakhir adalah reliabilitas adalah dengan melihat jarak pita terakhir. Jika jaraknya lebar maka pita kelima adalah reliabilitas dan jika jaraknya sama dengan pita pita yang lain maka pita kelima adalah toleransi.
7. Pita pertama suatu resistor adalah yang paling dekat dengan ujung resistor

Contoh : 

1. Berapa nilai resistor di bawah ini?

Jawab

Resistor ini memliki 5 pita warna dengan satu pita terakhir memiliki jarak terpisah.

Pita pertama kuning: (hi-co-me-ji-ku) => 4

Pita kedua abu abu: (hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u-a) => 8

Pita ketiga ungu: (hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u) => 7

Pita keempat merah: (hi-co-me) => x 100

Pita kelima emas: (hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u-a-p-em) => toleransi + 5 %

(*) jadi nilai resistansinnya sebesar 48700 ohm atau 48K7 dengan toleransi + 5 %

2. Berapa nilai resistor di bawah ini?

     

Jawab

Resistor ini memliki 5 pita warna dengan satu pita terakhir memiliki jarak terpisah.

Pita pertama coklat: (hi-co) => 1

Pita kedua putih: (hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u-a-p) => 9

Pita ketiga kuning: (hi-co-me-ji-ku) => 4

Pita keempat coklat: (hi-co) => x 10

Pita kelima coklat: (hi-co) => toleransi + 1 %

(*) jadi nilai resistansinnya sebesar 1940 ohm atau 19K4 dengan toleransi + 1 %

Read more »

Komponen-komponen Listrik

1. Kapasitor (Kondensator)

Kapasitor atau kondensator yang ada pada rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu komponen yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.

Gb. Jenis-jenis kapasitor

ada bebrapa jenis kapasitor :
 a. Kapasitor elektrolit
 b. Kapasitor tantalum
 c. Kapasitor polister film
 d. Kapasitor poliproyene
 e. Kapasitor kertas
 f. Kapasitor mika
 g. Kapasitor keramik
 h. Kapasitor Epoxy 
 i.  Kapasitor variable

Kapasitor ini ditemukan ditemukan oleh ilmuan yang bernama Michael Faraday (1791-1867). satuan dari kapasitor disebut Farad (F)

2. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat arus listrik dan menghasilkan nilai resistansi tertentu. kemampian resistor dalam menghambat arus listrik sangat beragam disesuaikan dengan nilai resistansi resistor tersebut.

Resisitor yang paling banyak beredar dalam pasaran adalah resistor dengan bahan komposisi karbon, dan metal film. resistor ini biasanya berbentuk silinder dengan pita-pita warna yang melingkar dibadan resistor. pita-pita warna tersebut biasa dikenal sebagai kode resistor.

Gb. Resistor

Fungsi dari Resistor adalah :

1. Sebagai pembagi arus
2. Sebagai penurun tegangan
3. Sebagai pembagi tegangan
4. Sebagai penghambat aliran arus listrik,dan lain-lain.

3. Induktor

Induktor adalah komponen yang tersusun dari lilitan kawat. Induktor termasuk juga komponen yang dapat menyimpan muatan listrik. Bersama kapasitor induktor dapat berfungsi sebagai rangkaian resonator yang dapat beresonansi pada frekuensi tertentu.

Gb. Induktor

Fungsi Induktor:

1. Penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet
2. Menahan arus bolak-balik/ac
3. Meneruskan/meloloskan arus searah/dc
4. Sebagai penapis (filter)
5. Sebagai penalaan (tuning)

Kumparan/coil ada yang memiliki inti udara, inti besi, atau inti ferit.
Nilai/harga dari inductor disebut sebagai induktansi dengan satuan dasar henry.

Simbol Induktor :

Jenis induktor :

1. Fixed coil, yaitu inductor yang memiliki harga yang sudah pasti. Biasanya dinyatakan dalam kode warna seperti yang diterapkan pada resistor. Harganya dinyatakan dalam satuan mikrohenry (μH).
2. Variable coil, yaitu inductor yang harganya dapat diubah-ubah atau disetel. Contohnya adalah coil yang digunakan dalam radio.
3. Choke coil (kumparan redam), yaitu coil yang digunakan dalam teknik sinyal frekuensi tinggi.

 4. Dioda

Dioda adalah semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N. Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik.

Simbol dioda :

Fungsi Dioda :

1. Penyearah, contoh : dioda bridge
2. Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener
3. Pengaman /sekering
4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.
5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen dc kepada suatu sinyal ac
6. Pengganda tegangan.
7. Sebagai indikator, yaitu LED (light emiting diode)
8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier
9. Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo
10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor

Jenis Dioda :

1. Dioda standar
2. LED (light emiting diode)
3. Dioda Zener
4. Dioda photo
5. Dioda varactor

5. Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Gb. Transformator

Gb. Lambang transformator %

 Gb. Bagian bagian transformator

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Read more »

Rangkaian Listrik

Definisi - Definisi 

Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling 

dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan 

tertutup. 

Elemen atau komponen yang akan dibahas pada mata kuliah Rangkaian Listrik terbatas 

pada elemen atau komponen yang memiliki dua buah terminal atau kutub pada kedua 

ujungnya. Untuk elemen atau komponen yang lebih dari dua terminal dibahas pada mata 

kuliah Elektronika. 

Pembatasan elemen atau komponen listrik pada Rangkaian Listrik dapat dikelompokkan 

kedalam elemen atau komponen aktif dan pasif. Elemen aktif adalah elemen yang 

menghasilkan energi dalam hal ini adalah sumber tegangan dan sumber arus, mengenai 

sumber ini akan dijelaskan pada bab berikutnya. Elemen lain adalah elemen pasif 

dimana elemen ini tidak dapat menghasilkan energi, dapat dikelompokkan menjadi 

elemen yang hanya dapat menyerap energi dalam hal ini hanya terdapat pada komponen 

resistor atau banyak juga yang menyebutkan tahanan atau hambatan dengan simbol R, 

dan komponen pasif yang dapat menyimpan energi juga diklasifikasikan menjadi dua 

yaitu komponen atau lemen yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam 

hal ini induktor atau sering juga disebut sebagai lilitan, belitan atau kumparan dengan 

simbol L, dan kompone pasif yang menyerap energi dalam bentuk medan magnet dalam 

hal ini adalah kapasitor atau sering juga dikatakan dengan kondensator dengan simbol 

C, pembahasan mengenai ketiga komponen pasif tersebut nantinya akan dijelaskan pada 

bab berikutnya. 
Elemen atau kompoen listrik yang dibicarakan disini adalah : 

1. Elemen listrik dua terminal 

a. Sumber tegangan 

b. Sumber arus 

c. Resistor ( R ) 

d. Induktor ( L ) 

e. Kapasitor ( C ) 

2. Elemen listrik lebih dari dua terminal 

a. Transistor 

b. Op-amp 

Berbicara mengenai Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian dari 

rangkaian itu sendiri, dimana rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen 

atau komponen penyusunnya ditambah dengan rangkaian penghubungnya dimana 

disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan 

kata lain hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita dapat menganalisis suatu 

rangkaian. 

Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari 

titik yang dimaksud akan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tidak 

memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh. 

Rangkaian listrik merupakan dasar dari  teori rangkaian pada teknik elektro yang 

menjadi dasar atay fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, 

sistem computer, putaran mesin, dan teori control.

Arus Listrik

Pada pembahasan tentang rangkaian listrik, perlu kiranya kita mengetahui terlebih 
dahulu beberapa hal megenai apa itu yang dimaksud dengan listrik. Untuk memahami 
tentang listrik, perlu kita ketahui terlebih dahulu pengertian dari arus. 
Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang 
mengalir dalam  satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), dengan 
kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka 
akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. 
Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah 
satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern 
menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat 
netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral.  
Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif 
Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan 
arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan 
elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain. 
Coulomb adalah unit dasar dari  International System of Units (SI) yang digunakan 
untuk mengukur muatan listrik. 

Simbol  : Q = muatan konstan

                q = muatan tergantung satuan waktu

muatan 1 elektron  = -1,6021 x 10^-19  coulomb

              1 coulomb = -6,24 x 10¹⁸ elektron

Secara matematis arus didefinisikan :

i = dq/dt

Satuannya : Ampere (A)

Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positif. Ketika terjadi beda 
potensial disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimaan arah arus 
positif mengalir sebaliknya.


Macam-macam arus : 

1. Arus searah (Direct Current/DC) 

Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan 
waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada wakttu berbeda akan 
mendapatkan nilai yang sama.

2. Arus bolak-balik (Alternating Current/AC)

Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu (mempunyai perida waktu : T).   

Read more »