Transistor sambungan dwikutub: Perbedaan antara revisi

'''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''.

 

[[Berkas:NPN BJT Basic Operation (Active).svg|thumb|500px|NPN BJT dengan pertemuan E–B dipanjar maju dan pertemuan B–C dipanjar mundur]]

Transistor NPN dapat dianggap sebagai dua dioda adu punggung tunggal anoda. Pada penggunaan biasa, pertemuan p-n emitor-basis dipanjar maju dan pertemuan basis-kolektor dipanjar mundur. Dalam transistor NPN, sebagai contoh, jika tegangan positif dikenakan pada pertemuan basis-emitor, keseimbangan diantara pembawa terbangkitkan kalor dan medan listrik menolak pada daerah pemiskinan menjadi tidak seimbang, memungkinkan elektron terusik kalor untuk masuk ke daerah basis. Elektron tersebut mengembara (atau menyebar) melalui basis dari daerah konsentrasi tinggi dekat emitor menuju konsentrasi rendah dekat kolektor. Elektron pada basis dinamakan pembawa minoritas karena basis dikotori menjadi tipe-p yang menjadikan lubang sebagai pembawa mayoritas pada basis.

Daerah basis pada transistor harus dibuat tipis, sehingga pembawa tersebut dapat menyebar melewatinya dengan lebih cepat daripada umur pembawa minoritas semikonduktor untuk mengurangi bagian pembawa yang bergabung kembali sebelum mencapai pertemuan kolektor-basis. Untuk memastikannya, ketebalan basis dibuat jauh lebih rendah dari panjang penyebaran dari elektron. Pertemuan kolektor-basis dipanjar terbalik, jadi sedikit sekali injeksi elektron yang terjadi dari kolektor ke basis, tetapi elektron yang menyebar melalui basis menuju kolektor disapu menuju kolektor oleh medan pada pertemuan kolektor-basis.

Arus kolektor-emitor dapat dipandang sebagai terkendali arus basis-emitor (kendali arus) atau tegangan basis-emitor (kendali tegangan). Pandangan tersebut berhubungan dengan hubungan arus-tegangan dari pertemuan basis-emitor, yang mana hanya merupakan kurva arus-tegangan eksponensial biasa dari dioda pertemuan p-n.<ref name="hh">{{cite book|author=[[Paul Horowitz]] and [[Winfield Hill]]|title=[[The Art of Electronics]]|edition=2^nd|year=1989|publisher=Cambridge University Press|isbn=9780521370950|url=http://books.google.com/books?id=bkOMDgwFA28C&pg=PA113&dq=bjt+charge+current+voltage+control+inauthor:horowitz+inauthor:hill&as_brr=0&ei=A33kRuT6Co3goAKF5pSqCw&sig=EmoHsk3zMEtvV1VYKR65A4I1SCM}}</ref>

Penjelasan fisika untuk arus kolektor adalah jumlah muatan pembawa minoritas pada daerah basis.<ref name=hh/><ref>{{cite book|title=Semiconductor Device Physics and Simulation|author=Juin Jei Liou and Jiann S. Yuan|publisher=Springer|year=1998|isbn=0306457245|url=http://books.google.com/books?id=y343FTN1TU0C&pg=PA166&dq=charge-controlled+bjt+physics&as_brr=0&ei=l9viRqilEIjopQL_i6WFDg&sig=vXciSaFRmNUmg3KIhmBX7DCiVOA}}</ref><ref>{{cite book|title=Transistor Manual|author=General Electric|edition=6^th|year=1962|page=12}} "If the principle of space charge neutrality is used in the analysis of the transistor, it is evident that the collector current is controlled by means of the positive charge (hole concentration) in the base region. ... When a transistor is used at higher frequencies, the fundamental limitation is the time it takes the carriers to diffuse across the base region..." (same in 4^th and 5^th editions)</ref> Model mendetail dari kerja transistor, [[model Gummel–Poon]], menghitung distribusi dari muatan tersebut secara eksplisit untuk menjelaskan perilaku transistor dengan lebih tepat.<ref>{{cite book|title=Semiconductor Device Modeling with Spice|author=Paolo Antognetti and Giuseppe Massobrio|publisher=McGraw–Hill Professional|year=1993|isbn=0071349553|url=http://books.google.com/books?id=5IBYU9xrGaIC&pg=PA96&dq=gummel-poon+charge+model&as_brr=3&ei=v4TkRp-4Gp2cowLM7bnCCw&sig=vYrycIhlQKCq7VmoK231pjYXPyU#PPA98,M1}}</ref> Pandangan mengenai kendali-muatan dengan mudah menangani transistor-foto, dimana pembawa minoritas di daerah basis dibangkitkan oleh penyerapan foton, dan menangani pematian dinamik atau waktu pulih, yang mana bergantung pada penggabungan kembali muatan di daerah basis. Walaupun begitu, karena muatan basis bukanlah isyarat yang dapat diukur pada saluran, pandangan kendali arus dan tegangan biasanya digunakan pada desain dan analisis sirkuit.

Pada desain sirkuit analog, pandangan kendali arus sering digunakan karena ini hampir linier. Arus kolektor kira-kira <math>\beta_F</math> kali lipat dari arus basis. Beberapa sirkuit dasar dapat didesain dengan mengasumsikan bahwa tegangan emitor-basis kira-kira tetap, dan arus kolektor adalah beta kali lipat dari arus basis. Walaupun begitu, untuk mendesain sirkuit BJT dengan akurat dan dapat diandalkan, diperlukan model kendali-tegangan (sebagai contoh [[model Ebers–Moll]])<ref name=hh/>. Model kendali-tegangan membutuhkan fungsi eksponensial yang harus diperhitungkan, tetapi jika ini dilinierkan, transistor dapat dimodelkan sebagai sebuah transkonduktansi, seperti pada [[model Ebers–Moll]], desain untuk sirkuit seperti penguat diferensial menjadi masalah linier, jadi pandangan kontrol-tegangan sering diutamakan. Untuk sirkuit translinier, dimana kurva eksponensiak I-V adalah kunci dari operasi, transistor biasanya dimodelkan sebagai terkendali tegangan dengan transkonduktansi sebanding dengan arus kolektor.

Transistor dwikutub mengalami beberapa karakteristik tundaan ketika dihidupkan dan dimatikan. Hampir semua transistor, terutama transistor daya, mengalami waktu simpan basis yang panjang sehingga membatasi frekuensi operasi dan kecepatan pensakelaran. Salah satu cara untuk mengurangi waktu penyimpanan ini adalah dengan menggunakan [[penggenggam Baker]].

Perbandingan elektron yang mampu melintasi basis dan mencapai kolektor adalah ukuran dari efisiensi transistor. Pengotoran cerat pada daerah emitor dan pengotoran ringan pada daerah basis menyebabkan lebih banyak elektron yang diinjeksikan dari emitor ke basis daripada lubang yang diinjeksikan dari basis ke emitor. Penguatan arus moda tunggal emitor diwakili oleh β_F atau h_fe, ini kira-kira sama dengan perbandingan arus DC kolektor dengan arus DC basis dalam daerah aktif-maju. Ini biasanya lebih besar dari 100 untuk transistor isyarat kecil, tapi bisa sangat rendah, terutama pada transistor yang didesain untuk penggunaan daya tinggi. Parameter penting lainnya adalah penguatan arus tunggal-basis, α_F. Penguatan arus tunggal-basis kira-kira adalah penguatan arus dari emitor ke kolektor dalam daerah aktif-maju. Perbandingan ini biasanya mendekati satu, diantara 0,9 dan 0,998.

Alfa dan beta lebih tepatnya berhubungan dengan rumus berikut (transistor NPN):

::<math>\beta_F = \frac{\alpha_{T}}{1 - \alpha_{T}}\iff \alpha_{T} = \frac{\beta_F}{\beta_F+1}</math>

 

[[Berkas:npn BJT cross section.PNG|thumb|left|250px|Irisan transistor NPN yang disederhanakan]]

[[Berkas:Transistor-die-KSY34.jpg|thumb|right|200px|Kepingan transistor NPN frekuensi tinggi KSY34, basis dan emitor disambungkan melalui ikatan kawat]]

<!-- ÐμÄÆÅÀ”ÁÂÃÇÈÉÊËÌÍÎÏÖØÒÓÔÕÑÙ“ÚÛÜÝÞετασχηäæåàáâãèισήςгéêëîïøòóôзкинфмõñ$ùúûü×–—≥≈•ßý§¡¿~¤¥&€þçðìí£ö$`→ -->

 

[[Berkas:BJT NPN symbol (case).svg|thumb|100px|Simbol NPN BJT.]]

 

Tanda panah dalam simbol diletakkan pada kaki emitor dan menunjuk keluar (arah aliran arus konvensional ketika peranti dipanjar maju).

 

Jenis lain dari BJT adalah PNP.

[[Berkas:BJT PNP symbol (case).svg|thumb|100px|Simbol PNP BJT.]]

Tanda panah pada simbol diletakkan pada emitor dan menunjuk kedalam.

 

[[Berkas:Pnp Heterostructure Bands.png|thumb|Jalur dalam transistor dwikutub pertemuan-taksejenis. Penghalang menunjukkan elektron untuk bergerak dari emitor ke basis, dan lubang untuk diinjeksikan kembali dari basis ke emitor.]]

[[Transistor dwikutub pertemuan-taksejenis]] ([[HBT]]) adalah sebuah penyempurnaan BJT sehingga dapat menangani isyarat frekuensi sangat tinggi hingga beberapa ratus [[GHz]]. Sekarang sering digunakan dalam sirkuit ultracepat, terutama sistem RF.<ref name=Williams>

Pembedaan tingkat komposisi dalam basis, misalnya dengan menaikkan jumlah germanium secara progresif pada transistor [[SiGe]], menyebabkan gradien dalam celah-jalur di basis netral (ditunjukkan sebagai Δφ_G), memberikan medan terpatri didalam yang membantu pengangkutan elektron melewati basis. Komponen alir tersebut membantu pengangkutan sebaran normal, menaikkan respons frekuensi transistor dengan memperpendek waktu pemindahan melewati basis.

Dua HBT yang paling sering digunakan adalah silikon-germanium dan aluminium arsenid, tetapi jenis semikonduktor lain juga bisa digunakan untuk struktur HBT. Struktur HBT biasanya dibuat dengan teknik [[epitaksi]], seperti [[epitaksi fasa uap logam-organik]] dan [[epitaksi sinar molekuler]].

[[Berkas:Transistor BJT puissance.png|thumb|Batas operasi aman transistor, biru: batas I_C maksimum, merah: batas V_CE maksimum, ungu: batas daya maksimum]]

Transistor dwikutub mempunyai lima daerah operasi yang berbeda, terutama dibedakan oleh panjar yang diberikan:

Walaupun daerah-daerah tersebut didefinisikan dengan baik untuk tegangan yang cukup besar, mereka bertumpang tindih jika tegangan panjar yang dikenakan terlalu kecil (kurang dari beberapa ratus milivolt).

 

[[Berkas:npn-structure.png|thumb|left|Transistor BJT NPN dalam moda aktif-maju]]

Diagram disamping menunjukkan transistor NPN disambungkan ke dua sumber tegangan. Untuk membuat transistor menghantar arus yang kentara dari C ke E, <math>V_{\text{BE}}</math> harus diatas harga minimum yang sering disebut sebagai ''tegangan potong''. Tegangan potong biasanya kira-kira 600 mV untuk BJT silikon pada suhu ruang, tetapi ini juga bisa berbeda-beda bergantung pada tipe transistor dan teknik pemanjaran.

[[Berkas:pnp-structure.png|thumb|left|Transistor PNP dalam moda aktif-maju]]

 

 

[[Berkas:Nachbau des ersten Transistors.jpg|thumb|Transistor pertama]]

Transistor dwikutub titik-sentuh diciptakan pada [[Desember]] [[1947]]<ref>http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1947-invention.html</ref> di [[Bell Telephone Laboratories]] oleh [[John Bardeen]] dan [[Walter Brattain]] dibawah arahan [[William Shockley]]. Versi pertemuan diciptakan pada tahun [[1948]]<ref>http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1948-conception.html</ref>. Setelah menjadi peranti pilihan untuk berbagai rangkaian, sekarang penggunaannya telah banyak digantikan oleh [[FET]], baik pada sirkuit digital (oleh [[CMOS]]) ataupun sirkuit analog (oleh [[MOSFET]] dan [[JFET]]).

Transistor [[germanium]] sering digunakan pada tahun 1950-an dan 1960-an. Karena transistor jenis ini mempunyai tegangan potong yang rendah, membuatnya cocok untuk beberapa penggunaan isyarat tegangan rendah. Transistor ini memiliki kemungkinan lebih besar untuk mengalami [[thermal runaway]].

Berbagai motoda untuk memproduksi transistor pertemuan dwikutub telah dikembangkan<ref>[http://hm-treasury.gov.uk/media/B/C/queen_mary_ip_research_institute_p5_043_762kb.pdf Third case study – the solid state advent] (PDF)</ref>.

*[[Transistor pertemuan tumbuh]], teknik pertama untuk memproduksi transistor pertemuan dwikutub<ref>[http://semiconductormuseum.com/PhotoGallery/PhotoGallery_M1752.htm TRANSISTOR MUSEUM Historic Transistor Photo Gallery '''BELL LABS TYPE M1752''']</ref>. Diciptakan oleh [[William Shockley]] di [[Bell Labs]] pada [[23 Juni]] [[1948]]<ref>{{cite book|last=Morris|first=Peter Robin| title=A History of the World Semiconductor Industry|series=IEE History of Technology Series 12|year=1990|publisher=Peter Peregrinus Ltd.|location=London|isbn=0 86341 227 0|page=29|chapter=4.2}}</ref>. Hak paten didapatkan pada [[26 Juni]] [[1948]].

*[[Transistor epitaksial]]<ref>http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-Epitaxial.html</ref>, transistor pertemuan dwikutub yang dibuat menggunakan deposisi fasa uap [[epitaksi]]. Memungkinkan pengendalian tingkat pengotoran dan gradien secara teliti.

 

BJT tetap menjadi peranti pilihan untuk beberapa penggunaan, seperti sirkuit diskrit, karena tersedia banyak jenis BJT, transkonduktansinya yang tinggi serta resistansi kekuasannya yang tinggi dibandingkan dengan [[MOSFET]]. BJT juga dipilih untuk sirkuit analog khusus, terutama penggunaan frekuensi sangat tinggi (VHF), seperti sirkuit frekuensi radio untuk sistem nirkabel. Transistor dwikutub dapat dikombinasikan dengan MOSFET dalam sebuah sirkuit terpadu dengan menggunakan proses [[BiCMOS]] untuk membuat sirkuit inovatif yang menggunakan kelebihan kedua tipe transistor.

Karena ketergantungan suhu dan arus pada tegangan panjar maju pertemuan basis-emitor yang dapat dihitung, sebuah BJT dapat digunakan untuk mengukur suhu dengan menghitung perbedaan dua tegangan pada dua arus panjar yang berbeda dengan perbandingan yang diketahui.<ref>http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/689</ref>.

Karena tegangan basis-emitor berubah sebagai fungsi logaritmik dari arus basis-emitor dan kolektor-emitor, sebuah BJT dapat juga digunakan untuk menghitung logaritma dan anti-logaritma. Sebuah dioda sebenarnya juga dapat melakukan fungsi ini, tetapi transistor memberikan fleksibilitas yang lebih besar.

Pemaparan transistor ke radiasi menyebalan kerusakan radiasi. Radiasi menyebabkan penimbunan molekul cacat di daerah basis yang berlaku sebagai pusat penggabungan kembali. Hasil dari pengurangan umur pembawa minoritas menyebabkan transistor kehilangan penguatan.

 

BJT daya beresiko mengalami moda kegagalan yang dinamakan dobrakan sekunder. Pada moda kegagalan ini, beberapa titik pada kepingan semikonduktor menjadi panas dikarenakan arus yang mengalirinya. Bahang yang ditimbulkan menyebabkan pembawa lebih mudah bergerak. Sebagai hasilnya, bagian terpanas dari kepingan semikonduktor menghantarkan lebih banyak lagi arus. Proses regeneratif ini akan terus berlanjut hingga transistor mengalami kegagalan total atau pencatu daya mengalami kegagalan.

 

{{Wikiportal|Elektronika|Nuvola_apps_ksim.png}}

*[[Pemanjaran transistor dwikutub]]

 

{{reflist}}

 

 

{{Commonscat|BJT|Bipolar junction transistor}}