Kamis, 19 September 2013

Bahan Semi Konduktor

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 SemikonduktorBahan 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 (0oK), 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 SemikonduktorAda dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.1. Semikonduktor IntrinsikSemi 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 isolator2. Semikonduktor EkstrinsikSemikondutor 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. 108x

Resistor, Kapasitor , Dan Induktor

I.Resistor

Disebut juga dengan tahanan/hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan resistor adalah Ohm atau Ω (1 MΩ = 1.000 KΩ = 1.000.000 Ω)

Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm:
\begin{align}V&=IR\\
I&=\frac{V}{R}\end{align}
Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi sepertinikel-kromium).
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhuderau listrik (noise), dan induktansi.
Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.
Resistor terbagi menjadi dua, yaitu :
1.    Resistor tetap, yaitu resistor yang nilai hambatannya relative tetap, biasanya terbuat dari karbon, kawat, atau paduan logam. Nilainya ditentukan tebal dan panjang lintasan karbon. Panjang lintasan karbon tergantung kisarnya alur yang berbentuk spiral.
2.    Resistor variabel (Potensiometer), yaitu resistor yang besarnya hambatan dapat diubah-ubah. Yang termasuk ke dalam potensiometer antara lain : resistor KSN (Koefisien Suhu Negatif), resistor LDR (Light Dependent Resistor), dan resistor VDR (Voltage Dependent Resistor).
Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut :
  1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu  rangkaian    elektronika.
  2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian    elektronika.
  3. Berfungsi untuk membagi tegangan.
  4. Berfungsi untuk    membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan transistor daan kondensator (kapasitor).
Kode warna resistor 4 gelang.
Warna

Gelang 1
(Digit 1)
Gelang 2
(Digit 2)
Gelang 3
(Pengali)
Gelang 4
(Toleransi/%)
HItam
-
0
1
-
Coklat
1
1
10
1
Merah
2
2
100
2
Orange
3
3
1.000
3
Kuning
4
4
10.000
4
Hijau
5
5
100.000
5
Biru
6
6
1.000.000
6
Ungu
7
7
10.000.000
7
Abu-abu
8
8
100.000.000
8
Putih
9
9
1.000.000.000
9
Emas
-
-
0,1
5
Perak
-
-
0,01
10
Tanpa Warna
-
-
0,001
20
» Kode Huruf Resistor
Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin.


5W22RJ

Arti angka dan huruf pada resistor dengan kode5W22RJ adalah sebagai berikut :
5W, berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 Watt.
22RJ, berarti besarnya resistensi 22 Ω dengan besarnya toleransi 5%.






II. Kapasitor
Kapasitor (Kondensator) adalah suatu komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik.
Kapasitor diukur dalam Farad (F) = 1/1.000.000 mF (mikro Farad) = 1/1.000.000.000 nF (nano Farad) = 1/1.000.000.000.000 pF (piko Farad).
Kapasitor elektrolit mempunyai 2 kutub positif dan negative (bipolar). Sedangkan kapasitor kering, misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan negative (nonpolar).
kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan arus listrik di dalam medan listrik sampai batas waktu tertentu dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan arus listrik. Kapasitor ditemukan pertama kali oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9×1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut. Kapasitor disebut juga kondensator. Kata “kondensator” pertama kali disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Italia “condensatore”), yaitu kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik.
Seperti halnya resistor, kapasitor juga tergolong ke dalam komponen pasif elektronika. Adapun cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian elektronika adalah dengan cara mengalirkan arus listrik menuju kapasitor. Apabila kapasitor sudah penuh terisi arus listrik, maka kapasitor akan mengeluarkan muatannya dan kembali mengisi lagi. Begitu seterusnya.

Fungsi kapasitor pada rangkaian elektronika biasanya adalah sebagai berikut:
1. Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus dc dapat dimanfaatkan untuk memisahkan 2 buah rangkaian yang saling tidak berhubungan secara dc tetapi masih berhubungan secara ac(signal), artinya sebuah kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubng antara 2 rangkaian yang berbeda.

2. Kapasitor berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian power supply, yang saya maksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar kapasitor yaitu dapat menyimpan muatan listrik yang berfungsi untuk memotong tegangan ripple.

3. Kapasitor sebagai penggeser fasa.

4. Kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian oscilator.

5. Kapasitor digunakan juga untuk mencegah percikan bunga api pada sebuah saklar.

Penemu Kapasitor
Kapasitor ditemukan oleh penemu kapasitor yang bernama Michael Faraday (1791 – 1867) dan untuk mengenang jasanya maka satuan Kapasitor disebut “Farad” yang berasal dari nama sang penemu. Pernahkah terlintas dibenak anda ”Kok dinamai Kondesator??” mengapa kapasitor sampai mempunyai nama lain kondensator?? adalah karena pada masa itu pada tahun 1782 dunia masih kuat akan pengaruh dari ilmuan kimiawi lainnya yaitu Alessandro Volta, yang berkebangsaan italia. Dimana pada masa tersebut segala komponen yang berkenaan dengan kemampuan untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya ia sebut dengan namaCondensatore (Bahasa Italia).
Jadi itulah mengapa kondensator nama lain dari kapasitor.
          Kode angka pada kapasitor
Kode Angka
Gelang 1
(Digit 1)
Gelang 2
(Digit 2)
Gelang 3
(Pengali)
Gelang 4
(Toleransi)
0
-
0
1
B
1
1
1
10
C
2
2
2
100
D
3
3
3
1.000
F = 1
4
4
4
10.000
G = 2
5
5
5
100.000
H = 3
6
6
6
1.000.000
J = 5
7
7
7
10.000.000
K = 10
8
8
8
100.000.000
M = 20
9
9
9
1.000.000.000






III.Induktor

Inductor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Kapasitas inductor dinyatakan dalam satuan (Henry) = 1.000 mH (mili Henry). Kapasitas inductor diberi lambing L, sedangkan reaktansi induktif diberi lambang XL.
Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.
Fungsi Induktor adalah :
  • Penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet
  • Menahan arus bolak-balik ( AC )
  • Meneruskan/meloloskan arus searah ( DC )
  • Sebagai penapis (filter) Sebagai penalaan (tuning)
  • Kumparan/coil ada yang memiliki inti udara, inti besi, atau inti ferit
  • Tempat terjadinya gaya magnet
  • Pelipat ganda tegangan
  • Pembangkit getaran

XL = 2.π.f.LΩ
 . . . . . . . (1)

   Dimana :
XL = reaktansi induktif  (Ω)
π    = 3,14 atau 22/7
f     = frekuensi (Hz), 60 Hz
L    = kapasitas inductor  (H)

Pada inductor terdapat unsure resistansi (R) daninduktif (XL) jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsure R saja.
Dalam sumber tegangan AC berlaku rumus :

Z = V/I , dimana Z² = R² + XL²
XL² = Z² - R²  , Z = √R² + XL²
XL = √Z² - R²

  Dimana :
Z    = Impedensi (W)
R   = Tahanan (Ω)
V    = Tegangan AC  (V)
XL = Reaktansi Induktif  (W)
I     = Kuat Arus  (A)