Skema Pembangkit Gelombang Sinusoida

Pembangkit Gelombang Sinus 1 KHz

Parts :

• R1 5K6 1/4W Resistor
• R2 1K8 1/4W Resistor
• R3,R4 15K 1/4W Resistors
• R5 500R 1/2W Trimmer Cermet
• R6 330R 1/4W Resistor
• R7 470R Linear Potentiometer
• C1,C2 10nF 63V Polyester Capacitors
• C3 100µF 25V Electrolytic Capacitor
• C4 470nF 63V Polyester Capacitor
• Q1,Q2 BC238 25V 100mA NPN Transistors
• LP1 12V 40mA Lamp (See Notes)
• J1 Phono chassis Socket
• SW1 SPST Slider Switch
• Clip for 9V PP3 Battery

sumber : http://skema-elektro.blogspot.com/2010/11/pembangkit-gelombang-sinus-1-khz.html#.VMzqH_l_u85

Tentang TRIAC dan DIAC

1. TRIAC.

TRIAC, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus bolak-balik) adalah sebuah komponen elektronik yang kira-kira ekivalen dengan dua SCR yang disambungkan antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama resmi untuk TRIAC adalah Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan sakelar dwiarah yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah ketika dipicu (dihidupkan). Ini dapat disulut baik dengan tegangan positif ataupun negatif pada elektrode gerbang. Sekali disulut, komponen ini akan terus menghantar hingga arus yang mengalir lebih rendah dari arus genggamnya, misal pada akhir paruh siklus dari arus bolak-balik. Hal tersebut membuat TRIAC sangat cocok untuk mengendalikan kalang AC, memungkinkan pengendalian arus yang sangat tinggi dengan arus kendali yang sangat rendah. Sebagai tambahan, memberikan pulsa sulut pada titik tertentu dalam siklus AC memungkinkan pengendalian persentase arus yang mengalir melalui TRIAC (pengendalian fase).

Konstuksi Simbol TRIAC

Low-Current TRIAC dapat mengontak hingga kuat arus 1 ampere dan mempunyai maksimal tegangan sampai beberapa ratus volt. Medium-Current TRIACS dapat mengontak sampai kuat arus 40 ampere dan mempunyai maksimal tegangan hingga 1.000 volt.

2. DIAC.

DIAC merupakan salah satu jenis diode SCR, namun memiliki dua terminal (elektrode) saja, berbeda dengan "saudaranya" yang memiliki tiga terminal, TRIAC.

Simbol DIAC pada skema elektronik:

Gambar diagram dibawah memperlihatkan struktur dalam pada DIAC.

Pada diagram menunjukkan ada lima lapisan dalam DIAC, memiliki dua terminal yaitu terminal 1 (T1) and terminal 2 (T2).

Pada gambar atas diperlihatkan polaritas pada DIAC.

• Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/TRIAC
• Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/DIAC

UJT ( Unijunction Transistor )

Transistor sebagai salah satu komponen aktif elektronika terbuat dari bahan semikonduktor Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide yang memiliki beberapa fungsi di antaranya sebagai penguat, saklar (switching) dan modulasi sinyal. Dua jenis transistor yang sering dipakai adalah......tipe NPN dan PNP (N=Negatif, P=Positif). Transistor tipe NPN akan bekerja jika basis diberi arus positif, colector positif, dan emitor negatif, sedangkan transistor PNP akan bekerja jika basis diberi arus negatif, colector negative dan emitor positif.
transistor dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

Klasifikasi Transistor

Unijunction Transistor/Transistor pertemuan tunggal (UJT) 
 
adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik yang hanya mempunyai satu pertemuan. mempunyai tiga saluran, sebuah emitor (E) dan dua basis (B1 dan B2).

Simbol UJT

Unijunction Transistor (UJT) merupakan sebuah Komponen semikonduktor yang terdiri atas hubungan PN. Type P dihubungkan dengan emiter sedangkan Type N membentuk Base B1 dan B2. Komponen ini dikenal dengan nama “Dioda dua Basis”.

Hubungan PN Junction

Bahan dasar terbuat dari silikon. Gambar menunjukkan susunan dasar UJT. Kira-kira ditengah batang silikon (material Type N) terdapatlah meterial P ini akan bekerja sebagai emiter E, jadi terdapatlah junction PN pada batangan tersebut.

Ada dua tipe dari transistor pertemuan tunggal, yaitu:
1) Transistor pertemuan tunggal dasar, atau UJT, adalah sebuah peranti sederhana yang pada dasarnya adalah sebuah batangan semikonduktor tipe-n yang ditambahkan difusi bahan tipe-p di suatu tempat sepanjang batangan, menentukan parameter η dari peranti. Peranti 2N2646 adalah versi yang paling sering digunakan.

2) Transistor pertemuan tunggal dapat diprogram, atau PUT, sebenarnya adalah saudara dekat tiristor. Seperti tiristor, ini terbentuk dari empat lapisan P-N dan mempunyai sebuah anoda dan sebuah katoda yang tersambung ke lapisan pertama dan lapisan terakhir, dan sebuah gerbang yang disambungkan ke salah satu lapisan tengah. Penggunaan PUT tidak dapat secara langsung dipertukarkan dengan penggunaan UJT, tetapi menunjukkan fungsi yang mirip. Pada konfigurasi sirkuit konvensional, digunakan dua resistor pemrogram untuk mengeset parameter η dari PUT, pada konfigurasi ini, UJT berlaku seperti UJT konvensional. Peranti 2N6027 adalah contoh dari peranti ini.

Karakteristik UJT

CARA KERJA
 
UJT dipanjar dengan tegangan positif di antara kedua basis. Ini menyebabkan penurunan tegangan disepanjang peranti. Ketika tegangan emitor dinaikkan kira-kira 0,7V diatas tegangan difusi P (emitor), arus mulai mengalir dari emitora ke daerah basis. Karena daerah basis dikotori sangat ringan, arus tambahan (sebenarnya muatan pada daerah basis) menyebabkan modulasi konduktifitas yang mengurangi resistansi basis di antara pertemuan emitor dan saluran B2. Pengurangan resistansi berarti pertemuan emitor lebih dipanjar maju, dan bahkan ketika lebih banyak arus diinjeksikam. Secara keseluruhan, efeknya adalah resistansi negatif pada saluran emitor. Inilah alasan mengapa UJT sangat berguna, terutama untuk sirkuit osilator sederhana.

PRINSIP KERJA UJT SEBAGAI OSCILATOR 
 
Mula-mula pada C tidak ada muatan (Uc = 0). Tegangan ini adalah tegangan UE yang diberikan kepada emitor. Maka antara emitor E dan basis B1 ada perlawanan yang tinggi, sebab dikatakan ada potensial positip. Potensial pada katoda ini ditentukan oleh perbandingan antara P2-RB-RA (yang ada didalam transistor) dan R. Tegangan di C (Uc) naik dengan kecepatan yang ditentukan oleh konstanta waktu P1 dengan C. Maka tegangan pada E menjadi positip. Jika tegangan Uc mencapai harga UpUJT (UE = Uc ³ Up) maka UJT akan menghantar, dan turunlah perlawanan antara Emitor E dan Basis 1.Penurunan perlawanan (tahanan) RE - B1 menghubung singkat C (kondensator membuang muatan). Bila tegangan C (Uc = UE) turun hingga mencapai ± 2V, maka UJT menyumbat lagi (sakelar S terbuka), pada kondisi ini C pun akan kembali mengisi muatan. Demikian kejadian ini terjadi berulang-ulang.

Rangkaian UJT sebagai Oscillator

Denyut tegangan selama C membuang muatan

Bentuk tegangan pada kondensator dan Arus buang muatan(pengosongan)kondensator membangkitkan tegangan denyut pada R. Perubahan tahanan pada basis 2 diatur dengan potensiometer P2. P2 mengatur amplitudo gigi gergaji, sebab dengan P2 kita menetapkan tingginya amplitudo Up, makin besar P2, makin tinggi pula tegangan katoda, sehingga diperlukan tegangan UE yang lebih tinggi untuk menjadikan dioda menghantar. R berguna untuk mengatasi arus pengosongan dari C supaya dioda tidak rusak. Besarnya frekuensi ditentukan oleh konstanta waktu P1 - C dan juga oleh karakteristik UJT. Makin besar P1,makin rendah pula frekuensinya. Selama C membuang muatan, maka arus yang lewat R akan menimbulkan tegangan bentuk denyut (pulsa). Sirkuit UJT pernah terkenal pada penggemar elektronika transistor sekitar tahun 1970-an dan awal 1980 karena UJT memungkinkan pembuatan osilator sederhana yang dibuat hanya dengan satu peranti aktif. Sekarang, karena IC menjadi lebih populer , osilator seperti IC pewaktu 555 lebih sering digunakan. Selain penggunaan pada osilator relaksasi, salah satu penggunaan UJT dan PUT yang paling penting adalah untuk menyulut tiristor (seperti SCR, TRIAC, dll). Faktanya, tegangan DC dapat digunakan untuk mengendalikan sirkuit UJT dan PUT karena waktu hidup peranti meningkat sesuai dengan peningkatan tegangan kendali DC. Penggunaan ini penting untuk pengendalia AC arus tinggi. Transistor Unijunction (UJT) biasanya digunakan untuk membangkitkan sinyal trigger untuk SCR. 
                                             Rangkaian UJT untuk waktu tunda                               

                                                     Rangkaian UJT untuk Oscillator

                                                                               Sinyal osilasi untuk UJT

                                                                           UJT sebagai Multivibrator

                                                                          UJT sebagai pembangkit sinyal

SCR (Silicon Control Rectifier)

SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebutTherystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.
Logo pada skema elektronik untuk SCR:

Pada gambar terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang

 

Guna SCR:

• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Diagram dan skema SCR:

Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar (Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.

SCR SEBAGAI SAKLAR PENGAMAN ELEKTRONIK 

Untuk kesempatan yang ketiga kalinya pada sesi rangkaian kendali elektronik ini, akan kita bahas penggunaan komponen SCR sebagai saklar pengaman elektronik.

SCR sebagai saklar dapat dipergunakan sebagai proteksi arus yang mengalir ke beban baik berupa lampu maupun motor listrik. Pengaturan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan rangkaian umpan balik (feed back) yang menghubungkan keluaran SCR ke gate SCR. Beban maksimum yang dapat ditanggung SCR tergantung pada karakteristik dari SCR tersebut serta penyulutan yang dilakukan pada gate SCR.

Umpan balik tersebut tidak dapat langsung dihubungkan dengan gate SCR karena tegangan keluaran yang dihasilkan keluaran SCR terlampau besar untuk menyulut gate SCR, sehingga perlu tambahan rangkaian agar SCR tidak rusak. Gambar rangkaian di bawah ini merupakan pemakaian atau penggunaan komponen SCR sebagai proteksi khususnya proteksi terhadap arus lebih.

Gambar  Rangkaian SCR Sebagai Saklar Pengaman Elektronik

Sumber tegangan pada rangkaian terebut di atas langsung berasal dari jala-jala PLN 220 Volt, yang langsung disambung seri dengan beban lampu dan SCR. Selanjutnya untuk rangkaian pengendali diperlukan penyearah tegangan sistem jembatan (bridge diode) yaitu D₁ - D₄. Rangkaian pengendali SCR terdiri dari dua buah transistor yaitu Q₁ dan Q₂. Apabila beban yang ditanggung SCR terlampau besar, rangkaian pengendali bekerja dan SCR berada pada kondisi “OFF”. Besar arus maksimum yang dapat ditanggung SCR dapat ubah-ubah dengan mengatur potensiometer atau tahanan variabel (VR).

Komponen :

1. SCR SN104……………………….….…………..   1 buah
2. Dioda BY 127……………………..……………..    4 buah
3. Dioda 1N4001……………..……………………..    2 buah
4. Transistor BC 157 dan BC 157…..………………    @1 buah
5. Capasitor 500mF/250 Volt……….…………….…    1 buah
6. Resistor 10 KW/10W, 220 W, 0,5 W, ……………     @1 buah
7. Resistor 470W……………………………………     2 buah
8. Potensiometer 50 KW……………………………     1 buah
9. Lampu (15W, 25W, 40W, 60W) ………………..     1 buah
10. Papan PCB ………………………………………    1 keping

Alat :

1. Multimeter (AVO meter ) ……….………………… 1 buah
2. Sumber listrik AC 220 Volt………………………..  1 unit 
3. Solder dan kawat timah ……………………….….   1 buah 
4. Penyedot timah ……………………………………  1 buah 

Langkah Pengerjaan :
1. Siapkan alat dan komponen yang diperlukan pada rangkaian SCR sebagai saklar pengaman elektronik
2.  Rakitlah rangkaian pada papan PCB sesuai dengan Gambar rangkaian dan periksalah dengan teliti.

3.  Solderlah sambungan kaki-kaki komponen dengan baik dan rapi.

4. Sebelum menghubungkan rangkaian ke sumber tegangan, aturlah potensiometer VR pada kondisi ¼ dari nilai maksimalnya.

5.  Setelah diyakini benar, hubungkan rangkaian pada sumber tegangan AC 220 Volt.

6. Pada tahap pertama, gunakan beban lampu yang berdaya 25W dan aktifkan atau on-kan saklar ON/OFF.

7. Aturlah potensiometer VR hingga diperoleh arus pengaturan (setting) untuk beban lampu berdaya 25W .

8.  Tambahkan beban berupa lampu berdaya 15W yang dipasang pararel dengan lampu berdaya 25W.

9.  Amatilah perubahan yang terjadi pada rangkaian, jika terjadi arus beban lebih maka SCR tidak akan bekerja dalam arti beban lampu akan padam. Dan jika tidak terjadi arus beban lebih maka SCR akan tetap bekerja dalam arti beban lampu akan tetap menyala.

10. Jika perangkat berfungsi dengan baik, berarti perangkat siap untuk digunakan sebagai saklar pengaman elektronik.

Sumber : Wikipedia

SEMIKONDUKTOR

1. Pengertian Bahan Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dankonduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalahsilikon, germanium, dan gallium arsenide.                                                                                                                  Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron). 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. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-).  Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang  disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.                                                                                                     Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya ‘jauh’ dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Gambar-1 : Ikatan atom tembaga

2. Struktur Atom Semikonduktor

Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom,proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.

 

                                                                                 Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium

Seperti ditunjukkan pada Gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom  germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: – 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan.

3. Pita Energi Bahan (Si dan Ge)

Pita energi adalah kumpulan garis pada tingkat energi yang sama akan saling berimpit. Berdasarkan pengisian elektron, pita energi dapat dibedakan menjadai dua jenis, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron, sedangkan pita konduksi adalah pita energi yang berada di atas pita valensi yang terisi oleh sebagian atau tidak terisi sama sekali oleh elektron. Pada umumnya diantara pita valensi dan pita konduksi terdapat suatu celah yang disebut dengan celah energi ( hole ). Energi celah pita atau yang sering juga disebut dengan Energi gap (Eg) dapat dihitung dengan persamaan :

Eg = hv

dimana h adalah konstanta Planck.

                                                 Gambar 1.4 Tingkat energi (a) pada atom tunggal dan (b) pita energi pada Kristal.

Penentuan pita energi secara rinci dibicarakan difisika kuantum, namun secarasederhana, akan ditunjukan sebagai contoh penentuan struktur pita energi pada bahan padat Kristal. Pada gambar 1.5 dibawah ini dapat dilihat ilustrasi pita energi untuk Kristal semikonduktor. pada keadaan kesetimbangan (equilibrium), pita energi terbagi menjadi dua bagian dan dipisahkan oleh daerah dimana elektron tidak bisa bergerak atau beroperasi, daerah ini disebut daerah terlarang (forbidden gap atau band gap). Pita atas dinamakan pita konduksi, dan pita bagian bawah dinamakan pita valensi.

Gambar 1.5 Struktur pita energi bahan semikonduktor.

Banyaknya electron pada setiap pita energi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Σe = 2(2l +1)N

dimana l menyatakan bilangan kuantum orbital (0, 1, 2, 3, …) dan N menyatakan banyaknya atom yang saling berdekatan.

4. Pita Energi Bahan (Si dan Ge) saat dikotori dengan In

Menurut teori pita energi, lubang aseptor ini menempati tingkat energi akeptor

yang berada dalam pita terlarang, sedikit diatas pita valensi.

Gambar 1.6 Diagram tingkat energi untuk sebuah semikonduktor jenis p.

Pada saat elektron valensi Germanium (Ge) maupun silikon (Si) berikatan dengan

elektron valensi Indium (In), maka akan menghasilkan daerah terlarang. Daerah terlarang

ini terdiri dari dua pita, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Elektron –elektron dalam pita

valensi memiliki energi termal yang cukup pada suhu kamar (250̊ C) untuk mengisi tingkat

aseptor ini, lalu meninggalkan suatu lobang baru pada pita valensi. Lubang baru pada pita

valensi akan diisi oleh elektron tetangga sebelahnya. Aliran elektron dalam pengotoran

tersebut adalah lubang bermuatan positif yang bergerak berlawan arah dengan gerakan

elektron. Oleh sebab itu, maka lubang (hole) yang bergerak dalam valensi merupakan

pembawa muatan mayoritas, sedangkan pembawa muatan minoritas adalah elektron yang

bergerak dalam pita konduksi.

 

          Gambar 1.7 Struktur pita energi Germanium (Ge) maupun silikon (Si) sewaktu berikatan dengan elektron valensi Indium (In).

Jadi hasil dari pengotoran Germanium (Ge) dan Silikon (Si) dengan menggunakan

Indium (In) adalah semikonduktor tipe-p. Dimana pita terlarang untuk Germanium (Ge)

memiliki lebar 0,7 eV sedangkan pada Silikon, lebar pita terlarangnya adalah sebesar 1,1

eV. Hal ini disebabkan karena pengotoran ini menghasilkan pembawa muatan negatif pada

indium (In) dan Germanium (Ge) yang merupakan Kristal yang netral. Hal ini memenuhi

persamaan :

pn = pini = ni

persamaan di atas dinamakan hokum mass-action.

5. Semikonduktor Tipe-N

Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron  membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

Gambar 3 : doping atom pentavalen 

Susunan bahan semikonduktor intrinsik dapt dilihat pada gambar1, hanya terdiri dariunsur Si atau Ge. Sedangkan untuk semikonduktor tipe-n dan tipe-p dapat dilihat pada (gambar 3 dan 4) , gambar no 5 dan 6 menunjukan pita energinya .

 

Gambar 5 menunjukkan pita energy pada semikonduktor tipe-n, sedangkan ambar 6menunjukkan pita energy pada semikonduktor tipe-p. pada semikonduktor tipe ±p atom yangdipasnag menimbulkan hole, atom tersebut disebut atom akseptor(mempunyai lobang). Sebagian akseptor adalah atom dari boron, alumunium, gallium, indium.                                            Letak atom akseptilebih dekat pada pita valensi(gambar 6). Untuk semikonduktor tipe-n, atom yangmenggantikan Si atau Ge bervalensi 5 sehingga bahan menjadi kelebihan elektron. Atom yangmenggantikan disebut atom donor . Letak atom donor pada celah energi lebih dekat dengan pita konduksi. Pada bahan semikonduktor yang bertindak sebagai pembawa muatan adalah hole dan elektron bebas. Pada bahan jenis p pembawa muatannya adalah hole sedangkan pada bahan jenis n pembawa muatannya adalah elektron bebas.

Bahan semikonduktor memiliki daya hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor,tetapi lebih besar dibandingkan bahan isolator . Proses konduksi pada bahan-bahandipengaruhi oleh jarak pita konduksi dan pita valensi. Pita energi dibagi menjadi tiga yaitu :

– Pita valensi yaitu pita energi terakhir yang terisi penuh (zone penuh).

– Pita konduksi yaitu pita diatas pita pita valensi yang berisi setengah penuh atau kosong(zone bebas).

– Diantara pita konduksi dan valensi terdapat celah energi yang disebut pita terlarang (zoneterlarang).

Bahan-bahan konduktor, semikonduktor dan isolator memiliki pita energi yang berbeda.

Dapat dilihat pada gambar berikut : 

Pada konduktor jarak kedua pita sangat dekat sekali bahkan hampir menumpuk. Pada isolator  jarak keduanya cukup jauh sehinggaelektron dari zone penuh tidak dapat pindah ke zone bebas. Sedangkan pada semikonduktor jarak keduanya tidak begitu jauh dan inimemungkinkan elektron dapat berpindah jika dipengaruhi oleh faktor luar misalnya :

• panas
• medan magnet
• tegangan yang tinggi.

Berikut tabel yang berisi beberapa energi ionisasi dan resistansi pada semikonduktor jenis-n dan jenis-p : 

Penggabungan semikonduktor jenis p dan jenis n pada komponen elektronika diantaranya adalah resistor, dioda, dan transistor .

Dioda

Transistor

6. Semikonduktor Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah  bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang  memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

Gambar 4 : doping atom trivalent

Secara skematik semikonduktor tipe-p digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut :

Keterangan :

a)      Struktur Kristal silicon dengan sebuah atom pengotor valensi tiga menggantikan posisisalah satu atom silicon.

b)      Struktur  pita energi semikonduktor tipe-p

Macam-macam semikonduktor

1. 1.      Semikonduktor Intrinsik

Semikonduktor Intrinsik merupakan semikonduktor murni dan tidak cacat yang

belum mengalami pengotoran, contohnya adalah silikon dan germanium murni. Pada suhu

yang cukup tinggi, elektron pada pita valensi dapat pindah pada pita konduksi sehingga

pada pita valensi terdapat tempat kosong. Tempat – tempat kosong. Tempat – tempat yang

ditinggal elektron dapat dipandang sebagai muatan positif yang disbut dengan hole.

Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan suatu semikonduktor intrinsik

Germanium (Ge) dan silikon dan ( Si) merupakan dua buah semikonduktor

intrinsik yang pasling sering digunakan. Kedua semikonduktor ini mempunyai jumlah

elektron pada kulit terluar sebanyak 4 ( empat ) buah dan struktur kristalnya berbentuk tetrahedral.

Berikut ini merupakan perbandingan bahan semikonduktor silicon dan germanium :

No	Properti	Silicon	germanium
1	Energi terlarang/gap (eV)	1,1	0,67
2	Mobilitas elektron	0,135	0,39
3	Mobilitas lubang	0,048
4	Konsentrasi intrinsik	1,5 x 1010	2,4 x 1019
5	Resitivitas intrinsik	2300	0,47

1. 2.      Semikonduktor Entrinsik

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau

penyuntikan (doping) oleh atom asing. Pada semikonduktor jenis ini akan menghasilkan

dua jenis semikonduktor, yaitu :

1. Semikonduktor ekstrinsik yang bertipe n dan bertipe p.

Pada semikonduktor yang bertipe n, biasanya pengotorannya dilakukan oleh atom –

atom pentavalen seperti Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb).

2. Sedangkan pada semikonduktor bertipe p, biasa pengotornya dilakukan oleh atom–

atom trivalent seperti Indium (In), Boron (Br) dan Galium (Ga).

Silikon (Si) dan Germanium (Ge) merupakan atom dari golongan IVA dalam

sistem periodik unsur sedangkan Indium (In) meupakan atom dari golongan III A. Karena

Ge dan Si berasal dari golongan IV A, maka elektron valensinya berjumlah 4 (empat) buah,

dan In mempunyai elektron valensi sebanyak 3 (tiga) buah. Elektron valensi tersebut akan

berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan kovalen.

                                            Gambar 1.3. Struktur ikatan Ikatan Gemanium (Ge) dan Silikon (Si) dengan Indium (In).

Ikatan Indium (In) berikatan dengan Silikon (Si) maupun Germanium (Ge),

Germanium dan silikon digunakan sebagai semikonduktor intrinsik yang akan dikotori,

sedangkan Germaniumdigunakan sebagai pengotor (doping). Pada ikatan ini akan

terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon

yang tidak berpasangan. Muatan positif ini disebut dengan lubang (hole) . Hole ini akan

cenderung untuk menarik sebuah elektron lain untuk menjadi atom yang stabil. Lubang

(Hole) baru tersebut akan diisi oleh elektron tetangga sebelahnya, yang juga meninggalkan

lubang baru ditempatnya semula, yang kemudian diisi oleh elektron tetangga sebelahnya

juga. Hal ini akan berlangsung sampai seterusnya. Material yang dihasilkan dari proses

pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan

negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom

pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).

Pada pengotoran Germanium ( Ge) dan Silikon ( Si ) dengan menggunakan Indium

( In ) akan menghasilkan semikonduktor bertipe-p dan menimbulkan lubang (hole) dan

elektron. Dalam hal ini, hole berfungsi sebagai pembawa muatan mayoritas dan elektron

berfungsi sebagai pembawa muatan minoritas.

Komponen-komponen Semikonduktor

 1.      LDR

Resistor peka cahaya (Light Dependent Resistor/LDR) memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). Bahan-bahan ini paling sensitif terhadap cahaya dalam spektrum tampak, dengan puncaknya sekitar 0,6 µm untuk CdS dan 0,75 µm untuk CdSe. Sebuah LDR CdS yang typikal memiliki resistansi sekitar 1 MΩ dalam kondisi gelap gulita dan kurang dari 1 KΩ ketika ditempatkan dibawah sumber cahaya terang (Mike Tooley, 2003).

LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:

1. Laju Recovery

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K /detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200 K /detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

2. Respon Spektral

LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik (TEDC, 1998).

 2.      Termistor

Termistor atau tahanan termal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Dalam beberapa hal, tahanan sebuah termistor pada temperatur ruang bisa berkurang sebanyak 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi. Dengan demikian termistor digunakan secara luas pada pemakaian tersebut, terutama dalam rangkuman temperatur rendah dari -100oC sampai 300oC. Tiga karakter penting dari termistor membuatnya sangat bermaanfaat terhadap pengukuran dan pengontrolan yaitu: (a) karakteristik temperatur tahanan, (b) karakteristik tegangan arus, dan (c) karakteristik arus waktu. Karakteristik pemanasan sendiri (self-heat), memberikan suatu bidang pemakaian yang sama sekali baru bagi termistor. Dalam keadaan yang memanasi sendiri, termistor adalah sensitive terhadap apa saja yang mengubah laju dari panas yang dihantarkan keluar darinya. Dengan begitu, termistor dapat digunakan untuk mengukur aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, komposisi gas dan lain-lain. akan tetapi jika laju panas adalah tetap, termistor sensitif terhadap masukan daya dan dapat digunakan untuk mengontrol level tegangan atau level daya. Perubahan tahan termistor yang relatif besar setiap perubahan temperatur dalam derajat (disebut sensitivitas) menjadikannya sebuah pilihan yang jelas sebagai transducer temperatur.

3.      Solar Cell

 

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

Sumber : http://blog.umy.ac.id/clasiccboy/2012/04/23/semikonduktor/