Cara Kerja Transistor

Jika sel-sel dalam tubuh kita adalah blok bangunan dari kehidupan, transistor adalah blok bangunan dari revolusi digital. Tanpa transistor, keajaiban teknologi yang Anda gunakan setiap hari seperti smartphone, komputer, mobil, dan lain-lain akan sangat berbeda, tanpa adanya transistor. Transistor seperti awal mula revolusi teknologi elektronik, yang menjadi cikal bakal komponen elektronik yang kita gunakan saat ini.

Sebelum terciptanya transistor, para insinyur menggunakan tabung vakum dan switch elektromekanis untuk membuat sirkuit listrik. Tabung dengan bentuk dan ukuran yang jauh dari ideal, harus melakukan pemanasan sebelum dapat bekerja dan kadang-kadang terlalu panas ketika bekerja serta tidak begitu dapat diandalkan dengan ukuran yang terlalu besar dan menggunakan terlalu banyak energi. Semuanya barang elektronik mulai dari televisi, sistem telepon, hingga komputer pertama menggunakan komponen ini, tetapi tahun-tahun berikutnya, para ilmuwan mulai mencari alternatif untuk menggantikan tabung vakum.

Pada akhir tahun 1920-an, fisikawan Amerika-Polandia Julius Lilienfeld mengajukan paten untuk perangkat tiga-elektroda yang terbuat dari tembaga sulfida. Tidak ada bukti bahwa dia benar-benar menciptakan komponen tersebut, tetapi penelitiannya membantu mengembangkan teknologi transistor yang kita gunakan saat ini.

Dua puluh tahun setelah Lilienfeld mengajukan patennya, para ilmuwan berusaha untuk menempatkan ide-idenya untuk penggunaan praktis. Mereka mencoba menggali dan memaksimalkan penggunaan transistor untuk membuat benda yang lebih efisien.

Dapat dikatakan transistor telah memungkinkan beberapa lompatan terbesar umat manusia dalam teknologi. Tanpa transistor mungkin saat ini kita masih tetap menggunakan tabung vakum dengan ukuran sangat besar.

Apakah Sebenarnya Transistor itu?
Transistor adalah perangkat yang mengontrol pergerakan elektron, yang akhirnya juga mengendalikan listrik. Transistor bekerja seperti keran air, tidak hanya memulai dan menghentikan aliran arus, tetapi juga mengontrol jumlah arus. Dalam aliran listrik, transistor dapat mengubah arah atau memperkuat sinyal elektronik, memungkinkan kita mengontrol arus bergerak melalui papan sirkuit dengan presisi.

Transistor pada awalnya dibuat dari elemen germanium. Para ilmuwan tahu germanium murni adalah insulator yang baik. Tetapi dengan menambahkan kotoran atau bahan tambahan lain (suatu proses yang disebut doping) akan mengubah germanium menjadi konduktor yang lebih lemah, atau disebut semikonduktor. Semikonduktor adalah bahan yang memiliki sifat di antara isolator dan konduktor, sehingga konduktivitas listrik dalam dikendalikan sesuai ukuran.

Tergantung pada elemen yang digunakan untuk doping, lapisan germanium yang dihasilkan adalah salah satu jenis negatif (N-type), atau jenis positif (P-type). Dalam lapisan N-tipe, unsur doping menambahkan elektron ke germanium, sehingga memudahkan elektron melonjak keluar. Sebaliknya, dalam lapisan P-type, elemen doping tertentu menyebabkan germanium kehilangan elektron, dengan demikian elektron dari bahan yang berdekatan mengalir ke arah germanium.

Menempatkan tipe N dan P berdekatan satu sama lain akan membuat dioda PN. Dioda ini memungkinkan arus listrik mengalir, tetapi hanya satu arah, yang sangat berguna dalam pembangunan sirkuit elektronik.

Transistor penuh adalah langkah berikutnya. Untuk membuat transistor, insinyur melapisi germanium doping untuk membuat dua lapisan yang saling berlawanan, dalam konfigurasi baik PNP atau NPN. Titik kontak disebut persimpangan (junction), karena itu disebut dengan nama junction transistor.

Dengan arus listrik yang diberikan pada lapisan tengah (disebut basis), elektron akan bergerak dari sisi tipe N ke sisi tipe P. Tegangan kecil awal bertindak sebagai switch atau saklar yang memungkinkan aruh jauh lebih besar mengalir. Dalam sebuah sirkuit listrik, hal ini berarti transistor bertindak baik sebagai saklar dan penguat.

Saat ini, sebagai pengganti germanium, perangkat elektronik komersial menggunakan semikonduktor berbasis silikon, yang dapat lebih diandalkan dan lebih terjangkau dari transistor berbasis germanium. Transistor germanium telah digunakan secara luas selama lebih dari 20 tahun.

Radio Transistor dan Revolusi Elektronik
Transistor bekerja terutama sebagai switch dan amplifier. Mengingat fungsi-fungsi, itu tidak mengherankan bahwa perangkat yang berhubungan dengan suara adalah produk komersial pertama yang menggunakan transistor. Pada tahun 1952, alat bantu dengar dengan transistor menekan pasar. Ini adalah produk pasar khusus, dibandingkan dengan radio transistor yang muncul pada tahun 1954. Radio menyatukan produsen dan konsumen bersama-sama untuk merevolusi transistor.

Fungsi transistor dalam radio sangatlah mudah. Suara yang direkam melalui mikrofon dan berubah menjadi sinyal listrik. Sinyal tersebut berjalan melalui sebuah sirkuit, dan transistor menguatkan sinyal, yang kemudian jauh lebih keras saat mencapai speaker.

Produsen meyakini bahwa konsep dasar ini akan bekerja pada produk yang diproduksi secara massal, tapi ini bukan pekerjaan sederhana. Pada tahun 1954, transistor terbukti tetapi komponen elektronik baru. Produsen perangkat telah menggunakan tabung vakum selama bertahun-tahun, sehingga mereka sedikit khawatir jika beralih ke transistor.

Pat Haggerty, wakil presiden di sebuah perusahaan bernama Texas Instruments, yakin bahwa transistor akan merevolusi industri elektronik. Texas Instruments digunakan terobosan Bell Labs dalam transistor germanium untuk mengembangkan radio transistor kecil berukuran saku, dengan bantuan sebuah perusahaan kecil bernama Indiana IDEA. Bersama-sama, kedua perusahaan membuat radio yang disebut Regency TR-1, yang diumumkan pada 18 Oktober 1954.

Dari awal sampai akhir, usaha untuk menciptakan TR-1 memerlukan bagian-bagian baru yang inovatif agar sesuai dengan ukuran saku, yang cukup kecil untuk menangkap perhatian dunia. Speaker, kapasitor, dan komponen lainnya diciptakan hanya untuk proyek ini. Transistor, adalah salah satu terobosan komponen yang benar-benar membuat proyek ini berjalan.

Texas Instruments merancang proses untuk transistor yang diproduksi secara massal untuk radio, dan dalam proses ini membuktikan bahwa transistor dan produk berikutnya cukup terjangkau, lebih portabel dan lebih efektif daripada tabung vakum. Dalam setahun, perusahaan lain mulai menjual produk berbasis transistor. Ledakan elektronik modern telah dimulai.

Transistor dan Era Komputer
Setelah alat bantu dengar transistor diproduksi secara massal dan radio menjadi realita, para pengembang menyadari bahwa transistor akan menggantikan tabung vakum di komputer juga. Salah satu komputer yang pertama sebelum transistor, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) beratnya sekitar 30 ton, sebagian besar terdiri dari 17.000 tabung vakum. Hal ini jelas bahwa transistor benar-benar akan mengubah teknik komputer dan menghasilkan mesin yang lebih kecil.

Transistor germanium membantu memulai era komputer, namun transistor silikon merevolusi desain komputer. Transistor silikon bekerja luar biasa untuk produksi komputer. Dengan rekayasa cerdas, transistor membantu daya komputer melalui sejumlah besar perhitungan dalam waktu singkat. Switch operasi sederhana transistor yang memungkinkan komputer Anda untuk menyelesaikan tugas-tugas yang kompleks dan besar. Dalam sebuah chip komputer, transistor beralih antara dua kondisi biner yaitu 0 dan 1. Ini adalah bahasa komputer. Satu chip komputer dapat memiliki jutaan transistor yang terus bekerja antara 0 dan 1, membantu perhitungan yang rumit dan luas.

Dalam sebuah chip komputer, transistor tidak terisolasi dan merupakan komponen individu. Transistor-transistor ini adalah bagian dari apa yang disebut sirkuit terpadu (IC: Integrated Circuit, juga dikenal sebagai microchip), di mana banyak transistor bekerja untuk membantu komputer melakukan perhitungan. Sirkuit terpadu merupakan salah satu bagian dari bahan semikonduktor yang berisi transistor dan komponen elektronik lainnya.

Komputer menggunakan aljabar Boolean untuk membuat keputusan sederhana. Dengan banyak transistor, komputer dapat membuat banyak keputusan yang sederhana dengan sangat cepat, dan dengan demikian melakukan perhitungan yang kompleks dengan sangat cepat juga.

Komputer membutuhkan jutaan atau bahkan milyaran transistor untuk menyelesaikan tugas. Berkat keandalan dan ukuran yang sangat kecil dari transistor tunggal, yang jauh lebih kecil dari diameter rambut manusia, produsen bisa menyatukan begitu banyak transistor ke dalam beragam bentuk komputer yang cukup kecil.

Transistor, Dulu dan Sekarang
Pada tahun 1960 dan 1970-an, produk yang menggunakan transistor banyak digunakan secara fundamental desain transistor yang dikembangkan oleh Bell Labs. Kemajuan dalam pengembangan silikon pada tahun 1970-an menjadi awal terciptanya Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET). MOSFET menggunakan prinsip yang sama seperti transistor lainnya, tetapi dengan silikon tipe N dan P yang lebih murah, yang diatur secara berbeda dan diolah dengan jenis logam dan oksida sesuai tujuan penggunaan.

Ada banyak jenis transistor lain juga. Para insinyur mengkategorikan transistor berdasarkan bahan semikonduktor, aplikasi, struktur, tingkat daya, frekuensi operasi dan variabel lainnya. Seiring kemajuan teknologi, mereka belajar bahwa mereka bisa memproduksi banyak transistor secara bersamaan, pada bagian yang sama dari bahan semikonduktor, bersama dengan komponen lain seperti kapasitor dan resistor.

Hasilnya adalah apa yang disebut sirkuit terpadu atau IC. Sirkuit ini biasanya disebut hanya chip, berisi miliaran transistor sangat kecil. Sejak tahun 1960-an, jumlah transistor per satuan luas telah dua kali lipat setiap 1,5 tahun, yang berarti insinyur dapat menjejalkan lebih banyak transistor menjadi produk yang lebih kecil.

Transistor komersial silikon modern mungkin berukuran lebih kecil dari 45 nanometer. Karena begitu kecilnya, sebuah kartu grafis dari salah satu produsen terkenal memiliki lebih dari 3 miliar transistor.

Bahan transistor juga berubah, berkat kemajuan terbaru dalam bahan yang disebut graphene. Graphene dapat mengalirkan elektron jauh lebih cepat daripada silikon, dan dapat membuat prosesor komputer 1.000 kali lebih cepat dari produk berbasis silikon.

Tidak peduli di mana transistor digunakan, transistor akan terus mendorong produk penelitian dan kemajuan teknologi yang belum bisa kita bayangkan di masa depan. Komputer akan menjadi lebih cepat, lebih murah dan lebih dapat diandalkan. Smartphone dan pemutar musik akan menyusut ke dimensi super-kecil, dan dengan harga lebih rendah dari model sebelumnya.

Itulah kekuatan transistor dalam mengubah ranah teknologi, dan akhirnya akan mengubah masyarakat kita secara keseluruhan.

Bagikan Artikel ini