Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

Cara kerja semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.

Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.

Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.

Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.

Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.

Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.

Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

Cara kerja transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

Jenis-jenis transistor

	PNP		P-channel
	NPN		N-channel
BJT		JFET

Simbol Transistor dari Berbagai Tipe

Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:

• Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
• Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
• Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
• Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
• Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
• Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
• Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain

• BJT

  BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).

  Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau h_FE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

• FET

  FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

  FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

Osiloskop

Oscilloscope adalah peralatan elektronik yang menghasilkan tampilan grafik pada layar untuk mencitrakan gelombang maupun signal elektronik yang diukurnya.

Misalnya, kita tidak pernah bisa melihat signal yang dipancarkan oleh handphone yang kita gunakan. Dengan bantuan Oscilloscope, signal tersebut dapat dicitrakan dalam layar, sehingga dapat dilihat bentuk gelombangnya: panjang gelombang, frekwensi gelombang, maupun bentuk menyeluruh gelombangnya.

Oskiloskop merek Textronix

Oskiloskop untuk mengukur beda fase gelombang

Semua alat ukur elektronik bekerja berdasarkan sample data, semakin tinggi sample data, semakin akurat peralatan elektronik tersebut. Pada Oscilloscope, umumnya pempunyai sampel data yang sangat tinggi, dan karenanya umumnya oscilloscope merupakan alat ukur elektronik yang mahal.

Contoh cara kerjanya. misalnya sebuah oscilloscope mempunyai sample rate 10Ks/s (10kilo sample/second = 10000 data perdetik) akan melakukan pembacaan sebanyak 10000 kali dalam sedetik. Jika yang diukur adalah sebuah gelombang dengan frekwensi 2500Hz, maka setiap sampel data akan memuat data 1/4 dari sebuah gelombang penuh yang umumnya ditampilkan dalam layar dengan grafik skala XY.

Amper-meter

Amper-meter adalah alat pengukuran untuk mengukur arus listrik baik untuk listrik DC maupun AC. Alat amper-meter ini mempunyai simbol A m, A-m, atau A·m dalam satuan SI, dan dapat berupa alat ukur analog (jarum, untuk model lama) maupun alat ukur digital (untuk yang baru dan yang lebih akurat). Untuk jenis analog, amper-meter ini menggunakan kekuatan magnit yang biasanya tidak bisa mengukur secara tepat.

Amper-meter analog

Ohm-meter

Ohm-meter adalah alat pengukur hambatan listrik, yaitu daya untuk menahan mengalirnya arus listrik dalam suatu konduktor. Besarnya satuan hambatan yang diukur oleh alat ini dinyatakan dalam ohm. Alat ohm-meter ini menggunakan galvanometer untuk mengukur besarnya arus listrik yang lewat pada suatu hambatan listrik (R), yang kemudian dikalibrasikan ke satuan ohm.

Besarnya hambatan listrik ini ditentukan mengikuti rumusan:

V menyatakan voltase dan I menyatakan besarnya arus listrik yang mengalir.

Sebuah Ohm-meter

PDA

Personal Digital Assistants disingkat PDA adalah sebuah alat elektronik yang berbasis komputer dan berbentuk kecil serta dapat dibawa kemana-mana. PDA banyak digunakan sebagai pengorganisir pribadi pada awalnya, tetapi karena perkembangannya, kemudian bertambah banyak fungsi kegunaannya, seperti kalkulator, penunjuk jam dan waktu, permainan komputer, pengakses internet, penerima dan pengirim surat elektronik (e-mail), penerima radio, perekam video, dan pencatat memo. Selain dari itu dengan PDA (komputer saku) ini, kita dapat menggunakan buku alamat dan menyimpan alamat, membaca buku-e, menggunakan GPS dan masih banyak lagi fungsi yang lain. Bahkan versi PDA yang lebih canggih dapat digunakan sebagai telepon genggam, akses internet, intranet, atau extranet lewat Wi-Fi atau Jaringan Wireless. Salah satu ciri khas PDA yang paling utama adalah fasilitas layar sentuh.

palmOne Tungsten T5

Laptop

Komputer jinjing (populer dalam bahasa Inggris: laptop, notebook, atau powerbook) adalah komputer bergerak yang berukuran relatif kecil dan ringan, beratnya berkisar dari 1-6 kg, tergantung ukuran, bahan, dan spesifikasi laptop tersebut.

Tampilan sebuah laptop.

Sumber daya komputer jinjing berasal dari baterai atau adaptor A/C yang dapat digunakan untuk mengisi ulang baterai dan menyalakan laptop itu sendiri. Baterai laptop pada umumnya dapat bertahan sekitar 1 hingga 6 jam sebelum akhirnya habis, tergantung dari cara pemakaian, spesifikasi, dan ukuran baterai.

Sebagai komputer pribadi, laptop memiliki fungsi yang sama dengan komputer destop (desktop computers) pada umumnya. Komponen yang terdapat di dalamnya sama persis dengan komponen pada destop, hanya saja ukurannya diperkecil, dijadikan lebih ringan, lebih tidak panas, dan lebih hemat daya. Komputer jinjing kebanyakan menggunakan layar LCD (Liquid Crystal Display) berukuran 10 inci hingga 17 inci tergantung dari ukuran laptop itu sendiri. Selain itu, papan ketik yang terdapat pada laptop juga kadang-kadang dilengkapi dengan papan sentuh yang berfungsi sebagai "pengganti" tetikus. Papan ketik dan tetikus tambahan dapat dipasang melalui soket USB maupun PS/2 jika tersedia.

Berbeda dengan komputer destop, komputer jinjing memiliki komponen pendukung yang didesain secara khusus untuk mengakomodasi sifat komputer jinjing yang portabel. Sifat utama yang dimiliki oleh komponen penyusun laptop adalah ukuran yang kecil, hemat konsumsi energi, dan efisien. Komputer jinjing biasanya berharga lebih mahal, tergantung dari merek dan spesifikasi komponen penyusunnya, walaupun demikian harga komputer jinjing pun semakin mendekati destop seiring dengan semakin tingginya tingkat permintaan konsumen.

FPGA

Field-Programmable Gate Array (FPGA) adalah komponen elektronika dan semikonduktor yang mempunyai komponen gerbang terprogram (programmable logic) dan sambungan terprogram. Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier, dll). Blok-blok komponen di dalam FPGA bisa juga mengandung elemen memori (register) mulai dari flip-flop sampai pada RAM (Random Access Memory).

Pengertian Terprogram (programmable) dalam FPGA adalah mirip dengan interkoneksi saklar dalam breadboard yang bisa diubah oleh pembuat desain. Dalam FPGA, interkoneksi ini bisa diprogram kembali oleh pengguna maupun pendesain di dalam lab atau lapangan (field). Oleh karena itu jajaran gerbang logika (Gate Array) ini disebut field-programmable. Jenis gerbang logika yang bisa diprogram meliputi semua gerbang dasar untuk memenuhi kebutuhan yang manapun.

Secara umum FPGA akan lebih lambat jika dibandingkan dengan jenis chip yang lain seperti pada chip Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). Hal ini karena FPGA menggunakan power/daya yang besar bentuk desain yang kompleks. Beberapa kelebihan dari FPGA antara lain adalah harga yang murah, bisa diprogram mengikuti kebutuhan, dan kemampuan untuk di program kembali untuk mengkoreksi adanya bugs. Jenis FPGA dengan harga murah biasanya tidak bisa diprogram dan dimodifikasi setelah proses desain dibuat (fixed-version). Chip FPGA yang lebih kompleks dapat diperoleh dari jenis FPGA yang dikenal dengan CPLD (Complex-Programmable Logic Device).

Digital Signal Processor [DSP]

Digital Signal Processor atau DSP adalah sejenis mikroprosesor yang didesain/dirancang khusus untuk pemrosesan isyarat digital (digital signal processing). Biasanya komponen elektronika digital ini dipakai untuk komputer yang memerlukan waktu tanggap (response time) yang cepat (untuk real-time applications).

Ciri khas dari DSP meliputi:

• dipakai untuk pemrosesan real-time
• mempunyai ADC (Analog to Digital Converter) pada bagian input dan DAC pada bagian output
• mempunyai kinerja (performance) yang optimal untuk streaming-data
• menggunakan arsitektur Harvard (memori program dan data terpisah)
• memiliki instruksi khusus untuk pemrosesan SIMD (Single Instruction, Multiple Data)
• tidak memerlukan hardware khusus untuk operasi multitasking
• mempunyai kemampuan DMA (Direct Memory Access) jika dipakai sebagai host system.

Semua operasi DSP sebetulnya bisa dilakukan pada mikroprosesor umum (general-purpose microprocessor). Akan tetapi, DSP memiliki sistem arsitektur yang telah di-optimasikan untuk lebih dapat mempercepat pemrosesan signal (isyarat). Optimasi ini juga penting sekali artinya dalam kaitannya untuk menekan biaya, penghantaran panas (heat emission), dan penggunaan daya (power consumption).

Multiplekser

Multiplekser atau disingkat MUX adalah alat atau komponen elektronika yang bisa memilih inputoutput (keluaran). Pemilihan input mana yang dipilih akan ditentukan oleh signal yang ada di bagian kontrol (kendali) Select. (masukan) yang akan diteruskan ke bagian

Skema Multiplexer 2 input-ke-1 output

Komponen yang berfungsi kebalikan dari MUX ini disebut Demultiplekser (DEMUX). Pada DEMUX, jumlah masukannya hanya satu, tetapi bagian keluarannya banyak. Signal pada bagian input ini akan disalurkan ke bagian output (channel) yang mana tergantung dari kendali pada bagian SELECTnya.

Penghitungan [Pengacah]

Penghitung atau pencacah (bahasa Inggris: counter) adalah rangkaian sirkuit digital atau kadang-kadang berbentuk chip yang bisa dipakai untuk menghitung pulsa atau sinyal digital yang umumnya dihasilkan dari osilator. Penghitung ini bisa menghitung pulsa secara biner murni (binary counter) ataupun secara desimal-terkodekan-secara-biner (decimal counter).

Pencacah 4 bit

Perbedaan

Dalam penghitung biner murni, angka 9 dinyatakan dalam bentuk bilangan biner 1001, dan berikutnya angka 10 dinyatakan dalam bentuk biner 1010. Sedangkan dalam penghitung desimal-terkodekan-secara-biner, angka 9 adalah biner 1001, tetapi angka 10 dinyatakan dalam bentuk: 0001 0000.

Angka desimal 100 dalam biner murni adalah 1100100, sedangkan dalam BCD adalah 0001 0000 0000 (3 buah digit desimal masing-masing dari kelompok 4 bit).

Untuk jelasnya, angka desimal 0 sampai 17 (yang kita kenal sehari-hari), jika dinyatakan dalam bilangan biner murni dan biner BCD ( dengan 5 bit), akan nampak seperti di bawah ini. Angka 0 sampai 9 mempunyai bentuk biner murni dan biner BCD yang sama, tetapi mulai dari angka 10 keduanya belainan.

Biner murni	Biner BCD
0 0000	0 0000
0 0001	0 0001
0 0010	0 0010
0 0011	0 0011
0 0100	0 0100
0 0101	0 0101
0 0110	0 0110
0 0111	0 0111
0 1000	0 1000
0 1001	0 1001
0 1010	1 0000
0 1011	1 0001
0 1100	1 0010
0 1101	1 0011
0 1110	1 0100
0 1111	1 0101
1 0000	1 0110
1 0001	1 0111
dst...

Rangkaian penghitung ini kebanyakan dipakai dalam alat penghitung pulsa putaran mesin, atau putaran roda kendaraan. Berdasarkan jumlah pulsa yang terhitung per detik atau per menit, kita dapat menentukan kecepatan putaran mesin, kecepatan jalannya kendaraan, jarak yang ditempuh, dll. Misalnya, kalau jumlah putaran per detik dari roda kendaraan adalah 10, dan panjang busur lingkaran (keliling) roda ban itu = 1 meter, maka kendaraan itu berjalan sepanjang 10 meter per detik. Dengan kata lain jika dinyatakan dalam km/jam, kecepatan kendaraan itu menjadi 10*60*60 = 36.000 meter per jam, atau 36 km/jam.

Alat penghitung ini (baik yang biner maupun desimal BCD) merupakan bagian penting dalam sistem peralatan digital dan penggunaannya dalam bidang industri. Selain untuk menghitung pulsa putaran, penghitung/pencacah juga dipakai untuk menghitung pulsa waktu, alat yang penting dalam bidang telekomunikasi yaitu untuk mencatat lama pembicaraan. Penghitung bisa dipakai juga untuk mengontrol robot kapan harus aktif (pada jam berapa, atau setelah berapa menit lagi). Banyak contoh lain yang bisa disebutkan mengenai penggunaan penghitung ini dalam bidang kontrol dan elektronika digital.

Pencacah dengan menggunakan flip-flop JK

Bagi masyarakat awam, penghitung bisa diartikan sebagai kalkulator yang dipakai untuk menghitung untuk keperluan sehari-hari. Ada dua macam kalkulator: penghitung sederhana, dan penghitung ilmiah (scientific calculator). Dalam penghitung sederhana, kita hanya bisa menghitung: + - * / % kwadrat, 1/x, dan operasi memori saja (cukup untuk keperluan penghitung rumah tangga sehari-hari). Sedangkan pada scientific calculator, kita bisa menghitung rumus matematika yang lebih rumit, seperti: pangkat, exp, ln, sin, cosin, tg, dll. Kebanyakan dari kita sekarang tidak perlu membeli kalkulator ini, karena dalam komputer PC kita (MS Windows dan MS Office) di dalamnya sudah disediakan kalculator.

Speaker

SPEAKER (pengeras suara)

Dalam setiap sistem penghasil suara, penentuan kualitas suara terbaik tergantung dari speaker. Rekaman yang terbaik, dikodekan ke dalam alat penyimpanan yang berkualitas tinggi, dan dimainkan dengan deck dan pengeras suara kelas atas, tetap saja hasilnya suaranya akan jelek bila dikaitkan dengan speaker yang kualitasnya rendah. Sistem pada speaker adalah suatu komponen yang membawa sinyal elektronik, menyimpannya dalam CDs, tapes, dan DVDs, lalu mengembalikannya lagi ke dalam bentuk suara aktual yang dapat kita dengar. Dalam artikel ini, akan dijelaskan bagaimana sebuah speaker melakukan proses tersebut. Selain itu juga akan dibahas mengapa speaker dirancang berbeda-beda dan bagaimana perbedaan tersebut menimbulkan efek yang berbeda pula terhadap kualitasnya. Speaker adalah sebuah teknologi menakjubkan yang memberikan dampak yang sangat besar terhadap budaya kita. Namun disamping semua itu, sebenarnya speaker hanyalah sebuah alat yang sangat sederhana.

Membuat suara

Pada dasarnya, speaker merupakan mesin penterjemah akhir, kebalikan dari mikrofon. Speaker membawa sinyal elektrik dan mengubahnya kembali menjadi getaran untuk membuat gelombang suara. Speaker menghasilkan getaran yang hampir sama dengan yang dihasilkan oleh mikrofon yang direkam dan dikodekan pada tape, CD, LP, dan lain-lain. Speaker tradisional melakukan proses ini dengan menggunakan satu drivers atau lebih.

Diafragma

Sebuah drivers memproduksi gelombang suara dengan menggetarkan cone yang fleksibel atau diafragma secara cepat. Cone tersebut biasanya terbuat dari kertas, plastik ataupun logam, yang berdempetan pada ujung yang lebih besar pada suspension. Suspension atau surround, merupakan ratusan material yang fleksibel yang menggerakkan cone, dan mengenai bingkai logam pada drivers, disebut basket. Ujung panah pada cone berfungsi menghubungkan cone ke voice coil. Coil tersebut didempetkan pada basket oleh spider, yang merupakan sebuah cincin dari material yang fleksibel. Spider menahan coil pada posisinya sambil mendorongnya bergerak kembali dengan bebas dan begitu seterusnya.

Magnet

Proses spaker coil bergerak, kembali ke posisi semula dan seterusnya adalah sebagai berikut. Elektromagnet diposisikan pada suatu bidang magnet yang konstan yang diciptakan oleh sebuah magnet permanen. Kedua magnet tersebut, yaitu elektromagnet dan magnet permanen, berinteraksi satu sama lain seperti dua magnet yang berhubungan pada umumnya. Kutub positif pada elektromagnet tertarik oleh kutub negatif pada bidang magnet permanen dan kutub negatif pada elektromagnet ditolak oleh kutub negatif magnet permanen. Ketika orientasi kutub elektromagnet bertukar, bertukar pula arah dan gaya tarik-menariknya. Dengan cara seperti ini, arus bolak-balik secara konstan membalikkan dorongan magnet antara voice coil dan magnet permanen. Proses inilah yang mendorong coil kembali dan begitu seterusnya dengan cepat. Sewaktu coil bergerak, ia mendorong dan menarik speaker cone. Hal tersebut menggetarkan udara di depan speaker, membentuk gelombang suara. Sinyal audio elektrik juga dapat diinterpretasikan sebagai sebuah gelombang. Frekuensi dan amplitudo dari gelombang ini, yang merepresentasikan gelombang suara asli, mendikte tingkat dan jarak pergerakan voice coil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa frekuensi dan amplitudo dari gelombag suara diproduksi oleh diafragma.

Speaker tradisional memproduksi suara dengan cara mendorong dan menarik elektromagnet yang menyerang cone yang fleksibel. Walaupun drivers pada dasarnya memiliki konsep yang sama, namun ukuran dan kekuatan yang dimiliki berbeda-beda. Tipe-tipe dasar drivers antara lain : woofers, tweeters, dan midrange. Woofers merupakan tipe drivers yang paling besar yang dirancang untuk menghasilkan suara dengan frekuensi rendah. Tweeters memiliki unit-unit yang lebih kecil dan dirancang untuk menghasilkan frekuensi paling tinggi. Sedangkan midrange, mampu menghasilan jarak frekuensi yang berada di tengah-tengah spektrum suara. Untuk dapat membuat gelombang frekuansi yang lebih tinggi, diafragma drivers harus bergetar lebih cepat. Hal ini lebih sulit dilakukan dengan cone yang berukuran besar karena berarti, massa cone tersebut juga besar. Oleh sebab itu, sulit mendapatkan drivers yang kecil untuk dapat bergetar cukup lambat agar dapat menghasilkan suara dengan frekuensi sangat rendah.

SISTEM CROSS OVER PADA SPEAKER ELEKTRONIK

Pada prakteknya, speaker elektronik memerlukan pemisahan antara woofer dengan daerah lain secara elektronik, yaitu dengan cross over aktif. Dalam hal ini, terdapat beberapa sistem cross over, yaitu sistem dua jalur dan tiga jalur.

Sistem 2 jalur

Penggunaan speaker elektronik yang paling sederhana adalah sistem 2 jalur atau sistem bi-amp, yang bisa memberi hasil yang memuaskan. Keuntungannya adalah pengecilan distorsi TIM (transient intermodulation) dan bisa menyetel bass dan treble secara mandiri. Frekuensi peralihan dipilih 340 Hz (di atas frekuensi resonansi asli). Hal ini dirancang untuk penggunaan kotak speaker kecil. Bila anda menggunakan sub woofer untuk kanalbawah ini, dan harus diubah dibawah 100 Hz. Frekuensi resonansi untuk kotak lebih besar 20-40 Hz, kotak sedang 40-80 Hz, kotak kecil 80 Hz keatas.

Daya power amplifier B1 sebagai pengendali woofer dipilih sesuai kebutuhan kita. Daya woofer SP1 perlu dilebihkna dari daya amplifier, karena sistem umpan balik akan banyak menambah tenaga yang diberikan ke woofer. Untuk ruang biasa daya amplifier yang cocok 20-30 Watt. Hendaknya dipilih power amplifier yang cocok untuk penggunaan nada rendah dan mempunyai faktor damping besar. Speaker SP2 bisa menggunakan tweeter saja (tweeter dan super tweeter, mid range dan tweeter ataupun mid range dan super tweeter) dengan pemisahan konvrnsional menggunakan crossoveraktif, yang akan memberikan hasil memuaskan. Pilihan lain untuk sistem bi-amp adalah penggunaan speaker lengkap dalam kotak kecil sebagai SP2 dan sub woofer untuk kanal bawah yang terpisah.

Sistem 3 jalur

Sistem ini mirip dengan sistem 2 jalur, namun di sini nada tengah dipisahkan dengan band pass filter. Ada beberapa kemungkinan yang bisa diambil mengenai speaker-speaker. Pilihan pertama: SP1 woofer, SP2 mid range, SP3 tweeter. Pilihan kedua : SP1 sub woofer, SP2 mid range, SP3 super tweeter (frekuensi peralihan di bawah 100 Hz dan di atas 15 KHz). Pilihan ketiga : SP1 sub woofer, SP2 speaker lengkap (woofer, mid range, tweeter dengan cross over pasif), SP3 super tweeter. Persyaratan power amplifier sama dengan sistem 2 jalur. Penyetelan P3 dilakukan melalui pendengaran pada sistem yang sudah terpasang. Mula-mula dari sisi ground diputar perlahan sampai dengungan yang menyatakan adannya osilasi. Penyetelan optimum didapat dengan memutarnya mundur sedikit dari posisi mula-mula.

Transistor Darlington

Transistor Darlington adalah rangkaian elektronika yang terdiri dari sepasang transistor bipolar (dwi kutub) yang tersambung secara tandem (seri). Sambungan seri seperti ini dipakai untuk mendapatkan penguatan (gain) yang tinggi, karena hasil penguatan pada transistor yang pertama akan dikuatkan lebih lanjut oleh transistor kedua. Keuntungan dari rangkaian Darlington adalah penggunaan ruang yang lebih kecil dari pada rangkaian dua buah transistor biasa dengan bentuk konfigurasi yang sama. Penguatan arus listrik atau gain dari rangkaian transistor Darlington ini sering dituliskan dengan notasi β atau h_FE.

Rangkaian transistor Darlington ditemukan pertama kali oleh Sidney Darlington yang bekerja di Laboratorium Bell di Amerika Serikat. Jenis rangkaian hasil penemuannya ini telah mendapatkan hak paten, dan banyak dipakai dalam pembuatan Sirkuit terpadu (IC atau Integrated Circuits) chip. Jenis rangkaian yang mirip dengan transistor Darlington adalah rangkaian pasangan Sziklai yang terdiri dari sepasang transistor NPN dan PNP. Rangkaian Sziklai sering dikenal sebagai rangkaian 'Complementary Darlington' atau 'rangkaian kebalikan dari Darlington'.

Transistor Darlington bersifat seolah-olah sebagai satu transistor tunggal yang mempunyai penguatan arus yang tinggi. Penguatan total dari rangkaian ini merupakan hasil kali dari penguatan masing-masing transistor yang dipakai:

Nilai penguatan total dari transistor Darlington bisa mencapai 1000 kali atau lebih. Dari luar transistor Darlington nampak seperti transistor biasa dengan 3 buah kutub: B (basis), C (Kolektor), dan E (Emitter). Dari segi tegangan listriknya, voltase base-emitter rangkaian ini juga lebih besar, dan secara umum merupakan jumlah dari kedua tegangan masing-masing transistornya, seperti nampak dalam rumus berikut:

V_BE = V_BE1 + V_BE2

Transistor IGBT

IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) adalah piranti semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah transistor bipolar (BJT) dan sebuah transistor efek medan (MOSFET). Jenis divais baru yang berfungsi sebagai komponen saklar untuk aplikasi daya ini muncul sejak tahun 1980-an.

[sunting] Karakteristik IGBT

Sebuah transistor IGBT (3300 V/1200 A)

Penampang umum transistor IGBT

Sesuai dengan namanya, divais baru ini merupakan divais yang menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Terminal gate dari IGBT, sebagai terminal kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (insulator) sebagaimana pada MOSFET.

Input dari IGBT adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal input IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya.

Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali (controller) dan penggerak (driver) dari IGBT.

Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan divais BJT, meskipun lebih rendah dari divais MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitter) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai tahanan menghantar (R_on) dari IGBT sangat kecil, menyerupai R_on pada BJT.

Dengan demikian bila tegangan jatuh serta lesapan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).

Sifat-sifat IGBT

Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya (power electronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-state switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1. pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil
2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar (R_on) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran (switching speed) yang tinggi.

• Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.

• Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).

• Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.

  Sifat-sifat IGBT

  Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya (power electronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-state switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

• pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil
• Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar (R_on) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran (switching speed) yang tinggi.

• Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.

• Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).

• Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.

SPICE

SPICE (Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis) adalah program komputer yang digunakan untuk menghitungtiru (simulasi) perilaku rangkaian listrik. Program ini terutama di arahkan untuk perancangan rangkaian terpadu (IC). Data masukan program ini, yang disebut sebagai input-deck adalah berkas yang isinya merupakan paparan rangkaian yang hendak di-hitung-tiru. Ini meliputi tata hubungan (topology) rangkaian serta nilai-nilai parameter dari setiap elemen rangkaian, misalnya sumber arus (I), sumber tegangan (V), resistansi (R), kapasitansi (C), dan induktansi (L). Paparan rangkaian ini disebut sebagai netlist.

Jenis analisis dengan SPICE

• analisis DC

Pada analisis DC, baik sumber tegangan maupun sumber arus yang digunakan mempunyai nilai yang tetap (konstan). Di dalam perancangan IC, analisis DC berguna antara lain untuk mengetahui titik operasi rangkaian dalam keadaan tanpa sinyal.

• analisis Transient

Pada analisis transient, sumber tegangan atau sumber arus mempunyai nilai yang merupakan fungsi dari atau berubah terhadap waktu. Bentuk fungsi waktu ini misalnya bisa berupa fungsi langkah (step-function), atau berupa sebuah pulsa.

• analisis AC

Pada analisis AC, semua elemen rangkaian dianggap bersifat linier, sehingga analisis ini juga bisa disebut sebagai analisis sinyal kecil ( small-signal analysis ). Di sini sumber tegangan atau arus umumnya merupakan fungsi sinusoidal dengan nilai amplituda, frekuensi dan fasa yang bisa dipilih. Selanjutnya dilakukan "penyapuan" (sweeping) dar nilai frekuensi sumber ini dari suatu nilai paling-rendah ke nilai paling-tinggi. Untuk setiap nilai frekuensi tersebut nilai besaran keluaran atau disebut pula sebagai "tanggapan" dari rangkaian, baik tegangan maupun arus pada terminal tertentu dihitung dan diperagakan.

• analisis derau (noise)

Bagian perangkat program dari SPICE yang ini dapat digunakan untuk melakukan analisis terhadap derau yang dihasilkan oleh elemen rangkaian, misalnya resistor atau divais semikonduktor. Di sini, terminal input rangkaian dihubungkan dengan suatu sumber tegangan atau arus. Maka perangkat analisis ini akan melakukan perhitungan sumbangan derau dari setiap divais di dalam rangkaian tersebut terhadap terminal output yang diamati.

Dioda Foto

Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

Suatu dioda foto

Simbol dari dioda foto

Alat yang mirip dengan Dioda foto adalah Transistor foto (Phototransistor). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Dioda Foto. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto.

TRIAC

TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC, hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate). Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).

Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki, dua diantaranya terminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal Gate (G)

Simbol Skematik TRIAC

Konstuksi Simbol TRIAC

Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis TRIAC, Low-Current dan Medium-Current.

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.

DIAC

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

Simbol DIAC pada skema elektronik:

DIAC

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.