Elektronik

1

PANCARAN TERMION DAN SINAR KATOD

ELEKTRON HALAJU ELEKTRON DALAM TIUB SINAR
KATOD
DIOD
ELEKTRONIK SEMIKONDUKTOR FUNGSI DIOD REKTIFIKASI

TRANSISTOR FUNGSI AMPLIFIER ARUS
TRANSISTOR SUIS AUTOMATIK

2

Dimanakah pancaran termion berlaku? Apakah pancaran termion?
Di filamen tungsten. Pancaran termion ialah pemancaran elektron beabs
Apabila bekalan kuasa dihidupkan, filamen akan dipanaskan. daripada permukaan logam yang dipanaskan.
Suhu filamen tungsten akan menngkat.

Elektron bebas pada permukaan filamen tungsten akan memperolehi Kenapakah tiub kaca dalam
tenaga kinetik yang cukup untuk terpancar keluar dari permukaan logam. keadaan vakum?

Tiub kaca Anod Supaya elektron-elektron dapat
Katod memecut ke anod tanpa
Bekalan kuasa 1 berlanggar dengan molekul udara.
6V Tiada kehilangan tenaga.
Elektron dapat bergerak dengan

I Vakum halaju maksimum

Bagaimanakah elektron bergerak

Filamen Alur dalam tiub sinar katod?
tungsten elektron Bila tiub vakum disambungkan ke
V.L.T, elektron yang terpancar di
0V –+ katod akan terterik ke anod dan
Graf I melawan V membentuk alur elektron.

Menunjukkan diod termion Bekalan kuasa V.L.T
bukan komponen Ohm. Apakah yang dimaksudkan dengan alur elektron?

Apakah yang akan terjadi jika sambungan bekalan Alur elektron ini dikenali sebagai sinar katod.
kuasa V.L.T disongsangkan? Alur elektron ini akan melengkapkan litar bekalan kuasa V.L.T.

Miliammeter tidak akan menunjukkan sebarang Apakah yang akan terjadi jika litar bekalan kuasa V.L.T telah lengkap? 3
bacaan kerana tiada pengaliran arus. Miliammeter akan menunjukkan bacaan kerana ada pengaliran arus.

KESAN SINAR KATOD DI BAWAH PENGARUH MEDAN ELEKTRIK

(Tiub Pemesongan)

Bila S1 dan S2 dihidupkan Bila S1 , S2 dan S3 dihidupkan
Sinar katod bergerak secara lurus Sinar katod dipesongkan oleh medan elektrik.
Sinar katod bercas negatif.
– Sinar katod akan terpesong ke plat positif.

+ 4

KESAN SINAR KATOD DI BAWAH PENGARUH MEDAN ELEKTRIK

(Tiub Palang Maltese)

Bila S1 dihidupkan Bila S1 dan S2 dihidupkan dan magnet magnet
Cahaya dari filamen tungsten yang didekatkan pada tiub
panas dihalang oleh objek legap Bayang-bayang akan dihasilkan oleh 5
(palang maltese) untuk menghasilkan cahaya filamen tungsten yang panas.
bayang-bayang. Satu bayang-bayang lagi akan dihasilkan
Cahaya bergerak secara lurus. oleh pemesongan sinar katod apabila
magnet bar didekatkan pada tiub.
Bila S1 dan S2 dihidupkan Arah pemesongan sinar katod boleh
Sinar katod dihalang oleh palang ditentukan oleh petua tangan kiri Fleming.
Maltese untuk menghasilkan bayang-
bayang.
Sinar katod bergerak secara lurus.
Sinar katod menghasilkan kesan
berpendarflour di sekeliling bayang-
bayang.
Sinar katod mempunyai momentum
dan tenaga kinetik.

HALAJU ELEKTRON DALAM TIUB SINAR KATOD

(Sinar Katod: Alur elektron yang bergerak dengan kelajuan tinggi dalam vakum)

Katod Anod E = eV
Tiub kaca
E = tenaga keupayaan elektrik

e = cas satu elektron

Elektron ke pam vakum = 1.6 x 10-19 C
–+ V = beza keupayaan antara katod

dengan anod pada bekalan

Bekalan kuasa V.L.T kuasa V.L.T

Tenaga keupayaan elektrik = Tenaga kinetik maksimum 6

eV = ½mv2 maks

m = jisim elektron (9.11 x 10-31 kg)
e = cas satu elektron (1.6 x 10-19 C)
V = beza keupayaan antara katod dengan anod
vmaks = halaju maksimum elektron

1. Rajah 1.1 menunjukkan tompok cerah yang terbentuk pada skrin sebuah osiloskop sinar katod,
OSK oleh sinar katod ketika OSK itu dihidupkan.

a. Apakah sinar katod?
Alur elektron.

Rajah 1.1 b. Namakan bahagian dalam sesebuah OSK yang

i. memancarkan elektron ketika dipanaskan.
Katod

C ii. menukarkan sinar katod kepada cahaya.

O Skrin berpendarflour

N c. Rajah 1.2 menunjukkan surihan yang terbentuk pada skrin OSK ketika
input Y disambungkan ke sebuah sumber kuasa.
T

O Namakan bentuk arus elektrik yang disambungkan. Rajah 1.2

H Arus ulang-alik, AU

17

2. Rajah 2.1 menunjukkan struktur tiub palang Maltese yang digunakan untuk mengkaji ciri-ciri
sinar katod.

Rajah 3.2 menunjukkan pandangan hadapan skrin yang dilihat
oleh pemerhati.
a. Terangkan bagaimana bayang terbentuk di atas skrin.

Palang Maltese ,menghalang alur sinar katod hal ini

menunjukkan sinar katod bergerak dalam garisan lurus

dan boleh dihalang sekeping logam.

C

O Rajah 2.1

b. Tenaga kinetik elektron sebanyak 4.8 x 10-16 J ditukarkan
N kepada tenaga cahaya ketika elektron tersebut melanggar

T skrin berpendaflour. Hitung halaju purata elektron
O tersebut. [Jisim bagi satu elektron, m = 9.0 x 10-31 kg]

H E = ½ mv2
4.8 x 10-16 = ½ (9.0 x 10-31)v2
Rajah 2.2

v = 3.27 x 107 m s-1

28

DIOD SEMIKONDUKTOR

P NLapisan Proses pendopan:
susutan
Proses mencantumkan atom bendasing seperti Boron (B) /
Arsenik (As) ke dalam struktur kekisi hablur semikonduktor

tulen seperti Silikon (Si) / Germanium (Ge).

 Diod mempunyai 2 jenis semikonduktor iaitu semikonduktor jenis-n dan semikonduktor

jenis-p.
 Pembawa cas majoriti dalam semikonduktor jenis-p ialah lohong.
 Lohong ialah pembawa cas positif.
 Pembawa cas majoriti dalam semikonduktor jenis-n ialah elektron.
 Elektron pembawa cas negatif.
 Lapisan susutan boleh melebar dan menipis bergantung kepada pergerakan lohong dan

elektron.
 Lapisan susutan melebar bermakna rintangan di dalam diod sangat besar dan diod bersifat

sebagai penebat.
 Lapisan susutan menipis bermakna rintangan di dalam diod sangat kecil dan diod bersifat

sebagai pengalir.

9

DIOD SEMIKONDUKTOR

Fungsi: membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah tertentu sahaja.

LITAR PINCANG DEPAN LITAR PINCANG SONGSANG

PN Arus Mentol Mentol tak PN
menyala
Mentol menyala Mentol tak
menyala menyala
Arus
Arus Arus

Bahagian P disambung ke terminal Bahagian P disambung ke terminal

positif. Lohong bergerak ke arah Anod (+) Katod ( – ) negatif. Lohong bergerak menjauhi
semikonduktor jenis-n. lapisan susutan.

Bahagian N disambung ke terminal Simbol diod Bahagian N disambung ke terminal
negatif. Elektron bergerak ke arah positif. Elektron bergerak menjauhi

semikonduktor jenis-p lapisan susutan.

Lapisan susutan menjadi nipis. Lapisan susutan menjadi lebar. 10
Voltan simpang, V merentasi lapisan susutan Voltan simpang, V merentasi lapisan susutan
berkurang. meningkat.
Rintangan diod sangat kecil. Rintangan diod sangat besar.
Arus boleh melalui diod. Arus tidak dapat melalui diod.
Mentol lampu akan menyala. Mentol lampu tidak menyala.

REKTIFIKASI

Proses penukaran arus ulang-alik kepada arus terus.

REKTIFIKASI GELOMBANG SEPARUH Rektifikasi gelombang
output
Arus ulang-alik input
++
Separuh ++ Diod Tiada separuh
kitar positif –– R kitar negatif

Separuh
kitar negatif

 Separuh kitar positif: Pincang depan (diod semikonduktor membenarkan arus

melaluinya).
 Separuh kitar negatif: Pincang songsang (tiada pengaliran arus berlaku).

11

REKTIFIKASI GELOMBANG PENUH

V

 Perhatikan pasangan diod dalam bulatan berwarna merah.
 Pasangan diod ini disusun dalam arah yang sama.

 Perhatikan pasangan diod dalam segiempat tepat berwarna biru.
 Pasangan diod ini disusun dalam arah yang bertentangan.

SEPARUH KITAR POSITIF.
 Diod, D1 dan D2 adalah pincang depan manakala diod, D3 dan D4 adalah pincang songsang.
 Diod, D1 dan D2 mengalirkan arus manakala diod, D3 dan D4 menghalang arus.

SEPARUH KITAR NEGATIF.

 Diod, D1 dan D2 adalah pincang songsang manakala diod, D3 dan D4 adalah pincang depan.
 Diod, D1 dan D2 menghalang arus manakala diod, D3 dan D4 mengalirkan arus.
12

REKTIFIKASI GELOMBANG PENUH

Bentuk gelombang input Bentuk gelombang output

Contoh-contoh gelombang input dan output

Contoh arus ulang-alik Contoh arus terus Contoh arus terus yang mantap

13

KAPASITOR SEBAGAI PERATA ARUS Apa itu perata arus?
Bentuk gelombang output akan
Perata Output Rektifikasi Gelombang Separuh diratakan sehingga menghampiri
Perata Output Rektifikasi Gelombang Penuh bentuk gelombang output arus
terus yang mantap.

Bagaimana kapasitor berfungsi?

Sewaktu beza keupayaan

meningkat (kehadiran arus),

kapasitor akan dicas dan tenaga

akan disimpan di dalam

kapasitor.

Ketika beza keupayaan

berkurang (kehilangan arus),

kapasitor akan dinyahcas dan

tenaga yang disimpan di dalam

kapasitor akan mengekalkan

beza keupayaan merentasi

perintang, R. 14

3. Rajah 3.1 dan Rajah 3.2 menunjukkan dua litar yang
mengandungi bateri, mentol dan diod yang serupa.

a) Namakan dua jenis semikonduktor yang digunakan dalam
satu diod.
i. Semikonduktor jenis-n
ii. Semikonduktor jenis-p

b) Berdasarkan pemerhatian anda dalam Rajah 3.1 dan Rajah 3.2,

Rajah 3.1 nyatakan perbezaan dalam;
i. penyambungan diod
C

O Rajah 3.1 adalah pincang depan, manakala Rajah 3.2
N adalah pincang songsang

T ii. penyalaan mentol,

O Rajah 3.1 mentol menyala, manakala Rajah 3.2 mentol

H tidak menyala.

Rajah 3.2 iii. pengaliran arus,
Rajah 3.1 ada arus mengalir, manakala Rajah 3.2 tiada
3 15
arus mengalir.

iv. Seterusnya, nyatakan fungsi diod.
Membenarkan arus mengalir di dalam satu arah sahaja.

c) Rajah 3.3 menunjukkan bentuk gelombang output yang

i. Terangkan bagaimana bentuk gelombang output
dihasilkan.

C Diod membenarkan arus mengalir dalam separuh
O gelombang pertama apabila ia melakukan
N pincang depan.
T Rajah 3.3 Tiada arus mengalir dalam separuh gelombang
O kedua apabila ia melakukan pincang songsang.

H ii. Bagaimanakah anda mengubahsuaikan litar tersebut untuk meratakan bentuk
gelombang output?

3 Tambahkan satu kapasitor yang selari dengan perintang output. 16

4. Rajah 4.1 dan Rajah 4.2 menunjukkan dua litar elektrik yang

mengandungi diod semikonduktor, mentol dan sel kering.

a) Apakah yang dimaksudkan dengan semikonduktor?

Semikonduktor adalah sejenis bahan yang mempunyai

rintangan di antara konduktor dan penebat.

b) Berdasarkan pemerhatian anda dalam Rajah 4.1 dan Rajah

Rajah 4.1 4.2 nyatakan perbezaan dalam penyambungan diod,
penyalaan mentol dan arus untuk menyimpulkan satu konsep
C fizik.

O RAJAH 4.1 RAJAH 4.2

N Penyambungan diod Terminal positif sel di Terminal positif sel di
T
sambung kepada sambung kepada

O anod diod katod diod

H Penyalaan mentol Menyala Tidak menyala

Rajah 4.2 Arus Arus mengalir Tiada arus mengalir
Konsep fizik Pincang depan
4 Pincang songsang 17

b) Rajah 4.3 menunjukkan satu rektifikasi penuh
gelombang yang terbentuk daripada 4 diod.

i. Lukiskan bentuk gelombang output bagi
rektifikasi gelombang penuh.

Rajah 4.2

C

O ii. Satu kapasitor disambung merentasi output untuk meratakan arus. Lukiskan bentuk
N gelombang output dan terangkan bagaimana kapasitor meratakan arus.

T

O

H Kapasitor menyimpan cas (kapasitor dicas) semasa separuh kitar pincang depan. 18
Semasa separuh kitar pincang songsang, kapasitor membebaskan cas (kapasitor

4 dinyahcas) sebagai output.

TRANSISTOR

Peranti yang mengatur aliran arus atau voltan dan bertindak sebagai suis atau
gerbang untuk isyarat elektronik atau peranti semikonduktor untuk menguatkan,
mengawal, dan menghasilkan isyarat elektrik.

Apa itu transistor?
 Terdiri daripada dua diod PN yang disambungkan antara satu sama lain.
 Mempunyai tiga terminal iaitu tapak, pengeluar dan pengumpul.
 Idea asas transistor adalah alat yang membolehkan mengawal aliran arus untuk

melalui satu saluran dengan mengubah arus menjadi lebih kecil dan mengalir
melalui saluran kedua.
 Mempunyai 2 jenis iaitu NPN dan PNP.
 Berfungsi sebagai amplifier arus dan suis automatik.
 Digunakan secara meluas di dalam cip-cip elektronik seperti memory card,
kamera, kalkulator malah berbilion (1 ribu juta) di dalam komputer.

19

JENIS TRANSISTOR TRANSISTOR NPN TRANSISTOR PNP

Simbol

Struktur Mempunyai 2 semikonduktor jenis-n dan Mempunyai 2 semikonduktor jenis-p dan 1
1 semikonduktor jenis-p semikonduktor jenis-n
Arah pengaliran arus Arus mengalir melalui pengumpul ke
pengeluar Arus mengalir melalui pengeluar ke
Bias simpang Pincang depan: simpang pengeluar-tapak pengumpul
Pincang songsang: simpang pengumpul-
Voltan pengumpul – tapak Pincang depan: simpang pengumpul-tapak
pengeluar Pincang songsang: simpang pengeluar-
Positif tapak
Arah anak panah
pengeluar Tunjuk ke luar (pointed out) Negatif

Tunjuk ke dalam (pointed in) 20

LITAR BERTRANSISTOR Perhatikan pada sambungan simpang pengumpul.
Perhatikan perbezaan antara 2 jenis transistor.

21

Satu bertransistor mengandungi
dua bahagian utama iaitu litar
tapak dan litar pengumpul.

Suis terbuka
 L1 tidak menyala kerana

tiada arus tapak, IB
 L2 tidak menyala kerana

tiada arus tapak, IB

Suis tertutup
 L1 menyala dengan malap kerana arus tapak, IB sangat kecil berbanding dengan arus pengumpul, IC
 L2 menyala dengan terang kerana arus pengumpul, IC lebih besar berbanding dengan arus tapak, IB

Sistem transistor
 Arus tapak, IB dapat mengawal pengaliran arus pengumpul. Keadaan ini membolehkan transistor

bertindak sebagai suis.
 Rintangan, RB adalah besar untuk mengehadkan arus tapak, IB supaya transistor tidak menjadi

panas dan terbakar.

22

TRANSISTOR SEBAGAI AMPLIFIER ARUS

Rujuk buku teks muka surat 191
1. Litar disambung seperti rajah.
2. Graf IC melawan IB akan diperolehi.
3. Hasil pemerhatian membuktikan apabila tiada arus tapak mengalir (IB = 0), maka arus

pengumpul juga tiada (IC = 0)
4. Semakin bertambah arus tapak, IB semakin bertambah arus pengumpul, IC.
5. Nilai kecerunan dari graf merupakan faktor penggandaan amplifier, β.
6. Pertambahan arus tapak, IB yang kecil akan menghasilkan perubahan yang besar dalam arus

pengumpul, IC.

23

PEMBAHAGI VOLTAN DALAM LITAR TRANSISTOR

Pembahagi voltan digunakan sebagai penyesuaian tahap
isyarat dalam transistor.
Transistor memerlukan suatu beza keupayaan, VBE yang
melebihi voltan minimum untuk berfungsi.
Jadi litar pembahagi voltan digunakan untuk
memperolehi nilai beza keupayaan yang kecil
VBE yang minimum untuk menghidupkan transistor
silikon dan transistor germanium ialah 0.7 V dan 0.3 V
masing-masing.

24

TRANSISTOR SEBAGAI SUIS AUTOMATIK
1. Perintang peka cahaya (suis kawalan cahaya)

Keadaan cerah (ada cahaya/siang hari) Keadaan gelap (tiada cahaya/malam hari)
 Rintangan LDR rendah.  Rintangan LDR sangat tinggi.
 Nilai VLDR akan berkurang.  Nilai VLDR akan meningkat.
 Nilai VLDR kurang daripada voltan minimum  Nilai VLDR tinggi daripada voltan minimum

yang melintasi B dan E. yang melintasi B dan E.
 Tiada arus tapak IB mengalir untuk  Arus tapak IB akan mengalir dan

menghidupkan transistor. menghidupkan transistor.
 Oleh kerana tiada arus di tapak, arus  Oleh kerana ada arus di tapak, arus

pengumpul IC tidak dapat mengalir. pengumpul IC dapat mengalir.
 Mentol tidak menyala.  Mentol menyala.

25

TRANSISTOR SEBAGAI SUIS AUTOMATIK
b) Termistor (suis kawalan suhu)

Keadaan suhu tinggi 26
 Rintangan termistor rendah.
 Nilai voltan merentasi termistor rendah.
 Voltan merentasi perintang R, dan voltan pada perintang R, akan meningkat.
 Nilai VR melebihi voltan minimum merentasi B dan E.
 Arus tapak IB akan mengalir untuk menghidupkan transistor.
 Oleh kerana ada arus di tapak, arus pengumpul IC yang tinggi dapat mengalir

dalam litar.
 Mentol akan menyala.

5. Rajah 5.1 menunjukkan simbol sebuah transistor.
x a. i. Namakan terminal x, y dan z

X : pemunggut

y Y : tapak
Z : pengeluar

z ii. Nyatakan jenis transistor

C Rajah 5.1 Transistor PNP

O
N b. Rajah 5.2 menunjukkan sebuah litar
T amplifikasi transistor.

O i. Apakah fungsi votan, VB
Untuk membekalkan beza keupayaan di
H antara tapak dengan pemancar supaya arus
tapak boleh mengalir.
Rajah 5.2

5 27

ii. Apakah fungsi kapasitor, C

Mengelakkan arus terus dari sel, VB
daripada mengalir melalui mikrofon lalu
merosakkan mikrofon tersebut.

Rajah 5.2

iii. Terangkan bagaimana isyarat audio daripada mikrofon dikuatkan.

C  Isyarat audio yang dikesan akan menyebabkan perubahan kecil pada arus tapak.

O  Perubahan kecil dalam arus tapak akan mengakibatkan perubahan besar dalam
N arus pemungut.
T  Isyarat kecil dari mikrofon akan dikuatkan oleh transistor.

O iv. Ketika arus tapak ialah 40 µA, arus pengumpul ialah 2 mA. Hitung faktor amplifikasi.

H 2 × 10−3 28
= 40 × 10−6

5 = 50

6. Rajah 6 menunjukkan satu litar elektronik yang
mengandungi satu transistor yang bertindak
sebagai suis automatik.

a. i. Namakan jenis transistor yang digunakan
dalam litar.

Rajah 6 Transistor NPN

C ii. Nyatakan fungsi perintang R1 dan R2. 29
O Pembahagi voltan
N
T iii. R2 dikenali sebagai perintang peka cahaya. Terangkan ciri-ciri bagi R2.
O Ciri-ciri perintang R2 :
H 1. Mempunyai rintangan rendah apabila ada kehadiran cahaya.

2. Rintangan bertambah dalam keadaan gelap.
6

b. i. Pada pendapat anda, geganti akan berfungsi pada waktu siang atau waktu malam?
Pada waktu malam.

ii. Berikan sebab bagi jawapan anda.
Pada waktu malam, rintangan bagi perintang peka cahaya adalah tinggi dan
menyebabkan voltan melaluinya bertambah.

C Arus tapak mengalir melalui litar tapak menyebabkan arus pengumpul mengalir
O melalui geganti.
N
T iii. Nyatakan satu kegunaan litar elektronik dalam Rajah 6.
O
H Lampu jalan (untuk menyalakan lampu pada waktu malam)

6 30

31

Katod Anod 1. Rajah 1 menunjukkan sebuah tiub sinar katod.

P a) Apakah yang akan berlaku kepada katod
apabila suis ditutup?
E Elektron dipancar keluar dari katod dan
bergerak ke arah anod.
N –+ [1 markah]

G 500 V Suis [1 markah]
Rajah 1

U b) Namakan proses pancaran di (a)
K
U Pancaran termion.

H
A c) Hitung tenaga kinetik elektron

N ½mv² = eV [2 markah]
= (1.6 x 10-19)(500)

1 = 8.0 x 10-17 J

32

1. Rajah 2 menunjukkan satu transistor semikonduktor.

P P a) Apakah maksud semikonduktor?
EQ
N Sesuatu bahan yang mempunyai kekonduksian elektrik antara
G
konduktor dan insulator. [1 markah]

b) i. Namakan jenis transistor.

R
Transistor NPN
U Rajah 2

K [1 markah]
U ii. Namakan terminal P, Q dan R. Nyatakan fungsi setiap terminal.

H P: Pengumpul. Untuk menerima pembawa cas dari pengeluar
Q: Tapak. Untuk mengawal pengaliran pembawa cas
A R: Pengeluar. Untuk membekalkan pembawa cas kepada pengumpul.

N [6 markah]

c) Jika IC ialah arus pengumpul, IB ialah arus tapak, IE ialah arus pengeluar, nyatakan
2 perhubungan di antara IC, IB dan IE.

IE = IB + IC [1 markah] 33

Siren

P R1 R2

E 9V
NT
G Rajah 3

U 3. Rajah 3 menunjukkan satu litar transistor.
K a) Dalam Rajah 3, lengkapkan simbol transistor dan namakan jenis transistor yang
U digunakan dalam litar itu.

H
A Transistor NPN
N

NP

3
N

[2 markah] 34

b) Siren akan berbunyi apabila voltan tapak sekurang-kurangnya 1.5 V. Nilai R1 ialah

600 Ω.
P i. Hitungkan rintangan transistor, T apabila siren berbunyi.

E = 2
N 1 + 2

G = 120 Ω [2 markah]
U 1.5 = + 600 9

K

U ii. Hitungkan arus pengumpul, IC jika arus pengeluar, IE ialah 200 mA.

H + =
A =
= 200 − 12.5
N 1.5 = 187.5 mA
= 120

3 = 0.0125 A [2 markah]

= 12.5 mA 35

DIOD

TIUB TRANSISTOR
SINAR KATOD GEGANTI

PERINTANG

36

37