PINDAAN : 0 MUKASURAT 144 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 144 Rajah 1.1.2.(iii) Binaan ringkas atom silikon dan germanium 2.1.3. IKATAN KOVALEN Apabila dua atau lebih atom yang berhampiran berkongsi elektron, ikatan kovalen akan dihasilkan. Jumlah elektron pada setiap atom mestilah seimbang dan ini akan menghasilkan ikatan yang stabil. Atom separuh pengalir seperti germanium dan silikon mempunyai empat elektron pada orbit luaran. Setiap atom dikelilingi oleh empat atom yang berhampiran. Setiap elektron bagi setiap atom akan berpasangan dengan satu elektron dari atom yang berhampiran dengannya. Rajah 1.1.3. menunjukkan ikatan kovalen yang terhasil bagi hablur silikon dan germanium. a. Hablur silikon b. Hablur germanium Rajah 1.1.3. Ikatan kovalen yang terhasil bagi hablur silikon dan germanium
PINDAAN : 0 MUKASURAT 145 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 145 2.1.4. ELEKTRON DAN LUBANG PADA SEPARUH PENGALIR Rajah 1.1.4. menunjukkan satu contoh pergerakan elektron dan lubang dalam satu contoh bahan separuh pengalir. Apabila bekalan kuasa dikenakan pada separuh pengalir tersebut, elektron akan terbebas dan bergerak ke arah punca positif iaitu dari C ke D (Rajah 1.1.4.b). Pergerakan elektron dari C ke D akan mengakibatkan kekosongan elektron di C. Kekosongan ini disebut lubang. Lubang ini akan dipenuhi oleh elektron yang berhampiran (dari B). Hal ini menghasilkan lubang di B (Rajah 1.1.4.c) dan lubang ini kemudiannya akan dipenuhi oleh elektron dari A. Maka, lubang akan terbentuk pula di A (Rajah 1.1.4.d). Dari Rajah 1.1.4.a hingga Rajah 1.1.4.d dapatlah dilihat bahawa elektron bergerak dari punca negarif ke punca positif dan lubang seolah-olah bergerak dari punca positif ke punca negatif. a. Kedudukan elektron sebelum bekalan kuasa dikenakan b. Pergerakan elektron dari C ke D menghasilkan lubang di C c. Pergerakan elektron dari B ke C menghasilkan lubang di B
PINDAAN : 0 MUKASURAT 146 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 146 d. Pergerakan elektron dari A ke B menghasilkan lubang di A Rajah 1.1.4 Pergerakan elektron dan lubang 2.1.5. JENIS SEPARUH PENGALIR SEPARUH PENGALIR HAKIKI Separuh pengalir yang tidak mengandungi campuran bendasing dinamakan separuh pengalir hakiki. Bahan ini tidak mengalirkan arus elektrik dengan baik dan sifatnya hampir sama denga penebat. Biasanya bendasing atau bahan dopan diresapkan ke dalam separuh pengalir hakiki bagi menghasilkan peranti-peranti separuh pengalir. Peresapan bendasing itu akan menghasilkan separuh pengalir ekstrinsik. SEPARUH PENGALIR EKSTRINSIK Separuh pengalir ekstrinsik terhasil apabila bendasing diresapkan ke dalam separuh pengalir hakiki. Bahan separuh pengalir ekstrinsik digunakan untuk menghasilkan peranti elektronik seperti diod, transistor dan litar bersepadu. Proses meresapkan bendasing ke dalam separuh pengalir dinamakan pengedopan. Biasanya, lebih banyak jumlah bendasing yang didop ke dalam separuh pengalir hakiki, maka lebih banyak pembawa cas dihasilkan. Pengedopan bendasing yang tertentu seperti antimoni, arsenik dan fosforus akan menghasilkan lebihan elektron. Bahan separuh pengalir yang terhasil dinamakan bahan jenis N. Pengedopan bendasing tertentu seperti kalium, boron dan indium pula menghasilkan lebihan pembawa cas positif (lubang). Bahan jenis ini dinamakan bahan jenis P. 2.1.6. BAHAN BAHAN JENIS ‘N’ Apabila germanium atau silikon didopkan dengan bendasing yang mempunyai lima elektron valensi, bahan separuh pengalir jenis N dihasilkan. Bendasing ini dinamakan penderma. Contoh atom penderma ialah arsenik, antimoni dan fosforus. Rajah 1.1.6.(i) menunjukkan ikatan kovalen yang terhasil
PINDAAN : 0 MUKASURAT 147 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 147 apabila germanium (separuh pengalir hakiki) didopkan dengan arsenik (penderma) dan menghasilkan ikatan kovalen dan elektron bebas. Atom germanium pula mempunyai empat elektron pada orbit luarannya. Oleh itu, apabila atom arsenik didopkan dengan atom germanium, satu daripada elektron arsenik tidak mempunyai pasangan bagi membentuk ikatan kovalen. Elektron ini merupakan elektron bebas yang terhasil bagi bahan jenis N. Pembawa cas terbanyak bagi bahan jenis N ialah elektron manakala pembawa cas tersedikit ialah lubang (Rajah 1.1.6.(ii)) Rajah 1.1.6.(i) Ikatan kovalen yang terhasil apabila germanium didop dengan arsenik Rajah 1.1.6.(ii) Pembawa cas terbanyak bagi bahan jenis N xxxi. BAHAN JENIS ‘P’ Apabila germanium atau silikon didopkan dengan bendasing yang mempunyai tiga elektron valensi, bahan separuh pengalir jenis P dihasilkan. Bendasing ini dinamakan penerima. Contoh atom penerima ialah aluminium, galium, boron dan indium. Rajah 1.1.6.(iii) menunjukkan ikatan kovalen yang terhasil apabila germanium (separuh pengalir hakiki) didopkan dengan indium (penderma) dan menghasilkan ikatan kovalen dan luban Pengaliran lubang Pengaliran Elektron Petunjuk : Lubang Elektron
PINDAAN : 0 MUKASURAT 148 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 148 Rajah 1.1.6.(iii) Ikatan kovalen yang terhasil apabila germanium didop dengan indium Atom germanium mempunyai empat elektron pada orbit luarannya. Oleh itu, apabila indium didopkan dengan atom germanium satu daripada ikatan kovalen tidak dapat dilengkapkan. Kekosongan ini menghasilkan lubang. Pembawa cas terbanyak bagi bahan jenis P ialah lubang manakala pembawa cas tersedikit ialah elektron (Rajah 1.1.6.(iv)) Rajah 1.1.6.(iv)Pembawa cas terbanyak bagi bahan jenis P Bahan jenis P apabila dicantumkan dengan bahan jenis N merupakan asas bagi pembuatan kebanyakan jenis peranti separuh pengalir seperti diod, transistor dwikutub, transistor kesan medan dan litar bersepadu. 2.1.7. PEMBAWA TERSEDIKIT DAN PEMBAWA TERBANYAK Di dalam bahan separuh pengalir jenis N, elektron-elektron bebas akan wujud dengan banyak manakala bagi bahan separuh pengalir jenis P akan wujud lebih banyak lubang (hole) daripada electron bebas. Elektron-elektron adalah pembawa terbanyak (majority) dalam bahan separuh pengalir jenis N dan lubang Pengaliran lubang Pengaliran Elektron Petunjuk : Lubang Elektron
PINDAAN : 0 MUKASURAT 149 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 149 (hole) adalah pembawa terbanyak dalam bahan separuh pengalir jenis P. Sebaliknya, lubang (hole) menjadi pembawa tersedikit dalam bahan separuh pengalir jenis N dan electron menjadi pembawa tersedikit (minoriti) dalam bahan separuh pengalir jenis N dan electron menjadi pembawa tersedikit dalam bahan separuh pengalir jenis P. Jenis Bahan Separuh Pengalir 1. Bendasing Yang Dicampurkan Pembawa Terbanyak Pembawa Tersedikit Jenis N Penderma Elektron (cas -) Lubang (hole) (cas +) Jenis P Penerima Lubang (hole) (cas +) Elektron (cas -) Rajah 1.1.7(a): Ciri-ciri Perbezaan antara Bahan ‘N’ dan Bahan ‘P’ 2. Elemen 3. Simbol 4. Atomic Number 5. Valence Elektron Tetravalent Atom Germanium Silikon Ge Si 32 14 4 4 Intrinsic Atom Trivalent Atom Aluminium Boron Galium Indium Al B Ga In 13 5 13 49 3 3 3 3 Penerima Atom Pentavalent Atom Antimony Arsenis Phosphorus Sb As P 51 33 15 5 5 5 Penderma Atom Rajah 1.1.7(b): Contoh Atom Penerima Dan Penderma
PINDAAN : 0 MUKASURAT 150 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 150 2.2. PENGENALAN KEPADA DIOD Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan tentang Diod merupakan peranti separuh pengalir yang digunakan dengan meluas dalam litar elektronik. Anda akan diperkenalkan pada beberapa jenis diod seperti diod isyarat, diod zener, diod terowong, diod varaktor, diod foto, diod pemancar cahaya (LED), dan diod LASER. 2.2.1. DIOD Diod ialah peranti separuh pengalir yang digunakan dengan meluas dalam litar elektronik. Rajah 1.2.1. menunjukkan bentuk fizikal beberapa jenis diod. a. Diod untuk kegunaan kuasa rendah b. Diod untuk kegunaan kuasa sederhana c. Diod untuk kegunaan kuasa tinggi
PINDAAN : 0 MUKASURAT 151 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 151 d. Penentuan tamatan diod Rajah 1.2.1. Bentuk fizikal diod 2.2.2. BINAAN DIOD Diod ialah peranti separuh pengalir yang mempunyai dua tamatan. Tamatan yang menyentuh bahan separuh pengalir jenis P dinamakan anod manakala tamatan yang menyentuh bahan separuh pengalir jenis N dinamakan katod. Rajah 1.2.2.(i) menunjukkan binaan diod dan simbol diod. a.Binaan dio b.Simbol diod Rajah 1.2.2.(i) Binaan dan simbol diod Apabila bahan jenis P dicantumkan dengan bahan jenis N, satu simpang terbina. Kawasan ini dinamakan lapisan susutan. Pada simpang ini, elektron bebas yang berada di dalam jenis N akan merentas simpang ke dalam bahan jenis P. Kehilangan elektron di dalam bahan jenis N akan meninggalkan atom yang bercas positif. Atom dalam bahan jenis P yang menerima elektron tersebut akan menjadi atom bercas negatif (ion negatif). Lapisan ion bercas positif di bahan N dan ion bercas negatif di bahan P membentuk sawar upaya pada lapisan susutan. Rajah 1.2.2.(ii) menunjukkan binaan sawar upaya diod. Katod - Anod +
PINDAAN : 0 MUKASURAT 152 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 152 Lapisan susutan menjadi lebih lebar apabila punca positif bekalan dikenakan pada katod manakala punca negatif bekalan dikenakan pada anod. Ini ditunjukan oleh Rajah 1.2.2.(iii) Petunjuk Petunjuk O Proton O Elektron - Elektron - Elektron a. Pembentukan lapisan susutan b.Sawar upaya diod c. Penambahan lapisan susutan Rajah 1.2.2.(ii) Binaan sawar upaya 2.2.3. SIMBOL Terdapat pelbagai jenis diod dengan kegunaan tertentu. Jadual 1.2.3 menunjukkan bentuk fizikal beberapa diod dan simbol diod.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 153 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 153 Jadual 1.2.3. Bentuk fizikal dan simbol diod 2.2.4. CIRI I-V DIOD Rajah 1.2.4.(i) Lengkung ciri I-V DIOD GAMBAR FIZIKAL SIMBOL KHAS 1) Diod isyarat 2) Diod zener 3) Diod terowong 4) Diod varaktor 5) Diod pemancar Cahaya (LED) 6) Diod foto 7) Diod LASER
PINDAAN : 0 MUKASURAT 154 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 154 Apabila voltan dikenakan pada diod, arus akan mengalir mengikut ciri diod sama ada dalam keadaan pincang songsang atau pincang hadapan. Rajah 1.2.4.(i) menunjukkan lengkung ciri I-V bagi sebuah diod. Anda telah mengetahui bahawa diode mempunyai sawar upaya. Sawar upaya merupakan tenaga elektrik yang berada di dalam sesebuah diod. Rajah 1.2.4.(ii) menunjukkan punca bekalan yang disambungkan merentas diod. Pada peringkat awal, punca bekalan perlu melawan sawar upaya, nilai arus yang mengalir pada ketika ini adalah rendah. Apabila voltan punca dapat mengatasi sawar upaya diod, arus mula mengalir dengan banyak. Nilai voltan semasa sawar upaya diatasi dinamakan sebagai voltan lutut (Vk). Voltan lutut (Vk) bagi diod jenis silikon ialah 0.7V dan diod jenis germanium ialah 0.3V. a. Pincang hadapan b. Analogi sebagai suis tertutup Rajah 1.2.4.(ii) Diod pincang hadapan Merujuk Rajah 1.2.4.(ii) punca bekalan positif disambung ke tamatan anod, manakala punca bekalan negatif disambung ke tamatan katod. Sambungan ini dinamakan pincang hadapan. Dalam keadaan pincang hadapan, diod membenarkan arus mengalir dengan banyak melaluinya. Diod ketika itu dianologi sebagai sebuah suis yang tertutup. a. Sambungan diod pincang songsang b. Analogi sebagai suis terbuk Rajah 1.2.4.(iii) Diod pincang songsang Rajah 1.2.4.(iii) menunjukkan punca bekalan arus terus disambungkan merentasi diod. Tamatan punca positif disambung pada katod manakala tamatan bekalan negatif disambung pada anod. Sambungan ini dinamakan pincang songsang. Semasa pincang songsang diod mempunyai rintangan yang terlalu tinggi. Walau bagaimanapun, terdapat arus yang sedikit mengalir semasa dipincang songsang. Arus ini dinamakan arus bocor. Arus bocor ini dihasilkan oleh pembawa cas tersedikit. Jika voltan pincang songsang merentasi
PINDAAN : 0 MUKASURAT 155 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 155 diod ditinggikan sehingga nilai voltan tertentu, arus yang banyak akan mula mengalir menerusi diod. Pada ketika ini, diod dikatakan pecah tebat. Voltan ketika keadaan ini berlaku dinamakan voltan pecah tebat. Kejadian pecah tebat dapat diterangkan apabila voltan songsang ditambah, lapisan susutan menjadi lebar sehingga merangkumi keseluruhan diod. Pada masa yang sama suhu diod bertambah. Ini menyebabkan elektron bebas lebih banyak dihasilkan. Elektron bebas dari lapisan susutan dilepaskan keluar dengan laju dari orbit luaran. Kelajuan elektron ini bertambah jika voltan songsang ditambah. Elektron bebas itu akan melanggar elektron di orbit luaran di atom yang berhampiran. Kini terdapat dua elektron bebas. Dua elektron bebas itu akan melanggar pula elektron yang lain. Proses ini berterusan dan menghasilkan elektron yang lebih banyak. Keadaan ini menyebabkan arus yang tinggi mengalir melalui diod. Keadaan ini dinamakan pecah tebat dan voltan ketika ini dinamakan voltan runtuh (VBR) atau voltan songsang puncak (PIV) atau voltan songsang maksimum (VRM) atau voltan kerja songsang maksimum (VRWM). Voltan pecah tebat bergantung pada jenis dan keperluan diod itu. Kebanyakan diod tidak membenarkan perkara ini berlaku kerana ia akan merosakkan diod. 2.2.5. JENIS-JENIS DIOD Diod Isyarat Diod isyarat dikendalikan dalam keadaan pincang hadapan seperti yang telah diterangkan. Voltan lutut perlu diatasi sebelum arus yang banyak dapat mengalir melalui diod. Diod ini membenarkan arus mengalir pada satu arah sahaja. Diod isyarat banyak digunakan dalam litar pengesan isyarat seperti di dalam radio dan litar pemotong isyarat di dalam televisyen. Diod Zener Diod zener ialah diod khas yang dikendalikan dalam keadaan pincang songsang. Rajah 1.2.5.(i) menunjukkan lengkund ciri I-V bagi sebuah diod zener. Diod zener bertindak sebagai litar terbuka sebelum nilai voltan melebihi nilai voltan pecah tebat. Diod zener direka untuk dikendalikan ketika melebihi nilai voltan pecah tebat. Diod ini digunakan untuk menghadkan voltan pada paras yang tertentu dalam litar pengatur voltan bekalan kuasa dan litar pelindung.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 156 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 156 Rajah 1.2.5.(i) Lengkung ciri I-V diod zener Diod Varaktor Dalam reka bentuk sebuah diod, lapisan susutan memisahkan bahan jenis P dengan bahan jenis N. Binaan diod ini adalah seperti sebuah pemuat yang dielektriknya ialah lapisan susutan. Apabila voltan dikenakan merentasi diode, lebar lapisan susutan akan berubah bergantung pada nilai voltan yang dikenakan. Dalam keadaan ini, diod bertindak sebagai pemuat boleh ubah. Diod varaktor juga dinamakan sebagai diod varikap, epikep atau diod pemuat voltan boleh ubah. Diod ini dikendalikan dalam pincang songsang. Antara kegunaan diod varaktor adalah lama bahagian penalaan sistem penerima televisyen, penerima FM dan alat perhubungan yang lain. Diod Terowong Diod ini dinamakan diod terowong kerana diod ini mempunyai lapisan susutan yang nipis. Elektron melintasi sawar upaya dengan mudah apabila diod dipincang hadapan. Dengan meninggikan tahap pengedopan, voltan lutut diod terowong direndahkan sehingga hampir ke sifar. Rajah 1.2.5.(ii) menunjukkan lengkung diod terowong. Diod terowong mempunyai ciri pensuisan yang terpantas sebagai peranti logik storan ingatan, pengayun santaian dan pengayun gelombang mikro.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 157 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 157 Rajah 1.2.5.(ii) Lengkung ciri I-V diod terowong Diod Foto Diod foto ialah diod yang peka cahaya. Diod ini berkendali apabila simpang diod terkena cahaya. Ini menyebabkan pembawa cas tersedikit dihasilkan dengan banyak. Penghasilan pembawa cas menyebabkan pengaliran arus bertambah. Diod foto dikendalikan dalam keadaan pincang songsang. Ketika tiada cahaya terkena simpang diod, hanya arus bocor sahaja yang mengalir. Oleh sebab arus ini kecil, diod ini tidak dapat mempengaruhi kendalian peranti lain yang terdapat dalam litar. Diod foto digunakan sebagai pengesan cahaya di dalam litar penggera, litar perakam video, kamera dan litar kawalan jauh (televisyen dan radio). Laser Diode ini diperbuat daripada bahan separuh pengalir galium aluminium arsenida. Semasa diod dipincang hadapan tenaga diberi kepada elektron. Elektron di dalam diod terjana dan menghasilkan cahaya inframerah koheren. Diod ini digunakan di dalam talian penghantaran optik gentian, pembaca cakera padat dan pencetak LASER. Diod Pemancar Cahaya (LED) LED ialah peranti separuh pengalir yang dapat mengeluarkan cahaya apabila arus pincang hadapan dikenakan padanya. Dalam banyak penggunaan, LED dapat menggantikan lampu pandu kerana LED mempunyai kelebihan seperti berikut :
PINDAAN : 0 MUKASURAT 158 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 158 Voltan kendalian yang rendah Jangka hayat yang panjang (lebih 20 tahun) Pensuisan yang laju (nano saat) Dalam keadaan pincang hadapan, elektron dari bahan jenis N merentasi simpang untuk mengisi lubang di dalam bahan jenis P. Pengaliran ini menyebabkan beza upaya dan tenaga haba terhasil. Tenaga haba pula ditukarkan kepada cahaya. Warna cahaya dari diod ini dapat ditentukan mengikut jenis bahan separuh pengalir diod yang digunakan seperti ditunjukkan dalam Jadual 1.2.5.(iii) Jadual 1.2.5.(iii) Jenis bahan separuh pengalir dan warna yang dihasilkan oleh diod pemancar cahaya (LED) 2.2.6. TEKNIK MENGUJI KEKUTUBAN DIOD PN Salah satu cara untuk menguji kekutuban diod ialah menggunakan meter pelbagai digital atau analog. Di dalam meter pelbagai terdapat voltan yang mencukupi daripada bateri dalaman bagi menguji keadaan pincang hadapan atau pincang songsang. Apabila menguji diod menggunakan meter pelbagai analog, julat rintangan mestilah disetkan ke skala 1KΩ untuk mendapatkan pengaliran arus yang sepatut daripada meter. Jika julat rintangan disetkan pada skala terendah, ini akan mengalirkan arus yang berlebihan mengalir ke diod dan ini menyebabkan kerosakan pada diod. Rajah 1.2.6(a) menunjukkan penyambungan diod dalam keadaan pincang hadapan dan anda akan lihat bacaan nilai rintangan yang rendah. Kebiasaannya nilai bacaan akan menunjukkan pada bacaan kurang 1KΩ. Rajah 1.2.6(b) menunjukkan penyambungan diod dalam keadaan pincang songsang dan menunjukkan bacaan nilai yang tinggi dan kebiasaannya dalam julat Mega ohm. Apabila menguji sesuatu diod dan didapati dalam keadaan pincang hadapan jarum meter menunjukkan nilai rintangan tinggi atau dalam keadaan pincang songsang jarum meter menunjukkan nilai rintangan rendah. Maka diod tersebut tidak boleh digunakan lagi. Multimeter juga boleh digunakan menentukan kaki anod dan kaki katod bagi diod. Kebiasaannya diod mempunyai tanda pada hujung kaki dan ia menunjukkan kaki katod, tetapi disebabkan faktor usia dan kepanasan tanda tersebut berkemungkinan akan hilang. Dalam keadaan pincang hadapan penunjuk positif multimeter disambung ke anod dan penunjuk negatif multimeter disambung ke katod. Bahan separuh pengalir Warna yang dihasilkan Galium Arsenida (GaAs) Penyinar inframerah Galium Fosfida (GaP) Merah atau hijau muda Galium Arsenida Fosfida (GaAsP) Merah atau kuning muda Galium Nitrogen (GaN) Biru
PINDAAN : 0 MUKASURAT 159 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 159 Rajah 1.2.6. Cara menguji diod menggunakan meter pelbagai analog 2.3. APLIKASI-APLIKASI DIOD Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan tentang Diod yang merupakan peranti separuh pengalir yang digunakan dengan meluas dalam litar elektronik. Diod merupakan komponen utama di dalam pengalir kuasa dan ia mempunyai banyak kegunaan. Anda akan diperkenalkan pada kegunaan diod sebagai penerus dan pengatur voltan dan aplikasi diode sebagai penghad dan diod sebagai pengapit. 2.3.1. KEGUNAAN DIOD DALAM LITAR Rajah 1.3.1.(i) menunjukkan rajah blok bekalan kuasa AT. Bahagian yang terdapat di dalam rajah blok ialah pengubah, penerus, penapis, pengatur dan beban. Pengubah akan menurunkan voltan bekalan 240 AU ke nilai yang dikehendaki. Voltan AU di pengubah sekunder masuk ke penerus untuk ditukarkan kepada voltan AT berdenyut. Apabila voltan AT berdenyut melalui penapis, voltan AT tulen dihasilkan. Walaupun voltan AT tulen telah dihasilkan, nilai voltan AT masih tidak stabil. Untuk mengatasi masalah ini, pengatur voltan digunakan. Pengatur voltan akan menstabilkan nilai voltan AT tulen pada voltan AT yang tetap seperti yang dikehendaki.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 160 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 160 Rajah 1.3.1.(i) Rajah blok bekalan kuasa Rajah 1.3.1.(ii) Bentuk gelombang pada litar bekalan kuasa 2.3.2. PENERUS PENERUS GELOMBANG SEPARUH POSITIF Rajah 1.3.2.(i)a menunjukkan satu litar penerus gelombang separuh positif, manakala Rajah 1.3.2.(i)b, 1.3.2.(i)c dan 1.3.2.(i)d menunjukkan proses yang dilakukan oleh penerus gelombang separuh positif. Rajah 1.3.2.(i) menunjukkan arus ulang-alik dibekalkan ke litar merentasi diode D1 dan perintang beban RL. Pada voltan masukan AU,
PINDAAN : 0 MUKASURAT 161 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 161 kekutuban sentiasa bertukar setiap 1/100 saat. Ketika voltan masukan AU, kekutuban ulang alik positif dikenakan ke anod diode, arus mengalir melalui diode. Apabila kekutupan AU bertukar kepada negatif, arus tidak dapat mengalir di dalam litar voltan susut di perintang RL. a.Litar penerus gelombang separuh positif b.Ketika diod dipincang hadapan c.Ketika diod dipincang songsang d. Voltan keluaran yang dihasilkan oleh penerus gelombang separuh Rajah 1.3.2.(i) Penerus gelombang separuh
PINDAAN : 0 MUKASURAT 162 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 162 Pada masukan separuh kitaran positif, diod dipincang hadapan. Arus akan mengalir melalui diod dan beban (Rajah 1.3.2.(i)b). Pada masukan separuh kitaran negatif pula, diod dipincang songsang. Arus tidak dapat mengalir dalam litar (Rajah 1.3.2.(i)c) Proses di atas diulang bagi kitaran berikutnya. Rajah 1.3.2.(i)d menunjukkan voltan keluaran yang dihasilkan oleh penerus gelombang separuh. GELOMBANG SEPARUH NEGATIF Gambarajah 1.3.2.(ii) dibawah menunjukkan penerus gelombang separuh dengan menggunakan diod dalam keadaan songsang. Litar ini, diod ini akan beroperasi pada separuh masukan negatif. Diod ini akan dipincang songsang pada separuh kitar masukan positif. Keputusannya, separuh kitar positif masukan akan dihapuskan. Oleh itu, prinsip operasi untuk litar ini sama seperti separuh kitar positif. Perbezaannya ialah kekutuban diode adalah terbalik dan isyarat keluaran adalah songsang. Seperti yang dapat anda lihat, kekutuban diode akan menentukan keluaran penerus gelombang ini sama ada ia adalah positif atau negatif. Untuk memahamkan litar, sila rujuk litar di bawah Apabila terminal katod diod kearah beban, keluaran penerus ini akan berkeadaan positif. Apabila terminal katod diod kearah pengubah, keluaran penerus ini akan berkeadaan negatif. R a Rajah 1.3.2.(ii) Penerus gelombang separuh negatif
PINDAAN : 0 MUKASURAT 163 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 163 PENERUS GELOMBANG PENUH POSITIF a. Litar penerus gelombang penuh positif menggunakan pengubah bersadap tengah b. Ketika diod D1 dipincang hadapan c. Ketika diod D2 dipincang hadapan c. Voltan keluaran yang dihasilkan oleh penerus. Rajah 1.3.2.(iii) Litar penerus gelombang penuh positif
PINDAAN : 0 MUKASURAT 164 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 164 xxxii. PENERUS GELOMBANG PENUH NEGATIF Penerus gelombang penuh negatif akan terjadi apabila arah kekutuban diod disongsangkan daripada kedudukan diod pada penerus gelombang penuh positif. Rajah 3.6 dibawah menunjukkan penerus gelombang penuh negatif dan isyarat keluaran bagi penerus gelombang penuh negatif. Perbezaan utama diantara penerus gelombang penuh positif dan negatif adalah kekutuban diod dan isyarat voltan keluaran. Rajah 1.3.2.(iv)Penerus gelombang penuh negatif GELOMBANG TITI (BRIDGE RECTIFIER) Litar Bridge Rectifier ditunjukkan dalam Rajah 1.3.2.(v) yang menggunakan pengubah dan empat diode. Voltan bekalan AU dibekalkan pada diode melalui pengubah yang berfungsi sebagai perendah voltan AU dan pengasing. Merujuk Rajah 1.3.2.(v)a, semasa setengah kitar positif, diode D4 dab D2 dipincang hadapan manakala diode D1 dan D3 dipincang songsang. Arus mengalir melalui D4, beban dan D2. Gelombang yang terhasil merentas beban berbentuk gelombang AT berdenyut. Merujuk Rajah .3.2.(v)b, semasa setengah kitar negatif, diode D3 dan D1 dipincang hadapan manakala diode D2 dan D4 dipincang songsang. Arus mengalir melalui D3, beban dan D1. Gelombang yang terhasil merentas beban berbentuk gelombang AT berdenyut. Rajah 1.3.2.(v)c, menunjukkan kombinasi bentuk gelombang merentas beban semasa setengah kitar positif dan setengah kitar negatif. Gelombang yang terhasil berbentuk gelombang AT berdenyut. Rajah 1.3.2.(v)d, menunjukkan bentuk gelombang merentas beban yang terhasil apabila bekalan AU dikenakan pada masukan. Litar ini menukarkan voltan masukan AU ke voltan AT berdenyut.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 165 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 165 a. Voltan keluaran diod D2 dan D4 dipincang hadapan b. Voltan keluaran ketika diod D1 dan D3 dipincang hadapan b. Voltan keluaran untuk satu kitar d. Voltan keluaran yang dihasilkan oleh penerus gelombang titi Rajah 1.3.2(v) Litar penerus tetimbang gelombang penuh Terdapat pelbagai bentuk fizikal penerus titi. Rajah 3.8 menunjukkan bentuk fizikal penerus titi yang biasa digunakan.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 166 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 166 Rajah 1.3.2.(vi) Bentuk fizikal penerus titi 2.3.3. PENAPIS Gelombang AT berdenyut yang terhasil perlu ditukarkan ke gelombang AT tulen. Ini boleh dilakukan dengan menggunakan penapis. Terdapat pelbagai jenis penapis yang kerap digunakan. Antaranya ialah :- Penapis jenis RC Penapis jenis π menggunakan cok dengan pemuat Penapis jenis π menggunakan perintang dengan pemuat Penapis Jenis RC Penapis jenis RC ialah penapis yang paling mudah. Penapis ini mengandungi satu pemuat elektrolitik yang disambung selari dengan perintang beban seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.3.3.(vii) Pada setengah kitar positif yang pertama, voltan masukan akan mengecas pemuat C1 sehingga nilai voltan masukan maksimum. Selepas setengah kitar positif, pemuat C1 menyahcas melalui perintang RB. Semasa proses nyahcas berlaku, voltan merentas C1 akan turun dari nilai maksimum ke nilai voltan yang ditetapkan oleh pemalar masa litar RC. Apabila denyut isyarat masukan berikutnya dikenakan ke pemuat C1, C1akan dicas semula. Proses ini berulang pada setiap denyut gelombang. Bentuk gelombang yang terhasil ialah gelombang AT beriak. a. Litar penapis RC b. Bentuk gelombang keluaran litar penapis RC Rajah 1.3.3.(vii) Litar penapis RC dan bentuk gelombang
PINDAAN : 0 MUKASURAT 167 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 167 Penapis Jenis π Menggunakan Cok Dengan Pemuat Penapis yang lebih berkesan perlu digunakan untuk mendapat voltan keluaran yang lebih tulen untuk kegunaan arus beban yang lebih tinggi. Rajah 1.3.2.(viii) menunjukkan penapis jenis π yang menggunakan cok dengan pemuat. Litar penapis jenis ini berkeupayaan membekalkan arus yang lebih tinggi pada litar beban. Jika dibandingkan dengan penapis jenis RC, penapis ini mempunyai komponen tambahan iaitu cok (L) dan pemuat (C2). Komponen L, C1 dan C2 akan meningkatkan keupayaan menyimpan cas dan ini akan meningkatkan kemampuan menapis gelombang AT berdenyut. Tindakan ini akan dapat mengurangkan kesan riak pada keluaran AT. a. Litar penapis jenis π menggunakan cok b. Bentuk gelombang pada penapis dengan pemuat Rajah 1.3.3.(viii) Litar penapis π menggunakan cok dengan pemuat dan bentuk gelombang Penapis Jenis π Menggunakan Perintang Dengan Pemuat Untuk kegunaan arus dan voltan yang rendah, perintang digunakan mengganti cok. Rajah 1.3.2.(ix) menunjukkan pemuat C1, C2 dan perintang RC. Nilai RC perlulah lebih tinggi daripada nilai perintang beban RB. Berbanding dengan penapis jenis menggunakan cok dengan pemuat, viltan keluaran penapis jenis π menggunakan perintang dan pemuat mempunyai lebih riak. Untuk mengimbangi masalah tersebut pemuat C1 dan C2 yang mempunyai kemuatan yang lebih besar digunakan. a.Litar penapis jenis π menggunakan perintang dengan pemuat. b. Bentuk gelombang pada penapis Rajah 1.3.3.(ix) Litar penapis jenis π menggunakan perintang dengan pemuat dan bentuk gelombang
PINDAAN : 0 MUKASURAT 168 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 168 2.3.4. PENGATUR Rajah 1.3.4.(i) Bekalan kuasa menggunakan diode zener Rajah 1.3.4.(i) menunjukkan diod zener digunakan sebagai pengatur voltan dalam litar bekalan kuasa. Voltan merentas beban sama nilai dengan voltan merentas diode zener. Merujuk Rajah 1.3.4.(i), bias voltan AU di pengubah sekunder masuk ke penerus untuk ditukarkan kepada voltan AT berdenyut. Apabila voltan AT berdenyut melalui penapis, voltan AT tulen terhasil. Walaupun voltan tulen telah dihasilkan, nilai voltan AT masih berubah sekiranya terdapat penambahan nilai voltan pada masukan. Untuk mengatasi masalah ini, pengatur voltan digunakan. Sekiranya voltan bekalan punca kuasa dalam litar ini berubah, voltan AT merentas penapis C1 turut berubah. Ini menyebabkan voltan keluaran pada beban turut berubah. Diod zener yang digunakan dalam litar ini akan menstabilkan voltan keluaran supaya berada pada nilai voltan yang telah ditetapkan. Dengan cara ini, voltan keluaran menjadi stabil walaupun voltan bekalan AU pada punca kuasa berubah Keupayaan diod zener sebagai pengatur voltan bagi litar yang telah ditunjukkan dalam rajah di atas adalah terhad. Untuk meningkatkan keupayaan diod zener mengawal arus yang lebih tinggi, transistor digunakan. Dua contoh pengatur voltan yang menggunakan transistor ialah :- i)Pengatur voltan siri ii)Pengatur voltan selari Rajah 1.3.4.(ii) Pengatur voltan siri
PINDAAN : 0 MUKASURAT 169 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 169 Rajah 1.3.4.(ii) menunjukkan litar pengatur voltan siri. Litar ini dinamakan litar pengatur voltan siri kerana beban disambung secara bersiri dengan transistor. Rajah 1.3.4.(iii) Pengatur voltan selari Rajah 1.3.4.(iii) menunjukkan litar pengatur voltan selari. Litar ini dinamakan litar pengatur voltan selari kerana beban disambung secara selari dengan transistor 2.3.5. LIMITER OR CLIPPER (PENGHAD) Digunakan untuk menghapuskan sebahagian daripada voltan isyarat pada tahap yang diperlukan. Ia digunakan sebagai Pembentuk gelombang dan pelindung kepada litar lain yang menerima isyarat. Penghad terbahagi kepada dua iaitu penghad sesiri (mempunyai diod yang sesiri dengan beban dan penghad selari (mempunyai diod yang selari dengan beban). Setiap satu daripadanya bolah menjadi positif dan negatif. Diod Sebagai Penghad Sesiri Rajah 1.3.5(i) a dan b menunjukkan diod sebagai penghad sesiri. Ia dipanggil penghad sesiri kerana hasil keluarannya adalah sesiri dengan diod. Rajah a menunjukkan penghad sesiri negatif manakala rajah (b) menunjukkan penghad sesiri positif. Pada rajah a, apabila voltan masukan Vin positif maka arus akan mengalir melalui diod D1 dan menghasilkan denyutan positif pada keluaran. Dan apabila voltan masukan Vin negatif, diode D1 akan pincang songsang dan keluarannya adalah zero. Menggunakan taksiran diod yang kedua, nilai puncak pada voltan keluaran semasa pengaliran positif adalah 0.7V kurang daripada nilai puncak pada voltan masukan. Diod akan selesai memotong pada keluaran pengaliran negatif.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 170 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 170 a. Penghad Sesiri Negatif menunjukkan gelombang masukan dan keluaran. Rajah b menunjukkan diod sebagai penghad sesiri positif dimana keluarannya adalah sesiri dengan denyutan negatif. Apabila voltan masukan Vin adalah negatif, diod D1 akan mengalirkan arus dan memotong pada voltan masukan Vin adalah positif. Menggunakan taksiran diod yang kedua, nilai puncak negatif pada voltan keluaran adalah 0.7V kurang daripada nilai puncak negatif pada voltan masukan. Diod akan selesai memotong pada keluaran pengaliran positif. b. Penghad Sesiri positif menunjukkan gelombang masukan dan keluaran Rajah 1.3.5.(i) Diod sebagai Penghad Sesiri positif 2.3.6. Diod Sebagai Penghad Selari Rajah 1.3.5.(ii) a dan b menunjukkan diod sebagai penghad selari, hasil keluaran litar adalah selari dengan diod. Rajah (a) menunjukkan penghad selari negatif dan rajah b menunjukkan penghad selari positif. Pada rajah a, diod D1 memotong apabila voltan masukan Vin adalah positif. Dan diod D1 akan menjadi suis terbuka, kesemua voltan masukan muncul pada keluaran melalui diod D1. Semasa pengaliran negatif oleh voltan masukan Vin, diod D1 akan mengalirkan arus dan menghadkan voltan keluaran negatif pada –0.7V. bahagian sisa voltan
PINDAAN : 0 MUKASURAT 171 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 171 masukan Vin akan jatuh melalui resistor 1kΩ semasa pengaliran negatif. Diod akan selesai memotong voltan masukan pada pengaliran negatif. Rajah b menunjukkan penghad selari positif. Diod D1 akan pincang hadapan apabila voltan masukan Vin adalah positif. Oleh kerana keluaran melalui diod D1, voltan keluaran Vout akan terhad kepada nilai maksimum +0.7V semasa pengaliran ini. Diod akan selesai memotong voltan masukan pada pengaliran positif. Apabila voltan masukan Vin menjadi negatif, diod D1 akan pincang songsang. Dengan ini, voltan keluaran sebagai replika sebenar voltan masukan dan diod D1 akan menjadi suis terbuka. Puncak negatif pada keluaran adalah sama dengan puncak negatif pada masukan. a. Penghad Selari Negatif menunjukkan gelombang masukan dan keluaran. b. Penghad Selari Positif menunjukkan gelombang masukan dan ‘keluaran Rajah 1.3.5.(ii) Diod sebagai Penghad Selari Diod Sebagai Penghad Songsang Rajah 1.3.5.(iii) a dan b menunjukkan penghad dimana menghasilkan hanya sebahagian keratan daripada isyarat masukan. Dalam Rajah a diod D1 adalah pincang songsang daripada punca voltan, Vdc. Punca voltan Vdc akan mengekalkan kedudukan anod diod ‘
PINDAAN : 0 MUKASURAT 172 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 172 D1 pada keupayaan negatif dengan sambungan ke katod. Diod D1 tidak beroperasi sehingga voltan masukan Vin adalah lebih negatif daripada –5.7V. Apabila voltan masukan Vin melebihi nilai sebenar, diod D1 akan mengalirkan arus dan menghadkan voltan keluaran Vout kepada nilai maksimum negatif –5.7V. Apabila voltan masukan Vin adalah lebih positif daripada –5,7V, diod D1 akan menjadi suis terbuka dan voltan masukan Vin dan voltan keluaran Vout adalah sama. Signal bagi voltan masukan Vin dan voltan keluaran Vout menunjukkan voltan keluaran Vout akan mengikuti voltan masukan Vin sehingga voltan masukan Vin adalah lebih negatif daripada –5.7V. Seperti yang dapat dilihat hanya sisa puncak negatif yang dipotong. a. Penghad Songsang Negatif menunjukkan gelombang masukan dan keluaran Dalam rajah b diod D1 adalah pincang songsang dari punca voltan Vdc. Punca voltan Vdc akan mengekalkan kedudukan katod pada keupayaan positif dengan sambungan ke anod. Diod D1 tidak beroperasi sehingga voltan masukan Vin adalah lebih positif daripada +5.7V. Apabila voltan masukan Vin melebihi dari nilai sebenar, diod D1 akan mengalirkan arus dan menghadkan voltan masukan Vout kepada nilai maksimum positif +5.7V. Apabila voltan masukan Vin adalah kurang positif daripada +5.7V, diod D1 akan menjadi suis terbuka dan voltan masukan Vin dan voltan keluaran Vout adalah sama. Signal bagi voltan masukan Vin dan voltan keluaran Vout menunjukkan voltan keluaran Vout akan mengikuti voltan masukan Vin sehingga voltan masukan Vin adalah lebih positif daripada –5.7V. Seperti yang dapat dilihat hanya sisa puncak positif yang dipotong
PINDAAN : 0 MUKASURAT 173 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 173 b. Penghad Songsang positif menunjukkan gelombang masukan dan keluaran Rajah 1.3.5.(iii) Diod sebagai Penghad Songsang. Dua Diod Sebagai Penghad Songsang Rajah 1.3.5.(iv) menunjukkan litar penghad songsang menggunakan dua diod. Litar ini digunakan bgi mewujudkan pemotongan sebahagian daripada kedua-dua pengaliran positif dan negatif dari gelombang masukan. Punca voltan dc V1 akan menahan diod D1 sehingga voltan masukan Vin lebih negatif daripada –3.7V. Manakala, punca voltan dc V2 menahan diod D2 sehingga voltan masukan Vin lebih positif daripada +6.7V. Gelombang bagi keluaran menunjukkan bagaimana pengaliran positif dihadkan kepada +6.7V dan pengaliran negatif dihadkan kepada –3.7V.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 174 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 174 Rajah 1.3.5.(iv) Dua Diod sebagai Penghad Songsang menunjukkan gelombang masukan dan keluaran 2.3.7. DIOD SEBAGAI PENGAPIT ATAU PENYIMPAN VDC DC Clamper menambahkan voltan d.c kepada isyarat contohnya, jika isyarat masukan berubah daripada -10 kepada +ve clamper akan mengeluarkan keluaran yang berubah dari 10 hingga +20 volt dan -ve clamper keluarannya adalah 0 hingga 20 volt. Pengapit Positif Di dalam rajah 1.3.6(i) a, diod D1 akan mengalirkan arus apabila voltan masukan Vin adalah negatif dan mengecaskan kapasitor C kepada voltan 0.7V kurang daripada puncak negatif 10V. Ini menunjukkan kekutuban voltan yang melalui kapasitor C. Apabila voltan masukan Vin adalah positif, diod D1 akan tidak mengalirkan arus. Ini menyebabkan kapasitor C menyahcaskan melalui perintang R. Maka masa tetap RC akan menjadi tinggi, walaubagaimanapun ia bergantung kepada ulangan signal masukan. Secara amnya, masa tetap RC adalah bersamaan kepada atau lebih dari 10 masa ulangan signal masukan. Dalam rajah a kapasitor C
PINDAAN : 0 MUKASURAT 175 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 175 adalah bateri 9.3V sesiri dengan punca voltan masukan Vin. Diod D1 akan mengalirkan arus hanya apabila voltan masukan Vin hampir kepada puncak negatif, dalam pada yang sama diod D1 akan pincang songsang dan menjadi suis terbuka. Oleh itu voltan keluaran puncakke-puncak dalah bersamaan 19.3V – (-0.7V) = 20Vpp, sama seperti voltan masukan. Oleh itu juga gelombang pada paksi dc akan menganjak dari 0V kepada nilai positif 9.3V. a. Pengapit Positif menunjukkan gelombang masukan dan gelombang keluaran b. Pengapit Negatif menunjukkan gelombang masukan dan gelombang keluaran Rajah 1.3.6.(i) Diod sebagai Pengapit
PINDAAN : 0 MUKASURAT 176 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 176 Pengapit Negatif Dalam rajah b adalah sebaliknya dari rajah a. Di sini keluaran menganjak pada paksi negatif 9.3V. Oleh itu puncak positif pada keluaran adalah bersamaan dengan 0.7V dan pada puncak negatif bersamaan dengan –19.3V. Ini kerana kapasitor mengecaskan voltan kepada 9.3V dengan kekutuban yang ditunjukkan dan ia sesiri dengan punca voltan masukan Vin. Pincang Pengapit Rajah 1.3.6.(ii) menunjukkan pincang pengapit. Dalam litar ini, diod D1 pada mulanya mengalirkan arus apabila voltan masukan Vin mencapai –5.0V. Kapasitor C akan mengecaskan voltan 5V apabila voltan masukan Vin mencapai puncak negatif –10V, bergantung kekutuban voltan yang melalui kapasitor C. Dengan ini gelombang keluaran mempunyai puncak positif +15V dan puncak negatif –5V. Gelombang ini menganjak +5V pada paksi dc. Voltan keluaran puncak-ke-puncak adalah 20Vpp sama seperti masukan. Rajah 1.3.6.(ii) Diod sebagai Pincang Pengapit menunjukkan gelombang masukan dan gelombang keluaran
PINDAAN : 0 MUKASURAT 177 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 177 2.4. PENGENALAN KEPADA TRANSISTOR Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan tentang jenis-jenis dan binaan Transistor serta mengenalpasti ciri-ciri Transistor dwikutub yang merupakan antara komponen terpenting dalam litar elektronik. 2.4.1. TRANSISTOR DWIKUTUB Transistor dwikutub adalah antara komponen terpenting dalam litar elektronik. Komponen ini telah direka pada tahun 1948 oleh Schokley, Bardeen dan Brattain dari Amerika Syarikat. Kebanyakan transistor dwikutub pada hari ini diperbuat daripada bahan separuh pengalir silikon dan germanium. Fungsi utama transistor dwikutub ialah sebagai penguat. Selain itu, komponen ini juga berfungsi sebagai litar pensuisan dan komponen pemecah fasa. Rajah 1.4.1. menunjukkan contoh transistor yang terdapat dalam litar elektronik. Rajah 1.4.1. Contoh transistor yang terdapat dalam litar elektronik 2.4.2. JENIS DAN BINAAN TRANSISTOR DWIKUTUB Transistor dwikutub diperbuat daripada tiga lapisan bahan separuh pengalir dan mempunyai dua simpang. Apabila bahan P diapit di antara dua lapisan bahan N, transistor jenis ini dinamakan transistor NPN. Sebaliknya, apabila bahan N diapit di antara dua lapisan bahan P, transistor ini dinamakan transistor PNP. Oleh sebab komponen ini diperbuat daripada tiga lapisan bahan, maka setiap lapisan mempunyai tamatan iaitu tapak (B), pengeluar (E), dan pemungut (C).
PINDAAN : 0 MUKASURAT 178 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 178 a. Struktur binaan transistor PNP b. Simbol Rajah 1.4.2.(i) Struktur binaan dan simbol transistor PNP Rajah 1.4.2.(i) a menunjukkan binaan transistor dwikutub jenis PNP. Simpang BE terletak di antara dan pengeluar manakala simpang BC terletak di antara pemungut dan tapak. Rajah 14.2.(i) b pula menunjukkan simbol bagi transistor PNP. a. Struktur binaan transistor NPN b. Simbol Rajah 1.4.2.(ii) Struktur binaan dan simbol transistor NPN Rajah 1.4.2.(ii) a menunjukkan struktur binaan transistor dwikutub jenis NPN yang mempunyai dua simpang iaitu BE dan simpang BC. Rajah 1.4.2.(ii) b pula ialah simbol transistor dwikutub NPN. Perhatikan perbezaan antara kedua-dua simbol transistor pada Rajah 1.4.2.(i) b dan 1.4.2.(ii)b. Perbezaannya terletak pada arah anak panah di pengeluar. Transistor PNP mempunyai arah anak panah ke dalam, manakala transistor NPN mempunyai arah anak panah ke luar
PINDAAN : 0 MUKASURAT 179 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 179 Rajah 1.4.2.(iii) Rajah keratan sebuah transistor PNP Bahan jenis P dan N diletakkan di dalam satu bekas logam atau gelas yang kukuh untuk mengelakkan ciri-cirinya berubah disebabkan pencemaran udara, haba atau wap air. Transistor yang berkuasa tinggi biasanya diletakkan di dalam bekas logam dan disambung ke pemungut. Transistor diperbuat dalam pelbagai rupa bentuk berdasarkan penggunaannya. Ada transistor yang mempunyai tanda tertentu seperti titik hitam, titik merah atau tanda topi pada badan transistor untuk menunjukkan sama ada tamatan pengeluar atau tamatan pemungut seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.4.2.(iv) Jadual 1.4.2.(iv) Contoh transistor dan pandangan bawah transistor Contoh Transistor Pandangan Bawah Transistor
PINDAAN : 0 MUKASURAT 180 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 180 2.4.3. PINCANG TRANSISTOR DWIKUTUB Pincang ialah nama khusus bagi voltan arus terus (AT) yang dibekalkan di antara tapak ke pengeluar dan tapak ke pemungut bagi membolehkan transistor itu berfungsi. Pincang terbahagi kepada dua kaedah iaitu pincang hadapan dan pincang songsang. a. Transistor PNP b. Transistor NPN Rajah 1.4.3. Kaedah memincang transistor dwikutub Untuk membolehkan transistor itu berfungsi kekutuban voltan pincang mestilah betul. Rajah 1.4.3. menunjukkan kedudukan voltan pincang bagi transistor PNP dan NPN. Simpang tapak ke pengeluar (VBE) dikenakan pincang hadapan dan simpang tapak ke pemungut (VBC) dikenakan pincang songsang. 2.4.4. ARUS TRANSISTOR Rajah 1.4.4. : Arah pengaliran arus litar transistor PNP dan NPN
PINDAAN : 0 MUKASURAT 181 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 181 Berdasarkan teori pengaliran arus lazim, arus akan mengalir dari positif ke negatif. Rajah 4.6 menunjukkan tiga jenis arus utama yang mengalir dalam satu litar transistor PNP atau NPN, iaitu arus pengeluar (IE), arus pemungut (IC) dan arus tapak (IB). Menurut hukum arus Khirchoff pula, jumlah arus yang memasuki simpang adalah sama dengan jumlah arus yang keluar simpang. Oleh itu :- Arah pengaliran arus bagi transistor NPN adalah terbalik daripada pengaliran arus transistor PNP seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.4.4. 2.4.5. TATARAJAH TRANSISTOR Terdapat tiga tatarajah penyambungan transistor dwikutub (Rajah1.4.5.) seperti :- i)Tapak Sepunya ii)Pengeluar Sepunya iii)Pemungut Sepunya Rajah 1.4.5.(i): Tatarajah Sambungan Transistor Tapak Sepunya (Common Base) Rajah 1.4.5.(ii) Tatarajah tapak sepunya IE = IB + IC
PINDAAN : 0 MUKASURAT 182 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 182 Rajah 1.4.5.(ii) menunjukkan litar transistor yang disambung secara tapak sepunya. Isyarat masukan dikenakan antara pengeluar dan tapak manakala isyarat keluaran pula diambil dari pemungut dan tapak. Arus pengeluar IE dalam litar ini bergantung pada isyarat masukan. Apabila gandaan arus rendah dan gandaan voltan tinggi, fasa isyarat masukan dan isyarat keluaran adalah sama. Gandaan kuasa dalam litar tapak sepunya adalah tinggi. Litar jenis ini biasanya digunakan sebagai penguat pengayun. Pemungut Sepunya (Common Collector) Rajah 1.4.5.(iii) Tatarajah pemungut sepunya Rajah 4.9 menunjukkan tatarajah pemungut sepunya. Isyarat masukan adalah antara pengeluar dan tapak. Keluaran diambil melalui perintang beban RL yang disambung antara pengeluar dan pemungut. Perubahan arus pemungut IC akan menghasilkan perubahan isyarat merentangi beban. Litar pemungut sepunya ini mempunyai gandaan voltan yang rendah iaitu kurang daripada 1. Gandaan kuasa tinggi dan tiada pembalikan fasa antara masukan dan keluaran. Litar jenis ini biasanya digunakan sebagai litar penguat.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 183 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 183 Pengeluar Sepunya (Common Emitter) Rajah 1.4.5.(iv) Tatarajah pengeluar sepunya Rajah 1.4.5.(iv) menunjukkan tatarajah litar pengeluar sepunya. Isyarat masukan dikenakan antara tapak dan pengeluar dan isyarat keluaran diambil antara tapak dan pemungut. Dalam litar pengeluar sepunya, perubahan kecil arus tapak akan menghasilkan voltan dan gandaan kuasa yang tinggi. Pembalikan fasa 1800 berlaku antara masukan dan keluaran. 2.4.6. GANDAAN ARUS Gandaan arus yang biasa digunakan dalam litar transistor iaitu :- i)Gandaan arus alfa ( α ) ii)Gandaan arus beta ( β ) Rajah 1.4.6 Gandaan arus alfa ( α ) Rajah 1.4.6 menunjukkan apabila nilai arus IE bertambah, IC juga turut bertambah. Nisbah perubahan arus IC dengan perubahan arus IE dinamakan alfa ( α ) dan nilainya ≈ 1 Contoh : Hitungkan nilai alfa ( α ) apabila IC = 980 µA dan IE = 1000 µA Penyelesaian :- ( α ) = IC IE
PINDAAN : 0 MUKASURAT 184 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 184 = 980 x 10-6 A 1000 x 10-6 A = 0.98 Gandaan Arus Beta (β) Gandaan arus ialah nisbah arus keluaran dibanding dengan arus masukan. Bagi litar pengeluar sepunya 4.12a, gandaan arus dinamakan beta ( β ). Beta ialah nisbah arus IC dengan arus IB. Gandaan arus bagi litar (Rajah 4.12) adalah tinggi dan ia boleh didapati dengan mengetahui nilai arus pemungut ( IC ) dan nilai arus tapak ( IB ). Beta juga dinamakan HFE. Rajah 4.12b. ialah litar pengeluar sepunya yang mempunyai isyarat masukan dan isyarat keluaran AU. Gandaan arus beta atau Hfe dipengaruhi oleh perubahan nilai isyarat yang menyebabkan sebarang perubahan arus pemungut (perubahan IC) dan tapak (perubahan IB). Dalam keadaan ini gandaan arus dikenali sebagai Beta ( β ) atau Hfe. Contoh 1 : Tanpa isyarat AU Merujuk Rajah 4.12a, hitungkan nilai apabila IB = 60 µA dan IC = 8 mA Penyelesaian β = IC IB = 8 x 10-3 A 60 x 10-6 A = 133 Contoh 2 : Ada isyarat AU Merujuk Rajah 4.12b hitungkan nilai β jika perubahan arus ic (∆ic) ialah 2 mA dan perubahan arus tapak ib (∆ib) ialah 20 µA. Penyelesaian β = ∆ic ∆ib = 2 x 10-3 A 20 x 10-6 A = 100 β = perubahan ic atau β = ∆ic perubahan ib ∆ib
PINDAAN : 0 MUKASURAT 185 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 185 2.4.7. JENIS PINCANG TRANSISTOR Terdapat tiga jenis pincang yang biasa digunakan dalam litar transistor iaitu pincang :- i)Arus tetap ii)Pemungut ke tapak iii)Arus pengeluar Pincang Arus Tetap Rajah 4.13 Litar pincang arus tetap Pincang arus tetap ialah satu kaedah yang mudah untuk memincang transistor. Pincang ini menyebabkan kendalian transistor tidak stabil dan mengeluarkan isyarat herot. Rajah 4.13 menunjukkan litar penguat pincang arus tetap. Apabila bekalan dikenakan, transistor akan mengalirkan arus dari tapak ke pengeluar dan pemungut ke pengeluar. Pengaliran arus ini akan meninggikan suhu transistor. Perubahan suhu akan menambahkan nilai arus IC, IB dan IE. Perubahan yang tidak terkawal menimbulkan masalah kendalian transistor yang tidak stabil dan mengeluarkan isyarat herot. Pincang jenis ini jarang digunakan dalam litar elektronik.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 186 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 186 Pincang Pemungut Ke Tapak Rajah 4.14 Litar pincang pemungut ke tapak Rajah 4.14 ialah litar pincang pemungut ke tapak. Perintang tapak RB disambung ke pemungut transistor. Pada litar ini, voltan merentas RB bergantung pada VCE. Dengan itu, voltan pincang ditentukan oleh voltan ketika pada pemungut itu. Ini dapat memperbaiki kestabilan voltan AT. Arus yang mengalir akan menyebabkan suhu bertambah. Ini menyebabkan arus IB dan IC bertambah manakala voltan VCE berkurangan. Keadaan ini menyebabkan arus kembali ke keadaan asal dan keluaran menjadi stabil Pincang Arus Pengeluar Rajah 4.15 Litar pincang arus pengeluar Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 4.15 berbeza dengan litar pincang pemungut ke tapak kerana dalam Rajah 4.14 terdapat perintang RB2 dan RE. Perintang RB1 dan RB2 digunakan sebagai pembahagi voltan. Apabila suhu bertambah pada transistor, arus IB dan IC bertambah. Pertambahan voltan susut merentasi RE akan
PINDAAN : 0 MUKASURAT 187 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 187 menyebabkan VBE menjadi rendah dan arus IB berkurangan. Oleh itu, IC kembali ke nilai asal dan keluaran menjadi stabil. Pincang Arus Pengeluar Rajah 4.15 Litar pincang arus pengeluar Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 4.15 berbeza dengan litar pincang pemungut ke tapak kerana dalam Rajah 4.14 terdapat perintang RB2 dan RE. Perintang RB1 dan RB2 digunakan sebagai pembahagi voltan. Apabila suhu bertambah pada transistor, arus IB dan IC bertambah. Pertambahan voltan susut merentasi RE akan menyebabkan VBE menjadi rendah dan arus IB berkurangan. Oleh itu, IC kembali ke nilai asal dan keluaran menjadi stabil. 2.4.8. KENDALIAN TRANSISTOR Rajah 4.16 Voltan antara pemungut dan pengeluar (VCE) Transistor akan berfungsi apabila dipincang dengan betul. Pincangan yang betul akan memastikan sama ada transistor itu dikendalikan pada takat alihan, takat tepu atau di antara keduaduanya. Merujuk Rajah 4.16 voltan VCE bergantung pada voltan pincang transistor. Voltan VCE sangat penting untuk menentukan sama
PINDAAN : 0 MUKASURAT 188 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 188 ada transistor itu berada dalam keadaan takat tepu, takat alihan atau antara kedua-duanya. 2.4.9. TAKAT TEPU Transistor berada pada takat tepu apabila nilai VCE = 0. Dalam keadaan ini, transistor berfungsi, arus IC mencapai nilai maksimum atau IC mencapai takat tepu. Ketika ini arus IC mencapai nilai maksimum atau arus IC tepu (Rajah 4.17). Rajah 4.17 Litar transistor yang dikendalikan pada takat tepu 2.4.10. TAKAT ALIHAN Transistor berada pada takat alihan apabila nilai VCE = VCC. Ketika ini nilai arus IB dan IC sifar (Rajah 4.18). Dalam keadaan ini, transistor tidak berfungsi. Maka, tiada pengaliran arus IB dan IC. Rajah 4.18 Litar transistor yang dikendalikan pada takat alihan
PINDAAN : 0 MUKASURAT 189 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 189 2.4.11. ARAS VOLTAN KENDALIAN TRANSISTOR (VOLTAN AT) Transistor berfungsi sebagai penguat yang ideal apabila VCE, VC dan VE adalah seperti berikut :- Rajah 4.19 Petunjuk aras voltan kendalian transistor 2.4.12. LENGKUNG CIRI I-V Rajah 4.20 Lengkung ciri I-V Transistor dikendalikan dalam keadaan ideal, ketika titik kendalian Q berada di tengah-tengah garisan beban. Titik kendalian didapati dengan membuat garisan beban pada lengkung cirri I-V. Titik
PINDAAN : 0 MUKASURAT 190 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 190 Q juga boleh berada di antara titik A dan B. Berpandukan Rajah 4.20, anda boleh menentukan titik kendalian transistor. Titik A (takat tepu) menunjukkan keadaan ketika arus IC transistor maksima mengalir iaitu VCE = 0. Titik B (takat alihan) menunjukkan nilai IC rendah dan nilai VCE sama dengan VCC. Garisan antara titik A dan B dinamakan garisan beban. Kawasan berlorek di bawah garisan AB dinamakan kawasan aktif. 2.4.13. TEKNIK MENGUJI TRANSISTOR Salah satu cara untuk menguji transistor ialah menggunakan meter-rintangan kerana arah pemancar ke tapak dan pemungut adalah merupakan binaan p dan n. Ini dapat ditunjukkan di dalam rajah 4.21 di bawah di mana sebuah transistor npn diubah kepada litar binaan diod. Rajah 4.21 NPN transistor dan litar binaan diod Untuk menguji simpang tapak-pemancar sebuah npn transistor, mula-mula sambung meter rintangan seperti rajah 4.22 (a). Nilai rintangan yang ditunjukkan oleh meter rintangan mestilah rendah oleh itu arah tapak ke pemancar ialah pincang hadapan. Kemudian songsangkan kedudukan penunjuk meter rintangan seperti rajah 4.22 (b). Nilai rintangan yang ditunjukkan mestilah tinggi kerana arah tapak ke pemancar adalah pincang songsang. Rajah 4.22 menguji simpang tapak-pemancar sebuah transistor menggunakan meter rintangan analog (a) Meter analog mempincang hadapan simpang tapak-pemancar (b) Meter analog mempincang songsangkan simpang tapak-pemancar Untuk menguji simpang pemungut-tapak, ulangi langkah yang diterangkan pada cara menguji simpang tapak ke pemancar. Rajah 4.23 menunjukkan penyambungan meter rintangan bagi menguji arah pemungut ke tapak. Bagi rajah (a) meter rintangan menunjukkan bacaan pada nilai rintangan rendah kerana arah pemungut ke tapak
PINDAAN : 0 MUKASURAT 191 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 191 adalah pincang hadapan. Bagi rajah (b) meter rintangan menunjukkan bacaan pada nilai rintangan tinggi kerana arah pemungut ke tapak adalah pincang songsang. Bagi menguji simpang pemungut-pemancar, pengukuran nilai rintangan diantara pemungut dan pemancar mestilah pada bacaan tinggi atau infinity pada penyambungan kedua-dua penunjuk meter. Rajah 4.23 menguji simpang pemungut-tapak sebuah transistor menggunakan meter rintangan analog (a) Meter analog mempincang hadapan simpang pemungut-tapak (b) Meter analog mempincang songsangkan simpang pemungut-tapak Salah satu daripada rajah 4.22 dan rajah 4.23 menunjukkan satu rintangan yang rendah melalui simpang dalam kedua-dua arah dan ini menunjukkan simpang pemancar-tapak atau simpang pemungut-tapak adalah bersambung. Jika meter rintangan menunjukkan nilai rintangan yang tinggi dalam kedua-dua arah, dan ini menunjukkan simpang tersebut adalah terbuka. Oleh itu transistor tersebut sudah rosak. 2.4.14. MENGUJI KEPENGGUNAAN TRANSISTOR Sebuah meter rintangan analog boleh digunakan untuk menguji sama ada sebuah transistor itu boleh digunakan sebagai penguat seperti yang ditunjukkan pada rajah 4.24. Dalam rajah (a) menunjukkan penunjuk meter rintangan bersambung, dengan ini pemungut adalah positif dengan sambungan ke pemancar. Dalam penyambungan ini, meter rintangan menunjukkan nilai bacaan rintangan yang tinggi atau infinity (∞). Apabila penunjuk meter rintangan disongsang, bacaan pada jarum meter rintangan mestilah tidak berubah. Kemudian, sambungkan sebiji perintang diantara pemungut dan tapak seperti pada rajah (b). Penyambungan ini membolehkan voltan positif pada bahagian tapak dengan sambungan ke pemancar. Dengan ini simpang tapak-pemancar adalah dalam keadaan pincang hadapan. Dalam pada yang sama, pemungut dalam keadaan positif dengan sambungan ke pemancar, dimana ia adalah perlu untuk bagi kekutuban sebuah transistor npn. Ini menyebabkan bacaan pada meter rintangan kebiasaannya adalah pada skala-tengah kerana transistor tersebut mengalirkan arus pemungut melalui meter rintangan. Keadaan ini membayangkan simpang tapak-pemancar dalam keadaan pincang hadapan dan menghidupkan transistor disebabkan oleh pengaliran arus pemungut.
PINDAAN : 0 MUKASURAT 192 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 192 Untuk menguji seperti ditunjukkan dalam rajah 4.24, perkara penting ialah menggunakan nilai perintang tidak kurang daripada 10kΩ dan tidak lebih daripada 100kΩ. Bagi julat rintangan mestilah menggunakan julat × 10 pada meter rintangan. Had ini akan mendapatkan keputusan yang tepat. Cara menguji ini agak sukar, tetapi ini merupakan cara yang unik bagi menguji kepenggunaan sebuah transistor. Bagi kesemua teknik-teknik menguji transistor yang diterangkan, ia mesti dilakukan dalam keadaan transistor tanpa litar. Selain itu juga julat rintangan pada meter rintangan mestilah diletakkan pada julat ×10 atau julat ×100. Ini dapat melindungi transistor daripada arus dan voltan berlebihan yang wujud semasa menguji transistor pada julat ohm yang rendah dan yang tinggi pada meter rintangan. (a) Meter rintangan menunjukkan (b) Menyambungkan Perintang R Rintangan tinggi diantara pemungut dan tapak Rajah 4.24 Menguji kepenggunaan transistor 2.5. APLIKASI-APLIKASI TRANSISTOR Dalam litar elektronik, isyarat yang lemah perlu diperkuat. Proses ini boleh berlaku dengan menggunakan transistor penguat. Dalam tajuk ini anda akan mempelajari bagaimana transistor berfungsi sebagai penguat. 2.5.1. TRANSISTOR SEBAGAI PENGUAT Penguat transistor boleh dibahagikan kepada empat kelas utama iaitu :- a. Kelas A b. Kelas AB c. Kelas B d. Kelas C
PINDAAN : 0 MUKASURAT 193 B05-01-02-LE1-IS PINDAAN : 0 MUKASURAT 193 Jadual 1.5.1 menunjukkan pengelasan penguat, posisi titik kendalian. Kelas Posisi Titik Kendalian Penguat Keterangan Kelas A keluaran sama fasa dengan masukan Kelas AB Keluaran mempunyai ¾ isyarat masukan Kelas B Keluaran hanya setengah daripada isyarat masukan ]]] Kelas C Keluaran hanya ¼ daripada isyarat masukan