Diod

   Binaan dan Simbol Skematik Diod

·         Struktur Binaan bagi diod adalah sama dengan cantuman P-N. ( Unit 2 )

·         Diod ialah komponen elektronik dua pin yang terdiri dari anod dan katod.

·         Anod adalah bahan jenis P dan katod bahan jenis N.

·         Arah anak panah (anod)  pada simbol diod menunjukkan arah arus konvensional.

                           
                            
                              Rajah menunjukkan struktur binaan dan simbol skematik 
        
                                
                                      
                                   
                                        

Voltan Pincang

·         Voltan yang dikenakan merentasi diod dipanggil Voltan Pincang

·       Dengan merujuk rajah 3.2, apabila anod mendapat voltan lebih positif dari katod atau katod mendapat voltan lebih negatif dari anod, diod dikatakan berada dalam keadaan pincang depan.

·       Apabila anod mendapat voltan lebih negatif dari katod atau katod mendapat voltan lebih positif dari anod, diod dikatakan berada dalam keadaan pincang songsang.

        

                                 

    Lengkok Cirian I-V bagi Diod

     Apabila suatu diod dipincang depan dan dipincang songsang, di mana setiap nilai voltan pincang itu dicatat, dan bagi tiap-tiap nilai voltan pincang itu dicatat juga nilai-nilai arus yang mengalir melalui diod itu, maka suatu graf Lengkok Cirian I-V bagi diod akan terhasil .

                         

·         Arus Depan (Id) ialah arus yang mengalir melalui diod semasa pincang depan. Biasanya Id diukur dalam mA.

·         Arus Songsang (Is) ialah arus yang sangat kecil iaitu arus bocor yang mengalir melalui diod semasa pincang songsang. Biasanya Is diukur dalam mA.

·         Voltan Lutut ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus depan yang tiba-tiba. Voltan lutut sama dengan voltan sawar. ( Si = 0.7 V,   Ge = 0.3 V )

·         Voltan Pecah Tebat ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus songsang yang tiba-tiba. Arus yang besar melampaui takat pecahtebat boleh menyebabkan cantuman PN terbakar dan rosak.

      Konsep Diod Unggul

·         Semasa diod beroperasi, ciri-ciri dalam diod akan menyulitkan kerja-kerja menganalisa litar-litar elektronik. Ciri-ciri tersebut ialah :-

                 

                 a. Voltan Sawar

                  b. Arus Depan

                  c. Arus Songsang ( arus bocor )

·         Dalam konsep diod unggul, diod dianggap tidak mempunyai voltan sawar, tiada arus bocor, tiada kerintangan depan ( r_d )dan tiada takat pecah tebat.

Keistemewaan Diod Siri

Diod mempunyai fungsi unik yang hanya boleh menjadi arus dalam satu arah sahaja. Struktur diod adalah tidak lain daripada persimpangan semikonduktor P dan N. Satu bahagian adalah semikonduktor jenis-P dan pihak yang satu lagi adalah jenis N. Oleh itu struktur aliran hanya akan dapat mengalir dari sebelah P ke sisi N yang

       Diod Zener

·       Diod Zener sangat penting dalam bekalan kuasa. Ia digunakan sebagai penstabil voltan.

·        Simbol bagi diod zener ialah seperi rajah di bawah.

                                                                         

                                                  

                                                       

Lengkuk Cirian Diod Zener

·         Rajah menunjukkan lengkuk cirian I-V bagi diod zener.

               

·     Semasa pincang depan, lengkuk cirian tidak banyak beza dengan diod        biasa.

·    Semasa pincang songsang, lengkuk kenaikan arus pada takat pecahtebat adalah lebih tajam dan curam.

·  Bezanya diod zener berbanding dengan diod biasa ialah diod zener beroperasi semasa pincang songsang.

·      Semasa pincang depan, diod zener beroperasi seperti diod biasa.

·       Di antara keistimewaan diod zener ialah :-

Ø  Ia dibuat supaya mampu mengalirkan arus songsang yang tinggi nilainya tanpa  merosakkan diod.

Ø  Pada takad zener dan selepasnya voltan merentasi diod akan tetap dan sama nilainya dengan voltan zener.

Ø  Diod zener boleh dibuat supaya voltan zener ditentukan pada nilai yang terpilih (2.4V - 200V).

3.2.2   Konsep Diod Zener Unggul

·     Semasa diod zener beroperasi di kawasan zener, voltan merentasi diod itu adalah bersamaan dengan nilai voltan zener ( Vd = Vz ). Sebarang perubahan pada voltan luar akan hanya mengubah nilai arus yang melaluinya.

     Oleh kerana itu, diod zener dianggap seperti sebuah bateri bernilai Vz. 

                

     LED

·      LED ialah sejenis diod istimewa yang mengeluarkan cahaya bila disambung dalam litar. Ia biasanya digunakan sebagai lampu penunjuk yang menentukan samada alatan elektrik dalam keadaan “ON” dan “OFF”.

·   Rajah 3.10 menunjukkan simbol skematik bagi LED. Simbol LED hampir sama dengan simbol diod. Anak panah menghala keluar dari cantuman P-N menunjukkan cahaya keluar dari LED.

                                              

                                                             Simbol skematik bagi LED

        

                                    

                                            

                                                   

                                                           

                                                             

·         Seperti diod, LED akan beroperasi apabila diberi voltan pincang depan. Elektron dari bahan jenis N akan bercantum dengan hol pada bahan jenis P. Jika bahan separuh pengalir adalah Silikon dan Germanium percantuman ini akan menghasilkan haba. Tetapi jika bahan separuh pengalir adalah gallium arsenide ( GaAs ), gallium phosphide ( GaP ) dan  gallium-ardenide-phosphide ( GaAsP ) percantuman ini akan menghasilkan cahaya. Warna cahaya adalah bergantung kepada jenis bahan yang digunakan

GaAs              =          radiasi infra merah

GaP                =          merah atau hijau

GaAsP           =          merah atau kuning

·         Led beroperasi pada voltan yang rendah iaitu antara 1 dan 4 V dan boleh mengalirkan arus antara 10 dan 40 mA. LED juga mempunyai voltan pecah tebat yang rendah iaitu lebih kurang 3 dan 5 V. Voltan dan arus yang melebihi had akan merosakkan chip LED. Kecerahan LED bergantung pada arus.

Berikut merupakan kelebihan  LED :

1. LED mempunyai umur penggunaan yang lebih lama dibanding lampu biasa. LED bisa mencapai keawetan hingga 100 ribu jam.
2. LED mempunyai efisiensi energy yang lebih baik dibanding lampu lainnya. Bahkan LED bisa hemat energy hingga 80 – 90 persen. Selain itu LED juga memiliki tegangan DC yang rendah.
3. LED mengeluarkan cahaya yang tidak panas. LED tidak mempunyai sinar UV dan energy panas.
4. LED mempunyai ukuran yang praktis dan mini
5. LED dikarenakan hanya membutuhkan konsumsi listrik yang sedikit maka akan membuat hemat biaya dalam hal irit biaya listrik
6. LED mempunyai dampak positip bagi lingkungan dikarenakan tidak mempunyai kandungan merkuri dan tidak menambah pemanasan global dikarenakan efisiensi energy sehingga hanya membutuhkan konsumsi energy yang rendah.

Transistor

Seperti diod, transistor juga diperbuat daripada cantuman bahan jenis N dan P tetapi mengandungi tiga lapisan. Lapisan-lapisan itu sama ada NPN atau PNP.

                                                
                                              

                                                   

                                                             

                                

                                                

Transistor adalah komponen elektronika multitermal, biasanya memiliki 3 terminal yaitu basis (dasar), kolektor (pengumpul) dan emitor (pemancar). Secara harfiah, transistor berasal dari kata transfer resistor. Jadi pengertian transistor adalah suatu komponen yang memiliki nilai resistansi dimana antara terminalnya dapat diatur.

Transistor dapat dijumpai pada setiap barang elektronika, mulai dari lampu kedip sampai yang berharga mahal. Keberadaannya selalu berangkai dengan resistor dan kondensator. Hal ini menunjukkan antara resistor dan transistor tidak dapat dipisahkan sesuai dengan pengertian transistor. Walaupun saat ini banyak barang-barang elektronika menggunakan IC sebagai komponen utama, tetapi tidak dapat meninggalkan transistor. Dari sini sudah jelas bahwa transistor memegang peranan sangat penting.

                             


      SCR

    Pengenalan

SCR merupakan peranti 4 lapis ( tiristor ) yang mempunyai 3 terminal iaitu anod, katod dan get. Secara asasnya, SCR sama seperti satu diod penerus yang mempunyai elemen kawalan.

SCR banyak digunakan sebagai peranti pensuisan di dalam aplikasi kawalan kuasa. Struktur asas bagi SCR ia dan simbol skematik bagi SCR ialah seperti rajah





                       

                                                               

                                               
                                         

Ciri-ciri Hadapan (Forward Pengaliran)

Anod adalah + ve w.r.t. katod
Apabila voltan bekalan meningkat daripada sifar, tiba-tiba SCR mula menjalankan => voltan pecah-lampau
Voltan jatuh pada ketika ini tiba-tiba seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus.
Jika arus get sepatutnya dibuat untuk mengalir, maka SCR boleh ditutup pada voltan bekalan yang lebih kecil.

Ciri-ciri songsang

Anod adalah w.r.t. -ve katod
Pada mulanya semasa anod mengekalkan kecil (viz. Arus bocor)
Beyond voltan terbalik tertentu, SCR bermula pengaliran besar-besaran (avalanche)

Ciri Ciri SCR

Dua SCR disambungkan di seluruh pusat-ditoreh menengah, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas.
Isyarat pintu untuk kedua-dua SCR dibekalkan daripada dua litar yang mengawal bekalan pintu gerbang.
Satu SCR menjalankan dalam kitaran separuh positif dan SCR lain menjalankan dalam kitaran separuh negatif.
Oleh itu semasa melalui beban akan menjadi satu arah.
Aspek yang paling penting dalam pembetulan dikawal SCR adalah bahawa proses pembetulan itu dan dengan itu output DC voltan boleh dikawal menggunakan Gate litar kawalan bekalan.
Graf yang ditunjukkan dalam rajah di atas menunjukkan kawasan berlorek dibetulkan output manakala bahagian bukan teduh menandakan ketiadaan pengaliran. Ini akan mengubah voltan keluaran

Guna SCR:

• Sebagai rangkaian Saklar (switch control) tegangan tinggi

“Dioda schottky mempunyai karakteristik “fast recovery”, (waktu mengembalikan yang cepat, antara konduksi ke non konduksi). Oleh karena karakteristiknya ini, maka banyak diaplikasikan pada rangkaian daya modus “saklar”. Dioda ini dapat membangkitkan drop tegangan maju kira-kira setengahnya diode silikon konvensional, dan waktu kembali balik sangat cepat.”

• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

                                       


4.1.1    Lengkuk Cirian I-V bagi SCR
Dua SCR disambungkan di seluruh pusat-ditoreh menengah,
Isyarat pintu untuk kedua-dua SCR dibekalkan daripada dua litar yang mengawal bekalan pintu gerbang.
Satu SCR menjalankan dalam kitaran separuh positif dan SCR lain menjalankan dalam kitaran separuh negatif.
Oleh itu semasa melalui beban akan menjadi satu arah.
Aspek yang paling penting dalam pembetulan dikawal SCR adalah bahawa proses pembetulan itu dan dengan itu output DC voltan boleh dikawal menggunakan Gate litar kawalan bekalan.
Graf yang ditunjukkan dalam rajah di atas menunjukkan kawasan berlorek dibetulkan output manakala bahagian bukan teduh menandakan ketiadaan pengaliran. Ini akan mengubah voltan keluarantakat voltan pecah tebat songsang. SCR bertindak seperti diod biasa dalam keadaan pincang songsang.

Arus Penahan ( Holding Current ) ialah paras di mana arus SCR berpindah dari keadaan tersekat ( OFF ) kepada keadaan pengaliran ( ON ).

Semasa pincang hadapan, SCR mempunyai dua keadaan operasi iaitu keadaan “OFF” dan “ON” ( rujuk rajah 4.3 ). Semasa keadaan “OFF” , SCR bertindak seperti litar terbuka manakala semasa keadaan “ON” SCR bertindak seperti litar tertutup.

Semasa pincang songsang, SCR bertindak seperti litar terbuka.

      DIAK

    Pengenalan

Untuk memudahkan perbincangan kita, DIAK adalah sama dengan TRIAK yang tidak mempunyai terminal get. Oleh sebab itu DIAK adalah peranti 2 terminal yang dilabelkan MT1 (main terminal 1) dan MT2 (main terminal 2) sahaja. Rajah 4.8  menunjukkan simbol skematik bagi DIAK.

DIAK juga boleh diumpamakan seperti diod yang mempunyai 4 lapisan. Rajah 4.9 menunjukkan struktur binaan bagi DIAK. Bezanya ialah diod mengalirkan arus satu arah sahaja tetapi DIAK mengalirkan arus dua arah. Apabila MT₁ positif, laluan arus ialah melalui P₂-N₂-P₁-N₁. Sebaliknya bila MT₂ positif, laluan arus ialah melalui P₁-N₂-P₂-N₃.

                                                 

                                    

                                

    Lengkuk Cirian I-V bagi DIAK

Rajah 4.10  menunjukkan gambarajah lengkuk cirian I-V bagi DIAK.

           

Lengkuk cirian DIAK hampir sama dengan lengkuk cirian TRIAK kecuali ciri-ciri get tidak ada.

Berlainan dengan SCR dan TRIAK, DIAK hanya akan beroperasi apabila voltan merentasinya melebihi voltan pecah tebat. DIAK tidak mempunyai get yang boleh mengurangkan voltan pecah tebat.

DIAK boleh mengalirkan arus dua arah. Oleh itu lengkuk cirian DIAK semasa arus bertentangan arah adalah sama. 

Ciri-ciri  DIAC

Diak bertindak seperti litar terbuka sehingga pensuisan atau pecah-lampau voltan yang dilebihi. Pada ketika itu diak mengendalikan sehingga sekarang mengurangkan ke arah sifar (di bawah tahap semasa pegangan peranti). Diak, kerana pembinaan yang pelik, tidak menukar dengan ketara ke dalam keadaan voltan yang rendah pada paras semasa yang rendah seperti SCR atau triak. Sebaliknya, apabila ia masuk ke dalam pengaliran, diak mengekalkan ciri rintangan negatif hampir berterusan, iaitu, voltan berkurangan dengan peningkatan semasa. Ini bermakna bahawa, tidak seperti SCR dan triak, diak tidak boleh diharapkan untuk menjaga (atas) kejatuhan voltan yang kecil sehingga terjatuh semasa di bawah paras semasa yang memegang.

      
   
       TRIAK

        Pengenalan

TRIAK merupakan peranti 5 lapis yang boleh mengalirkan arus dua arah. TRIAK juga boleh dipicu pada get dengan voltan picuan positif atau negatif.

Seperti SCR, TRIAK juga merupakan peranti 3 terminal. Bezanya ialah SCR mengalirkan arus satu arah sahaja tetapi TRIAK mengalirkan arus dua arah.

TRIAK boleh diumpamakan dua SCR yang disambung selari dan berlawanan arah  Oleh kerana Anod SCR 1 disambung dengan Katod SCR 2, maka terminal TRIAK dilabelkan MT₁ (main terminal 1) dan MT₂ (main terminal 2). Terminal get masih digunakan pada TRIAK kerana terminal get SCR 1 dan SCR 2 dicantumkan. 

                               

    Lengkuk Cirian I-V bagi triak

Rajah menunjukkan gambarajah lengkuk cirian I-V bagi TRIAK.

                                    

Lengkuk cirian TRIAK hampir sama dengan lengkuk cirian SCR kecuali semasa pincang songsang.

Semasa pincang songsang, lengkuknya adalah sama dengan lengkuk semasa pincang depan tetapi berlawanan arah. Ciri-ciri lain adalah sama dengan ciri-ciri lengkuk cirian SCR. Contohnya, voltan pecah tebat akan berkurang apabila arus get bertambah.

 MOSFET

    Pengenalan

MOSFET adalah kategori kedua bagi FET. MOSFET (metal-oxide semiconductor FET) mempunyai terminal-terminal seperti JFET iaitu punca, parit dan get. Yang membezakan MOSFET dengan JFET ialah terminal get diasingkan dengan saluran (channel) oleh satu lapisan silikon oksida (SiO₂). Oleh sebab itu, arus get menjadi semakin kecil. MOSFET juga dipanggil sebagai IGFET (insulated-get FET).

Terdapat dua jenis MOSFET, iaitu MOSFET ragam susutan dan peningkatan (depletion-enhancement mode) dan MOSFET ragam peningkatan sahaja (enhancement-only mode).

   MOSFET Ragam Susutan Dan Peningkatan ( DE MOSFET )

DE MOSFET boleh beroperasi secara ragam susutan dan ragam peningkatan dengan hanya menukar polariti voltan antara get dan punca (V_GS). Bila V_GS adalah negatif, DE MOSFET beroperasi secara ragam susutan. Sebaliknya bila V_GS adalah positif, DE MOSFET beroperasi secara ragam peningkatan.

Rajah  menunjukkan struktur binaan dan simbol DE MOSFET.

                              

                             

                                                  


                                           
Oksida logam semikonduktor IC (MOS IC) berdasarkan struktur MOSFET telah mendapati permohonan yang luas dalam bidang digital. Berikut adalah beberapa perbandingan dan kelebihan berbanding bipolar kad pengenalan.
1. Pengurangan saiz
MOS IC adalah lebih sesuai daripada permohonan saya bipolar IC ini seperti penyepaduan skala besar (LSI), dan penyepaduan skala sangat besar (VLSI). Ia juga digunakan dalam cip memori dan pemproses mikro. Ini kerana MOS IC ini tidak makan sebanyak permukaan apabila berbanding dengan bipolar epitaxial dua transistor disebarkan IC. Saiz boleh dikurangkan kepada hampir 5%. Konsep yang sama pergi jauh lebih baik untuk perintang MOS dengan pengurangan kawasan untuk hampir 1% berbanding dengan perintang konvensional disebarkan.

2. Mudah Proses Fabrikasi
Apabila dibandingkan dengan IC bipolar, proses fabrikasi daripada MOS IC adalah lebih mudah dan kos efektif. Keseluruhan proses ini hanya merupakan satu langkah resapan untuk membentuk sumber dan salir wilayah. Tetapi dalam proses IC bipolar hampir 4 langkah-langkah yang diperlukan. Proses fabrikasi MOS IC terdiri daripada dua kawasan N-jenis banyak didopkan yang disebarkan ke dalam kurang didopkan P-jenis substrat untuk membentuk sumber dan salir.
Metal Oxide Semiconductor Field Kesan Transistor (MOSFET) IC
Metal Oxide Semiconductor Field Kesan Transistor (MOSFET) IC
Lubang yang terukir untuk elektrod logam untuk sumber dan salir selepas lapisan silikon dioksida. Fabrikasi peranti selesai oleh penyejatan logam untuk kenalan dan untuk elektrod pintu pada masa yang sama. Konfigurasi terperinci ditunjukkan dalam rajah di bawah.

3. Crossover dan Pengasingan Kepulauan
Dengan meresapkan longkang dan sumber daripada MOS IC, crossover antara komponen yang disebarkan secara serentak. Kesan rintangan wilayah crossover disebarkan adalah agak kecil. Sebab untuk ini adalah bahawa kawasan-kawasan ini adalah dalam siri dengan perintang beban besar nilai perintah 100K biasanya digunakan dengan ini FET.
Oleh kerana, dalam MOS IC setiap sumber dan saliran diasingkan daripada satu sama lain oleh simpang PN terbentuk dalam substrat jenis-P, tidak ada keperluan untuk pengasingan antara transistor MOS. Ini adalah satu kelebihan yang besar berbanding dengan yang IC bipolar. Beberapa kelebihan lain termasuk kos rendah belian, kos pengeluaran yang rendah, penggunaan kuasa yang rendah dan ketumpatan pembungkusan tinggi.
Kelemahan hanya dari MOS IC adalah bahawa kelajuan operasi adalah kurang jika dibandingkan dengan bipolar kad pengenalan. Oleh itu, mereka tidak digunakan untuk aplikasi kelajuan yang sangat tinggi.

4.6       Transistor Ekasimpang ( UJT )

Satu lagi komponen semikonduktor yang termasuk dalam keluarga transistor ialah Transistor Ekasimpang ( Unijunction Transistor ) atau ringkasnya dipanggil UJT.

UJT berbeza dengan diod kerana UJT mempunyai 3 terminal. UJT berbeza dengan FET kerana UJT tidak boleh menguatkan isyarat. UJT boleh mengawal kuasa AU yang besar dengan isyarat yang kecil.

Rajah  menunjukkan struktur binaan UJT. Ia berbina daripada satu bar semikonduktor bahan jenis N yang diserap untuk mempunyai sedikit saja pembawa arus majoriti, dan dari dua hujungnya diterbitkan dua terminal Tapak. Tapak yang di atas dilabel sebagai B2 dan yang di bawah sebagai B1.

Suatu lapisan bahan jenis P ditampalkan ke bar bahan N itu dan darinya diterbitkan terminal Pengeluar (E). Pengeluar diserap supaya mengandungi banyak pembawa arus majoriti. Lukisan simbol skematik bagi UJT ialah seperti rajah 4.16

UJT biasanya digunakan di dalam litar aplikasi:-

·         Kawalan fasa

·         Pensuisan

·         Pemasa

·         Penjana isyarat

         




        



                                               


Uni junction Aplikasi Transistor
Sekarang kita tahu bagaimana transistor unijunction bekerja, apa yang boleh mereka digunakan untuk. Aplikasi yang paling biasa transistor unijunction adalah sebagai alat untuk mencetuskan ini SCR dan triak tetapi permohonan UJT lain termasuk penjana sawtoothed, pengayun mudah, kawalan fasa, dan litar masa. Yang paling mudah semua litar UJT adalah Oscillator Relaksasi yang menghasilkan bentuk gelombang bukan bentuk sinus.

Dalam UJT bersantai litar pengayun asas dan biasa, terminal pemancar transistor unijunction disambungkan ke persimpangan perintang siri disambungkan dan kapasitor, litar RC seperti yang ditunjukkan di bawah.

Transistor sesimpang Relaksasi Oscillator

UJT bersantai pengayun


Apabila voltan (Vs) yang pertama digunakan, transistor unijunction adalah "OFF" dan kapasitor C1 adalah dilepaskan sepenuhnya tetapi mula mengecas dengan pesat melalui perintang R3. Sebagai pemancar UJT disambungkan kepada kapasitor, apabila voltan pengecasan Vc seluruh kapasitor menjadi lebih besar daripada nilai kejatuhan diod volt, yang berkelakuan pn sebagai diod biasa dan menjadi berat sebelah hadapan mencetuskan UJT ke dalam pengaliran. Transistor unijunction adalah "ON". Pada ketika ini pemancar untuk B1 impedans runtuh sebagai pemancar masuk ke galangan yang rendah negeri tepu dengan aliran pemancar semasa melalui R1 yang berlaku.

Sebagai nilai ohm perintang R1 adalah sangat rendah, luahan kapasitor dengan pesat melalui UJT dan denyut voltan yang maju muncul di seluruh R1. Juga, kerana nyahcas kapasitor lebih cepat melalui UJT daripada ia mengecas sehingga melalui perintang R3, masa pelepasan yang sebenarnya adalah lebih kurang daripada masa pengecasan sebagai luahan kapasitor melalui UJT rintangan yang rendah.

Apabila voltan merentasi pemuat berkurangan di bawah takat pegangan simpang pn (VOFF), UJT bertukar "OFF" dan tidak mengalir semasa ke simpang pemancar jadi sekali lagi caj kapasitor sehingga melalui perintang R3 dan caj ini dan proses antara menunaikan von dan VOFF sentiasa berulang manakala terdapat voltan bekalan, Vs digunakan.