TRANSISTOR dan IC

Transistor adalah komponen aktif elektronika yang biasa dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit

pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi

lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya atau

tegangan inputnya. Transistor terdiri dari 3 buah kaki yang masing-masing diberi nama: emitor,

basis dan kolektor. Transistor memiliki dua jenis yaitu: Transistor Bipolar dan Transistor

Unipolar.

Transistor Bipolar adalah transistor yang memiliki dua persambungan kutub. Transistor

bipolar dapat diibaratkan dengan dua buah dioda. Untuk mengetahui kaki-kaki transistor lebih

mudah dengan melihat data book transistor yang mencantumkan kaki-kaki transistor

Transistor Unipolar adalah transistor yang hanya memiliki satu buah persambungan

kutub. Transistor unipolar adalah FET (Field Effect Transistor) yang terdiri dari JFET kanal N,

JFET kanal P, MOSFET kanal N, dan MOSFET kanal P.

Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu

terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah

komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog,

transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara,

sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor

digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai

sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen

lainnya.

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor,

bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang

masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua

polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus

listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan

ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran

arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan

(elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam

satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan

transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari

daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk

mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk

penjelasan yang lebih lanjut.

TRANSISTOR C MOS

CMOS Dari  ensiklopedia bebas Inverter CMOS statis Complementary metal–oxide–

semiconductor (CMOS) atau semikonduktor–oksida–logam komplementer, adalah sebuah jenis

utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol

mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam

banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk

berbagai jenis komunikasi. Frank Wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US

Patent 3,356,858). CMOS juga sering disebut complementary-symmetry metal–oxide–

semiconductor or COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris). Kata

komplementer-simetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS

menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipe-p dan

semikonduktor tipe-n untuk fungsi logika. Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan

desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat

transistor dalam CMOS berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS

tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor

(TTL) atau logika NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga

memungkinkan chip logika dengan kepadatan tinggi dibuat. Kalimat “metal–oxide–

semiconductor” atau semikonduktor–logam–oksida adalah sebuah sebutan pada struktur fisik

beberapa transistor efek medan, memiliki gerbang elektroda logam yang terletak diatas isolator

oksida logam, yang juga berada diatas bahan semikonduktor. Aluminium digunakan pertama

kali, tetapi sekarang digunakan bahan polisilikon. Gerbang logam lain dibuat seiring kedatangan

material dielektrik permitivitas tinggi didalam proses pembuatan CMOS, seperti yang

diumumkan oleh IBM dan Intel untuk node 45 nanometer dan lebih kecil [1].Daftar isi

[sembunyikan] 1 Detail teknis 2 Komposisi 2.1 Pembalikan 2.2 Kejodohan 2.3 Logika 3

Perhitungan kekomplekan 4 Daya: pensakelaran dan bocoran 5 CMOS analog 6 Rentang suhu 7

Lihat pula 8 Bacaan lanjut 9 Referensi 10 Pranala luar [sunting] Detail teknis “CMOS” merujuk

pada desain sirkuit digital tertentu, dan proses-proses yang digunakan untuk

mengimplementasikan sirkuit tersebut dalam rangkaian terintegrasi. Sirkuit CMOS

memboroskan lebih sedikit daya saat statis, dan memungkinkan penempatan sirkuit yang lebih

padat daripada teknologi lain yang mempunyai fungsi sama. Saat keuntungan ini menjadi lebih

diinginkan, proses CMOS dan variannya mendominasi sirkuit digital terintegrasi modern. Sirkuit

CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p untuk mengkonstruksi

gerbang logika dan sirkuit digital yang ditemui di komputer, peralatan komunikasi, dan peralatan

pemroses sinyal. Walaupun logika CMOS dapat dibangun dari komponen terpisah (seperti pada

proyek pemula), biasanya produk CMOS adalah rangkaian terintegrasi yang terdiri dari jutaan

transistor pada sepotong silikon seluas antara 0,1 hingga 4 sentimeter persegi. Peranti tersebut

biasanya disebut dengan chip, sedangkan untuk perindustrian juga disebut dengan die (tunggal)

atau dice (jamak). [sunting] Komposisi Prinsip utama dibalik sirkuit CMOS yang menjadikannya

dapat digunakan untuk gerbang logika adalah penggunaan MOSFET tipe-p dan tipe-n untuk

membuat jalan menuju keluaran dari sumber tegangan atau ground. Ketika jalan menuju

keluaran dibuat dari sumber tegangan, sirkuit ini disebut pull-up. Di lain pihak, sirkuit

dinyatakan pull-down jika jalan menuju keluaran dibuat dari ground. [sunting] Pembalikan

Pembalik CMOS statis Sirkuit CMOS didesain sedemikian rupa sehingga semua transistor

PMOS harus mempunyai masukan dari sumber tegangan ataupun dari transistor PMOS lainnya.

Sama dengan hal itu, semua transistor NMOS harus mempunyai masukan dari ground atau

transistor NMOS lainnya. Komposisi dari transistor PMOS menimbulkan resistansi rendah

ketika tegangan rendah dikenakan padanya, dan resistansi tinggi ketika tegangan tinggi

dikenakan padanya. Di lain pihak, komposisi dari transistor NMOS mengakibatkan resistansi

tinggi ketika tegangan rendah dikenakan padanya, dan resistansi rendah ketika tegangan tinggi

dikenakan padanya. Gambar di kiri menunjukkan apa yang terjadi jika sebuah masukkan

disambungkan ke transistor PMOS dan transistor NMOS. Ketika tegangan masukan A rendah,

transistor NMOS mempunyai resistansi tinggi sehingga mencegah tegangan untuk bocor ke

ground, sedangkan transistor PMOS mempunyai resistansi rendah sehingga memungkinkan

sumber tegangan untuk memindahkan tegangan menuju ke keluaran melalui transistor PMOS.

Keluaran seharusnya menunjukkan tegangan tinggi (logika 1). Di lain pihak, ketika tegangan di

masukan A tinggi, transistor PMOS akan memiliki resistansi tinggi sehingga menghalangi

sumber tegangan dari keluaran, sedangkan transistor NMOS mempunyai resistansi rendah yang

memungkinkan keluaran untuk membuang ke ground. Ini akan menyebabkan keluaran

menunjukkan tegangan rendah (logika 0). Singkatnya, keluaran transistor PMOS dan NMOS

selalu komplementer. Karenanya, keluaran sirkuit CMOS pada dasarnya adalah pembalikan dari

masukan. [sunting] Kejodohan Karakteristik penting dari sirkuit CMOS adalah kejodohan antara

transistor PMOS dan transistor NMOS. Sebuah sirkuit CMOS didesain sehingga selalu ada jalur

dari keluaran ke salah satu sumber tegangan atau ground. Untuk menyelesaikannya, kombinasi

dari semua jalur ke sumber tegangan hapus merupakan komplemen dari jalur ke ground. Ini

dapat diselesaikan dengan mudah dengan menentukan salah satu adalah NOT lainnya. Logika

bekerja berdasarkan hukum De Morgan sehingga transistor PMOS paralel ekivalen dengan

transistor NMOS seri, sedangkan transistor PMOS seri ekivalen dengan transistor NMOS

paralel. [sunting] Logika Gerbang NAND pada logika CMOS Fungsi logika yang lebih

kompleks seperti AND dan OR memerlukan manipulasi jalur diantara gerbang untuk membuat

logika. Ketika sebuah jalur yang terdiri dari dua transistor seri, lalu semua transistor hapus

mempunyai resistansi rendah untuk membiarkan tegangan melewatinya, menunjukkan sebuah

gerbang AND.

Ketika sebuah jalur terdiri dari dua transistor paralel, lalu salah satu transistor harus

mempunyai resistansi rendah untuk membiarkan tegangan melewatinya, menunjukkan gerbang

OR. Diperlihatkan di kanan adalah diagram sirkuit dari gerbang NAND di logika CMOS. Jika

semua masukan A dan B tinggi, dan semua transistor NMOS (separuh bawah) akan menghantar,

dan transistor PMOS (separuh atas) tidak menghantar, dan sebuah jalur akan terbentuk antara

keluaran dan Vss (ground), membuat keluaran rendah. Jika salah satu masukan A atau B rendah,

salah satu transistor NMOS tidak akan menghantar, sedangkan salah satu transistor NMOS akan

menghantar, dan jalur akan terbentuk antara keluaran dan Vdd (sumber tegangan), membuat

keluaran tinggi. Sebuah keunggulan logika CMOS daripada logika NMOS adalah semua

pensakelaran antara rendah-tinggi dan tinggi-rendah adalah cepat karena transistor pull-up

memiliki resistansi rendah saat dihidupkan, tidak seperti resistor beban di logika NMOS. Untuk

tambahan, sinyal keluaran mengayun penuh diantara catu positif dan negatif. Sinyal yang kuat

dan simetris ini membuat CMOS lebih kebal terhadap desah. [sunting] Perhitungan kekomplekan

Untuk desain sel standar digital, atau langsung saja utuk CMOS, sebuah ukuran yang umum

untuk menentukan kekomplekan suatu desain logika adalah gerbang ekivalen (GE). [sunting]

Daya: pensakelaran dan bocoran Logika CMOS memboroskan lebih sedikit daya dibandingkan

dengan logika NMOS karena CMOS hanya memboroskan daya hanya saat pensakelaran (”daya

dinamis”). Pada proses 90 nanometer modern, pensakelaran keluaran memerlukan waktu 120

pikosekon, dan berulang setiap sepuluh nanosekon. Logika NMOS memboroskan daya ketika

keluaran rendah (”daya statis”), karena terdapat jalur dari Vdd ke Vss melalui resistor beban dan

jaringan tipe-n. Sirkuit CMOS memboroskan daya dengan mengisi kapasitas liar ketika

pensakelaran. Muatan yang bergerak adalah perkalian antara kapasitas liar dengan perubahan

tegangan. Kalikan dengan frekuensi pensakelaran untuk mendapatkan arus borosan, dan kalikan

dengan tegangan lagi untuk mendapatkan borosan daya karakteristik peranti CMOS P = CV2f.

Sebuah borosan daya yang lain ditemukan pada 1990-an saat kabel pada chip menjadi lebih

panjang dan lebih tipis. Gerbang CMOS pada ujung kabel tersebut menerima transisi masukan

yang lambat. Ditengah-tengah transisi masukan, semua transistor baik NMOS ataupun PMOS

untuk sementara hidup bersamaan, dan arus mengalir langsung dari Vdd ke Vss. Daya yang

digunakan disebut daya “linggis”. Desain yang hati-hati dimana menghindari kawat penggerak

yang terlalu panjang mengurangi borosan ini, dan sekarang daya linggis selalu lebih rendah

daripada daya pensakelaran. Baik transistor NMOS ataupun PMOS memiliki gerbang–sumber

tegangan tahan. Desain CMOS yang beroperasi pada tegangan catu yang jauh lebih tinggi dari

tegangan tahan (Vdd lebih dari 5 V, dan Vth untuk transistor NMOS dan PMOS adalah 700

mV). Untuk mempercepat desain, produsen beralih ke bahan gerbang yang memiliki tegangan

tahan yang lebih rendah. Sebuah transistor NMOS modern dengan Vth of 200 mV memiliki

kebocoran arus pratahan yang signifikan. Desain yang berusaha mengoptimalkan proses

pembuatan untuk borosan daya minimum selama operasi telah menekan Vth sehingga bocoran

arus kira-kira sama dengan daya pensakelaran. Sebagai akibatnya, peranti tersebut memboroskan

daya walaupun tidak terjadi pensakelaran. Pengurangan bocoran daya menggunakan bahan baru

dan desain sistem sangat dibutuhkan untuk menjaga eksistensi CMOS. Pabrikan memandang

pengenalan dielektrik permitivitas tinggi untuk mengatasi bocoran arus pada gerbang dengan

mengganti silikon dioksida dengan bahan yang mempunyai permitivitas lebih tinggi. [sunting]

CMOS analog Disamping penggunaan digital, teknologi CMOS juga digunakan untuk

penggunaan analog. Sebagai contoh adalah IC op-amp CMOS. Teknologi CMOS juga sering

digunakan untuk penggunaan frekuensi radio. Sesungguhnya,teknologi CMOS juga digunakan

untuk sirkuit terintegrasi sinyal campuran (analog+digital). [sunting] Rentang suhu Peranti

CMOS konvensional bekerja antara suhu -55 °C hingga +125 °C. Ada juga kemungkinan CMOS

silikon dapat bekerja hingga 40 kelvin.

IC (Integrated Circuit)

Di ilmu elektronika , Integrated Circuit atau sirkuit yang mengintegrasikan ( juga dikenal sebagai IC , microcircuit , microchip , chip silicon , atau chip ) adalah merupakan bagian sirkuit elektronik (alat terdiri atas semipenghantar yang banyak, dikenal sebagai komponen pasif ) yang didesain di sebuah benda tipis material semipenghantar . Integrated Circuit ini digunakan hampir disemua perlengkapan elektronik dalam kehidupan kita sehari-hari, dan IC ini telah membuat suatu revolusi dunia ilmu elektronika dan telah menggantikan Tabung Hampa.

Kita bisa menemukan beberapa penggunaan IC ini di komputer, kalkulator, telepone, handphone, dan peralatan elektronika dan komunikasi lainnya. IC (integrated Circuit) ini mempunyai fungsi dari beberapa komponen-komponen elektronika lainnya, seperti : transistor, dioda dan LED, resistor, dan kondensator yang digabung menjadi satu alat yang memilik banyak fungsi. Dengan adanya IC ini, maka alat-alat elektronika itu semakin hari akan semakin kecil dan lebih simpel dalam pemakaiannya. Bisa kita bayangkan, sejarah Televisi dulunya adalah sebesar 1 ruangan rumah. Akan tetapi, dengan awalnya para peneliti menemukan transistor, maka televisi bisa lebih kecil dan tentunya dengan pemakaian IC pada zaman sekarang ini dapat kita lihat perbedaan besar badan Televisi.

gambar : integrated circuit

Didalam komputer tentunya demikian. Otak komputer yang kita kenal selama ini adalah terbentuk dari Integrated Cirucuit. Yang mana kita ketahui, bahwa processor di komputer memiliki ruang simpan untuk bisa menjadi pusat pengendali setiap perintah yang kita berikan ke padanya. Pemakaian IC ini juga termasuk hemat dan tidak memerlukan daya yang besar. Demikian halnya juga dengan kebutuhan tegangan dan arusnya.IC ini merupakan bahan semikonduktor yang sangat sensitif. Jika pada perancangan elektronika kita tidak melihat spesifikasi atau datasheet dari IC ini, maka kita bisa saja merusak Integrated Circuit itu.

Sejarah Penemuan Integrated Circuit (IC)Pada tahun 1958, seorang insinyur bernama Jack Kilby yang bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang dibuat dari bahan semikonduktor. Terciptalah chip yang pertama, meskipun masih dengan segala kekurangan dan kelemahannya. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce, yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa, meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda.

Sejak penemuan pertama sebuah IC, riset banyak dilakukan untuk menyempurnakan sebuah IC. Beberapa hal yang cukup penting dalam sebuah IC adalah ukuran dan daya listrik yang dibutuhkan sebuah IC untuk berfungsi dengan baik. Saat ini, sebuah IC yang ukurannya sekitar jari kuku manusia, di dalamnya terdapat ratusan juta komponen yang terintegrasi menjadi satu.

Gorden Moore, co-founder perusahaan Intel, pada tahun 1965 memperkirakan bahwa jumlah transistor yang terdapat dalam sebuah IC akan bertambah 2 kali setiap 18 bulan sekali. Kecenderungan peningkatan jumlah transistor ini telah terbukti setelah sekian lama dan diperkirakan akan terus berlanjut.

Sebagai contoh perkembangan IC, sebuah 64-Mbit DRAM yang pertama kali di pasaran pada tahun 1994, terdiri dari 3 juta transistor. Dan microprocessor Intel Pentium 4 terdiri lebih dari 42 juta transistor dan kira-kira terdapat 281 IC didalamnya. Bahkan berdasar pada International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS), diharapkan akan tersedia sebuah chip yang terdiri dari 3 milyar transistor pada tahun 2008.

Umumnya, bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembuatan IC, adalah silikon. Beberapa bahan lain pun juga memungkinkan untuk digunakan. Proses pembuatan IC sendiri terdiri dari ratusan step. Meskipun proses pembutan hingga siap untuk digunakan sangatlah rumit, namun keuntungan yang didapat dari fleksibilitas sebuah IC dibandingkan dengan jika tidak menggunakan IC.

Jika ditilik dari sejak penemuan sebuah IC, teknologi IC boleh dibilang masih sangat muda. Belum genap setengah abad dari pertama kali diproduksi, IC telah berperan penting dalam peradaban manusia. Seperti komputer misalnya, yang proses utamanya dikontrol oleh ratusan IC. Komputer merupakan hal penting dalam mendukung perkembangan teknologi lainnya. Sudah sepantasnya kita mengucap syukur kepada Tuhan, yang telah mengizinkan perkembangan teknologi terjadi begitu pesatnya, yang akhirnya membawa kemudahan bagi umat manusia.