Perlu anda ketahui bahwa komputer terdiri dari milyaran elemen sel seperti sel otak. Sel-sel ini biasa kita sebut dengan transistor yang terbuat dari silikon, elemen kimia yang dapat kita temui pada pasir.
Secara umum, transistor dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu transistor junction atau BJT (Bipolar Junction Transistor) dan transistor efek medan atau FET (Field Effect Transistor). Tapi, apa sebenarnya transistor itu, dan bagaimana prinsip cara kerja kedua jenis transistor ini?
Prinsip Kerja Transistor
Transistor adalah komponen elektronik mini yang dapat melakukan dua tugas yang berbeda. Komponen ini bisa bekerja sebagai amplifier (penguat) atau sebuah switch (sakelar). Berikut adalah prinsip kerja transtor pada umumnya:
- Ketika bekerja sebagai amplifier, dibutuhkan arus listrik sangat kecil pada satu titik dan akan menghasilkan arus listrik yang lebih besar pada titik lainnya. Hal ini bisa menjadi sangat bermanfaat pada aplikasi tertentu seperti pada alat bantu dengar.
- Transistor juga dapat bekerja seperti sakelar. Konsep ini pada dasarnya adalah bagaimana semua komputer dapat bekerja. Contohnya, chip pada memori mengandung ratusan juta atau bahkan miliaran transistor, yang mana setiap selnya dapat bekerja seperti sakelar ON atau OFF secara individual.
Cara Kerja Transistor Tipe Junction (BJT)
Misalnya kita menggunakan tiga lapisan silikon, sebuah lapisan p-n-p atau n-p-n, di mana p adalah positif dan n adalah negatif. Jika kita menghubungkan kontak listrik ke tiga lapisan ini, kita dapat membuat suatu komponen yang dapat menguatkan arus listrik ataupun menjadi sakelar on dan off.
Pada transistor n-p-n, kita akan menyebut dua bagian yang terhubung dengan dua lapisan silikon tipe-n sebagai emiter dan kolektor. Sedangkan bagian yang terhubung ke silikon tipe-p kita sebut sebagai base. Cara kerjanya sebagai berikut.
- Ketika tidak ada arus listrik yang mengalir ke transistor, kita tahu silikon tipe-p akan kekurangan elektron, sedangkan dua lapisan silikon tipe-n mempunyai elektron tambahan.
- Dengan kata lain, ketika tipe-n mempunyai elektron berlebih, maka tipe-p akan mempunyai holes (lubang) di mana elektron seharusnya berada.
- Biasanya, holes pada base bertindak seperti penghalang, mencegah aliran listrik yang signifikan dari emiter ke kolektor ketika transistor pada keadaan OFF.
- Transistor akan bekerja ketika elektron dan holes mulai bergerak melalui dua sambungan antara silikon tipe-n dan tipe-p.
- Ketika transistor dihubungkan ke sumber daya, anggap seperti kita memberikan tegangan positif kecil pada base.
- Hal ini membuat emiter bermuatan negatif, sedangkan kolektor akan bermuatan positif. Elektron ditarik dari emiter ke base dan kemudian dari base ke kolektor. Dan transistor pun akan berada pada kondisi ON.
- Arus kecil yang kita berikan ke base membuat aliran arus besar antara emiter dan kolektor. Dengan mengubah arus masukan kecil menjadi arus keluaran yang besar ini membuat transistor bertindak seperti amplifier.
- Tapi transistor juga bertindak seperti sakelar dalam waktu yang bersamaan. Ketika tidak ada arus ke base, maka tidak ada aliran arus juga antara kolektor dan emiter.
Jadi, arus pada base membuat keseluruhan transistor mengalami ON dan OFF. Secara teknis, transistor tipe ini disebut transistor bipolar karena ada dua jenis muatan listrik berbeda (elektron negatif dan holes positif) yang terlibat dalam menghasilkan aliran arus.
Baca juga: Apa Fungsi Transistor?
Cara Kerja Transistor Tipe Efek Medan (FET)
Semua transistor bekerja dengan mengontrol pergerakan elektron, tapi tidak semuanya melakukannya dengan cara yang sama. Sama seperti transistor BJT, FET atau Field Effect Transistor mempunyai tiga terminal berbeda, tetapi namanya source (mirip seperti emiter), drain (seperti kolektor), dan gate (seperti base).
Kami sengaja tidak mengartikan istilah source, drain dan gate agar anda dapat memahaminya ketika membaca artikel bahasa inggris. Pada FET, lapisan silikon tipe-p dan tipe-n disusun dengan cara yang sedikit berbeda dan dilapisi dengan metal (logam) dan oksida. Oleh karena itu perangkatnya disebut dengan MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
Cara kerjanya sebagai berikut.
- Secara umum, prinsip kerja transistor BJT sama sepeti transistor junction, hanya istilahnya menggunakan source, drain dan gate. Jadi, kami akan menjelaskannya secara lebih ringkas.
- Walaupun terdapat elektron tambahan pada source dan drain tipe-n, tidak ada aliran arus di antara source dan drain, karena ada holes pada gate tipe-p yang ada di antara keduanya. Transistor pada keadaan OFF.
- Akan tetapi, jika kita memberikan tegangan positif pada gate, medan listrik akan terbentuk yang membuat elektron mengalir dalam saluran tipis dari source ke drain.
- Efek medan ini memungkinkan arus mengalir dan menghubungkan transistor. Hal ini membuat transistor menjadi kondisi ON.
Cara Kerja Transistor Pada Komputer
Dalam praktiknya, anda tidak membutuhkan pengetahuan tentang elektron dan holes (lubang), kecuali anda akan mendesain chip komputer sendiri. Yang anda perlu ketahui adalah transistor bekerja seperti amplifier (penguat) dan switch (sakelar). Tetapi, ada satu hal lain yang perlu anda ketahui, bagaimana semua hal ini dapat membantu komputer untuk menyimpan informasi dan mengambil keputusan?
Bagaimana Gerbang Logika Bekerja Pada Komputer?
Kita dapat meletakkan beberapa sambungan transistor bersama untuk membuat gerbang logika, yang membandingkan beberapa arus masukan dan memberikan keluaran berbeda sebagai hasilnya. Gerbang logika ini membuat komputer dapat membuat keputusan sangat sederhana menggunakan teknik matematika yang disebut Aljabar Boolean.
Sebenarnya, otak anda membuat keputusan dengan cara yang sama. Contohnya, menggunakan input hal yang anda ketahui tentang cuaca dan apa yang anda miliki. Anda dapat membuat keputusan seperti ini: “Jika hujan dan saya membawa payung, maka, saya akan ke toko”. Itu adalah contoh penggunaan Aljabar Boolean menggunakan operator AND (dan).
Kita juga dapat menggunakan keputusan yang mirip dengan operator lainnya. “Jika kondisi berangin atau salju turun, maka saya akan menggunakan mantel”, ini adalah contoh penggunaan operator OR dan lain sebagainya.
Penggunaan AND, OR dan operator lain seperti NOR, XOR, NOT dan NAND, membuat komputer dapat menjumlahkan atau membandingkan bilangan biner. Gagasan ini lah yang menjadi fondasi kuat dari program komputer, rangkaian instruksi logika yang membuat komputer dapat melakukan sesuatu.
Pentingnya Rangkaian Flip-Flop
Biasanya, transistor junction akan berada pada kondisi OFF, ketika tidak ada arus base dan berubah menjadi ON, ketika ada aliran arus base. Itu berarti, dibutuhkan arus listrik untuk mengubah kondisi transistor menjadi ON atau OFF. Tetapi, transistor seperti ini dapat dihubungkan dengan gerbang logika sehingga koneksi keluarannya memberi umpan balik ke masukan. Ini membuat transistor tetap ON, bahkan meskipun arus base dihilangkan.
Setiap ada aliran arus base, transistor flip menjadi OFF atau ON. Kondisinya akan tetap stabil (baik ON atau OFF) sampai arus lainnya datang dan membaliknya menjadi kondisi lainnya. Susunan sepreti ini dikenal sebagai flip-flop dan mengubah transistor menjadi perangkat memori sederhana yang menyimpan angka nol ketika OFF, dan angka satu ketika ON. Flip-flop adalah teknologi dasar di balik perkembangan chip memori komputer.
