Pengertian Transistor: Fungsi dan Perannya Dalam Dunia Digital

Jika ada pertanyaan apakah komponen elektrik yang paling merevolusi perkembangan teknologi masa kini? Mungkin banyak perdebatan mengenai mana yang paling utama, tapi hampir pasti komponen transistor akan masuk dalam perdebatan tersebut. Transistor adalah sebuah komponen yang sangat vital dan kita akan membahas cara kerja serta aplikasinya.

Apa itu Transistor?

Model Transistor
Sumber gambar: https://www.computerhope.com/jargon/t/transist.htm

Transistor adalah komponen listrik yang memperkuat sinyal kecil menjadi sinyal besar. Transistor mengubah sedikit daya dan melepaskannya dalam jumlah yang besar. Transistor berfungsi seperti semprotan aerosol; sedikit gaya pada nosel (tombol semprotan) dapat melepaskan banyak energi. Jika kita telaah dari namanya, kata trans berarti transfer dan istor berarti resistansi pada bagian junction. Dengan kata lain, itu adalah perangkat switching yang mengatur dan memperkuat sinyal listrik seperti tegangan atau arus.

Apa Fungsi Transistor?

Secara fungsi transistor dapat dibagi menjadi dua fungsi utama. Pertama, transistor dapat berfungsi sebagai sakelar / switch. Arus masuk pada salah satu kaki transistor dapat diteruskan ataupun diblokir sesuai dengan kebutuhan. Kedua, transistor berfungsi sebagai amplifier atau penguat arus. Arus listrik kecil yang mengalir melalui satu bagian transistor dapat membuat arus yang jauh lebih besar mengalir melalui bagian lainnya.

Simbol Transistor

Simbol Transistor
Sumber gambar: https://circuitglobe.com/transistor.htm

Dalam suatu rangkaian elektronik, simbol transistor digambarkan sebagai elemen berkaki tiga dengan sebuah garis batas di tengahnya. Masing-masing kaki adalah terminal/jalur dari transistor tersebut. Tiga terminal transistor, yaitu basis, emitor dan kolektor, transistor juga memiliki dua persimpangan (junction). Kedua juncton tersebut adalah  junction basis-emitor, dan yang lainnya adalah junction basis-kolektor.

Pada gambar di atas dapat kita lihat, transistor dibagi menjadi 2 yaitu PNP (positif negatif positif) dan NPN (negatif positif negatif). Panah dalam simbol menunjukkan arah aliran arus di pada junction basis-emitor. Satu-satunya perbedaan antara transistor NPN dan PNP terletak pada arah arus.

Baca juga: 5 Perbedaan Transistor NPN Dan PNP: Pengertian, Cara Kerja, Dan Fungsinya

Bahan Penyusun Transistor

Lempengan Silikon
Sumber gambar: https://www.explainthatstuff.com/howtransistorswork.html

Transistor terbuat dari silikon, unsur yang biasanya kita temukan di pasir. Silikon adalah semikonduktor, yang berarti silikon bukanlah konduktor (sesuatu seperti logam yang memungkinkan aliran listrik) atau isolator (sesuatu seperti plastik yang menghentikan aliran listrik). Jika kita mengganggu kemurnian elemen silikon (proses yang disebut doping), maka sifat semikonduktornya akan berubah.

Sebagai contoh, jika silikon ditambahkan unsur seperti arsenik, fosfor, atau antimon, silikon memperoleh beberapa tambahan elektron “bebas”, elektron akan mengalir keluar dari silikon tersebut. Silikon yang di-doping agar mengalirkan elektron disebut silikon n (negatif). Jika silikon di-doping dengan unsur seperti boron, galium, dan aluminium, silikon akan memiliki lebih sedikit elektron, sehingga elektron di material terdekat akan cenderung mengalir ke dalam silikon untuk mengisi kekosongan dari elektron tersebut. Silikon yang di-doping agar menerima aliran elektron disebut silikon p (positif).

Cara Kerja Transistor Sebagai Switch

Sumber gambar: https://electrovo.com/transistor/

Dalam pembahasan mengenai cara kerja transistor, kita ambil contoh cara kerja transistor NPN. Dalam transistor NPN, arus mengalir dari kolektor ke emitor. Agar arus mengalir dari kolektor ke emitor, transistor tersebut perlu di-bias. Apa itu istilah bias? Berikut penjelasannya.

Transistor NPN secara struktur terbentuk dari 2 N yaitu kolektor dan emitor dan 1 P yaitu basis. Kolektor dan emitor adalah silikon yang di-doping negatif, sementara basis adalah silikon yang di-doping positif. Dalam hal ini basis berfungsi sebagai penghalang arus yang mengalir dari kolektor menuju emitor. Jika kita bayangkan sebagai saklar (switch)  maka saat itu switch dalam posisi OFF. Bagaimana membuatnya menjadi ON?

NPN Transistor
Sumber gambar: http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/How-an-NPN-transistor-works.php

Dengan memberikan sedikit tegangan ke kaki basis maka penghalang tersebut akan hilang karena kekosongan pada silikon P di basis akan terisi oleh elektron dari arus yang mengalir, sehingga arus akan mengalir dari kolektor menuju emitor tanpa halangan. Jika dibayangkan sebagai sebuah switch maka ini adalah posisi ON.

Baca juga: Pengertian Programmable Logic Controller (PLC), Fungsi Dan Aplikasinya

Dampak Transistor pada Teknologi Digital

Di awal tulisan ini, disebutkan bahwa transistor adalah salah satu komponen yang paling merevolusi perkembangan teknologi masa kini. Alasan utama dari pernyataan tersebut didasarkan pada fungsi transistor sebagai sebuah switch. Terlihat simpel dan sederhana tapi kita akan membahas mengapa transistor dapat berdampak besar hanya dengan fungsinya sebagai sebuah switch.

Gerbang logika
Gambar simbol gerbang logika: https://www.nutsvolts.com

Gambar di atas adalah kumpulan dari simbol gerbang logika. Gerbang logika adalah dasar perkembangan teknologi digital, dimana teknologi digital kemudian melahirkan banyak teknologi yang saat ini kita gunakan, jumlahnya tidak akan cukup untuk disebutkan satu persatu. Secara singkat elektronika digital adalah bagaimana mengoperasikan sistem berdasarkan logika 0/1 atau ON/OFF. Logika 0/1 tersebut disebut juga sebagai logika biner, dan merupakan dasar utama dari sistem komputer.

Pada awal mulanya, sistem 0/1 dioperasikan dengan saklar mekanik, yang kemudian berkembang menjadi saklar otomatis menggunakan vacuum tube. Akan tetapi vacuum tube berukuran sangat besar dan cukup memakan energi, sehingga perkembangan teknologi menjadi sangat terbatas.

Komputer Vacuum Tube
Sumber gambar: https://www.quora.com/What-if-a-processor-was-made-using-modern-vacuum-tubes-instead-of-14-nm-transistors-how-large-would-it-be

Kembali ke transistor, dengan fungsinya sebagai sebuah switch dan ukurannya yang kecil, maka transistor kemudian hadir sebagai pengganti gerbang logika. Dengan ukuran dan daya yang lebih ringan maka kapasitas komputer pun semakin meningkat. Pada perkembangannya, transistor ini kemudian dikembangkan dengan teknologi semikonduktor untuk diintegrasikan ke dalam sebuah IC (integrated circuit). Sebuah IC terdiri atas puluhan hingga ratusan transistor. Semakin berkembang lagi dari sebuah IC kemudian menjadi sebuah chip processor yang bahkan memiliki jutaan transistor di dalamnya.

Hukum Moore (Moore’s Law)

Sesuai namanya, Hukum Moore dicetuskan oleh Gordon Moore, salah satu pendiri Fairchild Semiconductor dan CEO serta salah satu pendiri Intel. Hukum Moore mengacu pada persepsi Moore bahwa jumlah transistor pada microchip berlipat ganda setiap dua tahun, sehingga biaya untuk komputer dengan kemampuan yang sama akan menjadi separuhnya. Hukum Moore menyatakan bahwa kita dapat mengharapkan kecepatan dan kemampuan komputer kita meningkat setiap beberapa tahun, dan kita akan membayar lebih sedikit untuk itu. Prinsip lain dari Hukum Moore menegaskan bahwa pertumbuhan ini eksponensial.

visualisasi hukum Moore
Sumber gambar: https://www.visualcapitalist.com/visualizing-moores-law-in-action-1971-2019/

Mungkin Anda pernah mengalami kebutuhan untuk membeli komputer atau smartphone  katakanlah setiap dua hingga empat tahun sekali, entah karena terlalu lambat, tidak bisa menjalankan aplikasi baru, atau untuk alasan lain. Ini adalah fenomena Hukum Moore yang kita alami secara langsung dalam kehidupan sehari-hari.

Para ahli setuju bahwa komputer akan mencapai batas fisik Hukum Moore di beberapa titik di tahun 2020-an. Suhu transistor yang tinggi tidak memungkinkan untuk membuat IC atau chip yang lebih kecil. Hal ini disebabkan karena pendinginan transistor membutuhkan lebih banyak energi daripada jumlah energi yang telah melewati transistor.

Dalam wawancara di tahun 2007, Moore sendiri mengakui bahwa “fakta bahwa material terbuat dari atom adalah batasan mendasar dan itu tidak terlalu jauh. Kami mendorong beberapa batasan yang cukup mendasar sehingga suatu hari kami harus berhenti membuat hal-hal menjadi lebih kecil. ”

Kesimpulan

Mungkin kali ini tidak banyak aplikasi transistor yang dibahas, tapi secara singkat dengan melihat penerapannya dalam perkembangan teknologi digital (terutama melihat efeknya melalui Hukum Moore) dan dampaknya pada kehidupan kita masa kini, maka pernyataan awal bahwa transistor adalah salah satu komponen elektrik yang paling merevolusi perkembangan teknologi masa kini dapat kita terima tanpa perdebatan.

Tinggalkan komentar