Transistor adalah alat semikonduktor yang 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 (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran
listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
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.
Cara kerja semikonduktor
Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.
Untuk mengerti cara kerja
semikonduktor,
misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor
dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan
elektrolisis (sebelum air berubah menjadi
Hidrogen dan
Oksigen),
tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan
(charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai
isolator.
Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan
mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers,
ion)
terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun
tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (
isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti
Arsenik,
dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup
kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik
akan memberikan
elektron
bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini
karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon
hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan
(oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon
tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang
bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan
Boron
untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3
elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan
"lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata
letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh
emisi thermionic dari sebuah
katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat
disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak
menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan
ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor.
Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana
sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam
satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke
arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan
tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan
dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas
dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap
dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter
memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal
basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu
dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain)
dari transistor tersebut.