Dasar-Dasar Perangkat Semikonduktor: 6 Konsep Kunci yang Harus Dikuasai

Perangkat Semikonduktor Dioda

Dioda adalah bentuk terendah dari perangkat semikonduktor yang terdiri dari dua potongan bahan semikonduktor yang berbeda yang disebut P dan N. Biasanya digunakan untuk mengizinkan aliran listrik dalam satu arah dan membatasinya di arah yang berlawanan.

Ketika bahan tipe P dan N disatukan, Anda membentuk fungsi PN. Kita perlu melakukannya di lingkungan bersih di cleanroom. Saat menempelkan bahan dengan konduktivitas yang berbeda, elektron negatif tertarik pada muatan positif dan membentuk suatu batas di persimpangan. Muatan serupa lainnya ditolak, yang mengarah pada pembentukan region depleksi di persimpangan di mana aliran elektron dan muatan positif dalam kesetimbangan.

Desain dioda Asia dapat membuatnya forward biased atau reverse biased.

Perangkat Semikonduktor – Forward Bias

Jika kita menghubungkan sisi P ke aliran maju, itu disebut forward bias, dan listrik mengalir dalam rangkaian.

Perangkat Semikonduktor – Reverse Bias

Dalam konfigurasi reverse bias, kita menghubungkan sisi P ke tegangan yang lebih negatif, dan oleh karena itu elektron masuk apa pun ditolak. Ini mencegah aliran listrik dalam rangkaian.

Perangkat Semikonduktor – Aplikasi

Beberapa aplikasi umum dari dioda tercantum di bawah ini

1. Dioda dalam Rectifier

Dioda membantu dalam desain berbagai rangkaian rectifier untuk merestruktur daya dari AC ke DC. Beberapa tipe dasar rangkaian rectifier menggunakan dioda adalah:

1. Halfwave

2. Full-wave center-tapped

3. Full bridge

Kami merestruktur arus ke DC dengan bergantinya bias dioda selama setiap setengah siklus input AC. Selain itu, kapasitor dapat digunakan dalam rangkaian ini untuk menghindari efek ripple.

Dioda dalam Rangkaian Clipper

Rangkaian clipper membantu menghilangkan kebisingan berlebih dari transmisi FM. Berdasarkan jenis konfigurasi dioda yang digunakan, kita dapat mengklasifikasikan rangkaian ini sebagai:

1. Series Clipper

Dioda reverse biased selama setengah siklus positif tegangan input dan forward biased untuk setengah lingkaran negatif.

1. Shunt Clipper

Dioda bertindak sebagai saklar dalam rangkaian ini. Ini forward biased selama setengah siklus positif dan bekerja sebaliknya selama proses negatif.

Dioda dalam Rangkaian Clamp

Sementara rangkaian clipper menghapus nilai puncak, rangkaian clamp membantu memindahkan sinyal puncak ke tingkat yang diinginkan. Ini juga disebut DC restorer atau level shifter. Jenis rangkaian clamping adalah:

1. Konfigurasi dioda positif

Puncak negatif di-clamp sehingga mereka jatuh ke tingkat nol.

1. Konfigurasi dioda negatif

Puncak positif di-clamp dan dibuat jatuh ke tingkat nol.

Dioda dalam Logic Gate

Logic gate digunakan untuk melakukan operasi logis seperti AND, OR, NOT, NOR, XOR, dll. Dengan menerapkan konsep keadaan impedansi rendah dan tinggi dari saklar logis ke reverse dan forward bias, dioda dapat membuat semua jenis logic gate.

Logic 1 sesuai dengan tegangan tinggi dan logic 0 dengan tegangan rendah. Untuk membuat OR gate sederhana, Anda dapat menggunakan dua dioda dengan saklar. Kedua saklar terbuka, dioda reverse biased, dan tegangan output nol. Saat satu saklar tertutup, satu dioda menjadi forward biased, dan tegangan output akan tinggi.

Dioda dalam Rangkaian Perlindungan Arus Balik

Dioda dapat melindungi rangkaian dari polaritas balik pasokan daya DC. Saat koneksi daya DC salah, polaritas balik terjadi, dan kumpulan arus besar dapat mengalir ke dalam rangkaian dan menyebabkan kerusakan. Dioda blokir di kedua sisi input dapat membantu menghindari masalah ini karena akan mencegah pasokan arus saat disambungkan secara seri dengan beban. Dioda akan forward biased untuk koneksi yang benar dan reverse biased untuk koneksi yang salah.

Dioda dalam Voltage Multiplier

Saat Anda merangkai beberapa dioda dalam rangkaian rectifier, Anda dapat mendapatkan output tegangan DC yang sama dengan nilai tegangan input yang diterapkan dikalikan dengan jumlah multiplier yang digunakan.

V out = V in * multipliers

Rangkaian ini dapat menjadi voltage doubler dan multiplier. Dengan menggabungkan kapasitor ke rangkaian, Anda dapat mendapatkan kelipatan ganjil atau genap dari tegangan input sebagai output.

Perangkat Semikonduktor Transistor

Transistor adalah pendahulu dari banyak gadget modern dan perangkat elektronik. Mereka membuat amplifikasi sinyal dan rangkaian switching mungkin, menjadikannya bagian penting dari perangkat elektronik.

Setiap transistor terdiri dari tiga bagian penting yang disebut emitter, base, dan collector. Beberapa transistor mungkin juga memiliki substrat tambahan untuk terhubung dengan rangkaian.

Kami lebih mengklasifikasikan menurut struktur, bahan, atau mekanisme yang terlibat dalam transistor.

1. Bipolar Junction transistors (NPN dan PNP)

2. Field-effect transistors (JFET dan MOSFET)

Aplikasi

Transistor digunakan sebagai saklar dan amplifier dalam rangkaian untuk mengontrol aliran arus.

Bipolar Junction Transistors

Secara umum dikenal sebagai junction transistor, BJT dapat lebih dibedakan berdasarkan konfigurasi.

1. Dalam rangkaian NPN, konfigurasi adalah CBE (Collector, Base, dan Emitter).

2. Dalam kasus PNP, itu adalah EBC.

Untuk NPN, hubungkan dua lapisan bahan N-doped ke bahan P-doped di tengah. Dalam kasus ini, elektron melewati emitter ke base, dan dasar mengontrol jumlah elektron yang dapat dihasilkan emitter.

Dalam kasus rangkaian PNP, konfigurasi adalah kebalikan dari NPN. Dua bahan P doped di ujung dengan bahan N doped sebagai base. Base masih mengontrol aliran arus di arah berlawanan, tetapi.

Field-Effect Transistors

Transistor FET bekerja sedikit berbeda dari BJT. Mereka terdiri dari pin dan memiliki tiga bagian, yaitu gate, source, dan drain.

Junction FET adalah versi yang lebih sederhana dari FET yang digunakan sebagai saklar, amplifier, dan resistor. Ini tidak memerlukan bias arus dan bekerja sepenuhnya dengan tegangan input. Mereka tersedia dalam dua tipe, P channel dan N channel.

1. P channel JFET

Aliran arus terjadi karena muatan positif atau lubang.

2. N Channel JFET

Di sini, elektron menyebabkan aliran arus. Jenis transistor ini lebih populer dibandingkan dengan transistor P channel.

3. MOSFET

MOSFET singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Ini adalah tipe transistor yang paling populer yang digunakan dalam sebagian besar rangkaian daya rendah dalam teknologi desain chip. Seperti yang namanya implikasikan, perangkat semikonduktor ini menggunakan terminal gate logam dan memiliki empat terminal- drain, source, gate, body, atau substrat.

MOSFET menawarkan input impedance tinggi dan output impedance rendah.

Perangkat Semikonduktor Operational Amplifier

Operational amplifier adalah blok rangkaian analog yang digunakan untuk memproduksi rangkaian berkinerja tinggi dengan komponen minimal. Menggunakan sistem feedback negatif atau positif, Amplifier, kapasitor, filter, dll. dapat menggunakan rangkaian ini.

Mereka adalah perangkat linier dengan properti yang serupa dengan amplifier DC.

Op-amp memiliki tiga terminal penting, input inverting, input non inverting, dan terminal output yang dapat mencurahkan atau menyediakan arus dan tegangan.

Aplikasi

1. Bandingkan Sinyal

Op Amps dapat membandingkan tegangan yang diterapkan pada satu ujung input ke input lain. Selisih tegangan pada input dapat menyebabkan saturasi pada op-amp, dan jika kedua tegangan input memiliki magnitudo yang sama, tegangan output akan nol volt.

2. Buffer Sinyal

OpAmp yang dikonfigurasi dengan konfigurasi negatif bertindak sebagai buffer amplifier gain satuan. Ini memiliki input impedance tinggi untuk menghindari masalah beban sumber sinyal, output impedance rendah, dan current gain tinggi.

3. Sediakan Dual Voltage

Op Amp dual supply dapat menerima dua tegangan berbeda, tegangan positif dan negatif. Terminal non inverting menerima tegangan positif, dan terminal inverting menerima tegangan negatif daripada terhubung ke ground seperti dalam mode single supply.

Op Amp dual supply lebih cocok untuk sinyal AC dan dapat bekerja dengan tingkat tegangan yang lebih tinggi.

4. Perkuat Sinyal

Op Amp dapat memperkuat sinyal input berdasarkan tegangan pada terminal input non inverting dan inverting.

5. Filter Sinyal

Satu op-amp dapat menyediakan filter satu, dua, atau tiga pole. Berbagai variasi dapat memfilter rangkaian menggunakan operational amplifier. Beberapa di antaranya adalah:

1. Low pass filters

2. High pass filters

3. Bandpass filters

4. Notch filters

5. Summing Signals

Rangkaian mixing audio dan sejenisnya perlu menggunakan operational amplifier untuk menjumlahkan tegangan yang diterapkan. Virtual earth summing point dari rangkaian inverting amplifier membantu menjumlahkan input audio.

Perangkat Semikonduktor Resistor

Dalam proses listrik, kita membutuhkan resistor untuk mengontrol aliran elektron dan menyesuaikan tingkat arus untuk tegangan yang diberikan. Resistor membantu mencapai ini. Semakin tinggi resistensi yang diberikan oleh resistor, semakin rendah aliran arus akan menjadi.

Aplikasi

1. Transistor dan LED

Resistor membantu melindungi perangkat semikonduktor sensitif seperti transistor dan LED dengan mengizinkan jumlah arus yang tepat untuk melewati rangkaian.

2. Timing dan Frekuensi

Resistor, saat dihubungkan dengan kapasitor, dapat menyediakan perangkat sirkuit terkontrol waktu. Ini membantu dalam desain rangkaian yang digunakan untuk lampu berkedip dan sirine.

3. Voltage Divider

Saat menghubungkan rantai resistor dalam rangkaian seri, Anda dapat mendapatkan penurunan tegangan yang diinginkan berdasarkan nilai resistansi resistor. Tegangan yang dihasilkan adalah proporsi resistansi yang di kontribusikan oleh setiap resistor dalam rangkaian.

4. Resistor untuk Pemanas

Resistor digunakan dalam alat seperti pemanggang roti, kompor listrik, dan pemanas untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas.

Perangkat Semikonduktor Kapasitor

Kapasitor adalah bagian penting dari semua rangkaian elektronik. Mereka dapat diisi arus dan dapat melepasnya sekaligus.

Aplikasi

1. Timing

Dengan memanipulasi interval waktu isi dan kos, kapasitor dapat digunakan dalam rangkaian tergantung waktu seperti LED, sistem loudspeaker, alarm, dan rangkaian yang mengeluarkan bunyi beep berkala.

2. Smoothing

Arus input AC dapat dihaluskan untuk menghasilkan output DC menggunakan kapasitor dan banyak alat rumah tangga.

3. Coupling

Coupling kapasitor adalah mekanisme di mana DC dapat diblokir sementara AC dapat melewati rangkaian. Speaker menggunakan kapasitor untuk mencapai mekanisme ini, dan kita dapat menghindari kerusakan yang disebabkan oleh arus searah.

4. Tuning

Kapasitor variabel digunakan dalam sistem radio untuk menstel rangkaian. Ini dilakukan dengan menghubungkan osilator LC ke kapasitor variabel.

5. Penyimpanan Energi

Kapasitor dapat menyimpan energi dan melepasnya sekaligus, yang berguna dalam aplikasi seperti rangkaian kamera di mana kilatan tiba-tiba diperlukan.

Perangkat Semikonduktor Induktor

Induktor adalah rangkaian elektronik pasif yang menyimpan energi dalam medan magnet saat arus mengalir melalui nya. Kawat terisolasi yang dililit di sekitar inti pusat membuat induktor, yang biasanya merupakan komponen terbesar pada rangkaian.

Aplikasi

1. Filter

Induktor dapat bertindak sebagai low pass filter, dan ketika digabungkan dengan kapasitor dan resistor, mereka dapat digunakan untuk membuat filter lanjutan dalam rangkaian.

2. Sensor

Induktor dapat merasakan medan magnet dan bahan yang dapat menembus magnet tanpa harus berada dalam kontak fisik dengan bahan tersebut. Ini membuatnya sangat baik untuk digunakan sebagai sensor di lampu lalu lintas dan aplikasi serupa.

3. Transformator

Saat induktor dengan jalur magnet yang sama digabungkan, Anda dapat membentuk transformator. Transformator adalah bagian penting dari jaringan distribusi listrik dan pasokan daya.

4. Motor

Motor indutif membantu mengubah energi listrik menjadi energi mekanis secara lebih efisien dengan bantuan gaya magnet. Kita dapat menggunakan motor induksi dengan input AC untuk menghasilkan medan magnet yang berputar. Motor indutif juga tidak memerlukan kontak listrik antara rotor dan mesin, menjadikannya pilihan yang lebih aman dan andal.

5. Penyimpanan Energi

Selama induktor terdaya, mereka dapat menyimpan energi dalam medan magnet. Pasokan daya switch-mode dapat menggunakannya, seperti yang digunakan dalam komputer pribadi.

6. Audio Equalizer

Audio equalizer adalah jenis perangkat elektronik tertentu yang membantu dalam produksi musik. Mereka digunakan untuk meningkatkan atau memotong frekuensi tertentu untuk menciptakan efek suara yang diperlukan.

Ada berbagai jenis equalizer yang tersedia, yang paling umum adalah:

1. Shelving equalizer

2. Graphic equalizer

3. Parametric equalizer

Ringkasan

Artikel ini adalah gambaran dasar tentang semikonduktor dan semua perangkat yang dapat mereka buat.

Apakah Anda memiliki pertanyaan? Beritahu kami di komentar di bawah. Jika Anda membutuhkan layanan Perangkat Semikonduktor, Anda dapat menghubungi kami. WellPCB memiliki lebih dari sepuluh tahun pengalaman dalam manufaktur papan sirkuit. Kami dapat membahasnya bersama dan mempelajari elektronika.