Saklar Majemuk Untuk Menghemat Listrik

Kini PLN sedang dalam masalah, bagaimana cara menghemat listrik. Hal tersebut disebabkan sebagian pembangkitan tenaga listrik menggunakan bahan bakar minyak (BBM). Sedangkan harga BBM terus-menerus mengalami kenaikan. Lagi pula PLN menjual listrik yang lebih rendah dari ongkos produksinya. Jadi PLN perlu subsidi dari pemerintah untuk menutupi kerugian tersebut. Repotnya lagi permintaan energi listrik terus bertambah. Akibatnya kita sekarang mengalami krisis energi listrik. Bila tidak segera diatasi pemadamam bergilir tak terhindarkan lagi.
Apa yang harus dilakukan pemerintah adalah membangun pembangkit listrik aternatif selain menggunakan BBM. Misalnya pembangkit tenaga batu-bara atau panas bumi. Pemerintah kita memang akan membangun Beberapa membangkit listrik tenaga batu bara. Tetapi membangun pembangkit baru diperlukan waktu, sehinggga krisi energi listrik diperkirakan baru dapat diatasi tahun 2010.
Sementara pemerintah sedang mengatasi kekurangan pasokan listrik, untuk mencegah krisis menjadi semakin parah, mau tak mau kita harus menghemat pemakaian listrik. Tak heran pemerintah bersama PLN akhir-akhir ini berupaya keras melakukan kampanye penghematan. Sebagai masyarakat Indonesia marilah kita ikut membantu pemerintah dengan menghemat pemakaian listrik. Menghemat pemakaian listrik ikut pula mengurangi emisi CO2, yang akan mencegah laju pemanasan global yang menjadi masalah dunia saat ini dan mendatang.
Andai saja masyarakat Indonesia mau menghemat listrik, BBM dan batu-bara yang dapat dihemat cukup banyak. Bisa menghemat devisa negara milyaran rupiah tiap harinya. Bukan jumlah yang sedikit bukan? Siapa tahu amal perbuatan baik kita dengan menghemat listrik juga dicatat oleh malaikat di sorga. Jadi mari kita menghemat listrik! Salah satu caranya adalah dengan memasang saklar majemuk di rumah anda. Anda berminat? Ikuti tulisan saya selanjutnya.

Rencanakan saklar dengan baik
Menggunakan/memadamkan lampu sesuai keperluan merupakan disiplin yang harus ditegakkan disetiap rumah tangga. Untuk melaksanakan maksud tersebut perlu didukung dengan perencanan saklar yang baik. Sebagai contoh : Kebutuhan penerangan disuatu ruang akan tergantung aktifitas di ruang tersebut. Bercengkrama sambil mendengarkan musik di ruang keluarga membutuhkan penerangan yang lebih sedikit dibanding menonton TV. Di ruang keluarga perlu dipasang dua buah lampu dan dua buah saklar. Gunakan sebuah lampu ketika mendengarkan musik dan dua buah lampu ketika menonton TV. Jadi umumya sebuah lampu memerlukan sebuah saklar. Hindari memasang sebuah saklar untuk banyak lampu.
Idealnya sebuah lampu hanya menyala bila diperlukan. Tetapi sebuah lampu belum tentu dapat diperlakukan demikian, bahkan ada lampu yang harus menyala selama 24 jam. Misalnya dapat terjadi pada lampu tangga yang hanya mempunyai sebuah saklar. Kejadian ini saya alami sendiri. Menulis artikel ini membuat saya sadar dari kekhilafan, lampu tangga 15 watt dirumah kami harus dinyalakan tanpa istirahat. Artinya kami telah memboroskan energi 360 watt.jam dalam sehari!. Ada dua kesalahahan disini : Pertama adalah kesalahan arsitektur, seharusnya tangga dapat memanfaatkan cahaya alami, sehingga disiang hari tidak perlu lampu. Kedua kesalahan instalasi listrik, seharusnya lampu tangga punya dua saklar. Satu saklar pada lantai atas dan lainnya pada lantai bawah. Kesalahan arsitektur sulit diperbaiki, kecuali dengan investasi yang besar. Namun setidaknya saya dapat memperbaiki instalasi listriknya. Setelah diperbaiki pemakaian energi lampu tangga menurun drastis, 1-2 persen dari semula. Alias dapat menghemat sampai 98 persen. Karena lampu hanya dinyalakan ketika ada orang yang perlu melewati tangga dan dapat memadamkannya ketika sampai di ujung tangga yang lain. Dengan asumsi harga listrik Rp 1000 per KWH, pada contoh diatas kita dapat menghemat kira-kira Rp 300 perhari atau Rp 9000 perbulan.
Jadi masalahnya bagaimana mengedalikan sebuah lampu dengan banyak saklar. Masalah yang tampaknya sederhana ini bila dikaji lebih lanjut, ternyata membuat pusing tujuh keliling. Betulkah ini masalah yang rumit? Cobalah anda renungkan sendiri! Selayaknya kita memberi apresiasi akan karya jenius orang yang menemukannya.
Masalah lain yang serupa dengan lampu tangga : Kamar tidur pada rumah sederhana biasanya tidak dilengkapi dengan WC. Jadi apabila penghuni kamar terjaga pada malam hari karena ingin pergi ke WC, ia harus keluar kamar tidur. Lampu ruang penghubung selalu dinyalakan sepanjang malam. Alangkah baiknya lampu tersebut hanya menyala bila diperlukan. Lagi-lagi diperlukan banyak saklar untuk sebuah lampu. Bila kamar tidur berjumlah 4 buah, berarti diperlukan 4 buah saklar untuk mengendalikan sebuah lampu!
Masih banyak masalah serupa yang dapat dikemukakan. Tentu tak perlu saya sebut satu-persatu karena akan menghabiskan halaman. Lebih baik kita bicarakan solusi masalah tersebut.

SAKLAR MAJEMUK 2 LEVEL
Saklar yang dipergunakan untuk tangga 2 lantai berbeda bentuknya dengan yang umum kita gunakan. Mari kita cermati perbedaannya. Saklar yang umum dijumpai pada saklar dinding rumah kita adalah Single Pole Single Trow (SPST) atau satu induk satu lemparan. Saklar ini berguna untuk memutus-hubungkan antara dua terminal (Gambar 1a). Saklar yang digunakan untuk 2 level adalah Single Pole Double Trow (SPDT) atau satu induk dua lemparan. Pada lemparan pertama induk terhubung pada satu terminal. Pada lemparan kedua, induk terhubung ke terminal lainnya (Gambar 1b). Karena berfungsi sebagai pengalih, saklar SPDT disebut sebagai saklar alih (change-over-switch). Saklar ini lebih dikenal dengan saklar hotel(di kota Bandung). Dulunya saklar seperti ini banyak dipasang di kamar hotel. Saklar ini memanjakan penghuni hotel agar tidak malas memadamkan lampu. Sebuah saklar diletakkan di dekat pintu masuk dan sebuah lagi di dekat ranjang. Anda jangan menanyakan saklar SPDT atau change-over-switch ketika akan membeli, karena istilah tersebut tak terlalu dikenal. Mintalah saklar hotel, maka penjual akan tahu apa yang dimaksud.
Cara memasang saklar hotel dapat dilihat pada Gambar 4. Dari gambar tersebut anda dapat mempelajari cara kerjanya.

SAKLAR MAJEMUK 3 LEVEL ATAU LEBIH
Saya pernah mencoba survai mencari saklar majemuk 3 level di kota Bandung, tetapi sulit menemukan saklar seperti ini. Rupanya saklar jenis ini mulai dilupakan orang. Hanya toko alat listrik yang paling lengkap yang menyediakan saklar ini. Misalnya saklar merek LEGRAND. Itupun tidak ready stock, artinya toko harus memesan dahulu. Repotnya lagi tidak boleh membeli eceran. Ini dapat dimegerti karena saklar ini tidak populer. Bila anda hanya membeli beberapa buah, kepada siapa toko harus menjual sisanya? Apa salahnya untuk menghemat energi, saklar jenis ini yang dulu pernah ada kita populerkan kembali.
Untuk membuat saklar majemuk 3 level atau lebih, diperlukan saklar yang khusus dirancang untuk maksud tersebut. Bila kita tidak berhasil mendapatkannya, sebagai gantinya adalah saklar Double Pole Double Trow (DPDT) atau dua induk dua lemparan. Saklar DPDT adalah dua saklar SPDT yang bergerak bersama-sama. Saklar ini mempunyai 6 kaki (gambar 1.c).

Gambar1

Saklar seperti ini bisa dibeli di toko komponen elektronik/listrik. Tanyakan saklar 6 kaki pada penjualnya. Sayangnya saklar tersebut tidak dilengkapi dengan kotaknya, sehingga kita perlu sedikit kerja tambahan untuk membuat kotak atau panel untuk saklar ini.
Saklar DPDT kita fungsikan sebagai saklar pembalik polaritas. Pada satu lemparan ia melakukan sambungan benar : Fn-1 terhubung dengan Fn , ~Fn-1 terhubung dengan ~Fn. Pada lemparan lain ia melakukan sambungan negasi/terbalik : Fn-1 terhubung dengan ~Fn , ~Fn-1 terhubung dengan Fn . Perhatikan cara menyambung perkabelan saklar Pembalik polaritas pada Gambar 2

Gambar 2 Saklar pembalik polaritas dengan mengunakan saklar DPDT. Saklar ini disebut juga saklar tengah “intermediate switch” , karena dipasang diantara dua saklar hotel.

Gambar 3. Bila kita tidak berhasil mendapatkan intermediate switch, kita dapat mengganti dengan saklar 6 kaki DPDT yang kita hubungkan seperti gambar diatas.

Pemasangan saklar majemuk tiga level serupa dengan dua level. Bedanya dibagian tengah diselipkan intermediate switch (Gambar 4). Itulah sebabnya saklar pembalik ini disebut “Intermediate switch” (= saklar tengah). Untuk membuat saklar majemuk lebih dari tiga level, tambahkanlah intermediate switch sebanyak yang diperlukan.


Gambar4

BAGAIMANA CARA KERJA SAKLAR MAJEMUK?
Saklar majemuk bekerja sebagai detektor genap. Artinya bila jumlah saklar dengan sambungan terbalik genap (bukan ganjil) lampu akan menyala. Sebaliknya bila saklar dengan sambungan terbalik ganjil lampu akan padam. Untuk jelasnya lihat Gambar 5 dibawah ini
Gambar 5
Gambar atas lampu menyala karena saklar dengan sambungan terbalik genap (dua buah) yaitu: s1 dan S4. Gambar bawah lampu padam karena saklar dengan sambungan terbalik ganjil ( tiga buah) yaitu : s1, s2 dan s3.

Instalasi
Pengetahuan seharusnya tidak hanya tinggal teory tetapi alangkah baiknya bila dipraktekkan. Karena itu mari kita membahas bagaimana cara meng-instalasi saklar majemuk di rumah kita. Pada prakteknya ternyata orang lapangan menemukan cara yang lebih praktis dari cara penyambungan yang telah kita bahas. Orang teory ingin menjelaskan se-matematis mungkin, sedangkan orang lapangan ingin memasangnya serapih mungkin. Tak mengherankan bila ada perbedaan keduanya.
Memang cara lapangan ternyata lebih rapih karena membutuhkan sambungan yang lebih sedikit. Pada saklar 2 level, cara lapangan membutuhkan 2 sambungan kabel, sedang cara matematis membutuhkan 3 sambungan.Gunakanlah kabel dengan tiga jalur untuk hubungan antar saklar. Anda dapat memilih cara matematis atau cara lapangan, mana yang paling mudah menurut anda. Untuk jelasnya lihat gambar x dan gambary. Untuk saklar dengan level yang lebih tinggi anda tinggal menambahkan intermediate switch sebanyak yang anda perlukan.

Gambar 6. Wiring diagram untuk saklar majemuk 2 level
Gambar7. Wiring diagram untuk saklar majemuk 3 Level
Gambar8. Lampu Tangga

Gambar 9.
Lampu diruang keluarga dikendalikan oleh tiga buah saklar s1, s2, s3. Masing-masing saklar mudah diraih dari kamar tidur. Dengan demikian lampu La dapat dipadamkan selama waktu tidur.

Piranti Semikonduktor

BAGAIMANA CARA KERJA TRANSISTOR?

TENTANG TRANSISTOR DAN SEJARAHNYA
Kini elektonika merupakan salah satu ilmu yang penting. Elektronika telah banyak mengubah kehidupan kita. Radio, Televisi, Hand-Phone, Komputer dan Kalkulator saku merupakan contoh peralatan elektronika yang biasa kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Hampir dipastikan setiap rangkaian elektronika menggunakan satu atau lebih transistor. Apa saja yang dapat dilakukan oleh benda ajaib mungil bernama transistor itu? Ternyata tak banyak ! Transistor hanyalah alat untuk mengatur arus listrik seperti saklar, ia dapat menghubung dan memutus aliran listrik. Jutaan transistor yang ada dalam komputer hanyalah bekerja sebagai pemutus dan penghubung arus listrik belaka. Ini cukup mengejutkan bagi kita mengingat komputer dapat melakukan pekerjaan yang amat rumit yang mana diwujudkan secara “sederhana” oleh transistor.
Selain sebagai saklar transistor digunakan juga sebagai penguat. Pada penerima radio sinyal listrik yang diterima antena radio sangat lemah. Transistor menguatkan sinyal tersebut sehingga kita dapat mendengar suara penyiar. Demikian pula sinyal listrik dari microphone yang digunakan penyanyi di atas panggung. Sinyal listrik yang dihasilkan microphone lemah, kemudian transistor memperkuat sinyal tersebut sehingga mampu mengerakkan speaker. Suara penyanyi itupun terdengar sangat keras oleh penonton.
Ringkasnya transistor mempunyai dua fungsi utama: Sebagai saklar (pada komputer) dan sebagai penguat ( pada penerima radio).
Transistor ditemukan oleh tiga fisikawan Amerika : William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain pada tahun 1948. Sebelum transistor ditemukan bukan berarti elektronika belum ada. Sebagai pendahulu transistor orang menggunakan tabung katup elektronik yang berukuran lebih besar dari pada transistor. Tabung elektronik pernah mencapai masa keemasan. Tabung elektronik diproduksi besar-besaran untuk digunakan pada radio dan televisi. Bahkan komputer (ENIAC,1948,di Amerika Serikat) sempat dibuat dengan tabung elektronik. Sekalipun mempunyai fungsi yang sama, akan tetapi cara kerja kedua benda tersebut berbeda. Pada tabung elektronik, elektron terpancar karena elektroda yang dipanaskan (katoda), kemudian elektron bergerak di ruang hampa ke elektroda lain (anoda). Diantara katoda dan anoda diselipkan elektroda lain bernama grid. Fungsi grid berguna untuk mengatur besarnya arus yang mengalir. Karena membutuhkan pemanasan itulah, maka tabung elektonik membutuhkan daya yang lebih besar. Dilain pihak, aliran pembawa muatan transistor mengalir melalui bahan semikonduktor (setengah penghantar) tanpa membutuhkan pemanasan sama sekali. Transistor juga mempunyai 3 elektroda, bernama emitor (= katoda), kolektor (= anoda) dan basis (= grid). Tidak seperti tabung elektronik yang berukuran relatif besar, transistor dapat dibuat dalam ukuran yang amat kecil. Jutaan transistror pada prosesor komputer menempati luas beberapa Cm2. Tak mengherankan apabila komputer kuno yang bernama ENIAC yang terbuat dari tabung elektronik berukuran lebih besar dari rumah kita dan membutuhkan daya ribuan Watt. Berkat ukuran transistor yang kecil kita dapat memasukkan Hand-Phone ke dalam saku. Transistror-transistor ukuran kecil bersama komponen lainnya dirangkai jadi satu dalam sebuah IC (Integrated Circuits). Kita tidak dapat melihat transistornya karena IC tertutup dalam kemasan plastik. Peralatan elektronika kini kebanyakan menggunakan IC karena jauh lebih ekonomis. Kini penggunaan transistor lepasan (diskrit) jarang ditemui, kecuali untuk rangkaian sederhana.
Tabung elektronik berawal ketika Thomas Alva Edison (Amerika serikat) tahun 1883 menciptakan lampu pijar. Secara tidak sengaja ia menemukan bahwa elektron dapat terpancar pada filamen lampu pijar yang dipanaskan. Ini kemudian disebut emisi termionic atau efek Edison. Penemuan Edison dimanfaatkan oleh Fleming (Inggris) pada tahun 1902 untuk membuat dioda penyearah sebagai detektor radio. Dioda tabung elektronik Fleming berfungsi sebagai penyearah, yaitu dapat menghantar pada satu arah tetapi menyumbat pada arah sebaliknya. Elekton dapat mengalir dari katoda(panas) ke anoda (dingin). Tak lama berselang, tahun 1906 Lee De Forest(Amerika Serikat) menambahkan elektroda ke 3 yang bernama Grid, lahirlah tabung elektronik Trioda.
Dioda penyearah dapat pula dibuat dari bahan semikonduktor, hal tersebut telah lama diketahui. Usaha untuk membuat trioda semikonduktor telah dimulai tahun 1920an oleh banyak orang di berbagai negara. Akan tetapi baru berhasil pada tahun 1950an oleh 3 sekawan tadi. William Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain menerima hadiah Nobel untuk bidang Fisika karena berhasil menemukan transistor. Perkembangan tabung elektronik dari Dioda menjadi Trioda berlangsung dalam waktu yang singkat. Akan tetapi perkembangan dari dioda semikonduktor menjadi trioda “transistor” semikonduktor memerlukan waktu yang lebih lama. Ini mungkin disebabkan teori semikonduktor pada saat itu masih gelap. Marilah sekarang kita membahas teori semikonduktor seterang mungkin.

SEMIKONDUKTOR
Transistor dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor yang terpenting adalah Silikon dan Germanium. Silikon lebih banyak digunakan sebagai bahan semikonduktor dibanding Germanium, karena Silikon mempunyai sifat-sifat yang lebih disukai dibanding dengan Germanium.
Disebut Semikonduktor (setengah penghantar) karena material ini dapat menghantar listrik namun tidak sebaik konduktor (penghantar).
Telah kita ketahui konduktor listrik adalah logam. Listrik dapat mengalir dalam logam karena dalam logam terdapat banyak sekali elektron bebas yang dapat dengan mudah bergerak diantara inti atom. Dapat kita umpamakan aliran elektron bebas sebagai aliran air dalam tabung filter air. Filter air berguna untuk menyaring kotoran dalam air, sehingga air yang telah melalui filter menjadi bersih. Kotoran tidak dapat melalui pori-pori media filter, sedangkan partikel air dapat mengalir melalui lubang pada pori-pori tersebut. Media berpori kita andaikan sebagai inti atom, sedang partikel air kita andaikan sebagai elektron. Demikianlah elektron bebas dapat mengalir dengan mudah diantara celah-celah inti atom.
Bahan Isolator seperti halnya Plastik tidak dapat menghantar listrik karena tidak mempunyai elektron bebas. Elektron-elektron pada isolator terikat kuat pada inti atom. Pada Isolator diperlukan energi yang besar untuk membuat elektron terlepas dari ikatannya. Jadi pada isolator tidak ada pembawa muatan yang dapat bergerak.
Semikonduktor dapat menghantar listrik, namun daya hantarnya sangat kecil jika dibandingkan dengan logam. Hal tersebut disebabkan kosentrasi pembawa muatan pada semikonduktor jauh lebih kecil dibanding kosentrasi pembawa muatan pada logam.

Dua Macam Pembawa Muatan
Cara semikonduktor menghantar berbeda dengan logam. Ada dua macam pembawa muatan pada semikonduktor. Pembawa muatan positif dan pembawa muatan negatif.
Pembawa muatan negatif adalah elektron bebas. Elektron semikonduktor terikat pada inti atom tetapi tidak sekuat ikatan pada isolator. Bila kebetulan elektron menerima energi panas yang cukup, elektron ini dapat terlepas dari ikatan atom induk. Jadilah elektron bebas. Elektron bebas pada semikonduktor bergerak seperti halnya elektron bebas pada logam, dapat bergerak menyusup diantara inti atom.
Pembawa muatan positif adalah lubang. Ketika elektron bebas terbentuk yakni elektron terlepas dari ikatannya, tempat yang ditinggalkannya menjadi kosong. Terbentuklah lubang. Sama seperti elektron bebas lubang ini dapat pula menghantar listrik. Lubang menghantar listrik dengan cara yang unik.
Jumlah elektron bebas dan jumlah lubang pada semikonduktor murni sama banyaknya, karena setiap terbentuk elektron bebas, tempat yang ditinggalkan elektron tersebut menjadi lubang.
Mula-mula Fisikawan sempat dibingungkan oleh kehadiran partikel bermuatan positif pada semikonduktor. Mereka menemukan gerakan partikel yang arah geraknya berlawanan dengan arah gerakan elektron. Jika misalnya elektron bergerak kekiri menjauhi kutup negatif baterai (mendekati kutup positif baterai), maka partikel asing ini bergerak dalam arah sebaliknya. Karena itu Fisikawan memberi tanda muatan partikel ini positif, berlawanan tanda dengan elektron bebas yang bertanda negatif. Adanya pergerakan dua macam partikel berbeda tanda pada semikonduktor ini dapat diamati pada percobaan efek Hall.

Ternyata kehadiran partikel bermuatan positif adalah ilusi. Partikel bermuatan positif itu adalah lubang atau longaran! Ceritanya adalah demikian: Elektron-elektron pada semikonduktor tak dapat bergerak terikat kuat oleh inti atom (kecuali telah menjadi elektron bebas). Ketika elektron bebas terbentuk, tempat yang ditinggalkan terjadi lubang atau longaran. Elektron dari atom tetangga, meskipun dalam ikatan inti atom apabila terdorong oleh medan listrik ikatan inti dapat terputus dan jatuh kedalam lubang. Kemudian tempat yang ditinggalkan elektron itu menjadi lubang baru. Elektron lain kemudian jatuh pula pada lubang baru dan seterusnya. Peristiwa ini boleh kita umpamakan jalan raya yang macet. Mobil-mobil yang tidak dapat bergerak ini kita samakan dengan elektron-elektron dalam ikatan inti atom. Namun mobil-mobil yang tak dapat bergerak kemudian dapat bergerak asalkan ada lubang. Gambar diatas kiranya dapat memperjelas apa yang dimaksud. Perhatikanlah lubang bergerak ke arah berlawanan dengan gerak mobil atau pembawa muatan sejati. ”Partikel” yang bergerak berlawanan dengan gerak elektron bebas, sebenarnya bukanlah partikel tetapi lubang.
Elektron bebas yang dapat bergerak menyusup diantara inti-inti atom lebih-kurang dapat disamakan dengan sepeda motor pada jalan yang macet. Sepeda motor dapat menyusup diantara mobil-mobil yang terhenti. Sedangkan mobil-mobil diandaikan sebagai elektron dalam ikatan, tak dapat bergerak, kecuali ada longgaran (lubang) didepannya.

Semikonduktor Dengan Pengotor
Semikonduktor murni dapat menghantar listrik, tetapi daya hantarnya buruk maklumlah karena kosentrasi pembawa muatan sangat kecil. Hal tersebut berbeda dengan logam yang mempunyai pembawa muatan berlimpah.
Kristal silikon murni (disebut semikonduktor intrinsik) yang sedikit menghantar listrik ini akan meningkat hantaran listriknya dengan cukup berarti apabila diberi bahan pengotor. Penambahan bahan pengotor ini hanya perlu dalam jumlah yang amat sedikit. Namun hal tersebut telah mengubah sifat asli dari semikonduktor yang bersangkutan (hantaran listriknya jauh lebih besar dari sebelumnya). Semikonduktor berpengotor ini disebut semikonduktor ekstrinsik. Selanjutnya penambahan bahan pengotor ini kita sebut doping. Kita mengenal dua jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor jenis N dan semikonduktor jenis P.
Umumnya kita tidak menyukai ketidak murnian. Pada semikonduktor doping justru diperlukan. Doping sangat berguna menjadikan semikonduktor tersebut lebih mudah menghantar listrik.
Atom-atom silikon saling mengikat satu sama lain membentuk kristal padat. Ikatan pada atom silikon disebut ikatan kovalen. Atom silikon mempunyai 4 elektron terluar. Ikatan kovalen terbentuk dengan cara setiap atom terluar berpasangan dengan elektron terluar atom tetangga. Ikatan kovalen atom silikon yang pada kenyataanya berbentuk 3 dimensi digambarkan secara simbolik seperti gambar dibawah ini.



Semikonduktor Jenis N
Semikonduktor jenis N terbentuk dengan menambah unsur doping berupa Phosfor (P), Arsenik (As) atau Atimon (Sb). Atom pada unsur-unsur tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 5 buah. Elektron kelima dari atom sisipan ini tidak mempunyai ikatan, sehingga elektron ini berlaku sebagai elektron bebas. Semi konduktor jenis N dapat menghantar listrik karena adanya elektron bebas tersebut. Elektron bermuatan negatif, karena itu semikonduktor jenis ini disebut semikonduktor jenis N.
Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis N dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor N kaya dengan elektron bebas. Pembawa muatan utama pada semikonduktor N adalah elektron bebas.
Pada semikonduktor N, lubang ikut pula membawa muatan, tetapi jumlahnya sangat kecil dibandingkan dengan elektron bebas. Lubang merupakan pembawa muatan minoritas. Mekanisme terbentuknya lubang sama seperti yang terjadi pada semikondutor murni.



Semikonduktor Jenis P
Untuk membentuk semikonduktor jenis P, kali ini digunakan unsur doping Boron(B), Alumunium (Al), Indium (In) atau galium (Ga). Atom-atom tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 3 buah. Penyisipan ini akan mengakibatkan lubang dimana elektron terluar silikon tidak mempunyai teman untuk menbentuk ikatan.
Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis P dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor P kaya dengan lubang. Pembawa muatan utama pada semikonduktor P adalah lubang. Elektron bebas merupakan pembawa muatan minoritas



DIODA
Hanya boleh satu arah
Baik semikonduktor jenis P maupun semikonduktor jenis N bila dihubungkan dengan baterai akan menghantar listrik. Walaupun secara kasat mata tidak ada perbedaan antara keduanya. Seandainya kita dapat melihat sampai ke tingkat atom, perbedaan itu akan tampak.
Seperti telah dijelaskan, pembawa muatan pada jenis N adalah elektron bebas. Elektron yang bermuatan negatif ini akan bergerak menjauhi kutub negatif menuju kutub positif. Ingatlah muatan senama saling tolak menolak dan sebaliknya muatan yang berlainan tarik-menarik.
Sedang pembawa muatan pada jenis P adalah lubang. Seperti telah dijelaskan lubang dapat bergerak karena elektron dari atom tetangga dapat jatuh kedalam lubang dengan cara memutus ikatan kovelen. Lubang berperilaku seperti muatan positif, bergerak menjauhi kutub positif menuju kutub negatif. Jadi berlawanan dengan arah gerak elektron.

Gerakan pembawa muatan pada semikonduktor.
Lubang yang bermuatan positif bergerak ke arah kutup negatif baterai, sebaliknya elektron yang bermuatan negatif bergerak ke arah kutub positif.

Tidak ada yang istimewa dengan semikonduktor jenis N maupun Jenis P apabila digunakan tersendiri. Mereka akan menghantar listrik seperti halnya penghantar biasa. Tetapi apabila kita pertemukan jenis N maupun jenis P, terjadi hal yang unik. Komponen elektronika yang dibuat dengan cara demikian disebut dioda. Dinamakan dioda karena mempunyai dua kaki (elektroda), bernama Katoda dan Anoda. Anoda terbuat dari semikonduktor jenis P, Sedang katoda terbuat dari semikonduktor jenis N.
Dioda dapat menghantar listrik dengan baik, apabila arus listrik mengalir dari Anoda ke Katoda. Sedang pada arah sebaliknya dioda menyumbat. Arah panah pada lambang dioda menunjukkan arah arus dimana dioda dapat menghantar. Anda dapat mencoba sifat unik dari dioda, untuk itu diperlukan bahan-bahan berikut :

• Dioda Type 1N4001 atau sejenis


• Bola lampu senter yang sesuai untuk 2 baterai


• Dua buah baterai seng karbon a 1.5 volt

Perhatikan pada dioda diberi tanda gelang untuk menandai katoda .

Konstruksi, Lambang dan wujud dari dioda

Memberi Tegangan Maju
Sekarang coba pasang dioda dengan memberinya tegangan maju seperti pada gambar dibawah, niscaya lampu menyala. Jadi ada arus listrik mengalir. Sebagai partikel positif, lubang akan bergerak menjauhi kutup positif. Sebaliknya elektron sebagai partikel negatif, menjauhi kutub negatif. Lubang bergerak ke kanan, elektron bergerak dalam arah sebaliknya kekiri. Apa yang terjadi ketika lubang bertemu dengan elektron pada sambungan P dan N ? Rupanya lubang dan elektron dengan senang hati saling bergabung. Elektron segera mengisi ruang kosong yang terdapat pada lubang, sehingga keduanya “lenyap”. Peristiwa ini disebut rekombinasi.

Dioda diberi tegangan maju, lampu menyala

Memberi Tegangan Terbalik
Sekarang tukarlah letak kutub baterai seperti gambar dibawah, dengan cara ini kita memberi tegangan terbalik pada dioda. Lampu tidak akan menyala, jadi dioda menyumbat. Lubang bergerak mendekati kutub negatif, sebaliknya elektron bergerak mendekati kutub positif. Arus tak dapat terus menerus mengalir, karena pada sambungan P dan N akan terjadi lapisan hampa (deleption layer). Jenis N tak mengandung lubang yang dapat dikirim ke lapisan P. Sebaliknya jenis P tak mengandung elektron yang dapat dikirim ke lapisan N. Pada lapisan hampa terdapat medan listrik yang mencegah arus listrik terus-mengalir. Dioda dikatakan memyumbat alias tidak menghantar listrik. Medan listrik pada lapisan hampa terjadi karena atom menjadi ion negatif ketika ditinggalkan lubang. Sebaliknya atom akan menjadi ion positif ketika ditinggalkan elektron.

Dioda diberi tegangan terbalik, lampu padam

Karakteristik Dioda
Dioda menyumbat nyaris sempurna, hanya ada sedikit arus bocoran dalam orde mikro ampere (mikro = sepersejuta). Arus bocoran terjadi akibat adanya pembawa muatan minoritas. Pada material P, terdapat elektron sebagai pembawa minoritas. Sebaliknya pada material N, ada lubang sebagai pembawa minoritas. Arus sangat kecil, karena pembawa minoritas ada dalam jumlah yang amat kecil.
Dioda tidak selamanya dapat tersumbat ketika diberi tegangan terbalik. Bila tegangan terbalik terus diperbesar dioda tiba-tiba menghantar tertembus tegangan yang tinggi. Ini disebut tegangan tembus (break down voltage). Dioda menghantar kurang sempurna karena ada sedikit kehilangan tegangan sebesar 0.6 Volt (0.2 volt untuk Germanium). Terlihat ketika diberi tegangan maju dioda tidak menghantar apabila tegangan maju lebik kecil dari 0.6 Volt, akan tetapi tiba – tiba menghantar ketika tegangan mencapai 0.6 Volt. Jadi ada halangan potensial ketika dioda diberi tegangan maju.
Halangan potensial yang terjadi pada dioda akibat fenomena difusi. Dalam kehidupan sehari-hari contoh difusi adalah : syrup dalam gelas lama-lama akan tercampur dengan air tanpa kita mengaduknya. Difusi adalah penyebaran partikel dari kosentrasi tinggi ke kosentrasi rendah. Angin bertiup dari tekanan tinggi(=kosentrasi tinggi) menuju tekanan rendah(=kosentasi rendah). Angin adalah contoh proses difusi yang berlangsung cepat. Jenis P mengandung banyak lubang tetapi Jenis N tak mengandung lubang hasilnya lubang menyusup ke Jenis N. Sebaliknya terjadi elektron dari jenis N menyusup ke jenis P. Ketika elektron menyusup ke daerah P terjadilah rekombinasi antara lubang dan elektron. Rekombinasi terjadi pula ketika lubang menyusup ke daerah N. Dengan adanya difusi seharusnya elektron bebas dan lubang tersebar merata keseluruh material N dan material P. Tetapi hal demikian tidak terjadi karena : Difusi akan menimbulkan lapisan hampa karena tempat yang ditinggalkan lubang menjadi ion negatif dan tempat yang ditinggalkan elekron menjadi ion positif. Medan listrik yang terdapat pada lapisan hampa mencegah difusi berlanjut, medan listrik inilah yang menyebabkan halangan potensial tadi. Jadi meskipun belum terhubung dengan baterai, lapisan hampa telah terjadi secara spontan pada pertemuan P-N. Lapisan hampa ini akan semakin melebar apabila dioda diberi tegangan terbalik.
Lubang yang bermuatan positif tidak tidak bisa berdifusi melewati lapisan hampa karena ditarik ion negatif dan ditolak ion positif. Sebaliknya elektron yang bermuatan negatif tidak bisa melewati lapisan hampa karena ditarik ion positif dan ditolak ion negatif.

Lapisan hampa terjadi secara spontan pada pertemuan semikonduktor P-N akibat difusi dan rekombinasi

Karakteristik dioda

SOLAR CELL
Tak ada makan siang gratis
Hampir setiap barang atau jasa harus ditukar dengan uang. ”Tidak ada yang gratis, kecuali angin, matahari dan hujan”, demikian kata orang. Barang yang langka tetapi dicari orang sangat mahal harganya. Misalnya minyak bumi dan batu-bara akan semakin mahal harganya karena semakin langka. Kelak minyak bumi dan batu-bara akan habis, dilain pihak kita sangat membutuhkan bahan bakar ini. Diantaranya untuk membangkitkan listrik. Perlu dicari sumber energi alternatif.
Kita jarang menyadari matahari, angin dan hujan yang dapat kita peroleh dengan Cuma-cuma adalah karunia yang luar biasa dari Sang Pencipta. Tanpa angin (O2) kita semua akan mati. O2 dihasikan oleh tanaman hijau dengan bantuan sinar matahari dan hujan. Hujan ada karena siklus hidrologi yang terjadi akibat panas matahari. Jadi matahari adalah pusat kehidupan kita.
Tahukah anda dengan teknologi semikonduktor kita dapat memperoleh energi listrik langsung dari sinar matahari? Alat yang digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik disebut Solar Cell. Di Indonesia sinar matahari tersedia berlimpah sepanjang tahun. Solar Cell menjadi pembangkit listrik alternatif di masa datang, kelak ketika batu-bara dan minyak bumi habis. Hal tersebut rupanya disadari oleh LEN (Lembaga Elektronika Nasional). LEN telah berhasil memproduksi pembangkit listrik dengan Solar Cell.
Pada sambungan P-N terdapat medan listrik yang mengakibatkan halangan potensial sebesar 0.6 Volt pada dioda Silikon. Kita tidak bisa mengukur halangan potesial sebuah dioda. Misalnya sebuah dioda dihubungkan dengan hambatan seperti tergambar. Maka Volt meter menunjukkan nol atau tidak terdeteksi adanya tegangan listrik. Katakanlah ada arus yang mengalir, ini berarti dioda semakin dingin dan hambatan semakin panas secara spontan, mustahil terjadi karena melanggar hukum Termodinamika kedua. ”Tidak ada makan siang gratis”. Yang benar arus lubang (elektron) akibat difusi akan sama besar dengan arus lubang (elektron) akibat medan listrik.

Pada gambar (a) arus lubang (elektron) akibat difusi dan arus lubang akibat potensial berada dalam kesetimbangan. Tidak ada arus yang mengalir; Volt meter nol. Pada gambar (b) sambungan P-N disinari akibatnya elektron dapat lepas dari ikatan inti atom, terbentuklah pasangan lubang dan elektron, pembawa muatan tadi akan terdorong oleh potensial (medan listrik) sehinggga ada arus listrik; pada Volt meter akan terbaca adanya tegangan

Lain halnya apabila sambungan P-N disinari dengan cahaya (foton). Elektron yang tertumbuk foton dengan sejumlah energi yang tepat, akan terlepas dari ikatan inti. Maka terbentuklah pasangan pembawa muatan lubang dan elektron bebas. Lubang (bermuatan positif) yang terbentuk pada lapisan hampa akan bergerak mendekati ion negatif, sedang elektron bebas (bermuatan negatif) yang terbentuk pada lapisan hampa bergerak mendekati ion positif. Mengalirlah aliran listrik. Pada Volt meter akan terbaca sebuah tegangan.
Kita tidak dapat melakukan percobaan diatas dengan mengunakan dioda biasa. Kemasan dioda sengaja dibuat tak tembus cahaya. Ada dioda khusus yang kemasannya terbuat dari bahan transparan namanya Foto-dioda. Foto-dioda digunakan untuk detektor cahaya. Cobalah ukur tegangan yang timbul pada Foto-dioda sambil mengarahkan ke sumber cahaya.




Dalam kegelapan Photo dioda bertingkah laku persis seperti dioda biasa. Bila Photo Dioda diberi tegangan terbalik dan padanya diberi cahaya, maka Photo Dioda tidak menyumbat melainkan menghantar arus! Besarnya arus terbalik akan tegantung dari banyaknya cahaya yang jatuh padanya. Dengan mengukur arus terbalik ini kita dapat membuat alat ukur penerangan (Lux-meter, atau alat ukur iluminasi). Penjelasan tentang hal ini, sama seperti diatas. Ingatlah lapisan hampa dimana terdapat medan listrik, semakin melebar apabila diberi tegangan terbalik.
Solar-sel pada hakekatnya sama seperti foto dioda, tetapi permukaannya dibuat sangat luas agar memungkinkan banyak cahaya yang masuk sehinga arus yang dihasilkan besar. Anoda dibuat berbentuk grid agar cahaya dapat masuk melalui celah-celah grid. Untuk mendapatkan tegangan yang besar solar-sel dihubungkan seri.

Mekanisme terjadinya arus listrik pada photo dioda atau solar cell. Tumbukan foton mengakibatkan terbentuknya pasangan lubang elektron, terjadilah arus listrik karena pembawa muatan tadi (lubang dan elektron) terdorong oleh medan listrik.


Perhatikan gambar(b) diatas. Terlihat arus listrik pada foto dioda berlawanan dengan tanda panah lambang dioda. Ini bukan kesalahan! Arus yang dihasilkan foto dioda/solar-Cell memang berlawanan dengan arus maju. Arus pada foto dioda dihasilkan oleh halangan potensial yang mana menentang arus maju. Jadi tidak mengherankan bila arus foto-dioda berlawanan arah dengan arus maju.

TRANSISTOR
Tolong bantu dorong saya terperosok
Transistor bekerja sebagai saklar. Saklar transistor berfungsi seperti halnya saklar mekanik yaitu memutuskan (off) dan menghubungkan (on) arus listrik. Saklar transistor mempunyai keuntungan dibandingkan dengan saklar mekanik: Transistor dapat dibuat dalam ukuran sangat kecil, awet, dapat bekerja sangat cepat dan dapat diandalkan.
Suatu hari saya sedang berbelanja di pasar. Jalan di depan pasar ada lubang yang cukup besar. Sehingga kadang-kadang ada becak yang terperosok dalam lubang tersebut. Untunglah orang-orang yang berbelanja dengan sukarela menolong mendorong becak keluar dari lubang. Cukup merepotkan! Alangkah baiknya apabila jalan yang berlubang tadi cepat diperbaiki.
Transistor bekerja seperti cerita diatas. Transistor menyumbat karena pembawa muatan terperosok sehingga aliran listrik terhenti. Agar transitor dapat menghantar pembawa muatan yang terperosok tadi perlu kita bantu dorong agar dapat menghantar listrik. Baiklah sekarang kita tinjau lebih terperinci.
Transistor dibuat dengan tiga lapis semikonduktor. Dapat dibuat lapisan PNP ataupun lapisan NPN. Dengan demikian kita mengenal 2 macam transistor, yaitu transistor PNP dan transistor NPN sesuai dengan jenis penyusunnya. Transistor mempunyai tiga kaki (elektroda) yang diberi nama basis (b), emitor (e) dan colector (c). Basis dihubungkan dengan pada lapisan tengah sedang emitor dan colector pada lapisan tepi.
Emitor artinya pemancar, disinilah pembawa muatan berasal. Colector artinya pengumpul. Pembawa muatan yang berasal dari emitor ditampung pada Colector. Basis artinya dasar, basis digunakan sebagai elektroda mengendali.

Sudah dapat anda tebak sambungan PNP atau NPN pastilah tidak dapat menghantar listrik karena susunan ini seperti dua dioda yang dipasang berhadap-hadapan. Dalam hal ini tebakan anda benar! Seperti sudah kita ketahui pada sambungan P-N terdapat medan listrik. Keberadaan medan listrik tadi menjelaskan mengapa terjadi halangan potensial ketika dioda diberi tegangan maju dan adanya arus listrik pada Solar Cell saat cahaya jatuh padanya. Nah, keberadaan medan listrik dapat dilukiskan sebagai potensial listrik. Potensial transistor sebelum dipasang pada rangkaian tampak seperti pada gambar dibawah ini.

Sekarang mari kita pasang transistor pada rangkaian. Untuk itu anda memerlukan :

• Transistor PNP type BD140


• Bola Lampu senter untuk 2 buah baterai


• Dua buah baterai Seng-Kabon @1.5 Volt


• Hambatan 220 ohm


• Kabel

Pasanglah transistor seperti pada rangkaian gambar berikut. Basis transistor dibiarkan mengambang. Lampu tidak menyala, transistor tersumbat (off) karena dioda basis-Colector transisitor mendapat tegangan terbalik. Tegangan terbalik ini membuat lapisan hampa basis-Colector melebar. Melebarnya lapisan hampa basis-Colektor tergambar pula dengan semakin besarnya beda potensial basis-Colector. Perhatikan beda potensial emitor-colector akan setinggi tegangan baterai
Bagi pembawa muatan emitor-basis merupakan halangan potensial. Sebaliknya basis-colector merupakan terjunan potensial. Pembawa muatan akan tergelincir menuju colector apabila berada pada lapisan hampa basis-colector.
Potensial dapat diibaratkan seperti lintasan kelereng dan pembawa muatan (lubang) adalah kelerengnya. Meskipun letak C lebih rendah dari E, namun kelereng di E selamanya tidak pernah dapat mencapai C. Dalam perjalanannya, kelereng mengalami hambatan potensial di B yang letaknya lebih tinggi dari E.

Marilah sekarang kita hilangkan hambatan potensial tersebut dengan memberi tegangan maju dioda emitor-basis dengan memasang hambagan seperti tergambar. Sekarang hambatan potensial sirna, pembawa muatan berhasil melelalui basis kemudian tergelincir pada terjunan potensial basis-Colector. Lihatlah lampu sekarang menyala. Transistor menghantar (on).



Ketika emitor-basis diberi tegangan maju, terjadilah rekombinasi antara lubang yang berasal dari emitor dan elektron yang berasal dari basis, rekombinasi ini kemudian menjadi arus basis. Hanya sebagian kecil arus emitor menuju basis, setelah pembawa muatan berhasil melewati halangan potensial, mereka berdifusi sehingga sebagian besar. tergelincir menuju colector. Arus basis ini diusahakan sekecil mungkin, ini bisa kita lakukan dengan membuat lapisan basis setipis mungkin dan doping pada basis dibuat ringan dari pada doping emitor sehingga rekombinasi lebih sulit terjadi. Pada transistor arus colector bisa 200 kali lebih besar dari arus basis.
Percobaan diatas dapat pula dilakukan dengan transistor NPN misalnya dari type BD139, tetapi polaritas baterai harus dibalik. Pembawa muatan pada transistor NPN adalah elektron. Sedang pembawa muatan pada transistor PNP adalah lubang.
Transistor difungsikan sebagai saklar dengan cara demikian: ketika emitor-basis diberi tegangan maju transistor menghantar (on), sebaliknya ketika tegangan maju tersebut dihilangkan transistor menyumbat (off).
Apabila tegangan maju emitor-basis kita buat bervariasi, maka akan mengakibatkan variasi arus yang besar pada colector. Demikian kita mengoperasikan transistor sebagai penguat. Yaitu perubahan tegangan yang kecil pada emitor-basis mengakibatkan perubahan arus yang besar pada colector.

Informasi lain tentang transistor (bahasa inggris) : http://www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/info/comp/active/BiPolar/page1.html