Senin, 27 Februari 2012

Prinsip kerja implementasi Mikroprosesor & Mikrokontroler

Diposkan oleh Oferia Fircha Yenis Saputri di 6:51 PM
Reaksi: 
3 komentar

 A. Prinsip kerja implementasi Mikroprosesor  :


1. Handphone
Cara kerja prosesor dalam hal ini sangat banyak,seperti halnya komputer/PC,dimana semua inputan akan dproses di RAM sampai Ke output atau tam,pilan di layar handphone sama persis dengan Laptop atau PC.
IC power amplifier berfungsi memperkuat sinyal menggunakan frekuensi yang telah diatur dan ditetapkan ponsel. Selain memancarkan sinyal gelombang elektromagnetik. IC power amplifier juga berfungsi untuk mengunci sinyal agar terhubung ke operator.
RF prosesor adalah komponen yang mengolah sinyal secara terpadu, sekaligus memperkuat selisih sinyal yang diperlukan pada saat pemancaran atau penerimaan. Kemudian sinyal tersebut diatur dan diubah agar dapat disesuaikan menjadi bentuk suara atau data tampilan.
IC Audio berfungsi memperkuat sinyal yang telah diolah oleh RF prosesor. Kemudian diperkuat menjadi bentuk getaran suara. Unit ini juga berhubungan dengan microphone dan speaker.
Chrystal (osilator) berfungsi menghasilkan sinyal osilasi sebagai proses pengaturan frekuensi yang melakukan perbandingan frekuensi dengan sinyal data operator melalui RF prosesor.





2.Mesin cuci
Agar rangkaian bekerja kita harus memberi perintah (program ) kepada microcontroller , programnya adalah sbb: " jika tombol start ditekan nyalakan led hijau dan berikan sinyal 5volt dan jika tombol stop ditekan nyalakan led merah dan stop sinyal 5volt" .Instruksi/program yg telah kita buat kita masukan kedalam microcontroller dengan menggunakan sebuah alat yg dinamakan programmer (yg dapat kita buat sendiri). Bagian yang terdapat dalam sebuah microcontroller : MEMORI untuk menyimpan program , CPU yang melaksanakan program yg ada dimemori, PORT untuk mengambil sinyal dari luar (pd contoh diatas : tombol start dan stop dihubungkan ke port sbg input ) dan untuk mengeluarkan sinyal (pada contoh sinyal 5V , dan led merah /hijau) , sinyal yg diambil dan dikeluarkan adalah sinyal digital 5 volt (logika 1) atau 0 volt (logika 0)



3.Instrumen Lift
Prosesor digunakan untuk membaca tekanan tombol dan mengendalikan gerakan motor listrik lalu  hasil perintah tersebut dikirimkan ke generator atau mesin penarik agar sesuai perintah dari user tadi, sehingga lift dapat begerak sesuai dengan tekanan tombol dan cukup nyaman bagi pemakai, tidak berhenti atau bergerak mendadak.



4.EFI, electronic fuel injection
Tipe injeksi serentak yaitu saat penginjeksian terjadi secara bersamaan, sedangkan tipe injeksi terpisah yaitu saat penginjeksian setiap injektor berbeda antara satu dengan yang lainnya, biasanya sesuai dengan urutan pengapian atau firing order (FO). Jika FO mesin tersebut adalah 1 – 3 – 4 – 2, saat terjadi injeksi pada silinder 1 pada langkah hisap, maka pada silinder 3 injeksi terjadi pada satu langkah sebelumnya, yaitu langkah buang. Selanjutnya pada silinder 4 injeksi terjadi pada langkah usaha, dan pada silinder 2 injeksi terjadi pada langkah kompresi. Sedangkan lamanya (duration) penginjeksian akan bervariasi tergantung kondisi kerja mesin. Semakin lama terjadi injeksi, maka jumlah bahan bakar akan semakin banyak pula. Dengan demikian, seiring naiknya putara mesin, maka lamanya injeksi akan semakin bertambah karena bahan bakar yang dibutuhkan semakin banyak.





5.Barcode reader
Simbol kode batang (bar code) berisi sampai tiga puluh karakter yang disandikan dalam bentuk yang bisa dibaca mesin. Sumber cahaya didalam scanner dikenakan pada symbol kode-batang, batang-batang itu menyerap cahaya dan spasi akan memantulkan cahaya. Detektor foto menerima  cahaya yang membentuk pola sinyal elektronik yang kemudian disajikan dalam symbol yang tercetak. Dekoder menerima sinyal dari scanner dan mengubah data menjadi data karakter wakil dari kode symbol yang bersangkutan.Space (ruangan) kosong pada salah satu sisi dari symbol kode batang disebut daerah tenang, bersama-sama dengan karakter start dan stop, membiarkan scanner mengetahui apakah data memulai atau berakhir.


6.Sistem pengatur ketepatan cetak dan potong pada mesin pengganda media kertas seperti koran dan majalah
Sistem mikroprosesor bekerja sebagai penyeting alat alat seperti ukuran dari media kertas sesuai dangan ukuran yang telat kita atur dan kita simpan pengaturan itu dalam mikroprosesor


7.Alat pengolah data pada VCD atau DVD player
Cara kerjanya yaitu memberikan sinyal pada motor slider  maupun spiner seperti yang ditunjukkan alur anak panah pada gamabr. Selaian itu perangkat ini juga akan mengolah sinyal pembacaan dari bagian optik yang akan dilanjutkan ke out put audio maupun video. Bagian mekanik optik terdiri dari beberapa bagian seperti pembangkit laser, pembagi optical, dioda peka cahaya, cermin dan lensa obyektif. Servo focus berguna untuk memfocuskan lensa obyektif sehingga data bisa terbaca dengan baik. Power supply berfungsi sebagai sumber tegangan DC ke bagian mekanik






8.Sentral Telepon PSTN
Line hunter/line finder bertugas menemukan saluran pelanggan yang off-hook Saluran pelanggan dihubungkan dengan the first selector (jumlah selector tergantung pada jumlah digit yang digunakan) kemudian diberi dial tone Pelanggan mendial nomor telepon tujuan Pada contoh di kanan, pelanggan mendial nomor 530 Ketika 5 di-dial, selector akan bergerak naik 5 step, lalu bergerak horizontal untuk mencari selector (atau connector) berikutnya yang tidak busy Pada contoh di kanan hanya digunakan 3 digit nomor, maka dua digit terakhir (yaitu 3 dan 0) diarahkan ke suatu connector ketika digit 3 dan 0 di-dial, connector bergerak naik 3 step lalu bergerak horizontal sebanyak sepuluh step (karena yang ditekan adalah nol)






9.Provider Telepon Digital seperti ISDN, DSL dll
Teknologi DSL menawarkan layanan koneksi Internet yang lebih cepat dibandingkan dengan koneksi dial-up biasa dan menggunakan kabel telpon 2-wire (perhatikan kabel telpon di rumah di dalamnya terdapat 2 kabel kecil lagi yang disebut 2 -wire). DSL menggunakan line telpon yang ada atau tersedia dan tidak perlu untuk menarik atau menambah jaringan / nomor telpon baru khusus untuk DSL. Namun memerlukan peralatan yang disebut DSL modem, di mana komputer atau PC kita terkoneksi ke modem DSL ini dan modem DSL ini dihubungkan ke line telpon yang ada seperti halnya kita menghubungkan modem dial-up kita ke line telpon. Namun yang membedakan dengan dial-up biasaselain kecepatan koneksi yaitu pada koneksi dial-up biasa, line telpon yang sedang digunakan untuk akses Internet tidak akan bisa digunakan untuk percakapan biasa ataupun digunakan untuk menelpon keluar.






10.Komunikasi satelit
Cara kerja satelit adalah satelit menerima sebuah sinyal yang kemudian satelit memperbesar sinyal tersebut. Lalu satelit yang terdapat mikroprosesor mengubah frekuensinya untuk menghindari gangguan antara uplink dan downlink. Dan sinyal itu kemudian dikembalikan kebumi dan diterima oleh beberapa stasiun yang ada di bumi.

B. Prinsip kerja implementasi Mikrokontroler  :



1.      Pengendali Motor dengan Remote Sony.
Pada sistem ini prosesor mengendalikan atau mengatur jalannya motor melalui remote control yaitu input berasal dari remote dan disalurkan kemicroprosesor melalui sebuah jaringan ( infrared,dll ) dan diaplikasikan kemotor tersebut



2.      Sensor Warna TCS230.
Seperti halnya robot,sensor warna hampir memiliki cara kerja yang hampir sama dengan robot,tetapi kalau robot mempunyai atau mendeteksi sedikit warna tetapi hal ini bisa mendeteksi warna jauh lebih banyak dan spesifik warna tersebut
dan warna warna tersbut ada kode kode binernya



3.      Jam Digital dengan Bahasa C
Dalam proses ini prosesor mengkalkulasi bcodding yang berhitung dengan rumus ( + 1) dan  menampilkan data waktu yang berupa detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Modul RTC-1287 sebagai sumber data waktu yang akan ditampilkan, dan Key-44 sebagai input untuk menset waktu



4.      Pengamanan Berdasarkan Pola Sidik Jari Yang Tersimpan Pada Kartu Pintar.
Papan tekan yang dikendalikan oleh mikrokontroler DT51 MinSys digunakan sebagai alat masukan yang berbentuk kode. Liquid Crystal Display (LCD) dijadikan sebagai penampil dari aktifitas kegiatan sistem pengamanan tersebut. Dalam penggunaan sistem pengamanan yang berbasiskan mikrokontroler DT51 MinSys ini hanya pengguna yang mengetahui kode akses dan memiliki kartu pintar serta pola sidik jari yang telah tersimpan didalam kartu pintar yang berhak masuk kedalam sistem pengamanan yang berbasiskan pola sidik jari. Percobaan yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui kestabilan, kecepatan, kompatibilitas, info program, tingkat keamanan yang tinggi serta menunjukkan hasil yang baik.



5.      Pengendali Penerangan Ruangan Berbasis  Mikrokontroler ATMEGA8535
Dalam proses ini pengendali utama pada sistem menggunakan miktokontroller ATmega8535 dengan input dari sensor cahaya (LDR). Output dari pendendali selanjutnya ditampilkan LCD M1632 sebagai penampil dan sebagai input rangkaian pengatur tegangan. Sistem ini bekerja di dalam ruangan (in door) menggunakan maket rumah dengan tiga ruangan sebagai model. Dalam pengujian perangkat keras dan lunak, diketahui bahwa system pengendalian penerangan ruangan ini dapat menghemat energi. Dari pengujian sensor cahaya diperoleh hubungan antara luminansi dan tegangan yang mendekati linier, sehingga pengendalian dengan mikrokontroler ATmega8535 dapat bekerja dengan baik.



6.      Sistem Pengendalian Suhu Menggunakan AT89S51dengan Tampilan di PC
Hasil suhu di ruangan bisa diset dan ditampilkan di komputer. Sistem yang dibuat ini memanfaatkan kemampuan mikrokontroler AT89S51 dalam akuisisi data dan mengambil keputusan. Kawasan suhu yang bisa di kendalikan adalah 230 Celcius sampai dengan 400 Celcius. Hasil pengujian dengan termometer menunjukan sistem dibuat ini mampu mempertahankan suhu yang dikehendaki pada daerah di sekitar sensor dalam radius 2 cm, untuk radius lebih besar 2 cm dari sensor suhu, suhu yang terukur oleh termometer adalah berbeda.



7.      Monitoring Debit Air dan Alat Penggerak Pintu Air di Bendungan
Cara kerja  mikrokontroUer pada alat ini menggunakan mikrokontroler  AT89C51 sebagai unit penerima dan pengirim data biner. Sedangkan sebagai media komunikasi yang digunakan adalah serial RS-232.  Selain untuk memonitor debit air penggunaan komunikasi mikrokontroller AT89C5 I dan komputer memungkinkan untuk pengendalian gerakan motor sebagai penggerak pintu bendungan dari pusat pantau juga.



8.      Sistem keamanan ruangan menggunakan sensor passive infra red (PIR) KC7783R dengan Mikrokontroler AT89S51
mikrokontroler ini dibuat dengan menggunakan bahasa assembly. Alarm akan aktif setiap waktu jika ada gerakan manusia. Sistem ini bekerja setelah PIR sensor KC7783R mendeteksi gerakan manusia, maka PIR sensor KC7783R akan mengirim sinyal ke mikrokontroler, kemudian mikrokontroler menyalakan alarm yang diwakili oleh buzzer. Sistem ini telah terealisasi dan dapat dijadikan sistem keamanan dengan membunyikan alarm secara otomatis. Apabila ada orang yang mendekat pada saat yang tidak diinginkan, maka alarm akan berbunyi.

Minggu, 26 Februari 2012

TEORI SEMIKONDUKTOR

Diposkan oleh Oferia Fircha Yenis Saputri di 8:27 PM
Reaksi: 
2 komentar


        Apabila kita berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari semikonduktor. Memang pada awal kelahirannya elektronika didefenisikan sebagai cabang ilmu listrik yang mempelajari pergerakan muatan didalam gas ataupun vakum. Penerapannya sendiri juga menggunakan komponen-komponen yang utamanya memanfaat kedua medium ini, yang dikenal sebagai Vacuum Tube. Akan tetapi sejak ditemukannya transistor, terjadi perubahan trend dimana penggunaan semikonduktor sebagai pengganti material komponen semakin populer dikalangan praktisi elektronika. Puncaknya adalah saat ditemukannya Rangkaian Terpadu (Integrated Circuit) pada akhir dekade 50-an yang telah menyederhanakan berbagai rangkaian yang sebelumnya berukuran besar menjadi sangat kecil. Selain itu penggunaan material semikonduktor juga memberikan fleksibilitas dalam penerapannya.
Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.
Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron,proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan, silikon dan germanium terlihat pada gambar 1.1.

Seperti ditunjukkan pada gambar 1.1 atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C.
Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini. Unsur-unsur pada tabel periodik telah disusun sedemikian rupa berdasarkan jumlah elektron valensinya. Silikon (Si) dan Germanium (Ge) berada pada Grup IV karena memiliki empat elektron valensi pada kulit terluarnya, sehingga disebut juga semikonduktor dasar (elemental semiconductor). Sedangkan Gallium Arsenik(GaAs) masing-masing berada pada Grup III dan V, sehingga dinamakan semikonduktor gabungan (compound semiconductor).
Atom-atom silikon yang berdiri sendiri dapat digambarkan sebagai lambang unsur (Si) dengan empat buah garis kecil yang terpisah (Gambar 1). Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Saat atom-atom ini berdampingan cukup, elektron valensinya akan berinteraksi untuk menghasilkan kristal. Struktur akhir kristalnya sendiri adalah dalam konfigurasi thetahedral sehingga setiap atom memiliki empat atom lainnya yang berdekatan. Elektron-elektron valensi dari setiap atom akan bergabung dengan elektron valensi dari atom didekatnya, membentuk apa yang disebut ikatan kovalen (covalent bonds) seperti terlihat pada Gambar 2. Struktur kisi-kisi kristal silikon murni ini dapat digambarkan secara dua dimensi guna memudahkan pembahasan. Lihat gambar 1.2. Salah satu sifat penting dari struktur ini adalah bahwa elektron valensi selalu tersedia pada tepi luar kristal sehingga atom-atom silikon lain dapat terus ditambahkan untuk membentuk kristal yang lebih besar.

Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas atau disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat. Setiap elektron yang menempati suatu orbit tertentu dalam struktur atom tunggal (atau terisolasi) akan mempunyai level energi tertentu. Semakin jauh posisi orbit suatu elektron, maka semakin besar level energinya. Oleh karena itu elektron yang menduduki posisi orbit terluar dalam suatu struktur atom atau yang disebut dengan elektron valensi, akan mempunyai level energi terbesar. Sebaliknya elektron yang paling dekat dengan inti mempunyai level energi terkecil. Level energi dari atom tunggal dapat dilihat pada gambar 1.3.
Di antara level energi individual yang dimiliki elektron pada orbit tertentu
terdapat celah energi yang mana tidak dimungkinkan adanya elektron mengorbit.
Oleh karena itu celah ini disebut juga dengan daerah terlarang. Suatu elektron tidak dapat mengorbit pada daerah terlarang, tetapi bisa melewatinya dengan cepat. Misalnya bila suatu elektron pada orbit tertentu mendapatkan energi tambahan dari luar (seperti energi panas), sehingga level energi elektron tersebut bertambah besar, maka elektron akan meloncat ke orbit berikutnya yang lebih luar yakni dengan cepat melewati daerah terlarang. Hal ini berlaku juga sebaliknya, yaitu apabila suatu elektron dipaksa kembali ke orbit yang lebih dalam, maka elektron akan mengeluarkan energi.
Dengan kata lain, elektron yang berpindah ke orbit lebih luar akan membutuhkan energi, sedangkan bila berpindah ke orbit lebih dalam akan mengeluarkan energi. Besarnya energi dari suatu elektron dinyatakan dengan satuan elektron volt (eV). Hal ini disebabkan karena definisi energi merupakan persamaan: W = Q . V
dimana:
W = energi Joule (J)
Q = muatan (Coulomb)
V = potensial listrik [Volt (V)]
Dengan potensial listrik sebesar 1 V dan muatan elektron sebesar 1.602-19 C, maka energi dari sebuah elektron dapat dicari: W = (1.602-19 C) (1 V) = 1.602-19 J
Hasil tersebut menunjukkan bahwa untuk memindahkan sebuah elektron melalui beda potensial sebesar 1 V diperlukan energi sebesar 1.602-19 J. Atau dengan kata lain: 1 eV = 1.602-19 J.
Bila atom-atom tunggal dalam suatu bahan saling berdekatan (dalam kenyatannya memang mesti demikian) sehingga membentuk suatu kisi-kisi kristal, makaatom-atom akan berinteraksi dengan mempunyai ikatan kovalen. Karena setiap elektron valensi level energinya tidak tepat sama, maka level energi jutaan elektron valensi dari suatu bahan akan membentuk range energi atau yang disebut dengan pita energi valensi atau pita valensi. Gambar 1.4 menunjukkan diagram pita energi dari bahan isolator, semikonduktor dan konduktor.
Suatu energi bila diberikan kepada elektron valensi, maka elektron tersebut akan meloncat keluar. Oleh karena elektron valensi terletak pada orbit terluar dari struktur atom, maka elektron tersebut akan meloncat ke daerah pita konduksi. Pita konduksi merupakan level energi dimana elektron terlepas dari ikatan inti atom atau menjadi elektron bebas. Jarak energi antara pita valensi dan pita konduksi disebut dengan pita celah atau daerah terlarang. Seberapa besar perbedaan energi, Eg, (jarak energi) antara pita valensi danpita konduksi pada suatu bahan akan menentukan apakah bahan tersebut termasuk isolator, semikonduktor atau konduktor. Eg adalah energi yang diperlukan oleh elektron valensi untuk berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Eg dinyatakan dalam satuan eV (elektron volt). Semakin besar Eg, semakin besar energi yang dibutuhkan elektron valensi untuk berpindah ke pita konduksi. Pada bahan-bahan isolator jarak antara pita valensi dan pita konduksi (daerah terlarang) sangat jauh. Pada suhu ruang hanya ada sedikit sekali (atau tidak ada) elektron valensi yang sampai keluar ke pita konduksi. Sehingga pada bahan-bahan ini tidak dimungkinkan terjadinya aliran arus listrik. Diperlukan Eg paling tidak 5 eV untuk mengeluarkan elektron valensi ke pita konduksi.
Pada bahan semikonduktor lebar daerah terlarang relatif kecil. Pada suhu mutlak 0' Kelvin, tidak ada elektron valensi yang keluar ke pita konduksi, sehingga pada suhu ini bahan semikonduktor merupakan isolator yang baik. Beberapa elektron mungkin memperoleh cukup energi thermal untuk memutuskan ikatan kovalen dan keluar dari posisi awalnya. Untuk memutus ikatan kovalen ini, elektron tersebut mesti memperoleh sejumlah energi minimum, Eg, atau sering juga disebut energi bandgap. Pada bahan silikon dan germanium masing-masing Eg-nya adalah 1.1 eV dan 0.67 eV.
Elektron yang memperoleh energi minimum ini sekarang berada pada pita konduksi dan dikatakan menjadi elektron bebas. Elektron bebas ini didalam pita konduksi dapat berpindah-pindah sepanjang struktur. Jumlah aliran elektron pada pita konduksi inilah yang lalu akan menghasilkan arus.
Diagram pita energi ini dapat dilihat pada gambar diatas. Energi Ev adalah energi maksimum dari pita energi valensi, sedangkan energi Eg adalah perbedaan antara Ec dan Ev. Daerah antara kedua energi ini disebut sebagai forbidden bandgap. Elektron-elektron tidak dapat berada pada daerah ini, tetapi mereka dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi apabila memperoleh cukup energi.
Unsur yang memiliki energi bandgap yang besar, sekitar 3-6 elektron-Volt (eV) adalah isolator, karena pada suhu kamar, tidak ada elektron bebas yang berada pada pita konduksi. Sebaliknya, unsur yang mengandung elektron bebas dalam jumlah yang sangat banyak pada suhu kamar adalah konduktor. Pada semikonduktor, energi bandgap-nya berada pada kisaran 1 eV.
Karena muatan total dari unsur adalah netral, apabila elektron yang bermuatan  negatif memecah ikatan kovalennya dan keluar dari posisi awalnya, sebuah ruang kosong yang bermuatan positif akan terbentuk pada posisi tersebut. Dengan meningkatnya suhu, maka akan lebih banyak ikatan kovalen yang pecah dan lebih banyak pula elektron bebas maupun ruang kosong positif akan terbentuk.
Elektron valensi dengan energi thermal tertentu dan berdekatan dengan sebuah ruang kosong dapat berpindah posisi tersebut, sehingga terlihat seperti muatan positif yang bergerak diantara semikonduktor. Partikel bermuatan positif ini disebut hole. Pada gambar 1.4 dilukiskan dengan lingkaran kosong. Meskipun hole ini secara fisik adalah kosong, namun secara listrik bermuatan positip, karena ditinggalkan oleh energi elektron yang bermuatan negatip. Level energi suatu hole adalah terletak pada pita valensi, yaitu tempat asalnya elektron valensi. Apabila ada elektron valensi berpindah dan menempati suatu hole dari atom sebelahnya, maka hole menjadi tersisi dan tempat dari elektron yang berpindah tersebut menjadi kosong atau hole. Dengan demikian arah gerakan hole (seolah-olah) berlawanan dengan arah gerakan elektron.
Sedangkan pada bahan konduktor pita valensi dan pita konduksi saling tumpang tindih. Elektron-elektron valensi sekaligus menempati pada pita konduksi. Oleh karena itu pada bahan konduktor meskipun pada suhu O derajat K, cukup banyak elektron valensi yang berada di pita konduksi (elektron bebas).
Pada semikonduktor, dua jenis partikel bermuatan ini berjasa dalam menghasilkan arus : elektron bebas yang bermuatan negatif, serta hole yang bermuatan positif. Konsentrasi elektron dan hole adalah parameter penting dalam karakterikstik dari sebuah unsur semikonduktor, karena mereka berpengaruh langsung terhadap besarnya arus.


SEMIKONDUKTOR INSTRINSIK (MURNI)
Semikonduktor instrinsik adalah sebuah unsur semikonduktor kristal tunggal tanpa atom jenis lain didalamnya. Pada sebuah semikonduktor instrinsik, kepadatan elektron dan hole adalah sama (seimbang), karena satu-satunya sumber partikel ini adalah elektron dan hole yang terbentuk secara thermal. Untuk itu, kita menggunakan notasi ni untuk menyatakan konsentrasi pembawa intrinsik, yakni konsentrasi dari elektron bebas ataupun hole. Rumus untuk nilai ni ini adalah sebagai berikut :

Dimana :
B adalah koefisien yang spesifik terhadap unsur semikonduktornya
Eg adalah energi bandgap (eV)
T adalah suhu atau temperatur (K)
k adalah konstanta Boltzman (86 X 10-6 eV/K)
e notasi eksponensial
Nilai B dan E unsur dapat dilihat pada tabel dibawah ini,
Konsentrasi instrinsik ni adalah parameter penting yang sering muncul dalam persamaan-persamaan arus-tegangan pada komponen semikonduktor.
*elektron-Volt (eV) adalah satuan energi dimana sebuah elektron dipercepat melalui medan listrik sebesar 1 V, dan 1 eV setara 1.6e-19 Joule

SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK (TAK MURNI)
 




SEMIKONDUKTOR TIPE-n

Semikonduktor tipe-n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memilikimuatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat Gambar diatas). Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor. Secara skematik semikonduktor tipe-n digambarkan seperti terlihat pada Gambar diatas.





SEMIKONDUKTOR TIPE-p

Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen (aluminium, boron, galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tigaikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan (lihat Gambar dibawah) yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor). Secara skematik semikonduktor tipe-p digambarkan seperti terlihat pada Gambar dibawah ini.


KEGUNAAN SEMIKONDUKTOR
Bila dibanding dengan logam daya hantar listrik semikondutor lebih kecil. Aliran yang kecil menyebabkan aliran listrik pada semikonduktor mudah dikontrol.
Dasar penggunaan semikonduktor adalah terbentuknya sambungan p-n (p-n juncktion) apabila semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan. Sambungan ini yang merupakan dasar terjadinya terjadinya revolusi industri akibat ditemukan transisistor oleh wiliam Shocklye, John Barden dan Walter Brattain di laboratorium Bell pada tahun 1948. Selain itu semikonduktor digunakan untuk membuat sel surya (solar cell) dan penyearah.
Sel Surya (Solar Cell)
Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:
1. Semikonduktor tipe-p. yang dibuat dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan boron.
2. Semikonduktor tipe-n, yang diperoleh dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan arsen.
Dua semikonduktor tersebut disambung seperti pada gambar berikut:
Sebelum kedua semikonduktor tersebut disambung, jumlah hole pada pita valensi semikonduktor tipe-p lebih banyak dibanding jumlah hole pada pita valensi semikonduktor tipe-n, sebaliknya jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-n lebih banyak dibanding jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-p. setelah keduanya disambungkan maka:
  • Pada pita valensi akan terjadi aliran hole dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n dan sebaliknya, serta aliran elektron dari semikonduktor tipe-n  ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.
  • Pada pita konduksi akan terjadi aliran elektron dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.
Pada keadaan setimbang jumlah hole yang bergerak dari pita valensi semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n sama dengan jumlah hole yang bergerak ke arah yang berlawanan. Demikian juga halnya dengan jumlah elektron yang mengalir dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya. Akibatnya dua proses tersebut maka pada semikonduktor tipe-n akan berkembang muatan positif dan pada semikonduktor tipe-p akan berkembang muatan negatif. Dengan kata lain antara kedua bagian tersebut timbul potensial listrik.
Pada sel surya semikonduktor tipe-p dibuat lebih tipis dibanding semikonduktor tipe-n. Pada pengoperasian sel suria, bagian yang dikenakan sianr matahari adalah semikonduktor tipe-p.
Pada waktu sel surya terkena sinar matahari maka elektron-elektron pada semikonduktor tipe-p mendapatkan tambahan energi termal. Elektron-elektron tersebut dapat melewati sambungan p-n (p-n junction) dan memasuki semikonduktor tipe-n. Apabila daya gerak elektron-elektron tersebut cukup besar maka mereka akan melewati kawat penghantar (menuju ke semikonduktor tipe-p kembali) sehingga arus listrik yang energinya daapat langsung dimanfaatkan atau disimpan dalam baterai. Jadi fungsi dari sel suria adalah merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Silikon yang digunakan pada sel surya selain sebagai kristal tunggal (single crystal), silikon dapat diperoleh dalam bentuk amorf. Silikon amor dapat diperoleh melalui deposisi uap silikon. Kemampuan silikon amorf dalam menyerap sinar matahri 40 kali lebih efisien dibanding kristal silikon. Oleh karena itu sel suria banyak digunakan semikonduktor dengan bahan dasar silikon amorf.
Sel surya dengan bahan dasar amorf adalah lebih tahan lama dibanding sel suria dengan bahan dasar kristal tunggal. Disamping itu, silion amorf dapat dibuat pada temperatur rendah dan dapat di depositkan pada substrat yang harganya relatif murah. Sel suria dengan bahan dasar amor banyak digunakan sebagai sumber energi pada kalkulator.
Harga silikon amor cenderung semakin murah. Oleh karena itu pemakian semikonduktor dengan bahan dasar silikon amor pada peralatan elektronik yang lain cenderung semakin meluas di massa yang akan datang.
Penyearah (rectifer) atau Dioda
Penyearah hanya membolehkan arus listrik dari sumber luar mengalir melaluinya pada satu arah. Sehingga dapat digunakan untuk mengubah arus bolak balik (alternating current = AC) menjadi arus searah (direc current = DC).
Penyearah terdiri dari semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang dihubungkan oleh sambungan p-n (p-n jucktion) seperti pada gambar:




Semikonduktor tipe-p yang disambungkan dengan semikonduktor tipe-n tersebut membentuk suatu diode. Semikonduktor tipe-p dapat dianggap kelebihan hole sedangkan semikonduktor tipe-n dapat dianggap kelebihan elektron. Simbol umum dioda adalah seperti yang tertera pada gambar:




Apabila pada semikonduktor tipe-p diberi potensial positif (kutub positif dari sumber) sedangkan pada semikonduktor tipe-n diberi potensial negatif, maka hole pada semikonduktor tipe-p akan bergerak menuju sambungan p-n dan elektron-elektron pada semikonduktor tipe-n akan bergerak menuju sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar:
Pada sambungan p-n hole dan elektron akan saling memusnahkan (saling meniadakan/ saling menetralkan). Aliran hole dan elektron ini akan terus berlangsung selama potensial tetap dihubungkan. Aliran inilah yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir atau menyebabkan terbentuknya arus listrik.
Apabila semikonduktor tipe-p dihubungkan dengan potensial negatif sedangkan pada semikonduktor tipe-n diberi potensial positif, maka hole pada semikonduktor tipe-p akan bergerak menjauhi sambungan p-n dan elektron pada pada semikonduktor tipe-n akan bergerak menjauhi sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar birikut. Karena tidak hole dan elektron elektron yang saling meniadakan maka tidak ada arus listrik yang menalir atau tidak terjadi arus listrik:
Berikut adalah beberapa jenis dioda
1. Dioda biasa. Di buat dari silikon yang telah diberi pengotor dan dan germanium. Prinsip kerjanya seperti pada penjelasan di atas.
2. Dioda cahaya. Dioda cahaya merupakan dioda yang pada sambungan p-n (p-n jucktion) dapat memancarkan cahaya. Misalnya LED.
3. Dioda foto. Dioda foto merupakan jenis dioda yang berfunsi mendeteksi cahaya kemudian mengubahnya menjadi energi listrik. Jenis cahaya yang dapat di deteksi yakni infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai sinar-x.
4. Dioda laser. Dioda laser disingkat juga LD atau ILD. Sambungan p-n dioda laser menyerupai sambungan p-n pada dioda cahaya.
5. Dioda zener. Dioda zener prinsip kerjanya seperti dioda biasa tetapi arus listrik dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas atau mencapai tegangan rusak semikonduktor.
LED
LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah satu diode semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar cahaya monokromatis yang tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang sempit ketika diberi tegangan maju. LED dan bagian-bagiannya disajikan pada Gambar:
Arus maju yaitu arus dimana potensial positif (kutub positif (anoda) sumber arus) disambungkan pada bagian positif dari LED dan potensial negatif (kutub negatif sumber arus) dishubungkan pada bagian negatif (katoda) dari LED (lihat gambar 1). Sedangkan cahaya monokromatis tidak koheren yaitu cahaya dengan rentang panjang gelombang artinya walaupun sebagai cahaya monokromatis tetapi masih memiliki rentang panjang gelombang (lihat tabel). Untuk membedakan anoda dan katoda dapat dilihat dari kaki atau tangkai LED, yang bertangkai panjang merupakan anoda (kutub negatif) sedangkan yang lebih pendek merupakan katoda (kutup positif).
Pada awal penemuan LED hanya terdiri dari warna merah, kuning dan hijau. Sekarang LED yang tersedia berfariasi mulai dari yang bekerja pada rentang panjang gelombang sinar tampak, ultraviolet hingga inframerah. LED yang berfariasi ini dapat diperoleh dengan cara mengganti bahan semikonduktor pada chip LED atau dengan menggabungkan bahan semikonduktor dari warna merah, kuning dan hijau yang telah diperoleh sebelumnya. Karena warna yang dihasilkan sangat banyak, aplikasi LED kini sangat beragam misalnya menambah keindahan desain interion dan eksterion. Bahkan kini LED dengan cahaya merah dan LED dengan cahaya biru dimanfaatkan untuk membantu melangsungkan proses fotosintesis pada tanaman-tanaman yang ada dalam sebuah ruangan.
Bila dibanding lampu pijar LED memiliki keunggulan bila dibanding lampu pijar diantaranya:
  • Dengan arus yang rendah cahaya yang dihasilkan lebih banyak dibanding dibanding lampu pijar.
  • Tidak mudah rusak sebab dirancang dalam bentuk padat, sedangkan lampu neon atau lampu pijar rapuh dan mudah rusak.
  • Waktu pemakaian lebih lama karena tidak ada filamen yang terbakar. Dimana penambahan gas seperti CO2 atau pengaturan tekanan tidak diperlukan.
  • Cahaya yang dihasilkan lebih terfokus ke satu arah sehingga dalam hal-hal tertentu hal ini sangat menguntungkan.
LED selain sebagai sistem pencayaan dimanfaatkan pula sebagai sensor dan digunakan pula pada peralatan elektronik seperti remote control.
Chip LED yang dibungkus menggunakan bohlam plastik pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik akan menyebabkan sifat isolator searah LED jebol sehingga arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

             
 
Warna berbagai LED dengan panjang gelombang masing-masing LED serta penyusunnya seperti yang tertera pada tabel di halaman selanjutnya:
Warna
Panjang Gelombang (nm)
Bahan Semikonduktor Penyusun
IR
λ> 760
Gallium arsenida (GaAs)
Aluminium gallium arsenida (AlGaAs)
Merah
610 < λ < 760
Jingga
590 < λ < 610
Gallium arsenida fosfida (GaAsP)
Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP)
Gallium(III) fosfida (GaP)
Kuning
570 < λ < 590
Gallium arsenida fosfida (GaAsP)
Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP)
Gallium(III) fosfida (GaP)
Hijau
500 < λ < 570
Indium gallium nitrida  (InGaN) / gallium(III)nitrida
Gallium(III) fosfida (GaP)
Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP)
Aluminium gallium fosfida (AlGaP)
Biru
450 < λ < 500
Seng selenida (ZnSe)
Indium gallium nitrida (InGaN)
Silikon karbida (SiC) sebagai substrat
Silikon (Si) sebagai substrat – dalam pengembangan
Violet
400 < λ < 450
Indium gallium nitrida (InGaN)
Ungu
Berbagai jenis
LED dua warna (biru dan merah, biru dengan fosfor merah, atau putih dengan plastik ungu)
UV
λ < 400
berlian (235 nm)
Boron nitride (215 nm) [ 34 ] [ 35 ] Boron nitrida (215 nm)
Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [ 36 ] Aluminium nitrida (AlN) (210 nm)
Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium galium nitrida (AlGaN)
Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) — (down to 210 nm) [ 37 ] Indium gallium aluminium nitrida (AlGaInN) – (hingga 210 nm)
Putih
Spektrum luas
Dioda UV/biru dengan fosfor kuning

Fotosel CdS
Fotosel CdS biasa disebut juga fotoresistor, fotokonduktif atau LDR (ligh dependent resistor) merupakan salah satu detektor cahaya yang sangat peka terhadap perubahan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Fotosel CdS terbuat dari bahan semikonduktor cadmium sulfida yang ditempelkan di atas keramik dengan diameter dari 5-25 mm. Bagian--bagian fotosel detektor seperti yang tertera pada Gambar:
Prinsip kerja fotosel CdS sebagai detektor adalah perubahan nilai resistansi atau hambatan fotosel berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Jika dihubungkan dengan multimeter atau avometer CdS menjadi konduktor yang buruk atau CdS memiliki resistansi besar pada saat cahaya gelap atau redup, dan sebaliknya CdS menjadi konduktor yang baik atau CdS memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang.


Daftar Pustaka
 

Oferia's Blog_Creative Copyright © 2010 Design by Ipietoon Blogger Template Graphic from Enakei