Tugas makalah

Tugas Kelompok Lingkungan https://id.scribd.com/doc/297309157/MAKALAH-SOFTKIL

Pengatar Lingkungan (Tugas Jurnal)

Jurnal 1 Indonesia (Kementerian Riset Dan Teknologi) https://id.scribd.com/doc/297267057/JURNAL-1 Jurnal 2 Internasional https://id.scribd.com/doc/297268015/JURNAL-2-Internasional Analisis Jurnal 1 dan Jurnal 2

bahan-bahan semikonduktor

SEMIKONDUKTOR

Pengertian Dasar Semikonduktor adalah sesuai dengan namanya (setengah penghantar) mempunyai daya hantar yang besarnya antara harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.

·         Sifat Semikonduktor dipengaruhi oleh :

–           Susunan pita konduksi bahan

–           Susunan pita valensi bahan

-      Perbandingan celah energi dengan bahan lain

·         Bahan Semikonduktor yang sering dipakai di dunia elektronika adalah dari bahan :

–        Germanium (Ge)

–        Silikon (Si)

·         Jenis Semikonduktor :

o   Intrinsik

o   Ekstrinsik

Semikonduktor instriksik adalah timbulnya konduksi pada bahan-bahan tersebut disebabkan oleh proses intrinsik (karena ernergi termal) dari bahan dan tanpa adanya pengaruh bahan tambahan.

Semikonduktor ekstrinsik adalah dengan megotori bahan-bahan (Ge, Si) dengan bahan lain mislkan arsenikum (As), boron (B)

Doping adalah proses penyuntikan bahan tambahan terhadap semikonduktor murni.

·         Dari hasil doping diperoleh bahan Semikonduktor dua tipe :

–        Tipe P

–        Tipe N

·         Tipe P adalah bahan semikonduktor murni yang mendapat tambahan bahan B (Boron), Al (Aluminium), Ga (Galium), In (Indium)

·         Tipe N adalah bahan semikonduktor murni yang mendapat tambahan bahan P (Phospor), As (Arsen), At (Antimon).

PEMBAWA MUATAN.

 Pembawa muatan semikonduktor ada dua macam :

–        Hole (Lubang)

–        Elektron

Hole maksudnya adalah jika semikonduktor murni Ge yang mempunyai 4 elektron di kulit terluarnya mendapatkan doping dari bahan lain 3 elektron bebas sehingga kristal Ge kekurangan 1 elektron (mempunyai hole) Elektron maksudnya adalah jika semikonduktor murni Ge yang mempunyai 4 leketron bebas di kulit terluarnya mendapatkan doping dari bahan lain 5 elektron bebas sehingga kristal Ge kelebihan 1elektron.

Atom Akseptor adalah bahan semikonduktor yang ditambahkan pada Ge yang menimbulkan kekurangan elektron (menimbulkan hole).  Contoh atom akseptor adalah atom dari Boron, aluminium, gallium, indium. Letak atom akseptor pada celah energi lebih dekat pada vita valensi

Atom Donor adalah bahan semikonduktor yang ditambahkan pada Ge yang menimbulkan kelebihan elektron. Contoh atom donor adalah phospor, arsen, antimon  Letak atom donor pada celah energi lebih dekat pada pita konduksi Bahan jenis P adalah bahan yang banyak mendung hole sedangkan elektron bebasnya sedikit sehingga hole merupakan pembawa mayoritas dan elektron pembawa muatan minoritas. Bahan jenis P ini berlaku sebagai akseptor.

Bahan jenis N adalah bahan yang banyak mendung elektron bebas sehingga elektron bebas sebagai pembawa muatan mayoritas dan hole sebagai pembawa mutan minoritas. Bahan jenis N inilah sebagai donor.

Sambungan PN (PN Junction)

Jika jenis P dan jenis N disambungkan menjadi satu maka akan menjadi dioda (diode).        Untuk bahan jenis P disebut anoda (anode), sedangkan untuk bahan jenis N disebut katoda (katode).

Pada sambungan PN bertegangan, elektron dan hole yang terletak dekat sambungan saling menarik dan bergabung sehingga timbul tegangan oleh minoritas hole pada bahan jenis N dan minoritas elektron pada bahan jenis P, sehingga seakan-akan terdapat baterai dengan tegangan kecil yang polaritasnya berbeda dengan polaritas tegangan sumber.

Tegangan yang timbul ini disebut dengan potensial barier (tegangan penghalang).

Tegangan barier ini akan mengakibatkan aliran dan perpindahan muatan mayoritas akan berhenti jikalau tegangan maju (foreward) tidak cukup besar.

Tegangan Maju (Foreward Bias).

                Apabila sambungan PN dipasang tegangan luar yang polaritasnya berbeda dengan potensial barier akan terjadi dua akibat penting :

                Pertama, dengan adanya tegangan luar tersebut tegangan (+) akan menolak hoe pada bahan jenis P ke arah sambungan (junction) sementara muatan (-) juga akan menolak elektron ke arah sambungan.

                Kedua, selanjutnya potensial barier pada sambungan akan dinetralkan. Akibat pembawa muatan mayoritas dapat menembus sambungan dan akan menimbulkan aliran arus.                

Tegangan Terbalik (Reverse Bias)

                Dengan membalik polaritas tegangan luar sehingga searah dengan potensial barier maka hal ini akan menyebabkan bertambahnya pengaruh dari potensial barier.  Pembawa muatan mayoritas akan semakin sulit untuk menembus sambungan.

Walaupun pembawa muatan mayoritas tidak dapat mengalir akibat adanya tegangan mundur tadi, tegangan mumdur akan menyrbabkan muatan minoritas menembus sambungan. Dengan adanya tegangan mundur, pembawa muatan mayoritas akan tertarik menjauhi sambungan sehingga potensial barier semakin besar. 

Tegangan Barier untuk dioda ada dua macam :

–        0,6 V untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon

–        0,2 V untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium

Karakteristik Arus Tegangan Dioda Semikonduktor ada dua macam :

 Karektristik Maju

Karakteristik maju diperoleh dengan memberikan catu maju mulai dari tegangan sebesar 0 V pada sebuah dioda. Pada tegangan 0 V arus yang mengalir realtif kecil karena adanya potensial barier. Setalah tegangan barier dapat dilewati maka arus yang mengalir akan bertambah dengan cepat seiring dengan naiknya tegangan luar.

Karakteristik Terbalik.

Karakteristik terbalik diperoleh dengan memasangkan tegangan luar terbalik pada dioda, pembawa muatan mayoritas tidak akan mengalir dan hanya pembawa muatan minoritas yang akan mengalir. Dengan memperbesar tegangan reverse, mulai dari 0 V, arus reverse yang terjadi akhirnya akan mencapai tingkat kejenuhan stelah melalui tegangan tembusnya.

Kalau tegangan terbalik dinaikkan terus secara beransur-ansur, arus bocor akan naik dengan sangat lambat. Pada suatu harga tegangan –7 V (Si) arus naik dengan cepat. Pada saat itu dicapai tegangan tembus atau tegangan zener (breakdown voltage).

Tegangan Bocor untuk dioda :

–        Dioda germanium arus bocor berada diantara 2 s/d 10 mikro Ampere.

–        Dioda silikon arus bocor berada diantara 20 s/d 100 nano Ampere.

Tahanan Dioda :

Jika dioda diberi tegangan maju akan mengalirkan arus dari anoda ke katoda yang besar, berarti bahwa tahanan arus yang mengalir dari anoda ke katoda adalah kecil.

Jika dioda diberi tegangan terbalik maka arus yang menglir dari katoda ke anoda sangat kecil, ini berarti bahwa tahanan terbalik dioda besar sekali.

Komponen-kompone yang terbuat dari Semikonduktor :

Dioda Zener adalah dioda yang bekerja pada daerah zener (dapat melakukan arus yang berubah-ubah pada suatu tegangan tertentu). Gunanya untuk membuat tegangan pada suatu rangkaian sehingga menjadi tetap (stabil).

Dioda Cahaya (Light Emitting Diode = LED) adalah suatu jenis dioda yang apabila diberi tegangan maju akan menimbulkan cahaya pada sambungan PN-nya.

Diode Fote (Photo dioda) adalah suatu jenis dioda yang tahanan terbaliknya berubah-ubah tergantung kuatnya cahaya yang ada pada.                                                                                                                            

Transistor adalah semikonduktor yang terbuat dari bahan P-N-P dan N-P-N, dan bisa juga terbuat dari dua dioda –PN – NP --     dan -- NP—PN—

SUPERKONDUKTOR

Adalah bahan yang pada suhu tertentu (sangat rendah) tahanannya mendekati nol sehingga apabila dialiri arus listrik , maka arus akan terus mengalir dengan tidak usah ditambah tenaga lagi.                

Dr. Palmer N. Peters ahli fisika antariksa NASA tahun 1998 dalam percobaannya :

Jika superkonduktor di bawah pengaruh medan magnet ternyata megambang di udara (efek suspensi)

Jika besi mangetnya dalam posisi bebas berada di dekat superkonduktor besi magnet juga dapat mengambang di udara (efek levitasi)    

Penemuan superkonduktor merupakan perkembangan ilmu fisika modern yaitu Kriogenik (Criogenics) adalah   salah suatu cabang ilmu pengetahuan, khususnya fisika, yang mempelajari kelakuan zat-zat atau bahan-bahan dalam keadaan suhu yang sangat rendah.

Davy, Faraday, Boyle, dan Lord Kelvin berhasil merusmuskan hukum alam, yaitu bahwa hampir semua gas akan naik temeperaturnya bila dimampatkan, serta akan turun suhunya bila dimuaikan.

Tahun 1885 dua ilmuwan Polandia, Karol S. Olszewski dan Z. Von Wrolewski, berhasil mencairkan udara. Dua puluh tahun kemudian berhasil dirumuskan bahwa suatu gas kecuali helium akan berwujud pada dalam temperatur nol derajat mutlak (-273,16 ^oC atau 4,26 ^oK).

Superfluida adalah peristiwa dimana pada suhu 2,2 ^oK helium cair berubah menjadi cairan helium yang mampu menghantarkan panas satu juta kali lebih efektif dibandingkan tembaga, serta satu milyar kali lebih efektif dibandingkan cairan normal.

Superkonduktifitas adalah peristiwa beberapa bahan, teristimewa logam pada keadaan temeperatudiatas sedikit nol derajat mutlak hambatan jenisnya menurun secara dratis, bahkan akan hilang (nol) ditemukan oleh Kamerlingh Onnes pada tahun 1911.

Penemuan superkonduktor membawa pengaruh pada perlatan elektronika seperti transformator, generator dan motor listrik sehingga dapat dibuat peralatan tersebut diatas dengan effisiensi 100%.

Superkonduktor dapat juga merupakan pelindung (shield) yang sempurna terhadap segala bentuk medan magnet.

Jenis-jenis Superkonduktor :

Jenis I (Pb, Ag, Sn) dengan beberapa sifat :

–        Menyalurkan arus pada permukaannya sampai pada kedalaman 10^-4 mm pada medan magnet sehingga medan magnetnya menjadi sangat besar.

–        Menghantarkan arus yang tetap sehingga menimbulkan medan magnet tanpa kerugian sebab medan listriknya di semua tempat adalah nol

Jenis II dengan beberapa sifat :

–        Medan magnetnya mencapai medan kritis

–        Suhu kritisnya relatif sehingga merupakan peralihan atau berubah menjadi konduktor normal.

–        Menghantarkan arus tetap sehingga menimbulkan medan magnet dengan kerugian kecil dan dapat diabaikan.

PERANGKAT YANG SUDAH MENGGUNAKAN SUPERKONDUKTOR :

A.    Elektromagnet, karena dengan bahan superkonduktor dimungkinkan untuk membuat elektromagnet yang kuat dengan ukuran kecil. Contohnya komponen magneto Hidro Dinamik.

B.     Elemen penghubung karena superkonduktor mempunyai Hc dan To, maka dalam pemakaian superkonduktor sebagai elemen penghubung dapat menggunakan salah satu besaran di atas. Contohnyamagnetik dielektrik Cryotron sebagai pemutus komputer.

Aplikasi Superkonduktor di berbagai bidang antara lain :

         1.         Bidang Komputer 

–          Sebagai switch pengganti bahan metal film, emas sehingga makin efisiensi dan efektivitas meningkat.

–          Sel-sel memori komputer sehingga makin cepat

–          Cryotrons apalikasi superkonduktor pada teknologi komputer

         2.         Bidang Fisika

-            Fusilaser suatu proses penghasil energi harapan di masa yang akan datang

         3.         Bidang Kedokteran

-            Temperatur yang rendah (170 ^oK) akan mengakibatakan operasi pada pasien dapat berjalan dengan baiak seperti operasi syaraf, mata, dan pengobatan kanker

         4.         Bidang Industri Tenaga Listrik

        - Transmisi dan distribusi tenaga dapat dilakukan dengan sempurna (100%)

         5.         Bidang Telekomunikasi

        -  Sebagai pen-switch-an kecepatan tinggi dalam pikodetik tanpa cacat.     

        - Detektor superkonduktor untuk transmisi khusus pada frekuensi 300 GHz.

        - Antena superkonduktif digunakan pada telepon

bipolar juncion transistor

BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR

Stuktur divais dan cara kerja fisik

Karakteristik Arus – Tegangan

·         Tegangan masukan total v_I (bias + sinyal) dipasang di antara base dan emitter (ground)

·         Tegangan keluaran total v_O (bias + sinyal) diambil di antara collector dan emitter (ground)

Resistor R_C mempunyai 2 fungsi:

·         Untuk menentukan bias yang diinginkan pada collector

·         Mengubah arus collector, i_C, menjadi tegangan keluaran v_OC atau v_O

Tegangan catu V_CC diperlukan untuk memberi bias pada BJT dan untuk mencatu daya yang diperlukan untuk kerja penguat.

            v_O = v_CE = V_CC – R_Ci_C

         v_I = v_BE < 0,5 V → transistor cutoff.

0        < v_I < 0,5 V, i_C kecil sekali, dan v_O akan sama dengan tegangan catu V_CC (segmen XY pada kurva) v_I > 0,5 V → transistor mulai aktif, i_C naik, v_O turun.

Nilai awal v_O tinggi, BJT bekerja pada mode aktif yang menyebabkan penurunan yang tajam pada kurva karakteristik transfer tegangan (segmen YZ), Pada segmen ini:

BJT sebagai Penguat dan sebagai Saklar sebagai penguat:

·         BJT bekerja pada mode aktif.

·         BJT berperan sebagai sebuah sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan (VCCS).

·         Perubahan pada tegangan base-emitter,v_BE, akan menyebabkan perubahan pada arus collector, i_C.

·         BJT dipakai untuk membuat sebuah penguatan transkonduktansi.

·         Penguatan tegangan dapat diperoleh dengan melalukan arus collector ke sebuah resistansi, R_C.

·         Agar penguat menjadi penguat linier, transistor harus diberi bias, dan sinyal akan ditumpangkan pada tegangan bias dan sinyal yang akan diperkuat harus dijaga tetap kecil sebagai saklar

·         BJT bekerja pada mode cutoff dan mode jenuh

Penguatan Penguat

Agar BJT bekerja sebagai penguat, maka harus diberi bias pada daerah aktif yang ditentukan oleh   tegangan dc base – emitter V_BE dan tegangan dc collector – emitter V_CE.

Arus collector I_C pada keadaan ini:

Jika sinyal v_i akan diperkuat, sinyal ini ditumpangkan pada V_BE dan harus dijaga kecil (lihat gambar 10(b)) agar tetap pada segmen yang linier dari kurva transfer di sekitar titik bias Q. Koefiesin arah (slope) dari segmen linier ini sama dengan penguatan tegangan dari penguat untuk sinyal kecil di sekitar titik Q.

bahan-bahan magnet

BAHAN-BAHAN MAGNET

A.    Parameter Dan Satuan Penting Dalam Kemagnetan :

–       Fluks magnet (φ)

–       Kuat medan (b)

–       Induksi kemagnetan (h)

–       Permeabilitas (μ)

·         Hubungan satu dengan yang lain :

–       Φ = b x a, fluks dengan satuan maxwell (mx) / weber (wb)

–       b = φ /a, kerapatan fluks dengan satuan gauss (g) / tesla (t)

fluks adalah banyaknya garis gaya, sedangkan kuat medan magnet adalah banyaknya garis gaya per satuan luas.

–       B =  μh

–       Μ  =  μ_rμ_o

–       Sehingga b = μ_rμ_oh

Μ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolut  (μ_o) dengan permeabilitas relatif (μ_r) dan besarnya μ_o = 4π10^-7  h/m Susceptibilitas magnetisasi adalah magnetisasi per unit dari intensitas medan magnet. Μr  tidak bersatuan, juga μr^-1 tidak bersatuan.

Besarnya  μ untuk bahan ferromagentik tidak konstan. Jika arus i dialirkan melalui kumparan dengan inti yang terus bertambah secara bertahap dimulai dari nol maka medan magnet dan kerapatan fluks akan bertambah.

B.     Pengaruh permeabilitas bahan

Berdasarkan besar permeabilitas bahan maka dibagi :

–       Diamagnetik

–       Paramagnetik

–       Feromagnetik

–       Anti magnetic

–       Ferrimagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang sulit menyalurkan garis gaya magnet (ggm), permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyai dwikutub yang permanen. Contohnya : bi, cu, au, al₂o₃ dan niso₄

Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetapi dwikutubnya tidak beraturan. Contohnya : al, pb, fe₂so₄, feso₄, fecl₂, mo, w, ta, pt, ag

Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mudah menyalurkan ggm, permeabilitasnya jauh lebih besar dari satu. Contohnya : fe, co, ni, gd, dan dy

Bahan anti ferromagnetik mempunyai susceptibilitas positif yang kecil pada segala suhu tetapi perubahan susceptibilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya sejajar tetapi berlawanan arah. Contohnya : mno₂, mno, feo, dan coo

Bahan ferrimagnetik mempunyai resistivitas jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnetik. Banyak digunakan pada peralatan frekeunsi tinggi, sebab arus eddy kecil. Contohnya : mo, fe2o3, αnio, βzno Istilah bahan magnetik untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetik. Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi :

         1.         Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, relai, peralatan sonar atau radar.

         2.         Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet  tetapi Setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula, disebut bahan magnetik keras. Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen.

C.     Baja listrik

Untuk mengubah bahan magnetik lunak menjadi bajalistrik, agar rugi histerisis dan arus pusarnya turun, adalah dengan menambahkan silikon ke dalam komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histeritis dan arus pusar dengan tajam karena penambahan silikon mengakibatkan pertambahan resistivitas. Paduan baja dengan tambahan silikon sekarang ini merupakan bahan yang sangat penting untuk bahan magnetik lunak pada teknik listrik. Namun perlu diingat bahwa penambahan silikon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh.

Baja listrik jenis lainnya adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan baja listrik sangat tinggi terutama jika fluks magnetiknya searah dengan panjang laminasi. Karena kristal baja ini dibuat searah dengan proses pendingin dan aniling pada ruang yang diisi hidrogen.digunakan untuk transformator arus, sebab bisa mengurangi berat dan dimensi 20 % hingga 25%.

·         Bahan magnetik lain

Bahan yang banyak digunakan adalah panduan besi nikel. Panduan yang terdiri dari besi nikel dengan tambahan molibdenum, chromium  atau tembaga adalah permalloy.

·         Permalloy dibedakan menjadi dua :

–          Permalloy nikel rendah (campuran nikel 40% sampai 50%)

–          Permalloy nikel tinggi (campuran nikel 72% sampai 80%)

Alsifer adalah bahan magnetik yang lebih murah dibandingkan permalloys kompisisinya 9,5% si, 5,6% al, 84,9% fe Camolloy termasuk bahan magnetik lunak yang komposisinya 66,5% ni, 30% cu, 3,5% fe

·         Bahan magnet permanen

Banyak digunakan pada isntrumen penginderaan, relay, mesin-mesin listrik yang kecil dan lain-lain.

Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4% hingg 1,7% merupakan bahan dasar magnet permanen. Kualitas magnetnya tidak terlalu tinggi, lebih mudah hilang kemagnetannya disebabkan oleh pukulan atau vibrasi, untuk menaikan kemagnetannya ditambahkan wolfram, kromium, kobal. Magnet yang dibuat dari karbon murni, wolfram, kromium, baja kobal harus dikeraskan di dalam air, minyak mineral.

Alni bahan panduan terdiri dari aluminium, nikel, besi. Alnisi bahan panduan terdiri dari aluminium, nikel, besi, silicon Alnico bahan panduan terdiri dari nikel, alumnium, kobal Vectolit bahan panduan terdiri dari besi, kobal, oksida. Ferroxdure bahan panduan terdiri dari besi oksidam barium disebut juga berium ferrit dipasaran dikenal dengan nama arnox, indox, ferroba. Untuk magnet pada pengeras suara, perangkat penggandeng magnetik.

Magnetostriksi

Adalah gejala berubahnya ukuran bahan apabila bahan terletak pada medan magnet. Gejala ini dialami antara lain oleh  ni  murni, beberapa panduan antara fe dengan crom, cobalt dan aluminium. Gejala ini digunakan pada osilator frekeunsi audio pada frekeunsi suara dan ultrasonic. Bahan yang termasuk jenis dielektrikmagnet digunakan untuk inti pada peralatan-peralatan rangkaian magnetik yang bekerja pada frekeunsi yang sangat tinggi dengan kerugian arus pusar yang rendah. Bahan dibuat dari bubuk cabonyl iron, alsifer, permalloy