SEPARUH PENGALIR

u nit

Mempelajari dan memahami simpang P-N dan reaksinya terhadap voltan pincang.

Menerangkan dengan bantuan gambarajah kejadian pembentukan simpang.

Menerangkan kesan ke atas keluasan kawasan kesusutan apabila dibekalkan voltan

Menerangkan mengapa berlaku kejadian pecah tebat.

Melukis dan menjelaskan maksud voltan pincang hadapan dan voltan pincang

SEPARUH PENGALIR

2.1 AKSI SIMPANG P-N

Rajah 2.1 di bawah menunjukkan bagaimana digambarkan

percantuman bahan jenis N dan bahan jenis P

Elektron-elektron bebas dan hol akan cuba bergerak ke cabang P dan N.

Bahan PBahan N

Rajah 2.1: Pencantuman Simpang P-N.

2.0 PENGENALAN

Dalam topik sebelum ini, anda telah didedahkan mengenai bahan jenis-N dan bahan jenis-P. Seperti yang telah diketahui bahawa bahan jenis-N mengandungi elektron-elektron bebas sebagai pembawa arus majoriti dan hol-hol sebagai pembawa arus minoriti. Bahan jenis P pula mengandungi hol-hol sebagai pembawa arus majoriti dan elektron-elektron sebagai pembawa arus minoriti.

Dalam topik ini pula, kita akan cuba mengkaji apa yang akan berlaku pada kedua-dua jenis bahan ini seandainya kedua-dua bahan ini dicantumkan. Kita akan cuba melihat aksi pembawa-pembawa arus pada kedua-dua bahan dan juga kesan ke atas simpang P-N ini.

SEPARUH PENGALIR

Elektron dalam bahan N akan tertarik untuk mengisi hol-hol dalam bahan

jenis P. Oleh itu berlaku penyeberangan elekron-elektron dari bahan

jenis-N ke bahan jenis-P( Rajah 2.2 ).

Kombinasi ini menyebabkan atom-atom berdekatan cantuman menjadi

neutral (kawasan tersebut tidak mempunyai pembawa-pembawa arus).

Penyeberangan elektron- hol akan terhenti.

Kawasan nuetral tanpa pembawa arus ini dikenali sebagai Kawasan

Kesusutan. (Rajah 2.3).

Rajah 2.2: Pergerakan Elektron Hol.

Bahan PBahan N

Rajah 2.3:Pembentukan Kawasan Kesusutan Dan Voltan Sawar

Bahan PBahan N

Kawasan Kesusutan

Voltan Sawar

SEPARUH PENGALIR

Ion positif dan negatif di sekitar cantuman menyebabkan terdapatnya beza

upaya diantara dua bahan. Keupayaan positif di sebelah bahan jenis-

N, dan keupayaan negatif di sebelah bahan jenis-P.

Bezaupaya ini sama seperti sebuah bateri kecil di mana bezaupaya ini

dikenali sebagai Voltan Sawar ( Rajah 2.3 ).

Nilai voltan sawar ini kecil sahaja,

Nilai voltan sawar untuk semikonduktor germanium lebih kurang

0.3 V dan semikonduktor silikon nilainya lebih kurang 0.7V.

SEPARUH PENGALIR

2a-1 Apakah pembawa arus minoriti dan majoriti untuk bahan jenis-P dan

bahan jenis –N.

2a-2 Nyatakan maksud ‘Kawasan Kesusutan’ ?

2a-3 Dengan bantuan gambarajah yang sesuai, apa yang berlaku apabila bahan

jenis N dan jenis P dicantumkan .

Sila rujuk maklumbalas dimukasurat berikutnya.Sekiranya terdapat sebarang masalah berkaitan unit ini, sila rujuk pensyarah anda untuk mendapatkan kepastian.

SEPARUH PENGALIR

2a-1 Bahan N – Arus Majoriti – Elektron bebas. Arus Minoriti – Hol – hol.

Bahan P – Arus Majoriti – Hol – Hol Arus Minoriti – Elektron-elektron.

2a-2 Kawasan Kesusutan ialah Kawasan yang tidak mempunyai pembawa arus.

2a-3 Apabila Bahan jenis –N dan jenis –P dicantumkan :

Elektron dalam bahan N akan tertarik untuk mengisi hol-hol dalam bahan jenis P. Oleh itu berlaku penyeberangan elekron-elektron dari bahan jenis-N ke bahan jenis-P.

Kombinasi ini menyebabkan atom-atom berdekatan cantuman menjadi neutral ( kawasan tersebut tidak mempunyai pembawa-pembawa arus ).

Kawasan Kesusutan akan terbentuk

Ion positif dan negatif di sekitar cantuman menyebabkan terdapatnya beza upaya diantara dua bahan. Keupayaan positif di sebelah bahan jenis-N, dan keupayaan negatif di sebelah bahan jenis-P.

Bezaupaya ini sama seperti sebuah bateri kecil di mana bezaupaya ini dikenali sebagai Voltan Sawar ( Rajah 2.1-c ).

Bahan PBahan N N

Bahan PBahan N

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

2.2 VOLTAN PINCANG .

Takrifan : Voltan Pincang ialah voltan yang dibekalkan merentasi cantuman P-N.

Terdapat 2 jenis voltan pincang :

i. Pincang Hadapan

ii. Pincang Songsang

2.21 Pincang Hadapan (VD) :

Takrifan : Punca Negatif disambungkan ke bahan jenis-N dan Punca

Positif disambungkan ke bahan jenis-P. (Rajah 2.4 )

Rajah 2.4 :Teknik Pincang Hadapan

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

Operasi Litar : (Rujuk rajah 2.4)

Elektron dalam bahan N akan tertolak menghala ke kawasan

cantuman menyebabkan kawasan kesusutan menjadi nipis (kecil)

dan kerintangannya turut berkurangan.

Apabila Voltan pincang ditambah sehingga mengatasi Voltan

sawar (0.3V untuk semikonduktor Germanium dan 0.7V untuk

semikonduktor Silikon), kerintangan cantuman P-N menjadi rendah

maka elektron-elektron akan dapat menyeberangi kawasan

cantuman dan cuba menuju ke punca positif bekalan.

Pengaliran arus elektron mula berlaku.

Jika nilai Voltan pincang ditambah lagi, arus akan semakin

meningkat menyebabkan dan kerintangan cantuman semakin

rendah.

Semakin tinggi voltan, semakin rendah kerintangan cantuman dan

semakin meningkat nilai arus.

Arus ini disebut Arus Depan ( ID ). Kerintangan cantumannya yang

semakin kecil itu disebut Kerintangan Depan (RD) .

Kerintangan Depan ini akan menyebabkan voltan yang merentasi

kawasan kawasan cantuman itu semakin susut, sehinggalah

nilainya akan menyamai lebih kurang nilai voltan sawar sesuatu

bahan iaitu 0.3V untuk Germanium dan 0.7V untuk Silikon.

SEPARUH PENGALIR

2.22 Pincang Songsang/Balikan (Vs)

Takrifan : Bahan jenis-N mendapat bekalan voltan positif dan bahan

jenis-P mendapat voltan negatif, voltan pincang itu disebut voltan Pincang

Songsang ( Vs) (Rajah 2.5 )

Operasi Litar : ( Rujuk Rajah 2.5 )

Elektron-elektron dalam bahan N akan tertarik ke

terminal positif bekalan Vs. Ini menyebabkan kawasan kesusutan

bertambah luas.

Rintangan cantuman turut menjadi tinggi, Ia

disebut sebagai

Kerintangan Songsang – Rs.

Oleh itu tiada pengaliran arus elektron yang

berlaku melintasi

kawasan cantuman.

Semakin tinggi nilai Vs, semakin besar luas

kawasan kesusutan dan kerintangannya juga turut menjadi tinggi.

Maka arus tidak dapat langsung mengalir melaluinya.

Rajah 2.5 :Teknik Pincang Songsang

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

2.3 ARUS BOCOR :

Ia adalah arus minoriti dalam bahan .

Ia wujud apabila cantuman P-N diberikan Voltan Pincang Songsang.

Elektron-elektron di dalam bahan jenis P akan ditolak oleh voltan pincang

ke arah cantuman dan terus melintasinya.

Maka terhasil satu aliran arus yang nilainya amat kecil .

Arus ini disebut sebagai Arus Bocor atau Arus Songsang.

Nilainya bergantung kepada suhu. Semakin rendah suhu, semakin rendah

nilainya dan begitulah sebaliknya.

2.4 TAKAT PECAH TEBAT :

Jika cantuman P-N dibekalkan dengan voltan pincang songsang yang

terlalu tinggi nilainya, ia akan mengganggu kestabilan ikatan kovalen .

Elektron akan tertarik kepada keupayaan positif dan terbebas sebagai

pembawa arus.

Elektron-elektron yang terbebas ini akan melanggar ikatan-ikatan yang lain.

Pengaliran arus songsang akan berlaku dan nilainya akan menjadi tinggi

secara mendadak.

Takat ini dikenali sebagai takat pecah tebat.

Ini boleh menyebabkan cantuman P-N terbakar.

SEPARUH PENGALIR

Untuk mengatasinya, voltan pincang songsang yang paling maksimum

yang boleh dibekalkan pada cantuman P-N ini mestilah tidak melebihi

voltan takat pecah tebat.

2b-1 Nyatakan dua jenis voltan pincang yang ada .

2b-2 Dengan bantuan gambarajah yang sesuai terangkan apakah yang

berlaku pada simpang P-N apabila di berikan voltan Pincang Songsang

dan Pincang Depan .

2b-3 Apakah Perkaitan Arus bocor dengan takat Pecah tebat.

SEPARUH PENGALIR

2b-1 Pincang Depan, Pincang Songsang.

2b-2 Sila rujuk jawapan di halaman 8 & 9

2b-3 Arus Bocor merupakan arus yang amat kecil yang terhasil semasa

simpang P-N diberikan voltan pincang songsang.

Takat Pecah Tebat berlaku kerana adanya elekton bebas yang terhasil

apabila simpang dikenakan voltan pincang Songsang yang terlalu

tinggi. Elektron bebas akan melanggar Ikatan Kovalen dan akan

menghasilkan arus bocor yang bernilai tinggi secara mendadak. Pada

takat inilah di sebut sebagai takat Pecah Tebat.

SEPARUH PENGALIR

Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini. Jika ada masalah yang timbul, sila berjumpa dengan pensyarah anda bagi tujuan semakan jawapan .

1. Terangkan beserta dengan bantuan gambarajah peringkat demi peringkat kejadian pembentukan simpang, bagaimana terwujudnya voltan sawar akibat kejadian ini.

2. Lukiskan dan jelaskan secara ringkas maksud voltan pincang hadapan dan voltan pincang songsang.

3. Terangkan kesan ke atas keluasan kawasan kesusutan, rintangan simpang, pengaliran arus apabila simpang P-N dibekalkan Voltan Pincang Depan.

4. Terangkan kesan ke atas keluasan kawasan kesusutan, rintangan simpang, pengaliran arus apabila simpang P-N dibekalkan Voltan Pincang Songsang.

5. Terangkan mengapa berlakunya kejadian Pecah tebat.

6. Jelaskan kaitan Arus Bocor dengan kenaikan dan kejatuhan suhu.

PENILAIAN KENDIRIPENILAIAN KENDIRI

SEPARUH PENGALIR

1. Elektron-elektron bebas dan hol akan cuba bergerak ke cabang P dan N. Elektron

dalam bahan N akan tertarik untuk mengisi hol-hol dalam bahan jenis P. Oleh itu

berlaku penyeberangan elekron-elektron dari bahan jenis-N ke bahan jenis-P( Rajah

2.6 ).

Kombinasi ini menyebabkan atom-atom berdekatan cantuman menjadi neutral

(kawasan tersebut tidak mempunyai pembawa-pembawa arus).

Penyeberangan elektron - hol akan terhenti. Kawasan nuetral tanpa pembawa arus ini dikenali sebagai Kawasan Kesusutan. (Rajah 2.7).

MAKLUMBALASPENILAIAN KENDIRI

MAKLUMBALASPENILAIAN KENDIRI

Rajah 2.7:Pembentukan Kawasan Kesusutan Dan Voltan Sawar

Bahan PBahan N

Kawasan Kesusutan

Voltan Sawar

Rajah 2.6: Pergerakan Elektron Hol.

Bahan PBahan N

SEPARUH PENGALIR

Ion positif dan negatif di sekitar cantuman menyebabkan terdapatnya beza

upaya di antara dua bahan. Keupayaan positif di sebelah bahan jenis-N, dan

keupayaan negatif di sebelah bahan jenis-P.

Bezaupaya ini sama seperti sebuah bateri kecil di mana bezaupaya ini dikenali

sebagai Voltan Sawar

2. Punca Negatif disambungkan ke bahan jenis-N dan Punca

Positif disambungkan ke bahan jenis-P.

Pincang Songsang/Balikan (Vs)

Takrifan : Bahan jenis-N mendapat bekalan voltan positif dan bahan jenis-P

mendapat voltan negatif, voltan pincang itu disebut voltan Pincang Songsang

(Vs)

Rajah 2.8 :Teknik Pincang Hadapan

Kaw. Kesusutan

Rajah 2.9 :Teknik Pincang Songsang

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

3. Elektron dalam bahan N akan tertolak menghala ke kawasan cantuman

menyebabkan kawasan kesusutan menjadi nipis (kecil) dan kerintangannya turut

berkurangan.

Apabila Voltan pincang ditambah sehingga mengatasi Voltan sawar (0.3V untuk

semikonduktor Germanium dan 0.7V untuk semikonduktor Silikon), kerintangan

cantuman P-N menjadi rendah maka elektron-elektron akan dapat

menyeberangi kawasan cantuman dan cuba menuju ke punca positif bekalan.

Pengaliran arus elektron mula berlaku.

Jika nilai Voltan pincang ditambah lagi, arus akan semakin meningkat

menyebabkan dan kerintangan cantuman semakin rendah.

Semakin tinggi voltan, semakin rendah kerintangan cantuman dan semakin

meningkat nilai arus.

Arus ini disebut Arus Depan ( ID ). Kerintangan cantumannya yang semakin kecil

itu disebut Kerintangan Depan (RD) .

Kerintangan Depan ini akan menyebabkan voltan yang merentasi kawasan

kawasan cantuman itu semakin susut, sehinggalah nilainya akan menyamai lebih

kurang nilai voltan sawar sesuatu bahan iaitu 0.3V untuk Germanium dan 0.7V

untuk Silikon.

Rajah 2.10 :Teknik Pincang Hadapan

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

4. Pincang Songsang :

Elektron-elektron dalam bahan N akan tertarik ke

terminal positif bekalan Vs. Ini menyebabkan kawasan kesusutan

bertambah luas.

Rintangan cantuman turut menjadi tinggi, Ia

disebut sebagai

Kerintangan Songsang – Rs.

Oleh itu tiada pengaliran arus elektron yang

berlaku melintasi

kawasan cantuman.

Semakin tinggi nilai Vs, semakin besar luas

kawasan kesusutan dan kerintangannya juga turut menjadi tinggi.

Maka arus tidak dapat langsung mengalir melaluinya.

5 . TAKAT PECAH TEBAT :

Rajah 2.11:Teknik Pincang Songsang

Kaw. Kesusutan

SEPARUH PENGALIR

Jika cantuman P-N dibekalkan dengan voltan pincang songsang yang

terlalu tinggi nilainya, ia akan mengganggu kestabilan ikatan kovalen .

Elektron akan tertarik kepada keupayaan positif dan terbebas sebagai

pembawa arus.

Elektron-elektron yang terbebas ini akan melanggar ikatan-ikatan yang lain.

Pengaliran arus songsang akan berlaku dan nilainya akan menjadi tinggi

secara mendadak.

Takat ini dikenali sebagai takat pecah tebat.

Ini boleh menyebabkan cantuman P-N terbakar.

Untuk mengatasinya, voltan pincang songsang yang paling maksimum

yang boleh dibekalkan pada cantuman P-N ini mestilah tidak melebihi

voltan takat pecah tebat.

6. ARUS BOCOR :

Ia adalah arus minoriti dalam bahan .

Ia wujud apabila cantuman P-N diberikan Voltan Pincang Songsang.

Elektron-elektron di dalam bahan jenis P akan ditolak oleh voltan pincang

ke arah cantuman dan terus melintasinya.

Maka terhasil satu aliran arus yang nilainya amat kecil .

Arus ini disebut sebagai Arus Bocor atau Arus Songsang.

Nilainya bergantung kepada suhu. Semakin rendah suhu, semakin rendah

nilainya dan begitulah sebaliknya.

SEPARUH PENGALIR