NOTA PENGAJIAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK TINGKATAN 4 BAB 3

Ringkasan Mudah Faham (Nota Pengajian Kejuruteraan Elektrik Dan Elektronik Tingkatan 4 Bab 3: Sistem Bekalan Arus Terus (AT))

Apakah perbezaan utama antara Pengalir, Penebat dan Separuh Pengalir

Bahan-bahan dalam kejuruteraan elektrik dan elektronik dikelaskan kepada tiga kategori utama berdasarkan keupayaan mereka untuk mengalirkan arus elektrik, yang ditentukan oleh bilangan elektron valensi (elektron di petala paling luar atom).

• Pengalir: Bahan yang mudah mengalirkan arus elektrik kerana mempunyai rintangan yang rendah. Atomnya mempunyai antara satu hingga tiga elektron valensi yang cenderung untuk dilepaskan dan bergerak bebas. Contohnya termasuk emas, perak, kuprum, dan aluminium.

• Penebat: Bahan yang menghalang pengaliran arus elektrik kerana mempunyai rintangan yang sangat tinggi. Atomnya mempunyai antara lima hingga lapan elektron valensi dan cenderung untuk menerima elektron bagi mencapai kestabilan. Contohnya termasuk kaca, getah, seramik, dan mika.

• Separuh Pengalir: Bahan yang mempunyai sifat di antara pengalir dan penebat. Atomnya mempunyai tepat empat elektron valensi, membolehkannya berkongsi sifat kedua-dua pengalir dan penebat. Contoh utama ialah Silikon (Si) dan Germanium (Ge).

Apakah Jenis-jenis Bahan Separuh Pengalir?

Bahan separuh pengalir adalah asas kepada hampir semua peranti elektronik moden. Ia terbahagi kepada dua jenis utama:

Separuh Pengalir Instrinsik

Ini adalah bahan separuh pengalir dalam keadaan tulen, tanpa sebarang atom bendasing. Silikon dan Germanium adalah contohnya. Atom-atom dalam bahan ini membentuk ikatan kovalen dengan berkongsi empat elektron valensinya dengan atom jiran. Walaupun tulen, pengaliran arusnya sangat terhad dan bergantung kepada suhu. Silikon lebih diutamakan berbanding Germanium kerana ia lebih tahan haba dan mudah diperolehi.

Separuh Pengalir Ekstrinsik

Ini adalah bahan separuh pengalir instrinsik yang telah melalui proses pengedopan, iaitu penambahan atom bendasing untuk mengubah sifat pengalirannya secara dramatik. Proses ini menghasilkan dua jenis bahan:

• Bahan Jenis-N (Negatif):

    ◦ Proses: Bahan instrinsik (cth: Silikon) didopkan dengan unsur pentavalen (5 elektron valensi) seperti Fosforus, Arsenik, atau Antimoni.

    ◦ Struktur: Empat elektron valensi unsur bendasing membentuk ikatan kovalen, manakala elektron kelima menjadi elektron bebas.

    ◦ Pembawa Arus: Elektron menjadi pembawa arus terbanyak (majoriti), manakala lubang (kekosongan elektron) menjadi pembawa arus tersedikit (minoriti).

• Bahan Jenis-P (Positif):

    ◦ Proses: Bahan instrinsik (cth: Silikon) didopkan dengan unsur trivalen (3 elektron valensi) seperti Boron, Aluminium, atau Galium.

    ◦ Struktur: Tiga elektron valensi unsur bendasing membentuk ikatan kovalen, menyebabkan wujudnya satu kekosongan yang dipanggil lubang.

    ◦ Pembawa Arus: Lubang menjadi pembawa arus terbanyak (majoriti), manakala elektron menjadi pembawa arus tersedikit (minoriti).

Apakah fungsi Diod dan bagaimana ia beroperasi?

Diod ialah komponen elektronik yang dibina dengan mencantumkan bahan separuh pengalir Jenis-P dan Jenis-N. Ia berfungsi seperti suis sehala, hanya membenarkan arus mengalir dalam satu arah.

• Struktur: Mempunyai dua terminal: Anod (disambung pada bahan Jenis-P) dan Katod (disambung pada bahan Jenis-N). Tempat cantuman kedua-dua bahan ini dikenali sebagai Simpang P-N.

• Simpang P-N: Apabila dicantumkan, elektron dari bahan N meresap ke bahan P, mewujudkan satu kawasan bebas pembawa cas yang dipanggil lapisan susutan dan satu medan elektrik yang dikenali sebagai sawar upaya.

Operasi Diod

Kendalian diod bergantung kepada cara voltan luaran dikenakan, yang dipanggil pincang.

• Pincang Hadapan (Forward Bias):

    ◦ Sambungan: Anod disambung ke terminal positif bekalan kuasa, dan Katod ke terminal negatif.

    ◦ Kesan: Voltan luaran menolak pembawa arus terbanyak (lubang dari P, elektron dari N) ke arah simpang, menyebabkan lapisan susutan menipis. Apabila voltan luaran melebihi sawar upaya (voltan lutut), arus dapat mengalir dengan mudah.

• Pincang Songsang (Reverse Bias):

    ◦ Sambungan: Anod disambung ke terminal negatif, dan Katod ke terminal positif.

    ◦ Kesan: Voltan luaran menarik pembawa arus terbanyak menjauhi simpang, menyebabkan lapisan susutan melebar. Ini menghalang pengaliran arus. Hanya satu arus yang sangat kecil, dikenali sebagai arus bocor (disebabkan oleh pembawa arus tersedikit), yang dapat mengalir.

Apakah Lima Peringkat Utama Litar Bekalan Kuasa Arus Terus (AT)

Kebanyakan peranti elektronik memerlukan bekalan kuasa AT untuk berfungsi, tetapi sumber kuasa utama dari soket dinding adalah AU (230V). Litar bekalan kuasa AT berfungsi untuk menukarkan AU kepada AT yang stabil. Ia terdiri daripada beberapa bahagian utama:

1. Pengubah (Transformer): Menurunkan voltan tinggi AU (cth: 230V) kepada voltan AU yang lebih rendah (cth: 12V) menggunakan pengubah langkah turun.

2. Penerus (Rectifier): Menukarkan isyarat AU kepada AT berdenyut. Ia menggunakan diod. Terdapat dua jenis utama: penerus setengah gelombang (menggunakan satu diod) dan penerus gelombang penuh (menggunakan dua atau empat diod).

3. Penapis (Filter): Melicinkan voltan AT berdenyut yang dihasilkan oleh penerus untuk mengurangkan riak (ripple). Biasanya, komponen seperti pemuat (kapasitor) digunakan untuk menyimpan cas dan melepaskannya bagi meratakan voltan.

4. Pengatur (Regulator): Menstabilkan voltan keluaran pada satu nilai yang tetap, walaupun terdapat perubahan pada voltan masukan atau beban. Diod Zener sering digunakan dalam litar pengatur kerana keupayaannya untuk mengekalkan voltan malar apabila beroperasi dalam keadaan pincang songsang.

5. Beban (Load): Merujuk kepada peranti atau litar elektronik yang menerima bekalan kuasa AT yang telah ditukar dan distabilkan.