Nota Fizik Tingkatan 5 Bab 5: Elektronik
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |
RINGKASAN
Ringkasan Mudah Faham
Panduan ini merumuskan konsep-konsep utama dalam bab Elektronik, yang merangkumi tiga topik teras: Elektron, Diod Semikonduktor, dan Transistor. Memahami komponen dan prinsip ini adalah asas kepada teknologi moden, daripada pengecas telefon pintar kepada sistem automasi canggih.
1. Elektron: Pancaran Termion dan Sinar Katod
Konsep ini menerangkan bagaimana elektron boleh dibebaskan daripada logam dan digerakkan dalam vakum.
• Pancaran Termion: Ini adalah proses di mana elektron bebas dipancarkan dari permukaan logam (seperti filamen tungsten) apabila ia dipanaskan pada suhu yang tinggi. Haba memberikan elektron tenaga kinetik yang mencukupi untuk terlepas dari permukaan logam.
• Sinar Katod: Apabila elektron yang dipancarkan ini berada dalam tiub vakum dan diletakkan di bawah pengaruh voltan yang sangat tinggi (V.L.T.), ia akan memecut dari terminal negatif (katod) ke terminal positif (anod) pada kelajuan yang tinggi. Alur elektron berkelajuan tinggi inilah yang dikenali sebagai sinar katod.
• Sifat-sifat Sinar Katod:
◦ Bercas negatif, jadi ia akan terpesong ke arah plat bercas positif dalam medan elektrik.
◦ Boleh dipesongkan oleh medan magnet (mengikut Petua Tangan Kiri Fleming).
◦ Bergerak dalam garisan lurus jika tiada medan luar.
◦ Mempunyai tenaga kinetik dan momentum.
• Prinsip Tenaga: Tenaga keupayaan elektrik yang diperoleh oleh elektron apabila dipecutkan oleh beza keupayaan (V) ditukar sepenuhnya kepada tenaga kinetik maksimum. Ini dinyatakan oleh formula: eV = ½ mv²maks
2. Diod Semikonduktor: Pintu Sehala untuk Arus
Diod semikonduktor ialah komponen elektronik asas yang bertindak seperti injap sehala, hanya membenarkan arus elektrik mengalir melaluinya dalam satu arah sahaja.
• Pincang Depan (Forward Bias): Apabila terminal positif sumber voltan disambungkan ke anod diod dan terminal negatif ke katod, diod membenarkan arus mengalir. Rintangannya menjadi sangat kecil.
• Pincang Songsang (Reverse Bias): Apabila sambungan diterbalikkan (positif ke katod, negatif ke anod), diod menghalang pengaliran arus. Rintangannya menjadi sangat besar.
• Rektifikasi: Ini adalah fungsi utama diod, iaitu menukar arus ulang-alik (a.u.) kepada arus terus (a.t.).
◦ Rektifikasi Gelombang Separuh: Menggunakan satu diod untuk membenarkan hanya separuh daripada kitaran a.u. melaluinya.
◦ Rektifikasi Gelombang Penuh: Menggunakan empat diod (dalam susunan rektifier tetimbang) untuk menukar kedua-dua separuh kitaran a.u. menjadi arus terus yang berdenyut.
• Kapasitor sebagai Perata Arus: Arus output daripada litar rektifikasi tidak rata. Kapasitor yang disambung selari dengan beban berfungsi untuk meratakan arus ini. Ia menyimpan cas apabila voltan meningkat dan menyahcas apabila voltan menurun, menghasilkan arus terus yang lebih mantap.
3. Transistor: Penguat dan Suis
Transistor ialah komponen elektronik serba boleh dengan tiga terminal—Tapak (B), Pengumpul (C), dan Pengeluar (E). Ia mempunyai dua fungsi utama.
• Sebagai Amplifier Arus (Penguat Arus): Transistor boleh menguatkan isyarat elektrik. Arus tapak (IB) yang sangat kecil boleh mengawal pengaliran arus pengumpul (IC) yang jauh lebih besar. Nisbah IC kepada IB dikenali sebagai faktor penggandaan (β).
• Sebagai Suis Automatik: Oleh kerana arus pengumpul hanya mengalir apabila terdapat arus tapak, transistor boleh digunakan sebagai suis elektronik. Dengan mengawal arus tapak yang kecil, kita boleh menghidupkan atau mematikan litar pengumpul yang membawa arus yang lebih besar.
◦ Suis Kawalan Cahaya: Menggunakan Perintang Peka Cahaya (LDR). Dalam gelap, rintangan LDR tinggi, yang membenarkan arus tapak mengalir dan menghidupkan transistor (contohnya, menyalakan lampu jalan). Dalam terang, rintangan LDR rendah, tiada arus tapak, dan litar dimatikan.
◦ Suis Kawalan Suhu: Menggunakan Termistor. Apabila suhu meningkat (seperti dalam kebakaran), rintangan termistor menurun. Ini menyebabkan voltan tapak meningkat, menghidupkan transistor dan seterusnya mengaktifkan penggera.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Amplifier Arus | Fungsi transistor di mana pertambahan arus tapak (IB) yang kecil akan menghasilkan perubahan yang besar dalam arus pengumpul (IC). |
| Anod | Terminal positif bagi komponen elektronik seperti diod atau tiub vakum. |
| Diod Semikonduktor | Komponen elektronik yang membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah tertentu sahaja. |
| Kapasitor | Komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan cas elektrik; berfungsi sebagai perata arus dalam litar rektifikasi. |
| Katod | Terminal negatif bagi komponen elektronik seperti diod atau tiub vakum. |
| Pancaran Termion | Pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan. |
| Pembahagi Voltan | Satu litar yang menggunakan dua perintang secara bersiri untuk menghasilkan voltan output yang merupakan sebahagian daripada voltan input. |
| Pengeluar (E) | Salah satu daripada tiga terminal transistor yang berfungsi membekalkan pembawa cas kepada pengumpul. |
| Pengumpul (C) | Salah satu daripada tiga terminal transistor yang berfungsi untuk menerima pembawa cas daripada pengeluar. |
| Perintang Peka Cahaya (LDR) | Sejenis perintang di mana nilai rintangannya berubah dengan keamatan cahaya (rintangan tinggi dalam gelap, rendah dalam cerah). |
| Pincang Depan | Keadaan apabila diod disambungkan untuk membenarkan arus mengalir melaluinya (terminal positif sumber ke anod). |
| Pincang Songsang | Keadaan apabila diod disambungkan untuk menghalang pengaliran arus (terminal positif sumber ke katod). |
| Rektifikasi | Proses penukaran arus ulang-alik (a.u.) kepada arus terus (a.t.). |
| Sinar Katod | Alur elektron yang bergerak dengan kelajuan tinggi dalam vakum. |
| Suis Automatik | Aplikasi transistor yang menggunakan komponen pengesan (seperti LDR atau termistor) untuk menghidupkan atau mematikan litar secara automatik. |
| Tapak (B) | Terminal tengah transistor yang berfungsi untuk mengawal pengaliran pembawa cas dari pengeluar ke pengumpul. |
| Termistor | Sejenis perintang di mana nilai rintangannya berubah mengikut suhu (rintangan tinggi pada suhu rendah, rendah pada suhu tinggi). |
| Transistor | Komponen elektronik yang mempunyai tiga terminal (pengeluar, tapak, pengumpul) yang boleh berfungsi sebagai amplifier arus atau suis automatik. |
| Tiub Vakum | Tiub kaca yang udaranya telah dikeluarkan untuk membolehkan elektron bergerak tanpa halangan. |