Bagaimana transistor bekerja - Gokul J. Krishnan

Lihat pelajaran lengkap: http://ed.ted.com/lessons/how-transistors-work-gokul-j-krishnan

Komputer modern merevolusi kehidupan kita, melakukan tugas yang tak terbayangkan beberapa dekade lalu. Ini dimungkinkan oleh serangkaian inovasi panjang, tetapi ada satu penemuan mendasar yang hampir semuanya bergantung pada: transistor. Gokul J. Krishnan menjelaskan apa itu transistor dan bagaimana perangkat kecil ini memungkinkan semua hal menakjubkan yang dapat dilakukan komputer.

Pelajaran oleh Gokul J. Krishna, animasi oleh Augenblick Studios.

Komputer modern sangat mengubah
kehidupan kita,

melakukan tugas yang tak terbayangkan
beberapa dekade yang lalu.

Perubahan ini dapat terwujud
setelah melalui serangkaian inovasi,

namun ada satu penemuan dasar
yang menjadi tumpuan inovasi lainnya:

Transistor

Benda apa ini,

dan bagaimana bisa membantu komputer
melakukan banyak hal yang menakjubkan?

Pada intinya, semua komputer
sama seperti namanya,

mesin yang melakukan komputasi
operasi matematis.

Perintis komputer dahulunya adalah
alat hitung manual,

seperti swipoa,

sementara penerusnya
menggunakan bagian mekanis.

Apa yang menjadikannya komputer
adalah memiliki cara menyatakan angka,

dan sebuah sistem manipulasi angka.

Komputer elektronik bekerja
dengan cara yang sama,

tapi alih-alih penataan fisik

angka dinyatakan dengan
tegangan listrik.

Kebanyakan komputer ini menggunakan
perhitungan bernama logika Boolean

yang hanya memiliki dua nilai kemungkinan,

kondisi logis benar dan salah,

dilambangkan angka biner satu dan nol.

Nilai diwakilkan dengan tegangan
tinggi dan rendah.

Persamaan diterapkan melalui
sirkuit gerbang logika

yang menghasilkan keluaran
satu atau nol

berdasar masukan apapun yang memenuhi
pernyataan logika tertentu.

Sirkuit-sirkuit ini melaksanakan
tiga operasi logika dasar,

konjungsi, disjungsi, dan negasi.

Konjungsi adalah sebuah gerbang "AND"
yang menyediakan luaran tegangan tinggi

hanya jika gerbang itu menerima
dua masukan tegangan tinggi,

dan gerbang lainnya bekerja
dengan prinsip serupa.

Sirkuit-sirkuit dapat dikombinasikan untuk
melakukan operasi majemuk,

seperti penambahan dan pengurangan.

Program-program komputer
berisi perintah-perintah

untuk melaksanakan operasi-operasi
secara elektronis.

Sistem semacam ini membutuhkan metode
yang handal dan akurat

untuk mengendalikan arus listrik.

Komputer-komputer elektronik pendahulu
seperti ENIAC,

menggunakan alat yang disebut
tabung vakum

Bentuk awalnya, menggunakan diode,

berisi dua elektrode
dalam sebuah wadah kaca.

Memberikan tegangan pada katode
membuatnya panas dan melepaskan elektron.

Jika anode sedikit lebih positif
daripada katode,

elektron akan tertarik menuju anode,

menjadikannya sebuah sirkuit.

Aliran arus searah ini dapat dikendalikan

dengan memberi variasi tegangan
menuju katode

yang membuatnya melepaskan
lebih banyak atau sedikit elektron.

Tahap berikutnya adalah triode,

yang menggunakan elektrode ketiga
bernama "grid".

Grid adalah sekat kawat antara
katode dan anode

di mana elektron dapat mengalir.

Memvariasikan tegangan Grid membuat
elektron menjauh

atau menarik elektron
yang dipancarkan katode,

sehingga, memungkinkan
pengsaklaran arus yang cepat.

Kemampuan amplifikasi sinyal membuat
triode penting untuk komunikasi radio

dan komunikasi jarak jauh.

Terlepas dari kemajuan ini, tabung vakum
tidak dapat diandalkan dan terlalu besar.

Dengan 18.000 triode, ENIAC dahulunya
berukuran seluas lapangan tenis

dan berbobot 30 ton.

Tabung kaca sewaktu-waktu
mudah rusak

dan dalam 1 jam, menghabiskan daya listrik
yang diperlukan 15 rumah dalam sehari.

Solusinya adalah transistor.

Alih-alih elektrode, transistor
menggunakan semikonduktor,

berbahan seperti silikon,
dipadu dengan unsur lain

untuk membuat sebuah
pemancar elektron berjenis N,

dan sebuah penyerap elektron berjenis P.

Semikonduktor ditata dalam
tiga lapisan alternatif

dengan 1 terminal
pada setiap lapisan.

Emitter, Base, dan Collector.

Ini adalah transistor NPN pada umumnya,

dikarenakan fenomena khusus
pada antarmuka P-N,

sebuah area disebut persimpangan P-N
terbentuk di antara Emitter dan Base.

Area ini hanya menghantarkan listrik

ketika diberi tegangan
melebihi ambang batas tertentu.

Selain itu, area ini menghambat
aliran listrik.

Dengan cara ini, sedikit variasi
pada tegangan masukan

dapat digunakan secepatnya mengsaklarkan
antara luaran arus tinggi dan rendah.

Kelebihan transistor yaitu
pada efisiensi dan ukurannya.

Karena tidak perlu pemanasan, membuatnya
lebih awet dan hemat listrik.

Fungsi ENIAC kini telah diungguli oleh
microchip seukuran kuku jari

berisi milyaran transistor.

Dengan trilyunan kalkulasi per detik,

komputer masa kini
seolah membuat keajaiban,

namun di balik itu semua,

setiap operasi individual masih
menggunakan pengsaklaran sederhana.