Nota Fizik T5 Bab 5: Elektronik SPM
Nota lengkap Elektronik Tingkatan 5 KSSM — pancaran termion, sinar katod, diod semikonduktor, rektifikasi, transistor npn pnp, amplifier, suis automatik LDR dan termistor.
5.1 Elektron (Sinar Katod)
Pancaran Termion
Pancaran termion ialah pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan. Apabila filamen tungsten dipanaskan, elektron mendapat tenaga kinetik yang cukup untuk terpancar keluar.
Sinar Katod
Sinar katod ialah alur elektron berkelajuan tinggi dalam vakum. Dihasilkan apabila elektron yang terpancar dari katod dipercepatkan oleh anod bervoltan lampau tinggi (V.L.T.).
Ciri-ciri Sinar Katod
- Bergerak lurus dalam vakum
- Bercas negatif (terpesong ke plat positif dalam medan elektrik)
- Terpesong oleh medan magnet (petua tangan kiri Fleming)
- Mempunyai momentum dan tenaga kinetik
- Menghasilkan kesan berpendarfluor pada skrin
Halaju Elektron dalam Tiub Sinar Katod
Berdasarkan prinsip keabadian tenaga:
eV = ½mv²
e = cas elektron = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
V = beza keupayaan antara katod-anod
m = jisim elektron = 9.11 × 10⁻³¹ kg
v = halaju maksimum elektron
v_maks = √(2eV/m)
Pesongan Sinar Katod
| Jenis Medan | Pesongan | Laluan |
|---|---|---|
| Medan Elektrik | Ke plat bercas positif | Parabola |
| Medan Magnet | Mengikut Petua Tangan Kiri Fleming | Melengkung (bulatan) |
5.2 Diod Semikonduktor
Diod semikonduktor ialah komponen yang membenarkan arus mengalir dalam satu arah sahaja, terbentuk daripada simpang p-n.
Keadaan Pincang Diod
| Keadaan | Sambungan | Lapisan Susutan | Arus |
|---|---|---|---|
| Pincang Depan | +ve ke anod, −ve ke katod | Nipis | Mengalir ✓ |
| Pincang Songsang | +ve ke katod, −ve ke anod | Lebar | Tidak mengalir ✗ |
Rektifikasi — Menukar AU ke AT
Rektifikasi Gelombang Separuh: Satu diod — hanya separuh kitar positif mengalir. Output: separuh gelombang.
Rektifikasi Gelombang Penuh (Rektifier Tetimbang): Empat diod dalam susunan jambatan — kedua-dua kitar positif dan negatif mengalir dalam arah yang sama. Output: gelombang penuh.
Kapasitor sebagai Perata Arus
- Kapasitor disambung selari dengan beban (R)
- Semasa beza keupayaan naik → kapasitor dicas (simpan tenaga)
- Semasa beza keupayaan turun → kapasitor dinyahcas (bekalkan arus)
- Hasil: arus output lebih rata (mendekati arus terus)
5.3 Transistor
Transistor ialah komponen elektronik dengan tiga terminal: Pengeluar (E), Tapak (B), dan Pengumpul (C).
Jenis Transistor
| Jenis | Susunan | Arah Arus IB |
|---|---|---|
| Transistor npn | n-p-n | B → E |
| Transistor pnp | p-n-p | E → B |
Prinsip Kerja Litar Bertransistor
- Litar tapak (IB kecil) mengawal litar pengumpul (IC besar)
- VBE minimum: 0.7 V (silikon) atau 0.3 V (germanium)
- Jika IB = 0 → IC = 0 (transistor mati)
- IB kecil → IC besar (transistor hidup)
- Hubungan: IB + IC = IE
Transistor sebagai Amplifier Arus
β = IC / IB
β = faktor penggandaan arus
IC = arus pengumpul
IB = arus tapak
Perubahan kecil IB menghasilkan perubahan besar IC. Graf IC melawan IB ialah garis lurus melalui titik asalan; kecerunan = β.
Pembahagi Voltan
Vout = [R₂ / (R₁ + R₂)] × Vin
Digunakan untuk menghasilkan VBE yang sesuai bagi menghidupkan transistor.
Transistor sebagai Suis Automatik
Suis Kawalan Cahaya (LDR):
- Gelap → rintangan LDR tinggi → V_LDR tinggi → VBE > minimum → transistor hidup → mentol menyala
- Cerah → rintangan LDR rendah → V_LDR rendah → VBE < minimum → transistor mati → mentol padam
- Aplikasi: Lampu jalan automatik
Penggera Kawalan Suhu (Termistor):
- Suhu meningkat → rintangan termistor rendah → VR bertambah → VBE > minimum → transistor hidup → penggera berbunyi
- Aplikasi: Penggera kebakaran automatik
Rumus Penting Bab 5
| Kuantiti | Rumus |
|---|---|
| Tenaga keupayaan elektrik elektron | E = eV |
| Keabadian tenaga (tiub sinar katod) | eV = ½mv² |
| Halaju elektron | v = √(2eV/m) |
| Faktor penggandaan transistor | β = IC/IB |
| Arus dalam transistor | IE = IB + IC |
| Pembahagi voltan | Vout = [R₂/(R₁+R₂)] × Vin |
Soalan lazim
Mengapa tiub sinar katod perlu dalam keadaan vakum?
Tanpa vakum, elektron akan berlanggar dengan molekul udara dan kehilangan tenaga, tidak dapat mencapai halaju maksimum. Vakum memastikan elektron bergerak bebas tanpa perlanggaran dari katod ke anod.
Apakah perbezaan antara rektifikasi gelombang separuh dan gelombang penuh?
Rektifikasi gelombang separuh menggunakan satu diod — hanya separuh kitar positif dibenarkan mengalir. Rektifikasi gelombang penuh menggunakan empat diod (rektifier tetimbang) — kedua-dua kitar positif dan negatif diubah menjadi AT, menghasilkan output yang lebih lancar dan efisien.
Bagaimana transistor berfungsi sebagai amplifier?
Arus tapak (IB) yang kecil mengawal arus pengumpul (IC) yang jauh lebih besar. Faktor penggandaan β = IC/IB. Contoh: Jika β = 100 dan IB = 0.1 mA, maka IC = 10 mA. Perubahan kecil dalam IB menghasilkan perubahan besar dalam IC.
Mengapa LDR digunakan dalam litar lampu jalan automatik?
LDR (Light Dependent Resistor) mempunyai rintangan tinggi dalam kegelapan dan rintangan rendah dalam cahaya terang. Dalam kegelapan, rintangan LDR yang tinggi menghasilkan voltan yang cukup untuk menghidupkan transistor, menyebabkan mentol menyala secara automatik.