Penerapan rangkaian elektronika - Field Effect Transistor (FET)

Pengertian FET dan MOSFET

1.      Pengertian FET

FET singkatan dari Field Effect Transistor, adalah suatu komponen semi  konduktor yang tergolong dalam keluarga Transistor yang memilki tiga terminal kaki yaitu Gate (G), Drain (D) dan Source (S). cara  kerjanya  berdasarkan  pengendalian arus drain  dengan  medan  listrik  pada  gate. FET disebut transistor unipolar karena cara kerjanya hanya berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas saja. Sedangkan transistor disebut bipolar junction transistor karena bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan  mayoritas  dan minoritas.

Junction FET atau sering disingkat dengan JFET memiliki 2 tipe berdasarkan tipe bahan semikonduktor yang digunakan pada saluran atau kanalnya. JFET tipe N-Channel (Kanal N) terbuat dari bahan Semikonduktor tipe N dan P-Channel (Kanal P) yang terbuat dari Semikonduktor tipe P.

1)      JFET Kanal-N

Gambar 1. Struktur dan Simbol FET Kanal N

Saluran atau Kanal pada jenis ini terbentuk dari bahan semikonduktor tipe N dengan satu ujungnya adalah Source (S) dan satunya lagi adalah Drain (D). Mayoritas pembawa muatan atau Carriers pada JFET jenis Kanal-N ini adalah Elektron.

Gate atau Gerbang pada JFET jenis Kanal-N ini terdiri dari bahan semikonduktor tipe P. Bagian lain yang terbuat dari Semikonduktor tipe P pada JFET Kanal-N ini adalah bagian yang disebut dengan Subtrate yaitu bagian yang membentuk batas di sisi saluran berlawanan Gerbang (G).

Tegangan pada Terminal Gerbang (G) menghasilkan medan listrik yang mempengaruhi aliran pada pembawa muatan yang melalui saluran tersebut. Semakin Negatifnya V_G,  semakin sempit pula salurannya yang akhirnya mengakibatkan semakin kecil arus pada outputnya (I_D).

2)      JFET Kanal-P

Gambar 2. Struktur dan Simbol FET Kanal N

Saluran pada JFET jenis Kanal-P terbuat dari Semikonduktor tipe P. Mayoritas pembawa muatannya adalah Hole. Bagian Gate atau Gerbang (G) dan Subtrate-nya terbuat dari bahan Semikonduktor tipe N. JFET Kanal-P, semakin Positifnya V_G, semakin sempit pula salurannya yang akhirnya mengakibatkan semakin kecilnya arus pada Output JFET (I_D). Dari Simbolnya, kita dapat mengetahui mana yang JFET Kanal-N dan JFET Kanal-P. Anak Panah pada simbol JFET Kanal-N adalah menghadap ke dalam sedangkan anak panah pada simbol JFET Kanal-P menghadap keluar.

a.    Pengertian MOSFET

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentras ketidak murnian  tertentu. Tingkat dari ketidak murnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon ini yang akan digunakan sebagai landasan (substrat) penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor ini dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silicon yang sangat  tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri kanal, sehingga transistor MOSFET akan  mempunyai kelebihan dibanding  dengan  transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah.

 1)      NMOS

Transistor NMOS terbuat dari substrat dasar tipe p dengan daerah source  dan  drain  didifusikan  tipe  n+ dan  daerah  kanal  terbentuk  pada permukaan  tipe  n.  NMOS  yang  umumnya  banyak  digunakan  adalah NMOS jenis enhancement, dimana pada jenis ini source NMOS sebagian besar akan dihubungkan dengan  –Vss  mengingat struktur dari  MOS  itu sendiri  hampir  tidak  memungkinkan  untuk  dihubungkan  dengan  +Vdd.

Aplikasi  gerbang  NMOS  dapat  dikombinasikan  dengan  resistor, PMOS, atau dengan NMOS lainnya sesuai dengan karakteristik gerbang yang  akan  dibuat.  Sebagai  contoh  sebuah  NMOS  dan  resistor digabungkan menjadi sebuah gerbang NOT. Negatif  MOS adalah  MOSFET  yang  mengalirkan arus penguras sumber  menggunakan  saluran  dari  bahan  electron,  sehinga  arus  yang mengalir  jika  tegangan  gerbang  lebih  positif  dari  substrat  dan  nilai mutlaknya  lebih  besar  dari  VT(Voltage  Treshold).

2)      PMOS

Transistor PMOS terbuat dari substrat dasar tipe-n dengan daerah source  dan  drain  didifusikan  tipe  p+ dan  deerah  kanal  terbentuk  pada permukaan tipe p.  Positif  MOS adalah MOSFET yang mengalirkan arus penguras sumber  melalui  saluran positif  berupa  hole, dimana arus akan mengalir jika tegangan gerbang lebih negative terhadap substrat dan nilai mutlaknya lebih besar dari VT.

PMOS  yang  umumnya  banyak  digunakan  adalah  PMOS  jenis enhancement, dimana pada  jenis  ini  source PMOS sebagian  besar akan dihubungkan  dengan  +Vdd  mengingat  struktur  dari  MOS  itu  sendiri hampir  tidak  memungkinkan  untuk  dihubungkan  dengan  -Vss.  Dalam aplikasi  gerbang  PMOS  dapat  dikombinasikan  dengan  resistor,  NMOS, atau  dengan  PMOS  lainnya  sesuai  dengan  karakteristik  gerbang  yang akan  dibuat.  Sebagai  contoh  sebuah  PMOS  dan  resistor  digabungkan menjadi sebuah gerbang NOT

2.      Karakteristik FET dan MOSFET sebagai Penguat

a.       Karakteristik FET

Karakteristik output dari JFET menggambarkan hubungan antara Arus drain (ID) dan UDS dengan parameter berbagai besaran UGS Untuk  mengetahui  sifat dasar  FET  dibutuhkan  rangkaian penguji FET seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 pada kaki gate di berikan tegangan yang dapat diatur tegangannya mulai 0V sampai  ke  minus  (-  V/  bias  negatif),  sedangkan  pada  kaki  D-S diberikan supply positif Pada  Gambar 4 menunjukkan  bahwa  makin  negative tegangan Gate-Source UGS, maka makin kecil pula arus Drain ID. Pada kondisi normal JFET selalu bekerja pada bagian karakteristik linier datar, atau  dengan  kata lain JFET dioperasikan pada tegangan Drain  yang  lebih  besar  dari  tegangan  knee  UK.,tetapi lebih kecil dari tegangan breakdown-nya.

  

UDS harus dibuat lebih besar dari 4 Volt tetapi lebih kecil dari 30 V. Dengan demikian UGS  harus letakkan antara ( 0 s/d 4V ). Tegangan knee untuk lengkung karakteristik yang  paling  atas  disebut  pinch  off  voltage  (Up), jadi  bila  pada lembar data tertulis Up=4  Volt, JFET tersebut harus dioperasikan dengan  tegangan UDS yang  lebih besar  dari 4 Volt. Dari  gambar kurva 6, dapat kita lihat bahwa pada tegangan UGS=  -4 V arus drain hampir = 0. Nilai UGS  yang menyebabkan ID  = 0 ini disebut Gate Source Cut Off Voltage (UGS = Off). Up  dan UGS  (off) memiliki hubungan  penting  yaitu  nilai  mutlak  Up  =  nilai  mutlak  UGS  (off) hanya tandanya yang berbeda; 

Up  = 4 V

UGSoff = -4 V

Hal ini berlaku untuk semua JFET dan harus diingat bahwa pada  lembaran  data  JFET hanya  akan  disebutkan  nilai (UGS off) saja. Lengkung  karakteristik  yang  paling  atas dibuat  dengan tegangan gate = 0, keadaan sama dengan keadaan dimana gate dihubung singkat  dengan source. Arus  drain  hampir  datar  dan dianggap  sama, walau tegangan  drain diubah-ubah dan pada lembar data  arus  ini  disebut  Idss. Pada gambar kurva tampak bahwa jarak antara garis-garis mendatar itu tidak sama meskipun selisih UGS untuk tiap-tiap garis tetap 1 Volt.

b.      Karakteristik MOSFET

karakteristik  MOSFET  (NMOS)  arus  ID  sebagai  fungsi  VDS  dengan  parametr VGS ditunjukkan dalam Gambar 7. Pada MOSFET terdapat tiga daerah operasi yaitu daerah cut-off, linear dan saturasi. Pada daerah cut-off, tegangan  gerbang  lebih  kecil  dari  tegangan  ambang, sehingga tidak terbentuk saluran, dan arus tidak dapat mengalir (ID = 0). Pada daerah linear, pada awalnya gerbang diberi tegangan hingga terbentuk saluran. Apabila  drain  diberi tegangan yang kecil, maka elektron akan mengalir dari  source  menuju drain atau arus akan mengalir dari drain ke source. Selanjutnya saluran tersebut akan bertindak sebagai suatu tahanan, sehingga arus drain (ID) akan sebanding dengan tegangan drain.

Apabila  tegangan  drain  terus  ditingkatkan  hingga  tegangan  pada  gate  menjadi  netral,  lapisan inversi saluran pada sisi  drain akan hilang, dan mencapai suatu titik yang disebut titik pinch-off. Pada titik pinch-off ini merupakan permulaan dari daerah kerja saturasi. Apabila melebihi titik ini, peningkatan tegangan drain tidak akan mengubah arus drain, sehingga arus drain tetap (konstan)

Subscribe to receive free email updates: