1. Parameter JFET
Arus Transkonduktansi menghubungkan arus output dengan tegangan input . Untuk JFET adalah grafik terhadap VGS untuk transistor bipolar kurva transkonduktansi adalah grafik dari IC terhadap VBE . Misalnya dengan membaca harga-harga dari ID dan VGS . Dalam gambar 1 kita di tunjukkan dalam Gambar Transkonduktansi seperti di tunjukkan dalam Gambar 6a Umumnya kurvaTranskonduktansi dari suatu JFET akan terlihat seperti Gambar 6b.
Gb.5 Set Tipikal dari Kurva Cepat
Gb.6 Kurva Transkonduktansi
Sebagai contoh misalkan suatu JFET mempunyai IDSS sebesar 4 mA dan UGS (off) sebesar - 2 V. Dengan substitusi ke dalam persamaan (1). di bawah;
Dengan persamaan ini kita dapat menghitung arus cerat untuk setiap tegangan gerbang dalam daerah aktif. Banyak lembar data tidak memberikan kurva cerat atau kurva transkonduktansi. Tetapi anda memperoleh harga dari IDSS dan UGS(off). Dengan substitusi harga-harga tersebut ke dalam persamaan 1 anda dapat menghitung arus cerat untuk setiap tegangan gerbang.
Hukum kuadrat (square Law) adalah nama lain dari parabolik . Inilah sebabnya mengapa JFET sering di sebut piranti hukum kuadrat (square Law device ). Karena alasan yang akan di bahas kemudian, sifat hukum kuadrat memberikan keuntungan lain bagi JFETdi atas transistor bipolar dalam rangkaian yang di sebut penyampur (mixer).
2. Kurva Transkonduktansi yang Dinormalisasi
Kita dapat mengatur kembali persamaan ( 1 ) untuk mendapatkan;
Dengan substitusi 0, ¼, ½, ¾, dan 1untuk UGS/UGS(off), kita dapat menghitung harga-harga ID / IDSS yang bersangkutan yaitu 1, 9/16, ¼, 1/16 dan 0. Gambar 2c meringkas hasil-hasil tersebut; hal ini berlaku untuk semua JFET.
Berikut ini adalah penggunaan praktis dari kurva dalam Gambar 2c. Untuk membias JFET dekat titik tengah dari jangkauan arusnya yang berguna kita perlu menimbulkan ID yang besarnya mendekati setengah IDSS. Rasio arus 9/16 dekat dengan titik tengah dalam arus cerat; karena itu kita dapat menset Bias ttitik tengah dengan UGS yang mendekati.
Diberikan sebuah MPF 102 dengan UGS (off) = -8 V, kita harus menggunakan UGS = -2 V untuk mendapatkan arus cerat yang mendekati setengah arus cerat maksimum yang diperbolehkan.
3. Transkonduktansi
Besaran gm disebut transkonduktansi, didefinisikan sebagai;
Ini mengatakan transkonduktansi sama dengan perubahan arus cerat dibagi dengan perubahan tegangan gerbang yang bersangkutan. Jika perubahan tegangan gerbang sebesar 0,1 V menghasilkan perubahan arus cerat sebesar 0,2 mA.
Catatan: S adalah simbol untuk satuan “siemens,” mula-mula dinyatakan sebagai “mho”.
Gambar 7 memberi arti dari gm berkenaan dengan kurva transkonduktansi. Untuk menghitung gm pada suatu titik operasi, kita pilih dua titik yang berdekatan seperti A dan B pada tiap sisi dari titik Q Rasio perubahan ID terhadap perubahan dalam UGS memberikan harga gm antara kedua titik tersebut. Jika kita pilih pasangan titik yang lain pada bagian kurva yang lebih atas yaitu C dan D kita dapatkan perubahan ID yang lebih besar untuk suatu perubahan dalam UGS; karena itu gm pada bagian kurva yang lebih atas mempunyai harga yang lebih besar.
Pada lembar data untuk JFET biasanya anda di beri harga gm pada UGS = 0 yaitu harga gm antara titik-titik seperti C dan D dalam Gambar 7. Kita akan menyatakan harga gm ini sebagai gmo untuk menunjukkan harga tersebut di ukur pada UGS = 0.
Dengan menurunkan kemiringan (slope) dari kurva transkonduktansi pada titik-titik lain, kita dapat membuktikan setiap gm sama dengan;
Persamaan ini memberikan gm pada setiap titik operasi dalam hubungan dengan gmo pada lembar data.
Kadang-kadang, gm dinyatakan sebagai gm (transkonduktansi forward) atau yfs (transmitansi forward) Jika kita tidak dapat mendapatkan gm pada lembar data, cari gfs atau yfs. Sebagai contoh, lembar data dari suatu 2N5951 memberikan gfs = 6,5 mjS pada UGS = 0; ini ekivalen dengan gmo = 6,5 mS = 6500 µS.
Sebagai contoh lain, lembar data 2N 5457 mendaftar yfs = 3000 µS untuk UGS = 0, ekivalen dengan gmo = 3000 µS.
Gb.7 Arti Grafik dari Transkonduktansi
4. Harga UGS(off) Yang Teliti
Dengan kalkulus, kita dapat menurunkan rumus yang berguna berikut:
Ini berguna karena di samping IDSS dan gmo mudah di ukur dengan ketelitian yang tinggi UGS(off) sukar di ukur; Persamaan ( 6 ) memberikan jalan untuk menghitung UGS(OFF) dengan ketelitian yang tinggi.
Resistansi Cerat AC
Resistansi rds adalah resistansi ac dari cerat ke sumber didefinisikan sebagai;
Diatas tegangan pinchoff, perubahan ID kecil untuk suatu perubahan dalam UDS karena kurvanya hampir rata; karena itu rds mempunyai harga yang besar; secara tipikal antara 10 kΩ sampai 1 MΩ. Sebagai contoh, jika suatu perubahan dalam tegangan cerat sebesar 2 V menghasilkan perubahan dalam arus cerat sebesar 0,02 mA,
Lembar data biasanya tidak mendaftar harga rds. Tetapi, mereka memberikan spesifikasi timbalbalik, baik gos (konduktansi output) atau yos (admitansi output). Resistansi cerat dihubungkan dengan harga lembar data sebagai berikut:
Misalnya lembar data dari sebuah 2N5951 memberikan gos = 75 µS. Dengan Persamaan (7a),
Di samping itu lembar data 2N 5457 menunjukkan yos = 50 µS. Dengan Persamaan (7b),
5. Resitansi Cerat-Sumber Dalam Keadaan On
Dalam daerah aktif, Jfet bekerja sebagai sebuah sumber arus. Tetapi dalam daerah jenuh (tegangan cerat lebih kecil dari Up) dia bekerja sebagai sebuah resistor. Mengapa? Karena dalam daerah jenuh, suatu perubahan dalam tegangan cerat menghasilkan perubahan yang sebanding dalam arus cerat. Ini merupakan alasan daerah jenuh dari JFET yang beroperasi dalam daerah ohmik didefinisikan sebagai;
Contohnya, jika suatu perubahan dalam tegangan cerat sebesar 100 mV menghasilkan suatu perubahan sebesar 0,7 mA dalam daerah ohmik
Contoh: Sebuah JFET mempunyai IDSS = 10 mA dan gmo = 4000 µS . Hitung UGS(off), juga hitung untuk gm pada titik tengah bias.
Penyelesaian
Dengan Persamaan ( 6 )
Sekarang gunakan persamaan (5) untuk mendapatakan
6. Analisa Rangkaian FET
Bab ini membahas operasi DC dan AC dari FET. Setelah menurunkan rumus-rumus untuk bias dan cerat kita bahas penggunaan dari bufer, penguat AGC dan chopper.
7. Bias sendiri
Gambar 3-a menunjukkan bias sendiri , cara yang paling umum di gunakan untuk membias JFET . Arus cer4at mengalir melalui Rp dan RS , menghasilkan tegangan cerat sumber;
Tegangan melintasi resistansi sumber adalah karena arus gerbang kecil sehingga dapat di abaikan, terminal gerbang mempunyai tegangan pertanahan DC, sehingga;
Karena itu perbedaan potensial antara gerbang dan sumber adalah;
Ini menyatakan penurunan melalui RS menghasilkan tegangan bias UGS. Tidak ada sumber tegangan luar yang harus menggerakkan gerbang, dan inilah sebabnya rangkaian tersebut dikenal sebagai rangkaian bias sendiri.
Bias sendiri menstabilkan titik operasi stationer (guiescent) terhadap perubahan dalam parameter JFET (besaran seperti IDSS,gmo dan sebagainya). Idenya adalah sebagai berikut:
a. Bias sendiri b. Rangkaian - Titik Q tipikal
Misal kita mensubstitusi sebuah JFET dengan yang mempunyai harga gmo dua kali harga gmo JFET tersebut. Maka, arus cerat dalam Gambar 8-a akan mencoba menjadi duakali. Tetapi karena arus cerat ini mengalir melalui RS, tegangan gerbang - sumber UGS menjadi lebih negatif dan mengurangi arus cerat yang tadinya bertambah.
Dalam Gambar 8-b tegangan gerbang sama dengan seperempat UGS(off) menghasilkan arus cerat sebesar setengah IDSS (pendekatan). Dengan mensubstitusikan besaran tersebut ke dalam Persamaan 10 dan mencari harga RS kita dapatkan.
Dengan Persamaan (6), kita dapat menyederhanakan persamaan tersebut menjadi persamaan yang berguna;
Jika harga gmo dari suatu JFET diketahui, ambil harga kebalikannya, maka kita dapatkan resistansi sumber yang menset arus cerat sama dengan setengah IDSS. Karena gmo selalu diberikan dengan teliti dalam lembar data, Persamaan (12) memberikan cara yang cepat untuk menset bias sendiri pada titik tengahdari arus cerat.
CONTOH 1
2N 5457 dalam Gambar 8-a mempunyai gmo = 5000 µS dan IDSS = 5 mA. Berapa harga RS yang menghasilkan bias titik tengah? Berapa harga UGS yang bersangkutan ? Harga UDS?
PENYELESAIAN 1
Resistansi sumber ini menghasilkan arus cerat kira-kira 2,5 mA.
Tegangan gerbang-sumber adalah;
Tegangan cerat-sumber adalah;
CONTOH 2
2N 5484 dalam Gambar 9-b mempunyai gmo = 2,5 mS. Berapa harga dari RS yang menset bias titik tengah?
PENYELESAIAN 2
Resistor ini menset ID yang mendekati setengah IDSS.
CONTOH 3
Lembar data dari 2N 5457 menunjukkan gmo minimum 1 mS dan gmo maksimum 5 mS. Ini berarti bahwa jika kita bekerja dengan ribuan 2N 5457 kita akan mendapatkan beberapa yang mempunyai gmo serendah 1 mS dan beberapa dengan gmo setinggi 5 mS. Jika sebuah 2N 5457 di gunakan dalam rangkaian bias yang dibuat banyak, berapa harga RS yang diperlukan untuk menset bias titik tengah?
PENYELESAIAN 3
Disini kita harus berkompromi dan menggunakan harga rata-rata, jika kita menemukan harga parameter yang sangat menyebar yang paling baik adalah menggunakan harga rata-rata geometris. Harga rata-rata geometris untuk transkonduktansi diberikan oleh persamaan berikut.
Dengan mensubtitusikan harga minimum dan maksimum dari gmo 2N 5457 kita dapatkan;
8. Grafik bias sendiri
Dengan persamaan-persamaan ( 2 ), ( 6 ) dan ( 10 ), kita dapat menurunkan hubungan antara arus cerat, transkonduktansi dan resistor bias sumber. Gambar 5 meringkas hubungan ini. Grafik ini berlaku untuk semua JFET. Grafik tersebut akan membantu kita menentukan titik Q dari rangkaian terbias sendiri. Contoh-contoh berikut menunjukkan caranya.
CONTOH 4
Sebuah rangkaian terbias sendiri menggunakan JFET dengan IDSS = 10 mA, RS = 100Ω, dan gmo = 3000 µS. Berapa besarnya arus cerat?
PENYELESAIAN 4
Karena IDSS diketahui sama dengan 10 mA,
CONTOH 5
Sebuah JFET mempunyai gmo = 8000 µS. Berapa harga RS yang kita perlukan untuk mendapatkan arus ID seperempat IDSS.
PENYELESAIAN 5
Diketahui ID / IDSS = 0,25. Dalam Gambar 6, baca hasil kali gmo RS yang bersangkutan, yang adalah;
Resitansi sumber yang di perlukan adalah;
CONTOH 6
Dalam Gambar 7, JFET yang pertama mempunyai IDSS = 8 mA dan gmo = 4000 µS. JFET yang kedua mempunyai IDSS = 15 mA dan gmo = 3300 µS. Berapa arus cerat pada tiap tingkat?
PENYELESAIAN 6
Tingkat pertama mempunyai hasil kali
Dalam Gambar 11, kita baca rasio arus yang bersangkutan
9. Bias sumber arus
Bias sumber arus adalah cara yang utama untuk menstabilkan arus cepat terhadap variasi dalam parameter FET.
10. Dua Catu
Gambar 11-a menunjukkan bagaimana hal ini dilakukan jika sebuah catu terbagi tersedia ( tegangan bias positif dan negatif ). Bipolar bekerja sebagai sebuah sumber arus dan memaksa JFET mempunyai ID sama dengan IC.
Dalam Gambar 7a, transistor bipolar mempunyai arus emiter sebesar.
Dioda kolektor bekerja sebagai sebuah sumber arus, karenanya dia memaksa arus cerat mendekati sama dengan IE. Kondisi yang harus dipenuhi adalah;
Ini menjamin UGS negatif
Gb.12. Bias sumber arus
Gb.12. Bias sumber arus
Bias sumber arus seperti Gambar 12-a mengisi dengan sebaik-baiknya, UGS dan variasinya hampir sama sekali tidak ada. Variabel yang berarti hanyalah UBE dari transistor bipolar. Variabel tersebut berbeda sedikit dari transistor yang satu ke transistor lainnya, dan karena perubahan temperatur. Tetapi perubahan UBE ini hanyalah sepersepuluh volt. Karena itu dengan rangkaian seperti Gambar 12-a kita dapatkan harga ID yang hampir penuh (solid).
Sebagai contoh yang nyata, arus emiter dalam Gambar 12-b adalah;
Ini memaksa arus cerat mendekati harga sama dengan 1 mA. Tegangan cerat ke tanah adalah;
11. Satu Catu
Jika kita tidak mempunyai tegangan bias negatif, kita masih dapat menggunakan bias sumber arus seperti ditunjkkan dalam Gambar 8-c. Dalam rangkaian ini pembagi arus (R! dan R2) menset bias pembagi tegangan pada transistor bipolar. Hampir semua tegangan melalui R2 timbul melalui resistansi RE. Ini menetapkan arus emiter ke suatu harga pada dasarnya tak tergantung dari karakteristik JFET. Sekali lagi dioda kolektor bekerja sebagai sebuah sumber arus yang memaksa arus cerat sama dengan arus kolektor. Secara khusus perhatikanlah Gambar 8-c, jangan merubah posisi bawah RG. Tetapi harus menghubungkannya pada dasar dioda, ini penting untuk membalik-bias dari kolektor dioda.
