1. Dasar pembentukan MOS FET
Mosfet singkatan dari (Metal - Oxide Semi Conduktor FET)
- Mosfet mempunyai kaki-kaki:
- Sumber (Source) = S
- Cerat (Drain) = D
- Gerbang (Gate) = G
Adapun susunan pembentukan Mosfet dapat digambarkan sebagai berikut:
- Semi konduktor type N diberi terminal cerat ( D ) dan sumber ( S)
- Kedalamnya di tambahkan semi konduktor type P yang di namakan Substrate
- Kemudian pada bagian lain di lekatkan lapisan oksida logam tipis ( Si 02 ) dan di namakan Gerbang (Gate ) Si 02 bersifat isolator.
Bahan Dasar MOS FET
Pada gambar 17(e) menunjukkan antara Substrate dan Source di gabungkan dan di dapatkan sebagai Source (S) . Ini biasa di lakukan oleh pabrik pembuatnya.
Jadi di pasaran banyak kita jumpai Mosfet dengan 3 kaki ,tetapi biasa juga Mosfet mempunyai 4 kaki. Untuk Mosfet 4 kaki, bisa dipastikan mempunyai 2 gerbang (G1 dan G2), kaki-kaki yang lain adalah Drain (D) dan Source (S).
2. Struktur Mosfet Type Depletion dan Enhancement
a. Type Depletion MOSFET Chanal N - b. Type Enhancement MOSFET Chanal N
a. Depletion MOSFET P - b. Enhancement MOSFEET Type N - c. Enhancement MOSFET Type p
3. Simbol-simbol MOSFET
Simbol-simbol MOSFET
KETERANGAN:
- a) Depletion Mosfet Chanal n
- b) Depletion Mosfet Chanal p
- c) Enhancement Mosfet Chanal N
- d) Enhancement Mosfet Chanal P
4. Macam-macam MOSFET
Untuk mempelajari sifat -sifat dasar Mosfet kita harus mengenal macam-macam Mosfet yang di bedakan menjadi 2 jenis yaitu:
- Type Depletion Mosfet (D Mosfet).
- Type Enhancement Mosfet (E Mosfet).
Kedua jenis Mosfet tersebut dibedakan berdasarkan cara pemberian lapisan Substratenya. Pada Depletion Mosfet lapisan Substrate di pasang dalam kanal tidak menyentuh oksida logam ( Si 02 ) sehingga ada sisa kanal yang sempit.
Pada jenis kedua Enhancement Mosfet , lapisan Substrate di pasang pada kanal langsung menembus lapisan oksida logam ( Si 02 ) sehingga kanal tertutup sedang antara Drain dan Source terpisah oleh Substrate. Bahan yang digunakan sebagai kanal dan Substrate sama-sama Semikonduktor tapi type berlawanan.
5. Bias MOSFET
Untuk mengoperasikan hidup (on) dan mati (off) dari sebuah Mosfet di perlukan Bias Tegangan pada Gate dan Source (UGS) dan tegangan catu antara Drain dan Source (UDD).
Bias UGS di bedakan menjadi 2 macam:
- Bias peningkatan (Enhancement) Mosfet → UGS + (Positif)
- Bias pengosongan (Depletion) Mosfet → UGS - (negatif)
Perhatikan gambar berikut, menjelaskan cara memberi bias pada D Mosfet Type N
Bias D Mosfet dengan Depletion Mode
Bias D Mosfet dengan Enhancement Mode
Cara kerja D MOSFET
D Mosfet dapat dioperasikan dengan memberi Bias pada gatenya yaitu:
- Bias Depletion (UGS Negatif)
- Bias Enhancement Mode (UGS Positif)
1. D Mosfet dengan Depletion Mode
Tegangan Catu Drain dan Source ( UDS akan menyebabkan arus mengalir dari Drain ke Source ( ID ) melalui kanal yang sempit tersebut.
Tegangan UGG yang mencatu Gate dan Source ( UGS ) akan mengontrol lebar sempitnya kanal. Bila kanal lebar jumlah elektron yang melewati kanal dari Source ke Drain semakin banyak dan arus listrik ID besar . Dan sebaliknya bila kanal makin sempit jumlah elektron yang melewati akan sedikit dan arus listrik ID semakin kecil.
Jadi besar kecilnya arus Drain (ID) akan di kendalikan oleh tegangan Gate dan Source ( UGS ) . Jika tegangan UGS makin negatif ( mencapai UGS off ) maka arus ID semakin kecil ⤳ 0 .
Bila tegangan UGS ⤳ 0 ( Gate Source hubung singkat ) arus Drain ID makin besar. Tegangan UGS yang menyebabkan ID ⤳ 0 di sebut tegangan UGS cut off atau ( UGS off ) Untuk D Mosfet negatif.
2. D Mosfet dengan Enhancement Mode
Seperti penjelasan di atas , hanya Gate di beri tegangan positif (+ UGS). Bila Gate makin positif terhadap Source maka daya hantar kanal Mosfet akan semakin besar. Hal ini menyebabkan arus Drain yang menuju Source ( ID ) mencapai maksimum. Karena D Mosfet mempunyai arus saat UGS ⤳ 0 maka juga di sebut Mosfet "Normal ON". IDSS saat UGS ⤳ 0 bukan arus Drain maksimum.
3. Tahanan Isolasi
Kita ketahu tahanan input ( Zi ) Mosfet adalah tahanan antara Gate dan Source. Jadi Zi sangat tinggi dalam Gega ohm ( G Ω ), Karena antara gate ( G ) dan Source ( S ) di sekat oleh oksida logam Si 02, yang bersifat isolator.
4. Karakteristik D MOSFET
Kurva Transkonduktansi ID-UGS (D Mosfet Chanal N) & Kurva Karakteristik Output (D Mosfet Chanal)
E MOSFET
MOSFET jenis Enhancement (E Mosfet) atau Mosfet peningkatan hanya bekerja pada bias Enhancement Mode atau UGS + (Positif ).
E Mosfet dengan Enhancement Mode
1. Cara Kerja E MOSFET
Bila UGS ⤳ 0 tegangan UDD akan memaksa elektron dari Source ke Drain atau arus listrik dari Drain ke Source. Tapi karena lapisan Substrate menutup kanal dan bermuatan positif, maka akan menahan / menyekat arus tersebut dan menyebabkan tidak ada arus mengalir sehingga arus Drain ID ⤳ 0.
Bila Gate di beri tegangan positif ( UGS + ) maka pada sambungan antara Subtsrate dan oksida logam ( Si 02 ) timbul muatan elektron ( negatif) dan membentuk kanal N ( Umpamakan sebuah Kondensator ). Melebarnya kanal akan menyebabkan banyak arus listrik mengalir dari Source ke Drain dan terjadilah arus listrik mengalir dari Drain ke Source ( ID ). Tegangan UGS makin positif arus Drain ( ID ) semakin besar.
Tegangan UGS minimal yang dapat menimbulkan kanal sempit dan memulai arus ID mengalir atau E Mosfet ON di sebut tegangan ambang ( thereshold voltage ) UT.
2. Desah MOSFET
Mosfet selain mempunyai tahanan masukan tinggi juga mempunyai Noise / Desah sangat rendah bila di banding Transistor. Karena struktur bahannya untuk kanal ( saluran ) terbuat dari satu jenis bahan semikonduktor N atau P saja tanpa sambungan sebagai jalannya arus Drain (ID) menuju Source.
Kurva Transhonduktansi (Transfer) Output [ID - UGS E Mosfet Chanal N] & Kurva Karakteristik [E Mosfet Chanal N]
Struktur Bahan dan Simbol D Mosfet Chanal N
Karakteristik Output D Mosfet Cahanal N & Kurva Karakteristik Trnsfer (Transkonduktansi) D mosfet Cahanal N
Sifat MOSFET
Untuk memudahkan cara memahami sifat-sifat kelistrikan tentang mosfet baik nanti dioperasikan dalam kondisi statis maupun dinamis, perlu kita tinjau kembali pemahaman prinsip kerja Mosfet dengan mempelajari macam-macam karakteristik Mosfet, dan uraian dasar penguat Mosfet dari parameter-parameter yang dimiliki Mosfet.
1. D Mosfet Chanal N
a. Kurva Transkonduktansi - b. Simbol - c. Karakteristik Kurva Output
2. D Mosfet Chanal P
a. Kurva Transkonduktansi - b. Simbol - c. Kurva Karakteristik Output
3. E Mosfet Chanal N
a. Kurva Transkonduktansi - b. Simbol - c. Kurva Karakteristik Output
4. E Mosfet Chanal P
a. Kurva Transkonduktansi - b. Simbol - c. Kurva Karakteristik Output
Keterangan:
- Up = Tegangan pinch off , yaitu tegangan UGS yang menyebabkan arus drain ID = 0 atau Mosfet off ⇒ (Up = UGS off )
- UT = Tegangan Threshold ( tegangan ambang ) pada E Mosfet , yaitu tegangan UGS yang menyebabkan arus drain = 0 atau E Mosfet off
- K = Bilangan konstanta yang besarnya tergantung dari jenis Mosfet khusus
- Pada E Mosfet . IDSS tidak berlaku untuk mencari ID karena saat UGS = O ID = O
- Nilai K rumus diatas bisa diambil pendekatan 0,3 mA / V
- IDSS = Arus Drain saat UGS = O
Dasar penguat Mosfet
Istilah baru dalam parameter penguat Mosfet yang diberlakukan untuk sinyal AC:
1. gm (Transkonduktansi)
2. rd (Tahanan Drain)
3. µ (Faktor Penguatan)
Notasi arus tegangan yang diikuti indek huruf kecil pada rumus-rumus diatas artinya adalah:
- id : Arus drain untuk sinyal AC kecil
- Ugs : tegangan sinyal AC kecil pada G dan S
- Uds : tegangan sinyal AC kecil yang di bangkitkan pada D dan S.
