MOSFET. Struktur dan operasi fisik dari MOSFET jenis enhancement. Gambar 1. Struktrur fisik transistor NMOS jenis enhancement

MOSFET

• Struktur dan operasi fisik dari MOSFET jenis ‘enhancement’

• Cara kerja tanpa tegangan ‘gate’

Tanpa tegangan gate akan ada 2 dioda yang diserikan secara ‘back-to-back’ antara source dan drain. Kedua dioda ini akan mencegah adanya arus dari drain ke source jika v_DS dipasang. Resistansi pada jalur antara drain dan source sangat tinggi (pada orde 1012 Ω).

• Pemasangan tegangan v_DS yang kecil.

Gambar 3. Transistor NMOS dengan v_GS > V_t dengan tegangan v_DS terpasang

Konduktansi kanal sebanding dengan v_GS – v_t

Gambar 4. Karakteristik i_D – v_DS dari MOSFET

 MOSFET bekerja seperti resistansi linier yang dikendalikan oleh v_GS.

 Untuk v_GS ≤ V_t, resistansinya tidak terhingga, dan harganya menurun jika

v_GS melebihi V_t.

 Jadi, agar MOSFET terkonduksi harus ada kanal induksi. Dengan bertambahnya v_GS melebihi V_t meningkatkan kemampuan kanal, oleh

• Operasi bila v_DS dinaikkan.

Gambar 5. Cara kerja transistor NMOS jenis enhancement dengan meningkatnya v_DS

Gambar 6. Hubungan i_D dengan v_DS pada transistor NMOS jenis enhancement yang beroperasi dengan v_GS > V_t

Perhatikan gambar dan sebuah ‘strip’ pada gate yang berjarak x dari source. Kapasitansi strip ini: C_oxWdx. Untuk mendapatkan muatan pada strip ini, kalikan kapasitansinya dengan tegangan efektif antara gate dan kanal pada titik x yaitu: [v_GS – v(x) – V_t]; v(x) adalah tegangan pada kanal di titik x.

dq = - C_ox (W dx)[v_\GS – v(x) – V_t]

Tegangan v_DS menghasilkan medan listrik sepanjang kanal. Medan listrik pada titik x: dx x dv x E( )   ( )

Medan listrik E(x) menyebabkan muatan elektron dq bergerak ke arah drain dengan kecepatan:

dx dq dt dq i dx x dv x E dt dx n n ) ( ) (     





Hubungan i_D - v_DS o x o x o x

t

C





Walaupun dievaluasi pada titik tertentu, arus i harus konstan pada semua titik di sepanjang kanal. i harus sama dengan arus dari source ke drain dan berlawan arah dengan arus dari drain ke source (i_D)























2



2 1 0 0 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( DS DS t GS o x n D L v t GS o x n D t GS o x n D t GS o x n D v v V v L W C i x dv V x v v W C dx i x dv V x v v W C dx i dx x dv V x v v W C i i D S                    





   

Harga arus pada ujung daerah trioda atau permulaan daerah jenuh dapat diperoleh dengan menggantikan v_DS=v_GS – V_t









2 2 1 t GS o x n D v V L W C i        



µ_nC_ox disebut parameter transkonduktansi proses. Dituliskan sebagai k_n’













(daerah jenuh) ioda) (daerah tr 2 ' 2 1 2 2 1 ' t GS n D DS DS t GS n D V v L W k i v v V v L W k i     

Jadi arus drain sebanding dengan perbandingan lebar kanal dan panjang kanal, yang disebut ‘aspect ratio’ dari MOSFET

MOSFET kanal-p

MOSFET kanal-p jenis ’enchancement’ (PMOS), dibuat pada substrate jenis n dengan daerah p+ _{pada drain dan source. Cara kerjanya sama dengan}

Complementary MOS atau CMOS

Gambar 9. Rangkaian terintegrasi CMOS

Pada teknologi CMOS, transistor NMOS diimplementasiikan langsung pada substrate jenis p, sedangkan transistor PMOS dibuat pada n-well. Kedua divais diisolasi satu dengan lainnya dengan oksida yang tebal sebagai insulator.

Karakteristik arus dan tegangan.

•

Lambang rangkaian

Gambar 10. Lambang MOSFET kanal n jenis enhancement

Kurva karakteristik menunjukkan 3 daerah kerja: 1. daerah ‘cutoff’

2. daerah trioda 3. daerah jenuh.

• Daerah jenuh dipakai bila FET bekerja sebagai penguat.

• Daerah cutoff dan trioda digunakan bila FET bekerja sebagai saklar. FET pada daerah cutoff jika: v_GS < V_t

Pada daerah trioda:

v_GS ≥ V_t (induced channel)

v_GD > V_t (continuous channel)

v_GD = v_GS – v_DS v_GS – v_DS > V_t

v_DS < v_GD – V_t (continuous channel)

Jadi MOSFET kanal –n jenis ‘enchancement’ berkerja di daerah trioda jika v_GS lebih besar dari V_t dan tegangan pada drain lebih rendah dari tegangan gate minimal sebesar V_t volt









o x n n DS DS t GS n D C k v v V v L W k i



    ' 2 2 1 '

Jika v_DS cukup kecil, v_DS2 _{dapat diabaikan.}



GS t



DS n D v V v L W k i  ' 

r_DS adalah resistansi linier yang dikendalikan oleh v_GS. Jika v_GS = V_GS, maka





                      _    OV n DS t GS OV GS GS DS t GS n D DS DS V L W k r V V V V v v V V L W k i v r ' 1 ' 1 ) dan kecil (untuk

Batas antara daerah trioda dan daerah jenuh:

v_DS = v_GS – V_t

Arus i_D pada keadaan jenuh '  2 2 1 t GS n D v V L W k i  

Pada keadaan jenuh:

arus i_D tidak tergantung dari tegangan drain, v_DS

arus i_Dditentukan oleh tegangan gate, v_GS

MOSFET menjadi sebuah sumber arus ideal yang harganya dikendalikan oleh v_GS

Catatan: ini adalah model rangkaian ekivalen sinyal besar Pada batas antara daerah trioda dan daerah jenuh:

2 ' 2 1 DS n D v L W k i 

MOSFET bekerja di daerah jenuh jika:

v_GS ≥ V_t (induced channel)

v_GD ≤ V_t (pinched-off channel)

v_DS ≥ v_GS – V_t (pinched-off channel)

Jadi MOSFET kanal –n jenis ‘enhancement’ bekerja pada daerah jenuh jika v_GS lebih besar dari V_t dan tegangan drain tidak lebih kecil dari tegangan gate melebihi V_t volt

Gambar 12. karakteristik i_D - v_GS transistor NMOS jenis enhancement pada keadaan jenuh (V_t = 1 V dan k_n’(W/L) = 1,0 mA/v2

Gambar 13. Rangkaian ekivalen model sinyal besar dari NMOS pada daerah jenuh

Gambar 14. Level relatif tegangan terminal transistor NMOS yang beroperasi pada daerah trioda dan daerah jenuh.

Resistansi keluaran pada keadaan jenuh

Gambar 15. Kenaikan v_DS melebihi v_DSsat yang menyebabkan titik ‘pinch-off’ sedikit menjauh dari drain

 v_DS naik melebihi v_DSsat, titik ‘pinched-off’ dari kanal bergeser menjauhi drain

menuju source, sehingga ada daerah ‘depletion’ antara drain dan ujung kanal. Akibatnya panjang kanal akan berkurang.

 Keadaan ini disebut ‘channel-length modulation

 Karena i_D berbanding terbalik dengan panjang kanal, maka i_D naik dengan naiknya v_DS.

 Untuk menghitung ketergantungan i_D pada v_DS pada keadaan jenuh, ganti L dengan (L – ΔL)







 







2 ' 2 1 2 ' 2 1 2 ' 2 1 1 1 1 t GS n t GS n t GS n D V v L L L W k V v L L L W k V v L L W k i        _           Diasumsikan (ΔL/L) << 1

Jika ΔL sebanding dengan v_DS :

ΔL = λ’v_DS

λ’ parameter teknologi proses dengan dimensi µm/V







 



t GS DS n D v V v W k i L V v v L L W k i                  1 ' ' 1 2 ' 1 2 ' 2 1

23

Gambar 15. Efek v_DS pada i_D pada daerah jenuh

Ektrapolasi garis lurus pada kurva karakteristik i_D – v_DS akan memotong sumbu v_DS pada titik v_DS = - 1/λ ≡ -V_A.

v_A = 1/λ

Untuk suatu proses tertentu, V_A sebanding dengan panjang kanal L. V_A = V_A’L

Gambar 17. Model rangkaian sinyal besar dari MOSFET kanal -n pada keadaan jenuh dengan adanya resistansi r_o

Catatan: divais dengan kanal yang lebih pendek lebih terpengaruh dengan efek ‘channel-length modulation’.

‘Channel-length modulation’ menyebabkan adanya resistansi keluaran (tidak ∞), r_o









D A o D o t GS n o v DS D o I V r I r V V L W k r v i r G S                        1 1 2 ' 1 2 k o n stan  

Dimana I_D adalah arus drain tanpa memperhitungkan ‘channel-length modulation’

Karakteristik MOSFET kanal p

Untuk menginduksi sebuah kanal harus dipasang tegangan pada gate lebih kecil dari V_t.

v_GS ≤ V_t (induced channel)

v_SG ≥ |V_t|

Untuk bekerja di daerah trioda:

v_DS ≥ v_GS – V_t (continuous channel)  





o x p p DS DS t GS p D C k v v V v L W k i      ' 2 2 1 ' v_GS, V_t dan v_DS negatif µ_p = 0,25 – 0,5 µ_n

Untuk bekerja di daerah jenuh:

v_DS ≤ v_GS – V_t (pinched-off channel)



GS t

 

DS



p D v V v L W k i  ₂1 '  2 1



v_GS, V_t, λ dan v_DS negatif

Agar transistor PMOS bekerja, tegangan gate harus dibuat lebih rendah dari tegangan source sedikitnya sebesar |V_t|. Untuk bekerja di daerah trioda, tegangan drain harus lebih besar dari tegangan gate minimal sebesar |V_t|, jika tidak, PMOS bekerja di daerah jenuh.

Gambar 19. Level relatif tegangan terminal transistor PMOS yang beroperasi pada daerah trioda dan daerah jenuh.

Peranan substrate – the body effect Dalam banyak pemakaian:

– substrate dihubungkan dengan source

– pn junction antara substrate dan gate selalu ‘off’.

Pada keadaan ini substrate tidak berperan dalam kerja rangkaian.

Pada IC, banyak MOS menggunakan substrate yang sama. Agar junction antara substrate dan gate selalu ‘off’:

– Substrate dihubungkan ke tegangan yang paling negatif untuk rangkaian NMOS

– Substrate dihubungkan ke tegangan yang paling positif untuk rangkaian

PMOS

Akibatnya tegangan reverse-bias antara source dan body (V_SB pada divais kanal n) akan mempengaruhi kerja divais.

Reverse bias ini akan:

– Memperlebar daerah ‘depletion’ – Mengurangi kedalaman kanal

Efek dari V_SB pada kanal dinyatakan dengan perubahan V_t



f S B f



t

t V V

V  ₀ 



2



  2



V_t0 = tegangan ambang untuk V_SB = 0

φ_f = parameter fisik; biasanya 2φ_f = 0,6 V

γ= parameter proses pembuatan

OX S A C qN    2 q= 1,6 x 10-19 _C N_A = konsentrasi doping ε_S = permitivitas silikon = 11,7 ε₀ = 11,7 x 8,854 x 10-12

Pengaruh suhu

– V_t dan k’ sensitif terhadap suhu – V_t turun 2 mV/°C

– i_D berkurang dengan naiknya suhu Breakdown dan proteksi input

• Breakdown terjadi jika tegangan drain naik mencapai harga dimana pn junction antara drain dan substrate mengalami breakdown avalanche.

• Akibatnya akan ada peningkatan arus.

• Keadaan ini terjadi pada tegangan 20 – 150 V. Punch-through adalah efek lain dari breakdown. • Terjadi pada tegangan yang lebih rendah (20V).

• Terjadi pada divais yang mempunyai kanal pendek yaitu pada saat tegangan drain naik ke suatu titik di mana daerah depletion sekitar drain melewati kanal dan mencapai source.

• Arus drain akan naik dengan cepat.

Breakdown oksida gate terjadi bila tegangan melebihi 30V.

• Breakdown ini menyebabkan kerusakan permanen pada divais

• Penyebabnya adanya akumulasi muatan statik pada kapasitor gate yang dapat melebihi tegangan breakdown-nya.

• Untuk mencegah akumulasi muatan statik pada kapasitor gate, dipasang alat proteksi pada terminal masukan dari IC MOS yang terdiri dari rangkaian dioda penjepit (clamping diodes)

Summary Transistor NMOS: Simbol Tegangan overdrive: v_OV = v_GS – V_t v_GS =V_t + v_OV

Bekerja di daerah trioda:

•Kondisi:

• v_GS ≥ V_t ↔ v_OV ≥ 0

 



2



2 1 DS DS t GS OX n D v V v v L W C i     • karakteristik i – v • Untuk v_DS << 2(v_GS – V_t) ↔ v_GS << 2 v_OV  _      _   _{n OX GS t} D DS DS v V L W C i v r 1 

Bekerja di daerah jenuh:

• Kondisi: • v_GS ≥ V_t ↔ v_OV ≥ 0 • v_GD ≤ V_t ↔ v_DS ≥ v_GS – V_t ↔ v_DS ≥ v_OV • Karakteristik D n i – vOX vGS Vt   vDS  L W C i  1₂   2 1 

Model rangkaian ekivalen sinyal besar   D A t GS OX n o I V V V L W C r _       _  1 2 2 1   dimana





2 2 1 t GS OX n D V V L W C I    Tegangan ambang:



f S B f



t t V V V  ₀ 



2



  2



Parameter proses:



























_V12



2 V 1 m V V A F/m 1 ' ' 2 OX S A A A A OX n n OX OX OX C qN V L V V C k t C            Konstanta: ε₀ = 8,854 x 10-12 _F/m ε_OX = 3,9 ε₀ = 3,45 x 10-11 _F/m ε_S = 11,7 ε₀ = 1,04 x 10-10 _F/m q = 1,602 x 10-19 _C

Transistor PMOS

Simbol:

Tegangan overdrive:

v_OV = v_GS – V_t v_SG =|V_t| + |v_OV|

Bekerja di daerah trioda:

•Kondisi:

• v_GS ≤ V_t ↔ v_OV ≤ 0 ↔ v_SC ≥ |V_t|

Bekerja di daerah jenuh:

• Kondisi:

• v_GS ≤ V_t ↔ v_OV ≤ 0 ↔ v_SG ≥ |V_t|

• v_DG ≤ |V_t| ↔ v_DS ≥ v_GS – V_t ↔ v_DS ≥ |v_OV|

• Karakteristik i – v

Mempunyai hubungan yang sama seperti pada transistor NMOS kecuali:

• µ_n, k_n’ dan N_A diganti dengan µ_p, k_p’ dan N_D

• V_t, V_t0, V_A, λ dan γ bernilai negatif •Model rangkaian ekivalen sinyal besar

  VA V V W C r      1 2 1  

Contoh soal:

Sebuah MOSFET mempunyai L_min = 0,4μm, t_OX = 8 nm, μ_n = 450 cm2_/Vs

dan V_t = 0,7 V.

a. Carilah C_OX dan k’_n.

b. Untuk MOSFET dengan W/L = 8 μm/0,8μm, hitunglah harga V_GS dan

V_DSmin yang diperlukan agar transistor bekerja di daerah jenuh dengan arus dc I_D = 100 μA

c. Untuk MOSFET pada (b), carilah harga V_GS yang diperlukan agar MOSFET bekerja sebagai resistor 1000 Ω untuk v_DS yang sangat kecil Jawab: a. 2 6 -2 2 ' 2 2 3 9 11 A/V 194 (F/V.s ) 10 194 ) m (fF/ 4,32 V.s ) / (cm 450 m fF/ 4,32 F/m 10 32 , 4 10 8 10 45 , 3                      OX n n OX OX OX C k t C

Untuk bekerja di daerah jenuh:









V 32 , 0 V 02 , 1 V 32 , 0 7 , 0 7 , 0 8 , 0 8 194 100 mi n 2 2 1 2 ' 2 1             t GS DS GS GS GS t GS n D V V V V V V V v L W k I

Untuk MOSFET di daerah trioda dengan v_DS sangat kecil:











0,7



10 10 194 1 1000 1 6 ' '           _      t GS n k ec i l v D DS DS DS t GS n D V V V L W k i v r v V v L W k i D S

Rangkaian MOSFET pada DC Contoh soal

Rancanglah rangkaian seperti pada gambar di samping ini sehingga transistor bekerja pada I_D

= 0,4 mA dan V_D = +0,5 V. Transistor NMOS mempunyai V_t = 0,7 V, μ_nC_OX = 100 μA/V2_{, L =}

1μm dan W = 32 μm. Abaikan pengaruh channel-length modulation (λ = 0)

Jawab:

V_D = 0, 5 V > V_G → NMOS bekerja pada daerah jenuh.

 2 2 1 t GS OX n D V V L W C I    V_GS – V_t = V_OV; I_D = 0,4 mA = 400 μA; μ_nC_OX = 100 μA/V2 _{dan W/L = 32/1} 2 2 1 1 32 100 400    V_OV V_OV = 0,5V V_GS = V_t + V_OV = 0,7 + 0,5 = 1,2 V V_G = 0 → V_S = - 1,2 V         k 25 , 3 4 , 0 ) 5 , 2 ( 2 , 1 D SS S S I V V R Untuk mendapatkan V_D = +0,5 V:       5 , 0 5 2, I V V R D D DD D

Rancang rangkaian seperti gambar 21 untuk mendapatkan arus I_D = 80 μA. Cari harga R dan tegangan DC V_D.

Transistor NMOS mempunyai V_t = 0,6 V, μ_nC_OX = 200 μA/V2_{, L} = 0,8 μm dan

W = 4μ. (asumsikan λ=0)

Jawab:

V_DG = 0 →V_D = V_G dan FET bekerja di daerah jenuh













                     k 25 080 , 0 1 3 V 1 V 1 4 , 0 6 , 0 V 4 , 0 8 , 0 4 200 80 2 2 ₂1 2 2 2 1 D D DD G D OV t GS OX n D OV OV OX n t GS OX n D I V V R V V V V V L W C I V V L W C V V L W C I







Rancanglah rangkaian pada gambar 22 agar tegangan drain = 0,1V.

Berapakah resistansi antara drain dan source pada titik kerja ini ? V_t = 1 V dan k_n’(W/L) = 1 mA/V2_.

 





 





                    253 395 , 0 1 , 0 k 4 , 12 395 , 0 1 , 0 5 m A 0,395 01 , 0 1 , 0 1 5 1 ₂1 2 2 1 ' D DS DS D D DD D D DS DS t GS n D I V r I V V R I V V V V L W k I Jawab:

V_D = V_G – 4,9 V dan V_t = 1 V → MOSFET bekerja di daerah trioda. Jadi arus I_D :

Analisa rangkaian pada gamabr 23(a) untuk menentukan tegangan di semua node dan arus di semua cabang. Diketahui V_t = 1 V dan k_n’(W/L) = 1 mA/V2_{. (asumsikan} λ _{= 0)}

Gambar 23 (b) Rangkaian dengan analisis terinci

Jawab:

Karena arus gate = 0, tegangan gate:

V 5 10 10 10 10 1 2 2       G G G DD G R R R V V

V_G > 0 → transistor NMOS bekerja.

Asumsikan transistor bekerja di daerah jenuh.

V_G = 5 V V_S = I_D x R_S = I_D (mA) x 6 kΩ = 6 I_D V_GS = V_G – V_S = 5 – 6I_D     V 7 5 , 0 6 10 V 2 3 5 V 3 6 5 , 0 m A 5 , 0 : Jadi off' ' trans is tor V 34 , 5 89 , 0 6 m A 89 , 0 m A 5 , 0 m A; 89 , 0 0 8 25 18 1 6 5 1 1 2 1 2 2 2 1 2 ' 2 1                                 D GS S D G S S D D D D D D t GS n D V V V I V V V I I I I I I V V L W k I

Rancang rangkaian seperti pada gambar 24 sehingga transistor bekerja di daerah jenuh dengan I_D = 0,5 mA dan V_D = +3 V. Transistor PMOS jenis ‘enchancement’ mempunyai V_t = -1 V dan k_p’(W/L) = 1 mA/V2_{. Asumsikan} λ _{= 0.}

Berapa harga terbesar R_O agar tetap bekerja di daerah jenuh?

I_D = 0,5 mA dan k_p’W/L = 1 mA/V2 _maka:

V_OV = -1 V

(untuk PMOS V_t negatif)

V_GS = V_t + V_OV = - 1 – 1 = - 2 V

V_S =+5 V → V_G = +3 V

V_G = +3 V dapat diperoleh dengan memilih harga R_G1 dan R_G2. Salah satu kemungkinan R_G1 = 2 MΩ dan R_G2 = 3 MΩ     6k 5 , 0 3 D D D I V R

Bekerja pada mode jenuh: V_D harus lebih besar dari V_G sebanyak |V_t|

V_Dmax= 3 + 1 = 4 V

R_D = 4/0,5 = 8 kΩ

Jawab:

MOSFET bekerja di daerah jenuh: _{ }

2 ' 2 1 2 ' 2 1 _{p OV} t GS p D V L W k V V L W k I   

53

Transistor NMOS dan PMOS mempunyai kesesuaian dengan k_n’(W/L) = k_p’(W/L) = 1 mA/V2_{, V}

tn = -Vtp = 1 V.

Asumsikan λ = 0 untuk kedua transistor. Carilah arus drain i_DN dan i_DP dan

v_O untuk v_I = 0 V, +2,5V dan -2,5V

Jawab:

Gambar (b) menunjukkan bila v_I = 0V. Kedua transistor ‘matched’ dan

bekerja pada |V_GS| = 2,5V → v_O = 0V

Jadi Q_N dan Q_P bekerja dengan |V_GD| = 0 V → bekerja pada daerah jenuh. I_DN = I_DP = ½ x 1 x (2,5 – 1)2 _{= 1,125 mA}

Gambar (c) menunjukkan bila v_I = 2,5V. Transistor Q_P mempunyai V_GS = 0 V → ‘cutoff’ → v_Onegatif → V_GD > V_t → bekerja pada daerah trioda.

I_DN = k_n’ (W_n/L_n)(V_GS – V_t)V_DS

= 1[(2,5 – (-2,5) – 1][v_O – (-2,5)]

I_DN (mA) = (0 – v_O)/10 (kΩ) I_DN = 0,244 mA ; v_O = -2,44 V

V_DS = -2,44 – (-2,5) = 0,06 V

Gambar (d) menunjukkan bila v_I = -2,5 V. Kasus ini kebalikan dari kasus gambar (c). Transistor Q_N akan ‘cutoff’ → I_DN = 0. Q_P bekerja pada daerah trioda dengan I = 2,44 mA dan v =+2,44 V

MOSFET sebagai Penguat dan Saklar

MOSFET sebagai penguat:

– Bekerja di daerah jenuh

– Berperan sebagai sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan

(VCCS). Perubahan pada tegangan

v

_GS

akan mengubah arus

drain

i

_D

.

MOSFET yang bekerja di daerah jenuh dapat dipakai untuk

membuat penguat transkonduktansi (transconductance amplifier).

Yang diinginkan penguat linier; jadi harus ada

‘bias dc’ agar

MOSFET bekerja pada

V

_GS

dan

I

_D

tertentu, kemudian ditumpangkan

tegangan

v

_gs

yang akan diperkuat pada tegangan dc

V

_GS

. Dengan

menjaga

v

_gs

kecil arus drain,

i

_d

dapat dibuat sebanding dengan

v

_gs

Cara kerja Sinyal Besar – Karakteristik Transfer

Gambar 26(a) Struktur dasar rangkaian penguat ‘common source’

(b) Grafik yang digunakan untuk menentukan karakteristik transfer penguat pada gambar (a)

Penurunan karakteristik transfer secara grafis.

Pada rangkaian CS drain dihubungkan ke catu daya V_DD melalui R_D,

sehingga diperoleh hubungan i_D dan v_DS sebagiai berikut:

DS D D DD D D D DD DS v R R V i i R V v 1    

Secara kuantitatif,rangkaian bekerja sebagai berikut:

v_I = v_GS.

Untuk v_I < V_t → transistor ‘cutoff’, i_D = 0, v_O = v_DS = V_DD. Transistor bekerja pada titik A.

v_I > V_t → transistor ‘on’, i_D meningkat, v_O menurun. Karena v_O bermula dengan harga yang tinggi, transistor bekerja dalam keadaan jenuh. Keadaan ini ditunjukkan oleh garis beban antara titik A dan B.

v_I < V_t → v_DS = v_GS – V_t → MOSFET memasuki daerah kerja trioda. Pada

kurva ditunjukkan dengan titik B yang memotong garis beban dengan kurva garis terputus yang mendefinisikan batas antara daerah jenuh dan daerah trioda. Ttitk B didefinisikan sebagai:

V_OB = V_IB – V_t

Untuk v_I > V_IB, transistor makin masuk ke daerah trioda. Pada titik C, v_I= V_DD, v_OC biasanya kecil sekali.

Titik-titik pada kurva hubungan i_D – v_DS di gambar 26(b) menghasilkan kurva transfer pada gambar 26(c)

MOSFET Bekerja Sebagai Saklar

.

Jika MOSFET dipakai sebagai saklar, MOSFET bekerja pada titik-titik ekstrim dari kurva transfer.

MOSFET off bila v_I < V_t → bekerja pada titiik antara X dan A dengan v_O = V_DD. Saklar ‘on’ dengan v_I mendekati V_DD → bekerja mendekati titik C dengan v_O

sangat kecil.

Jadi CS MOS dapat digunakan sebagai inverter logik dengan level tegangan ‘low’ mendekati o dan’high’ mendekati V_DD.

MOSFET Bekerja Sebagai Penguat Linier

MOSFET sebagai penguat → bekerja di daerah jenuh.

MOSFET diberi bias dc pada titik di tengah-tengah kurva. Titik ini disebut titik kerja atau quiescent point.

Sinyal tegangan yang akan diperkuat, ditumpangkan pada tegangan dc V_IQ. (lihat gambar 26(c)).

Syarat linier:

Faktor penguatan: i IQ V v i o v dv dv A  

Cara memilih titik kerja.

V_DSQ harus lebih kecil dari V_DD dan lebih besar dari V_OB sehingga dapat mengakomodasi harga simpangan maksimum dan simpangan minimum dari tegangan keluaran.

Jika V_DSQ terlalu dekat dengan V_DD, harga simpangan maksimum sinyal keluaran akan ‘terpotong’ (clipped off). Pada keadaan ini dikatakan penguat tidak mempunyai cukup ‘headroom’.

Jika V_DSQ terlalu dekat dengan batas trioda, harga simpangan minimum sinyal keluaran akan terdistorsi. Pada keadaan ini dikatakan penguat tidak mempunyai cukup ‘legroom’.

Gambar 27. Dua garis beban dan titik kerjanya.

Titik Q₁ terlalu dekat dengan V_DD, dan titik Q₂ terlalu dekat dengan batas daerah trioda.