Field Effect Transistor II

TRANSISTOR II

BJT dan FET

BJT

I

_C

I

_B

(kontrol arus)

FET I

_D

+

-

V

_GS

(kontrol tegangan)

Bipolar Junction Transistor (BJT) : -. dikontrol oleh arus

- I_C bergantung pada I_B

-. carrier: elekron dan hole (bipolar)

Field Effect Transisitor (FET) : -dikontrol oleh tegangan

- I_D bergantung pada V_GS

- carrier: elektron atau hole (unipolar)

Tipe FET

• 1. Junction Field Effect Transistor (JFET)

• 2. Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor (MOSFET)

Kontruksi JFET

• 2 tipe JFET : n channel dan p channel

• Terdapat 3 terminal - Drain (D)

- Source (S)

- Gate (G)

Cara Kerja JFET

• Pada junction terjadi lapisan deplesi (depletion layer) akibat rekombinasi elektron dan holes

• Ketika elektron mengalir dari source ke drain, elektron harus melewati channel sempit di antara ke dua lapisan deplesi. Semakin negatif tegangan gate, semakin sempit channel. Semakin kecil arus yang mengalir antara souce dan drain

• Tegangan gate mengontrol besar arus yang mengalir antara source dan drain

source gate

drain

Karakterisitik Operasi JFET

3 kondisi operasi JFET:

A. V

^GS

= 0, V

^DS

menaik ke suatu nilai positif

B. V

^GS

< 0, V

^DS

pada suatu nilai positif

C. Voltage Controlled Resistor

Kondisi 1

• Kondisi 1: VGS=0 dan VDS naik ke suatu nilai positif:

- Gate dihubungkan dengan Source V_GS=0

- VGS=0 dan VDS=0 FET tidak aktif - VDS dinaikkan: Daerah deplesi antara p gate dan n channel akan membesar dengan semakin

banyaknya elektron yang berekombinasi dengan hole - Memperbesar daerah deplesi akan memperkecil daerah n dan memperbesar resistansinya

- Arus dari Source ke Drain (ID) semakin besar karena VDS semakin besar

Pinch Off

• Jika V

_DS

dinaikkan terus daerah

deplesi semakin membesar sampai akhirnya

bersentuhan

(pinchoff)

Saturasi

• Pada titik pinchoff:

• Kenaikan V

_DS

lebih lanjut tidak akan menaikkan I

_D

. V

_GS

pada pinchoff

dinyatakan dengan V

_P

• I

_D

pada saturasi atau maksimum dinyatakan

dengan I

_DSS

Kondisi 2

• V

_GS

< 0 dan V

_DS

pada suatu nilai positif:

• V

_GS

semakin

negatif, maka

daerah deplesi

akan semakin

besar

I ^D  I ^DSS

V_GS menjadi lebih negatif:

•

JFET akan pinch-off pada tegangan yg lebih rendah (Vp).

• I

_D

berkurang (I

_D

< I

_DSS

) meskipun V

_DS

dinaikkan

• I

_D

pada 0A. V

_GS

pada titik ini disebut Vp or gate source cutt off voltage, V

_GS(off)

.

• breakdown V

_DS

> V

_DSmax

.

Kurva Drain JFET

Kondisi 3

• Voltage Controlled Resistor:

• Daerah disebelah kiri titik pinchoff dinamakan daerah ohmic. JFET dapat dioperasikan

sebagai variable resistor dimana resistansi drain source, r

_d

dikontrol oleh V

_GS

.

• V

_GS

lebih negatif, r

_d

naik

• Hubungan r

_d

dengan V

_GS

2 P GS

o

d

(1 V V )

r r

 

^rd=resistansi pada suatu nilai V_GS tertentu r_o= resistansi pada V_GS=0

JFET p channel

• JFET p channel memiliki prinsip yang sama dengan JFETn channel

• Channel adalah semikonduktor tipe p.

• Polaritas tegangan dan arah arus berlawanan jika

dibandingkan dengan

transistor JFET n channel.

Simbol rangkaian untuk tipe p

juga sama, hanya saja dengan

arah panah yang berbeda.

MOSFET

• MOSFET = Metal Oxide Semiconductor FET

• Mempunyai karakterisitik yang mirip dengan FET

• Memiliki drain, source, gate

• Gate terbuat dari bahan metal

• Karena gate yang terisolasi sering disebut juga Insulated Gate FET ( IGFET)

• Dua jenis MOSFET - Depletion Mode

- digunakan pada rangkaian linear

- Enhancement Mode

- digunakan pada rangkaian digital

Depletion Mode MOSFET Construction

Drain (D) dan Source (S) dihubungkan dengan n-doped region n-doped region dihubungkan melalui n-channel

n-channel dihubungkan dengan Gate (G) melalui insulating layer SiO₂ yang tipis n-doped material berada pada p-doped substrate yang dapat mempunyai terminal tambahan yang dihubungkan dengan substrate (SS)

Depletion Mode MOSFET

• n channel

Prinsip Kerja

• Elektron bebas

mengalir dari source ke drain melalui n

region. elektron yang mengalir harus

melalui channel yang

sempit diantara gate

dan p region

Tegangan Gate Negatif

• 1. Tegangan gate negatif - VDD mendorong elektron mengalir dari source ke drain.

Elektron tersebut mengalir melalui channel yang sempit disebelah substrate p.

- Tegangan gate mengontrol lebarnya channel. Semakin negative tegangan gate,

semakin kecil arus drain. Ketika tegangan gate sudah cukup

negatif, arus drain akan cut off.

- Operasi MOSFET sama

dengan JFET ketika V

_GS

negatif

• Karena gate terisolasi dari channel, tegangan positif dapat diberikan pada gate.

Tegangan gate positif menaikkan banyaknya elektron bebas yang

mengalir melalui channel.

• Semakin positif tegangan gate, semakin besar arus dari source ke drain

Tegangan Gate Positif

Kurva Drain Depletion MOSFET

p channel n channel

ketika V_GS = 0V, I_D = I_DSS Ketika V_GS < 0V, I_D < I_DSS

Enhancement Mode MOSFET Construction

Drain (D) dan Source (S) dihubungkan dengan n-doped region n-doped regions tidak berhubugan melalui n-channel

Gate (G) berhubungan dengan p-doped substrate melalui insulating layer SiO₂ yang tipis

Enhancement Mode MOSFET

• N Channel

Enhancement Mode MOSFET

• Ketika V_GS =0, VDD akan mendorong elektron bebas dari source ke drain, tetapi substrat p hanya mempunyai sedikit elektron bebas. Tidak ada arus mengalir anatra source dan drain, MOSFET dalam keadaan Off

• VGS >0 elektron tertarik kearah substrat p dan berekombinasi dengan hole. Karena potensial gate lebih positif, elektron terlebih dahulu tertarik dan menumpuk di sisi substrat yang berbatasan dengan gate. Elektron akan terus menumpuk dan tidak dapat mengalir menuju gate karena terisolasi oleh bahan insulator SiO2.

• Jika tegangan gate cukup positif, maka tumpukan elektron akan menyebabkan terbentuknya semacam lapisan n yang negatif dan seketika itulah arus drain dan source dapat mengalir. Lapisan yang terbentuk ini disebut dengan istilah inversion layer. Di sini karena subtratnya tipe p, maka lapisan inversion yang terbentuk adalah bermuatan negatif atau tipe n.

• Tegangan minimum dimana lapisan inversion n mulai terbentuk disebut tegangan threshold, VGS(th). Pada tegangan ini transistor mulai on

Kurva Drain Enhancement MOSFET

Thyristor (1)

• Kontruksi : terdiri dari 4 lapisan semikonduktor (pnpn)

• Seperti saklar mekanis thyristor mempunyai 2 keadaan : ON (menghantarkan) dan OFF (tidak menghantarkan)

• Sekali dipicu (triggered) akan tetap ON

• Jenis a.l:

- SCR (Silicon Controlled Rectifier) - TRIAC

• Aplikasi: kontrol kecepatan dan frekuensi, penyearahan dan pengubahan daya - pengendali motor

- manipulasi robot

- kontrol panas dan cahaya

Thyristor (2)

Collector Q1 tersambung pada base Q2 dan sebaliknya collector Q2 tersambung pada base Q1

Thyristor (3)

• Jika arus base Q1 naik, arus

collector Q2 naik, akibatnya arus base Q1 bertambah besar dan arus collector pada Q2 akan semakin besar juga. Demikian seterusnya sampai thyristor menjadi jenuh.

Pada saat tersebut thyristor dalam keadaan ON atau seperti switch yang tertutup

• Jika arus base Q2 menurun, arus collector Q2 akan menurun sehingga arus base Q1 akan mengecil yang akan mengurangi arus collector Q2.

Demikian seterusnya sampai

thryristor cutoff. Pada saat demikian thyristor dalam keadaan OFF atau seperti switch terbuka.

open switch closed

switch

SCR (1)

• Terdiri dari 4 lapisan pnpn

• Mempunyai 3 terminal: anoda, katoda, gate

• Tidak memperkuat sinyal, digunakan sebagai

saklar (switch)

SCR (2)

• Kurva karakteristik

V_bo= tegangan break over, tegangan minimum agar SCR ON I_G = arus gate

I_GT = arus trigger gate

I_h = arus holding, arus yang mempertahankan SCR tetap ON

TRIAC

• TRIAC (Triode for Alternating Current)

• Disebut thyristor bi directional.

• TRIAC merupakan dua buah SCR yang dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan terminal gate bersama.

• TRIAC dapat dipicu dengan tegangan polaritas positif dan negatif, serta dapat dihidupkan dengan menggunakan

tegangan bolak-balik pada Gate.

• Banyak digunakan pada rangkaian kontrol dan pensaklaran (light dimmer, electric heating control, dll)