Apa itu MOSFET? Prinsip Kerja, JenisJenis Serta Konstruksinya

MOSFET adalah transistor yang menggunakan efek medan. MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxide Field Effect Transistor, yang memiliki gerbang. Tegangan gerbang menentukan konduktivitas perangkat.

Tergantung pada tegangan gerbang ini kita dapat mengubah konduktivitas dan dengan demikian kita dapat menggunakannya sebagai saklar atau sebagai penguat seperti kita menggunakan Transistor sebagai saklar atau sebagai penguat.

Bipolar Junction Transistor atau BJT memiliki basis, emitor, dan kolektor, sedangkan MOSFET memiliki koneksi gerbang, saluran, dan sumber. Selain konfigurasi pin, BJT membutuhkan arus untuk operasi dan MOSFET membutuhkan tegangan, untukmengetahui lebih lengkap mengenai transistro silahkan baca Apa itu Transistor? Jenis Transistor dan Cara Kerjanya

MOSFET memberikan impedansi input yang sangat tinggi dan sangat mudah untuk bias. Jadi, untuk amplifier kecil linier, MOSFET adalah pilihan yang sangat baik. Amplifikasi linier terjadi ketika kita membiaskan MOSFET di wilayah saturasi yang merupakan titik Q yang tetap di pusat.

Pada gambar di bawah ini, konstruksi internal MOSFET saluran-N dasar ditampilkan. MOSFET memiliki tiga koneksi Drain, Gate, dan Source. Tidak ada koneksi langsung antara gerbang dan saluran. Elektroda gerbang diisolasi secara elektrik dan karena alasan ini, kadang-kadang disebut sebagai IGFET atau Transistor Efek Medan Gerbang Terisolasi.

Konstruksi Internal MOSFET N-channel

Berikut adalah gambar MOSFET IRF530N yang sangat populer.

Jenis MOSFET

Berdasarkan mode operasi, ada dua jenis MOSFET yang tersedia. Kedua tipe ini selanjutnya memiliki dua subtipe

Jenis deplesi MOSFET atau MOSFET dengan mode Deplesi

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

Jenis peningkatan MOSFET atau MOSFET dengan mode Peningkatan

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

Jenis deplesi MOSFET

Jenis penipisan MOSFET biasanya ON pada tegangan Gerbang ke Sumber nol. Jika MOSFET adalah MOSFET tipe N-Channel Depletion maka akan ada beberapa tegangan ambang, yang diperlukan untuk mematikan perangkat. 

Misalnya, MOSFET Deplesi N-Channel dengan tegangan ambang batas -3V atau -5V, gerbang MOSFET perlu ditarik negatif -3V atau -5V untuk mematikan perangkat. Tegangan ambang ini akan menjadi Negatif untuk saluran N, dan positif untuk saluran P. Jenis MOSFET ini umumnya digunakan dalam rangkaian logika.

MOSFET dengan mode Peningkatan

Dalam jenis Peningkatan MOSFET, perangkat tetap OFF pada tegangan Gerbang nol. Untuk menghidupkan MOSFET, kita harus memberikan tegangan minimum Gate to Source (Vgs Threshold voltage). 

Tetapi, arus drain sangat bergantung pada tegangan gerbang-ke-sumber ini, jika Vgs dinaikkan, arus drain juga meningkat dengan cara yang sama. MOSFET tipe peningkatan ideal untuk membuat rangkaian Amplifier. Juga, sama seperti deplesi MOSFET, ia juga memiliki subtipe NMOS dan PMOS.

Karakteristik dan Kurva MOSFET

Dengan memberikan tegangan yang stabil di saluran ke sumber, kita dapat memahami kurva IV MOSFET. Sebagaimana dinyatakan di atas, arus pembuangan sangat bergantung pada tegangan Vgs, gerbang ke sumber. Jika kita memvariasikan Vgs, arus Drain juga akan bervariasi.

Mari kita lihat kurva I-V dari MOSFET.

Pada gambar di atas, kita dapat melihat kemiringan I-V dari MOSFET N-Channel, arus drain adalah 0 ketika tegangan Vgs di bawah tegangan ambang batas, selama ini MOSFET dalam mode cut-off. Setelah itu ketika tegangan gate-to-source mulai meningkat, arus drain juga meningkat.

Mari kita lihat contoh praktis dari I-V Curve IRF530 MOSFET,

Kurva menunjukkan bahwa ketika Vgs adalah 4.5V, arus drain maksimum IRF530 adalah 1A pada 25 derajat C. Tetapi ketika kita meningkatkan Vgs menjadi 5V, arus Drain hampir 2A, dan akhirnya pada 6V Vgs, dapat memberikan 10A dari Arus Tiriskan.

Bias DC MOSFET dan Amplifikasi Sumber Umum

Nah, sekarang saatnya menggunakan MOSFET sebagai Amplifier linier. Ini bukan pekerjaan yang sulit jika kita menentukan bagaimana membiaskan MOSFET dan menggunakannya di wilayah operasi yang sempurna, Apa itu Arus DC ? Pengertian Arus searah serta perhitungannya

MOSFET bekerja dalam tiga mode operasi: Ohmic, Saturation dan Pinch off point. Daerah saturasi juga disebut sebagai Daerah Linier. Di sini kami mengoperasikan MOSFET di wilayah saturasi, ini memberikan titik Q yang sempurna.

Jika kami memberikan sinyal kecil (bervariasi waktu) dan menerapkan bias DC pada gerbang atau input, maka di bawah situasi yang tepat MOSFET memberikan amplifikasi linier.

Pada gambar di atas, sinyal sinusoidal kecil ( Vgs) diterapkan ke gerbang MOSFET, menghasilkan fluktuasi arus drain yang sinkron dengan input sinusoidal yang diterapkan. Untuk sinyal Vgs kecil, Kita dapat menarik garis lurus dari titik Q yang memiliki kemiringan gm = dId / dVgs.

Kemiringannya bisa dilihat pada gambar di atas. Ini adalah kemiringan transkonduktansi. Ini adalah parameter penting untuk faktor amplifikasi. Pada titik ini amplitudo arus drain adalah

Id = gm x Vgs

Sekarang, jika kita melihat skema yang diberikan di atas, resistor saluran Rd dapat mengontrol arus saluran serta tegangan saluran menggunakan persamaan

Vds = Vdd - Id x Rd (sebagai V = I x R)

Sinyal keluaran AC akan menjadi Vds = -ߡId x Rd = -gm x Vgs x Rd

Sekarang dengan persamaan, keuntungannya adalah

Penguatan Tegangan Gain = -gm x Rd

Jadi, penguatan keseluruhan Penguat MOSFET sangat bergantung pada transkonduktansi dan resistor Drain.

Konstruksi Penguat Sumber Umum Dasar dengan MOSFET tunggal

Untuk membuat penguat common source sederhana menggunakan N channel single MOSFET, yang terpenting adalah mencapai kondisi biasing DC. Untuk memenuhi tujuan tersebut, pembagi tegangan generik dibangun menggunakan dua resistor sederhana: R1 dan R2. Dua resistor lagi juga diperlukan sebagai resistor Drain dan resistor Sumber.

Untuk menentukan nilai kita perlu perhitungan langkah demi langkah.

MOSFET dilengkapi dengan impedansi input tinggi, sehingga dalam kondisi operasi, tidak ada aliran arus di terminal gerbang.

Sekarang, jika kita melihat ke dalam perangkat, kita akan menemukan bahwa ada tiga resistor yang terkait dengan VDD (Tanpa resistor bias). Ketiga resistor tersebut adalah Rd, resistansi internal MOSFET dan Rs. Jadi, jika kita menerapkan hukum Tegangan Kirchoff maka tegangan pada ketiga resistor tersebut sama dengan VDD.

Sekarang sesuai hukum Ohm, jika kita mengalikan arus dengan resistor kita akan mendapatkan tegangan sebagai V = I x R. Jadi, di sini arusnya adalah Arus Drain atau ID. Jadi, tegangan pada Rd adalah V = ID x Rd, hal yang sama berlaku untuk Rs karena arus adalah ID yang sama, sehingga Tegangan pada Rs adalah Vs = ID x Rs. Untuk MOSFET, Tegangannya adalah VDS atau tegangan Drain-to-source.

Sekarang sesuai KVL,

VDD = ID x Rd + VDS + ID x Rs

VDD = ID (Rd + Rs) + VDS

(Rd + Rs) = VDD – VDS / ID

Kami selanjutnya dapat mengevaluasinya sebagai

Rd = (VDD – VDS / ID) - RS

Rs dapat dihitung sebagai Rs = VS / ID

Nilai dua resistor lainnya dapat ditentukan dengan rumus VG = VDD (R2 / R1 +R2)

Jika Anda tidak memiliki nilainya, Anda bisa mendapatkannya dari rumus VG = VGS + VS

Untungnya, nilai maksimum dapat tersedia dari lembar data MOSFET. Berdasarkan spesifikasi kami dapat membuat Rangkaian.

Dua kapasitor kopling digunakan untuk mengkompensasi frekuensi cut-off dan untuk memblokir DC yang datang dari input atau sampai ke output akhir. Kita bisa mendapatkan nilai dengan mencari tahu resistansi setara dari pembagi bias DC dan kemudian memilih frekuensi cutoff yang diinginkan. Rumusnya akan menjadi

C = 1/2f Persyaratan

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini