A. Pendahuluan

Gambar dibawah ini menunjukkan klasifikasi Transistor, dan yang akan

dibahas lebih jauh pada tulisan ini adalah mengenai MOSFET.

Klasifikasi Transistor

Gambar 1. Klasifikasi Transistor

Field Effect Transistor mempunyai penguatan tegangan yang baik sekali

karena transistor jenis ini memiliki Impedansi Input yang tinggi, Konsumsi daya

yang rendah, dan range frekuensi yang bagus.

B. FET (Field Effect Transistor)

Transistor efek medan atau FET (Field Effect Transistor) adalah suatu

komponen elektronika yang prinsip kerjanya berdasarkan pengaturan arus dengan

medan listrik. FET disebut juga “transistor unipolar” karena cara kerjanya hanya

berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas saja, artinya arus yang mengalir

arus yang mengalir hanya arus lubang (hole) atau arus elektron saja. FET

mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan transistor bipolar biasa,

antara lain:

a. Bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas saja.

b. Relatif lebih tahan terhadap radiasi.

c. Mempunyai impedansi input yang tinggi beberapa Mega Ohm.

d. Noise lebih rendah daripada noise tabung atau transistor bipolar.

e. Mempunyai stabilitas thermis yang baik.

1

C. Klasifikasi FET

FET dapat diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu:

1. Junction Field Effect Transistor disingkat JFET atau FET saja.

2. Metal Oxida Semikonduktor FET disingkat MOSFET.

D. MOSFET

1. Dasar Pembentukan MOSFET

Mosfet adalah singkatan dari (Metal – Oxide Semi Conductor FET atau

FET semikonduktor Oksida Logam). Mosfet mempunyai kaki-kaki :

Sumber (Source) = S

Cerat (Drain) = D

Gerbang (Gate) = G

Adapun susunan pembentukan Mosfet dapat digambarkan sebagai berikut:

1) Semikonduktor konruktor type N diberi terminal cerat (D) dan sumber (S)

2) Kedalamnya ditambahkan semikonduktor type P yang dinamakan

Substrate

3) Kemudian pada bagian lain di lekatkan lapisan oksida logam tipis (Si O2)

dan dinamakan gerbang (gate) Si O2 bersifat isolator.

2

Pada gambar 40(e) menunjukkan antara Substrate dan source digabungkan

dan didapatkan sebagai Source (S). Ini biasa dilakukan oleh pabrik pembuatnya.

Jadi di pasaran banyak dijumpai Mosfet dengan 3 kaki. Tetapi biasa juga Mosfet

mempunyai 4 kaki. Untuk mosfet 4 kaki, biasa dipastikan mempunyai 2 gerbang

(G1 dan G2), kaki-kaki yang lain adalah Drain (D) dan Source (S).

2. Macam - Macam MOSFET

MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxida Semikonduktor FET, dan

sering juga disebut Insulated Gate FET. Hal ini disebabkan karena gate pada

3

MOSFET tidak langsung berhubungan dengan saluran, tetapi diisolasi oleh suatu

lapisan oksida logam yang tipis (biasanya Silikon Oksida).

Untuk mempelajari sifat-sifat dasar Mosfet, harus mengenal macam-

macam mosfet yang dibedakan menjadi dua jenis. Dua macam MOSFET yang

dikenal, yaitu:

a. Depletion Enhanchement MOSFET (DE MOSFET).

b. Enhachement MOSFET (E MOSFET).

Kedua jenis Mosfet tersebut dibedakan berdasarkan cara pemberian

lapisan Substratenya. Pada Depletion Mosfet lapisan substrate dipasang dalam

kanal tidak menyentuh oksida logam (Si O2) sehingga ada sisa kanal yang sempit.

Pada jenis kedua Enhancement Mosfet. Lapisan substrate dipasang pada

kanal langsung menembus lapisan oksida logam (Si O2) sehingga kanal tertutup

sedang anatara Drain dan Source terpisah oleh substrate. Bahan yang digunakan

sebagai kanal dan substrate sama-sama semikonduktor tapi tipe berlawanan.

DE MOSFET adalah semacam MOSFET yang dapat beroperasi dengan

depletion action (aksi pengosongan) dan enhanchement action (aksi peningkatan).

E MOSFET adalah semacam MOSFET yang hanya beroperasi dengan

enhanchement action (aksi peningkatan) saja. Sesuai dengan kanalnya DE

MOSFET dapat dibedakan menjadi DE MOSFET kanal P dan kanal N, begitu

juga dengan E MOSFET kanal P dan kanal N. Susunan dan simbol dari macam-

macam MOSFET ini dapat dilihat pada gambar 42 berikut ini:

4

3. Cara Kerja DE MOSFET

Gambar 43 merupakan rangkaian kerja DE MOSFET Kanal N, dengan

kerja sebagai berikut:

a. Tegangan positif maupun negatif yang diberikan pada gate tidak akan

menyebabkan adanya metal oxida antara gate dan saluran.

b. Bila gate diberi tegangan negatif, maka muatan negatif pada gate ini akan

menolak elektron-elektron yang ada pada saluran, sehingga arus drain ID

akan berkurang.

c. Pada tegangan gate tertentu, semua elektron bebas pada saluran akan

terusir, sehingga menyebabkan tidak mengalirnya arus drain ID. Karena

itu operasi dengan tegangan gate negatif disebut depletion action (aksi

pengosongan).

d. Bila gate diberi tegangan positif, maka muatan positif ini akan menarik

electron-elektron bebas pada saluran antara gate dan substrat. Hal ini akan

5

meningkatkan arus drain ID, karena itu operasi ini dinamakan

enhanchement action (aksi peningkatan).

e. Karena MOSFET ini dapat beroperasi dengan depletion action dan

enhancement action, maka MOSFET ini dikatakan DE MOSFET

( Depletion Enhanchement MOSFET).

DE MOSFET dapat bekerja dalam mode depletion dan mode

enhancement. Gambar 13 menunjukan operasi DE MOSFET dengan konstruksi

yang disederhanakan. Jika VGS = 0Volt (gate dan source dihubung singkat),

maka nilai ID = IDSS. Jika VGS negatif maka diinduksikan muatan positif ke

dalam kanal tipe N melewati SiO2 dari kapasitor gate. Arus yang melewati kanal

adalah pembawa mayoritas (elektron untuk bahan tipe N), muatan positif induksi

ini akan berekombinasi dengan pembawa mayoritas sehingga pembawa mayoritas

berkurang. Hal ini menyebabkan lebar kanal berkurang dan resistansi kanal

bertambah dan nilai ID akan lebih kecil daripada IDSS.

Jika VGS positif maka akan diinduksikan muatan negatif sehingga

konduktivitas kanal bertambah (resistansi kanal berkurang) dan nilai ID lebih

besar dari pada IDSS. Mode operasi ini disebut mode enhancement. Jika VGS

positif lubang-lubang pada substrat tipe P ditolak sedangkan elektron-elektron

bidang konduksi sebagai pembawa minoritas disubstrat ditarik ke kanal sehingga

lebar kanal menjadi besar dan ID >> IDSS.

6

Kesimpulannya adalah bahwa DE MOSFET dapat beroperasi (bekerja)

dengan memberikan tegangan gate positif maupun negatif. Penjabaran di atas

merupakan prinsip/cara kerja DE MOSFET kanal N, sedangkan untuk DE

MOSFET kanal P semua polaritas baik tegangan maupun arus adalah kebalikan

dari DE MOSFET kanal N.

4. Cara kerja E MOSFET

Perhatikan gambar 2.14 di atas:

a. Substrat (St) menutup seluruh jalan (saluran) antara Source (S) dan Drain

(D). E MOSFET ini adalah sejenis MOSFET yang hanya bekerja dengan

aksi peningkatan saja.

b. Pada saat VGS = nol, tidak ada arus drain ID yang mengalir walaupun

VDD ada tegangannya, karena bahan P tidak mempunyai pembawa

muatan.

c. Apabila Gate diberi tegangan positif yang cukup besar, maka akan

mengalirlah arus drain ID. Bila gate mendapat tegangan positif maka akan

terinduksikan muatan negatif pada substrat. Muatan negatif ini adalah

berupa ion-ion negatif yang ada pada bahan P tersebut.

d. Selanjutnya bila tegangan positif pada gate dinaikkan hingga mencapai

suatu harga tertentu, maka elektron-elektron bebas akan membentuk

lapisan tipis yang berfungsi sebagai pembawa muatan yang

mengakibatkan arus drain ID naik.

E MOSFET hanya dapat beroperasi dalam mode enhancement, maka

tegangan gate harus positif terhadap source. Pada saat VGS=0Volt, maka tidak

ada kanal yang menghubungkan source dan drain. Ketika VGS positif, maka

7

lubang-lubang bidang valensi pada substrat ditolak dan elektron-elektron

pembawa minoritas pada substrat tipe P ditarik ke arah gate dan kanal N antara

source dan drain. Jika nilai VGS diperbesar maka kanal menjadi lebih lebar dan

ID bertambah. Sebaliknya jika VGS diperkecil maka kanal menjadi sempit dan

arus drain berkurang. Tegangan VGS minimum untuk membuat E MOSFET

menghantar disebut tegangan ambang (threshold) VGS(th). (Widodo,2002:87)

5. Bias Mosfet

Untuk mengoperasikan hidup (on) dan mati (off) dari sebuah mosfet

diperlukan bias tegangan pada gate dan source (Ugs) dan tegangan catu antara

Drain dan Source (Udd).

Bias Vgs dibedakan menjadi dua macam,

1) Bias peningkatan (Enhancement) Mosfet ? Ugs + (Positif)

2) Bias pengosongan (Defletion) Mosfet ? Ugs - (negatif)

6. Contoh Penggunaan

6.1 Rangkaian Gerbang Digital MOS

a. Rangkaian Inverter Digital

Suatu membalikkan digital adalah satu yang menyangkut hal-hal paling

mendasar rangkaian pada suatu VLSI alat. Dalam format paling sederhana terdiri

dari dari suatu gaya peningkatan MOSFET dan “Pull-Up" resistor ditunjukkan di

8

dalam Gambar 1.3. Di dalam Gambar 1.3, VDD adalah tegangan sumber yang

secara khas + 5 volt, Vi, adalah voltase masukan, dan VO adalah voltase keluaran.

Jika kita menggunakan analogi tombol, manakala Vi > Vth karena suatu VDD

yang tetap, tombol terpasang (yang tertutup) dan V0 kira-kira pada 0 volt. Jika

logika 1 masukan (Vi > Vth), V0= 0. Manakala Vi < Vth, tombol mulai terbuka

dan V0 jadilah "Pulled Up" sampai resistor R ke VDD. Jika V0 impedansi masuk

didalam V0 akan sama halnya VDD. Jika Vi< Vth dipertimbangkan suatu logika 0

masukan V0 akan merupakan suatu logika 1. Rangkaian, oleh karena itu,

menerapkan suatu membalikkan digital.

Karena gaya peningkatan MOSFET dan resistor R berfungsi sebagai suatu

pembagi tegangan, nilai R harus besar cukup untuk membuat V0 kurang dari Vth

manakala MOSFET terpasang. Sebab dalam 1C memerlukan area secara relatif

besar untuk menerapkan membalikkan R, suatu gaya penghabisan MOSFET

digunakan sebagai suatu pull up resistor. Pemilihan ilmu ukur yang sesuai, suatu

gaya penghabisan MOSFET dapat dipasang dengan suatu tegangan gate-to-source

tetap dan bertindak sebagai pull-up resistor. Oleh ikatan gerbang kepada sumber

tersebut, Vgs akan 0 V. Pengingatan Vth dari suatu gaya penghabisan MOSFET

kurang dari 0 V, kita temukan bahwa suatu Vgs nol akan menyalakan transistor.

Jika MOSFET dirancang dengan baik, perbandingan MOSFET dan penurunan-

voltase ke seberang itu (Vds/Ids) akan menyediakan yang diinginkan pull-up

resistor.

9

Diagram sirkit dari suatu membalikkan digital yang memanfaatkan suatu

gaya penghabisan MOSFET sebagai pull up resistor ditunjukkan di dalam Gambar

1.4. Dalam rangka mendiskusikan area Q1 dan Q2 ketika diterapkan dalam

silisium, kita dapat mengacu pada tata ruang phisik yang disederhanakan dari

suatu n-channel (NMOS) MOS transistor didalam Gambar 1.5. Transistor jenis ini

tegangan positif pada gerbang berkenaan dengan sumber (Vgs) mempengaruhi

muatan negatif didaerah saluran. Muatan negatif ini kemudian menyediakan suatu

alur yang menghubungkan saluran antara n-type sumber dan daerah saluran. Suatu

p-channel (PMOS) MOS transistor dibangun secara serupa, tetapi dengan jenis p-

type dan n-type material membalikkan. Suatu muatan negatif pada gerbang

berkenaan dengan sumber mempengaruhi muatan positif didalam daerah saluran

dari suatu PMOS transistor. Ratio Length-To-Width, L/W, dari suatu MOSFET

pada umumnya dilambangkan Z. Jika suatu membalikkan digital akan

membalikkan suatu keluaran, ratio length-towidth, Zpu, tentang gaya penghabisan

pull up transistor pada umumnya dirancang menjadi 4 kali yaitu Zpd, ratio length-

to-width dari gaya peningkatan meruntuhkan transistor. Dengan kata lain,

Perbandingan masukan membalikkan mengukur permulaan adalah transisi

keluaran membalikkan dari satu logika mengukur yang kira-kira antara ground

dan VDD.

10

b. Rangkaian NAND dan NOR

Rangkaian-rangkaian digital yang menggunakan MOSFET dibagi menjadi

tiga kategori yaitu P MOS yang hanya menggunakan P kanal enhancement

MOSFET, N MOS yang hanya mengguakan N kanal enhancement MOSFET dan

CMOS yang menggunakan kedua-duanya N dan P kanal. Gambar 15 merupakan

gerbang NAND CMOS. Cara kerjanya adalah sebagai berikut jika A rendah Q1

menyala (dan Q4 mati), dan menyebabkan keluaran mempunyai tegangan sama

dengan tegangan catu VDD (logika 1). Demikian juga halnya jika B rendah, Q2

menyala dan keluarannya tinggi. Jika A dan B keduanya tinggi Q3 dan Q4 akan

menyala, dan menyebabkan keluarannya bernilai logika 0 sehingga keluarannya

merupakan fungsi NAND.

Rangkaian logika lainnya dapat dibuat dengan berkembangnya rangkaian

membalikkan dasar. Suatu rangkaian logika MOS NOR disampaikan dalam

Gambar 1.6 dan rangkain MOS NAND dalam Gambar 1.7. Dari Gambar 1.6 jika

masukan A maupun B atau kedua-duanya A dan B adalah pada suatu logika 1,

keluaran T diruntuhkan (mengarah) ke ground. Jika A dan B adalah pada suatu

logika 0, T memperbaiki posisi VDD suatu logika 1. Begitu NOR berfungsi

diterapkan.

Dengan cara yang sama, keluaran rangkaian NAND di dalam Gambar 1.7

diruntuhkan (mengarah) ke logika 0 atau ground jika masukan A dan B secara

serempak pada suatu logika 1 tingkatan.

11

6.2 Rangkaian Osilator dengan MOSFET

Mosfet dalam penggunaannya dapat difungsikan seperti transistor bipolar.

Ia dapat berperan sebagai komponen aktif. Seperti transistor bipolar hanya saja

dalam operasinya pengendalian arus outputnya dikendalikan oleh tegangan Gate

dan Source (Ugs), bisa positif bisa juga negatif.

Gambar 40 berikut ini merupakan modifikasi dari osilator yang dikontrol

dengan Kristal Gambar 40c menunjukkan rangkaian feed back (umpan balik)

antara gate source dan drain source memberi kapasitas yang memparalel kristal,

yang mana akan memberikan faktor kualitas yang tinggi pada resonansi paralel.

Untuk mengetahui frekwensi yang teliti, pertama harus mengetahui kapasitas Cp

dan L dalam gambar 40b.

Phasa output pada drain berlawanan dengan input pada gate. Jenis osilaotr

ini akan menghasilkan frekwensi yang bermanfaat untuk VHF dan UHF, pada

frekwensi dibawah 2 MHz. Kapasitansi CGS dan CDS dari rangkaian feed back

tidak cukup memberikan osilator. Oleh karena itu harus ditambahkan kapasitor

luar yang akan menambahkan kapasitansi pada transistor mosfet

12

6.3 Switch Analog MOS

Gagasan yang ada dibalik switch analog adalah hanya mempergunakan

dua titik pada garis beban yaitu titik putus atau titik jenuh. Secara ideal MOS

bekerja sebagai switch yang tertutup bila dalam keadaan jenuh dan sebagai switch

yang terbuka bila dalam keadaan terputus.

MOS bekerja sebagai switch dengan cara memberikan tegangan VGS.

Pemberian tegangan VGS akan mengontrol nilai rds(on) yang akan

mempengaruhi tegangan keluaran, sehingga keluaran dapat diubah secara

kontinyu antara tegangan minimum dan maksimum.

13

Gambar 15.a memperlihatkan sebuah penggerak MOSFET dan beban

pasif (tahanan RD). Dalam rangkaian switch ini, Vin adalah rendah atau tinggi

dan MOSFET akan bekerja sebagai switch yang tersambung atau putus. Apabila

Vin rendah, MOSFET itu putus dan Vout sama dengan tegangan catu daya,

sedangkan untuk Vin yang tinggi MOSFET menghantar dan Vout menjadi

rendah.

Gambar 15.b memperlihatkan penggerak MOSFET dengan beban aktif.

Q2 sebagai switch sedangkan Q1 sebagai beban aktif. Apabila Vin rendah, Q2

putus dan Vout sama dengan tegangan catu daya, sedangkan untuk Vin yang

tinggi Q2 menghantar dan Vout menjadi rendah. (Malvino,1986:370-371)

6.4 Pass Transistor

Rangkaian MOSFET dimanfaatkan untuk menggunakan transistor pass. Di

dalam aplikasi MOSFETS dihubungkan secara urut ketika tombol untuk

menyebarkan isyarat. Gambar 1.8 menggambarkan sejumlah langkah-langkah

transistor pass yang digunakan untuk pergeseran data biner.

Karena transistor bertindak sebagai kapasitansi dan perlawanan rangkaian

pada landasan, isyarat penyebaran ditunda melalui masing-masing langkah.

Dalam rangka mengembalikan waveshape isyarat memancarkan melalui suatu

rangkaian transistor pass, langkah-langkah membalikkan disisipi dalam rantai

14

transistor pass. Umumnya akan menyisipkan suatu langkah membalikkan

manakala keterlambatan langkah transistor pass yang kumulatif memadai sama

dengan suatu penundaan langkah membalikkan secara khas. Hal ini

mengakibatkan suatu membalikkan yang sedang dimasukkan setelah tiga atau

empat transistor pass, yang digambarkan di dalam Gambar 1.9.

Tidak sama dengan inverters, transistor pass tidak punya pengusiran kuasa

statis, oleh karena itu menguntungkan untuk digunakan Logika diterapkan dengan

transistor pass dikenal sebagai mengendarai logika, sedangkan logika diterapkan

dengan gerbang membalikkan dikenal sebagai logika perbandingan.

Manakala suatu membalikkan digunakan sebagai suatu tukang reparasi

tingkatan antara transistor pass, perbandingan itu Zpu/Zpd harus ditingkatkan dari

4:1 ke 8: 1.

Perubahan ini perlu, karena penurunan-voltase ke seberang pass transistor

mengurangi gerbang membalikkan masuk voltase. Begitu gaya peningkatan yang

dikemudikan MOSFET dipasang kurang jika dikemudikan secara langsung dari

keluaran dari suatu gerbang pembalikan. Suatu nilai 8 untuk Zpu/Zpd

(menyangkut) membalikkan yang dikemudikan memastikan bahwa V0 sama

dengan V0 dari membalikkan yang terdahulu dari transistor pass.

15

DAFTAR PUSTAKA

http://ermach.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/16147/BAB5.pdf

http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/pemula/teknik/komponen-

elektronik.pdf

http://p_musa.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/8048/Komponen.pdf

http://pustaka.ictsleman.net/teknik_listrik/teknik_listrik_pembangkit/

12_pemeliharaan_rangkaian_elektronik.pdf

http://p_musa.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/5114/lecKK-012325-2-1.pdf

16