Karakteristik Mosfet [PDF]

Citation preview

MOSFET memiliki karakter dasar yang menjadikannya memiliki performa yang lebih baik daripada bipolar transistor (BJT) dan junction field effect transistor (JFET). Seorang engineer harus mengetahui dan memahami dengan baik karakter-karakter MOSFET sebelum menggunakannya dalam pembangunan suatu sistem elektronika. Berikut penulis sajikan karakter dasar MOSFET berdasar application notes AN9010 yang ditulis oleh K.S. Oh (Oh, 2000) untuk Fairchild Semiconductor.



1. Kelebihan MOSFET 



MOSFET adalah piranti terkendali tegangan







MOSFET mudah dikendalikan







Memiliki impedansi input yang tinggi







MOSFET juga merupakan piranti unipolar







Bila digunakan sebagai switch, maka MOSFET adalah piranti switching berkecepatan tinggi.







MOSFET memiliki save operating area (SOA) yang lebih lebar dibandingkan dengan bipolar transistor (BJT) tegangan tinggi dan arus dapat digunakan secara simultan dalam durasi waktu yang singkat.







Mudah apabila digunakan secara parallel.



2.Kekurangan MOSFET Pada aplikasi-aplikasi tegangan dadal (breakdown) yang tinggi (di atas 200 volt), losskonduksi pada MOSFET lebih lebar dibandingkan pada BJT. Pada tegangan dan tingkat arus yang sama dapat mencapai kondisi drop tegangan. 3. Karakteristik Output MOSFET Berikut ini disajikan gambar kurva drain MOSFET yang menampilkan karakteristik arus



drain (ID) terhadap tegangan drain-source (VDS) dengan beberapa kondisi tegangan gatesource (VGS).



Gambar 1. Kurva karakteristik output MOSFET Dengan karakteristik seperti dapat dilihat dalam kurva drain diatas, maka dapat lihat bahwa muncul beberapa daerah kerja dari MOSFET. Daerah-daerah tersebut adalah sebagai berikut: A. Daerah Ohmic Daerah ini disebut juga daerah resistansi konstan. Daerah ini berada di sebelah kiri garis batas (threshold) VGS – VGS(th) = VDS. B. Daerah Saturasi (jenuh) Daerah ini juga disebut dengan daerah arus konstan. Daerah ini berada di sebelah kanan garis batas (threshold) VGS – VGS(th) = VDS dan diatas daerah aktif. C. Daerah Cut-off (putus) Daerah ini terletak dibawah VGS1. Disebut daerah cut-off, karena pada daerah ini nilai tegangan gate-source lebih kecil tegangan gate-source batas/threshold (V GS < VGS(th)). 4. Karakteristik Transfer MOSFET Dibawah ini disajikan gambar kurva karatersistik transfer MOSFET yang menampilkan karakteristik arus drain (ID) terhadap tegangan gate-source (VGS) pada daerah aktif.



Gambar 2. Kurva transfer MOSFET Persamaan



nilai



ID



terhadap



VGS



adalah



sebagai



berikut



....................................(1) Dengan



nilai



konstanta



k



MOSFET



adalah



menurut



persamaan:



.....................................................(2) Dimana: μn W L COX =



= = = Kapasitansi



Pembawa Lebar Panjang oksida gate



mobilitas kanal kanal per unit



area



.................................................................(3) εOX = Konstanta tOX = Ketebalan oksida gate



dielektril



SiO2



Sumber pustaka: Taufiq Dwi Septian Suyadhi, 2010, “Buku Pintar Robotika”, ANDI Offset, Yogyakarta Oh, K.S., 2000, “MOSFET Basics”, Application Note/AN9010, Fairchild Semiconductor



. Karaktristik dan Operasi MOSFET Grafik karakteristik MOSFET (NMOS) arus ID sebagai fungsi VDS dengan parametr VGS ditunjukkan dalam Gambar 5. Pada MOSFET terdapat tiga daerah operasi yaitu daerah cut-off, linear dan saturasi. Pada daerah cut-off, tegangan gerbang lebih kecil dari tegangan ambang, sehingga tidak terbentuk saluran, dan arus tidak dapat mengalir (I D = 0). Pada daerah linear, pada awalnya gerbang diberi tegangan hingga terbentuk saluran. Apabila drain diberi tegangan yang kecil, maka elektron akan mengalir dari source menuju drain atau arus akan mengalir dari drain ke source. Selanjutnya saluran tersebut akan bertindak sebagai suatu tahanan, sehingga arus drain (ID) akan sebanding dengan tegangan drain. 2



ID (LIN) = kn (VGS



VT )VDS



V



DS 2



(1)



Apabila tegangan drain tersu ditingkatkan hingga tegangan pada gate menjadi netral, lapisan inversi saluran pada sisi drain akan hilang, dan mencapai suatu titik yang disebut titik pinch-off. Pada titik pinch-off ini merupakan permulaan dari daerah kerja saturasi. Apabila melebihi titik ini, peningkatan tegangan drain tidak akan mengubah arus drain, sehingga arus drain tetap (konstan). 5



kn V



GS



ID (SAT) =



VTn



2



2



(2)



Gambar 5 Grafik karakteristik MOSFET arus ID sebagai gungsi VDS dengan parameter VGS Sumber: Geiger, Allen, Strader, 1990: 151 Bentuk operasi untuk MOSFET saluran-p adalah sama seperti pada



trasistor MOSFET saluran-n. pernyataan arus drain identik dengan polaritas tegangan dan arah arus terbalik. Cutoff =VSG.p -VTp ID (OFF) = 0 Linear = VSG.p ≥ - VTp, dan VSD.p ≤ VSG,p +VTP



ID,P(LIN) = kp



(V



2



V )V SG , p



TP



V SD , p SD, p



2



(3)



Saturasi = VSG.p ≥ - VTp, dan VSD.p ≥ VSG,p +VTP



kp ID(SAT) =



2



2



VSG , p Vp



(4)