Pertemuan 10 Field Effect Transistor

download Pertemuan 10 Field Effect Transistor

of 22

  • date post

    12-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Pertemuan 10 Field Effect Transistor

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    1/22

    Elektronika Dasar

    Pertemuan Ke-10

    1

    FET (Field Effect Transistor)

    Transistor Efek Medan

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    2/22

    Ideal Voltage-Controlled Current Source

    Representasi :

    Karakteristik Volt Ampere :

    2

    LR

    V22

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    3/22

    Junction Field Effect Transistor

    Simbol :

    JFET Kanal n

    Simbol :

    JFET Kanal p

    Karakteristik Volt Ampere JFET

    3

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    4/22

    4 Kondisi operasi dari JFET :1. Kondisi Non saturasi (Ohmic Region)

    2. Kondisi saturasi (pinch off region)

    3. Kondisi Breakdown

    4. Kondisi Cutoff

    Junction Field Effect Transistor

    4

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    5/22

    Junction Field Effect Transistor

    JFET pada kondisi Non saturasi (ohmic region)

    Berlaku :

    Dimana :

    2b = sisa lebar kanal setelah ada

    depletion region

    L

    WbqNbWqNEAqNI nDnDxnDD 22

    W = lebar

    L = Panjang kanal

    Pada kondisi ini JFET akan berperilaku seperti resistor yang nilainyabergantung pada VGS

    ID bergantung pada W/L yang disebut sebagai faktor skala arus dari JFET

    Rasio perbandingan disebut sebagai ON drain resistance ,

    untuk VGS = 0 maka b=a dan berlaku :

    5

    W

    L

    aqNr

    nD

    ONDS2

    1)(

    )(ONDSD

    DS rI

    V

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    6/22

    Junction Field Effect Transistor

    JFET pada kondisi Saturasi (Pinch off region) Jika |VGS |< |VP| dan diberikan tegangan pada drain source (VDS) maka :

    VDS akan menimbulkan medan listrik Ex sepanjang x yang mengakibatkan lebar kanalb(x) akan mengecil.

    Pada kondisi ini maka Densitas arus (J) pada JFET :

    Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa selama |VGS| < |VP| maka total pinch-off

    b=0 tidak da at ter adi karena akan men akibatkan densitas arus an tak

    )(2 xb

    IJ D

    terhingga.

    Karakteristik volt ampere JFET pada daerah saturasi menunjukkan bahwa nilaiID relatif konstan sehingga dapat disimpulkan bahwa JFET tidak berperilakusebagai resistor seperti pada daerah non saturasi.

    Saturasi pada JFET mengandung pengertian bahwa terdapat pembatasanjumlah muatan yang yang dipindahkan sehingga ID nilainya relatif konstan.

    Karena nilai arus ID relatif konstan maka JFET dapat digambarkan sepertisumber arus tak bebas yang dikendalikan oleh tegangan.

    dimana : VGS = v1 ; i2 = ID dan VDS = v2 (lihat gambar ideal voltage controlled curren source)

    6

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    7/22

    Junction Field Effect Transistor

    JFET pada kondisi breakdown

    Nilai tegangan maksimum yang dapat diberikan pada JFET adalah nilaitegangan minimum yang akan mengakibatkan avalanche breakdown.

    Dari karakteristik volt ampere JFET dapat diketahui bahwa untuk nilai reversebiased VGS yang semakin besar maka kondisi breakdown terjadi untuk nilai VDSyang lebih rendah.

    JFET pada kondisi cutoff

    Pada kondisi ini maka JFET akan berperilaku seperti open switch

    Pada kondisi tegangan |VGS| > |VP|, maka ID 0 dan VDS dapat bernilai besar.

    Karakteristik Volt Ampere JFET Kanal N

    7Karakteristik Volt Ampere JFET Kanal n

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    8/22

    Junction Field Effect Transistor

    Karakteristik fungsi transfer VGS

    dan ID

    JFET Kanal N:

    Dimana :

    ID = Arus drain

    IDSS = arus drain pada JFET dalam kondisi saturasi dengan terminal Gate danSource di hubung singkat (short circuit)

    2

    1

    P

    GSDSSD

    V

    VII

    8

    -VGS

    ID

    VP

    IDSS

    Karakteristik VGS ID Pada JFET Kanal n

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    9/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    Bagan Depletion MOSFET

    Depletion MOSFET kanal N

    D(+)GS

    n n

    body

    - - - - - - - - -- - - - - - - - -

    Silikon

    Dioksida

    (SiO2)

    Fungsi dari oksida logam (misal : silikon dioksida) adalah berfungsisebagai isolator dan memungkinkan pengendalian karakteristik dari kanalmelalui medan listrik yang timbul karena adanya beda potensial antaragate dengan semikonduktor.

    9

    Kanal n

    substrat tipe p

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    10/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    Simbol :D

    G

    S

    B

    substrat

    10

    Depletion Mosfet tipe N

    (Depletion NMOS)

    D

    G

    S

    Depletion Mosfet tipe P

    (Depletion PMOS)

    B

    substrat

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    11/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    De letion Mosfet kanal n De letion NMOS

    D(+)GS

    n n

    body

    Kanal n

    D (+)G(-)S

    n n

    body

    substrat tipe p

    Kanal n

    substrat tipe p

    Silikon

    Dioksida

    (SiO2)- - - - - - - - -- - - - - - - - -

    - - - - - - - - -- - -

    Mode Pengosongan (Depletion)

    Dari bagan dapat dilihat bahwa bila tegangan VGS semakin negatif maka jumlahmuatan dalam kanal akan berkurang sebagai akibat terbentuknya lapisanpengosongan pada kanal

    Nilai VGS negatif yang terbesar yang menyebabkan kanal dikosongkan secaratotal disebut tegangan threshold (VT). Kondisi ini serupa dengan kondisi pinch-

    off pada JFET Untuk suatu nilai negatif VGS dan (|VGS| < |VT|), maka peningkatan tegangan

    VDS akan menyebabkan MOSFET berada dalam kondisi saturasi dan ID akanrelatif konstan dan ID < IDSS (Arus ID pada saat Gate dan Source dihubungsingkat)

    11

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    12/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS)

    Mode Peningkatan (Enhancement)

    Pada model ini maka VGS akan diberikan tegangan positif sehingga jumlahmuatan dalam kanal akan bertambah.

    Untuk suatu nilai VGS positif, peningkatan tegangan VDS akan menyebabkanMOSFET berada dalam kondisi saturasi dan arus ID akan relatif konstan dan ID> IDSS (Arus ID pada kondisi Gate dan source dihubung singkat)

    12

    D(+)GS

    n n

    body

    Kanal n

    D (+)G(+)S

    n n

    body

    substrat tipe p

    Kanal n

    substrat tipe p

    Silikon

    Dioksida

    (SiO2)- - - - - - - - -- - - - - - - - -

    - - - - - - - - -- - -- - - - - - - - -

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    13/22

    Karakteristik Volt Ampere MOSFET kanal N (Depletion NMOS)

    250

    300

    +1,5

    VGS=+2,0

    Enhancement

    ID (A)

    2

    DSD VL

    WkI

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    22 DSDSTGSD VVVVL

    WkI

    Kondisi Non Saturasi :

    Kondisi Saturasi :

    W 2

    MOSFET : Jenis : Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS)

    k = 20A/V2 ; W/L = 1 ; VT = -2 V

    Asumsi : channel length modulasi diabaikan sehingga nilai IDkonstan pada kondisi saturasi

    VDS (V)

    VGS=-1,050

    100

    150

    1 2 3 4 5 6

    -0,5

    0

    +0,5

    +1,0

    Depletion

    13

    DSTGSD

    L Dimana :

    k = process parameterL = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang

    kanal L

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    14/22

    Karakteristik Fungsi transfer VGS dan ID Depletion MOSFET kanal N

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    200

    250

    300

    Enhancement

    ID (A)

    Depletion

    Kondisi VGS < VT : ID 0

    Kondisi VGS > VT ; VDS = VGS-VT ; VDS 0

    MOSFET:

    Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS)

    k = 20A/V2 ; W/L = 1 ; VT = -2 V

    Dimana :k = process parameterL = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang

    kanal L

    14

    VGS (V)

    50

    100

    150

    1 2-3 3-1-2

    VT

    IDSS

    2)(

    TGSD VV

    LkI

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    15/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    Enhancement MOSFET

    Bagan Enhancement MOSFET

    DGS

    L

    body

    DGS

    L

    body

    Silikon

    Dioksida

    Simbol :

    15

    Region tipe n

    substrat tipe p

    Region tipe p

    substrat tipe n

    D

    G

    S

    D

    G

    S

    Enhancement Mosfet tipe P

    (Enhancement PMOS)Enhancement Mosfet tipe N

    (Enhancement NMOS)

    B

    substrat

    B

    substrat

  • 7/23/2019 Pertemuan 10 Field Effect Transistor

    16/22

    Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

    Enhancement MOSFET kanal N (Enhancement PMOS)

    DG (+)S

    Region tipe n

    D (+)G (+)S

    Region tipe n

    Silikon

    Dioksida- - - - - - - - -- - - - - - - - -

    B(body)

    B(body)

    - - - -- - - - - - - - -

    Enhancement MOSFET Kanal n (Enhancement NMOS) Tegangan positif pada Gate akan menginduksikan muatan negatif pada

    permukaan semikonduktor dan membentuk lapisan inversi yang kemudianmembentuk kanal n, jika tegangan positif pada Gate lebih besar dari teganganthreshold VT.

    Jika diberikan tegangan pada Drain (VDS > 0)maka arus ID akan mengalirmelalui kanal.

    Jika besar VDS bertambah maka beda potensial antara gate dan drain akanberkurang sehingga akan mengurangi konduktivitas dekat daerah drain, padakondisi ini maka Enhancement MOSFET akan masuk pada daerah saturasi.

    Pa