PNPN DEVICES

Pertemuan Ke-15

OLEH :ALFITH, S.Pd, M.Pd

1

TRIAC

TRIAC boleh dikatakan SCRadalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ONhanya bisa melewatkan arussatu arah saja yaitu dari anodamenuju katoda. StrukturTRIAC sebenarnya adalahsama dengan dua buah SCRyang arahnya bolak-balik dankedua gate-nya disatukan.Simbol TRIAC ditunjukkanpada gambar-1. TRIAC biasajuga disebut thyristor bi-directional.

Gambar 1. Simbol TRIAC

TRIAC boleh dikatakan SCRadalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ONhanya bisa melewatkan arussatu arah saja yaitu dari anodamenuju katoda. StrukturTRIAC sebenarnya adalahsama dengan dua buah SCRyang arahnya bolak-balik dankedua gate-nya disatukan.Simbol TRIAC ditunjukkanpada gambar-1. TRIAC biasajuga disebut thyristor bi-directional.

Gambar 1. Simbol TRIAC

2

TRIAC bekerja mirip sepertiSCR yang paralel bolak-balik,sehingga dapat melewatkanarus dua arah. Kurvakarakteristik dari TRIACadalah seperti pada gambar-2 berikut ini. Pada datasheetakan lebih detail diberikanbesar parameter-parameterseperti Vbo dan -Vbo, laluIGT dan -IGT, Ih serta -Ih dansebagainya. Umumnya besarparameter ini simetris antarayang plus dan yang minus.Dalam perhitungan desain,bisa dianggap parameter inisimetris sehingga lebihmudah di hitung.

Gambar 2Karakteristik TRIAC

TRIAC bekerja mirip sepertiSCR yang paralel bolak-balik,sehingga dapat melewatkanarus dua arah. Kurvakarakteristik dari TRIACadalah seperti pada gambar-2 berikut ini. Pada datasheetakan lebih detail diberikanbesar parameter-parameterseperti Vbo dan -Vbo, laluIGT dan -IGT, Ih serta -Ih dansebagainya. Umumnya besarparameter ini simetris antarayang plus dan yang minus.Dalam perhitungan desain,bisa dianggap parameter inisimetris sehingga lebihmudah di hitung.

Gambar 2Karakteristik TRIAC

3

Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut padagambar-3. Jika diketahui IGT dari TRIAC pada rangkaian di atas10 mA dan VGT = 0.7 volt. Lalu diketahui juga yang digunakanadalah sebuah DIAC dengan Vbo = 20 V, maka dapat dihitungTRIAC akan ON pada tegangan : V = IGT(R)+Vbo+VGT = 120.7 V

Pada rangkaian dimmer, resistor R biasanya diganti denganrangkaian seri resistor dan potensiometer. Di sini kapasitor Cbersama rangkaian R digunakan untuk menggeser phasategangan VAC. Lampu dapat diatur menyala redup dan terang,tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.

4

TRANSISTOR FET– JFET &MOSFET

Transistor Bipolar dinamakan demikian karena bekerja dengan 2(bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai pembawa muatannegatif dan hole sebagai pembawa muatan positif. Ada satu jenistransistor lain yang dinamakan FET (Field Efect Transistor).Berbeda dengan prinsip kerja transistor bipolar, transistor FETbekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu elektronatau hole. Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatansaja, transistor ini disebut komponen unipolar.

Umumnya untuk aplikasi linear, transistor bipolar lebih disukai,namun transistor FET sering digunakan juga karena memilikiimpedansi input (input impedance) yang sangat besar. Terutamajika digunakan sebagai switch, FET lebih baik karena resistansi dandisipasi dayanya yang kecil.

Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction FET) danMOSFET (metal-oxide semiconductor FET). Pada dasarnyakedua jenis transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetapada perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya.

Transistor Bipolar dinamakan demikian karena bekerja dengan 2(bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai pembawa muatannegatif dan hole sebagai pembawa muatan positif. Ada satu jenistransistor lain yang dinamakan FET (Field Efect Transistor).Berbeda dengan prinsip kerja transistor bipolar, transistor FETbekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu elektronatau hole. Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatansaja, transistor ini disebut komponen unipolar.

Umumnya untuk aplikasi linear, transistor bipolar lebih disukai,namun transistor FET sering digunakan juga karena memilikiimpedansi input (input impedance) yang sangat besar. Terutamajika digunakan sebagai switch, FET lebih baik karena resistansi dandisipasi dayanya yang kecil.

Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction FET) danMOSFET (metal-oxide semiconductor FET). Pada dasarnyakedua jenis transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetapada perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya.

5

TRANSISTOR JFETGambar dibawah menunjukkan struktur transistor JFET kanal n dan kanal p.Kanal n dibuat dari bahan semikonduktor tipe n dan kanal p dibuat darisemikonduktor tipe p. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawahdinamakan Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implantsemikonduktor yang berbeda tipe. Terminal kedua sisi implant ini terhubungsatu dengan lainnya secara internal dan dinamakan Gate.

Istilah field efect (efek medan listrik) sendiri berasal dari prinsip kerja transistorini yang berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan initerbentuk antara semikonduktor tipe n dan tipe p, karena bergabungnyaelektron dan hole di sekitar daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik,lapisan deplesi ini bisa membesar atau mengecil tergantung dari teganganantara gate dengan source. Pada gambar di atas, lapisan deplesi ditunjukkandengan warna kuning di sisi kiri dan kanan.

Gambar dibawah menunjukkan struktur transistor JFET kanal n dan kanal p.Kanal n dibuat dari bahan semikonduktor tipe n dan kanal p dibuat darisemikonduktor tipe p. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawahdinamakan Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implantsemikonduktor yang berbeda tipe. Terminal kedua sisi implant ini terhubungsatu dengan lainnya secara internal dan dinamakan Gate.

Istilah field efect (efek medan listrik) sendiri berasal dari prinsip kerja transistorini yang berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan initerbentuk antara semikonduktor tipe n dan tipe p, karena bergabungnyaelektron dan hole di sekitar daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik,lapisan deplesi ini bisa membesar atau mengecil tergantung dari teganganantara gate dengan source. Pada gambar di atas, lapisan deplesi ditunjukkandengan warna kuning di sisi kiri dan kanan.

6

PRINSIP KERJA JFET KANAL-N Untuk menjelaskan prinsip kerja transistor JFET lebih jauh akan

ditinjau transistor JFET kanal-n. Drain dan Source transistor ini dibuatdengan semikonduktor tipe n dan Gate dengan tipe p. Gambar berikutmenunjukkan bagaimana transistor ini di beri tegangan bias.Tegangan bias antara gate dan source adalah tegangan reverse biasatau disebut bias negatif. Tegangan bias negatif berarti tegangan gatelebih negatif terhadap source. Perlu catatan, Kedua gate terhubungsatu dengan lainnya (tidak tampak dalam gambar). Dari gambar diatas, elektron yang mengalir dari source menuju drain harus melewatilapisan deplesi. Di sini lapisan deplesi berfungsi semacan keran air.Banyaknya elektron yang mengalir dari source menujudrain tergantung dari ketebalan lapisan deplesi. Lapisan deplesi bisamenyempit, melebar atau membuka tergantung dari tegangan gateterhadap source.

Jika gate semakin negatif terhadap source, maka lapisan deplesi akansemakin menebal. Lapisan deplesi bisa saja menutup seluruh kanaltransistor bahkan dapat menyentuh drain dan source. Ketika keadaanini terjadi, tidak ada arus yang dapat mengalir atau sangat kecil sekali.Jadi jika tegangan gate semakin negatif terhadap source makasemakin kecil arus yang bisa melewati kanal drain dan source.

Untuk menjelaskan prinsip kerja transistor JFET lebih jauh akanditinjau transistor JFET kanal-n. Drain dan Source transistor ini dibuatdengan semikonduktor tipe n dan Gate dengan tipe p. Gambar berikutmenunjukkan bagaimana transistor ini di beri tegangan bias.Tegangan bias antara gate dan source adalah tegangan reverse biasatau disebut bias negatif. Tegangan bias negatif berarti tegangan gatelebih negatif terhadap source. Perlu catatan, Kedua gate terhubungsatu dengan lainnya (tidak tampak dalam gambar). Dari gambar diatas, elektron yang mengalir dari source menuju drain harus melewatilapisan deplesi. Di sini lapisan deplesi berfungsi semacan keran air.Banyaknya elektron yang mengalir dari source menujudrain tergantung dari ketebalan lapisan deplesi. Lapisan deplesi bisamenyempit, melebar atau membuka tergantung dari tegangan gateterhadap source.

Jika gate semakin negatif terhadap source, maka lapisan deplesi akansemakin menebal. Lapisan deplesi bisa saja menutup seluruh kanaltransistor bahkan dapat menyentuh drain dan source. Ketika keadaanini terjadi, tidak ada arus yang dapat mengalir atau sangat kecil sekali.Jadi jika tegangan gate semakin negatif terhadap source makasemakin kecil arus yang bisa melewati kanal drain dan source.

7

SIMBOL JFET Untuk mengambarkan JFET pada

skema rangkaian elektronika, bisadipakai simbol seperti padagambar di samping berikut. Karenastruktur yang sama, terminal draindan source untuk aplikasi frekuensirendah dapat dibolak balik. Namunbiasanya tidak demikian untukaplikasi frekuensi tinggi. UmumnyaJFET untuk aplikasi frekuensitinggi memperhitungkankapasitansi bahan antara gatedengan drain dan juga antara gatedengan source. Dalam pembuatanJFET, umumnya ada perbedaankapasitansi gate terhadap draindan antara gate dengan source.

JFET Kanal n

JFET Kanal p

Untuk mengambarkan JFET padaskema rangkaian elektronika, bisadipakai simbol seperti padagambar di samping berikut. Karenastruktur yang sama, terminal draindan source untuk aplikasi frekuensirendah dapat dibolak balik. Namunbiasanya tidak demikian untukaplikasi frekuensi tinggi. UmumnyaJFET untuk aplikasi frekuensitinggi memperhitungkankapasitansi bahan antara gatedengan drain dan juga antara gatedengan source. Dalam pembuatanJFET, umumnya ada perbedaankapasitansi gate terhadap draindan antara gate dengan source.

JFET Kanal n

JFET Kanal p

8

Jika gate dan source dihubung singkat, maka akandiperoleh arus drain maksimum. Ingat jika VGS=0 lapisandeplesi kiri dan kanan pada posisi yang hampir membuka.Perhatikan contoh kurva drain pada gambar berikut, yangmenunjukkan karakteristik arus drain ID dan tegangandrain-source VDS. Terlihat arus drain ID tetap (konstan)setelah VDS melewati suatu besar tegangan tertentuyang disebut Vp.

Pada keadaan ini (VGS=0) celah lapisan deplesi hampirbersingungan dan sedikit membuka. Arus ID bisa konstankarena celah deplesi yang sempit itu mencegah aliranarus ID yang lebih besar. Perumpamaannya sama sepertiselang air plastik yang ditekan dengan jari, air yangmengalir juga tidak bisa lebih banyak lagi. Dari sinilahdibuat istilah pinchoff voltage (tegangan jepit) dengansimbol Vp. Arus ID maksimum ini di sebut IDSS yangberarti arus drain-source jika gate dihubung singkat(shorted gate). Ini adalah arus maksimum yang bisadihasilkan oleh suatu transistor JFET dan karakteristikIDSS ini tercantum di datasheet.

Jika gate dan source dihubung singkat, maka akandiperoleh arus drain maksimum. Ingat jika VGS=0 lapisandeplesi kiri dan kanan pada posisi yang hampir membuka.Perhatikan contoh kurva drain pada gambar berikut, yangmenunjukkan karakteristik arus drain ID dan tegangandrain-source VDS. Terlihat arus drain ID tetap (konstan)setelah VDS melewati suatu besar tegangan tertentuyang disebut Vp.

Pada keadaan ini (VGS=0) celah lapisan deplesi hampirbersingungan dan sedikit membuka. Arus ID bisa konstankarena celah deplesi yang sempit itu mencegah aliranarus ID yang lebih besar. Perumpamaannya sama sepertiselang air plastik yang ditekan dengan jari, air yangmengalir juga tidak bisa lebih banyak lagi. Dari sinilahdibuat istilah pinchoff voltage (tegangan jepit) dengansimbol Vp. Arus ID maksimum ini di sebut IDSS yangberarti arus drain-source jika gate dihubung singkat(shorted gate). Ini adalah arus maksimum yang bisadihasilkan oleh suatu transistor JFET dan karakteristikIDSS ini tercantum di datasheet.

9

Daerah Ohmic Pada tegangan VDS antara 0 volt sampai tegangan pinchoff VP=4

volt, arus ID menaik dengan kemiringan yang tetap. Daerah inidisebut daerah Ohmic. Tentu sudah maklum bahwa daerah Ohmicini tidak lain adalah resistansi drain-source dan termasuk celahkanal diantara lapisan deplesi. Ketika bekerja pada daerah ohmic,JFET berlaku seperti resistor dan dapat diketahui besarresistansinya adalah :

RDS = Vp/IDSS RDS disebut ohmic resistance, sebagai contoh di dataseet diketahui

VP = 4V dan IDSS = 10 mA, maka dapat diketahui : RDS = 4V/10mA = 400 Ohm

Daerah Ohmic Pada tegangan VDS antara 0 volt sampai tegangan pinchoff VP=4

volt, arus ID menaik dengan kemiringan yang tetap. Daerah inidisebut daerah Ohmic. Tentu sudah maklum bahwa daerah Ohmicini tidak lain adalah resistansi drain-source dan termasuk celahkanal diantara lapisan deplesi. Ketika bekerja pada daerah ohmic,JFET berlaku seperti resistor dan dapat diketahui besarresistansinya adalah :

RDS = Vp/IDSS RDS disebut ohmic resistance, sebagai contoh di dataseet diketahui

VP = 4V dan IDSS = 10 mA, maka dapat diketahui : RDS = 4V/10mA = 400 Ohm

10

Pabrikasi JFET Kalau sebelumnya sudah dijelaskan bagaimana struktur JFET

secara teoritis, maka gambar berikut adalah bagaimana sebenarnyatransistor JFET-n dibuat.

Gambar 7 : Struktur penampang JFET-n Transistor JFET-n dibuat di atas satu lempengan semikonduktor

tipe-p sebagai subtrat (subtrate) atau dasar (base). Untukmembuat kanal n, di atas subtrat di-implant semikonduktor tipe nyaitu dengan memberikan doping elektron. Kanal-n ini akan menjadidrain dan source. Kemudian di atas kanal-n dibuat implant tipe-p,caranya adalah dengan memberi doping p (hole). Implant tipe p iniyang menjadi gate. Gate dan subtrat disambungkan secara internal.

Pabrikasi JFET Kalau sebelumnya sudah dijelaskan bagaimana struktur JFET

secara teoritis, maka gambar berikut adalah bagaimana sebenarnyatransistor JFET-n dibuat.

Gambar 7 : Struktur penampang JFET-n Transistor JFET-n dibuat di atas satu lempengan semikonduktor

tipe-p sebagai subtrat (subtrate) atau dasar (base). Untukmembuat kanal n, di atas subtrat di-implant semikonduktor tipe nyaitu dengan memberikan doping elektron. Kanal-n ini akan menjadidrain dan source. Kemudian di atas kanal-n dibuat implant tipe-p,caranya adalah dengan memberi doping p (hole). Implant tipe p iniyang menjadi gate. Gate dan subtrat disambungkan secara internal.

11

TRANSISTOR MOSFETMirip seperti JFET, transistor MOSFET(Metal oxide FET) memiliki drain,source dan gate. Namun perbedaannyagate terisolasi oleh suatu bahanoksida. Gate sendiri terbuat dari bahanmetal seperti aluminium. Oleh karenaitulah transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi,sering jenis transistor ini disebut jugaIGFET yaitu insulated-gate FET.

Ada dua jenis MOSFET, yang pertamajenis depletion-mode dan yang keduajenis enhancement-mode. JenisMOSFET yang kedua adalahkomponen utama dari gerbang logikadalam bentuk IC (integrated circuit), uC(micro controller) dan uP (microprocessor) yang tidak lain adalahkomponen utama dari komputermodern saat ini.

Mirip seperti JFET, transistor MOSFET(Metal oxide FET) memiliki drain,source dan gate. Namun perbedaannyagate terisolasi oleh suatu bahanoksida. Gate sendiri terbuat dari bahanmetal seperti aluminium. Oleh karenaitulah transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi,sering jenis transistor ini disebut jugaIGFET yaitu insulated-gate FET.

Ada dua jenis MOSFET, yang pertamajenis depletion-mode dan yang keduajenis enhancement-mode. JenisMOSFET yang kedua adalahkomponen utama dari gerbang logikadalam bentuk IC (integrated circuit), uC(micro controller) dan uP (microprocessor) yang tidak lain adalahkomponen utama dari komputermodern saat ini.

12

Pabrikasi MOSFET depletion-mode

Gambar 9 : Penampang D-MOSFET (depletion-mode)Struktur ini adalah penampang MOSFET depletion-modeyang dibuat di atas sebuah lempengan semikonduktortipe p. Implant semikonduktor tipe n dibuat sedemikianrupa sehingga terdapat celah kanal tipe n. Kanal inimenghubungkan drain dengan source dan tepat beradadi bawah gate. Gate terbuat dari metal aluminium yangdiisolasi dengan lapisan SiO2 (kaca). Dalam beberapabuku, transistor MOSFET depletion-mode disebut jugadengan nama D-MOSFET.

Pabrikasi MOSFET depletion-mode

Gambar 9 : Penampang D-MOSFET (depletion-mode)Struktur ini adalah penampang MOSFET depletion-modeyang dibuat di atas sebuah lempengan semikonduktortipe p. Implant semikonduktor tipe n dibuat sedemikianrupa sehingga terdapat celah kanal tipe n. Kanal inimenghubungkan drain dengan source dan tepat beradadi bawah gate. Gate terbuat dari metal aluminium yangdiisolasi dengan lapisan SiO2 (kaca). Dalam beberapabuku, transistor MOSFET depletion-mode disebut jugadengan nama D-MOSFET.

13

Kurva drain MOSFET depeletion modeAnalisa kurva drain dilakukan denganmencoba beberapa tegangan gateVGS konstan, lalu dibuat grafikhubungan antara arus drain IDterhadap tegangan VDS.Dari kurva ini terlihat jelas bahwatransistor MOSFET depletion-modedapat bekerja (ON) mulai daritegangan VGS negatif sampai positif.Terdapat dua daerah kerja, yangpertama adalah daerah ohmic dimanaresistansi drain-source adalah fungsidari : RDS(on) = VDS/IDSJika tegangan VGS tetap dan VDSterus dinaikkan, transistor selanjutnyaakan berada pada daerah saturasi.Jika keadaan ini tercapai, arus IDSadalah konstan. Tentu saja adategangan VGS(max), yangdiperbolehkan. Karena jika lebih daritegangan ini akan dapat merusakisolasi gate yang tipis alias merusaktransistor itu sendiri.

Gambar Kurva drain transistorMOSFET depletion-mode

Analisa kurva drain dilakukan denganmencoba beberapa tegangan gateVGS konstan, lalu dibuat grafikhubungan antara arus drain IDterhadap tegangan VDS.Dari kurva ini terlihat jelas bahwatransistor MOSFET depletion-modedapat bekerja (ON) mulai daritegangan VGS negatif sampai positif.Terdapat dua daerah kerja, yangpertama adalah daerah ohmic dimanaresistansi drain-source adalah fungsidari : RDS(on) = VDS/IDSJika tegangan VGS tetap dan VDSterus dinaikkan, transistor selanjutnyaakan berada pada daerah saturasi.Jika keadaan ini tercapai, arus IDSadalah konstan. Tentu saja adategangan VGS(max), yangdiperbolehkan. Karena jika lebih daritegangan ini akan dapat merusakisolasi gate yang tipis alias merusaktransistor itu sendiri.

Gambar Kurva drain transistorMOSFET depletion-mode

14

MOSFET Enhancement-modeJenis transistor MOSFET yangkedua adalah MOSFETenhancement-mode.Transistor ini adalah evolusijenius berikutnya setelahpenemuan MOSFETdepletion-mode. Gate terbuatdari metal aluminium danterisolasi oleh lapisan SiO2sama seperti transistorMOSFET depletion-mode.Perbedaan struktur yangmendasar adalah, subtratpada transistor MOSFETenhancement-mode sekarangdibuat sampai menyentuhgate, seperti terlihat padagambar berikut ini.

Gambar Struktur MOSFETenhancement-mode

Jenis transistor MOSFET yangkedua adalah MOSFETenhancement-mode.Transistor ini adalah evolusijenius berikutnya setelahpenemuan MOSFETdepletion-mode. Gate terbuatdari metal aluminium danterisolasi oleh lapisan SiO2sama seperti transistorMOSFET depletion-mode.Perbedaan struktur yangmendasar adalah, subtratpada transistor MOSFETenhancement-mode sekarangdibuat sampai menyentuhgate, seperti terlihat padagambar berikut ini.

Gambar Struktur MOSFETenhancement-mode

15

Pabrikasi MOSFET enhancement-mode Transistor MOSFET enhacement mode dalam beberapa literatur

disebut juga dengan nama E-MOSFET.

Gambar : Penampang E-MOSFET (enhancement-mode) Gambar diatas adalah bagaimana transistor MOSFET

enhancement-mode dibuat. Sama seperti MOSFET depletion-mode,tetapi perbedaannya disini tidak ada kanal yang menghubungkandrain dengan source. Kanal n akan terbentuk (enhanced) denganmemberi tegangan VGS diatas tegangan threshold tertentu. Inilahstruktur transistor yang paling banyak di terapkan dalam IC digital.

Transistor MOSFET enhacement mode dalam beberapa literaturdisebut juga dengan nama E-MOSFET.

Gambar : Penampang E-MOSFET (enhancement-mode) Gambar diatas adalah bagaimana transistor MOSFET

enhancement-mode dibuat. Sama seperti MOSFET depletion-mode,tetapi perbedaannya disini tidak ada kanal yang menghubungkandrain dengan source. Kanal n akan terbentuk (enhanced) denganmemberi tegangan VGS diatas tegangan threshold tertentu. Inilahstruktur transistor yang paling banyak di terapkan dalam IC digital.

16

Kurva DrainMOSFET enhacement-mode

Karena transistor MOSFET umumnya digunakan sebagai saklar(switch), parameter yang penting pada transistor E-MOSFET adalahresistansi drain-source. Biasanya yang tercantum pada datasheetadalah resistansi pada saat transistor ON. Resistansi ini dinamakanRDS(on). Besar resistansi bervariasi mulai dari 0.3 Ohm sampaipuluhan Ohm. Untuk aplikasi power switching, semakin kecilresistansi RDS(on) maka semakin baik transistor tersebut. Karenaakan memperkecil rugi-rugi disipasi daya dalam bentuk panas. Jugapenting diketahui parameter arus drain maksimum ID(max) dandisipasi daya maksimum PD(max).

Karena transistor MOSFET umumnya digunakan sebagai saklar(switch), parameter yang penting pada transistor E-MOSFET adalahresistansi drain-source. Biasanya yang tercantum pada datasheetadalah resistansi pada saat transistor ON. Resistansi ini dinamakanRDS(on). Besar resistansi bervariasi mulai dari 0.3 Ohm sampaipuluhan Ohm. Untuk aplikasi power switching, semakin kecilresistansi RDS(on) maka semakin baik transistor tersebut. Karenaakan memperkecil rugi-rugi disipasi daya dalam bentuk panas. Jugapenting diketahui parameter arus drain maksimum ID(max) dandisipasi daya maksimum PD(max).

17

Simbol Transistor MOSFET

Garis putus-putus pada simbol transistor MOSFETmenunjukkan struktur transistor yang terdiri drain, sourcedan subtrat serta gate yang terisolasi. Arah panah padasubtrat menunjukkan type lapisan yang terbentuk padasubtrat ketika transistor ON sekaligus menunjukkan typekanal transistor tersebut.

Garis putus-putus pada simbol transistor MOSFETmenunjukkan struktur transistor yang terdiri drain, sourcedan subtrat serta gate yang terisolasi. Arah panah padasubtrat menunjukkan type lapisan yang terbentuk padasubtrat ketika transistor ON sekaligus menunjukkan typekanal transistor tersebut.

18

TRANSISTOR IGBT

IGBT (Insulated-Gate BipolarTransistor) adalah pirantisemikonduktor yang setaradengan gabungan sebuahtransistor bipolar (BJT) dansebuah transistor efek medan(MOSFET). Jenis divais baruyang berfungsi sebagaikomponen saklar untukaplikasi daya ini muncul sejaktahun 1980-an.

IGBT (Insulated-Gate BipolarTransistor) adalah pirantisemikonduktor yang setaradengan gabungan sebuahtransistor bipolar (BJT) dansebuah transistor efek medan(MOSFET). Jenis divais baruyang berfungsi sebagaikomponen saklar untukaplikasi daya ini muncul sejaktahun 1980-an.

19

KARAKTERISTIK IGBT

Sesuai dengan namanya, divaisbaru ini merupakan divais yangmenggabungkan struktur dansifat-sifat dari kedua jenistransistor tersebut di atas, BJTdan MOSFET. Dengan kata lain,IGBT mempunyai sifat kerjayang menggabungkankeunggulan sifat-sifat keduajenis transistor tersebut.Terminal gate dari IGBT,sebagai terminal kendali jugamempunyai struktur bahanpenyekat (insulator)sebagaimana pada MOSFET.

Input dari IGBT adalah terminalGate dari MOSFET, sedang terminalSource dari MOSFET terhubung keterminal Basis dari BJT. Dengandemikian, arus drain keluar dan dariMOSFET akan menjadi arus basisdari BJT. Karena besarnya tahananmasuk dari MOSFET, maka terminalinput IGBT hanya akan menarikarus yang kecil dari sumber. Dipihak lain, arus drain sebagai aruskeluaran dari MOSFET akan cukupbesar untuk membuat BJTmencapai keadaan saturasi. Dengangabungan sifat kedua elementersebut, IGBT mempunyai perilakuyang cukup ideal sebagai sebuahsaklar elektronik. Di satu pihakIGBT tidak terlalu membebanisumber, di pihak lain mampumenghasilkan arus yang besar bagibeban listrik yang dikendalikannya.

Sesuai dengan namanya, divaisbaru ini merupakan divais yangmenggabungkan struktur dansifat-sifat dari kedua jenistransistor tersebut di atas, BJTdan MOSFET. Dengan kata lain,IGBT mempunyai sifat kerjayang menggabungkankeunggulan sifat-sifat keduajenis transistor tersebut.Terminal gate dari IGBT,sebagai terminal kendali jugamempunyai struktur bahanpenyekat (insulator)sebagaimana pada MOSFET.

Input dari IGBT adalah terminalGate dari MOSFET, sedang terminalSource dari MOSFET terhubung keterminal Basis dari BJT. Dengandemikian, arus drain keluar dan dariMOSFET akan menjadi arus basisdari BJT. Karena besarnya tahananmasuk dari MOSFET, maka terminalinput IGBT hanya akan menarikarus yang kecil dari sumber. Dipihak lain, arus drain sebagai aruskeluaran dari MOSFET akan cukupbesar untuk membuat BJTmencapai keadaan saturasi. Dengangabungan sifat kedua elementersebut, IGBT mempunyai perilakuyang cukup ideal sebagai sebuahsaklar elektronik. Di satu pihakIGBT tidak terlalu membebanisumber, di pihak lain mampumenghasilkan arus yang besar bagibeban listrik yang dikendalikannya.

20

Terminal masukan IGBTmempunyai nilai impedansiyang sangat tinggi, sehinggatidak membebani rangkaianpengendalinya yangumumnya terdiri darirangkaian logika. Ini akanmenyederhanakanrancangan rangkaianpengendali (controller) danpenggerak (driver) dari IGBT.

Di samping itu, kecepatanpensaklaran IGBT juga lebihtinggi dibandingkan divaisBJT, meskipun lebih rendahdari divais MOSFET yangsetara. Di lain pihak, terminalkeluaran IGBT mempunyaisifat yang menyerupaiterminal keluaran (kolektor-emitter) BJT.

Dengan kata lain, pada saatkeadaan menghantar, nilaitahanan menghantar (Ron)dari IGBT sangat kecil,menyerupai Ron pada BJT

Dengan demikian bilategangan jatuh serta lesapandayanya pada saat keadaanmenghantar juga kecil.Dengan sifat-sifat seperti ini,IGBT akan sesuai untukdioperasikan pada arus yangbesar, hingga ratusanAmpere, tanpa terjadikerugian daya yang cukupberarti. IGBT sesuai untukaplikasi pada perangkatInverter maupun KendaliMotor Listrik (Drive).

Terminal masukan IGBTmempunyai nilai impedansiyang sangat tinggi, sehinggatidak membebani rangkaianpengendalinya yangumumnya terdiri darirangkaian logika. Ini akanmenyederhanakanrancangan rangkaianpengendali (controller) danpenggerak (driver) dari IGBT.

Di samping itu, kecepatanpensaklaran IGBT juga lebihtinggi dibandingkan divaisBJT, meskipun lebih rendahdari divais MOSFET yangsetara. Di lain pihak, terminalkeluaran IGBT mempunyaisifat yang menyerupaiterminal keluaran (kolektor-emitter) BJT.

Dengan kata lain, pada saatkeadaan menghantar, nilaitahanan menghantar (Ron)dari IGBT sangat kecil,menyerupai Ron pada BJT

Dengan demikian bilategangan jatuh serta lesapandayanya pada saat keadaanmenghantar juga kecil.Dengan sifat-sifat seperti ini,IGBT akan sesuai untukdioperasikan pada arus yangbesar, hingga ratusanAmpere, tanpa terjadikerugian daya yang cukupberarti. IGBT sesuai untukaplikasi pada perangkatInverter maupun KendaliMotor Listrik (Drive).

21

SIFAT-SIFAT IGBT

Komponen utama di dalam aplikasi elektronika daya (powerelectronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-stateswitches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor sepertitransistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupunthyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika dayaakan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1. Pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyaitahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengankata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil

2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyaitahanan menghantar (Ron) yang sekecil mungkin. Ini akan membuatnilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar jugasekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan(power dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran(switching speed) yang tinggi.

Komponen utama di dalam aplikasi elektronika daya (powerelectronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-stateswitches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor sepertitransistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupunthyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika dayaakan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1. Pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyaitahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengankata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil

2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyaitahanan menghantar (Ron) yang sekecil mungkin. Ini akan membuatnilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar jugasekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan(power dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran(switching speed) yang tinggi.

22