Elektronika Analog. Herman Dwi Surjono, Ph.D.

Transkripsi

1

2 Elektronika Analog Herman wi urjono, Ph..

3 Elektronika Analog isusun Oleh: Herman wi urjono, Ph All Rights Reserved Hak cipta dilindungi undang-undang Penyunting : Tim Cerdas Ulet Kreatif Perancang ampul : hega Febiharsa Tata Letak : hega Febiharsa iterbitkan Oleh: Penerbit Cerdas Ulet Kreatif Jl. Manggis 72 RT 03 RW 04 Jember Lor Patrang Jember - Jawa Timur Telp Faks Katalog alam Terbitan (KT) Herman wi urjono, Elektronika Analog/Herman wi urjono, Penyunting: Tim Cerdas Ulet Kreatif, 2008, 112 hlm; 14,8 x 21 cm. IBN Hukum Administrasi I. Judul II. Tim Cerdas Ulet Kreatif 112 istributor: Penerbit CERA ULET KREATIF Website : buku@cerdas.co.id Cetakan Kedua, 2011 Undang-Undang RI Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Ketentuan Pidana Pasal 72 (ayat 2) 1. Barang iapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau hak terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp ,00 (lima ratus juta rupiah). ii

4 Kata Pengantar Buku ini diperuntukkan bagi siapa saja yang ingin mengetahui elektronika baik secara teori, konsep dan penerapannya. Pembahasan dilakukan secara komprehensif dan mendalam mulai dari pemahaman konsep dasar hingga ke taraf kemampuan untuk menganalisis dan mendesain rangkaian elektronika. Penggunaan matematika tingkat tinggi diusahakan seminimal mungkin, sehingga buku ini bias digunakan oleh berbagai kalangan. Pembaca dapat beraktivitas dengan mudah karena didukung banyak contoh soal dalam hamper setiap pokok bahasan serta latihan soal pada setiap akhir bab. Beberapa rangkaian penguat sedapat mungkin diambilkan dari pengalaman praktikum. ebagai pengetahuan awal, pemakai buku ini harus memahami teori dasar rangkaian C dan matematika dasar. Teori Thevenin, Norton, dan uperposisi juga digunakan dalam beberapa pokok bahasan. i samping itu penguasaan penerapan hukum Ohm dan Kirchhoff merupakan syarat mutlak terutama pada bagian analisis dan perancangan. Bab 1 membahas JFET, -MOFET dan E-MOFET. Pembahasan dimulai dari konstruksi, prinsip kerja, karakteristik transfer dan output untuk ketiga keluarga FET tersebut. Bab 2 membahas beberapa metode pemberian bias FET. Bias yang sering dipakai dalam rangkaian FET diantaranya adalah bias tetap, bias sendiri, dan bias pembagi tegangan. iii

5 Bab 3 membahas analisis penguat FET dalam tiga macam konfigurasi, yakni C, C dan pengikut ource. Namun di awal bab akan dijelaskan terlebih dahulu model siyal kecil FET. Akhirnya bab 4 membahas penguat daya yakni penguat kelas A, penguat push-pull dan komplementer. emoga buku ini bermanfaat bagi siapa saja. aran-saran dari pembaca sangat diharapkan. Yogyakarta, esember 2008 Penulis, Herman wi urjono, Ph.. osen Jurusan Pendidikan Teknik Elektronika, FT- UNY iv

6 aftar Isi KATA PENANTAR AFTAR II 1. TRANITOR EFEK MEAN 1.1. Pendahuluan 1.2. Konstruksi dan Karakteristik JFET 1.3. Karakteristik Transfer JFET 1.4. Konstruksi dan Karakteristik -MOFET 1.5. Konstruksi dan Karakteristik E-MOFET 1.6. Ringkasan 1.7. oal Latihan 2. BIA C FET 2.1. Pendahuluan 2.2. Bias Tetap 2.3. Bias endiri (elf Bias) 2.4. Bias Pembagi Tegangan 2.5. Ringkasan 2.6. oal Latihan 3. PENUAT FET 3.1. Pendahuluan 3.2. Model inyal Kecil FET 3.3. Analisis Penguat C 3.4. Penguat C dengan R 3.5. Rangkaian Pengikut ource 3.6. Penguat ate Bersama (C) 3.7. Ringkasan 3.8. oal Latihan 4. PENUAT AYA 4.1. Pendahuluan 4.2. Kelas Penguat 4.3. Penguat aya Kelas A Beban Resistor 4.4. Penguat aya Kelas A Beban Trafo 4.5. Penguat aya Push Pull Kelas B 4.6. Penguat aya Komplementer 4.7. Ringkasan 4.8. oal Latihan LAMPIRAN A LAMPIRAN B INEK iii v v

7 Herman wi urjono, Ph.. Elektronika Analog vi

8 Bab 1 Transistor Efek Medan 1.1 Pendahuluan Transistor efek medan (field-effect transistor = FET) mempunyai fungsi yang hampir sama dengan transistor bipolar yang sudah dibahas pada buku jilid 1. Meskipun demikian antara FET dan transistor bipolar terdapat beberapa perbedaan yang mendasar. Perbedaan utama antara kedua jenis transistor tersebut adalah bahwa dalam transistor bipolar arus output (IC) dikendalikan oleh arus input (IB). edangkan dalam FET arus output (I) dikendalikan oleh tegangan input (V), karena arus input adalah nol. resistansi input FET sangat besar, dalam orde puluhan megaohm. ehingga isamping itu, FET lebih stabil terhadap temperatur dan konstruksinya lebih kecil serta pembuatannya lebih mudah dari transistor bipolar, sehingga amat bermanfaat untuk pembuatan keping rangkaian terpadu. FET bekerja atas aliran pembawa mayoritas saja, sehingga FET cenderung membangkitkan noise (desah) lebih kecil dari pada transistor bipolar. Namun umumnya transistor bipolar lebih peka terhadap input atau dengan kata lain penguatannya lebih besar. isamping itu transistor bipolar mempunyai linieritas yang lebih baik dan respon frekuensi yang lebih lebar. Keluarga FET yang penting adalah JFET (junction field-effect transistor) dan MOFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). JFET terdiri atas kanal-p dan kanal-n. MOFET terdiri atas MOFET tipe pengosongan (-MOFET = epletion-mode metal-oxide semiconductor FET) dan MOFET tipe peningkatan (E-MOFET = Enhancement-mode metal-oxide semiconductor FET). masih terbagi juga dalam kanal-p dan kanal-n. Masing-masing tipe MOFET ini

9 Herman wi urjono, Ph Konstruksi dan Karakteristik JFET JFET adalah komponen tiga terminal dimana salah satu terminal dapat mengontrol arus antara dua terminal lainnya. JFET terdiri atas dua jenis, yakni kanal-n dan kanal-p, sebagaimana transistor terdapat jenis NPN dan PNP. Umumnya yang akan dibahas pada bab ini adalah kanal-n, karena untuk kanal-p adalah kebalikannya. rain () ate () P N P ource () aerah pengosongan ambar 1.1 Konstruksi JFET kanal N Konstruksi dasar komponen JFET kanal-n adalah seperti pada gambar 1.1. Terlihat bahwa sebagian besar strukturnya terbuat dari bahan tipe-n yang membentuk kanal. Bagian atas dari kanal dihubungkan ke terminal yang disebut rain () dan bagian bawah dihubungkan ke terminal yang disebut ource (). Pada sisi kiri dan kanan dari kanal-n dimasukkan bahan tipe P yang dihubungkan bersama-sama ke terminal yang disebut dengan ate (). Pada saat semua terminal belum diberi tegangan bias dari luar, maka pada persambungan P dan N pada kedua gate terdapat daerah pengosongan. Hal ini terjadi sebagaimana pada pembahasan dioda persambungan. Pada daerah pengosongan tidak terdapat pembawa muatan bebas, sehingga tidak mendukung aliran arus sepanjang kanal. 2

10 Bab 1. Transistor Efek Medan aerah pengosongan I P N P V V = 0 I ambar 1.2 JFET kanal N dengan V = 0 dan V >0 Apabila antara terminal dan diberi tegangan positip (V = positip) dan antara terminal dan diberi tegangan nol (V = 0), maka persambungan antara dan mendapat bias negatip, sehingga daerah pengosongan semakin lebar. edangkan persambungan antara dan daerah pengsongannya tetap seperti semula saat tidak ada bias. Untuk membuat V = 0 adalah dengan cara menghubungkan terminal dan terminal. Lihat gambar 1.2. engan adanya V bernilai positip, maka elektron dari akan mengalir menuju melewati kanal N, karena kanal-n tersedia banyak pembawa muatan mayoritas berupa elektron. engan kata lain arus listrik pada drain (I) mengalir dari sumber V dan arus pada source (I) menuju sumber. Aliran elektron ini melewati celah yang disebabkan oleh daerah pengosongan sebelah kiri dan kanan. 3

11 Herman wi urjono, Ph.. I I V = 0 Resistansi kanal-n V 0 Vp ambar 1.3 Kurva hubungan I dengan V Pada kondisi seperti pada gambar 1.2, aliran elektron sepenuhnya hanya tergantung pada resistansi kanal antara dan. Lihat gambar 1.3. Pada saat ini hubungan arus I dan V masih mengikuti hukum Ohm. Apabila tegangan V diperbesar lagi hingga beberapa volt, maka persambungan dan semakin besar mendapat tegangan bias mundur, sehingga daerah pengosongan semakin melebar. Apabila tegangan V dinaikkan terus hingga daerah pengosongan sebelah kiri dan kanan bersentuhan maka aliran elektron akan jenuh yang disebut dengan kondisi pinch-off. Lihat gambar 1.4. Pada kondisi ini (arus mulai jenuh dan V = 0) tegangan V disebut dengan tegangan pinch-off (Vp). Kenaikan V sesudah ini tidak akan menambah arus I lebih besar lagi atau I akan tetap, yakni yang disebut dengan I (drain-source saturation current). I adalah arus drain maksimum dengan kondisi V = 0 Volt dan V = Vp. 4

12 Bab 1. Transistor Efek Medan aerah pengosongan bersentuhan I = I P N P V = Vp V = 0 ambar 1.4 JFET kanal N dengan V = 0 dan V = Vp elanjutnya apabila V diberi tegangan negatip, misalnya sebesar V = -1 Volt, maka bias mundur untuk persambungan - maupun - semakin besar, sehingga daerah pengosongannya semakin lebar. engan demikian untuk mencapai kondisi pinch-off (kedua sisi daerah pengosongan bersentuhan) diperlukan tegangan V lebih kecil. Arus I akan mencapai titik jenuh (maksimum) pada tegangan V yang lebih kecil. Namun perlu diingat arus bahwa arus jenuh pada V bukan nol namanya bukanlah I. Perhatikan kurva karakteristik pada gambar

13 Herman wi urjono, Ph.. I I V = 0 V = - 1 V = - 2 V = Vp V = - 4 V ambar 1.5 Kurva karakteristik JFET Pada kuva karakteristik JFET kanal-n secara lengkap (gambar 1.5) terlihat bahwa apabila V dinaikkan terus kearah negatip, maka pada suatu tegangan V negatip tertentu arus I tetap nol meskipun tegangan V dinaikkan. Tegangan V ini disebut dengan V (off) atau tegangan pinch-off (Vp). Hal ini karena daerah pengosongan pada kedua sisi saling bersentuhan. Pada kurva gambar 1.5 tersebut tegangan Vp = -4 Volt. Pada kurva tersebut bisa dilihat pada tegangan V saat V = 0 dan I = I. Juga bisa dilihat pada tegangan V saat I = 0 meskipun V dinaikkan terus, yaitu V (off). Harga Vp ini adalah negatip untuk JFET kanal-n dan positip untuk JFET kanal-p. Pada beberapa buku data istilah V (off) maupun Vp keduanya biasa dipakai untuk menyatakan tegangan pinch-off. imbol JFET untuk kanal-n dan kanal-p ditunjukkan pada gambar 1.6 (a) dan (b). alam simbol tersebut, arah tanda panah pada gate merupakan arah arus pada persambungan seandainya diberi bias maju. Tetapi perlu diingat bahwa daerah kerja JFET adalah bila persambungan tersebut diberi bias mundur. Oleh karena itulah, maka arus gate I adalah nol (sangat kecil) dan akibatnya resistansi input dari JFET adalah tinggi sekali (dalam orde puluhan megaohm). 6

14 Bab 1. Transistor Efek Medan (a) (b) ambar 1.6 imbol JFET (a) kanal-n, (b) kanal-p 1.3 Krakteristik Transfer JFET Pada transistor bipolar hubungan antara arus output IC dan arus input yang mengendalikan IB dianggap linier, yakni: IC = βib. Namun pada JFET hubungan antara arus output I dengan tegangan input yang mengendalikan V tidaklah linier, yakni ditentukan dengan persamaan hockley: V I = I (1 - ) 2 Vp...(1.1) engan persamaan hockley tersebut dapat dibuat karakteristik transfer JFET. Karakteristik transfer JFET merupakan hubungan antara arus drain I dengan tegangan gatesource V setelah tercapai titik pinch-off. Meskipun dibuat dengan harga V konstan, tetapi sebenarnya kurva karakteristik transfer ini tidaklah tergantung dari nilai V. Hal ini karena setelah mencapai titik pinch-off, arus I tetap konstan walaupun tegangan V dinaikkan. ambar 1.7 menunjukkan kurva karakteristik transfer JFET. Kurva ini diperoleh dengan menggunakan persamaan hockley dari kurva karakteristik output gambar 1.5. engan diketahuinya nilai I dan Vp dari buku data, maka dengan mudah hubungan I dengan V dapat ditentukan. Pada gambar 1.7 tersebut, misalnya apabila harga V = 0 dimasukkan ke persamaan hockley, maka diperoleh: 7

15 Herman wi urjono, Ph.. V I = I (1 - ) 2 Vp 0 I = I (1 - ) 2 = I Vp Apabila harga V = Vp dimasukkan, maka diperoleh: V I = I (1 - ) 2 Vp Vp I = I (1 - ) 2 = 0 Vp elanjutnya dengan memasukkan berbagai harga V kedalam persamaan hockley akan diperoleh kurva transfer lengkap. I I daerah Ohmik V = 0 daerah aktif V = - 1 V = - 2 V = - 3 daerah breakdown V Vp V = - 4 V ambar 1.7 Kurva karakteristik transfer dan output JFET 8

16 Bab 1. Transistor Efek Medan Tegangan V yang diperlukan untuk membuat arus I menjadi jenuh (titik pinchoff) tergantung dari harga V-nya. Bila V =0, maka V yang diperlukan adalah sebesar Vp. Bila V dibuat semakin negatip, maka V yang diperlukan adalah semakin kecil. Hubungan V (sat) ini dinyatakan dengan persamaan: V (sat) = V = Vp aerah operasi yang linier adalah sesudah titik pinch-off dan dibawah daerah breakdown. Pada daerah ini arus I jenuh dan tergantung dari harga V dan tidak tergantung dari V, sesuai dengan persamaan hockley. aerah antara titik pinch-off dan break-down ini disebut juga dengan daerah aktif atau daerah jenuh, dimana JFET banyak dipakai sebagai penguat. edangkan sebelum titik pinch-off disebut dengan daerah ohmik atau daerah yang dikendalikan tegangan (voltage-controlled region), dimana JFET berlaku seperti resistor variabel. berikut: Beberapa persamaan penting berkenaan dengan karakteristik JFET adalah sebagai V I = I (1 - ) 2 Vp I = 0 dan I = I Persamaan tersebut perlu diingat karena banyak digunakan dalam analisa selanjutnya. 1.4 Konstruksi dan Karakteristik -MOFET MOFET tipe pengosongan atau -MOFET (epletion-metal-oxide semiconductor FET) terdiri atas kanal-n dan kanal-p. ambar 1.8 menunjukkan konstruksi -MOFET kanal-n. 9

17 Herman wi urjono, Ph.. rain () i O 2 Kanal N n ate () n p ubstrat () Kontak Metal n ource () ambar 1.8 Konstruksi -MOFET kanal-n -MOFET kanal-n dibuat di atas bahan dasar silikon tipe P yang biasanya disebut dengan substrat. Pada kebanyakan komponen diskret, substrat ini dihubungkan ke terminal yang disebut (substrat) sebagai terminal keempat. Terminal drain () dihubungkan ke bahan tipe N melalui kontak metal demikian juga dengan terminal source (). Antara bahan- N drain dan bahan-n source dihubungkan kanal yang terbuat juga dari bahan-n. Terminal gate dihubungkan ke sisi kanal-n melalui kontak metal. Tetapi yang paling penting disini adalah bahwa antara kontak metal gate dengan kanal-n ada lapisan oksida silikon (io2) yang berfungsi sebagai isolasi (dielektrikum). ecara kelistrikan antara terminal gate dengan kanal-n tidak ada hubungan. Hal ini membuat impedansi dari -MOFET sangat tinggi, lebih tinggi dari impedansi input JFET. engan demikian dalam pembiasan dc, arus gate I dianggap sama dengan nol (I = 0). Istilah MOFET (metal-oxide semiconductor FET) ini timbul karena dalam konstruksinya terdapat metal dan oksida silikon. alam literatur lama MOFET ini disebut dengan IFET (insulated-gate FET) karena memang terminal gatenya terisolasi dengan kanal-n. Penjelasan cara kerja dan karakteristik -MOFET kanal-n dimulai dengan memberikan V = 0 dan V positip seperti pada gambar 1.9. Pemberian V = 0 dilakukan dengan cara menghubungkan terminal dengan. Biasanya terminal dihubungkan ke terminal. Tegangan positip V akan menarik elektron bebas pada kanal- N dari source menuju drain, sehingga mengalir arus I. Hal ini sama seperti pada JFET. Bila 10

18 Bab 1. Transistor Efek Medan V diperbesar hingga mencapai Vp, maka arus I akan jenuh (tidak naik lagi) yang disebut dengan I. Apabila V dibuat negatip, maka muatan negatip pada terminal gate akan menolak elektron bebas pada kanal-n menjauhi daerah kanal-n dan menuju daerah substrat-p. Hal ini akan mengosongkan kanal-n dari elektron bebas, sehingga arus I semakin kecil. Apabila tegangan negatip V dinaikkan terus hingga kanal-n kosong dari semua elektron bebas, maka arus I sudah tidak bisa dinaikkan lagi meskipun dengan memperbesar V. I n n p + - V V = 0 n ambar 1.9 -MOFET kanal-n dengan V = 0 dan V positip -MOFET dengan tegangan V nol hingga V negatip ini disebut dengan mode pengosongan. Hal ini karena dengan tegangan V ini kanal-n dikosongkan dari elektron bebas, atau dengan kata lain pada kanal-n timbul daerah pengosongan. eperti halnya pada JFET, saat V negatip tertentu, arus I tidak bisa mengalir lagi (mati) meskipun V diperbesar. V yang menyebabkan I nol ini disebut dengan V(off). elain dengan tegangan V negatip, -MOFET bisa juga bekerja dengan tegangan V positip. Berbeda dengan JFET yang hanya bisa bekerja dengan V negatip saja. Bila V pada -MOFET dibuat positip, maka muatan positip pada terminal gate ini akan menarik elektron bebas dari substrat ke daerah kanal-n, sehingga elektron bebasnya lebih banyak. engan demikian arus I mengalir lebih besar dibanding saat V = 0. 11

19 Herman wi urjono, Ph.. emakin diperbesar harga V ke arah positip, semakin banyak jumlah pembawa muatan elektron bebas pada kanal N, sehingga semakin besar arus I. -MOFET yang bekerja dengan V positip ini disebut dengan mode peningkatan, karena jumlah pembawa muatan elektron bebas pada daerah kanal-n ditingkatkan dibanding saat V = 0. Pada saat memperbesar V positip ini perlu diperhatikan kemampuan arus I maksimum agar tidak terlampaui. Besarnya arus maksimum dari setiap -MOFET dapat dilihat pada buku data. Kurva karakteristik output dan kurva transfer -MOFET kanal-n dapat dilihat pada gambar Terlihat bahwa -MOFET ini dapat bekerja baik pada mode pengosongan (saat V negatip) maupun pada mode peningkatan (V positip). Oleh karena itu - MOFET ini sering juga disebut dengan E-MOFET (depletion-enhancement MOFET). Persamaan hockley (persamaan 1.1) juga masih berlaku pada -MOFET ini baik pada mode pengosongan maupun pada mode peningkatan. V I = I (1 - ) 2 Vp I mode pengosongan I mode peningkatan V = + 1 I V = 0 V = - 1 V = - 2 V = - 3 V Vp V = - 4 V ambar 1.10 Kurva karakteristik transfer dan output -MOFET kanal-n 12

20 Bab 1. Transistor Efek Medan Konstruksi dan prinsip kerja -MOFET kanal-p adalah kebalikan dari -MOFET kanal-n yang sudah dijelaskan di depan. emikian juga polaritas tegangan V, V, dan arus I juga berlawanan dengan yang ada pada -MOFET kanal-n. imbol -MOFET kanal-n dan kanal-p adalah seperti ditunjukkan berturut-turut pada gambar 1.11a dan 1.11b. Bila terminal tidak terhubung di dalam, maka -MOFET menjadi komponen empat terminal. Berbeda dengan simbol JFET yang tanda panahnya pada gate, untuk gate -MOFET tidak ada panahnya karena gate dengan kanal bukanlah P-N junction. -MOFET kanal-n (a) -MOFET kanal-p (b) ambar 1.11 imbol -MOFET (a) kanal-n dan (b) kanal-p 1.5 Konstruksi dan Karakteristik E-MOFET MOFET tipe peningkatan atau E-MOFET (Enhancement-metal-oxide semiconductor FET) terdiri atas kanal-n dan kanal-p. Pembahasan akan dilakukan hanya untuk E-MOFET kanal-n saja, karena pada dasarnya kanal-n dan kanal-p hanya berbeda polaritas. ambar 1.12 menunjukkan konstruksi E-MOFET kanal-n. eperti halnya pada -MOFET, E-MOFET ini juga dibuat di atas bahan dasar silikon tipe-p yang disebut dengan substrat. Pada umumnya substrat P ini dihubungkan ke terminal melalui kontak metal. Terminal pada beberapa MOFET terhubung langsung 13

21 Herman wi urjono, Ph.. di dalam komponen, sehingga yang keluar tinggal tiga terminal saja, yakni ource (), rain () dan ate (). rain () i O 2 Tidak ada Kanal n ate () Kontak Metal n ubstrat bahan tipe P ubstrat () ource () ambar 1.12 Konstruksi E-MOFET kanal-n ource () dan drain () masing-masing dibuat dengan menumbuhkan doping bahan- N dari substrat-p, sehingga dapat dihubungkan keluar menjadi terminal untuk ource dan untuk drain melalui kontak metal. edangkan terminal (gate) dibuat melalui kontak metal yang diletakkan ditengah-tengah antara ource dan rain. Antara gate dan substrat P terdapat silikon dioksida (io2) yang berfungsi sebagai isolasi (dielektrikum). Hal demikian ini sama seperti pada -MOFET. Impedansi input E-MOFET juga sangat tinggi. Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa pada -MOFET terdapat kanal yang menghubungkan dan, sedangkan pada E-MOFET tidak terdapat kanal tersebut. engan demikian aliran elektron dari source yang akan menuju drain harus melalui substrat- P. Pembahasan prinsip kerja E-MOFET kanal-n dimulai dengan memberikan tegangan V = 0 Volt dan V positip. Pemberian tegangan V = 0 adalah dengan cara menghubung-singkatkan terminal ate () dan ource (). Perhatikan gambar

22 Bab 1. Transistor Efek Medan I = 0 n V = 0 ubatrat bahan P + - V n ambar 1.13 E-MOFET kanal-n dengan V = 0 dan V positip Oleh karena antara dan tidak ada kanal-n (yang mempunyai banyak elektron bebas), maka meskipun V diberi tegangan positip yang cukup besar, arus I tetap tidak mengalir atau I = 0. Antara source dan drain adalah bahan tipe-p dimana elektron adalah sebagai pembawa minoritas, sehingga saat V = 0 dan V positip yang mengalir adalah arus bocor saja. isinilah perbedaannya dengan -MOFET yang mengalirkan arus I pada saat V = 0 dan V positip. Apabila V dinaikan kearah positip, maka muatan positip pada gate ini akan menolak hole dari substrat-p menjauhi perbatasannya dengan io2. engan demikian daerah substrat-p yang berdekatan dengan gate akan kekurangan pembawa mayoritas hole. ebaliknya elektron dari substrat-p akan tertarik oleh muatan positip gate dan mendekati perbatasan substrat dengan io2. Perlu diingat bahwa elektron tidak bisa masuk ke gate karena substrat dan gate ada pembatas io2, sehingga I tetap sama dengan nol. Bila tegangan V dinaikan terus hingga jumlah elektron yang berada di dekat perbatasan dengan io2 cukup banyak untuk menghasilkan arus I saat V positip, maka V ini disebut dengan tegangan threshold (VT). Pada beberapa buku data VT ini disebut juga V(th). etelah mencapai tegangan VT ini, maka dengan memperbesar harga V, arus I semakin besar. Hal ini karena semakin besar V berarti jumlah elektron yang 15

23 Herman wi urjono, Ph.. tersedia antara source dan drain semakin banyak. Kurva tranfer dan karakteristik E-MOFET kanal-n dapat dilihat pada gambar Istilah peningkatan (enhancement) dalam E-MOFET ini menunjuk pada fenomena bahwa saat V masih nol, arus I tidak ada karena tidak terdapat elektron antara source dan drain. Kemudian apabila V dibuat positip hingga melebihi VT, maka terjadi peningkatan jumlah elektron antara source dan drain yang berakibat meningkatnya arus I bila tegangan V positip diperbesar. Pada saat V > VT, apabila V masih kecil arus I naik dengan cepat, namun bila V dinaikkan terus hingga mencapai Vsat, maka arus I akan konstan. Hal ini karena dengan memperbesar V sementara V tetap, maka tegangan relatif antara dan makin kecil sehingga mengurangi daya tarik elektron pada sisi -. Akibatnya arus I akan jenuh dan kenaikan V lebih jauh tidak akan memperbesar arus I. Harga V ini disebut dengan Vsat (atau V saturasi). engan melihat kurva karakteristik E-MOFET ternyata terdapat hubungan antara Vsat dengan V. Hubungan tersebut adalah dengan semakin tingginya harga V, Vsat makin tinggi juga. Pada saat V = VT yang mana arus I mulai mengalir dengan cukup berarti, maka Vsat = 0. Hal ini karena arus I sudah mengalami kejenuhan sejak V dinaikkan. I I aris Vsat I V = + 7 V = + 6 V = + 5 V = + 4 V = V V =VT = + 2 ambar 1.14 Kurva karakteristik transfer dan output E-MOFET kanal-n V 16

24 Bab 1. Transistor Efek Medan Hubungan antara arus I dengan V tidak lagi mengikuti persamaan hockley sebagaimana pada JFET dan -MOFET, akan tetapi mengikuti persamaan 1.2. Persamaan ini berlaku untuk V > VT. I = k(v - VT) 2...(1.2) dimana: k adalah tetapan (konstanta) sebagai fungsi dari konstruksi komponen. Namun demikian dengan menurunkannya dari persamaan 1.2 tersebut bisa diperoleh harga k untuk suatu titik dalam kurva harga I(on) dan V(on) tertentu, yaitu: I (on) k = (V (on) - VT) 2...(1.3) Konstruksi dan prinsip kerja E-MOFET kanal-p adalah kebalikan dari E-MOFET kanal-n yang sudah dijelaskan di depan. emikian juga polaritas tegangan V, V, dan arus I juga berlawanan dengan yang ada pada E-MOFET kanal-n. imbol E-MOFET kanal-n dan kanal-p adalah seperti ditunjukkan berturut-turut pada gambar 1.15a dan 1.15b. Bila terminal tidak terhubung di dalam, maka E-MOFET menjadi komponen empat terminal. Berbeda dengan simbol JFET yang tanda panahnya pada gate, untuk gate E-MOFET tidak ada panahnya karena gate dengan kanal bukanlah P-N junction. E-MOFET kanal- (a) E-MOFET kanal- (b) ambar 1.15 imbol -MOFET (a) kanal-n dan (b) kanal-p 17

25 Herman wi urjono, Ph.. Adanya lapisan io2 antara gate dan kanal dalam MOFET menyebabkan impendansi input sangat tinggi. Akan tetapi karena lapisan io2 ini sangat tipis, maka perlu kehati-hatian dalam menangani MOFET ini. Muatan statis yang ada pada tangan manusia dikawatirkan bisa menyebabkan lapisan i02 tembus, sehingga MOFET akan rusak. Oleh karena itu biasanya pabrik sudah memberikan cincin penghubung singkat ujung-ujung kaki MOFET. engan demikian akan dapat menghindari terjadinya beda potensial atau muatan yang tidak disengaja pada terminal MOFET. Beberapa keluarga FET yang belum dibahas pada bab ini adalah VMO dan CMO. VMO merupakan jenis MOFET yang dirancang khusus untuk pemakaian pada daya tinggi. edangkan CMO dibentuk dengan menghubungkan secara complementer antara E- MOFET kanal P dan E-MOFET kanal-n. CMO banyak dipakai pada rangkaian terpadu untuk digital, karena kecepatan kerja yang tinggi, daya rendah, mudah dibuat dan impedansi input tinggi. 1.6 Ringkasan Keuntungan FET yang sangat penting dibanding transistor bipolar adalah impedansi inputnya yang sangat tinggi. Pada JFET tingginya impedansi input ini disebabkan karena pada daerah operasi JFET persambungan gate dan kanal mendapat bias mundur, sehingga arus gate adalah kecil sekali atau nol. edangkan pada MOFET hal ini disebabkan karena antara gate dengan kanal terdapat lapisan isolasi yang tipis yang berupa silikon dioksida (i02), sehingga arus gate adalah nol. Perbedaan lain FET dibanding dengan transistor bipolar adalah bahwa pada FET besaran arus output (I) dikendalikan oleh tegangan input (V). edangkan pada transistor bipolar besaran arus output (IC) dikendalikan oleh arus input (IB). 18

26 Bab 1. Transistor Efek Medan 1.7 oal Latihan 1. ambarkan struktur JFET kanal-p dan jelaskan cara kerjanya! 2. ambarkan struktur -MOFET kanal-p dan jelaskan cara kerjanya! 3. ambarkan struktur E-MOFET kanal-p dan jelaskan cara kerjanya! 4. Apabila diketahui I = 9 ma, Vp = - 3,5 Volt, dengan menggunakan persamaan hockley, tentukan harga arus I untuk beberapa harga V berikut! a). V = 0 V b). V = - 2 V c). V = - 3,5 V d). V = 5 V 5. engan diketahui harga I = 12 ma dan Vp = - 4 Volt, gambarkan kurva transfer untuk JFET tersebut! 6. Bila diketahui I = 6 ma dan Vp = - 4,5 Volt, a. Tentukan I pada V = - 2 Volt dan - 3,6 Volt b. Tentukan V pada I = 3 ma dan 5,5 ma 7. Jelaskan beberapa perbedaan dan persamaan antara FET dengan transistor bipolar! 8. Jelaskan beberapa keuntungan dan kerugian FET dibanding dengan transistor bipolar! 9. Jelaskan arti mode pengosongan dan peningkatan dalam -MOFET! 10. Jelaskan perbedaan antara -MOFET dengan E-MOFET! 19

27 Herman wi urjono, Ph.. umber Pustaka Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic evices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc. Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co. Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. ingapore: Mcraw-Hill, Inc. Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and igital Circuits and ystems. Tokyo: Mcraw-Hill, Inc. avant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit esign: An Engineering Approach. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. tephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc. 20