TRANSISTOR II BJT dan FET kontrol arus IB

TRANSISTOR II

BJT dan FET (kontrol arus) IB ID IC BJT + FET VGS (kontrol tegangan) Bipolar Junction Transistor (BJT) : Field Effect Transisitor (FET) : -. dikontrol oleh arus -dikontrol oleh tegangan - IC bergantung pada IB - ID bergantung pada VGS -. carrier: elekron dan hole (bipolar) - carrier: elektron atau hole (unipolar)

Tipe FET • 1. Junction Field Effect Transistor (JFET) • 2. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)

Kontruksi JFET • 2 tipe JFET : n channel dan p channel • Terdapat 3 terminal - Drain (D) - Source (S) - Gate (G)

Cara Kerja JFET • Pada junction terjadi lapisan deplesi (depletion layer) akibat rekombinasi elektron dan holes drain • Ketika elektron mengalir dari source ke drain, elektron harus melewati channel sempit di antara ke dua lapisan deplesi. Semakin negatif tegangan gate, semakin sempit channel. Semakin kecil arus yang mengalir antara souce dan drain • Tegangan gate mengontrol besar arus yang mengalir antara source dan drain gate source

Karakterisitik Operasi JFET 3 kondisi operasi JFET: A. VGS = 0, VDS menaik ke suatu nilai positif B. VGS < 0, VDS pada suatu nilai positif C. Voltage Controlled Resistor

Kondisi 1 • Kondisi 1: VGS=0 dan VDS naik ke suatu nilai positif: - Gate dihubungkan dengan Source VGS=0 - VGS=0 dan VDS=0 FET tidak aktif - VDS dinaikkan: Daerah deplesi antara p gate dan n channel akan membesar dengan semakin banyaknya elektron yang berekombinasi dengan hole - Memperbesar daerah deplesi akan memperkecil daerah n dan memperbesar resistansinya - Arus dari Source ke Drain (ID) semakin besar karena VDS semakin besar

Pinch Off • Jika VDS dinaikkan terus daerah deplesi semakin membesar sampai akhirnya bersentuhan (pinchoff)

Saturasi • Pada titik pinchoff: • Kenaikan VDS lebih lanjut tidak akan menaikkan ID. VGS pada pinchoff dinyatakan dengan VP • ID pada saturasi atau maksimum dinyatakan dengan IDSS

Kondisi 2 • VGS < 0 dan VDS pada suatu nilai positif: • VGS semakin negatif, maka daerah deplesi akan semakin besar

ID IDSS VGS menjadi lebih negatif: • JFET akan pinch-off pada tegangan yg lebih rendah (Vp). • ID berkurang (ID < IDSS) meskipun VDS dinaikkan • ID pada 0 A. VGS pada titik ini disebut Vp or gate source cutt off voltage, VGS(off). • breakdown VDS > VDSmax.

Kurva Drain JFET

Kondisi 3 • Voltage Controlled Resistor: • Daerah disebelah kiri titik pinchoff dinamakan daerah ohmic. JFET dapat dioperasikan sebagai variable resistor dimana resistansi drain source, rd dikontrol oleh VGS. • VGS lebih negatif, rd naik • Hubungan rd dengan VGS rd=resistansi pada suatu nilai VGS tertentu ro= resistansi pada VGS=0

JFET p channel • JFET p channel memiliki prinsip yang sama dengan JFETn channel • Channel adalah semikonduktor tipe p. • Polaritas tegangan dan arah arus berlawanan jika dibandingkan dengan transistor JFET n channel. Simbol rangkaian untuk tipe p juga sama, hanya saja dengan arah panah yang berbeda.

MOSFET • • • MOSFET = Metal Oxide Semiconductor FET Mempunyai karakterisitik yang mirip dengan FET Memiliki drain, source, gate Gate terbuat dari bahan metal Karena gate yang terisolasi sering disebut juga Insulated Gate FET ( IGFET) • Dua jenis MOSFET - Depletion Mode - digunakan pada rangkaian linear - Enhancement Mode - digunakan pada rangkaian digital

Depletion Mode MOSFET Construction Drain (D) dan Source (S) dihubungkan dengan n-doped region dihubungkan melalui n-channel dihubungkan dengan Gate (G) melalui insulating layer Si. O 2 yang tipis n-doped material berada p-doped substrate yang dapat mempunyai terminal tambahan yang dihubungkan dengan substrate (SS)

Depletion Mode MOSFET • n channel

Prinsip Kerja • Elektron bebas mengalir dari source ke drain melalui n region. elektron yang mengalir harus melalui channel yang sempit diantara gate dan p region

Tegangan Gate Negatif • 1. Tegangan gate negatif - VDD mendorong elektron mengalir dari source ke drain. Elektron tersebut mengalir melalui channel yang sempit disebelah substrate p. - Tegangan gate mengontrol lebarnya channel. Semakin negative tegangan gate, semakin kecil arus drain. Ketika tegangan gate sudah cukup negatif, arus drain akan cut off. - Operasi MOSFET sama dengan JFET ketika VGS negatif

Tegangan Gate Positif • Karena gate terisolasi dari channel, tegangan positif dapat diberikan pada gate. Tegangan gate positif menaikkan banyaknya elektron bebas yang mengalir melalui channel. • Semakin positif tegangan gate, semakin besar arus dari source ke drain

Kurva Drain Depletion MOSFET ketika VGS = 0 V, ID = IDSS Ketika VGS < 0 V, ID < IDSS n channel p channel

Enhancement Mode MOSFET Construction Drain (D) dan Source (S) dihubungkan dengan n-doped regions tidak berhubugan melalui n-channel Gate (G) berhubungan dengan p-doped substrate melalui insulating layer Si. O 2 yang tipis

Enhancement Mode MOSFET • N Channel

Enhancement Mode MOSFET • Ketika VGS =0, VDD akan mendorong elektron bebas dari source ke drain, tetapi substrat p hanya mempunyai sedikit elektron bebas. Tidak ada arus mengalir anatra source dan drain, MOSFET dalam keadaan Off • VGS >0 elektron tertarik kearah substrat p dan berekombinasi dengan hole. Karena potensial gate lebih positif, elektron terlebih dahulu tertarik dan menumpuk di sisi substrat yang berbatasan dengan gate. Elektron akan terus menumpuk dan tidak dapat mengalir menuju gate karena terisolasi oleh bahan insulator Si. O 2. • Jika tegangan gate cukup positif, maka tumpukan elektron akan menyebabkan terbentuknya semacam lapisan n yang negatif dan seketika itulah arus drain dan source dapat mengalir. Lapisan yang terbentuk ini disebut dengan istilah inversion layer. Di sini karena subtratnya tipe p, maka lapisan inversion yang terbentuk adalah bermuatan negatif atau tipe n. • Tegangan minimum dimana lapisan inversion n mulai terbentuk disebut tegangan threshold, VGS(th). Pada tegangan ini transistor mulai on

Kurva Drain Enhancement MOSFET

Thyristor (1) • Kontruksi : terdiri dari 4 lapisan semikonduktor (pnpn) • Seperti saklar mekanis thyristor mempunyai 2 keadaan : ON (menghantarkan) dan OFF (tidak menghantarkan) • Sekali dipicu (triggered) akan tetap ON • Jenis a. l: - SCR (Silicon Controlled Rectifier) - TRIAC • Aplikasi: kontrol kecepatan dan frekuensi, penyearahan dan pengubahan daya - pengendali motor - manipulasi robot - kontrol panas dan cahaya

Thyristor (2) Collector Q 1 tersambung pada base Q 2 dan sebaliknya collector Q 2 tersambung pada base Q 1

Thyristor (3) • Jika arus base Q 1 naik, arus collector Q 2 naik, akibatnya arus base Q 1 bertambah besar dan arus collector pada Q 2 akan semakin besar juga. Demikian seterusnya sampai thyristor menjadi jenuh. Pada saat tersebut thyristor dalam keadaan ON atau seperti switch yang tertutup • Jika arus base Q 2 menurun, arus collector Q 2 akan menurun sehingga arus base Q 1 akan mengecil yang akan mengurangi arus collector Q 2. Demikian seterusnya sampai thryristor cutoff. Pada saat demikian thyristor dalam keadaan OFF atau seperti switch terbuka. closed switch open switch

SCR (1) • Terdiri dari 4 lapisan pnpn • Mempunyai 3 terminal: anoda, katoda, gate • Tidak memperkuat sinyal, digunakan sebagai saklar (switch)

SCR (2) • Kurva karakteristik Vbo= tegangan break over, tegangan minimum agar SCR ON IG = arus gate IGT = arus trigger gate Ih = arus holding, arus yang mempertahankan SCR tetap ON

TRIAC • TRIAC (Triode for Alternating Current) • Disebut thyristor bi directional. • TRIAC merupakan dua buah SCR yang dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan terminal gate bersama. • TRIAC dapat dipicu dengan tegangan polaritas positif dan negatif, serta dapat dihidupkan dengan menggunakan tegangan bolak-balik pada Gate. • Banyak digunakan pada rangkaian kontrol dan pensaklaran (light dimmer, electric heating control, dll)