Apa itu mosfet: konstruksinya, jenis dan cara kerjanya

MOSFET pada dasarnya adalah transistor yang menggunakan efek medan. MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxide Field Effect Transistor, yang memiliki gerbang. Tegangan gerbang menentukan konduktivitas perangkat. Bergantung pada tegangan gerbang ini kita dapat mengubah konduktivitas dan dengan demikian kita dapat menggunakannya sebagai sakelar atau sebagai penguat seperti kita menggunakan Transistor sebagai sakelar atau sebagai penguat.

Bipolar Junction Transistor atau BJT memiliki basis, emitor, dan kolektor, sedangkan MOSFET memiliki gerbang, saluran, dan koneksi sumber. Selain konfigurasi pin, BJT membutuhkan arus untuk operasi dan MOSFET membutuhkan tegangan.

MOSFET memberikan impedansi input yang sangat tinggi dan sangat mudah untuk bias. Jadi, untuk penguat kecil linier, MOSFET adalah pilihan yang sangat baik. Amplifikasi linier terjadi ketika kita membiaskan MOSFET di wilayah saturasi yang merupakan titik Q yang tetap secara terpusat.

Pada gambar di bawah ini, konstruksi internal MOSFET saluran-N dasar ditampilkan. MOSFET memiliki tiga koneksi Tiriskan, Gerbang, dan Sumber. Tidak ada koneksi langsung antara gerbang dan saluran. Elektroda gerbang diisolasi secara elektrik dan karena alasan ini, kadang-kadang disebut sebagai IGFET atau Transistor Efek Medan Gerbang Terisolasi.

Berikut adalah gambar MOSFET IRF530N yang sangat populer.

Jenis MOSFET

Berdasarkan mode operasi, ada dua jenis MOSFET yang tersedia. Kedua jenis ini selanjutnya memiliki dua subtipe

1. Jenis deplesi MOSFET atau MOSFET dengan mode Deplesi

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

1. Jenis Enhancement MOSFET atau MOSFET dengan mode Enhancement

• N-Channel MOSFET atau NMOS
• P-Channel MOSFET atau PMOS

Jenis deplesi MOSFET

Jenis deplesi MOSFET biasanya ON pada tegangan Gerbang ke Sumber nol. Jika MOSFET adalah MOSFET tipe Deplesi N-Channel maka akan ada beberapa tegangan ambang batas, yang diperlukan untuk mematikan perangkat. Misalnya, MOSFET Deplesi N-Channel dengan tegangan ambang batas -3V atau -5V, gerbang MOSFET perlu ditarik negatif -3V atau -5V untuk mematikan perangkat. Tegangan ambang ini akan menjadi Negatif untuk saluran N, dan positif untuk saluran P. Jenis MOSFET ini umumnya digunakan di sirkuit logika.

Jenis peningkatan MOSFET

Dalam jenis Enhancement dari MOSFET, perangkat tetap OFF pada tegangan Gerbang nol. Untuk menyalakan MOSFET, kita harus memberikan tegangan Gerbang ke Sumber minimum (tegangan Ambang Vgs). Tetapi, arus drain sangat bergantung pada tegangan gerbang-ke-sumber ini, jika Vgs dinaikkan, arus drain juga meningkat dengan cara yang sama. Jenis MOSFET Enhancement ideal untuk membangun rangkaian Amplifier. Juga, sama seperti deplesi MOSFET, ia juga memiliki subtipe NMOS dan PMOS.

Karakteristik dan Kurva MOSFET

Dengan memberikan tegangan stabil pada drain ke sumber, kita dapat memahami kurva IV dari MOSFET. Seperti yang dinyatakan di atas, arus drain sangat bergantung pada Vgs, gerbang ke tegangan sumber. Jika kita memvariasikan Vgs, arus Drain juga akan bervariasi.

Mari kita lihat kurva IV dari sebuah MOSFET.

Pada gambar di atas, kita dapat melihat kemiringan IV dari MOSFET N-Channel, arus drain adalah 0 ketika tegangan Vgs di bawah tegangan ambang, selama ini MOSFET dalam mode cut-off. Setelah itu ketika tegangan gerbang-ke-sumber mulai meningkat, arus drain juga meningkat.

Mari kita lihat contoh praktis Kurva IV IRF530 MOSFET,

Kurva menunjukkan bahwa ketika Vgs adalah 4,5V, arus drain maksimum IRF530 adalah 1A pada 25 derajat C. Tetapi ketika kita meningkatkan Vgs menjadi 5V, arus Drain hampir 2A, dan akhirnya pada 6V Vgs, ini dapat memberikan 10A dari Tiriskan Saat Ini.

Biasing DC pada MOSFET dan Amplifikasi Sumber Umum

Nah, sekarang saatnya menggunakan MOSFET sebagai Amplifier linier. Ini bukanlah pekerjaan yang sulit jika kita menentukan bagaimana membiaskan MOSFET dan menggunakannya di wilayah operasi yang sempurna.

MOSFET bekerja dalam tiga mode operasi: Ohmic, Saturation dan Pinch off point. Wilayah saturasi juga disebut sebagai Wilayah Linear. Di sini kami mengoperasikan MOSFET di wilayah saturasi, ini memberikan titik-Q yang sempurna.

Jika kami memberikan sinyal kecil (waktu bervariasi) dan menerapkan bias DC pada gerbang atau input, maka di bawah situasi yang tepat MOSFET memberikan amplifikasi linier.

Pada gambar di atas, sinyal sinusoidal kecil (V _gs) diterapkan ke gerbang MOSFET, menghasilkan fluktuasi arus drain yang sinkron dengan input sinusoidal yang diterapkan. Untuk sinyal kecil V _gs, kita dapat menggambar garis lurus dari titik Q yang memiliki kemiringan g _m = dI _d / dVgs.

Kemiringannya bisa dilihat pada gambar di atas. Ini adalah kemiringan transkonduktansi. Ini adalah parameter penting untuk faktor amplifikasi. Pada titik ini amplitudo arus drain adalah

ߡ Id = gm x ߡ Vgs

Sekarang, jika kita melihat skema yang diberikan di atas, resistor drain R _d dapat mengontrol arus drain serta tegangan drain menggunakan persamaan

Vds = Vdd - I _d x Rd (sebagai V = I x R)

Sinyal keluaran AC akan menjadi ߡ Vds = -ߡ Id x Rd = -g _m x ߡ Vgs x Rd

Sekarang dengan persamaan, keuntungannya akan

Penguatan Tegangan yang Diperkuat = -g _m x Rd

Jadi, keuntungan keseluruhan dari Amplifier MOSFET sangat bergantung pada transkonduktansi dan resistor Drain.

Konstruksi Basic Common Source Amplifier dengan satu MOSFET

Untuk membuat Amplifier common source sederhana dengan menggunakan MOSFET kanal N tunggal, yang terpenting adalah mencapai kondisi bias DC. Untuk memenuhi tujuan tersebut, pembagi tegangan generik dibangun menggunakan dua resistor sederhana: R1 dan R2. Dua resistor lagi juga diperlukan sebagai resistor Penguras dan resistor Sumber.

Untuk menentukan nilainya kita membutuhkan perhitungan langkah demi langkah.

MOSFET dilengkapi dengan impedansi input yang tinggi, sehingga dalam kondisi operasi, tidak ada aliran arus di terminal gerbang.

Sekarang, jika kita melihat ke dalam perangkat, kita akan menemukan bahwa ada tiga resistor yang terkait dengan VDD (Tanpa resistor bias). Ketiga resistor tersebut adalah Rd, resistansi internal MOSFET, dan Rs. Jadi, jika kita menerapkan hukum Tegangan Kirchoff maka tegangan pada ketiga resistor tersebut sama dengan VDD.

Sekarang sebagai per hukum Ohm, jika kita kalikan arus dengan resistor kita akan mendapatkan tegangan sebagai V = I x R. Jadi, di sini saat ini Tiriskan saat ini atau saya _D. Jadi, tegangan di Rd adalah V = I _D x Rd, hal yang sama berlaku untuk Rs karena arusnya sama dengan I _D, jadi Tegangan di Rs adalah Vs = I _D x Rs. Untuk MOSFET, Tegangannya adalah V _DS atau tegangan Drain-to-source.

Sekarang sesuai KVL, VDD = I _D x Rd + V _DS + I _D x Rs VDD = I _D (Rd + Rs) + V _DS (Rd + Rs) = V _DD - V _DS / I _D

Kami selanjutnya dapat mengevaluasinya sebagai

Rd = (V _DD - V _DS / I _D) - R _S Rs dapat dihitung sebagai Rs = V _S / I _D

Dua nilai resistor lainnya dapat ditentukan dengan rumus V _G = V _DD (R2 / R1 + R2)

Jika Anda tidak memiliki nilainya, Anda bisa mendapatkannya dari rumus V _G = V _GS + V _S.

Untungnya, nilai maksimum dapat tersedia dari lembar data MOSFET. Berdasarkan spesifikasi kita dapat membangun sirkuit.

Dua kapasitor kopling digunakan untuk mengkompensasi frekuensi cut-off dan untuk memblokir DC yang berasal dari input atau sampai ke output akhir. Kita bisa mendapatkan nilainya dengan mencari tahu resistansi yang setara dari pembagi bias DC dan kemudian memilih frekuensi cutoff yang diinginkan. Rumusnya adalah

C = 1 / 2πf Persyaratan

Untuk desain High Power Amplifier, sebelumnya kita membangun Power Amplifier 50 Watt menggunakan Dua MOSFET sebagai konfigurasi Push-pull, ikuti tautan untuk aplikasi praktis.