Bengkeltv.id – Pengertian MOSFET dan Cara Kerjanya Secara Lengkap. Pengertian MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) menjadi kunci dalam memahami teknologi semikonduktor modern. MOSFET adalah jenis transistor yang memiliki peran penting dalam dunia elektronika dan teknologi digital. Dengan perkembangan pesatnya, pemahaman yang mendalam terhadap konsep dan fungsi MOSFET menjadi esensial.
Sebagai komponen dasar dalam rangkaian terintegrasi, MOSFET memberikan kontribusi besar dalam merancang perangkat semikonduktor, mulai dari mikroprosesor hingga sirkuit analog. Artikel ini akan membahas secara menyeluruh pengertian MOSFET, prinsip kerjanya, dan dampaknya dalam dunia teknologi. Mari kita eksplorasi bersama konsep yang mendasari transistor ini untuk memahami peran krusialnya dalam memajukan dunia elektronika modern.
Pengertian MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan perangkat semikonduktor yang berperan sebagai saklar atau penguat sinyal dalam berbagai perangkat elektronik. Seiring dengan kemajuan teknologi, MOSFET telah menjadi elemen kunci dalam dunia elektronika, dipergunakan secara meluas dalam perangkat seperti ponsel pintar, komputer, dan berbagai sistem lainnya.
Struktur dasar MOSFET terdiri dari empat terminal, yaitu Source (S), Gate (G), Drain (D), dan Body (B). Setiap terminal memiliki peran khusus dalam mengatur aliran arus listrik melalui perangkat ini. Source berperan sebagai titik awal muatan listrik, Drain sebagai titik akhir muatan, sementara Gate mengontrol aliran muatan antara Source dan Drain. Body adalah terminal yang memberikan koneksi ke substrat semikonduktor.
Prinsip kerja MOSFET melibatkan variasi lebar saluran pembawa muatan (electron atau hole) yang mengalir antara Source dan Drain. Muatan listrik memasuki saluran dari Source dan keluar melalui Drain. Lebar saluran ini dikendalikan oleh tegangan yang diterapkan pada elektroda yang disebut Gate. Lapisan oksida logam yang sangat tipis antara Gate dan saluran berfungsi sebagai isolator, memungkinkan kontrol yang presisi terhadap arus yang mengalir.
MOSFET juga sering menjadi inti dari Integrated Circuit (IC) karena ukurannya yang sangat kecil. Desain yang kompak membuatnya ideal untuk aplikasi modern yang membutuhkan efisiensi ruang. Kapasitansi MOS pada MOSFET memiliki peran krusial dalam kinerjanya. Lapisan oksida logam yang tipis menciptakan kapasitor yang dapat mengakumulasi muatan listrik, memungkinkan MOSFET merespons dengan cepat terhadap perubahan tegangan pada Gate.
FUNGSI MOSFET
Selain berfungsi sebagai komponen inti dalam IC (Integrated Circuit), MOSFET juga memiliki berbagai fungsi dan kegunaan yang sesuai dengan jenisnya. Saat ini, hampir semua peralatan elektronik yang memerlukan daya stabil menggunakan MOSFET, seperti MOSFET pada mesin las, MOSFET dalam sumber daya daya (power supply) modern, dan sebagainya.
Secara umum, MOSFET memiliki beberapa fungsi sebagai berikut:
1. SEBAGAI PENGUAT
Kemampuan MOSFET memiliki impedansi input yang sangat tinggi membuatnya banyak digunakan sebagai penguat, karena dapat dengan sangat baik mengatasi risiko hilangnya sinyal. Oleh karena itu, memilih MOSFET sebagai komponen dalam rangkaian penguat elektronik adalah pilihan yang tepat.
2. SEBAGAI SAKLAR
Dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar, rangkaian elektronik tersebut dapat terhubung dengan semua jenis gerbang logika (Logic Gate). Selain itu, MOSFET mampu mengendalikan beban arus yang tinggi, dan biayanya relatif lebih murah dibandingkan dengan transistor bipolar. Jika ingin menggunakan MOSFET sebagai saklar, kita hanya perlu mengkonfigurasinya dalam kondisi saturasi (ON) dan cut-off (OFF).
3. SEBAGAI PEMBANGKIT
MOSFET juga sering digunakan sebagai pembangkit sinyal yang banyak diterapkan pada aplikasi transmitter atau pemancar radio.
4. MIXER
Fungsi lain dari MOSFET adalah sebagai mixer atau pencampur dua jenis tegangan bolak-balik (AC) atau lebih yang memiliki frekuensi berbeda. Aplikasi dari fungsi MOSFET ini dapat ditemukan pada rangkaian mixer audio, ekualiser, dan berbagai perangkat lainnya.
Cara Kerja
Tujuan dari MOSFET adalah mengontrol tegangan dan arus antara Source dan Drain, dan komponen ini digunakan terutama sebagai saklar. Kinerja MOSFET bergantung pada kapasitas MOS, yang menjadi elemen kunci dari MOSFET itu sendiri.
Permukaan semikonduktor pada lapisan oksida, yang terletak di antara terminal Source dan Drain, dapat diubah dari tipe-p menjadi n-type dengan menerapkan tegangan gerbang positif atau negatif. Ketika tegangan gerbang positif diterapkan, lubang di bawah lapisan oksida didorong ke bawah oleh gaya dan beban yang tertarik ke substrat.
Daerah yang mengalami penipisan kemudian diisi oleh muatan negatif terikat yang berhubungan dengan atom akseptor. Elektron kemudian mencapai saluran yang terbentuk. Tegangan positif juga menarik elektron dari sumber tipe-n dan mengalirkannya ke daerah saluran.
Saat voltase diterapkan antara Drain dan Source, arus akan mengalir bebas antara kedua terminal tersebut, dan tegangan gerbang akan mengendalikan jumlah elektron di saluran. Namun, jika tegangan gerbang yang negatif diterapkan, saluran berlubang akan terbentuk di bawah lapisan oksida.
JENIS JENIS MOSFET
MOSFET (Metal Oksida Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan suatu transistor yang terbentuk dari bahan semikonduktor dan telah melalui proses doping untuk mengubah bahan tersebut menjadi semikonduktor dengan tingkat ketidakmurnian tertentu. Tingkat ketidakmurnian pada bahan semikonduktor ini akan menentukan jenis transistor yang dihasilkan. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai berbagai jenis MOSFET:
Berdasarkan cara kerjanya, MOSFET dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Mode Penipisan dan Mode Peningkatan.
1. MODE PENIPISAN (DEPLETION MODE)
Pada mode penipisan, terdapat saluran yang menghubungkan drain (D) dan source (S) dalam MOSFET, di mana saluran ini berperan sebagai jalur bagi aliran elektron bebas. Lebar saluran ini dapat dikendalikan oleh tegangan pada gerbang (G) MOSFET. Mode penipisan MOSFET memerlukan tegangan Gerbang-Sumber (VGS) untuk menjaga perangkat dalam kondisi mati (OFF). Mode penipisan MOSFET setara dengan saklar NC (Normally Closed). MOSFET mode deplesi terdiri dari MOSFET tipe-p (p-channel) dan MOSFET tipe-n (n-channel).
2. MODE PENINGKATAN (ENHANCEMENT MODE)
MOSFET mode peningkatan (Enhancement Mode) melibatkan MOSFET tipe-p (p-channel) dan MOSFET tipe-n (n-channel). Secara fisik, MOSFET mode peningkatan tidak memiliki saluran antara drain (D) dan source (S) karena lapisan bulk meluas dengan lapisan silikon oksida (SiO2) pada terminal gerbang (G). Mode peningkatan MOSFET membutuhkan tegangan Gerbang-Sumber (VGS) untuk mengaktifkan perangkat (ON). Mode peningkatan MOSFET setara dengan saklar NO (Normally Open).
Berdasarkan saluran yang digunakan, MOSFET dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu NMOS, PMOS, dan CMOS.
NMOS
NMOS dibuat dari substrat dasar tipe-p, dengan daerah source (S) dan drain (D) didifusikan menjadi tipe n+, dan daerah saluran terbentuk pada permukaan tipe-n. Jenis NMOS yang umum digunakan adalah NMOS jenis enhancement, di mana pada jenis ini, terminal source NMOS sebagian besar akan dihubungkan dengan –Vss karena struktur MOSFET hampir tidak memungkinkan untuk dihubungkan dengan +Vdd. Dalam aplikasi gerbang, NMOS dapat dikombinasikan dengan resistor, PMOS, atau NMOS lainnya sesuai dengan karakteristik gerbang yang ingin dibuat. Sebagai contoh, sebuah NMOS dan resistor dapat digabungkan menjadi sebuah gerbang NOT.
PMOS
Transistor PMOS terbuat dari substrat dasar tipe-n, dengan daerah source dan drain didifusikan menjadi tipe p+, dan daerah saluran terbentuk pada permukaan tipe-p. Jenis PMOS yang umum digunakan adalah PMOS jenis enhancement, di mana pada jenis ini, terminal source PMOS sebagian besar akan dihubungkan dengan +Vdd mengingat struktur MOSFET hampir tidak memungkinkan untuk dihubungkan dengan -Vss. Dalam aplikasi gerbang, PMOS dapat dikombinasikan dengan resistor, NMOS, atau PMOS lainnya sesuai dengan karakteristik gerbang yang ingin dibuat. Sebagai contoh, sebuah PMOS dan resistor dapat digabungkan menjadi sebuah gerbang NOT.
CMOS
MOSFET tipe complementary atau CMOS mengalirkan arus penguras sumber melalui saluran tipe-n dan tipe-p secara bergantian sesuai dengan tegangan yang diberikan pada gerbangnya (gate).
Aplikasi Rangkaian MOSFET
Rangkaian MOSFET pengendali Kecepatan MOTOR
MOSFET umumnya digunakan sebagai pengendali kecepatan motor. Dengan mengaplikasikan sinyal PWM ke Gate, MOSFET akan mengatur tegangan yang mengalir dari Source ke Drain. Besar kecilnya tegangan yang melewati Source dan Drain ini dipengaruhi oleh nilai PWM yang diinputkan ke Gate. Ilustrasi rangkaian dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai aplikasi pengendalian kecepatan motor dengan MOSFET dan Arduino serta ATmega, dapat ditemukan pada artikel selanjutnya.
Rangkaian MOSFET Sebagai Switch
MOSFET memiliki kemampuan untuk berfungsi sebagai saklar, mirip dengan transistor. Pada MOSFET N-Channel, jika terdapat tegangan pada Gate, tegangan dari Source akan mengalir ke Drain, dan sebaliknya. Ketika tidak ada tegangan pada Gate, arus dari Source tidak akan mengalir. Gambar rangkaian dapat dilihat pada ilustrasi di bawah ini.
Penutup
Dalam kesimpulan, MOSFET atau Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor merupakan sebuah komponen elektronika yang memiliki peran penting dalam dunia teknologi modern. Pengertian MOSFET sendiri mengacu pada transistor tipe field-effect yang menggunakan lapisan semikonduktor sebagai pintu (gate) untuk mengontrol arus listrik. Dengan kemampuannya untuk mengatur arus dengan presisi, MOSFET telah menjadi elemen kunci dalam perangkat elektronik, mulai dari ponsel pintar hingga perangkat komputer.
Keunggulan MOSFET termasuk efisiensi tinggi, kecepatan respons yang cepat, dan kemampuan mengontrol daya listrik yang besar. Pemahaman mendalam terhadap pengertian MOSFET menjadi kunci untuk mengembangkan teknologi yang lebih canggih di masa depan. Sebagai bagian integral dari rangkaian elektronika, MOSFET terus memberikan kontribusi besar dalam memajukan inovasi dan meningkatkan kinerja perangkat elektronik modern. Dengan begitu, pengetahuan mengenai MOSFET menjadi penting bagi para profesional dan pecinta teknologi guna memahami dan mengoptimalkan pemanfaatannya dalam berbagai aplikasi. Semoga informasi dari bengkeltv.id mengenai Pengertian MOSFET ini bermanfaat untuk Kalian.
