TRANSISTOR

BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR (BJT)

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

Struktur Transistor

BJT (Bipolar Junction Transistor) tersusun atas tiga material semikonduktor terdoping yang dipisahkan oleh dua sambungan pn.Ketiga material semikonduktor tersebut dikenal dalam BJT sebagai emitter, base dan kolektor (Gambar 1). Daerah base merupakan semikonduktor dengan sedikit doping dan sangat tipis bila dibandingkan dengan emitter (doping paling banyak) maupun kolektor (semikonduktor berdoping sedang). Karena strukturnya fisiknya yang seperti itu, terdapat dua jenis BJT. Tipe pertama terdiri dari dua daerah n yang dipisahkan oleh daerah p (npn), dan tipe lainnya terdiri dari dua daerah p yang dipisahkan oleh daerah n (pnp). Sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan emitter dikenal sebagai sambungan base-emiter (base-emitter junction), sedangkan sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan kolektor dikenal sebagai sambungan base-kolektor (base-collector junction).

Gambar 1. Dua Jenis Bipolar Junction Transistor (BJT)

Gambar 2 menunjukkan simbol skematik untuk bipolar junction transistor tipe npn dan pnp. Istilah bipolar digunakan karena adanya elektron dan hole sebagai muatan pembawa (carriers) didalam struktur transistor.

Gambar 2. Simbol BJT tipe npn dan pnp

Prinsip Kerja Transistor

Gambar 3 menunjukkan rangkaian kedua jenis transistor npn dan pnp dalam mode operasi aktif transistor sebagai amplifier. Pada kedua rangkaian, sambungan base-emiter (BE) dibias maju (forward-biased) sedangkan sambungan base-kolektor (BC) dibias mundur (reverse-biased).

Gambar 3. Forward-Reverse Bias pada BJT

Sebagai gambaran dan ilustrasi kerja transistor BJT, misalkan pada transistor npn (gambar 4). Ketika base dihubungkan dengan catu tegangan positif dan emiter dicatu dengan tegangan negatif maka daerah depletion BE akan menyempit. Pencatuan ini akan mengurangi tegangan barrier internal sehingga muatan mayoritas (tipe n) mampu untuk melewati daerah sambungan pn yang ada. Beberapa hole dan elektron akan mengalami rekombinasi di daerah sambungan sehingga arus mengalir melalui device dibawa oleh hole pada base(daerah tipe-p) dan elektron pada emiter (daerah tipe-n ). Karena derajat doping pada emiter (daerah tipe n) lebih besar daripada base (daerah tipe p), arus maju akan dibawa lebih banyak oleh elektron. Aliran dari muatan minoritas akan mampu melewati sambungan pn sebagai kondisi reverse bias tetapi pada skala yang kecil sehingga arus yang timbul pun sangat kecil dan dapat diabaikan.

Elektron banyak mengalir dari emiter ke daerah base yang tipis. Karena daerah base berdoping sedikit, elektron pada hole tidak dapat berekombinasi seluruhnya tetapi berdifusi ke dalam daerah depletion BC. Karena base dicatu negatif dan kolektor dicatu positif (reverse bias), maka depletion BC akan melebar. Pada daerah depletion BC, elektron yang mengalir dari emiter ke base akan terpampat pada daerah depletion BC. Karena pada daerah kolektor terdapat muatan minoritas (ion positif) maka pada daerah sambungan BC akan terbentuk medan listrik oleh gaya tarik menarik antara ion positif dan ion negatif sehingga elektron tertarik kedaerah kolektor. Arus listrik kemudian akan mengalir melalui device.

JUNCTION FIELD EFFECT TRANSISTOR (JFET)

Struktur JFET

JFET terdiri dari suatu channel (saluran) yang terbuat dari sekeping semikonduktor (misalnya tipe N). Pada saluran ini ditempelkan dua pulau yang terbuat dari semikoduktor jenis yang berbeda (misalnya tipe P). Bagian ini disebut Gate. Ujung bawah disebut Source sedangkan ujung atas disebut Drain.

Pengaturan Arus Drain (ID)

Jika channel antara Source dengan Drain cukup lebar maka elektron akan mengalir dari Source ke Drain. Jika channel ini menyempit, maka aliran elektron akan berkurang atau berhenti sama sekali. Lebar channel ditentukan oleh VGS (tegangan antara Gate dengan Source).

Jika tegangan Gate cukup negatip, maka lapisan pengosongan akan saling bersentuhan sehingga saluran akan terjepit sehingga ID = 0.

Tegangan V_GS  ini disebut V_GS(cutoff) .Tegangan ini kadang-kadang disebut sebagai tegangan pinch-off (pinch-off voltage). Besarnya tegangan ini ditentukan oleh

karakteristik JFET

Sambungan Gate dengan Source merupakan dioda silikon yang diberi prategangan terbalik sehingga idealnya tidak ada arus yang mengalir. Dengan demikian maka

I_S = I_D. Kalaupun ada arus mengalir dari Gate, maka arus ini hanya disebabkan adanya kebocoran isolasi antara Gate dengan Source.

Karena tidak ada arus yang mengalir ke Gate, maka resistansi masukan dari JFET sangat tinggi (puluhan sampai ratusan MW).

JFET sangat sesuai untuk aplikasi yang membutuhkan resistansi masukan yang tinggi.Kekurangannya ialah untuk menghasilkan perubahan I_D  yang besar, diperlukan perubahan V_G yang besar, sehingga AV umumnya lebih rendah dari transistor Bipolar.

Lengkungan Arus Drain

Lengkungan Transkoduktansi

Yang dimaksud dengan lengkungan transkonduktansi adalah grafik I_D sebagai

fungsi dari V_GS.

Persamaannya adalah :

METAL OXYDE SEMIKONDUKTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR (MOSFET)

Perancangan MOSFET

Sama seperti perancangan dioda dan BJT, pertama kita mempelajari spesifikasi yang diinginkan> Spesifikasi ini tentunya tidak mencakup semua parameter yang dibutuhkan. Karena itu beberapa parameter dapa diasumsikan saja.

Metodologi perancangan akan dijelaskan berikut, dan hanya spesifikasi transkonduktansi dan tegangan breakdown yang diketahui.

Transistor Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor atau biasa disebut MOSFET adalah sejenis transistor yang digunakan sebagai penguat, tapi paling sering transistor jenis ini difungsikan sebagai saklar elektronik.

Ada dua jenis MOSFET menurut jenis bahan semikonduktor pembuatnya, yaitu tipe  N (nMOS) dan tipe P (pMOS).

Bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat MOSFET adalah silikon, namun beberapa produsen IC, terutama IBM, mulai menggunakan campuran silikon dan germanium (SiGe) sebagai kanal MOSFET.

Sayangnya, banyak semikonduktor dengan karakteristik listrik yang lebih baik dari pada silikon, seperti galium arsenid (GaAs), tidak membentuk antarmuka semikonduktor-ke-isolator yang baik sehingga tidak cocok untuk MOSFET. Hingga kini terus diadakan penelitian untuk membuat isolator yang dapat diterima dengan baik untuk bahan semikonduktor lainnya.

Simbol-Simbol MOSFET

Transistor MOSFET (Metal oxideFET) memiliki drain, source dan gate. Namun perbedaannya gate terisolasi oleh suatu bahan oksida. Gate sendiri terbuat dari bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itulah transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi, sering jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu insulated-gate FET .Ada dua jenis MOSFET, yang pertama jenis depletion-mode dan yang kedua jenis enhancement-mode. Jenis MOSFET yang kedua adalah komponen utama dari gerbang logika dalam bentuk IC (integrated circuit ), uC (microcontroller ) dan uP (micro processor ) yang tidak lain adalah komponen utama dari komputer modern saat ini.

Depletion Mosfet kanal n (Depletion NMOS)

Mode Pengosongan (Depletion)

Dari bagan dapat dilihat bahwa bila tegangan V_GS semakin negatif maka jumlah

muatan dalam kanal akan berkurang sebagai akibat terbentuknya lapisan

pengosongan pada kanal

Nilai V_GS negatif yang terbesar yang menyebabkan kanal dikosongkan secara

total disebut tegangan threshold (V_T). Kondisi ini serupa dengan kondisi “pinchoff”

pada JFET

Untuk suatu nilai negatif V_GS  dan (|V_GS| < |V_T|), maka peningkatan tegangan

V_DS akan menyebabkan MOSFET berada dalam kondisi saturasi dan I_D akan

relatif konstan dan I_D < I_DSS (Arus I_D pada saat Gate dan Source dihubung

singkat)

Mode Peningkatan (Enhancement)

Pada model ini maka V_GS akan diberikan tegangan positif sehingga jumlah

muatan dalam kanal akan bertambah.

Untuk suatu nilai V_GS positif, peningkatan tegangan V_DS akan menyebabkan

MOSFET berada dalam kondisi saturasi dan arus I_D akan relatif konstan dan I_D

> I_DSS (Arus I_D pada kondisi Gate dan source dihubung singkat)