Pengertian MOSFET: Fungsi dan Cara Kerjanya Paling Lengkap

Baca Cepat Buka

Finoo.id – Pengertian MOSFET: Fungsi dan Cara Kerjanya Paling Lengkap. Dalam dunia elektronika, Pengertian MOSFET memainkan peran penting sebagai perangkat semikonduktor fundamental. Memahami prinsip dan aplikasinya menjadi penting bagi siapa pun yang tertarik dalam bidang elektronika.

Artikel ini bertujuan untuk memberikan eksplorasi yang detail dan menarik tentang teknologi MOSFET, mengungkap kerumitannya dan menunjukkan pentingnya dalam perangkat elektronik modern.

Pengertian MOSFET

MOSFET (Metal Oksida Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semikonduktor yang luas digunakan sebagai saklar dan penguat sinyal dalam perangkat elektronik. MOSFET menjadi inti dari sebuah IC (Integrated Circuit) yang dirancang dan difabrikasi dengan chip tunggal karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat terminal gerbang, yaitu Source (S), Gate (G), Drain (D), dan Body (B).

MOSFET berfungsi secara elektronik dengan memvariasikan jalur pembawa muatan (elektron atau hole). Muatan listrik masuk melalui Saluran pada Source dan keluar melalui Drain. Lebar Saluran dikendalikan oleh tegangan pada elektroda yang disebut dengan Gate atau gerbang, yang terletak antara Source dan Drain. Gerbang ini terisolasi dari saluran oleh lapisan oksida logam yang sangat tipis. Kapasitansi MOS pada komponen ini adalah bagian utamanya.

FUNGSI MOSFET

Selain berperan sebagai komponen inti dalam IC (Integrated Circuit), MOSFET juga memiliki berbagai fungsi dan kegunaan 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 untuk mengontrol tegangan dan arus antara Source dan Drain. Komponen ini digunakan hampir seluruhnya sebagai saklar. Kerja MOSFET bergantung pada kapasitas MOS. Kapasitas MOS merupakan bagian utama dari MOSFET.

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, masing-masing. Saat tegangan gerbang positif diterapkan, lubang yang ada di bawah lapisan oksida didorong ke bawah dengan gaya dan beban yang tertarik ke substrat.

Daerah yang mengalami penipisan 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.

Sekarang, jika 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 kita menerapkan tegangan gerbang yang negatif, saluran berlubang akan terbentuk di bawah lapisan oksida.

JENIS JENIS MOSFET

MOSFET (Metal Oksida Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah transistor yang terbuat dari bahan semikonduktor dan telah melalui proses doping sehingga bahan yang digunakan menjadi semikonduktor dengan tingkat ketidakmurnian tertentu. Tingkat ketidakmurnian pada bahan semikonduktor ini akan menentukan jenis transistor yang dihasilkan. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai jenis-jenis MOSFET:

Berdasarkan cara kerjanya, MOSFET dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Mode Penipisan dan Mode Peningkatan.

1. MODE PENIPISAN (DEPLETION MODE)

Pada mode penipisan, antara drain (D) dan source (S) terdapat saluran yang menghubungkan kedua terminal tersebut, dimana saluran ini berfungsi sebagai jalur bagi aliran elektron bebas. Lebar saluran ini 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) terdiri dari MOSFET tipe-p (p-channel) dan MOSFET tipe-n (n-channel). Pada fisiknya, MOSFET mode peningkatan tidak memiliki saluran antara drain (D) dan source (S) karena lapisan bulk meluas dengan lapisan silikon oksida (SiO2) pada terminal gate atau gerbang (G). Mode peningkatan MOSFET memerlukan tegangan Gerbang-Sumber (VGS) untuk mengalihkan perangkat dalam kondisi aktif (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 terbuat dari substrat dasar tipe-p dengan daerah source (S) dan drain (D) didifusikan menjadi tipe n+ dan daerah channel 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 channel 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 mengatur sinyal PWM pada Gate, MOSFET akan mengontrol tegangan yang mengalir dari Source ke Drain. Besar dan kecilnya tegangan yang dilalui antara Source dan Drain ini ditentukan oleh nilai PWM yang diinputkan ke Gate. Untuk lebih jelasnya, lihat gambar rangkaian di bawah ini.

Aplikasi pengendalian kecepatan motor menggunakan MOSFET dengan Arduino dan ATmega dapat dijelaskan lebih lanjut dalam artikel selanjutnya.

Rangkaian MOSFET Sebagai Switch

Karena MOSFET juga dapat berfungsi seperti transistor, maka MOSFET juga dapat digunakan sebagai saklar. Pada MOSFET N-Channel, ketika ada tegangan pada Gate, tegangan dari Source akan mengalir ke Drain, begitu juga sebaliknya. Namun, ketika tidak ada tegangan pada Gate, maka tegangan dari Source tidak akan mengalir. Rangkaian untuk ini dapat dilihat pada gambar rangkaian di bawah ini.

Baca Juga :

Penutup

Sebagai penutup, dapat kita simpulkan bahwa MOSFET adalah komponen elektronik yang sangat penting dalam dunia teknologi modern. Dari pengaturan peralatan rumah tangga hingga perangkat telekomunikasi, penggunaan MOSFET sangat luas dan beragam.

Memahami pengertian dan fungsi MOSFET tidak hanya membantu kita menghargai teknologi yang ada di sekitar kita, namun juga membuka pintu menuju inovasi dan penemuan baru.

Oleh karena itu, penting bagi kita semua, baik yang terlibat langsung dalam bidang elektronik maupun yang sekedar penasaran, untuk terus belajar dan memahami tentang MOSFET dan teknologi lainnya. Mari kita terus belajar dan menciptakan, karena dalam setiap pengetahuan, ada kekuatan.

Demikianlah artikel finoo.id yang membahas tentang Pengertian MOSFET: Fungsi dan Cara Kerjanya Paling Lengkap. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimaksih telah membaca artikel kami.