Electrical Engineering: FET (Field Effect Transistor)

FET (Field Effect Transistor) atau sering disebut sebagai transistor efek medan mempunyai fungsi yang hampir sama dengan transistor bipolar. Meskipun demikian antara FET dan transistor bipolar terdapat beberapa perbedaan yang mendasar. Perbedaan utama antara kedua jenis transistor tersebut adalah bahwa dalam transistor bipolar arus output (IC) dikendalikan oleh arus input (IB). Sedangkan dalam FET arus output (ID) dikendalikan oleh tegangan input (VGS), karena arus input adalah nol. Sehingga resistansi input FET sangat besar, dalam orde puluhan megaohm.

Disamping itu, FET lebih stabil terhadap temperatur dan konstruksinya lebih kecil serta pembuatannya lebih mudah dari transistor bipolar, sehingga amat bermanfaat untuk pembuatan keping rangkaian terpadu. FET bekerja atas aliran pembawa mayoritas saja, sehingga FET cenderung membangkitkan noise (desah) lebih kecil dari pada transistor bipolar.

FET (Field Effect Transistor)

Keluarga FET yang penting adalah JFET (junction field-effect transistor) dan MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). JFET terdiri atas kanal-P dan kanal-N. MOSFET terdiri atas MOSFET tipe pengosongan (D-MOSFET = Depletion-mode metal-oxide semiconductor FET) dan MOSFET tipe peningkatan (E-MOSFET = Enhancement-mode metal-oxide semiconductor FET). Masing-masing tipe MOSFET ini masih terbagi juga dalam kanal-P dan kanal-N.

Kelebihan FET (Field Effect Transistor)

Dibandingkan dengan BJT, FET memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah:

hambatan dalam input sangat besar, yaitu sekitar ~ 106 Ω untuk JFET (Junction FET) dan ~ 108 Ω untuk MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)
noisenya kecil, karena karena pembawa muatan pada FET tidak melewati hubungan p-n sama sekali.
densitas FET sangat tinggi sehingga dapat dibentuk rangkaian integrasi lebih padat
lebih stabil terhadap suhu

Kekurangan FET (Field Effect Transistor)

Disamping itu kekurangan FET dibandingkan dengan BJT adalah:

kecepatan switchingnya lebih rendah/lambat
tidak mampu menanggani daya besar, walaupun saat ini sudah ada FET yang mampu bekerja untuk daya besar.

Konstruksi FET (Field Effect Transistor)

Konstruksi secara fisik dan simbul JFET ditunjukkan gambar berikut:

Konstruksi fisik JFET dan simbol JFET

FET memiliki 3 terminal yaitu Source(S), Drain(D), dan Gate(G). Source adalah terminal tempat pembawa muatan mayoritas masuk ke kanal untuk menyediakan arus melalui kanal. Drain adalah terminal arus meninggalkan kanal. Gate adalah elektroda yang mengontrol konduktansi antara Source dan Drain. Sinyal input diberikan pada terminal Drain. Sedangkan Substrate atau bulk umumnya dihubungkan dengan Source. Material pada substrate biasanya netral atau didope sedikit.

Umumnya sinyal input diberikan pada terminal Gate. Dalam rangkaian input, terminal Gate dan kanal bertindak seolah-olah bagai kapasitor plat sejajar, dan konduktivitas kanal dapat diubah oleh tegangan Gate terhadap Source. Untuk kanal-n, tegangan positif pada Gate menginduksi muatan negatif pada kanal sehingga ada aliran elektron dari Source ke Drain.

Pembiasan JFET (Junction Field Effect Transistor)

JFET tidak bekerja berdasarkan arus listrik melainkan akibat medan listrik yang terjadi tegangan input ke terminal gerbang (Gate). Medan listrik dipakai untuk mengontrol lebar saluran tempat terjadinya konduksi antara terminal pembuangan (Drain) dan sumber (Source). Sehingga FET akan sangat efektif jika mendapat tegangan disamping memiliki impedansi input yang sangat besar dalam orde ~ MΩ.

Arus Drain melalui satu jenis bahan semikonduktor, yaitu tipe-n untuk kanal-n dan tipe-p untuk kanal-p. Pada JFET kanal-n pembawa muatannya adalah elektron bebas, sehingga terminal D harus diberi potensial positif. Selanjutnya JFET kanal-n dibias dengan cara seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Pembiasan pada JFET kanal-n

Sebagai pendekatan tidak ada arus yang mengalir pada Gate IG = 0, hal ini karena hambatan dalam input JFET = ∞.

Perhatikan lapisan deplesi yang terbentuk akibat pembiasan, lebar lapisan deplesi ini bervariasi terhadap VDS. Kanal-n tsb akan tertutup yaitu lebar kanal = 0 terjadi pada saat VDS = Vp (dengan Vp adalah tegangan pinch-off/penjepit) dan untuk VDS > Vp praktis hambatan Drain tak berubah.

Pada JFET, junction field effect transistor, Gate dan kanal membentuk hubungan PN konvensional, namun memiliki hambatan dalam besar akibat bias mundur. Sedangkan pada IGFET, Insulated Gate Field Effect Transistor, atau MOSFET, Metal Oxide Semiconductor FET, memiliki elektroda yang terpisah dari kanal oleh lapisan tipis SiO2. Tegangan yang diberikan pada Gate dapat menginduksikan muatan di kanal untuk mengontrol arus Drain. Hambatan dalam inputnya sangat besar dan tidak bergantung pada polaritas tegangan Gate, disamping itu juga relatif tidak terpengaruh oleh suhu.

Ada dua tipe MOSFET yaitu tipe enhancement dan tipe depletion. Pada tipe enhancement arus pada kanal hanya terjadi jika diberi tegangan Gate. Sedangkan pada tipe depletion arus pada kanal dapat terjadi pada saat tegangan Gate = 0. Dalam simbul skematik tipe enhancement ditandakan dengan garis putus-putus pada kanal, sedangkan tipe depletion ditandakan dengan garis utuh untuk kanal.

Secara skematik pengelompokkan FET dan peta tegangan output (dengan Source di-ground-kan) diberikan berikut ini.