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.
Penggolongan FET dan peta tegangan input/output
Sedangkan diagram skematik dari berbagai tipe FET ditunjukkan pada gambar berikut ini.
