Apa itu MOSFET: Bekerja dan Aplikasinya

Apa itu MOSFET: Bekerja dan Aplikasinya

Transistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah perangkat semikonduktor yang banyak digunakan untuk tujuan switching dan untuk penguatan sinyal elektronik pada perangkat elektronik. MOSFET adalah sirkuit inti atau terintegrasi yang dirancang dan dibuat dalam satu chip karena perangkat tersedia dalam ukuran yang sangat kecil. Pengenalan perangkat MOSFET telah membawa perubahan dalam domain beralih dalam elektronik . Mari kita lanjutkan dengan penjelasan rinci tentang konsep ini.

Apa itu MOSFET?

MOSFET adalah perangkat empat terminal yang memiliki terminal source (S), gate (G), drain (D) dan body (B). Secara umum, Body MOSFET terhubung dengan terminal sumber sehingga membentuk perangkat tiga terminal seperti transistor efek medan. MOSFET umumnya dianggap sebagai transistor dan digunakan di sirkuit analog dan digital. Ini dasarnya pengantar MOSFET . Dan struktur umum perangkat ini adalah sebagai berikut:




MOSFET

MOSFET



Dari atas Struktur MOSFET , fungsi MOSFET bergantung pada variasi listrik yang terjadi pada lebar saluran bersama dengan aliran pembawa (baik lubang maupun elektron). Pembawa muatan masuk ke saluran melalui terminal sumber dan keluar melalui saluran pembuangan.

Lebar saluran dikendalikan oleh tegangan pada elektroda yang disebut gerbang dan terletak di antara sumber dan saluran pembuangan. Itu diisolasi dari saluran di dekat lapisan oksida logam yang sangat tipis. Kapasitas MOS yang ada di perangkat adalah bagian penting di mana seluruh operasi berada di dalamnya.



MOSFET Dengan Terminal

MOSFET Dengan Terminal

MOSFET dapat berfungsi dengan dua cara

  • Mode Deplesi
  • Mode Peningkatan

Mode Deplesi

Ketika tidak ada tegangan di terminal gerbang, saluran menunjukkan konduktansi maksimumnya. Sedangkan bila tegangan yang melintasi terminal gate positif atau negatif, maka konduktivitas saluran menurun.




Sebagai contoh

Mode defleksiMode Peningkatan

Ketika tidak ada tegangan di terminal gerbang, maka perangkat tidak bekerja. Ketika ada tegangan maksimum di terminal gerbang, perangkat menunjukkan konduktivitas yang ditingkatkan.

Mode Peningkatan

Mode Peningkatan

Prinsip Kerja MOSFET

Prinsip utama dari perangkat MOSFET adalah dapat mengontrol tegangan dan aliran arus antara terminal sumber dan saluran pembuangan. Ini bekerja hampir seperti sakelar dan fungsionalitas perangkat didasarkan pada kapasitor MOS. Kapasitor MOS adalah bagian utama MOSFET.

Permukaan semikonduktor di bawah lapisan oksida yang terletak antara sumber dan terminal drain dapat dibalik dari tipe-p ke tipe-n dengan penerapan tegangan gerbang positif atau negatif masing-masing. Ketika kita menerapkan gaya tolak untuk tegangan gerbang positif, maka lubang yang ada di bawah lapisan oksida didorong ke bawah dengan substrat.

Daerah penipisan dihuni oleh muatan negatif terikat yang berhubungan dengan atom akseptor. Ketika elektron tercapai, saluran dikembangkan. Tegangan positif juga menarik elektron dari sumber n + dan mengalirkan daerah ke saluran. Sekarang, jika tegangan diterapkan antara saluran dan sumber, arus mengalir bebas antara sumber dan saluran dan tegangan gerbang mengontrol elektron di saluran. Alih-alih tegangan positif, jika kita menerapkan tegangan negatif, akan terbentuk saluran lubang di bawah lapisan oksida.

Diagram Blok MOSFET

Diagram Blok MOSFET

MOSFET P-Channel

MOSFET saluran-P memiliki wilayah Saluran-P yang terletak di antara terminal sumber dan saluran pembuangan. Ini adalah perangkat empat terminal yang memiliki terminal sebagai gerbang, saluran pembuangan, sumber, dan badan. Pengurasan dan sumber adalah daerah p + yang sangat kotor dan badan atau substrat adalah tipe-n. Aliran arus ke arah lubang bermuatan positif.

Ketika kita menerapkan tegangan negatif dengan gaya tolak di terminal gerbang, maka elektron yang ada di bawah lapisan oksida didorong ke bawah ke dalam substrat. Daerah penipisan dihuni oleh muatan positif terikat yang berhubungan dengan atom donor. Tegangan gerbang negatif juga menarik lubang dari sumber p + dan mengalirkan wilayah ke wilayah saluran.

Depletion Mode P Channel

Depletion Mode P Channel

P Channel Enhanced Mode

P Channel Enhanced Mode

N- Channel MOSFET

MOSFET N-Channel memiliki wilayah N-channel yang terletak di antara terminal sumber dan drain. Ini adalah perangkat empat terminal yang memiliki terminal sebagai gerbang, saluran pembuangan, sumber, badan. Dalam jenis Transistor Efek Medan ini, saluran pembuangan dan sumbernya sangat dikotori di wilayah n + dan substrat atau badannya bertipe P.

Aliran arus pada MOSFET jenis ini terjadi karena elektron bermuatan negatif. Ketika kita menerapkan tegangan positif dengan gaya tolak di terminal gerbang maka lubang yang ada di bawah lapisan oksida didorong ke bawah ke dalam substrat. Daerah penipisan dihuni oleh muatan negatif terikat yang berhubungan dengan atom akseptor.

Setelah elektron tercapai, saluran terbentuk. Tegangan positif juga menarik elektron dari sumber n + dan mengalirkan daerah ke saluran. Sekarang, jika tegangan diterapkan antara saluran dan sumber, arus mengalir bebas antara sumber dan saluran dan tegangan gerbang mengontrol elektron di saluran. Alih-alih tegangan positif jika kita menerapkan tegangan negatif maka akan terbentuk lubang saluran di bawah lapisan oksida.

Mode Peningkatan N Channel

Mode Peningkatan N Channel

Wilayah Operasi MOSFET

Untuk skenario yang paling umum, pengoperasian perangkat ini terjadi terutama di tiga wilayah dan itu adalah sebagai berikut:

  • Wilayah Cut-off - Ini adalah wilayah di mana perangkat akan berada dalam kondisi OFF dan tidak ada jumlah arus yang mengalir melaluinya. Di sini, perangkat berfungsi sebagai sakelar dasar dan digunakan jika diperlukan untuk beroperasi sebagai sakelar listrik.
  • Wilayah Saturasi - Di wilayah ini, perangkat akan mengalirkan ke sumber nilai arus sebagai konstan tanpa mempertimbangkan peningkatan tegangan di saluran ke sumber. Ini terjadi hanya sekali ketika tegangan yang melintasi saluran ke terminal sumber meningkat lebih dari nilai tegangan pinch-off. Dalam skenario ini, perangkat berfungsi sebagai sakelar tertutup di mana tingkat jenuh arus melintasi saluran ke terminal sumber mengalir. Karena itu, wilayah saturasi dipilih ketika perangkat seharusnya melakukan peralihan.
  • Wilayah Linear / Ohmic - Ini adalah wilayah di mana arus melintasi saluran ke terminal sumber meningkat dengan kenaikan tegangan di saluran saluran ke sumber. Ketika perangkat MOSFET berfungsi di wilayah linier ini, mereka melakukan fungsionalitas amplifier.

Sekarang mari kita pertimbangkan karakteristik switching MOSFET

Semikonduktor juga seperti MOSFET atau Bipolar Junction Transistor pada dasarnya berfungsi sebagai sakelar dalam dua skenario, satu status ON dan yang lainnya OFF. Untuk mempertimbangkan fungsi ini, mari kita lihat karakteristik ideal dan praktis dari perangkat MOSFET.

Karakteristik Saklar Ideal

Ketika MOSFET seharusnya berfungsi sebagai sakelar yang ideal, MOSFET harus memiliki properti di bawah ini dan itu adalah

  • Dalam kondisi ON, harus ada batasan arus yang dibawanya
  • Dalam kondisi OFF, pemblokiran level tegangan tidak boleh memiliki batasan apa pun
  • Ketika perangkat berfungsi dalam keadaan ON, nilai drop tegangan harus nol
  • Resistensi dalam keadaan OFF harus tidak terbatas
  • Seharusnya tidak ada batasan kecepatan pengoperasian

Karakteristik Sakelar Praktis

Karena dunia tidak hanya terpaku pada aplikasi yang ideal, fungsi MOSFET bahkan dapat diterapkan untuk tujuan praktis. Dalam skenario praktis, perangkat harus memiliki properti di bawah ini

  • Pada kondisi ON kemampuan mengatur daya harus dibatasi yang berarti aliran arus konduksi harus dibatasi.
  • Dalam kondisi OFF, pemblokiran level tegangan tidak boleh dibatasi
  • MENGAKTIFKAN dan MENONAKTIFKAN untuk waktu yang terbatas membatasi kecepatan perangkat dan bahkan membatasi frekuensi fungsional
  • Pada kondisi ON perangkat MOSFET akan terjadi nilai tahanan yang minimal dimana hal ini mengakibatkan penurunan tegangan pada bias penerusan. Juga, ada resistansi keadaan OFF terbatas yang memberikan arus bocor balik
  • Ketika perangkat bekerja dalam karakteristik praktis, ia kehilangan daya pada kondisi ON dan OFF. Ini terjadi bahkan dalam keadaan transisi juga.

Contoh MOSFET sebagai Sakelar

Dalam pengaturan sirkuit di bawah ini, mode yang ditingkatkan dan MOSFET saluran-N digunakan untuk mengganti lampu sampel dengan kondisi ON dan OFF. Tegangan positif di terminal gerbang diterapkan ke basis transistor dan lampu bergerak ke kondisi ON dan di sini VGS= + v atau pada level tegangan nol perangkat berubah menjadi kondisi OFF dimana VGS= 0.

MOSFET Sebagai Switch

MOSFET Sebagai Switch

Jika beban resistif lampu itu harus diganti dengan beban induktif dan dihubungkan ke relai atau dioda yang diproteksi ke beban. Pada rangkaian di atas, ini adalah rangkaian yang sangat sederhana untuk mengalihkan beban resistif seperti lampu atau LED. Namun bila menggunakan MOSFET sebagai sakelar baik dengan beban induktif maupun beban kapasitif, maka diperlukan proteksi untuk perangkat MOSFET tersebut.

Jika dalam kasus MOSFET tidak dilindungi, itu dapat menyebabkan kerusakan perangkat. Agar MOSFET dapat beroperasi sebagai perangkat switching analog, ia perlu dialihkan antara wilayah cutoffnya di mana VGS= 0 dan wilayah saturasi di mana VGS= + v.

Deskripsi Video

MOSFET juga dapat berfungsi sebagai transistor dan disingkat sebagai Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor. Di sini, namanya sendiri menunjukkan bahwa perangkat tersebut dapat dioperasikan sebagai transistor. Ini akan memiliki saluran-P dan saluran-N. Perangkat dihubungkan sedemikian rupa menggunakan empat sumber, gerbang, dan terminal drain dan beban resistif 24Ω dihubungkan secara seri dengan amperemeter, dan pengukur tegangan dihubungkan melintasi MOSFET.

Pada transistor, aliran arus di gate dalam arah positif dan terminal sumber dihubungkan ke ground. Sedangkan pada perangkat transistor pertemuan bipolar, arus mengalir melintasi jalur basis-ke-emitor. Namun pada alat ini tidak ada arus yang mengalir karena terdapat kapasitor di awal pintu gerbang, hanya membutuhkan tegangan saja.

Hal ini dapat terjadi dengan melanjutkan proses simulasi dan dengan mengaktifkan / menonaktifkan. Ketika sakelar ON tidak ada aliran arus melintasi rangkaian, ketika resistansi 24Ω dan 0,29 dari tegangan amperemeter dihubungkan, maka kami menemukan penurunan tegangan yang dapat diabaikan di sumber karena ada + 0,21V di perangkat ini.

Hambatan antara saluran dan sumber disebut sebagai RDS. Karena RDS ini, penurunan tegangan muncul ketika ada aliran arus di rangkaian. RDS bervariasi berdasarkan jenis perangkat (dapat bervariasi antara 0,001, 0,005, dan 0,05 berdasarkan jenis voltase.

Beberapa konsep yang harus dipelajari adalah:

1). Cara Memilih MOSFET sebagai Switch ?

Ada beberapa kondisi yang harus diperhatikan saat memilih MOSFET sebagai sakelar dan itu adalah sebagai berikut:

  • Penggunaan polaritas baik saluran P atau N.
  • Peringkat maksimum tegangan operasi dan nilai arus
  • Peningkatan Rds ON yang berarti resistansi di terminal Drain to Source ketika saluran benar-benar terbuka
  • Frekuensi operasional ditingkatkan
  • Jenis pengepakan adalah To-220 dan DPAck dan banyak lainnya.

2). Apa itu Efisiensi Sakelar MOSFET?

Batasan utama pada saat mengoperasikan MOSFET sebagai perangkat switching adalah nilai arus drain yang ditingkatkan yang dapat dilakukan perangkat. Artinya RDS dalam kondisi ON merupakan parameter krusial yang menentukan kapabilitas switching MOSFET. Ini direpresentasikan sebagai rasio tegangan sumber-drain dengan arus drain. Itu harus dihitung hanya dalam keadaan ON transistor.

3). Mengapa MOSFET Switch Digunakan dalam Boost Converter?

Secara umum, konverter boost membutuhkan transistor switching untuk pengoperasian perangkat. Jadi, sebagai switching transistor MOSFET digunakan. Alat ini digunakan untuk mengetahui nilai arus dan nilai tegangan. Juga, mengingat kecepatan dan biaya switching, ini banyak digunakan.

Dengan cara yang sama, MOSFET juga dapat digunakan dengan berbagai cara. dan itu

  • MOSFET sebagai saklar untuk LED
  • remove_circle_outline
  • MOSFET sebagai saklar untuk Arduino
  • Sakelar MOSFET untuk beban ac
  • Saklar MOSFET untuk motor dc
  • Saklar MOSFET untuk tegangan negatif
  • MOSFET sebagai saklar dengan Arduino
  • MOSFET sebagai saklar dengan mikrokontroler
  • Sakelar MOSFET dengan histeresis
  • MOSFET sebagai dioda sakelar dan resistor aktif
  • MOSFET sebagai persamaan saklar
  • Saklar MOSFET untuk airsoft
  • MOSFET sebagai resistor gerbang saklar
  • MOSFET sebagai solenoid switching
  • Sakelar MOSFET menggunakan optocoupler
  • Sakelar MOSFET dengan histeresis

Penerapan MOSFET sebagai Saklar

Salah satu contoh utama dari perangkat ini yang digunakan sebagai sakelar adalah pengatur kecerahan otomatis di lampu jalan. Saat ini, banyak lampu yang kami amati di jalan raya terdiri dari lampu pelepasan intensitas tinggi. Tetapi menggunakan lampu HID menghabiskan tingkat energi yang meningkat.

Kecerahan tidak dapat dibatasi berdasarkan kebutuhan dan oleh karena itu harus ada saklar untuk metode penerangan alternatif yaitu LED. Penggunaan sistem LED akan mengatasi kerugian dari lampu intensitas tinggi. Konsep utama di balik pembangunan ini adalah untuk mengontrol lampu langsung di jalan raya dengan memanfaatkan mikroprosesor.

Aplikasi MOSFET sebagai Switch

Aplikasi MOSFET sebagai Switch

Ini dapat dicapai hanya dengan memodifikasi pulsa clock. Berdasarkan kebutuhan, perangkat ini digunakan untuk mengganti lampu. Ini terdiri dari papan pi raspberry yang disertakan dengan prosesor untuk mengelola. Di sini, LED dapat diganti sebagai pengganti HID dan ini memiliki koneksi dengan prosesor melalui MOSFET. Mikrokontroler mengirimkan siklus tugas yang sesuai dan kemudian beralih ke MOSFET untuk memberikan tingkat intensitas yang tinggi.

Keuntungan

Beberapa keuntungannya adalah:

  • Ini menghasilkan efisiensi yang ditingkatkan bahkan ketika berfungsi pada level tegangan minimal
  • Tidak ada arus gerbang, ini menciptakan lebih banyak impedansi input yang selanjutnya memberikan peningkatan kecepatan switching untuk perangkat
  • Perangkat ini dapat berfungsi pada tingkat daya minimal dan menggunakan arus minimal

Kekurangan

Beberapa kekurangannya adalah:

  • Ketika perangkat ini berfungsi pada level tegangan berlebih, itu menciptakan ketidakstabilan perangkat
  • Karena perangkat memiliki lapisan oksida tipis, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada perangkat saat distimulasi oleh muatan elektrostatis

Aplikasi

Aplikasi MOSFET adalah

  • Amplifier yang terbuat dari MOSFET sangat banyak digunakan dalam aplikasi frekuensi yang ekstensif
  • Peraturan untuk motor DC disediakan oleh perangkat ini
  • Karena ini telah meningkatkan kecepatan switching, ia bertindak sempurna untuk konstruksi amplifier chopper
  • Berfungsi sebagai komponen pasif untuk berbagai elemen elektronik.

Pada akhirnya dapat disimpulkan bahwa transistor membutuhkan arus sedangkan MOSFET membutuhkan tegangan. Persyaratan mengemudi untuk MOSFET jauh lebih baik, lebih sederhana dibandingkan dengan BJT. Dan juga tahu Bagaimana cara menghubungkan MOSFET ke sakelar?

Kredit Foto