KARAKTERISTIK TRANSISTOR EFEK MEDAN Wahyudin*), Fatmaiinnah, Suharna Wahyudin*), Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Universitas Negeri Makassar !"# LATAR BELAKANG PERCOBAAN
$lat%alat elektronik yang terda&at dalam kehidu&an sehari%hari mem&unyai kom&onen atau &erangkat elektronik yang berma'am%ma'am, mulai dari yang berukuran ke'il, sedang, hingga yang besar( an &erkembanagn teknologi atau &eralatan elektronik sesuai dengan &erkembangan kom&onen &enyusunnya( Sebagai 'ontoh kom&uter dari aal mulanya mem&uny mem&unyai ai ukuran ukuran yang yang sangat sangat besar besar bahkan bahkan mungki mungkin n kom&ut kom&uter er itu sebesar sebesar ruanga ruangan n laboraturium elektronika( Itu disebabkan karena kom&onen yang digunakan +uga berukuran besar s&erti tabung diode( eta&i eta&i dengan dengan &erkembang &erkembangan an teknolgi teknolgi khususnya khususnya kom&onen%k kom&onen%kom&on om&onen en elektonika elektonika maka maka ditemu ditemukan kanlah lah teknol teknologi ogi yang yang da&at da&at mengemenge-esie esiensi nsikan kan ukuran ukuran 'om&ut 'om&uter er terseb tersebut ut men+adi 'om&uter yang berukuran ke'il( .ukan hanya 'om&uter yang diuntungkan berkat &erkembangan kom&onen elektronika tadi teta&i semua &eralatan elektronik yang ada sekarang( Salah satu kom&onen elektronika yang menyusun kom&onen tersebut adalah bahan semikonduktor( Semikonduk Semikonduktor tor adalah sebuah bahan dengan dengan konduktivit konduktivitas as listrik yang berada berada di antara isolator dan konduktor( .ahan yang biasa digunkana untuk membuat semikonduktor adalah adalah silikon silikon dan germanium germanium $lat%alat $lat%alat semikonduk semikonduktor tor da&at ditemukan dalam bentuk% bentuk% bentuk di'rete /&otongan) se&erti transistor,diode,dll atau da&at +uga ditemukan sebagai bentuk terintegrasi dalam +umlah yang sangat besar /+utaan) dalam satu kee&ing sili'on yang dinamakan I0( eta&i eta&i dalam &er'obaan ini, alat elektronik yang dimaksud adalah transistor( ransistor ransistor sendiri sendiri terdiri terdiri terdiri dari transistor transistor bi&olar /.1) dan transistor transistor e-ek medan medan /FE)( an dalam &er'obaan kali ini transisitor yang dimaksud adalah transistor e-ek medan( ransistor E-ek Medan / Field – Effect – Transistor , FE) adalah sebuah &erangkat unipolar ( FE bero&erasi sebagai &erangkat yang dikendalikan oleh tegangan dengan arus elektron dalam sebuah FE +alur 2 n /n / n – channel ) atau arus hole dalam FE +alur 2 p / p / p – channel )( )( .1 atau FE adalah &erangkat &erangkat yang da&at digunakan digunakan untuk mengo&erasika mengo&erasikan n rangkaian%rangkaian &enguat atau rangkaian%rangkaian elektronik lainnya dengan &erbedaan &rinsi& &embiasan( $da dua ma'am FE, yaitu FE sambungan / junction / junction % FE3 1FE) dan transistor e-ek e-ek meda medan n Loga Logam% m%4k 4ksid sida% a%Sem Semik ikon ondu dukt ktor or / metalmetal-oxi oxidede-sem semico icondu nducto ctorr field field effect effect transistor – M4SFE)( an di &er'obaan ini membahas tentang karakteristik 1FE( 1FE terbuat dari bahan semikonduktor & dan n( ransistor 1FE mem&unyai tiga buah kaki yaitu &enguras /drain%), &intu /gate%5), /gate%5), dan sumber /sour'e%S)( $da& $da&un un tu+u tu+uan an dari dari &er' &er'ob obaa aan n kara karakt kter erist istik ik tran transis sisto torr 1FE 1FE da&a da&att memaha memahami mi karakteristik dasar dan &rinsi& ker+a 1FE 'hannel%N serta menentukan transkonduktansi dan tegangan &en+e&itan 1FE 'hannel%N(
TUJUAN PERCOBAAN
"( (
Memahami metode &emberian bias tegangan &ada 1FE 'hannel 2 N, dan Menentukan transkonduktansi dan tegangan &en+e&itan 1FE 'hannel % N
TEORI SINGKAT
ransistor adalah kom&onen elektronika multitermal, biasanya memiliki 6 terminal( Se'ara har-iah, kata 7ransistor8 berarti 7 rans-er resistor8, yaitu suatu kom&onen yang nilai resistansi antara terminalnya da&at diatur( Se'ara umum transistor terbagi dalam 6 +enis 9 ")(ransistor .i&olar: )( ransistor Uni&olar: 6)( ransistor Uni+un'tion( ransistor bi&olar beker+a dengan ma'am 'arrier, sedangkan uni&olar satu ma'am sa+a, hole atau ele'tron( .ebera&a &erbandingan transistor bi&olar dan uni&olar 9
/1ayadin,
Dimensi Daya B Inp!"
Bipolar .esar .esar Lebar $rus
Unipolar
!!;) ransistor .i&olar dinamakan demikian karena beker+a dengan /bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai &embaa muatan negati- dan hole sebagai &embaa muatan &ositi-( $da satu +enis transistor lain yang dinamakan FE /Field E-e't ransistor)( .erbeda dengan &rinsi& ker+a transistor bi&olar, transistor FE beker+a bergantung dari satu &embaa muatan, a&akah itu elektron atau hole(
ide semi'ondu'tor FE)( 4&erasi &enguat FE menyeru&ai &enguat .1( Se&erti halnya .1, 1FE +uga memiliki 6 /tiga) kaki yang masing%masing disebut 9 Sour'e /S), 5ate /5), rain /)( /im Elektronika asar, !"#) ransistor e-ek medan atau FE terbentuk dari kanal /saluran) bahan ti&e 2 ? atau ti&e 2 N yang dikelilingi oleh bahan dengan kutub yang berlaanan( U+ung%u+ung saluran dimana konduksi berlangsung membentuk elektroda%elektroda yang dikenal sebagai sumber /sour'e) dan &unguras /drain)( Lebar e-ekti- dari saluran dikendalikan oleh &otensial yang diberikan &ada elektroda ketiga sebagai gerbang /5ate)( /@aris dkk, !!A) 5ambar dibaah menun+ukkan struktur transistor 1FE kanal n dan kanal &(
Gam#ar $%$ Struktur 1FE /a) kanal%n /b) kanal%& Istilah -ield e-e't /e-ek medan listrik) sendiri berasal dari &rinsi& ker+a transistor ini yang berkenaan dengan la&isan de&lesi /de&letion layer)( La&isan ini terbentuk antara semikonduktor ti&e n dan ti&e &, karena bergabungnya elektron dan hole di sekitar daerah &erbatasan( Sama se&erti medan listrik, la&isan de&lesi ini bisa membesar atau menge'il tergantung dari tegangan antara gate dengan sour'e( ?ada gambar di atas, la&isan de&lesi ditun+ukkan dengan arna kuning di sisi kiri dan kanan( /$nonim, !"#) Untuk men+elaskan &rinsi& ker+a transistor 1FE lebih +auh akan ditin+au transistor 1FE kanal%n( rain dan Sour'e transistor ini dibuat dengan semikonduktor ti&e n dan 5ate dengan ti&e &( 5ambar berikut menun+ukkan bagaimana transistor ini di beri tegangan bias( egangan bias antara gate dan sour'e adalah tegangan reverse bias atau disebut bias negati-( egangan bias negati- berarti tegangan gate lebih negati- terhada& sour'e( ?erlu 'atatan,
Gam#ar $%&% La&isan de&lesi +ika gate%sour'e diberi bias negati- ari gambar di atas, elektron yang mengalir dari sour'e menu+u drain harus meleati la&isan de&lesi( i sini la&isan de&lesi ber-ungsi sema'an keran air( .anyaknya elektron yang mengalir dari sour'e menu+u drain tergantung dari ketebalan la&isan de&lesi( La&isan de&lesi bisa menyem&it, melebar atau membuka tergantung dari tegangan gate terhada& sour'e( /$nonim, !"#) 1ika gate semakin negati- terhada& sour'e, maka la&isan de&lesi akan semakin menebal( La&isan de&lesi bisa sa+a menutu& seluruh kanal transistor bahkan da&at menyentuh drain dan sour'e(
Gam#ar $%'% La&isan de&lesi &ada saat tegangan gate%sour'e 3 ! volt 1ika misalnya tegangan gate dari nilai negati- &erlahan%lahan dinaikkan sam&ai sama dengan tegangan Sour'e( ernyata la&isan de&lesi menge'il hingga sam&ai suatu saat terda&at 'elah sem&it( $rus elektron mulai mengalir melalui 'elah sem&it ini dan ter+adilah konduksi rain dan Sour'e( $rus yang ter+adi &ada keadaan ini adalah arus maksimum yang da&at mengalir bera&a&un tegangan drain terhada& sour'e( @al ini karena 'elah la&isan de&lesi sudah maksimum tidak bisa lebih lebar lagi( egangan gate tidak bisa dinaikkan men+adi &ositi-, karena kalau nilainya &ositi- maka gate%sour'e tidak lain hanya sebagai dioda( /$nonim, !"#)
Gam#ar $%(% Simbol kom&onen /a)1FE%n /b)1FE%&
ransistor 1FE kanal%& memiliki &rinsi& yang sama dengan 1FE kanal%n, hanya sa+a kanal yang digunakan adalah semikonduktor ti&e &( engan demikian &olaritas tegangan dan arah arus berlaanan +ika dibandingkan dengan transistor 1FE kanal%n( Simbol rangkaian untuk ti&e & +uga sama, hanya sa+a dengan arah &anah yang berbeda( /$nonim, !"#) K!r+a Drain 5ambar berikut adalah bagaimana transitor 1FE diberi bias(
Gam#ar $%,% egangan bias transistor 1FE%n
1ika gate dan sour'e dihubung singkat, maka akan di&eroleh arus drain maksimum( Ingat +ika C5S3! la&isan de&lesi kiri dan kanan &ada &osisi yang ham&ir membuka( ?erhatikan 'ontoh kurva drain &ada gambar berikut, yang menun+ukkan karakteristik arus drain I dan tegangan drain%sour'e CS( erlihat arus drain I teta& /konstan) setelah C S meleati suatu besar tegangan tertentu yang disebut C &( /$nonim, !"#) ?ada keadaan ini /-GS./) 'elah la&isan de&lesi ham&ir bersingungan dan sedikit membuka( $rus I bisa konstan karena 'elah de&lesi yang sem&it itu men'egah aliran arus I yang lebih besar( ?erum&amaannya sama se&erti selang air &lastik yang ditekan dengan +ari, air yang mengalir +uga tidak bisa lebih banyak lagi( ari sinilah dibuat istilah &in'ho-- voltage /tegangan +e&it) dengan simbol C &( $rus I maksimum ini di sebut IDSS yang berarti arus drain%sour'e +ika gate dihubung singkat /shorted gate)( Ini adalah arus maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu transistor 1FE dan karakteristik I SS ini ter'antum di datasheet( /$nonim, !"#)
Gam#ar $%0 kurva drain I S terhada& C S 1FE berlaku sebagai sumber arus konstan sam&ai &ada tengangan tertentu yang disebut CS/ma>)( egangan maksimum ini disebut breakdon voltage dimana arus tiba%tiba men+adi tidak terhingga( entu transistor tidaklah dimaksudkan untuk beker+a sam&ai daerah breakdon( aerah antara C ? dan CS/ma>) disebut daerah a'tive /a'tive region)( Sedangkan ! volt sam&ai tegangan C& disebut daerah 4hmi' /4hmi' region)( /$nonim, !"#) Daera1 O1mi2 ?ada tegangan C S antara ! volt sam&ai tegangan &in'ho-- C ?3B volt, arus I menaik dengan kemiringan yang teta&( aerah ini disebut daerah 4hmi'( entu sudah maklum baha daerah 4hmi' ini tidak lain adalah resistansi drain%sour'e dan termasuk 'elah kanal diantara la&isan de&lesi(
Gam#ar $%7% Struktur &enam&ang 1FE%n
ransistor 1FE%n dibuat di atas satu lem&engan semikonduktor ti&e%& sebagai s!#"ra" 5s!#"ra"e6 atau dasar /base)( Untuk membuat kanal n, di atas subtrat di%im&lant semikonduktor ti&e n yaitu dengan memberikan do&ing elektron(
Ala" 8an Ba1an Multimeter igital buah, untuk menukur tegangan dan kuat arus 1FE 0hannel 2 N " buah, sebagai bahan yang di&er'obakan ?oetensiometer, k, "! k " buah, untuk mengatur nilai tegangan ?oer Su&&ly 0 buah, sebagai sumber tegangan
#% I8en"i4i)asi -aria#el "(
Langkah aal dalam &er'obaan ini adalah mengidenti-ikasi semua karakteristik kom&onen yang nantinya kita gunakan( Setelah hal tersebut selesai maka hal yang akan dilakukan adalah merangkai semua alat dan bahan se&erti gambar berikut9
Langkah selan+utnya adalah memstikan baha tegangan in&ut tidak lebih dari C dan tegangan keluaran tidak lebih dari "! C( Setelah itu, memutar &otensiometer hingga C 5S dan CS sama dengan nol( Langkah selan+utnya adalah memutar &otensiometer &ada CD sehingga CS naik sebesar %!,
C
I D
dan memba'a kenaikan
men'a&ai maksimum sesuai dengan harga
nya hingga &otensiometer
V GS berubah mulai dari !,!! C, %!,! C, %",!!
C, %",! C, dan %,!! C( Setelah itu menstabilkan &otensiometer hingga berubah se&erti semula yakni nol( Untuk setia& harga
V GS
yang berubah sama langkahnya dengan
V GS yang berubah(
langkah sebelumnya( @al yang membedakannya hanya &ada :ASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS DATA A% :asil Pen3ama"an
abel( @ubungan antara CS /Colt) dengan I /m$) &ada nilai C5S /Colt) teta& nilai I /m$) untuk C5S No
CS /C) !C
%!(! C
%"(!! C
%"(! C
%(!! C
!
!
!
!
!
"
!
"(!!
(""
"(
!(;G
!("
!
6
(!!
(GA
"(A
!(AG
!(6
!
B
6(!!
6("
"(G6
!(G
!(
!
B(!!
6(;
"(G#
!(GB
!(
!
#
(!!
6(6"
"(GG
!(G
!(
!
;
#(!!
6(66
!(G#
!(#
!
A
;(!!
6(6B
(!"
!(G#
!(#
!
G
A(!!
6(6
(!
!(G;
!(#
!
"!
G(!!
6(6#
(!
!(G;
!(#
!
Analisis Gra4i) $
"( Se'ara eori I 3 Ima> 3 6,6# m$ C?? 3 C5S min 3 % Colt −2 I DD ' = g m a( |V | PP
5m83
−2 ( 3.36 mA ) |−2 Volt |
gm83
−6,72 mA |−2 Volt |
gm8 3
−3,36 mS
b( C5S 3 ! Colt '
)
gm! 3
gm! 3
−3.36 x 1 −
gm!3
( −3,36 mS ) x (1 )
gm! 3 '(
(
V GS
g m x 1−
V PP
(
0 V
− 2 V
)
−3,36 mS
C5S 3 %!, Colt '
(
V GS
)
gm"3
g m x 1−
gm"3
−3,36 x 1 −
gm"3
(−3,36 ) x ( 0.75 )
gm"3
−2,52 mS
V PP
(
)
−0,5 V −2 V
d( C5S 3 %",! Colt '
(
V GS
)
gm3
g m x 1−
gm3
−3,36 x 1 −
gm3
(−3,36 ) x (0.50 )
(
V PP
)
−1,0 V −2 V
gm3 e(
−1,68 mS
C5S 3 %", Colt '
-(
(
V GS
)
gm63
g m x 1−
gm63
−3,36 x 1 −−1,5 V −2 V
gm63
(−3,36 mS ) x (0.25 )
gm63
−0,84 mS
V PP
(
)
C5S 3 %,! Colt '
(
V GS
)
gmB3
g m x 1−
gmB3
−3,36 x 1 −
gmB3
(−3,36 mS ) x (0 )
gmB3
0 mS
(
V PP
)
−2,0 V −2 V
gm selisih a(
gm$ 3 gm" 2 gm! gm$ 3 /%, mS) 2 /%6,6#mS) gm$ 3 !,AB mS b( gm. 3 gm 2 gm! gm. 3 /%",#A) 2 /%6,6# mS) gm. 3 ",#AmS '( gm0 3 gm6 2 gm! gm0 3 /%!,ABmS) 2 /%6,6#mS) gm0 3 ( mS d( gm 3 gmB 2 gm! gm 3 /! mS) 2 /%6,6#mS) gm 3 6,6# mS ( Se'ara ?raktikum a(
gm1=
∆ I DS ∆ V GS
0at 9
∆ I DS 3 I 2 I /dilihat dari gra-ik) . $ H IS 3 ,! m$ 2 6,6m$ H IS 3 %",6 m$
H C5S 3 C5S. 2 C5S$ H C5S 3 %!, Colt 2 ! Colt H C5S 3 %!, Colt Maka9
∆ I DS gm" 3
gm" 3
∆ V GS
−1,3 mA −0,5 Volt
gm" 3 ,# mS
di-- 3
di-- 3
|
teori− praktikum x 100 rata− rata
|
|
0.84 −2,6 0,84 + 2,6 2
| | −1,76
di-- 3
|
x 100
1,72
x 100
di-- 3 "!,6
∆ I DS 3 I 2 I /dilihat dari gra-ik) 0 $ H IS 3 !,G m$ 2 6,6 m$ H IS 3 %,B m$ H C5S 3 C5S0 2 C5S$ H C5S 3 %" Colt 2 ! Colt H C5S 3 %" Colt Maka9
∆ I DS gm 3
gm 3
∆ V GS
−2,4 mA −1 Volt
gm 3 ,B mS
di-- 3
|
|
teori− praktikum x 100 rata− rata
di-- 3
|
1,68− 2,4 1,68 + 2,4 2
| | −0,72
di-- 3
|
x 100
2,04
x 100
di-- 3 6,G
0at 9
∆ I DS 3 I 2 I /dilihat dari gra-ik) $ H IS 3 !, m$ 2 6,6 m$ H IS 3 %6,"m$ H C5S 3 C5S 2 C5S$ H C5S 3 %", Colt 2 ! Colt H C5S 3 %", Colt Maka9
∆ I DS gm6 3
gm6 3
∆ V GS
−3,1 mA −1,5 Volt
gm6 3 ,!# mS
di-- 3
di-- 3
|
teori− praktikum x 100 rata− rata
|
|
2,52− 2,06 2,52 + 2,06 2
| | 0,46
di-- 3
2,29
di-- 3 !,!G
x 100
|
x 100
Analisis Gra4i) &
∆ I D 3 I 2 I /dilihat dari gra-ik) . $ H IS 3 m$ 2 " m$ H IS 3 " m$ H C5S 3 C5S. 2 C5S$ H C5S3 %" Colt 2 /%!, Colt) H C5S 3 %!, Colt Maka9
∆ I DS gm 3
∆ V GS 1,0 mA
gm 3
−0,5 Volt
gm 3 % mS PEMBA:ASAN
?er'obaan kali ini hanya terdiri dari satu kegiatan( i mana kegiatan ini akan menyelediki hubungan arus%drain I /m$) akibat &erubuhan tegangan drain%sour'e /C S) di mana tegangan anatara gate%sour'e /C 5S) dibuat konstan( ?ada kegiatan &ertama, nilai I akan di'ari dengan memani&ulasi nilai C S dari ! C % G C dengan interval " C( Nilai%nilai tersebut di'ari dengan nilai C 5S dikonstankan &ada nilai%nilai ! C, %!(! C, %"(!! C, %"(! C, dan %,!! C( Nilai C S dan C5S diatur melalui &otensiometer( .erdasarkan hasil &engamatan, semakin ke'il C 5S%nya maka nilai I %nya +uga semakin ke'il( .egitu&ula untuk nilai C S%nya, semakin besar nilai C S%nya maka nilai I %nya +uga semakin besar +uga( Untuk menentukan nilai transkonduktansi%nya dilihat dari kemiringan garis &ada gra-ik hubungan antara C 5S dan I(Sedangkan tegangan &en+e&itan ditentukan saat I 3 !( ?ada &enentuan nilai transkonduktansi /gm) maka dilakukan menurut teori dan &raktikum(
DAFTAR PUSTAKA
$nonim,
!"#(
Transistor
FET.
htt&9==(ele'troni'lab('om=inde>(&h&=labelka="!%
transistor%-et( i akses di Makassar 9 "6 $&ril !"#( .akri, $bdul @aris, dkk( !!A( Dasar-dasar Elektronika. Makassar 9 .adan ?enerbit UNM( 1ayadin, $hmad, !!;( Ilmu Elektonika Dasar. 1akarta9 $hmad 1ayadin( im Elektronika asar , !"#( Penuntun Praktikum Elektronika Dasar ( Makassar 9 1urusan Fisika UNM(
