Bagaimana MOSFET bekerja

Prinsip kerja MOSFET terutama didasarkan pada sifat struktural unik dan efek medan listrik. Berikut penjelasan detail cara kerja MOSFET:

 

I. Struktur dasar MOSFET

MOSFET terutama terdiri dari gerbang (G), sumber (S), saluran pembuangan (D), dan substrat (B, kadang-kadang dihubungkan ke sumber untuk membentuk perangkat tiga terminal). Dalam MOSFET peningkatan saluran-N, substrat biasanya berupa bahan silikon tipe P dengan doping rendah di mana dua daerah tipe N dengan doping tinggi dibuat untuk masing-masing berfungsi sebagai sumber dan saluran. Permukaan substrat tipe P ditutupi dengan film oksida yang sangat tipis (silikon dioksida) sebagai lapisan isolasi, dan elektroda ditarik sebagai gerbang. Struktur ini membuat gerbang diisolasi dari substrat semikonduktor tipe-P, saluran pembuangan dan sumber, dan oleh karena itu juga disebut tabung efek medan gerbang terisolasi.

II. Prinsip operasi

MOSFET beroperasi dengan menggunakan tegangan sumber gerbang (VGS) untuk mengontrol arus pembuangan (ID). Khususnya, ketika tegangan sumber gerbang positif, VGS, lebih besar dari nol, medan listrik positif atas dan negatif bawah akan muncul pada lapisan oksida di bawah gerbang. Medan listrik ini menarik elektron bebas di wilayah P, menyebabkan elektron tersebut terakumulasi di bawah lapisan oksida, sekaligus menolak lubang di wilayah P. Dengan meningkatnya VGS, kekuatan medan listrik meningkat dan konsentrasi elektron bebas yang tertarik meningkat. Ketika VGS mencapai tegangan ambang batas (VT) tertentu, konsentrasi elektron bebas yang berkumpul di wilayah tersebut cukup besar untuk membentuk wilayah tipe-N baru (saluran-N), yang bertindak seperti jembatan yang menghubungkan saluran dan sumber. Pada titik ini, jika terdapat tegangan penggerak (VDS) tertentu antara saluran pembuangan dan sumber, arus saluran ID mulai mengalir.

AKU AKU AKU. Pembentukan dan perubahan saluran penghantar

Pembentukan saluran penghantar merupakan kunci pengoperasian MOSFET. Ketika VGS lebih besar dari VT, saluran penghantar terbentuk dan arus pengurasan ID dipengaruhi oleh VGS dan VDS.VGS mempengaruhi ID dengan mengontrol lebar dan bentuk saluran penghantar, sedangkan VDS mempengaruhi ID secara langsung sebagai tegangan penggerak. Penting untuk dicatat bahwa jika saluran penghantar tidak terbentuk (yaitu, VGS lebih kecil dari VT), bahkan jika ada VDS, ID arus pengurasan tidak muncul.

IV. Karakteristik MOSFET

Impedansi masukan tinggi:Impedansi masukan MOSFET sangat tinggi, mendekati tak terhingga, karena terdapat lapisan isolasi antara gerbang dan daerah sumber-saluran dan hanya arus gerbang yang lemah.

Impedansi keluaran rendah:MOSFET adalah perangkat yang dikontrol tegangan di mana arus sumber-saluran dapat berubah seiring dengan tegangan masukan, sehingga impedansi keluarannya kecil.

Aliran konstan:Saat beroperasi di wilayah saturasi, arus MOSFET hampir tidak terpengaruh oleh perubahan tegangan sumber-saluran, sehingga menghasilkan arus konstan yang sangat baik.

 

Stabilitas suhu yang baik:MOSFET memiliki rentang suhu pengoperasian yang luas dari -55°C hingga sekitar +150°C.

V. Aplikasi dan klasifikasi

MOSFET banyak digunakan pada rangkaian digital, rangkaian analog, rangkaian daya dan bidang lainnya. Menurut jenis operasinya, MOSFET dapat diklasifikasikan menjadi jenis peningkatan dan penipisan; menurut jenis saluran penghantarnya, dapat diklasifikasikan menjadi saluran N dan saluran P. Berbagai jenis MOSFET ini memiliki kelebihannya masing-masing dalam skenario aplikasi yang berbeda.

Ringkasnya, prinsip kerja MOSFET adalah mengontrol pembentukan dan perubahan saluran penghantar melalui tegangan sumber gerbang, yang pada gilirannya mengontrol aliran arus pembuangan. Impedansi masukannya yang tinggi, impedansi keluarannya yang rendah, kestabilan arus dan suhu yang konstan menjadikan MOSFET sebagai komponen penting dalam rangkaian elektronik.