Penjelasan dan karakteristik Field Effect Transistor (FET)

Field Effect Transistor atau biasa disebut sebagai Efek Medan Transistor merupakan komponen semikonduktor yang sering difungsikan sebagai penguat atau amplifier seperti transistor persambungan bipolar (BJT). Bedanya adalah konstruksi FET memberikan resistansi input yang sangat besar (dalam orde megaohm). FET juga memerlukan beberapa volt untuk rangkaian masukan dibandingkan dengan beberapa persepuluh volt (0,2 - 0,3 volt untuk BJT Ge atau 0,6 – 0,7 volt untuk BJT Si). Operasi FET tergantung pada pengendalian arus yang melalui kanal semikonduktor dengan satu polaritas. 

Bagian-bagian FET

FET terdiri dari empat bagian yaitu :

1. Sumber (Source ) adalah terminal dimana pembawa muatan memasuki kanal untuk menyediakan arus dalam kanal. Arus sumber diberi simbol I_S. Sumber atau source ekivalen dengan emitter pada BJT.
2. Penguras (Drain) adalah terminal dimana arus meninggalkan kanal. Arus drain diberi simbol I_D. Drain ekivalen dengan Collector pada BJT.
3. Gerbang (Gate). Elektroda ini berfungsi mengendalikan konduktivitas kanal antara source dengan drain. Tegangan sinyal input umumnya diberikan ke gate. Tegangan gate diberi simbol V_G. Gate ekivalen dengan Basis pada BJT, tetapi tegangan gate mengendalikan medan listrik dalam kanal, sementara arus basis mengendalikan arus kolektor dalam BJT.
4. Kanal (Channel) adalah saluran penghubung antara source dengan drain yang memungkinkan muatan bergerak dari source ke drain.

Junction FET (JFET)

Untuk tipe Junction Field Effect Transistor (JFET) atau biasa juga disebut FET, gate dan kanal membentuk persambungan P-N konvensional. Persambungan P-N ini mempunyai resistansi yang tinggi karena selalu terbias balik (reverse bias). Kedua terminal gate terhubung secara internal.

JFET kanal N dan kanal P tanpa pembiasan

Prinsip  Kerja JFET Kanal N dan Karakteristik

Source dengan Gate terhubung singkat (V_GS = 0 Volt)

Pembiasan FET, Source-Gate dihubung singkat (V_GS = 0 V)

• Pada saat tegangan V_DS diberikan dengan polaritas tertentu (sesuai dengan tipe kanal), maka muatan akan bergerak dari Source ke Drain atau disebut arus drain (I_D). Besar arus drain ditentukan oleh Besarnya tegangan V_DS dan Resistansi kanal. Besarnya arus drain berubah secara linier terhadap nilai V_DS atau bersifat resistive.
• Arus drain I_D yang mengalir dalam kanal menyebabkan terjadinya jatuh tegangan (Voltage Drop) sepanjang kanal karena adanya resistansi kanal. Makin dekat ke Drain jatuh tegangan makin besar.
• Jatuh tegangan dalam kanal menjadi tegangan pembias balik pada persambungan P-N antara kanal dengan gate. Akibatnya lapisan pengosongan pada persambungan P-N antara Gate-kanal menjadi semakin melebar yang menyebabkan kanal menyempit. Penyempitan kanal ekivalen dengan kenaikan resistansi
• Akibatnya arus yang mengalir melalui kanal menjadi terbatas dan cenderung konstan. Karena itu FET biasa disebut sebagai piranti dengan arus konstan (Constant Current Devices). Lihat bgian CD pada kurva karakteristik I_D = f(V_DS)

Source - Gate diberi Bias Balik

Pemberian tegangan bias balik antara Source dengan Gate akan memperbesar tegangan pembias balik pada persambungan Gate-Kanal yang menyebabkan kanal akan semakin sempit dan arus yang bisa dilewatkan akan semakin kecil. Pemberian tegangan bias balik V_GS pada level tertentu akan menyebabkan kanal tersumbat atau dengan kata lain arus sama dengan nol atau FET dalam keadaan Off.

        Kurva karakteristik JFET dapat digambarkan dalam dua bentuk yaitu :

1. I_D = f (V_DS) dengan tegangan V_GS tertentu dan berbeda-beda

2. I_D = f (V_GS)

a. Gate - Source terhubung singkat (V_GS = 0 volt)

Karakteristik Drain dalam bentuk I_D = f(V_DS)

V_p = Pinch Off Voltage = Tegangan Penjepit

I_Dss = Arus drain dalam keadaan gate-sorce terhubung singkat   

         (short Circuited, SS)

b. Gate – Source Terbias Balik

Karakteristik drain dalam bentuk I_D = f(V_DS) untuk V_GS tertentu

Karakteristik Drain juga digambarkan dalam hubungan antara I_D dengan V_GS atau I_D = f(V_GS) seperti pada gambr 6.

Karakteristik drain dalam bentuk I_D = f(V_GS)

Keterangan :
I_DSS = arus drain dalam keadaan V_GS = 0 volt
V_GS OFF = tegangan V_GS yang menyebabkan I_D = 0

Catatan : JFET dioperasikan dalam mode pengosongan artinya pemberian V_GS akan menyebabkan kanal semakin sempit yang ekivalen dengan peningkatan resistansi kanal, sehingga level arus yang mengalir dalam kanal berkurang. Pada level V_GS tertentu yang biasa disebut V_GS (Off),  akhirnya kanal tertutup total sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui kanal.

Berikut gambar grafik/kurva karakteristik dari FET :