bipolar transistors - voltage amplifiers · ppt file · web view2018-08-16 · * tabel periodik...
TRANSCRIPT
1
PENDAHULUAN
• Bahan semikonduktor ( setengah penghantar ) adalah bahan selain penghantar dan penyekat yang pada temperatur mutlak yaitu pada 0 K.
• Dalam keadaan murninya mempunyai sifat sebagai penyekat ; sedangkan pada temperatur kamar ( 27 ˚ C ) dapat berubah sifatnya menjadi bahan penghantar.
• Bahan yang dapat berubah sifat kelistrikannya apabila temperatunya berubah-ubah.
2
Tabel periodik semikonduktor
3
Struktur atom semikonduktor
4
Jenis – jenis semikonduktor
• Berdasarkan tingkat kemurnian ;• Intrinsik : semikonduktor murni yang tidak
diberi doping
• Ekstrensik : semikonduktor murni yang diberi doping
5
Semikonduktor Intrinsik
• Semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor
• Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi
• Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole
6
Semikonduktor Intrinsik
7
Semikonduktor ekstrinsikTipe N Pengotoran oleh atom pentavalent yaitu, bahan
kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi.
Contoh ; P , As
Atom pengotor disebut atom donorPembawa muatan disebut elektron
8
Semikonduktor eksterinsik
9
Semikonduktor eksterensikTipe PPengotoran oleh atom trivalent yaitu, bahan kristal
dengan inti atom memiliki 3 elektron valensi.
Contoh ; B, Ga
Atom pengotornya disebut atom akseptorPembawa muatan disebut hole
10
Semikonduktor eksterensik
11
Semikonduktor eksterensikPN JUNCTIONJika semikonductor disambungkan, maka
elektron akan berdifusi menuju daerah tipe-p, dan sebaliknya hole akan berdifuso menuju daerah tipe-n, sehingga terbentuk daerah persambungan.
Pada daerah persambungan ini terbebas dari muatan mayoritas, tetapi terjadi dipole muatan sehingga timbul medan listrik dan terjadi potensial halang.
12
Semikonduktor eksterensik
13
Semikonduktor eksterensik
14
Tidak semua atom dapat digunakan sebagai atom akseptor atau atom donor, ada beberapa persyaratan :
1.Ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni
2.Memiliki jumlah elektron valensi berbeda satu dengan atom murni
Sifat Bahan Semikonduktor
15
Komponen menggunakan semikonduktor
• Dioda• Transistor• Sel Surya
16
Sel Surya Polycrystal
Sel Surya Monocrystal
Aplikasi
• Detektor Kualitas DagingPada umumnya daging diawetkan dengan cara
dibekukan. Sebenarnya ada suhu optimum yang dibutuhkan agar daging bisa bertahan lama.
Sensor dari semikonduktor mendeteksi gas ethil-asetat yang muncul ketika daging mulai membusuk.
19
Detektor Kualitas Daging
Sensor dibuat dari bahan semikonduktor padatan SnO2-La2O3 dengan metoda lapisan tebal pada substrat alumina.
Gas Ethil Asetat akan bereaksi dengan La203 yang membentuk lapisan deplesi
Aplikasi
• ICMerupakan aplikasi yang paling banyak
dalam pemanfaatan semikonduktor.Dalam sebuah IC terdapat beberapa jenis
semikonduktor baik berupa transistor maupun dioda.
Daftar Pustaka
22
Albert Paul Malvino, 2003. Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta. Penerbit Salemba Teknika
http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-makalah-tentang/semikonduktor-1
http://docs.google.com/gview?a=v&q=cache:0DTH3jkC56EJ:202.65.121.165/elcom2/file.php/1/Animasi_Fisika/adaptif_fisika/25_semikonduktor.pdf+pengertian+semi+konduktor&hl=id&gl=id&pid=bl&srcid=ADGEESiI-hLXy4ka-_0wZJa-yoPU8zFqZv4FUi3ejuxfvHKhniTlBVUPI4Wiu2rRwLFzmLg5mx7Za_TsZ0bc6_lLh6FAZvXUUqgIALmRBVg-e5Frb9_dY-_lYz5LZxF-_qQkWz3j1eGF&sig=AFQjCNGk-hwekRwZBAk9tw3tpIBKgVppTw
http://myblogmyown.wordpress.com/2009/04/07/isolator-dan-semi-konduktor/
23
FIELD EFFECT TRANSISTOR
Disadur dari : Ir.Bambang Sutopo,M.Phil, Jurusan Teknik Elektro, FT-UGM
24
DRIVER RELAY(diskusi tugas lalu)
VVCC
RELAYDIODADIODAfreewheelfreewheel
Relay membutuhkan arus sekitar 50 sampai 100 mili Amper
RB
JENUHB
BECCB I
VVR
2
IB-JENUH = arus basis yang membuat transistor dalam kondisi jenuh.
25
TRANSISTOR SBG BUFER OP-AMP
+
_
Input 1
Input 2
relay
R
R harus bisa membatasi arus agar arus yang dikeluarkan op-amp tak terlalu besar.
R harus masih dapat membuat transistor jenuh.
26
Pilihan R tergantung kemampuan IC
mengeluarkan arus (source)
ataudimasuki arus
(sink)
relay
relay
relay
200mA
100mA R
25mAR
27101
102
103
104
105
0
500
1000
1500
2000
2500Tegangan VCE vs Hambatan Basis
RB (Ohm)
Tega
ngan
VC
E (m
V) Eka Ardi
Daerah Tak stabil
28101
102
103
104
105
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90Arus Basis vs Hambatan Basis
RB (Ohm)
Aru
s B
asis
(mA
) Eka Ardi
BC107
29102
103
104
0
20
40
60
80
100
120Arus Basis, Tegangan VCE dan Hambatan Basis
RB (Ohm)
Aru
s B
asis
(mA
)/ Te
gang
an V
CE
(mV
)
30100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
5
10
15
20
25
30
35
40
45Arus Basis, Tegangan VCE dan Hambatan Basis
RB (Ohm)
Aru
s B
asis
(mA
)/ Te
gang
an V
CE
(mV
)
1
2
3
IB
VCE
31
LM 339/239
OPEN COLLECTOR
VCC
Beban
Rpull-up
32
AND+
_
+
_
12V
1K
33
+
_
+
_
12V
1K
4,7K
4,7K
8,2K
12V
1K
Vin
Lampu
34
35
IC 555
36
LM 741
37
LM 358
38
TOTEM POLE OUTPUT
LM 358
39
SOURCE CURRENT
40
SINK CURRENT
41
LM 124/234/324
42
IC 555
43
relay
RDIODA FOTO
KOMPARATOR SCHMITT
PROYEK KITA
44
Field Effect Transistor - FET
Mengapa kita masih perlu transistor jenis lain?
BJT mempunyai sedikit masalah.
BJT selalu memerlukan arus basis IB, walaupun arus ini kecil, tetapi tidak bisa diabaikan, terutama sekali saat BJT digunakan sebagai saklar, pasti dibutuhkan arus yang cukup besar untk membuat transistor jenuh.
45
Field Effect Transistor - FETApakah ada jenis transistor lain yang bisa digerakkan dengan tegangan tanpa membutuhkan arus ?
Jawabannya ada di FET.Dengan perantaraan FET, kita dapat menghubungkan peralatan komputer atau transduser yang tidak bisa menghasilkan arus, dengan alat yang lebih besar.
FET bisa digunakan sbg bufer, sehingga tidak membutuhkan arus dari komputer/trasduser. Teknologi modern pembuatan IC, ternyata dimensi transistor FET bisa dibuat sangat kecil, sehingga pembuatan IC saat ini berdasarkan transistor FET ini.
46
FET vs BJT
BJTBase (B)Collector (C)Emitter (E)
Base currentCollector currentCollector-Emitter Voltage
FETGate (G)Drain(D)Source(S)
Gate VoltageDrain currentDrain-source voltage
47
Jenis-jenis FET• JFET (Junction FET)• MOSFET (Metal Oxide Silikon FET)• PMOS ( MOS saluran P)• NMOS (MOS saluran N)• Masih banyak lagi
48
FETFET VDS
VGS
ID
IS
Parameter FET : ID, VGS, VDS.
Dasar pemikiran FET:
Ada arus ID = IS yang mengalir melalui saluran, yang besarnya saluran dikendalikan oleh tegangan VGS.
Karena arus lewat saluran (yang berupa hambatan) maka ada tegangan VDS.
49
Junction FETs
50
JFET saluran N
51
Daerah deplesi membesar dengan bertambahnya tegangan balik
52
53
Saluran N
54
55
56
57
Arus Drain current vs tegangan drain-ke-source (tegangan gate-source = 0)
58
n-Channel FET for vGS = 0.
59
Typical drain characteristics of an n-channel JFET.
60
If vDG exceeds the breakdown voltage VB, drain current increases rapidly.
61
62
KURVA KARAKTERISTIK Junction FET
Hubungan
VGS dan ID
2PGSD VVkI
k : konstanta
VP : tegangan pinch-off atau threshold.
Arus dibatasi hanya saat tegangan VGS = 0
63
Junction FET – Sumber Arus
Kurva tak dipengaruhi tegangan VDS.
Arus hanya dipengaruhi VGS bukan VDS.
RS membuat VGS selalu negatip.
Misalnya RS = 4K, VGS = -4 V.
Arus di Rload = 1 mA.
RS
VDD
RLoad
64
KURVA VDS-ID Junction FET
22
2DS
DSPGSDVVVVkI
Ada dua daerah operasi :
saturation
linear.
Linear 2PGSD VVkI
SaturationLinear
Saturation
65
For low values of VDS the slopes, change from
a resistance (~5v/2.7mA~1.9k) to
a resistance (5v/10mA~0.5k).
A resistance is controlled by an input voltage.
VGSRG
VDD
RD
VDS, DRAIN-SOURCE VOLTAGE, (Volts)
This makes it possible to have an element in a circuit that can be electronically adjusted.
JFET - variable resistor
66
JFET - variable resistor (2)
Now lets analyze the circuit. In the linear region we had a relationship between ID and VDS.
To find the effective resistance this is the voltage across the channel divided by the current through the channel.
22
2DS
DSTGSDVVVVkI
VGS
RG
VDD
RD
221 DS
TGSDS
D
DS
VVVkVI
R
If it wasn’t for the last term, we would have a value of 1/RDS that was proportional to VGS, the control voltage and didn’t depend on VDS (remember VT is a constant of the FET, the pinch off voltage). This is like a resistor, and it forms a VOLTAGE DIVIDER with RD.
67
n-Channel depletion MOSFET.
68
n-Channel enhancement MOSFET showing channel length L and channel width W.
69
n-Channel depletion MOSFET showing channel length L and channel width W.
70
enhancement-mode n-channel MOSFET
71
vGS < Vto pn junction antara drain dan body reverse biased iD=0.
72
vGS < Vto pn junction antara drain dan body reverse biased iD=0.
Terbentuk saluran N
73
For vGS < Vto the pn junction between drain and body is reverse biased and iD=0.
74
vGS >Vto terbentuk saluran n. vGS bertambah saluran membesar.
vDS kecil ,I D sebanding dengan vDS.
resistor tergantung nilai vGS.
75
vDS bertambah, saluran mengecil di drain dan Laju pertambahan iD : melambat
Saat vDS> vGS -Vto, iD tetap
76
Threshold VoltageVto (VP)
77
Kurva karakteristik transistor NMOS
78Drain characteristics
79
Rangkaian penguat sederhana menggunakan NMOS .
80Drain characteristics and load line
81
vDS versus time.
82
83Graphical solution
84
85
The more nearly horizontal bias line results in less change in the Q-point.
86
Sinyal campuran
87
Rangkaian Ekivalen FET
88
Rangkaian ekivalen FET ( iD terpengaruh vDS)
89Penentuan gm dan rd
90
Common-source amplifier.
91
Rangkaian Ekivalen Common-Source amplifier.
92Common-source amplifier dengan nilai R
93 vo(t) dan vin(t) versus time
94
Gain magnitude versus frequency
95Source follower.
96
Rangkaian Ekivalen Source Follower.
97
Common-gate amplifier.
98
n-Channel depletion MOSFET.
99
Drain current versus vGS in the saturation region for n-channel devices.
100
p-Channel FET circuit symbols. Sama = n-channel devices,
kecuali arah panah
101
MOSFET-switch
Power MOSFET dapat dialiri arus besar sampai 75 A, dan daya 150 W.
Saat ON punya hambatan sekitar 10 Ohm.
Contoh : IRF510
Mempunyai arus maksimum 5,6 A dab hambatan saat ON 0,4 Ohm.
IRF510
VGS
RG
VDD
RLOAD
102
MOSFET-switch (2)
Kurva ID vs. VGS.
Ideal saklar:
saat OFF Arus =0.
Dari kuva terlihat :
Tegangan VGS
< 3 volt, ID = 0
> 5 V arus besar. OFF
ON
Note the log scale!
103
PMOS
It is made in n-type silicon.
In this device the gate controls hole flow from source to drain.
source
drain
n-type Si p
gate+ -
p
What if we apply a big negative voltage on the gate?
If |VGS |>|Vt | (both negative)
then we induce a + charge on the surface (holes)
source drain
n-type Si
P-MOSgate
p p
|VGS |>|Vt |
104
NMOS and PMOS Compared NMOS“Body” – p-typeSource – n-typeDrain – n-type VGS – positive VT – positive VDS – positive ID – positive (into drain)
PMOS“Body” – n-typeSource – p-typeDrain – p-type VGS – negative VT – negative VDS – negative ID – negative (into drain)
G
n nID
DS
pB
G
pID
DS
nB
ID
4321VDS
VGS=3V1 mA
VGS=0
(for IDS = 1mA)
4321VDS
VGS= 3V1 mA
VGS=0
ID
(for IDS = -1mA)
105
NMOS circuit symbol
CIRCUIT SYMBOLS
G
S
D
A small circle is drawn at the gate to remind us that the polarities are reversed for PMOS.
PMOS circuit symbol
G
S
D
106
PMOS Transistor Switch ModelOperation compared to NMOS: It is complementary.
For PMOS for the normal circuit connection is to connect S to VDD (The function of the device is a “pull up”)
VG = VDD
Switch is open : Drain (D) is disconnected from Source (S) when VG = VDD
VG =0
Switch is closed: Drain (D) is connected to Source (S) when VG =0
G
S
D
VDD
VDD
Switch OPEN
VDD
G
S
D
V=0
Switch CLOSED
S
D
G