Karakteristik JFET

Muhajirin

Heri Setiawan, Lilis Yuliana, Ita Purnamasari

Fisika 2012

Abstrak

Telah dilakukan praktikum tentang karakteristik JFET yang bertujuan memahami karakteristik

dasar dan prinsip kerja JFET channel-N serta menentukan transkonduktansi dan tegangan penjepitan

JFET channel-N. Dalam percobaan ini dilakukan pengukuran terhadap Arus drain (ID) dengan

memanipulasi tegangan antara drain dan source (VDS) yang dipengaruhi oleh VGS. Ada dua macam grafik yang dianalisis dalam praktikum ini yaitu hubungan IDD-VDS dan hubungan ID-VGS Berdasarkan analisis grafik semakin kecil nilai VGS nya maka nilai ID nya pun ikut semakin kecil.

Begitupun untuk nilai VDS nya, semakin besar nilai VDS nya semakin besar pula nilai ID nya. Adapun

untuk nilai transkonduktansi dilihat dari kemiringan garis dari grafiknya yaitu perbandingan IDS

dengan VP. Sedangkan utnuk tegangan penjepitan ditentukan pada saat ID = 0 dan pada saat VGS

bernilai minimum. Dari hasil analisis tersebut semakin besar frekuensi sumber dan hambatan yang

digunakan maka nilai kualitas frekuensi semakin kecil dan lengkung resonansi semakin melebar.

1. Metode Dasar

Transistor efek medan , atau FET

(Field Effect Transistor), adalah suatu

transistor yang prinsip kerjanya berdasar

atas pengaturan arus (keluaran) oleh

tegangan (masukan). FET juga dinamakan

transistor kutub tunggal (unipolar), karena

yang berperan sebagai pembawa muatan

hanya satu macam, yaitu pembawa muatan

mayoritas (hole atau elektron). Ada dua

jenis FET, yaitu JFET (Junction Field

Effect Transistor) dan MOSFET (Metal

Oxyde Semikonduktor FET). Pada JFET

medan listrik pengatur arus terjadi pada

sambungan pn, sedang pada MOSFET

medan listrik terjadi pada dua lapisan

(semikonduktor dan metal) yang disekat

dengan suatu oksida (Oxyde) (Purwadi B.

dan Abdulrahman Fadeli: 2001 ).

Transistor efek medan atau FET

terbentuk dari kanal (saluran) bahan tipe –

p atau tipe –n yang dikelilingi olehbahan

dengan kutub berlawanan. Ujung-ujung

saluran dimana konduksi berlangsung

membentukelektroda-elektroda yang

dikenal dengan sebagai sumber (Source)

dan penguras (Drain). Lebar efektif dari

saluran dikendalikan oleh potensial yang

diberikan pada elektroda ketiga sebagai

gerbang (Gate) (Bakri A. Haris dkk: 2008).

Dalam pengoperasian FET saluran

n, drain disambungkan positif terhadap

source, sehingga elektron akan masuk

ke dalam saluran dari source dan ke

luar drain. Gate disambungkan dengan

voltase negatif terhadap source

sehingga sambungan pn antara gate dan

saluran n dibias balik. Ketika

sambungan pn tersebut dibias balik,

lebar daerah pengosongan akan

bertambah. Lebarnya akan

tergantungdari voltase antara daerah

semikonduktor p+ dan daerah

semikonduktor n. Semakin besar

voltase, semakin lebar daerah

pengosongan. Karena drain positif

terhadap source, maka voltase antara

semikonduktor n dekat dengan

sambungan drainakan lebih besar

daripada voltase yang dekat dengan

sambungan source. Maka dekat dengan

drain daerah pengosongan akan lebih

lebar daripada dekat dengan source.

Karena daerah pengosongan melebar

sesuai dengan bertambahnya voltase

gate-source, maka lebar dari saluran n

akan berkurang sehingga resistivitas

saluran n bertambah besar (Blocher,

Richard: 2003).

2. Operasional Variabel

a. Variabel manipulasi: Tegangan

drain source (VDS) dan tegangan

gate source (VGS)

b. Variabel Respon: Arus drain

c. Variabel Kontrol: Tegangan

sumber dan resistansi

potensiometer.

3. Definisi Operasional Variabel

a. Variabel manipulasi:Tegangan

drain source (VDS) merupakan

besarnya tegangan yang terdapat di

antara drain dan source yang

terbaca pada Voltmeter yang

dirangkai parallel dengan drain

dan source akibat dari perubahan

potensiometer yang satuannya

adalah Volt. Dimana tegangan

drain dan source (VDS)

kenaikannya 0.5 Volt.

b. Variabel respon; Arus drain

merupakan besarnya arus yang

berasal dari rangkaian yang

terbaca pada Amperemeter akibat

Amperemeter dirangkai seri

dengan drain dan source dengan

satuan mA.

c. Variabel kontrol;

1) Tegangan sumber merupakan

besarnya tegangan masukan

yang dialirkan kedalam

rangkaian hingga 10 Volt.

2) Tegangan get source (VGS)

merupakan besarnya

tegangan yang terdapat di

antara get dan source yang

terbaca pada Voltmeter yang

dirangkai parallel dengan get

dan source akibat dari

perubahan potensiometer

yang satuannya adalah Volt.

Dimana tegangan get dan

source (VDS) kenaikannya 1

Volt.

4. Alat dan Bahan

a. Multimeter Digital, 2 buah

b. JFET Channel –N, 1 buah

c. Potensiometer, 5 k dan 10 k

d. Power supply dc, 2 buah

e. Kabel penghubung.

5. Prosedur Kerja

a. Merangkai dan mempelajari

rangkaian uji FET kanal N

b. Memastikan tegangan VGG tidak

melebihi 10 V dan VDD 10 V.

c. Memastikan setiap alat ukur yang

digunakan terpasang dengan

polaritas yang benar mengacu pada

polaritas masing-masing sumber

tegangan.

d. Memutar potensiometer VR2

sehingga nilai VDS naik menjadi 1

volt dan membaca nilai ID.

e. Mengulangi kegiatan (5) dengan

interval yang sama sampai nilai

VDS = VDD.

f. Memutar balik potensiometer VR2

hingga VDS sama dengan nol.

g. Memutar potensiometer VR1

sehingga nilai VGS naik menjadi 2

volt.

h. Mengulangi kegiatan (5) sampai

(8) dengan interval yang sama

hingga VGS = VP atau (ID = 0).

6. Data dan Analisis Hasil Praktikum

a. Hasil Praktikum

VS1 = VS2 = 10 volt

N

o

VD

S

ID (mA) Untuk Nilai VGS

0 -1 -2 -3 -4

1 0 0 0 0 0 0

2 0.5 1.15 0.78 0.41 0.01 0

3 1 2.03 1.31 0.56 0.01 0

4 1.5 2.68 1.59 0.62 0.01 0

5 2 3.06 1.73 0.65 0.02 0

6 2.5 3.28 1.82 0.68 0.02 0

7 3 3.44 1.89 0.7 0.02 0

8 3.5 3.56 1.95 0.71 0.02 0

9 4 3.66 2 0.73 0.02 0

10 4.5 3.75 2.04 0.74 0.02 0

11 5 3.82 2.08 0.75 0.02 0

12 5.5 3.9 2.11 0.76 0.02 0

13 6 3.96 2.14 0.77 0.02 0

14 6.5 4.02 2.18 0.78 0.02 0

15 7 4.08 2.21 0.79 0.02 0

16 7.5 4.13 2.23 0.8 0.02 0

17 8 4.18 2.26 0.81 0.02 0

18 8.5 4.24 2.29 0.82 0.02 0

19 9 4.29 2.31 0.82 0.02 0

20 9.5 4.32 2.33 0.82 0.02 0

21 10 4.37 2.35 0.83 0.02 0

b. Analisis Data

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

I DD

(mA

)

VGS (V)

Titik A (Vgs = 0 V) Titik B (Vgs = -1 V) Titik C (Vgs = -2 V) Titik D (Vgs = -3 V) Titik E (Vgs = -4 V)

IB 2.08

IC 0.75

Grafik 1. Hubungan antara VDSterhadap ID

IA 3.8

ID 0.02 IE 0

b. Analisis Data

1). Secara Teori

gmo = −2𝐼𝐷𝐷

𝑉𝑝 =

−2 4.37 𝑚𝐴

−4 𝑉

= -2.185 mS

a. gmA = -gmo 1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃

= -2.185 mS 1 −0 𝑉

−4 𝑉

= -2.185 mS

b. gmB = -gmo 1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃

= -2.185 mS 1 −−1 𝑉

−4 𝑉

= -2.185 mS x 0.75

= -1.638 mS

c. gmC = -gmo 1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃

= -2.185 mS 1 −−2 𝑉

−4 𝑉

= -2.185 mS x 0.5

= -1.092 mS

d. gmD = -gmo 1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃

= -2.185 mS 1 −−3 𝑉

−4 𝑉

= -2.185 mS x 0.25

= -0.546 mS

e. gmE = -gmo 1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃

= -2.185 mS 1 −−4 𝑉

−4 𝑉

= -2.185 mS

gm Selisih

a. gm1 = gmB - gmA

= (-1.638 –(-2.185)) mS

= -0.547 mS

b. gm2 = gmC - gmA

= (-1.093–(-2.185)) mS

= -1.092 mS

c. gm3 = gmD - gmA

= (-0.546–(-2.185)) mS

= -.639 mS

d. gm4 = gmE – gmA

= (-2.185 – (-2.185)) mS

= 0 mS

2). Secara Praktikum

a. gm1 = ∆𝐼

∆𝑉 =

𝐼𝐴− 𝐼𝐵

𝑉𝐺𝑆 (𝐴)− 𝑉𝐺𝑆 (𝐵)

= (3.82−2.08)𝑚𝐴

0− −1 𝑣

= 1.74 mS

b. gm2 = ∆𝐼

∆𝑉 =

𝐼𝐴− 𝐼𝐶

𝑉𝐺𝑆 (𝐴)− 𝑉𝐺𝑆 (𝐶)

= (3.82−0.75)𝑚𝐴

0− −2 𝑣

= 3.07 𝑚𝐴

2 𝑉

= 1.535 mS

c. gm3 = ∆𝐼

∆𝑉=

𝐼𝐴− 𝐼𝐷

𝑉𝐺𝑆 (𝐴)− 𝑉𝐺𝑆 (𝐷)

= (3.82−0.02)𝑚𝐴

0− −3 𝑣

= 3.8 𝑚𝐴

3

= 1.267 mS

d. gm4 = ∆𝐼

∆𝑉 =

𝐼𝐴− 𝐼𝐸

𝑉𝐺𝑆 (𝐴)− 𝑉𝐺𝑆 (𝐸)

= (3.82−0)𝑚𝐴

0− −4 𝑣

= 3.82

4

= 0.955 mS

3). Analisis Keslahan

a. %diff = 𝑔𝑚 1 𝑇 − 𝑔𝑚 1 𝑃

𝑔𝑚 1 𝑥 100%

= 𝑔𝑚 1 𝑇 − 𝑔𝑚 1 𝑃𝑔𝑚 1 𝑇 + 𝑔𝑚 1 𝑃

2

𝑥 100%

= 0.547−1.740.547 +1.74

2

𝑥 100%

= 1.193

1.144 𝑥 100%

= 104%

b. %diff = 𝑔𝑚 2 𝑇 − 𝑔𝑚 2 𝑃

𝑔𝑚 2 𝑥 100%

= 𝑔𝑚 2 𝑇 − 𝑔𝑚 2 𝑃𝑔𝑚 2 𝑇 + 𝑔𝑚 2 𝑃

2

𝑥 100%

= 1.093 −1.535

1.093 +1.535

2

𝑥 100%

= 0.442

1.314 𝑥 100%

= 33.63%

c. %diff = 𝑔𝑚 3 𝑇 − 𝑔𝑚 3 𝑃

𝑔𝑚 3 x 100%

= 𝑔𝑚 3 𝑇 − 𝑔𝑚 3 𝑃𝑔𝑚 3 𝑇 + 𝑔𝑚 3 𝑃

2

x 100%

= 1.639 − 1.267

1.639 +1.267

2

𝑥 100%

= 0.372

1.453 𝑥 100%

= 25.60%

d. %diff = 𝑔𝑚 4 𝑇 − 𝑔𝑚 4 𝑃

𝑔𝑚 4 𝑥 100

= 𝑔𝑚 4 𝑇 − 𝑔𝑚 4 𝑃𝑔𝑚 4 𝑇 + 𝑔𝑚 4 𝑃

2

x 100%

= 0 – 0.9550 + 0.955

2

𝑥 100%

= 0.955

0.4775 𝑥 100%

= 200%

4.37

2.35

0.83

0.020

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

-4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

I D(m

A)

VGS (V)

Grafik 2. Hubungan antara Tegangan Drain terhadap Tegangan Gate Source

Analisis grafik

gm = ∆𝐼𝐷𝐷

∆𝑉𝐺𝑆 =

𝐼1−𝐼2

𝑉1−𝑉2

gm = 4.37 𝑚𝐴−2.35 𝑚𝐴

−1 𝑉−(0 𝑉 )

gm = 2.02 𝑚𝐴

−1 𝑉

gm = -2.02 mS

7. Pembahasan

Pada praktikum kali ini yaitu

mengenai karakteristik JFT yang

merupakan divais pengendali tegangan

yang berarti karakteristik keluaran

dikendalikan oleh tegangan msukan.

Namun yang akan ditentukan pada

praktikum ini yaitu transkonduktor

dengan tegangan penjepitan JFET

channel-N karena Channel-N yang

digunakan pada praktikum ini, Selain

itu transistor JFET memiliki 3 kaki

yang befungsi Source (S), Gate (G),

dan drain (D).

Data yang diperoleh secara teori

yaitu gm1 = 0.547 mS, gm2 = 1.093

mS, gm3 = 0.089 mS, gm4 = 0,

sedangkan berdasarkan praktikum

diperoleh gm1 = 1.74 mS, gm2 =

1.535 mS, gm3 = 1.267 mS dan gm4 =

0.955 mS. Dari perbandingan ini pun

terlihat besarnya perbedaan antara

teori dengan praktikum. Hal ini

disebabkan karena praktikum juga

tidak mengetahui dari mana penyebab

besarnya kesalahan dari persen diff

yang diperoleh. Untuk kurva grafik

kedua besar gm yang diperoleh yaitu

2.02 mS. Berdasarkan Hasil

pengamatan semakin kecil nilai VGS

nya maka nilai ID nya pun semakin

kecil. Begitupun untuk nilai VDS nya,

semakin besar nilai VDS nya semakin

besar pula nilai ID nya. Adapun untuk

nilai transkonduktansi dilihat dari

kemiringan garis yang dilihat dari

grafiknya yaitu perbandingan IDS

dengan VP. Sedangkan untuk tegangan

penjepitan ditentukan saat VP antara

gate dan source dihubung singkat

Adapun karakteristik drain source

merupakan suatu kurva untuk nilai VGS

yang bervariasi dari 0 V sampai

maksimum (dalam arah minus atau

balik) dan tegangan VGS maksimum ini

selanjutnya disebut sebagai tegangan

penjepitan Vp, dimana tidak ada lagi

arus drain (ID = 0).

8. Kesimpulan

Dari hasil praktikum ini dapat

disimpulkan bahwa:

a. JFET merupakan transistor

unipolar dengan pembawa muatan

mayoritasnya hanya satu yaitu

elektron jika tipe N dan hole jika

tipe P.

b. Cara menentukan transkonduktansi

dilihat dari kemiringan garis yang

terdapat pada grafik hubungan

perbandingan antara IDS dan VP,

sedangkan tegangan

penjepitannya ditentukan pada

saat VGS bernilai minimum.

Tegangan penjepitannya

ditentukan pada saat ID = 0 dan

pada saat VGS bernilai minimum.

9. Daftar Pustaka

Bakri, A. Haris. dkk. (2008).

Elektronika Dasar.Makassar: UNM.

Blocher Richard. 2003. Elektronika

Dasar. Yogyakarta: Andi

Purwandi, Bambang dan Abdurrahman

Fadeli. (2001). Elektronika 1. Jakarta:

Departemen Pendidikan dan

Kebudayaan DIRJEN DIKTI.

Tim Elektronika Dasar. (2013).

Penuntun Praktikum Elektronika Dasar

1. Makassar: Laboratorium Unit

Elektronika dan Instrumentasi Fisika

FMIPA UNM