BAB 6: TRANSISTOR — BIPOLAR DAN EFEK MEDAN

 

BAB 6: TRANSISTOR — BIPOLAR DAN EFEK MEDAN

 

A.    Pengantar Transistor dan Sejarah

1.     Definisi dan Fungsi Transistor

a.     Transistor

b.     Fungsi utama

c.     Menggantikan tabung vakum

d.     Dua jenis utama

2.     Sejarah Penemuan

a.     1947

b.     Transistor point-contact pertama

c.     1948

d.     ahirnya era solid-state dan mikroelektronika

3.     Simbol dan Notasi

a.     Simbol BJT

b.     Simbol FET

c.     Notasi tegangan

d.     Notasi arus

B.    Transistor Bipolar (BJT) — Struktur dan Prinsip

1.     Struktur BJT

a.     Dua junction PN

b.     Tiga terminal

c.     Doping

d.     Perbedaan NPN dan PNP

2.     Prinsip Kerja BJT (NPN)

a.     Emitor melepas elektron (doping tinggi)

b.     Basis sangat tipis

c.     Arus basis kecil (I_B) mengontrol arus kolektor besar (I_C)

d.     I_C ≈ β × I_B

3.     Daerah Kerja BJT

a.     Aktif

b.      Saturasi

c.     Cut-off

d.     Breakdown

4.     Konfigurasi BJT

a.     Common Emitor (CE)

b.     Common Base (CB)

c.     Common Collector (CC)

d.     Perbandingan karakteristik masing-masing

C.    Karakteristik dan Kurva BJT

1.     Kurva I_C vs V_CE

a.     Keluarga kurva untuk berbagai I_B

b.     Daerah aktif (linear)

c.     Daerah saturasi 

d.     Daerah cut-off

e.     Early effect

2.     Parameter Penting BJT

a.      β (h_FE)

b.     α

c.     V_BE(on) — 0.6-0.7V (silikon)

d.     V_CE(sat) — 0.1-0.3V (saturasi)

e.     V_BR(CEO) 

3.     Pengaruh Suhu

a.     V_BE turun ~2mV/°C

b.     β meningkat dengan suhu (koefisien positif)

c.     I_CBO (arus bocor) meningkat

d.     Thermal runaway

4.     Model Small-Signal BJT

a.     Transkonduktansi

b.     Resistansi input 

c.     Resistansi output

d.     Model hybrid-π untuk analisis frekuensi

D.    MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)

1.     Struktur MOSFET

a.     Empat terminal

b.     Oksida isolasi (SiO₂) di bawah gate

c.     Jenis

d.     Kanal

2.     Prinsip Kerja MOSFET

a.     Tegangan gate (V_GS) mengontrol konduktivitas kanal

b.     V_GS > V_GS(th)

c.     Arus drain (I_D) dikontrol oleh V_GS (bukan I_G)

d.     I_D ≈ k × (V_GS - V_GS(th))²

3.     Daerah Kerja MOSFET

a.     Cut-off 

b.     Triode/Linear

c.     Saturasi

d.     Breakdown

4.     Jenis MOSFET

a.     N-Channel (NMOS)

b.     P-Channel (PMOS)

c.     Enhancement-mode

d.     Power MOSFET

E.    JFET (Junction FET)

1.     Struktur JFET

a.     Tiga terminal

b.     PN junction pada gate

c.     Kanal

d.     Bias reverse pada junction gate-channel

2.     Prinsip Kerja JFET

a.     V_GS mengontrol lebar kanal (depletion region)

b.     V_GS negatif → kanal menyempit → arus berkurang

c.     V_GS positif → kanal melebar → arus bertambah (terbatas)

d.     I_D ≈ I_DSS × (1 - V_GS/V_GS(off))²

3.     Daerah Kerja JFET

a.     Cut-off — V_GS < V_GS(off), I_D = 0

b.     Saturasi (pinch-off) — V_DS cukup

c.     Resistif/Linear — V_DS kecil, I_D linear dengan V_DS

d.     Breakdown

4.     Perbandingan JFET dan MOSFET

a.     JFET lebih tua

b.     JFET normally-on

c.     MOSFET lebih banyak digunakan

d.     JFET pada RF dan aplikasi low-noise

F.     Perbandingan BJT vs FET

1.     Perbedaan Kontrol

a.     BJT — dikontrol oleh arus (I_B)

b.     FET — dikontrol oleh tegangan (V_GS)

c.     BJT impedansi input rendah — FET impedansi input sangat tinggi

d.     BJT membutuhkan arus basis

2.     Perbedaan Penguatan

a.     BJT — penguatan arus (β) tinggi

b.     FET — transkonduktansi (g_m) lebih rendah dari BJT

c.     BJT penguatan tegangan lebih tinggi

d.     BJT lebih linear — FET lebih non-linear (kuadratik)

3.     Perbedaan Kecepatan

a.     BJT lebih cepat pada aplikasi analog (f_T GHz)

b.     MOSFET lebih cepat pada switching digital (CMOS)

c.     BJT — no minority carrier storage (Schottky)

d.     MOSFET — switching cepat, rugi switching rendah

4.     Perbedaan Daya

a.     BJT — drop tegangan V_CE(sat) ≈ 0.2V (daya rendah)

b.     MOSFET — R_DS(on) sangat kecil → drop kecil pada arus tinggi

c.     MOSFET lebih efisien pada switching daya (SMPS)

d.     BJT memiliki thermal runaway — MOSFET lebih stabil secara termal

G.    Aplikasi BJT dan FET

1.     BJT sebagai Saklar

a.     Rangkaian saklar sederhana 

b.     Desain basis resistor

c.     Memastikan saturasi 

d.     Aplikasi

2.     BJT sebagai Penguat

a.     Konfigurasi Common Emitor

b.     Bias

c.     Kapasitor kopling dan bypass

d.     Aplikasi

3.     MOSFET sebagai Saklar

a.     Saklar sisi rendah (low-side) dan sisi tinggi (high-side)

b.     Level tegangan gate

c.     Gate drive

d.     Aplikasi

4.     MOSFET sebagai Penguat

a.     Common Source

b.     Common Drain

c.     Common Gate

d.     Aplikasi

5.     CMOS (Complementary MOS)

a.     NMOS + PMOS dalam satu rangkaian

b.     Arus sangat kecil saat statis (hanya saat switching)

c.     Gerbang logika CMOS — AND, OR, NOT, NAND, NOR

d.     Aplikasi

6.     Penggerak Daya (Power Switching)

a.     MOSFET untuk switching cepat (SMPS, motor)

b.     IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

c.     BJT Darlington

d.     Aplikasi

H.    Karakteristik dan Spesifikasi Transistor

1.     Datasheet dan Parameter

a.     V_CEO

b.      I_C(max)

c.     P_D(max)

d.     h_FE/β

e.     f_T

2.     Pendinginan dan Derating

a.     Thermal resistance (R_θJA, R_θJC)

b.     Perhitungan suhu junction

c.     Heatsink

d.     Derating

3.     Pemilihan Transistor

a.     Berdasarkan aplikasi

b.     Berdasarkan tegangan dan arus yang dibutuhkan

c.     Berdasarkan kecepatan switching

d.     Berdasarkan paket