Rekomend. id – Cara Kerja Mosfet sebagai Saklar. MOSFET atau Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor adalah salah satu jenis transistor yang banyak digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronik. MOSFET memiliki keunggulan dalam hal kecepatan, efisiensi, dan daya tahan yang lebih baik dibandingkan dengan transistor bipolar.
Dalam artikel ini, rekomend.id akan membahas secara singkat tentang cara kerja MOSFET sebagai saklar dalam rangkaian elektronik.
MOSFET terdiri dari tiga terminal, yaitu gate (G), drain (D), dan source (S). Prinsip kerja MOSFET didasarkan pada efek medan listrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada terminal gate. MOSFET memiliki dua mode operasi yaitu mode cut-off dan mode saturasi.
Pada mode cut-off, MOSFET berperan sebagai saklar terbuka karena tidak ada arus yang mengalir antara drain dan source. Hal ini terjadi ketika tegangan yang diberikan pada gate tidak mencukupi untuk membuka channel antara drain dan source.
Sedangkan pada mode saturasi, MOSFET berperan sebagai saklar tertutup karena terdapat arus yang mengalir antara drain dan source. Hal ini terjadi ketika tegangan yang diberikan pada gate mencukupi untuk membuka channel antara drain dan source.
Untuk mengontrol MOSFET sebagai saklar, tegangan yang diberikan pada gate harus lebih tinggi dari tegangan threshold MOSFET. Ketika tegangan gate mencapai tegangan threshold, MOSFET akan mulai membuka channel antara drain dan source, sehingga arus dapat mengalir.
Dalam aplikasinya, MOSFET dapat digunakan sebagai saklar dalam berbagai rangkaian elektronik, seperti dalam power supply, motor controller, dan inverter. Keuntungan penggunaan MOSFET sebagai saklar antara lain adalah kecepatan switching yang tinggi, daya yang lebih rendah, dan tingkat kebisingan yang lebih rendah.
Cara Kerja Mosfet
Untuk memahami prinsip cara kerja mosfet sebagai saklar, hal pertama yang perlu dipahami adalah cara kerja mosfet secara umum. Jenis mosfet yang sering digunakan pada sirkuit elektronik adalah tipe N channel seperti IRFZ44N. Pada jenis mosfet N channel, arus dapat mengalir melalui terminal source-drain ketika ada bias tegangan pada terminal gate-source (VGS).
Bias tegangan pada terminal gate harus lebih besar dari ambang batas tegangan tembus (VTH) agar muncul saluran dengan resistensi sangat rendah antara source dan drain sehingga arus dapat mengalir melalui keduanya.
Kondisi ini disebut area saturasi mosfet. Jika bias tegangan pada terminal gate lebih kecil dari VTH, mosfet akan berada dalam kondisi tidak aktif di mana resistensi pada source-drain sangat besar sehingga tidak memungkinkan arus listrik mengalir. Kondisi ini disebut area cut off.
Dengan demikian, kita dapat mengatur kondisi kerja mosfet dengan mengatur bias tegangan pada terminal gate.
Karakteristik Saklar Ideal
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, baik transistor bipolar maupun MOSFET dapat digunakan sebagai saklar pada rangkaian elektronik. Namun, terdapat beberapa karakteristik ideal yang harus dipenuhi oleh komponen semikonduktor agar dapat berfungsi sebagai saklar atau pemutus arus, yaitu:
- Tidak ada batasan arus yang dapat dilalui saat kondisi ON atau saturasi.
- Tidak ada pembatasan tegangan minimum yang dapat diblokir saat kondisi OFF.
- Tegangan harus turun hingga nol saat kondisi ON.
- Besarnya hambatan saluran arus listrik saat kondisi OFF harus tak terhingga.
- Memiliki kecepatan switching atau peralihan kondisi yang sangat cepat.
Namun, pada kenyataannya sangat sulit untuk membuat komponen semikonduktor agar dapat bertindak sebagai sebuah saklar dengan karakteristik yang ideal. Sebagai contoh, MOSFET memiliki karakteristik sebagai berikut saat digunakan sebagai saklar:
- Hanya dapat menangani arus dan tegangan listrik terbatas sesuai dengan kemampuannya saat kondisi ON.
- Terdapat pembatasan dalam memblokir arus listrik saat kondisi OFF.
- Frekuensi switching terbatas, meskipun jauh lebih baik dibandingkan dengan saklar konvensional.
- Masih terdapat resistansi pada source dan drain saat kondisi ON.
- Terdapat kemungkinan terjadinya arus bocor saat kondisi OFF.
- Terdapat kerugian daya saat MOSFET digunakan sebagai saklar.
Baca juga:
- Fungsi Saklar Dimmer dan Contoh Penggunaannya
- Fungsi dan Cara Kerja Saklar Tukar (Saklar Hotel)
- Jenis Saklar Tunggal Beserta Fungsinya
Mosfet sebagai Saklar
Jika sudah memahami cara kerja MOSFET dalam area operasinya, maka mudah untuk memahami cara kerja MOSFET sebagai saklar. Berikut ini adalah contoh rangkaian sederhana untuk switching yang menggunakan MOSFET.
Rangkaian di atas menggunakan MOSFET tipe N channel jenis enhancement. MOSFET digunakan untuk mengatur aliran arus listrik yang diperlukan untuk menyalakan dan mematikan lampu. Pengaturan tegangan bias pada gate dilakukan untuk mengontrol MOSFET agar berada dalam area operasi cut off dan saturasi.
Contoh rangkaian
Contoh penggunaan MOSFET sebagai saklar dapat ditemukan pada sistem switching lampu menggunakan modul mikrokontroller, seperti Arduino. Rangkaian tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Lampu yang digunakan dalam rangkaian tersebut memerlukan tegangan sebesar 12 V. Namun, output tegangan (high) dari Arduino hanya sebesar 5 V, sehingga tidak dapat digunakan untuk menyalakan lampu LED 12 V. Oleh karena itu, digunakan MOSFET sebagai pengganti relay untuk menghantarkan tegangan 12 V dari Vcc untuk menyalakan lampu.
Ketika saklar button ditekan, output dari Arduino akan mengeluarkan kondisi high dengan tegangan sebesar 5 V. Tegangan tersebut akan masuk ke terminal gate melalui resistor pembatas arus R IN.
Karena gate menerima tegangan bias, maka saluran antara terminal source dan drain akan dapat dilalui oleh arus listrik. Aliran arus listrik pada MOSFET ini menyebabkan lampu dapat menyala.
Jika output dari Arduino berada pada kondisi low (0 V), aliran tegangan menuju MOSFET akan terhenti. Sehingga MOSFET kembali dalam kondisi off dan menghentikan aliran arus. Akibatnya, lampu LED pun akan padam.
Namun, perlu diketahui bahwa ketika MOSFET dalam kondisi saturasi, di mana arus listrik dapat melalui terminal source-drain, hambatan pada kedua terminal tersebut tidak benar-benar 0 ohm.
Meskipun hanya beberapa mili ohm, hambatan ini akan menyebabkan MOSFET menghasilkan panas yang menghamburkan daya listrik. Oleh karena itu, diperlukan pendingin yang memadai untuk mengatasi panas yang terjadi pada MOSFET saat beroperasi.
Kondisi Cut Off
Pada kondisi ini, jika tegangan input gate Vin adalah 0, maka arus pada drain Id juga akan 0 karena Mosfet tidak mengalirkan arus. Tegangan pada drain Vds akan sama dengan tegangan sumber Vdd. Kondisi ini menunjukkan bahwa Mosfet sedang Off atau tidak mengalirkan arus dari drain menuju source.
Karakteristik Mosfet ketika berada dalam kondisi Cut Off adalah:
- Tegangan input Vin = 0
- Input terhubung ke ground
- Tegangan bias Vgs < Vambang
- Kondisi kerja Mosfet Cut Off
- Arus drain Id = 0
- Tegangan output sama dengan tegangan sumber Vout = Vdd
- Beroperasi seperti saklar terbuka / tidak terhubung
Dalam penggunaan Mosfet sebagai saklar terbuka (Off), kita dapat mengatur kondisi dengan memberikan tegangan bias pada gate yang kurang dari tegangan ambang Mosfet. Hal ini menyebabkan arus drain memiliki nilai nol (0) karena Mosfet tidak beroperasi atau dalam kondisi mati.
Kondisi Saturasi
Saat Mosfet berada dalam kondisi saturasi, Mosfet akan beroperasi seperti saklar yang tertutup secara penuh, yang merupakan kebalikan dari kondisi Cut Off. Untuk mencapai kondisi ini, tegangan bias gate Vin harus diberikan sehingga tegangan Vgs > Vambang.
Saat Mosfet berada dalam kondisi saturasi, tegangan Vds akan menjadi 0 dan arus drain Id akan mencapai nilai maksimum.
Berikut adalah Karakteristik Mosfet saat berada dalam keadaan Saturasi :
- Input terhubung ke sumber tegangan
- Tegangan input Vin > Vambang
- Arus pada drain mengalir maksimum Id = max
- Mosfet dalam kondisi On
- Tegangan Vds = 0
- Mosfet seperti saklar tertutup
Dengan mengatur tegangan bias pada gate Mosfet, kita dapat memilih dua kondisi yang berbeda dengan karakteristik yang berbeda juga. Ketika Mosfet berada dalam kondisi Cut Off, hambatan saluran konduktif drain-source sangat tinggi hingga mencapai ribuan KOhm. Sehingga sulit untuk dilewati arus listrik.
Sebaliknya, saat berada dalam kondisi On (Saturasi) secara penuh, saluran konduktif drain-source memiliki hambatan listrik yang sangat kecil kurang dari 1 Ohm. Dengan hambatan yang kecil ini, arus mudah melewati Mosfet.
Saat digunakan sebagai saklar, kita dapat mengendalikan Mosfet agar lebih cepat atau lebih lambat ON. Kita juga dapat menentukan besar aliran arus yang dapat mengalir pada terminal drain menuju source. Dengan karakteristik ini, Mosfet akan lebih efisien daripada saklar mekanis biasa, terutama jika membutuhkan proses switching yang sangat cepat.
Baca juga:
- Persamaan Mosfet IRFZ44N berserta Datasheetnya
- Mengenal Persamaan Mosfet FS7UM Dan Datasheetnya
- Persamaan Mosfet IRF3205 dan Datasheetnya
Penutup
Dalam artikel ini, rekomend.id telah membahas cara kerja Mosfet sebagai saklar dan kondisi Cut Off serta Saturasi. Mosfet sebagai saklar dapat dioperasikan pada kondisi Cut Off atau Saturasi tergantung pada besaran tegangan bias gate yang diberikan.
Saat berada dalam kondisi Cut Off, Mosfet akan sepenuhnya terputus dan tidak menghantarkan arus, sedangkan saat berada dalam kondisi Saturasi, Mosfet akan sepenuhnya terhubung seperti saklar yang tertutup dan menghantarkan arus dengan nilai maksimum.
Dengan memahami cara kerja Mosfet sebagai saklar, kita dapat mengoptimalkan penggunaannya dalam rangkaian elektronik dan memanfaatkan kelebihannya dalam hal efisiensi dan daya tahan.
