Bengkeltv.id – . Jika Kalian seorang penggemar elektronik, pasti sudah tidak asing lagi dengan komponen yang disebut Mosfet. Mosfet adalah jenis transistor yang dapat digunakan sebagai saklar elektronik.
Dalam artikel ini, kita akan membahas cara kerja Mosfet sebagai saklar dan bagaimana Kalian dapat menggunakannya untuk mengontrol daya listrik dalam sirkuit elektronik.
Pengertian MOSFET
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) adalah sebuah komponen elektronik yang berfungsi sebagai transistor untuk mengontrol aliran listrik. MOSFET menggunakan lapisan semikonduktor sebagai pengontrol (gate) untuk mengatur arus listrik yang mengalir di antara terminal lainnya.
MOSFET banyak digunakan dalam rangkaian elektronik sebagai saklar atau penguat sinyal. Komponen ini sering dipilih karena memiliki kecepatan beralih yang cepat, konsumsi daya yang rendah, dan daya tahan yang baik.
MOSFET didesain dan dibuat dengan teknologi single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat terminal yang terdiri dari
Source (S)
Gate (G)
Drain (D)
Body (B)
Cara Kerja Mosfet
Untuk memahami prinsip cara kerja mosfet sebagai saklar, hal pertama yang mesti kita ketahui adalah bagaimana cara kerja mosfet secara umum. Sehingga kita dapat lebih mudah mengerti ketika mosfet dipakai sebagai switching atau saklar.
Mosfet tipe N channel seri IRFZ44N merupakan jenis mosfet yang paling sering digunakan pada berbagai sirkuit elektronika. Oleh karena itu, dalam artikel ini, kita akan menggunakan contoh mosfet jenis N channel untuk menjelaskan cara kerjanya secara umum.
Pada mosfet tipe N channel, arus listrik dapat mengalir dari terminal source ke drain ketika ada tegangan bias di terminal gate-source (VGS). Besar tegangan bias di terminal gate harus lebih besar dari tegangan ambang batas tembus (VTH).
Jika tegangan bias di terminal gate lebih besar dari VTH, maka akan muncul saluran dengan resistansi sangat rendah di antara terminal source dan drain. Sehingga arus listrik dapat mengalir melalui kedua terminal tersebut.
Kondisi mosfet seperti ini disebut sebagai area saturasi mosfet.
Namun, jika tegangan bias di terminal gate lebih kecil dari VTH, maka mosfet akan berada dalam kondisi tidak aktif. Pada kondisi ini, resistansi yang ada pada terminal source-drain sangat besar sehingga tidak memungkinkan arus listrik untuk mengalir.
Pada kondisi ini, mosfet berada dalam area cut off.
Dalam rangkaian elektronika, kita dapat menentukan kondisi kerja mosfet dengan mengatur tegangan bias pada terminal gate mosfet.
Karakteristik saklar ideal
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, baik transistor bipolar maupun mosfet dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Namun, terdapat beberapa karakteristik semikonduktor ideal yang harus dipenuhi ketika digunakan sebagai saklar atau pemutus arus:
- Saat dalam kondisi ON atau saturasi, tidak boleh ada batasan jumlah arus yang dapat dilewatkan.
- Pada kondisi OFF, tidak boleh ada batas tegangan minimum yang diblokir.
- Saat berada dalam kondisi ON, harus ada penurunan tegangan hingga mencapai nol.
- Besar hambatan saluran arus listrik saat kondisi OFF harus tidak terhingga.
- Memiliki kecepatan switching atau peralihan kondisi yang sangat cepat.
Menghasilkan komponen semikonduktor dengan karakteristik saklar yang ideal sangatlah sulit. Sebagai contoh, berikut adalah beberapa karakteristik mosfet saat digunakan sebagai saklar:
- Pada kondisi ON, mosfet hanya dapat menangani arus dan tegangan listrik dengan batasan tertentu sesuai dengan kemampuannya.
- Pada kondisi OFF, mosfet masih terbatas dalam memblokir arus listrik yang mencoba melewatinya.
- Memiliki frekuensi switching yang terbatas, meskipun lebih baik daripada saklar konvensional.
- Pada kondisi ON, masih terdapat resistensi pada source dan drain.
- Pada kondisi OFF, masih dimungkinkan terjadinya arus bocor.
- Terdapat kerugian daya saat mosfet beroperasi sebagai saklar.
Mosfet sebagai saklar
Jika Kalian memahami cara kerja mosfet di area operasinya, maka akan lebih mudah bagi Kalian untuk memahami cara kerja mosfet sebagai saklar. Berikut adalah contoh rangkaian switching sederhana yang menggunakan mosfet.
Rangkaian di atas menggunakan mosfet tipe enhancement N channel. Mosfet digunakan untuk mengatur aliran arus listrik yang digunakan untuk menyalakan dan mematikan lampu. Tegangan bias di terminal gate diatur untuk mengatur kondisi mosfet agar berada dalam area operasi cut off dan saturasi.
Contoh rangkaian
Salah satu contoh penggunaan mosfet sebagai saklar adalah pada sistem switching lampu menggunakan modul mikrokontroller seperti Arduino. Bentuk rangkaian terlihat pada gambar di bawah ini:
Rangkaian Saklar Mosfet
Lampu yang digunakan pada rangkaian di atas adalah 12 V. Kita tahu bahwa tegangan output (high) yang dihasilkan oleh Arduino hanya sebesar 5 V. Oleh karena itu, tidak memungkinkan untuk menghidupkan lampu LED 12 V menggunakan output Arduino.
Karena itu, digunakan mosfet sebagai pengganti relay yang dapat menghantarkan tegangan 12 V dari Vcc untuk menghidupkan lampu.
Ketika tombol saklar ditekan, maka output Arduino akan mengeluarkan kondisi high berupa tegangan sebesar 5 V. Tegangan tersebut akan masuk ke terminal gate melalui resistor pembatas arus R IN. Karena gate mendapatkan bias tegangan, maka saluran antara terminal source dan drain akan dapat dilewati oleh arus listrik. Aliran arus listrik pada mosfet ini menyebabkan lampu dapat menyala.
Jika output Arduino low (0 V), maka arus pada mosfet akan terhenti. Sehingga mosfet kembali dalam kondisi Off dan aliran arus terhenti. Maka lampu LED pun akan mati.
Hal yang perlu diketahui adalah bahwa pada saat mosfet dalam kondisi saturasi, di mana arus listrik dapat melewati terminal source-drain, hambatan pada kedua terminal tersebut tidak benar-benar 0. Akan tetapi masih memiliki hambatan meskipun hanya beberapa mili-ohm.
Adanya hambatan yang terjadi pada mosfet ketika beroperasi akan menghasilkan panas dan menghamburkan daya listrik. Oleh karena itu, Anda perlu memberikan pendingin yang memadai untuk mengatasi panas yang dihasilkan.
Penutup
Dalam artikel ini, telah dijelaskan cara kerja Mosfet sebagai saklar dan karakteristik semikonduktor ideal yang harus dipenuhi untuk digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika.
Mosfet memiliki kecepatan switching atau peralihan kondisi yang lebih cepat daripada saklar konvensional. Namun, pada kenyataannya, masih terdapat beberapa keterbatasan pada penggunaan Mosfet sebagai saklar.
Oleh karena itu, penting untuk memperhatikan kondisi operasi Mosfet agar tidak terjadi kerusakan pada komponen dan rangkaian elektronika secara keseluruhan.
Dengan memahami cara kerja Mosfet sebagai saklar, Anda dapat merancang dan mengaplikasikan rangkaian elektronika yang lebih efisien dan andal. Demikianlah ulasan dari bengkeltv.id mengenai Cara Kerja Mosfet Sebagai Saklar.
