Apa itu transistor NMOS?
Transistor NMOS adalah jenis transistor efek medan (FET) yang beroperasi dengan polaritas negatif.
Struktur NMOS
Transistor terdiri dari tiga bagian: sumber, saluran, dan gerbang. Sumber adalah tempat arus masuk, saluran adalah tempat arus keluar, dan gerbang mengontrol aliran arus. Ketika tegangan diterapkan pada gerbang, hal itu menciptakan medan listrik yang memengaruhi perilaku elektron di saluran antara sumber dan saluran. Hal ini dapat meningkatkan atau mengurangi aliran arus melalui transistor.
Bagaimana Cara Kerja NMOS?
NMOS bekerja dengan mengendalikan aliran arus melalui saluran konduktif antara terminal sumber dan saluran dengan menerapkan medan listrik ke elektroda gerbang, yang dipisahkan dari saluran tersebut oleh lapisan isolasi tipis.
Ketika tegangan gerbang-ke-sumber (vGS) nol, dan bahkan jika tegangan saluran-ke-sumber (vDS) diterapkan, sambungan PN antara sumber dan saluran transistor NMOS mengalami bias terbalik, dan daerah deplesi di antara keduanya menjadi terlalu lebar untuk mendukung aliran arus. Oleh karena itu, arus antara saluran dan sumber (iD) dapat diabaikan.
Namun, ketika vGS positif, medan listrik terbentuk di lapisan isolasi SiO₂ antara gerbang dan substrat. Medan ini menarik elektron dan menolak lubang dari substrat di dekat gerbang, membentuk daerah deplesi. Ketika magnitudo vGS meningkat, lebih banyak elektron tertarik ke permukaan substrat, membentuk saluran tipe-N yang menghubungkan terminal sumber dan saluran. Saluran tersebut kemudian mampu mendukung aliran arus antara terminal sumber dan saluran.
Tegangan di mana saluran mulai terbentuk disebut tegangan ambang (VT). Transistor NMOS dianggap sebagai transistor mode penguatan karena memerlukan vGS lebih besar dari VT untuk membentuk saluran konduktif.
Tegangan drain-ke-sumber (vDS) memengaruhi arus yang mengalir melalui saluran. Seiring peningkatan vDS, ketebalan saluran di dekat drain berkurang, dan arus meningkat. Namun, ketika vDS mencapai nilai yang sama dengan vGS dikurangi VT, saluran menyempit hingga titik di mana arus tidak lagi meningkat, dan transistor masuk ke mode saturasi.
Singkatnya, transistor NMOS beroperasi dengan menciptakan saluran konduktif antara terminal sumber dan saluran ketika tegangan positif diterapkan pada terminal gerbang, sehingga memungkinkan arus mengalir antara terminal sumber dan saluran. Arus dikendalikan oleh tegangan yang diterapkan pada terminal gerbang dan saluran.
NMOS vs PMOS
NMOS dan PMOS sama-sama merupakan Metal-Oxide-Semiconductor, namun terdapat beberapa perbedaan di antara keduanya:
| NMOS | PMOS | |
|---|---|---|
| VGS untuk menyala (mode peningkatan) | Gate positif terhadap source | Gate negatif terhadap source |
| Jenis kanal | Kanal n | Kanal p |
| Pembawa muatan kanal | Elektron | Hole |
| VGS(th) (mode peningkatan) | Positif; ditentukan pada arus uji kecil | Negatif; ditentukan pada arus uji kecil |
| Kecepatan pensakelaran | Bergantung pada muatan gate, driver, dan beban | Bergantung pada muatan gate, driver, dan beban |
| Biaya | Bandingkan perangkat yang dipilih dan driver yang diperlukan | Bandingkan perangkat yang dipilih dan driver yang diperlukan |
| Rugi daya | Bergantung pada RDS(on), arus, dan kondisi pensakelaran | Bergantung pada RDS(on), arus, dan kondisi pensakelaran |
| Contoh penggunaan | Sakelar sisi rendah, tingkat daya, serta rangkaian logika/analog | Sakelar beban sisi tinggi dan rangkaian logika/analog komplementer |
Penerapan NMOS
Transistor NMOS umumnya digunakan dalam rangkaian digital sebagai sakelar atau penguat. Transistor ini juga dapat ditemukan pada mikroprosesor, chip memori, dan perangkat elektronik lainnya.
Memilih dan memeriksa sakelar NMOS
Pilih transistor dan driver gate bersama-sama berdasarkan catu daya, arus beban, frekuensi pensakelaran, dan batas termal.
Penggerak gate, jalur arus, dan suhu
| Area | Yang diperiksa | Alasannya |
|---|---|---|
| Penggerak gate | Periksa RDS(on) pada VGS yang tersedia, muatan gate, dan arus driver | VGS(th) menunjukkan ambang arus kecil, bukan jaminan resistansi konduksi rendah |
| Jalur arus | Periksa referensi source, arah dioda intrinsik, arus beban, dan pembatasan transien | Dioda intrinsik dapat menghantar ketika gate dimatikan |
| Desain termal | Perkirakan rugi konduksi dan pensakelaran; periksa SOA, suhu junction, dan pelepasan panas | Arus yang diizinkan bergantung pada kondisi operasi dan desain termal |
