Setelah memahami jenis mosfet dan karakteristiknya, di artikel ini kita akan membahas salah satu fungsi mosfet sebagai saklar. Sama seperti transistor, selain bisa digunakan sebagai penguat daya, mosfet pun dapat difungsikan sebagai saklar elektronika.
Salah satu kelebihan yang dimiliki mosfet yang digunakan sebagai saklar elektronika adalah, kemampuan switching dengan kecepatan tinggi. Selain itu, karena tidak ada komponen mekanis yang bergerak, penggunaan mosfet untuk saklar dapat bertahan lebih lama jika dibandingkan dengan saklar konvensional biasa.
Contoh penggunaan mosfet sebagai saklar dapat dilihat pada sirkuit inverter atau blok rangkaian horizontal televisi. Dimana mosfet bertindak untuk menyambung dan memutuskan aliran arus listrik ke trafo untuk menghasilkan tegangan induksi pada lilitan sekunder trafo.
Kemampuan mosfet untuk mengalirkan dan memutuskan aliran arus listrik dapat dikendalilkan dengan cara pengaturan bias tegangan pada terminal gate. Dengan kemampuan yang dimiliki oleh mosfet ini dapat digunakan sebagai pengganti relay.
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.
Jenis mosfet yang paling sering digunakan pada berbagai sirkuit elektronika adalah mosfet tipe N channel seri IRFZ44N. Karena itu, kita akan mengambil contoh mosfet jenis N channel untuk menjelaskan cara kerjanya secara umum.
Pada jenis mosfet N channel, arus listrik dapat mengalir pada terminal source – drain ketika terdapat bias tegangan di terminal gate – source (VGS). Besar bias tegangan pada terminal gate tersebut harus lebih besar dari ambang batas tegangan tembus (VTH).
Ketika bias tegangan gate lebih besar dari tegangan ambang batas, maka akan muncul saluran dengan resistensi sangat rendah di antara terminal source dan drain. Sehingga arus listrik dapat dilewatkan melalui kedua terminal tersebut.
Kondisi mosfet seperti ini biasa disebut sebagai area saturasi mosfet.
Sebaliknya, jika tegangan bias pada terminall gate lebih kecil dari ambang batas tegangan tembus, maka mosfet akan berada dalam kondisi tidak aktif. Dimana resistensi yang ada pada terminal source – drain sangat besar. Akibatnya tidak memunginkan untuk dilewati oleh arus listrik.
Pada keadaan ini mosfet berada dalam area cut off.
Dengan kata lain, kita dapat menentukan kondisi kerja mosfet dengan cara mengatur pemberian bias tegangan pada terminla gate mosfet.
Karakteristik saklar ideal
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, transistor bipolar dan mosfet dapat dijadikan sebagai saklar pada rangkaian elektronika. Ada beberapa karakteristik semikonduktor ideal yang harus dipenuhi ketika digunakan sebagai saklar atau switching arus :
- Saat kondisi ON atau saturasi, seharusnya tidak boleh ada batasan jumlah arus yang dapat dilewatkan.
- Pada kondisi OFF tidak boleh ada pembatasan minimum tegangan yang diblokir.
- Saat berada dalam kondisi ON, harus ada penurunan tegangan mencapai nol.
- Besar hambatan saluran arus listrik saat kondisi Off harus tidak terhingga.
- Memiliki kecepatan switching atau peralihan kondisi yang sangat cepat.
Pada kenyataannya, sangat sulit untuk membuat komponen semikonduktor agar dapat bertindak sebagai sebuah saklar dengan karakteristik yang ideal. Sebagai contoh, berikut ini karakteristik mosfet ketika digunakan sebagai saklar :
- Pada keadaan ON mosfet hanya bisa menangani arus dan tegangan listrik terbatas sesuai kemampuannya.
- Saat kondisi Off, mosfet pun terbatas dalam memblokir arus listrik yang ingin melewatinya.
- Memiliki frekuensi switching terbatas, meskipun jauh lebih baik dibandingkan saklar konvensional.
- Saat kondisi ON masih terdapat resistensi pada source dan drain.
- Pada kondisi Off masih dimungkinkan terjadi arus bocor.
- Terdapat kerugian daya saat mosfet beroperasi sebagai saklar.
Mosfet sebagai saklar
Jika anda telah memahami cara kerja mosfet di area operasinya, maka Anda dengan mudah dapat mengerti cara kerja mosfet sebagai saklar. Berikut ini adalah contoh rangkaian sederhana switching yang menggunakan mosfet.
Pada rangkaian diatas, menggunakan mosfet jenis enhancement tipe N channel. Mosfet digunakan untuk mengatur aliran arus listrik yang digunakan untuk menyalakan dan mematikan lampu. Pengaturan tegangan bias gate dilakukan untuk mengkondisikan 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 rangkaiannya terlihat pada gambar di bawah ini :
Lampu yang digunakan pada rangkaian diatas adalah 12 V. Kita tahu, tegangan output (high) yang dimiliki oleh arduino hanya sebesar 5 V. Sehingga tidak memungkinkan dapat digunakan untuk menyalakan lampu led 12 V.
Karena itu digunakan mosfet pengganti relay yang dapat menghantarkan tegangan 12 V dari Vcc untuk menghidupkan lampu.
Ketika saklar button ditekan, maka arduino output 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 sourec dan drain akan dapat dilewati oleh arus listrik. Aliran arus listrik pada mosfet ini menyebabkan lampu bisa menyala.
Jika output arduino low (0 V), maka aliran buas tegangan untuk moosfet akan terhenti. Sehingga mosfet kembali dalam kondisi Off yang menyebabkan aliran arus terhenti. Maka lampu led pun akan padam.
Hal yang perlu diketahui adalah, pada saat mosfet dalam kondisi saturasi, dimana 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 ada mosfet ketika beroperasi ini akan menghamburkan daya listrik berupa panas. Karena itu Anda mesti memberikan pendingin yang memadai untuk mengatasi panas yang terjadi ini.
