MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

Hallo sobat Elektro Update, pada kesempatan kali ini kita akan membahas seputar Mosfet. Amplifier atau penguat MOSFET source follower mempunyai bentuk seperti dengan penguat common source, yang membedakan dari segi rangkaiannya ialah :

  1. Output penguat source follower berada terminal Source, sedang output common source terletak pada terminal Drain.
  2. Resistor pada terminal Drain (RD) source follower mampu dihilangkan, resistor Source (RS) tidak mampu dihilangkan. Sedang common source kebalikannya yakni RS dapat dihilangkan, tetapi RD tidak dapat dihilangkan.

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    Gambar 1. Penguat Source Follower N-MOSFET

    Dalam mendesain rangkaian penguat source follower diharapkan analisis dc dan analisis ac. Analisis dc ditujukan untuk menentukan titik kerja dc (Q) N-MOSFET sedemikian rupa semoga sinyal yang ditumpangkan pada arus dc mampu mengayun maksimum sehingga tidak ada pergantian bentuk sinyal. Analisis ac digunakan untuk menentukan penguatan rangkaian penguat.

    Analisis DC

    Rangkaian ekivalen analisis dc Gambar 1 ditunjukan oleh Gambar 2. Pada analisis dc, semua unsur yang terhubung dengan terminal kapasitor dan tidak terhubung pribadi dengan tegangan atau arus dc dihilangkan, sehingga pada Gambar 2 semua kapasitor dan RLoad dihilangkan.

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    Gambar 2. Rangkaian ekivalen analisis dc

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Supaya rangkaian penguat mampu melakukan pekerjaan sesuai impian maka N-MOSFET perlu disetel pada kawasan saturasi dimana besarnya arus yang mengalir pada N-MOSFET dapat dicari dengan persamaan :

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    IDQ : Besarnya arus listrik dc yang mengalir pada terminal Drain.
    kn : Parameter konduktansi.
    VGS : Besarnya tegangan dc pada Gate-Source.
    VTH : Besarnya tegangan threshold pada Gate-Source.
    VDS : Tegangan pada terminal Drain-Source.
    W : Lebar Gate (Gate width)
    L : Panjang Gate (Gate length)
    λ : Parameter channel-length modulation

    Tegangan VGS mampu dicari dengan mengurangkan tegangan pada terminal Gate dengan tegangan pada terminal Source.

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Tegangan terminal Source mampu disetel dengan menunjukkan resistor dengan nilai tertentu. Karena besarnya arus terminal Drain (ID) dan arus terminal Source (IS) yaitu sama maka persamaan tegangan pada terminal Source mampu ditulis sebagai berikut :

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Syarat semoga N-MOSFET bekerja pada tempat saturasi yakni dengan menyetel tegangan VGS diatas tegangan threshold (VTH) kemudian tegangan VDS lebih besar dari VGS dikurangkan dengan tegangan VTH.

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Analisis AC

    Rangkaian ekivalen analisis ac pada Gambar 1 ditunjukan oleh Gambar 3.

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    Gambar 3. Rangkaian ekivalen analisisi ac Source Follower

    Setiap resistor input yang terhubung dengan kapasitor diparalelkan sehingga R1 dan R2 menjadi paralel. Tegangan input terminal Gate putus sebab secara teoritis tidak akan ada arus mengalir lewat terminal Gate. RLoad, ro dan RS diparalel-kan alasannya adalah terhubung pada kapasitor yang serupa.

    Dari Gambar 3, impedansi input dan impedansi output mampu dituliskan sebagai berikut :

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Kemudian tegangan output (Vout) dan tegangan input (Vin) mampu dituliskan selaku berikut:

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Penguatan (Gain) tegangan pada N-MOSFET ialah perbandingan tegangan output pada terminal source dengan tegangan input pada terminal Gate:

    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Penguatan tegangan Source Follower yakni kurang dari satu
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)

    Contoh soal :

    Jika komponen pada Gambar 1 mempunyai nilai selaku berikut :
    VDD = 12 Volt
    R1 = 150 kΩ, R2 = 400 kΩ, RS = 1 kΩ, RLoad = 10kΩ
    VTH= 1,5 Volt
    k = 4 mA/Volt , λ = 0,01/V

    Cari penguatan dari N-MOSFET !

    Jawaban :
    Langkah pertamana : Analisis dc
    Untuk merancang titik kerja arus IDQ (unsur dc) biasanya diambil setengah dari arus ID maksimum sehingga :
    IDmax = VDD / RS = 12 Volt / 1kΩ
    IDmax = 12 mA
    IDQ = 0,5 IDmaks = 0,5 . 12mA
    IDQ = 6mA


    Dari nilai IDQ mampu dicari nilai VGSQ adalah :
    VGSQ = √(IDQ/k) + VTH
    VGSQ = √(6 / 4 ) + 1,5
    VGSQ = 3 Volt

    Dari nilai IDQ juga dapat dicari nilai VDSQ :
    VDSQ= VDD - ID.RS
    VDSQ= 12 Volt = 6 mA . 1kΩ
    VDSQ= 6 Volt

    VG = [R2 / (R1 + R2)] . VDD
    VG = [400k / (400k + 150k)] . 12 Volt
    VG = 8,73 Volt
    MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier)
    Gambar 4. Titik kerja dc (Q) N-MOSFET mode enhancement

    Langkah kedua : Analisis ac

    Analisis ini bermaksud untuk mengetahui penguatan atau gain sinyal ac dengan syarat sinyal input ac harus kecil (small signal input). Dari Gambar 3 kita dapat mencari hambatan output.


    Hambatan total output :
    Zout = RS // ro // RLoad
    ro = 1/(λ . IDQ)
    ro = 1 / (0,01/V . 6mA )
    ro = 166 666,6Ω = 166,7kΩ


    Zout = 1kΩ // 166,7kΩ // 10kΩ
    Zout = 1kΩ // 166,7kΩ // 10kΩ
    Zout = 0,9kΩ = 900Ω


    Tegangan sinyal output (Vout):
    Vout = gm.Vgs . Zout
    Vgs = Tegangan Vgs unsur ac
    gm = Transkonduktansi.

    Tegangan sinyal input (Vin) :
    Vin = Vgs + Vout
    Vin = Vgs + (gm.Vgs . Zout)

    Penguatan (ΔV) :
    AV = Vout / Vin
    AV = [gm .Vgs . Zout] / [Vgs + (gm.Vgs . Zout)]
    AV = [gm . Zout] / [1 + gm. Zout]

    gm = 2k (VGSQ-VTH)2
    gm = 2. 4mA/V (3V- 1,5V)2
    gm = 18 mA/Volt = 0,018 A/Volt


    AV = [0,0018A/V. 900kΩ ] / [1 + (0,018A/V. 900Ω) ]
    AV = 16,2 / 17,2
    AV= 0,94x

    Demikian ulasan tentang MOSFET Source Follower (Common Drain Amplifier), semoga dapat bermanfaat. Salam