ORGANISASI DAN ARSITEKTUR ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTERKOMPUTER

• Kelompok Kelompok : : ExplorerExplorer

• Anggota Anggota :: 1. Niskarto Z.1. Niskarto Z.

2. Winda M. Paulina R.2. Winda M. Paulina R.

3. Hendrik G.3. Hendrik G.

4. Bethesda S. 4. Bethesda S.

5. Annida W. Y.5. Annida W. Y.

• DosenDosen : Drs.Dahlan Sitompul ,M. : Drs.Dahlan Sitompul ,M. EngEng

NOT di dalam Transistor NOT di dalam Transistor FETFET

• Gerbang NOT merupakan gerbang Gerbang NOT merupakan gerbang satu-masukan yang berfungsi satu-masukan yang berfungsi sebagai pembalik (inverter). Jika sebagai pembalik (inverter). Jika masukannya tinggi, maka masukannya tinggi, maka keluarannya rendah, dan sebaliknya. keluarannya rendah, dan sebaliknya. Oleh sebab itu gerbang NOT banyak Oleh sebab itu gerbang NOT banyak digunakan di dalam transistor FET.digunakan di dalam transistor FET.

• Transistor FET termasuk perangkat yang disebut Transistor FET termasuk perangkat yang disebut voltage-controlled devicevoltage-controlled device yang mana tegangan yang mana tegangan masukan (input) mengatur arus keluaran masukan (input) mengatur arus keluaran (output). (output). Pada transistor FET, besar tegangan Pada transistor FET, besar tegangan gate-source (VGS) menentukan jumlah arus yang gate-source (VGS) menentukan jumlah arus yang dapat mengalir antara drain dan source.dapat mengalir antara drain dan source.

• Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction FET) dan MOSFET (metal-oxide semiconductor FET) dan MOSFET (metal-oxide semiconductor FET). Pada dasarnya kedua jenis transistor FET). Pada dasarnya kedua jenis transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetap memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetap ada perbedaan yang mendasar pada struktur dan ada perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya. karakteristiknya.

JFET dan MOSFETJFET dan MOSFET

• Transistor Bipolar dinamakan demikian Transistor Bipolar dinamakan demikian karena bekerja dengan 2 (bi) muatan yang karena bekerja dengan 2 (bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai pembawa berbeda yaitu elektron sebagai pembawa muatan negatif dan hole sebagai pembawa muatan negatif dan hole sebagai pembawa muatan positif. Ada satu jenis transistor lain muatan positif. Ada satu jenis transistor lain yang dinamakan FET (yang dinamakan FET (Field Efect TransistorField Efect Transistor). ). Berbeda dengan prinsip kerja transistor Berbeda dengan prinsip kerja transistor bipolar, transistor FET bekerja bergantung bipolar, transistor FET bekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu dari satu pembawa muatan, apakah itu elektron atau hole. elektron atau hole. Karena hanya bergantung Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatan saja, transistor pada satu pembawa muatan saja, transistor ini disebut komponen unipolarini disebut komponen unipolar

• Umumnya untuk aplikasi linear,  transistor bipolar Umumnya untuk aplikasi linear,  transistor bipolar lebih disukai, namun transistor FET sering lebih disukai, namun transistor FET sering digunakan juga karena memiliki impedansi input digunakan juga karena memiliki impedansi input (input impedance) yang sangat besar. Terutama (input impedance) yang sangat besar. Terutama jika digunakan sebagai jika digunakan sebagai switchswitch, FET lebih baik , FET lebih baik karena resistansi dan disipasi dayanya yang kecil.    karena resistansi dan disipasi dayanya yang kecil.   

• Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction junction FETFET) dan MOSFET () dan MOSFET (metal-oxide semiconductor FETmetal-oxide semiconductor FET). ). Pada dasarnya kedua jenis transistor memiliki Pada dasarnya kedua jenis transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetap ada prinsip kerja yang sama, namun tetap ada perbedaan yang mendasar pada struktur dan perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya.karakteristiknya.

• Salah satu cara untuk menaikkan efisiensi adalah Salah satu cara untuk menaikkan efisiensi adalah mengurangi rugi konduksi dengan mengurangi mengurangi rugi konduksi dengan mengurangi resistansi dalam kondisi menyambung atau RDS(on). resistansi dalam kondisi menyambung atau RDS(on). Penyumbang pokok terhadap besarnya nilai Penyumbang pokok terhadap besarnya nilai resistansi ini pada MOSFET tegangan tinggi adalah resistansi ini pada MOSFET tegangan tinggi adalah dari tiga variabel, yakni resistansi epi, resistansi dari tiga variabel, yakni resistansi epi, resistansi kanal, dan resistansi JFET. Resistansi epi merupakan kanal, dan resistansi JFET. Resistansi epi merupakan reaksi penolakan terhadap penerapan tegangan reaksi penolakan terhadap penerapan tegangan tinggi, yang berarti merupakan fungsi langsung dari tinggi, yang berarti merupakan fungsi langsung dari tegangan dadal. Mengurangi kontribusinya hanya tegangan dadal. Mengurangi kontribusinya hanya dengan menaikkan luasan die FET tidak bisa dengan menaikkan luasan die FET tidak bisa demikian saja bisa dilakukan, karena adanya faktor-demikian saja bisa dilakukan, karena adanya faktor-faktor lain yang terkait.faktor lain yang terkait.

• Sebagaimana pada power FET tegangan rendah, Sebagaimana pada power FET tegangan rendah, resistansi kanal dapat dikurangi dengan menaikkan resistansi kanal dapat dikurangi dengan menaikkan kepadatan kemasan kanal; yakni dengan kepadatan kemasan kanal; yakni dengan menambahkan lebih banyak kanal per unit luasan menambahkan lebih banyak kanal per unit luasan chip-nya. Namun demikian, sebagaimana halnya chip-nya. Namun demikian, sebagaimana halnya pada piranti-piranti tegangan rendah, dengan pada piranti-piranti tegangan rendah, dengan membuat penambahan kepadatan kanal, berarti membuat penambahan kepadatan kanal, berarti difusi body-p pada die-nya lebih didekatkan satu difusi body-p pada die-nya lebih didekatkan satu sama lain, yang berdampak menaikkan resistansi sama lain, yang berdampak menaikkan resistansi JFET. Jika kepadatan kanal naik, resistansi JFET akan JFET. Jika kepadatan kanal naik, resistansi JFET akan mulai mendominasi, yang menyebabkan sumbangan mulai mendominasi, yang menyebabkan sumbangan kenaikan nilai pada resistansi dalam kondisi kenaikan nilai pada resistansi dalam kondisi menyambungmenyambung

II. TRANSISTOR MOSFETII. TRANSISTOR MOSFET

• Mirip seperti JFET, transistor MOSFET (Mirip seperti JFET, transistor MOSFET (Metal Metal oxideoxide FET) memiliki drain, source dan gate. FET) memiliki drain, source dan gate. Namun perbedaannya gate terisolasi oleh Namun perbedaannya gate terisolasi oleh suatu bahan oksida. suatu bahan oksida. Gate sendiri terbuat Gate sendiri terbuat dari bahan metal seperti aluminium. Oleh dari bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itulah transistor ini dinamakan karena itulah transistor ini dinamakan metal-oxidemetal-oxide. Karena gate yang terisolasi, . Karena gate yang terisolasi, sering jenis transistor ini disebut juga IGFET sering jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu yaitu insulated-gateinsulated-gate FET. FET.

• Ada dua jenis MOSFET, yang pertama Ada dua jenis MOSFET, yang pertama jenis jenis depletion-modedepletion-mode dan yang kedua dan yang kedua jenis jenis enhancement-modeenhancement-mode.  Jenis .  Jenis MOSFET yang kedua adalah komponen MOSFET yang kedua adalah komponen utama dari gerbang logika dalam utama dari gerbang logika dalam bentuk IC (bentuk IC (integrated circuitintegrated circuit), uC (), uC (micro micro controllercontroller) dan uP () dan uP (micro processormicro processor) ) yang tidak lain adalah komponen yang tidak lain adalah komponen utama dari komputer modern saat iniutama dari komputer modern saat ini

1.MOSFET Depletion-1.MOSFET Depletion-mode mode 

• Gambar berikut Gambar berikut menunjukkan struktur dari menunjukkan struktur dari transistor jenis ini. Pada transistor jenis ini. Pada sebuah kanal semikonduktor sebuah kanal semikonduktor tipe n terdapat tipe n terdapat semikonduktor tipe p semikonduktor tipe p dengan menyisakan sedikit dengan menyisakan sedikit celah. Dengan demikian celah. Dengan demikian diharapkan elektron akan diharapkan elektron akan mengalir dari source menuju mengalir dari source menuju drain melalui celah sempit drain melalui celah sempit ini. Gate terbuat dari metal ini. Gate terbuat dari metal (seperti aluminium) dan (seperti aluminium) dan terisolasi oleh bahan oksida terisolasi oleh bahan oksida tipis SiO2 yang tidak lain tipis SiO2 yang tidak lain adalah kaca. adalah kaca.

• Semikonduktor tipe p di sini disebut subtrat p dan Semikonduktor tipe p di sini disebut subtrat p dan biasanya dihubung singkat dengan source. Ingat biasanya dihubung singkat dengan source. Ingat seperti pada transistor JFET lapisan deplesi mulai seperti pada transistor JFET lapisan deplesi mulai membuka jika VGS = 0.membuka jika VGS = 0.

• Dengan menghubung singkat subtrat p dengan   Dengan menghubung singkat subtrat p dengan   source diharapkan ketebalan lapisan deplesi yang source diharapkan ketebalan lapisan deplesi yang terbentuk antara subtrat dengan kanal adalah terbentuk antara subtrat dengan kanal adalah maksimum. Sehingga ketebalan lapisan deplesi maksimum. Sehingga ketebalan lapisan deplesi selanjutnya hanya akan ditentukan oleh tegangan selanjutnya hanya akan ditentukan oleh tegangan gate terhadap source. Pada gambar, lapisan gate terhadap source. Pada gambar, lapisan deplesi yang dimaksud  ditunjukkan pada daerah deplesi yang dimaksud  ditunjukkan pada daerah yang berwarna kuning. yang berwarna kuning. 

• Semakin negatif tegangan gate  terhadap source, akan Semakin negatif tegangan gate  terhadap source, akan semakin kecil arus drain yang bisa lewat atau bahkan semakin kecil arus drain yang bisa lewat atau bahkan menjadi 0 pada tegangan negatif tertentu. Karena lapisan menjadi 0 pada tegangan negatif tertentu. Karena lapisan deplesi telah menutup kanal. Selanjutnya jika tegangan deplesi telah menutup kanal. Selanjutnya jika tegangan gate dinaikkan sama dengan tegangan source, arus akan gate dinaikkan sama dengan tegangan source, arus akan mengalir. mengalir. Karena lapisan deplesi muali membuka. Sampai Karena lapisan deplesi muali membuka. Sampai di sini prinsip kerja transistor MOSFET di sini prinsip kerja transistor MOSFET depletion-modedepletion-mode tidak tidak berbeda dengan transistor JFET.  berbeda dengan transistor JFET.  

• Karena gate yang terisolasi, tegangan kerja VGS boleh Karena gate yang terisolasi, tegangan kerja VGS boleh positif. Jika VGS semakin positif, arus elektron yang positif. Jika VGS semakin positif, arus elektron yang mengalir dapat semakin besar. Di sini letak perbedaannya mengalir dapat semakin besar. Di sini letak perbedaannya dengan JFET, transistor MOSFET dengan JFET, transistor MOSFET depletion-modedepletion-mode bisa bisa bekerja sampai tegangan gate positif.bekerja sampai tegangan gate positif.

• Penampang D-MOSFET  Penampang D-MOSFET  (depletion-mode)(depletion-mode)

• Struktur ini adalah penampang Struktur ini adalah penampang MOSFET MOSFET depletion-modedepletion-mode yang yang dibuat di atas sebuah dibuat di atas sebuah lempengan semikonduktor tipe lempengan semikonduktor tipe p. Implant semikonduktor tipe n p. Implant semikonduktor tipe n dibuat sedemikian rupa dibuat sedemikian rupa sehingga terdapat celah kanal sehingga terdapat celah kanal tipe n. Kanal ini tipe n. Kanal ini menghubungkan drain dengan menghubungkan drain dengan source dan tepat berada di source dan tepat berada di bawah gate. bawah gate. Gate terbuat dari Gate terbuat dari metal aluminium yang diisolasi metal aluminium yang diisolasi dengan lapisan SiO2 (kaca). dengan lapisan SiO2 (kaca). Dalam beberapa buku, Dalam beberapa buku, transistor MOSFET transistor MOSFET depletion-depletion-modemode disebut juga dengan disebut juga dengan nama D-MOSFET.  nama D-MOSFET.  

• Kurva drain MOSFET Kurva drain MOSFET depeletion modedepeletion mode

• Analisa kurva drain Analisa kurva drain dilakukan dengan dilakukan dengan mencoba beberapa mencoba beberapa tegangan gate VGS tegangan gate VGS konstan, lalu dibuat konstan, lalu dibuat grafik hubungan antara grafik hubungan antara arus drain ID terhadap arus drain ID terhadap tegangan VDS.tegangan VDS.

• 2.MOSFET Enhancement-mode 2.MOSFET Enhancement-mode • Jenis transistor MOSFET yang kedua adalah Jenis transistor MOSFET yang kedua adalah

MOSFET MOSFET enhancement-modeenhancement-mode. Transistor ini . Transistor ini adalah evolusi jenius berikutnya setelah adalah evolusi jenius berikutnya setelah penemuan MOSFET penemuan MOSFET depletion-modedepletion-mode.  .  Gate Gate terbuat dari metal aluminium dan terisolasi oleh terbuat dari metal aluminium dan terisolasi oleh lapisan SiO2 sama seperti transistor MOSFET lapisan SiO2 sama seperti transistor MOSFET depletion-mode. Perbedaan struktur yang depletion-mode. Perbedaan struktur yang mendasar adalah, subtrat pada transistor mendasar adalah, subtrat pada transistor MOSFET MOSFET enhancement-modeenhancement-mode sekarang dibuat sekarang dibuat sampai menyentuh gate, seperti terlihat pada sampai menyentuh gate, seperti terlihat pada gambar beritu ini.gambar beritu ini.

• Simbol Transistor Simbol Transistor MOSFETMOSFET

• Garis putus-putus pada Garis putus-putus pada simbol transistor MOSFET simbol transistor MOSFET menunjukkan struktur menunjukkan struktur transistor yang terdiri transistor yang terdiri drain, source dan subtrat drain, source dan subtrat serta gate yang terisolasi. serta gate yang terisolasi. Arah panah pada subtrat Arah panah pada subtrat menunjukkan type lapisan menunjukkan type lapisan yang terbentuk pada yang terbentuk pada subtrat ketika transistor subtrat ketika transistor ON sekaligus menunjukkan ON sekaligus menunjukkan type kanal transistor type kanal transistor tersebut.tersebut.

• NMOS dan PMOS NMOS dan PMOS • Transistor MOSFET dalam berbagai Transistor MOSFET dalam berbagai

referensi disingkat dengan nama transistor referensi disingkat dengan nama transistor MOS. Dua jenis tipe n atau p dibedakan MOS. Dua jenis tipe n atau p dibedakan dengan nama NMOS dan PMOS. Simbol dengan nama NMOS dan PMOS. Simbol untuk menggambarkan MOS tipe untuk menggambarkan MOS tipe depletion-mode dibedakan dengan tipe depletion-mode dibedakan dengan tipe enhancement-mode. Pembedaan ini perlu enhancement-mode. Pembedaan ini perlu untuk rangkaian-rangkaian rumit yang untuk rangkaian-rangkaian rumit yang terdiri dari kedua jenis transistor tersebut.terdiri dari kedua jenis transistor tersebut.

• Transistor MOS adalah tipe Transistor MOS adalah tipe transistor yang paling transistor yang paling banyak dipakai untuk banyak dipakai untuk membuat rangkaian membuat rangkaian gerbang logika.  Ratusan gerbang logika.  Ratusan bahkan ribuan gerbang bahkan ribuan gerbang logika dirangkai di dalam logika dirangkai di dalam sebuah IC (sebuah IC (integrated integrated circuitcircuit) menjadi komponen ) menjadi komponen yang canggih seperti yang canggih seperti mikrokontroler dan mikrokontroler dan mikroposesor. Contoh mikroposesor. Contoh gerbang logika yang paling gerbang logika yang paling dasar adalah sebuah dasar adalah sebuah inverter. inverter. 

Gerbang NOT Inverter Gerbang NOT Inverter MOSMOS

• Gerbang inverter MOS di atas terdiri dari 2 buah transistor Gerbang inverter MOS di atas terdiri dari 2 buah transistor Q1 dan Q2. Transistor Q1 adalah transistor NMOS Q1 dan Q2. Transistor Q1 adalah transistor NMOS depletion-depletion-modemode yang pada rangkaian ini berlaku sebagai beban RL yang pada rangkaian ini berlaku sebagai beban RL untuk transistor Q2. Seperti yang sudah dimaklumi, beban untuk transistor Q2. Seperti yang sudah dimaklumi, beban RL ini tidak lain adalah resistansi RDS(on) dari transistor RL ini tidak lain adalah resistansi RDS(on) dari transistor Q1.  Transistor Q2 adalah transistor NMOS Q1.  Transistor Q2 adalah transistor NMOS enhancement-enhancement-modemode.  Di sini transistor Q2 berfungsi sebagai saklar .  Di sini transistor Q2 berfungsi sebagai saklar ((switchswitch) yang bisa membuka atau menutup (ON/OFF). ) yang bisa membuka atau menutup (ON/OFF). Transistor ON atau OFF tergantung dari tegangan input. Transistor ON atau OFF tergantung dari tegangan input. 

• Jika tegangan input A = 0 volt (logik 0), maka saklar Q2 Jika tegangan input A = 0 volt (logik 0), maka saklar Q2 membuka dan tegangan output Y = VDD (logik 1). Dan membuka dan tegangan output Y = VDD (logik 1). Dan sebaliknya jika input A = VDD (logik 1) maka saklar sebaliknya jika input A = VDD (logik 1) maka saklar menutup dan tegangan output Y = 0 volt (logik 0). Inverter menutup dan tegangan output Y = 0 volt (logik 0). Inverter ini tidak lain adalah gerbang NOT, dimana keadaan output ini tidak lain adalah gerbang NOT, dimana keadaan output adalah kebalikan dari input. adalah kebalikan dari input. 

III.Transistor CMOSIII.Transistor CMOS

• Jenis IC digital lainnya adalah C-MOS (Complementary with Jenis IC digital lainnya adalah C-MOS (Complementary with MOSFET) yang berisi rangkaian yang merupakan gabungan MOSFET) yang berisi rangkaian yang merupakan gabungan dari beberap komponen MOSFET untuk membentuk gate-dari beberap komponen MOSFET untuk membentuk gate-gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL. Dalam satu gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL. Dalam satu kemasan IC C-MOS dapat berisi beberapa macam kemasan IC C-MOS dapat berisi beberapa macam gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi logic seperti AND,NAND,OR,NOR,XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoders, Encoders, Multiflexer fungsi logic lainnya seperti Decoders, Encoders, Multiflexer dan Memory.dan Memory.

• CMOS adalah evolusi dari komponen digital yang paling CMOS adalah evolusi dari komponen digital yang paling banyak digunakan karena memiliki karakteristik konsumsi banyak digunakan karena memiliki karakteristik konsumsi daya  yang sangat kecil. CMOS adalah singkatan dari daya  yang sangat kecil. CMOS adalah singkatan dari Complementary MOSComplementary MOS, yang strukturnya terdiri dari dua , yang strukturnya terdiri dari dua jenis transistor PMOS dan NMOS. Keduanya adalah jenis transistor PMOS dan NMOS. Keduanya adalah transistor MOS  tipe enhacement-mode.transistor MOS  tipe enhacement-mode.

• Inverter gerbang NOT Inverter gerbang NOT dengan struktur CMOS dengan struktur CMOS adalah seperti gambar adalah seperti gambar yang berikut ini.  Beban yang berikut ini.  Beban RL yang sebelumnya RL yang sebelumnya menggunakan menggunakan transistor NMOS tipe transistor NMOS tipe depletion-mode, depletion-mode, digantikan oleh digantikan oleh transistor PMOS transistor PMOS enhancement-mode.enhancement-mode.

• Namun disini Q1 bukan sebagai beban, Namun disini Q1 bukan sebagai beban, tetapi kedua transistor berfungsi sebagai tetapi kedua transistor berfungsi sebagai complementrary switch complementrary switch yang bekerja yang bekerja bergantian. Jika input 0 (bergantian. Jika input 0 (lowlow)  maka )  maka transistor Q1 menutup dan sebaliknya Q2 transistor Q1 menutup dan sebaliknya Q2 membuka, sehingga keluaran tersambung membuka, sehingga keluaran tersambung ke VDD (ke VDD (highhigh). Sebaliknya jika input 1 (). Sebaliknya jika input 1 (highhigh) ) maka transistor Q1 akan membuka dan Q2 maka transistor Q1 akan membuka dan Q2 menutup, sehingga keluaran terhubung menutup, sehingga keluaran terhubung dengan ground 0 volt (dengan ground 0 volt (lowlow).    ).    

• Transistor MOSFET yang dikenal dengan sebutan Transistor MOSFET yang dikenal dengan sebutan transistor MOS umumnya gampang rusak. Ada kalanya transistor MOS umumnya gampang rusak. Ada kalanya karena tegangan gate  yang melebihi tegangan karena tegangan gate  yang melebihi tegangan VGS(max). Karena lapisan oksida yang amat tipis, VGS(max). Karena lapisan oksida yang amat tipis, transistor MOS rentan terhadap tegangan statik (transistor MOS rentan terhadap tegangan statik (static static voltagevoltage) yang bisa mencapai ribuan volt. Untuk itulah ) yang bisa mencapai ribuan volt. Untuk itulah biasanya MOS dalam bentuk transistor maupun IC selalu biasanya MOS dalam bentuk transistor maupun IC selalu dikemas menggunakan anti static.Terminal atau kaki-dikemas menggunakan anti static.Terminal atau kaki-kakinya di hubung singkat untuk menghindari tegangan kakinya di hubung singkat untuk menghindari tegangan statik ini. Transistor MOS yang mahal karena RDS(on) statik ini. Transistor MOS yang mahal karena RDS(on) yang kecil, biasanya dilengkapi dengan zener yang kecil, biasanya dilengkapi dengan zener didalamnya. Zener diantara gate dan source ini berfungsi didalamnya. Zener diantara gate dan source ini berfungsi sebagai proteksi tegangan yang berlebih. Walapun zener sebagai proteksi tegangan yang berlebih. Walapun zener ini sebenarnya akan menurunkan impedansi input gate, ini sebenarnya akan menurunkan impedansi input gate, namun cukup seimbang antara performance dan namun cukup seimbang antara performance dan harganya itu.  harganya itu.