MOSFET

Der MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ist der meistverwendete FET-Typ und ein Grundbaustein aller modernen Computerchips.

Funktionsweise

Das Gate ist isoliert (meit durch Siliziumdioxid). Wird eine Spannung am Gate angelegt, bildet sich im Halbleiter ein leitender Kanal zwischen Source und Drain. Der Hauptvorteil: Am Gate fließt praktisch kein Stromstärke – ideal für schnelle, stromsparende Schaltungen!

Symbol

Typen

• n-MOS: leitet bei positiver Gatespannung
• p-MOS: leitet bei negativer Gatespannung

Merke

MOSFETs sind die Grundlage für digitale Elektronik – von Speicher, Logikbausteinen bis hin zu Prozessoren.

FET – Was muss ich berechnen können? (Checkliste)

Gleichstrom (DC) – 6.6.1

1. Gleichstromleistung

• Formel: $P=U_{DS}\cdot I_D$
• Umstellen: $I_D=\frac{P}{U_{DS}}$, $U_{DS}=\frac{P}{I_D}$

2. Eingangswiderstand aus Gate-Leckstrom

• Formel: $R_{GS}=\frac{U_{GS}}{I_{GSS}}$

3. Kennlinienwerte/Begriffe ablesen/verstehen

• $I_{DSS}$ bei $U_{GS}=0$
• $U_{GS(\mathrm{OFF})}$ (Abschnür-/Sperrspannung)
• $U_{DS\mathrm{sat}}$ (Übergang in Abschnürbereich/Sättigung)

Wechselstrom/Kleinsignal – 6.6.2

1. Steilheit (Transkonduktanz)

• Bei konstantem $U_{DS}$: $S=\frac{\Delta I_D}{\Delta U_{GS}}$
• Umstellen: $\Delta I_D=S\cdot \Delta U_{GS}$, $\Delta U_{GS}=\frac{\Delta I_D}{S}$

2. Ausgangswiderstand

• Bei konstantem $U_{GS}$: $r_{DS}\approx \frac{\Delta U_{DS}}{\Delta I_D}$
• Umstellen: $\Delta I_D\approx \frac{\Delta U_{DS}}{r_{DS}}$

3. Kombinierte Änderungsaufgaben (typisch)

• Schritt 1: Aus $(\Delta U_{DS},\Delta I_D)$ den $r_{DS}$ bestimmen
• Schritt 2: Aus benötigtem $(\Delta I_D,\Delta U_{GS})$ die Steilheit $S$ bestimmen
• Ziel häufig: $I_D$ nach einer $U_{DS}$-Änderung durch passende $U_{GS}$-Änderung wieder auf den Ausgangswert bringen

---

Aus Kennlinien (Diagrammen) ablesen

7. Arbeitspunkt bestimmen

• gegeben z.B. $U_{DS}$ und $I_D$ $\to$ passendes $U_{GS}$ aus Kennlinien ablesen

8. Lokale Kleinsignalwerte aus Kennlinien

• $S$ lokal aus $I_D$-$U_{GS}$ bei konstantem $U_{DS}$
• $r_{DS}$ lokal aus $I_D$-$U_{DS}$ bei konstantem $U_{GS}$