Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
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Entwurfstechnik Halbleiterschaltungen

3.4 MOSFET oder Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor - Theorieteil

MOSFETs sind Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate. Angesteuert wird dieses Bauteil über eine Source-Gate-Spannung, die den Stromfluss von Drain zu Source steuert (Spannungssteuerung). Ein MOSFET hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz.

 

Es gibt zwei Grundtypen, ähnlich wie bei den BJT: p-Typ und n-Typ. Jeder dieser beiden Typen kann wiederum selbstleitend (depletion oder Verarmungstyp) oder selbstsperrend (enhancement oder Anreicherungstyp) sein. Am häufigsten werden die selbstsperrenden Typen heute verwendet.

Die Schaltsymbole

 

 

Abb. 1

Schaltzeichen MOS-FET n-Kanal, Verarmungstyp, normal leitend

 

 

Abb. 2

Schaltzeichen MOS-FET n-Kanal, Anreicherungstyp, normal sperrend

 

 

Abb. 3

Schaltzeichen MOS-FET p-Kanal, Verarmungstyp, normal leitend

 

 

Abb. 4

Schaltzeichen MOS-FET p-Kanal, Anreicherungstyp, normal sperrend

Bei einem MOSFET ist der Gate-Anschluss vom leitenden Kanal durch eine sehr dünne Metall-Gate-Elektrode isoliert; das unterscheidet ihn vom JFET. Die Platte kann man sich in ihrer Wirkung wie einen Kondensator vorstellen.

 

Der Eingangswiderstand eines MOSFETs ist sehr hoch und liegt im Megaohm-Bereich; es fließt praktisch kein Strom in das Gate. Das Bauteil arbeitet wie ein spannungsgesteuerter Widerstand. Der Drainstrom ID ist wie beim JFET proportional zur Eingangsspannung UGS.

 

Wie an den Schaltsymbolen bereits ersichtlich, gibt es neben dem n- und p-Kanal MOSFET zwei weitere Grundformen: den Verarmungstyp-MOSFET (depletion type) und den Anreicherungstyp-MOSFET (enhancement type).

  • Verarmungstyp-MOSFET 
    der Transistor leitet solange, bis eine Spannung UGS angelegt wird. Er verhält sich also wie ein Schalter, der im Normalzustand (UGS = 0 V) geschlossen ist.


     
  • Anreicherungstyp-MOSFET 
    der Transistor sperrt solange, bis eine Spannung UGS angelegt wird und er einschaltet. Er verhält sich wie ein offener Schalter.

Leistungsdaten des in den Übungen eingesetzten n-Kanal Enhancement (normally off) MOSFET BS 170 und Pinbelegung

 

Leistungsdaten (Auszug)

  • UDS,max = 60 V
  • UGS,max = +/- 20 V
  • IDmax = 500 mA
  • Pmax = 350 mW

Übung 1 – Kennlinienaufnahme eines n-Kanal MOSFETs  MO

Kennlinienaufnahme eines n-Kanal MOSFET  MO

Material

  • 1x  Labornetzgerät (0 V – 30 V/ 3A)
  • 1x  Steckbrett
  • 1x  BS 170 (n-Kanal enhancement MOSFET)
  • 1x  Potenziometer 1 kOhm
  • 1x  Batteriehalter für zwei oder drei AA Batterien
  • 1x  Amperemeter
  • div. Steckdraht
  • 1x  USB-Oszilloskop (optional)

Aufgaben

  • Baue die Schaltung nach Schaltskizze auf dem Steckbrett auf. Achte darauf, dass du die Anschlüsse des MOSFET möglichst nicht mit den Fingern berührst. Er reagiert sehr empfindlich auf Spannungsspitzen; achte auch auf die richtige Anschlussbelegung.
  • Lege die Spannungsversorgungen an und beginne mit UGS = 0V; regle die Spannung UDS kontinuierlich in 0,5 V Schritten hoch und notiere jeweils den Drainstrom ID.
  • Wiederhole die vorherige Messung mit UGS = 1 V.
  • Trage die Messwerte in ein Achsenkreuz ein;
    Rechtsachse UDS: Einheit 1V, Bereich: 0 V – 12 V.
    Hochachse: ID, Einheit: 10 mA, Bereich: 0 mA – 90 mA

Schaltskizze

 

 

 

 

Abb. 1

Messaufbau zur Aufnahme der Kennlinien von MOSFET-Transistoren.

Messergebnisse

 

 

 

 

 

 

Abb. 2

Die Messergebnisse für UGS = 1V und UGS = 0V sind dargestellt.

Bei diesem Versuch muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verlustleistung des Transistors nicht überschritten wird.

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© Reinhard Rahner - Gettorf