Aktuelles Modell·Leistungshalbleiter

N-Kanal-MOSFET

Sehen Sie, wie die Gate-Spannung einen leitenden Kanal erzeugt und den Drain-Strom zwischen Source und Drain steuert.
Ausschalten · Bereit0,0 S / 15 S
Nicht gespeicherte EinstellungAls Projekt speichern, um später weiterzumachen.
Ausschalten
↖ Zum Drehen ziehen
BetriebsregionAusschalten
Strom ablassen0 A
Transkonduktanz0 S
Verlustleistung0 W
Nicht gespeicherte EinstellungAls Projekt speichern, um später weiterzumachen.

Statisches Charakteristikexperiment

MOSFET-Kennlinien

Ändern Sie VGS und VDS, um den Arbeitspunkt zu verschieben und das Kanalverhalten zu beobachten.

Live-BetriebspunktWenden Sie Strom an, um die Kurven zu erzeugen
Ausgabeeigenschaften · ID–VDSKurven bei unterschiedlichen Gate-Spannungen
0055101015152020VDS (V)ID (A)Wenden Sie Strom an, um die Kurven zu erzeugen
Übertragungsmerkmal · ID–VGSDrainstrom über Schwellenspannung
00531051582010VGS (V)ID (A)Wenden Sie Strom an, um die Kurven zu erzeugen

Was ist ein selbstsperrender N-Kanal-MOSFET?

Funktionsprinzip

Ein MOSFET ist ein spannungsgesteuerter Schalter auf einem Halbleiterchip mit drei Anschlüssen: Gate, Drain und Source. Beim selbstsperrenden N-Kanal-Typ liegt das Gate über einer dünnen Oxidschicht auf einem p-leitenden Bulk. Eine positive Gate-Source-Spannung zieht Elektronen an die Oberfläche und invertiert den Bereich, sobald die Schwellenspannung überschritten ist, zu einem leitenden N-Kanal zwischen Drain und Source. Ohne Gatespannung sperrt das Bauteil — genau das bedeutet selbstsperrend beziehungsweise Anreicherungstyp.

Arbeitsbereiche

Unterhalb der Schwellenspannung ist der MOSFET gesperrt und führt nur Leckstrom. Knapp darüber verhält er sich bei kleiner Drain-Source-Spannung wie ein Widerstand, dessen Wert das Gate bestimmt — der ohmsche oder lineare Bereich, gekennzeichnet durch den Einschaltwiderstand RDS(on). Steigt die Drain-Source-Spannung über den Abschnürpunkt, wird der Kanal abgeschnürt: Der Drainstrom wird nahezu unabhängig von dieser Spannung und allein vom Gate bestimmt — der Bereich, in dem verstärkt wird.

Gate-Ansteuerung und Schaltverluste

Das Gate ist ein isolierter Kondensator, weshalb ein MOSFET stationär praktisch keinen Steuerstrom braucht — das Umladen dieser Gatekapazität verlangt aber echten Strom und bestimmt, wie schnell geschaltet werden kann. Die Verluste bestehen aus zwei Teilen: Durchlassverluste, gleich Drainstrom im Quadrat mal RDS(on), und Schaltverluste während der Übergänge. Ein hart getriebenes Gate und ein vollständig aufgesteuerter Kanal halten beide klein — darum wird ein Schalt-MOSFET stets weit oberhalb seiner Schwelle angesteuert.

Einsatzgebiete

Leistungs-MOSFETs schalten den Strom in nahezu jedem modernen Stromrichter: Abwärts- und Aufwärtsregler, Motorwechselrichter, Klasse-D-Verstärker, Batterieschutzschaltungen und Halbleiterrelais. Kleinsignal-MOSFETs bilden die Logikgatter in jedem CMOS-Schaltkreis. Hohe Eingangsimpedanz, schnelles Schalten und niedriger Einschaltwiderstand bei mittleren Spannungen haben sie unterhalb von etwa 200 Volt zum Standardleistungsschalter gemacht.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Schwellenspannung eines MOSFET?
Die Schwellenspannung ist die Gate-Source-Spannung, bei der sich zwischen Drain und Source ein leitender Kanal zu bilden beginnt. Darunter ist der MOSFET bis auf geringen Leckstrom gesperrt. Standard-Leistungs-MOSFETs haben Schwellen von etwa 2 bis 4 V, brauchen aber rund 10 V am Gate zum vollständigen Durchschalten; Logic-Level-Typen schalten bei 4,5 V oder weniger voll durch.
Was ist der Unterschied zwischen linearem Bereich und Sättigungsbereich eines MOSFET?
Im linearen (ohmschen) Bereich ist VDS kleiner als VGS − Vth, und der Kanal verhält sich wie ein spannungsgesteuerter Widerstand; Schalter arbeiten im durchgeschalteten Zustand hier. In der Sättigung ist VDS ≥ VGS − Vth, und der Drainstrom wird hauptsächlich vom Gate bestimmt und wächst etwa mit dem Quadrat von VGS − Vth; Verstärker arbeiten hier. Die Ausgangskennlinien des Simulators zeigen beide Bereiche.
Warum braucht ein MOSFET einen Gate-Treiber?
Das Gate ist ein Kondensator, der bei jedem Schaltvorgang geladen und entladen werden muss. Je schneller das geschieht, desto kürzer ist der Baustein halb eingeschaltet, wo die Schaltverluste hoch sind. Ein Mikrocontroller-Pin liefert nur wenige Milliampere; Gate-Treiber liefern Spitzenströme von mehreren Ampere und die passende Gate-Spannung für schnelles, kühles Schalten.
Ausschalten · Bereit0,0 S / 15 S