Themen:
- MOS-Transistor im Allgemeinen
- MOS-Transistor als Schalter
- Charakteristik des MOS-Transistors
MOS-Transistor allgemein:
Der MOSFET (das ist die Abkürzung für Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) wird in vielen Mikrocontrollern verwendet. Der MOSFET lässt sich am besten mit einem gewöhnlichen Transistor vergleichen, da sowohl der FET als auch der Transistor über drei Anschlüsse verfügen und somit in der Lage sind, Ströme zu steuern. Der Unterschied zwischen dem FET und dem normalen Transistor besteht darin, dass der FET zum Schalten nur eine Spannung benötigt, während der Transistor Strom benötigt. Die Ansteuerung des FET erfolgt somit energielos, was einer minimalen Wärmeentwicklung im Mikrocontroller zugutekommt.
Das Bild zeigt einen MOSFET. Die drei Zweige sind die Anschlüsse „Gate“, „Drain“ und „Source“.
MOS-Transistor als Schalter:
Beim N-MOS-Transistor muss das Gate positiv werden, um den FET einzuschalten. Der P-MOS-Transistor ist auf dieser Seite noch nicht beschrieben.
Die linke Verbindung wird zur Tor (g) genannt, das oberste heißt das Abfluss (d) und das untere wird zum Quelle(n) genannt.
Wird an das Gate eine positive Spannung angelegt, entsteht unter dem Einfluss des elektrischen Feldes direkt unter der Gate-Isolierung eine große Elektronenkonzentration. Dadurch entsteht ein n-Kanal zwischen Drain und Source, der eine direkte Leitung zwischen Drain und Source ermöglicht. Der Pfeil im Symbol gibt die Richtung des Elektronenflusses an. Beim n-MOS zeigt der Pfeil in Richtung Kanal.
Das Gate wird auch Steuerelektrode genannt. Im Vergleich zum normalen Transistor ist der Drain dem Kollektor und die Source dem Emitter am ähnlichsten. Normalerweise ist zwischen Drain und Source keine Leitung möglich, da zwischen ihnen ein NP-PN-Übergang besteht. Dies ist vergleichbar mit zwei Dioden, deren Kathode einander berührt.
Das Diagramm zeigt eine Batterie, einen Schalter, eine LED und einen MOSFET. Bei geschlossenem Schalter liegt Spannung am Gate an. Dadurch entsteht eine Leitung zwischen Drain und Source, wodurch ein Strom fließt. Da ein Strom durch den Widerstand und die LED fließt, leuchtet die LED auf.
In diesem Beispiel wird das Tor über den manuell betätigten Schalter gesteuert. In Wirklichkeit wird das Tor von einem Steuergerät gesteuert. Der Abfluss ist mit dem Minusanschluss eines Aktors verbunden; Im Diagramm ist die LED der Aktor. Die Quelle ist mit der Batteriemasse verbunden.
Charakteristik des MOS-Transistors:
Genau wie der gewöhnliche Transistor hat auch der MOSFET eine Charakteristik. Anhand der Kennlinie kann ermittelt werden, wie hoch die Spannung am Gate sein muss, um den Aktor mit dem MOSFET anzusteuern.
Das Bild unten zeigt links ein Diagramm mit einer 5-Watt-Lampe, die vom MOSFET gesteuert wird. Rechts ist die Kennlinie des MOSFET dargestellt. Der Strom durch den Drain ist auf der vertikalen Achse (der Y-Achse) der Kennlinie zu sehen. Auf der horizontalen Achse (der X-Achse) kann die Spannungsdifferenz zwischen Drain und Source abgelesen werden.
Wenn der Transistor leitet, weil das Steuergerät das Gate mit einer Versorgungsspannung versorgt, fließt ein Strom und die Lampe leuchtet. Die mit dem Voltmeter gemessene Spannung beträgt in dieser Situation 12 Volt. Bei der 5-Watt-Lampe fließt ein Strom von 0,42 Ampere (420 mA) durch den Abfluss.
Da nun die Spannung von 12 Volt und der Strom von 420 mA bekannt sind, können diese beiden Schnittpunkte in die Kennlinie eingetragen werden. Zwischen diesen beiden Punkten kann eine Linie gezogen werden. Dies ist die Steuerlinie. Anhand dieser Lastleitung kann ermittelt werden, wie hoch die Mindestspannung am Gate sein muss, damit der MOSFET leitet. Um sicherzustellen, dass der MOSFET vollständig gesteuert wird, wird die Spannung am Gate immer höher als nötig eingestellt. Betrachten Sie den Faktor 1,5 Ibk für den normalen Transistor.
Die Kennlinie zeigt, dass die ideale Spannung am Gate 5,5 Volt beträgt. Je höher der Strom durch den Drain ist, desto höher muss die Spannung am Gate sein, damit der MOSFET leitet.
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