Wie funktioniert ein MOSFET:Grundlegendes Verständnis, Typen und Anwendungen

MOSFET steht für Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Wie jeder herkömmliche Transistor ist er ein Transistortyp mit vielen Anwendungen in der modernen Leistungselektronik. Darüber hinaus basiert seine Funktionsweise darauf, wie Strom durch ihn fließt. Es ist wichtig zu beachten, dass es viele Variationen bei der Verwendung des MOSFET in verschiedenen Schaltungen gibt. In diesem Artikel geht es um die Funktionsweise eines MOSFET, grundlegende Arten von MOSFETs, Vorteile gegenüber BJTs und seine Anwendungen. Außerdem lernen Sie, wie Sie MOSFET-Arbeiten in Ihren Schaltungen ausführen.

Fangen wir an!

Was ist MOSFET?

Ein MOSFET ist ein kompakter Transistor. Transistoren sind Halbleiterbauelemente, die zur Steuerung des elektrischen Stromflusses verwendet werden, indem reguliert wird, wie viel Spannung durch sie fließt.

Was es von einem BJT unterscheidet, ist, wie es Strom durchlässt. Bei MOSFETs bestimmt die an den Gate-Bereich angelegte Spannung, wie viel Strom von Drain zu Source fließt. Und diese Eigenschaft gibt MOSFETs ihren Namen – Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren. Interessanterweise können diese Transistoren ein Signal verstärken oder nur eine bestimmte Art von elektrischen Ladungsträgern durchlassen.

(MOSFET-STRUKTUR)

QUELLE:Wiki Commons

Kurz gesagt, es ist ein Gerät mit drei Anschlüssen, das den elektrischen Fluss in einem geschlossenen Stromkreis bestimmt. Seine primären Strukturterminals sind; Source (S), Gate (G) und Drain (D). Was es tut, hängt von der angelegten Gate-Spannung ab. Betrachtet man jedoch seinen Körper, dann ist der MOSFET ein Gerät mit vier Anschlüssen.

(MOSFET mit elektronischem Computerhardware-Hintergrund)

Grundtypen von MOSFET

Es gibt drei Grundtypen von MOSFETs.

Der erste Typ sind die „N-Kanal-Enhancement-Mode-MOSFETs“ oder normalerweise eingeschaltet (n-Kanal-MOSFET). Es ermöglicht einen Stromfluss durch den Kanal zwischen Drain und Source, selbst wenn an seinen Anschlüssen eine Eingangsspannung von Null anliegt. Dies bedeutet auch, dass es kein Gate-Signal zum Betrieb benötigt und daher in einfachen digitalen Schaltungen hilfreich ist. Hier sind die Pins physikalisch getrennt.

(N-Kanal-Anreicherungsmodus-MOSFET)

Die zweite Art von MOSFETs ist der „N-Kanal-Verarmungsmodus“ oder normalerweise ausgeschaltet (n-Kanal). Dieser Typ benötigt eine negative Spannung, damit er sich einschaltet und den Fluss elektrischer Ströme ermöglicht. Es hat auch einen Vorteil, da dieser Transistortyp im ausgeschalteten Zustand als Widerstand wirkt. Daher sehr nützlich in bestimmten Anwendungen, die eine Steuerung der Eingangsspannung erfordern. Die Pins sind physisch verbunden.

(N-Kanal-MOSFET im Verarmungsmodus)

Drittens ist der "P-Kanal-MOSFET-Transistor vom Verarmungstyp" normalerweise ausgeschaltet (p-Kanal-MOSFET). Dieser Typ blockiert jeden Stromfluss, es sei denn, eine positive Ladung fließt über seine Anschlüsse. Dies bedeutet, dass dieser Transistortyp als Isolator wirkt. Daher eignet es sich nicht für bestimmte Anwendungen, bei denen es notwendig ist, jederzeit Strom zu leiten.

(P-Kanal-MOSFET im Verarmungsmodus)

Schließlich "P-Kanal-Anreicherungsmodus-MOSFET" oder normalerweise eingeschalteter (p-Kanal) MOSFET. Dieser Typ erfordert eine Gate-Source-Spannung von Null für die Stromleitung. Außerdem hat er gegenüber seinem n-Kanal-Gegenstück einen Vorteil, da er im ausgeschalteten Zustand keine Energie verbraucht. Diese Funktion ermöglicht die Verwendung in Switching-Anwendungen.

(P-Kanal-Anreicherungsmodus-MOSFET)

Wie funktioniert ein MOSFET?

Das erste, worüber wir sprechen sollten, ist, wie ein MOSFET funktioniert. Die Antwort wird Sie vielleicht überraschen!

(MOSFET Schematische Darstellung)

QUELLE:Wiki Commons

Ein MOSFET arbeitet, indem er abhängig von der angelegten Spannung entweder Strom über seine Anschlüsse fließen lässt oder nicht. Es arbeitet mit einem elektrischen Feldeffekt, der durch die Spannung erzeugt wird, die über die Halbleiteroberfläche angrenzend an die Metalloxidschicht angelegt wird. Dadurch kann der MOSFET entweder als p-Typ oder als n-Typ arbeiten.

Die Gate-Elektrode steuert die Kanalleitfähigkeit zwischen dem Kanal an der Source und dem Drain-Bereich innerhalb der Vorrichtung. Dieses Funktionsprinzip macht den Transistor zu einem idealen Schalter. Dadurch können wir steuern, wie Strom durch unseren Stromkreis fließt.

So können Sie einen MOSFET verwenden. Indem Sie steuern, wie viel Spannung durch den Gate-Bereich fließt, können Sie den Drain-Strom im Drain-Source-Kanal bestimmen.

(MOSFET-Symbol Inline-Design)

NB; Es ist wichtig zu beachten, dass sich MOSFET-Transistoren und BJT-Transistoren geringfügig unterscheiden. In BJTs fließt Strom vom Kollektor zum Emitter, während dieser Strom in MOSFETs zwischen Source und Drain fließt. Was passiert ist, dass, wenn die an seinen Gate-Anschluss angelegte Spannung eine bestimmte Schwellenspannung überschreitet, der Strom beginnt, durch ihn zu fließen.

Vorteile von MOSFET gegenüber BJT

Die Vorteile von MOSFET gegenüber BJT sind wie folgt:

• Erstens ist MOSFET nützlich, um kompaktere Schaltungen herzustellen.
• Zweitens benötigen MOSFETs weniger Leistung und Energie als BJT-Transistoren, wodurch sie insgesamt effizienter werden. Da kein Basisstrom vorhanden ist, verbraucht das Gerät im ausgeschalteten Zustand nur sehr wenig Energie.
• Drittens sind MOSFETs billiger in der Herstellung als BJT-Transistoren. Daher sind sie die bevorzugte Wahl beim Schaltungsentwurf zu Hause oder für Bastlerzwecke.
• Darüber hinaus kann der MOSFET in Hochtemperaturumgebungen arbeiten, da sein Gate-Anschluss keine Isolierung benötigt, wie dies bei einem PNP-Transistor der Fall wäre. Dies macht es nützlich bei Anwendungen, bei denen die Temperaturen sehr hoch werden.
• Schließlich sind MOSFETs nützlich für die Spannungsverstärkung, da sie zwei leitende Anschlüsse haben. Dieses Merkmal ermöglicht einen signifikanteren Stromfluss durch die Schaltung, wenn sie sich im eingeschalteten Zustand befindet. Im Gegensatz dazu benötigen BJTs nur einen Anschluss, um einen elektrischen Strom vom Drain- zum Source-Anschluss oder umgekehrt zu leiten.

(Computer-Ingenieur-Pinzette)

Anwendungen von MOSFET

• MOSFET als Schalter

MOSFET ist sehr nützlich in elektrischen Leistungsanwendungen für Steuerspannungen. Er kann dies leicht tun, indem er eine Stromflusssteuerung durch den Gate-Anschluss leitet. Folglich wird es entweder ein- oder ausgeschaltet (ähnlich wie ein Primärschalter). Darüber hinaus macht dies MOSFETs zu idealen Geräten, die als Schnittstelle zwischen Stromquellen und Geräten, die mit Strom versorgt werden müssen, nützlich sind.

(Mosfet als Schalter)

Eine beispielhafte Anwendung eines n-Kanal-MOSFET. Wenn der Schalter gedrückt wird, leuchtet die LED auf.

QUELLE; Wiki-Commons

• Verstärkungsanwendungen

MOSFETs können auch den durch sie fließenden Strom verstärken, indem sie im eingeschalteten Zustand größere elektrische Ströme durch ihre Drain-Elektrode fließen lassen. Dadurch eignet sich MOSFET für Anwendungen, die eine Spannungsverstärkung erfordern (z. B. die Verstärkung von Schallwellen).

• Dynamische Anwendungen

MOSFETs sind hilfreich in Anwendungen, in denen sie den Zustand schnell ändern müssen, was sie zu wertvollen Geräten in Schaltungsdesigns macht, die viele Schaltvorgänge erfordern.

• Als spannungsgesteuerte Widerstände oder variable Widerstände

Wenn MOSFET in Anwendungen als Ausschalter fungiert, sind sie geeignete Geräte zur Herstellung variabler oder spannungsgesteuerter Widerstände.

(Transistoren)

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MOSFETs geeignete Transistorbauelemente sind und in einer Vielzahl von Anwendungen hilfreich sein können. Sie sind einfach zu bedienen und zu verstehen.

Wir hoffen, Sie haben gelernt, wie ein MOSFET funktioniert und wie er in Ihrem täglichen Leben verwendet wird! Wenn Sie weitere Fragen haben, lassen Sie es uns bitte wissen. Wir helfen gerne weiter.