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MOSFET

Gate
Drain
Substrate
Source

Bild 1: MOSFET Schaltsymbol
(der Kreis kann auch entfallen)

Gate
Drain
Substrate
Source

Bild 1: MOSFET Schaltsymbol
(der Kreis kann auch entfallen)

MOSFET ist die Abkürzung für Metal Oxide Semiconductor (auch: Silicon) Field Effect Transistor . Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass in modernen Prozessen kein Oxyd mehr unter dem Gate verwendet wird, wird auch die neutrale Bezeichnung IGFET für Insulated Gate FET verwendet. Der MOSFET ist ein weiterer Typ Feldeffekttransistor und hat gegenüber dem JFET einige Vorteile. Die Eingangsimpedanz des MOSFETs ist gegenüber dem JFET nochmals erhöht (10 bis 100 MΩ). Diese extrem hohe Eingangsimpedanz bildet keinerlei Belastung mehr für vorgeschaltete Bauteile und macht zusammen mit der hohen Spannungsverstärkung den MOSFET zu einem idealen HF-Verstärkerelement auch für Messgeräte und Laborschaltungen.

Wie auch beim Bipolartransistor gibt es zwei komplementäre Bauformen: n-Kanal-MOSFET und p-Kanal-MOSFET. Diese können jeweils noch in selbstsperrende (enhancement transistor, „Anreicherungstyp”) und selbstleitende (depletion transistor, „Verarmungstyp”) Bauformen unterschieden werden. Er besitzt mindestens drei Anschlüsse Elektroden: Gate, Drain, Source und bei einigen Bauformen wird der zusätzliche Anschluss Substrat (oder Bulk) nach Außen geführt.) Ein Schaltbildsymbol wird im Bild 1 gezeigt.

Drain
Gate
Source
Substrate

Bild 2: schematischer Aufbau eines n- Kanal MOSFETs

Drain
Gate
Source
Substrate

Bild 2: schematischer Aufbau eines n- Kanal MOSFETs

Ein MOSFET ist ein spannungsgesteuerter Transistor. Die Spannung zwischen Gate und Source steuert den Stromfluss zwischen Drain und Source. Durch das Gate fließt dabei praktisch kein Strom. Durch diesen Aufbau bilden Gateanschluss, Isolierschicht und Substratanschluss einen Kondensator, der beim Anlegen einer Spannung zwischen Gate und dem Substrat aufgeladen wird. Dabei wandern im Substrat die Minoritätsträger (bei p- Silizium- Elektronen) an die Grenzschicht und rekombinieren mit den Majoritätsträgern (bei p- Silizium Löcher). Dies wirkt sich wie eine Verdrängung der Majoritätsträger aus und wird „Verarmung” genannt. Ab einer bestimmten Spannung Uth (Threshold-Spannung, Schwellspannung) ist die Verdrängung der Majoritätsladungsträger so groß, dass sie nicht mehr für die Rekombination zur Verfügung stehen. Es kommt zu einer Ansammlung von Minoritätsträgern wodurch das eigentlich p- dotierte Substrat nahe an der Isolierschicht n-Kanal- leitend wird. Dieser Zustand wird starke „Inversion” genannt. Der entstandene dünne n-Kanal- leitende Kanal verbindet nun die beiden n- Gebiete Source und Drain, wodurch Ladungsträger (beinahe) ungehindert von Source nach Drain fließen können.

Anwendung eines MOSFET als Verstärker

Bild 3: Verstärkerschaltung mit einem MOSFET

Bild 3: Verstärkerschaltung mit einem MOSFET

Im Bild 3 wird eine Standardschaltung für eine Verstärkerstufe mit einem selbstsperrenden n- Kanal MOSFET vom Typ BS170 gezeigt. Diese Verstärkerstufe zeichnet sich durch einen hohe Eingangsimpedanz und einen guten Frequenzgang aus und wird oft als Impedanzwandler eingesetzt. C1 und C2 sind die Eingangs- und Ausgangskondensatoren zur gleichstrommäßigen Entkopplung. R1 und R2 bilden einen Eingangsspannungsteiler und bestimmen den Verstärkungsfaktor. Die Vorspannung für das Gate wird hier durch R3 erreicht. Diese Form wird „dynamische Vorspannung” genannt und bewirkt gleichzeitig eine Spannungsgegenkopplung, die den Frequenzgang verbessert, aber die Verstärkung verringert. R4 ist der Arbeitswiderstand, der wie bei allen Verstärkerschaltungen den Ruhestrom und somit den Arbeitspunkt bestimmt. Auch diese Schaltung bewirkt eine Phasenänderung von 180°, wie schon beim JFET beschrieben.