Warum werden MOSFETs spannungsgesteuert?

MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) werden vor allem deshalb als spannungsgesteuerte Geräte bezeichnet, weil ihr Funktionsprinzip hauptsächlich auf der Steuerung der Gate-Spannung (Vgs) über den Drain-Strom (Id) beruht und nicht auf der Steuerung durch den Strom, wie z Dies ist bei Bipolartransistoren (z. B. BJTs) der Fall. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erläuterung des MOSFET als spannungsgesteuertes Gerät:

Funktionsprinzip

Gate-Spannungssteuerung:Das Herzstück eines MOSFET liegt in der Struktur zwischen Gate, Source und Drain sowie einer Isolierschicht (normalerweise Siliziumdioxid) unter dem Gate. Wenn eine Spannung an das Gate angelegt wird, entsteht unter der Isolierschicht ein elektrisches Feld, das die Leitfähigkeit des Bereichs zwischen Source und Drain verändert.

Leitfähige Kanalbildung:Wenn bei N-Kanal-MOSFETs die Gate-Spannung Vgs hoch genug ist (über einem bestimmten Wert, der als Schwellenspannung Vt bezeichnet wird), werden Elektronen im P-Typ-Substrat unter dem Gate zur Unterseite der Isolierschicht angezogen und bilden eine N- Leitfähiger Kanal vom Typ, der die Leitfähigkeit zwischen Source und Drain ermöglicht. Wenn umgekehrt Vgs niedriger als Vt ist, wird der leitende Kanal nicht gebildet und der MOSFET befindet sich im Abschaltzustand.

Ablaufstromregelung:Die Größe des Drain-Stroms Id wird hauptsächlich durch die Gate-Spannung Vgs gesteuert. Je höher Vgs, desto breiter wird der leitende Kanal gebildet und desto größer ist der Drain-Strom Id. Diese Beziehung ermöglicht es dem MOSFET, als spannungsgesteuertes Stromgerät zu fungieren.

Vorteile der Piezo-Charakterisierung

Hohe Eingangsimpedanz:Die Eingangsimpedanz des MOSFET ist aufgrund der Isolierung des Gate- und des Source-Drain-Bereichs durch eine Isolierschicht sehr hoch und der Gate-Strom ist nahezu Null, was ihn für Schaltkreise nützlich macht, in denen eine hohe Eingangsimpedanz erforderlich ist.

Geräuscharm:MOSFETs erzeugen im Betrieb relativ wenig Rauschen, was vor allem auf ihre hohe Eingangsimpedanz und den unipolaren Trägerleitungsmechanismus zurückzuführen ist.

Schnelle Schaltgeschwindigkeit:Da MOSFETs spannungsgesteuerte Geräte sind, ist ihre Schaltgeschwindigkeit normalerweise schneller als die von Bipolartransistoren, die beim Schalten den Prozess der Ladungsspeicherung und -abgabe durchlaufen müssen.

Geringer Stromverbrauch:Im eingeschalteten Zustand ist der Drain-Source-Widerstand (RDS(on)) des MOSFET relativ niedrig, was zur Reduzierung des Stromverbrauchs beiträgt. Außerdem ist im ausgeschalteten Zustand der statische Stromverbrauch sehr gering, da der Gate-Strom nahezu Null ist.

Zusammenfassend werden MOSFETs als spannungsgesteuerte Geräte bezeichnet, da ihr Funktionsprinzip stark auf der Steuerung des Drain-Stroms durch die Gate-Spannung beruht. Diese spannungsgesteuerte Eigenschaft macht MOSFETs vielversprechend für eine Vielzahl von Anwendungen in elektronischen Schaltkreisen, insbesondere dort, wo hohe Eingangsimpedanz, geringes Rauschen, schnelle Schaltgeschwindigkeit und geringer Stromverbrauch erforderlich sind.