{"id":89231,"date":"2024-02-12T14:14:06","date_gmt":"2024-02-12T13:14:06","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/n-mosfet-co-to-jest-i-do-czego-sluzy\/"},"modified":"2026-04-08T11:01:09","modified_gmt":"2026-04-08T09:01:09","slug":"n-mosfet-was-ist-das-und-wozu-dient-es","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/n-mosfet-was-ist-das-und-wozu-dient-es\/","title":{"rendered":"N-MOSFET – Was ist das und wozu dient es?"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 4<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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Das Stichwort ‘MOSFET’ nimmt im Wortschatz der modernen Elektronik einen besonderen Platz ein. Daher ist es wichtig, das Funktionsprinzip und die Parameter dieser n\u00fctzlichen Transistoren zu kennen.<\/em><\/p>\n

Sicherlich sind Sie schon einmal dar\u00fcber gestolpert, dass ein bestimmter Typ von Computerprozessor oder Grafik-Coprozessor (GPU) aus einer bestimmten (in der Regel milliardenfachen) Anzahl von Transistoren besteht. Im Alltag machen wir uns jedoch selten Gedanken dar\u00fcber, wie diese grundlegenden Bausteine der modernen Digitaltechnik funktionieren und warum sie zu den Bausteinen der Hochleistungsrecheneinheiten geworden sind, die in jedem Computer, Smartphone und sogar in einer Smartwatch zu finden sind. Heute werden wir Ihnen das Element vorstellen, das hinter dieser ganzen digitalen Revolution steht – wir besprechen MOSFET-Transistoren<\/strong><\/a>. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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MOSFET-Transistor - Aufbau und Funktionsweise<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wir werden den Aufbau der Siliziumstruktur eines MOSFET Transistors<\/strong><\/a> am Beispiel eines N-MOSFET<\/strong><\/a> Transistors er\u00f6rtern (\u00fcber Elemente mit entgegengesetzter Polarit\u00e4t werden wir gleich noch schreiben).<\/p>\n

Das Ganze basiert auf einem Substrat, das in Form einer d\u00fcnnen Scheibe aus Siliziumkristall mit einer so genannten schwachen P-Dotierung hergestellt wird. In der Scheibe entstehen zwei Bereiche mit stark dotierten Halbleitern, die jedoch die entgegengesetzte Leitf\u00e4higkeit aufweisen, d. h. in diesem Fall entsteht ein N-Halbleiter<\/strong>. Diese Bereiche werden als Quelle<\/strong> (S\u201e, von englisch Source) und Auslass <\/strong>(\u201cD\u201c, von englisch Drain) bezeichnet. <\/p>\n

Auf die Oberfl\u00e4che zwischen den beiden Feldern wird eine d\u00fcnne Isolatorschicht<\/strong> aufgespr\u00fcht, bei der es sich in der Regel um Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumoxid handelt (daher der Name Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor<\/em>, also MOSFET). <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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N-MOSFET IRL540NPBF Transistor - THT - 5St\u00fcck.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Auf der Au\u00dfenseite des Dielektrikums wird eine d\u00fcnne Metallschicht<\/span> aufgebracht, die als Anschluss f\u00fcr eine dritte Elektrode dient – das so genannte Gate.<\/p>\n

Wenn das Gate des Transistors nicht mit Spannung versorgt wird, kann der Strom zwischen Drain und Source praktisch nicht flie\u00dfen – der Widerstand der D-S-Schaltung ist sehr hoch. Legt man eine kleine Spannung an das Gate an (in der Regel im Bereich von einigen wenigen bis mehreren Volt), so entsteht im Bereich unter der Gate-Elektrode ein elektrisches Feld, das zur Bildung einer so genannten Inversionsschicht f\u00fchrt. Das bedeutet, dass sich die Art der Leitf\u00e4higkeit in diesem Bereich ins Gegenteil \u00e4ndert, d. h. (im Falle der besagten Struktur) von P zu N, d. h. die gleiche wie die des Drain und der Source. Und das reicht aus, um Strom durch den D-S-Schaltkreis flie\u00dfen zu lassen – es bildet sich sozusagen ein N-‘Kanal’ im Substrat, daher der Name unseres heutigen Helden – der N-MOSFET. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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N-MOSFET vs. P-MOSFET <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Damit der N-MOSFET<\/strong><\/a> Transistor in der Drain-Source-Schaltung Strom leitet, muss eine positive Spannung an das Gate angelegt werden – es sei hinzugef\u00fcgt, dass sowohl die Lastversorgungsspannung (die normalerweise zwischen dem Drain und dem positiven Pol der Versorgung, z. B. +12 V, eingeschaltet wird) als auch die Gate-Spannung mit dem Source-Potenzial zusammenh\u00e4ngen – dieses Ende ist in den meisten F\u00e4llen mit der Schaltungsmasse verbunden (nat\u00fcrlich nicht immer, da dies von der Art der Schaltung und ihrem Zweck abh\u00e4ngt).<\/p>\n<\/p>\n

Bei P-MOSFET<\/strong><\/a>-Transistoren sind sowohl der Aufbau der Halbleiterstruktur als auch die Richtungen der Spannungen und Str\u00f6me genau entgegengesetzt. Das Substrat besteht aus einem N-Typ-Halbleiter, w\u00e4hrend die Source- und Drain-Bereiche vom P-Typ sind. Auch die Spannungen sind umgekehrt \u201eausgerichtet\u201c – die Source des P-MOSFET<\/strong> liegt auf einem h\u00f6heren Potenzial, w\u00e4hrend das Gate \u201e nach unten\u201c gebracht werden muss (mit einer Spannung, die um einige Volt unter dem Potenzial der Source liegt), damit der Strom von der Stromversorgung durch die Source und vom Drain zur Last flie\u00dfen kann. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Vergleich von MOSFETs und bipolaren Transistoren<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
NPN BC547B bipolarer Transistor 50V\/0.1A - 5St.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wenn Sie das Funktionsprinzip von Bipolartransistoren<\/strong><\/a> (BJTs) des NPN<\/strong><\/a>– und PNP<\/strong><\/a>-Typs kennen, werden Sie zweifellos einige \u00c4hnlichkeiten feststellen.<\/p>\n

Der Hauptunterschied liegt in der Art und Weise, wie das Gate gesteuert wird<\/strong> – w\u00e4hrend die Basis von BJT-Transistoren einen bestimmten Strom ben\u00f6tigt, um zu flie\u00dfen (der – multipliziert mit dem \u03b2-Koeffizienten – den resultierenden Kollektorstromwert ergibt, nat\u00fcrlich nur im linearen Betriebsbereich), flie\u00dft durch das Gate praktisch kein Strom. Genauer gesagt flie\u00dft fast kein Strom, da das Gate in seinem Verhalten einem kleinen Kondensator \u00e4hnelt – es ist in der Lage, einen kleinen Stromimpuls durchzulassen, aber nur w\u00e4hrend einer pl\u00f6tzlichen \u00c4nderung der Steuerspannung; in einem statischen Zustand flie\u00dft der Gate-Strom nicht mehr. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen BJT-Transistoren und MOSFETs<\/strong> liegt im Verhalten der gesteuerten Schaltung (Kollektor-Emitter bzw. Drain-Source). Es stellt sich heraus, dass sich diese Schaltung bei bipolaren Transistoren wie eine Stromquelle verh\u00e4lt (gesteuert durch den Basisstrom), w\u00e4hrend sie bei MOSFETs als eine Art “spannungsgesteuertes Potentiometer” wirkt – unter typischen Bedingungen kann die D-S-Schaltung als reiner Widerstand behandelt werden. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Warum brauchen wir mehr Arten von Transistoren?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Ein wichtiger Vorteil von MOSFETs<\/strong><\/a> ist gerade das Fehlen eines Stromflusses, der die ‘Eingangs’-Elektrode (Gate) steuert. Diese Eigenschaft hat dazu gef\u00fchrt, dass die Feldeffekttransistoren die BJTs<\/strong> aus den digitalen Schaltkreisen (TTL) verdr\u00e4ngt und vollst\u00e4ndig durch die CMOS-Technologie<\/strong> ersetzt haben (bei der die einzelnen ‘Bausteine’ von Gates, Z\u00e4hlern oder Registern aus komplement\u00e4ren Paaren von MOSFET-Transistoren hergestellt werden). Es ist kein Zufall, dass wir vorhin darauf hingewiesen haben, dass das Gate eines MOSFET-Transistors nur w\u00e4hrend einer Spannungs\u00e4nderung Strom zieht – das ist der Grund daf\u00fcr, dass CMOS-Schaltungen bemerkenswert wenig Strom aus der Stromversorgung ziehen, obwohl der Wert dieses Stroms mit steigender Schaltfrequenz zunimmt. Bei sehr leistungsstarken Computerprozessoren, die Millionen (und mehr) von Transistoren enthalten, ergibt die Summe dieser winzigen Str\u00f6me einen ziemlich gro\u00dfen Strom, der – multipliziert mit der Versorgungsspannung – eine ziemlich gro\u00dfe Leistung ergibt, die die Temperatur des Prozessors betr\u00e4chtlich erh\u00f6hen kann. Aber das ist ein Thema f\u00fcr einen anderen Artikel. <\/p>\n

Denken Sie daran, dass MOSFETs<\/strong><\/a> die Grundbausteine digitaler (und anderer) Schaltkreise sind und h\u00e4ufig als Laststeuerelemente (z. B. Relaisspulen oder Motorwicklungen) zu finden sind – wichtig ist, dass N-MOSFETs dank ihres geringen Stromverbrauchs nahtlos mit Mikrocontrollern zusammenarbeiten.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

MOSFET-Transistoren sind das Herzst\u00fcck der modernen Elektronik. Erfahren Sie mehr \u00fcber diese n\u00fctzlichen und vielseitigen Komponenten – besuchen Sie botland.de\/blog\/ und lernen Sie sie “hinter den Kulissen” kennen! <\/p>\n","protected":false},"author":22,"featured_media":75848,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[7,179],"tags":[],"class_list":["post-89231","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-elektronika","category-kompendium"],"acf":[],"yoast_head":"\nN-MOSFET - Was ist das und wozu dient es? - Botland<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"MOSFET-Transistoren sind das Herzst\u00fcck der modernen Elektronik. 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