Der Feldeffekttransistor, meist als FET (Field Effect Transistor) bezeichnet, ist ein unipolarer Transistor. Unipolar daher, weil im Gegensatz des bipolaren Transistors, je nach Typ, entweder nur Löcher oder Elektronen am Energietransport beteiligt sind.
Der FET hat 3 Anschlüsse, Source (Zufluss, Quelle), Gate und Drain (Abfluss). Ein vierter Anschluss Bulk (Substrat) ist bei Einzeltransistoren i.d.R. mit Source verbunden und nicht extra herausgeführt.
Durch ein elektrisches Feld, das durch hervorgerufen durch eine Steuerspannung zwischen Gate und Source, wird die Leitfähigkeit des Source-Drain-Kanals des Feldeffekt-Transistors beeinflusst. Je nach benutztem Effekt wird unterschieden zwischen MOSFET und JFET (Junction- oder Sperrschicht-FET). JFETs nutzen einen in Sperrrichtung betriebenen p-n-Übergang, um das elektrische Feld zu bilden. Theoretisch kann der auch in Flussrichtung betrieben werden, was allerdings den Vorteil der leistungslosen Ansteuerung zunichte macht.
Es gibt folgende Formen von FETs:
- Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (JFET)
- Schottky-Feldeffekt-Transistor (MESFET)
- Metalloxidhalbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET)
- High Electron Mobility Transistor (HEMT)
- Ionen-Sensitiver Feldeffekt-Transistor (ISFET)
- Organischer Feldeffekttransistor (OFET)
Schaltsymbole
- N-MOSFET
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- P-MOSFET
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- N-Kanal JFET
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- P-Kanal JFET
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Verwendung für Schaltanwendungen
Mosfets werden oft für Schaltanwendungen verwendet, da sie grössere Leistungen als bipolare Transistoren schalten können und geringere Verluste haben. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass sie leistungslos geschaltet werden. Wenn das Gate einmal auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wurde, dann ist keine weitere Steuerleistung nötig. Bei bipolaren Transistoren muss die ganze Zeit ein relativ hoher Basisstrom fliessen. Allerdings hat das Gate eine relativ hohe Kapazität. Um die Verluste während dem Schalten zu minimieren, muss das Gate sehr schnell geladen und wieder entladen werden. Dafür ist ein relativ hoher Strom nötig. Aus diesem Grund gibt es fertige Treiberbausteine wie den ICL7667, die das Gate sehr schnell umladen können. Ein schnelles Schalten des Mosfets ist insbesondere dann wichtig, wenn der Mosfet mit einer hohen Frequenz an- und ausgeschaltet wird (z.B. PWM, Schaltnetzteile).
In der Praxis werden wesentlich häufiger N-Kanal Mosfets als P-Kanal Mosfets verwendet. Das liegt daran, dass sich die Elektronen im Halbleiter leichter bewegen können als Löcher. Aus diesem Grund haben N-Kanal Mosfets einen geringeren RDS_ON und damit geringere Schaltverluste.
Die folgende Schaltung zeigt die Verwendung eines Mosfets zum Regeln eines Motors über PWM:
Bauform Beispiel
