12.5 : MOSFET: Anreicherungsmodus

Anreicherungsmodus-MOSFETs sind zentrale Komponenten in der Elektronik, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, als hocheffiziente Schalter zu fungieren. Sie sind Teil der größeren Familie der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). Sie sind in zwei Typen erhältlich: p-Kanal und n-Kanal, jeweils auf bestimmte Polaritätsoperationen zugeschnitten.

In ihrer Grundform sind Anreicherungsmodus-MOSFETs normalerweise nichtleitend, wenn die Gate-Source-Spannung (Vgs) Null ist. Dieser standardmäßige „Aus“-Zustand bedeutet, dass kein Strom zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen fließt, sofern keine positive Vgs angelegt wird. Wenn diese Spannung angelegt wird, erzeugt sie ein elektrisches Feld, das Elektronen (für n-Kanal) oder Löcher (für p-Kanal) in Richtung der Oxidschicht zieht und effektiv eine sogenannte Inversionsschicht erzeugt. Diese Schicht bildet einen leitenden Kanal zwischen Source und Drain, wodurch Strom fließen kann.

Das einzigartige Merkmal von Anreicherungs-MOSFETs ist ihre Fähigkeit, die Stärke des Drainstroms (id) durch Anpassen von Vgs zu steuern. Eine Erhöhung von Vgs verbessert die Leitfähigkeit des Kanals und ermöglicht dadurch einen höheren Stromdurchfluss. Diese Beziehung zwischen Vgs und id macht diese Geräte hervorragend für Präzisionssteuerungsanwendungen geeignet, wie z. B. das Anpassen der Helligkeit von LED-Leuchten über einen Dimmerschalter. Dabei variiert das Drehen des Dimmerknopfs Vgs; bei Nullspannung sind die LEDs aus und eine Erhöhung der Spannung hellt die LEDs zunehmend auf.

Darüber hinaus sind Anreicherungs-MOSFETs aufgrund ihres hohen Eingangs- und niedrigen Einschaltwiderstands ideal für Leistungsschaltkreise und die Erstellung von Logikgattern vom Typ CMOS in integrierten Schaltkreisen. Diese Eigenschaften ermöglichen effizientes, schnelles Schalten mit minimalem Leistungsverlust, was Anreicherungs-MOSFETs im modernen Elektronikdesign unverzichtbar macht.