MOSFET-Arbeitsbereich-Rechner — Cutoff, Triode, Sättigung
Bestimmen Sie mit dem KennLab MOSFET-Rechner automatisch den Arbeitsbereich — mit Id, gm, ro und Rds_on Berechnung für N- und P-MOSFET.
Funktionsprinzip
Ein MOSFET hat drei Arbeitsbereiche, die durch die Beziehung zwischen Vgs, Vds und Vth bestimmt werden:
Die Transkonduktanz gm = K×(Vgs-Vth) beschreibt die Verstärkungsfähigkeit. Der Ausgangswiderstand ro = 1/(λ×Id) begrenzt die Spannungsverstärkung.
Drei Arbeitsbereiche
Normen & Standards
| Norm | Bezeichnung | Anwendungsbereich |
|---|---|---|
| IEC 60747-8 | Semiconductor devices — Field-effect transistors | Mess- und Definitionsrahmen für MOSFET-Parameter wie Kennlinien, Schwellenspannung und Grenzwerte. |
| DIN EN 60747-8 | Halbleiterbauelemente — Feld-Effekt-Transistoren | Deutsche Übernahme der IEC-Methodik für Feldeffekttransistoren. |
Fachbegriffe (Glossar)
- Sperrbereich (Cutoff)
- Vgs < Vth: kein starker Inversionskanal, nur geringer Sperrstrom.
- Linearer Bereich (Triode)
- Vgs ≥ Vth, Vds < Vov: Durchgehender Kanal, MOSFET wirkt als spannungsgesteuerter Widerstand. Schalteranwendungen.
- Sättigungsbereich
- Vgs ≥ Vth, Vds ≥ Vov: Kanal am Drain abgeschnürt. Id ≈ K/2 × Vov². Verstärker- und Analogbetrieb.
- Übersteuerspannung (Vov)
- Vov = Vgs - Vth: Maß für die Kanalstärke. Bestimmt Id, gm und die Sättigungsgrenze.
- Transkonduktanz (gm)
- dId/dVgs: Spannungs-Strom-Verstärkung. In der Sättigung: gm = K × Vov. Schlüsselkenngröße für Verstärkerdesign.
- Kanallängenmodulation (λ)
- Parameter für die endliche Steigung in der Sättigung: Id = Id,sat × (1+λVds). λ = 1/(VA) mit VA = Early-Spannung.
- Rds_on
- Drain-Source-Widerstand im eingeschalteten Zustand (linearer Bereich). Bestimmt Schaltverluste bei Power-MOSFETs.
Häufig gestellte Fragen
Welche Arbeitsbereiche hat ein MOSFET?
Drei Hauptbereiche: (1) Sperrbereich: Vgs < Vth, kein Strom. (2) Linearer Bereich (Triode): Vgs ≥ Vth und Vds < Vov, MOSFET wirkt als Widerstand. (3) Sättigungsbereich: Vgs ≥ Vth und Vds ≥ Vov, Strom weitgehend Vds-unabhängig.
Was ist die Schwellenspannung Vth?
Vth ist die Gate-Source-Spannung, ab der ein leitfähiger Inversionskanal entsteht. Der konkrete Wert ist bauteil-, temperatur- und messprotokollabhängig und muss dem jeweiligen Datenblatt entnommen werden.
Wann ist ein MOSFET in Sättigung?
Wenn Vds ≥ Vgs - Vth (= Vov). Der Kanal ist am Drain abgeschnürt (pinch-off). Id = K/2 × Vov² × (1+λVds). Dieser Bereich wird für Verstärkerschaltungen verwendet.
Was ist die Übersteuerspannung Vov?
Vov = Vgs - Vth. Sie beschreibt, wie stark der MOSFET über die Schwelle angesteuert wird. Größeres Vov → höherer Id und gm, aber auch größerer Vds zum Erreichen der Sättigung.
Was ist die Transkonduktanz gm?
gm = dId/dVgs beschreibt die Kleinsignal-Verstärkungsfähigkeit. Ihre Größe hängt vom gewählten Arbeitspunkt und vom konkreten Bauteilmodell ab.
Was ist der Ausgangswiderstand ro?
ro = 1/(λ×Id) beschreibt die endliche Steigung der Id-Vds-Kennlinie in der Sättigung. Er ist stark arbeitspunkt- und modellabhängig.
Was bedeutet Rds_on?
Rds_on ist der Drain-Source-Widerstand im eingeschalteten Zustand des linearen Bereichs. Für Designentscheidungen ist der Datenblattwert inklusive Testbedingungen (Vgs, Id, Temperatur) maßgeblich.
Wie unterscheiden sich N- und P-MOSFET?
N-MOSFETs werden mit positivem Vgs, P-MOSFETs mit negativem Vgs (bezogen auf Source) angesteuert. Die erreichbaren Leit- und Schaltparameter sind technologie- und bauteilspezifisch.
Was ist Kanallängenmodulation λ?
λ beschreibt die verbleibende Vds-Abhängigkeit des Stroms in der Sättigung und steht mit der endlichen Ausgangsleitfähigkeit in Verbindung.
Wie beeinflusst die Temperatur den MOSFET?
Temperatur beeinflusst sowohl Schwellenspannung als auch Ladungsträgermobilität. Für belastbare Aussagen sollten stets die temperaturabhängigen Kennlinien des konkreten Datenblatts verwendet werden.
Verwandte Werkzeuge
Methodik & Verifizierung
Diese Seite verwendet nachvollziehbare Modellgleichungen und verweist auf Normen, Datenblätter oder Primärliteratur. Quellenlinks wurden zuletzt am 3. April 2026 gegen offizielle Veröffentlichungen geprüft.