FET-Kennlinienfeld
Das folgende Applet veranschaulicht die Funktionsweise des Feldeffekttransistors, der aus einer MOS-Struktur mit anschließenden Source und Drain-Gebieten besteht. Nach Vorgabe der Gate-Source-Spannung UGS und der Drain-Source-Spannung UDS wird der Strom IDS durch den Transistor berechnet. Der entsprechende Arbeitspunkt wird im Ausgangskennlinienfeld als roter Punkt eingezeichnet. Zusätzlich wird der Kanal unter dem Gate dargestellt, um Effekte wie Kanalabschnürung und Kanallängenmodulation sowie die Wirkung der Einsatzspannung (hier: Uth,n=0.8V) zu verdeutlichen.
Man sieht:
- Das Anlegen einer Drain-Source Spannung UDS führt nur dann zu einem Strom IDS durch den Transistor, wenn die Gate-Source Spannung UGS größer ist als die Einsatzspannung Uth,n, da sich erst dann ein leitender Kanal unter dem Gate bildet.
- Überschreitet die Gate-Source Spannung UGS die Einsatzspannung Uth,n, so bildet sich ein leitender Kanal unterhalb des Gates und es kann ein Strom fließen, wenn eine Spannung UDS angelegt wird.
- Der Strom IDS steigt - bei konstantem UGS - zunächst mit größer werdender Spannung UDS stark an. Diesen Bereich bezeichnet man als Widerstandsbereich.
- Mit größer werdender Spannung UDS erreicht der Strom jedoch einen Sättigungswert und steigt dann nur noch geringfügig an. Dieser Bereich wird als Sättigungsbereich bezeichnet.
Erklärung: Durch die Spannung UDS werden die Elektronen in dem Kanal von der Source in Richtung Drain beschleunigt. An dem source-seitigen Ende des Kanals hat man also eine relativ große Anzahl von Elektronen (breiter Kanal), die sich relativ langsam bewegen; zum drain-seitigen Ende des Kanals werden die Elektronen immer schneller und die Elektronendichte nimmt (wegen der Konstanz des Stromes IDS entlang des Kanals) entsprechend ab (schmaler Kanal). Bei hohen Spannungen UDS kommt es schließlich zur Abschnürung des Kanals (dreieckförmiger Kanal). Dieser Abschnürpunkt wandert mit zunehmender Spannung UDS immer weiter zur Source, was einer Verkürzung des Kanals entspricht und gemäß den Transistorgleichungen einen Anstieg des Stromes IDS bewirkt. Der Effekt wird Kanallängenmodulation genannt.