Hi, Kann mir jemand (anhand des angehaengten Bildes) erklaeren wieso "saturation" bei einem MOSFET auftritt? Ich habe mittlerweile schon einige Quellen gefunden aber ich bringe das Bild nicht in meine Erklaerung rein... lg divB
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divB schrieb: > Kann mir jemand (anhand des angehaengten Bildes) erklaeren wieso > "saturation" bei einem MOSFET auftritt? Was für eine Sättigung meinst du denn? Die, dass bei einer bestimmten Gate-Source-Spannung der FET nahezu als Konstantstrom- quelle arbeitet? Lässt sich mit diesem einfachen Modell nicht erklären, dazu müsstest du dir ein Modell vorstellen, bei dem der Querschnitt des Kanals durch die Ansteuerung verändert wird.
Vom Bild her würd ich sagen, eine zu hohe Spannung zwischen Drain und Source sorgt dafür, dass das "Wasser" anfängt zu schwappen, was am Ausgang für einen Abriss des Stromes sorgt :) Ralf
Hi, @Joerg: Nein, eher nicht. hmmm...konkret meine ich dieses Saettigungsbereich.: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/MOSFET-Kennlinie.svg Also wir setzen Gatespannung konstant (ist dann eine der Kennlinien) und Source auf Masse und variieren nur die Drainspannung. So gesehen ist nur Drainspannung von Bedeutung. Zuerst steigt der Strom dann quasilinear an, danach bleibt er allerdings konstant (saturation region, Saettigung). Die grosse Frage ist nun wieso dies passiert (in Bezug auf den Ladungstransport im Kanal). lg, divB
Also, der Kanalwiderstand des FETs ist ja nicht Null. Deswegen fällt dort eine Spannung über dem Kanal ab, die umso größer wird, je größer der Strom ist. Das heißt, die Potentialdifferenz zwischen Gate und dem Kanal ist an einem Ende des Kanals kleiner als am anderen, da sich das Potentiel des Kanals ja von einer Seite zur anderen leicht ändert. Und diese Potentieldifferez bestimmt wie groß der leitfähige Kanal unter dem Gate ist. Ein hoher Strom führt also auf der einen Seite des Gates zu einer Verringerung Kanaldicke und damit zu einem ansteigen des Kanalwiderstands. Der Strom bremst sich durch diesen Efekkt also selber aus, weshalb er nicht weiter ansteigt.
P.S.: Das Bild im ersten Post ist die schlechteste Analogie für einen FET, die ich je gesehen hab. Vergiss das Bild besser wieder.
Sättigung ist dann erreicht, wenn die Drain-Seite soweit runtergefahren ist, dass ein weiteres Absenken keinen schnelleren Wasserfluss mehr zur Folge hat, weil es nicht so schnell aus der Zuleitung der Quelle kommt. fährt man weiter runter, ändert sich nix, außer das der Rückweg schwieriger ist, da ich weiter hoch muss, bis sich am abfluss wieder etwas ändert.
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divB schrieb: > @Joerg: Nein, eher nicht. Eher doch. ;-) > Also wir setzen Gatespannung konstant (ist dann eine der Kennlinien) und > Source auf Masse und variieren nur die Drainspannung. So gesehen ist nur > Drainspannung von Bedeutung. Nein, die Gate-Source-Spannung ist von Bedeutung: sie bestimmt die Menge des Wassers (also die Stromstärke). Die bleibt, ab einer bestimmten Drain-Source-Spannung nämlich konstant -- zumindest in den unteren Strombereichen, wenn der Strom größer wird, macht sich dann der Kanalwiderstand bemerkbar, bis die Kennlinie am Ende schließlich eine rein ohmsche für den Kanalwiderstand ist. Im unteren Bereich der Drain-Source-Spannung ist es auch der Kanalwiderstand, der die Stromstärke bestimmt. Ideal wäre das Ausgangskennlinienfeld also ungefähr sowas wie im Anhang. Real hat man zwischen dem ohmschen Bereich von Rds und dem Konstantrom- bereich, der von den verschiedenen Ugs abhängt, natürlich noch einen kleinen Übergang.
Hallo alle! Vielen Dank mal für die Antworten! Darunter kann ich mir jetzt schon mal was vorstellen und mit meinen bisjetzigen Überlegungen kombinieren. Was mir aber derzeit noch fehlt ist die Betrachtungsweise über Ladungsaustausch (d.h. nicht "simpel" über Spannung und Strom). Verstehe ich das wie folgt richtig? Im Normalbetrieb des nMOSFET wird ein Kanal zwischen Source und Drain aufgebaut. Der Kanal entsteht dadurch, dass eine positive Gatespannung angelegt wird. Dadurch wandern Elektronen (Minoritätsladungsträger) nach oben zum Oxid, rekombinieren dort mit den Löchern und es entsteht eine Verarmung an freien Ladungsträgern. Ab V_gate = V_th sind keine Löcher mehr zum Rekombinieren vorhanden und die zusätzlichen Elektronen stehen als freie Ladungsträger zu Verfügung und bilden einen Kanal zwischen Source und Drain (Inversion). Durch diesen kann nun ein Strom von Source nach Drain fliessen (prinzipiell auch umgekehrt). Nun stellt man V_gate konstant ein (aber über V_th), legt Source auf Masse und variiert die Drainspannung (wodurch die Spannung zwischen Source und Drain variiert wird) und beobachtet den Drainstrom. Der Kanal entspricht nun einem Widerstand. Man kann nun ein Potential an der Grenzschicht definieren das von y abhängt, V(y) das V_S bei der Source ist und V_D beim Drain und daraus ein elektrischen Feld ableiten, wodurch sich ein Strom ergibt, der allerdings über den Kanal konstant sein muss, der Drain-Strom I_D. Da man den Kanal in erster Näherung als Widerstand betrachten kann wächst der Drainstrom linear mit V_D. Dadurch dass das Potential V(y) abhängig von der Position ist, wächst die Verarmungszone hin zum Drain und der darüber liegende Inversion-Kanal sieht "keilförmig" aus (ist also bei Source größer als bei Drain). Hier bin ich mir allerdings nicht sicher. Wieso ist das so? Auf alle Fälle passiert es nun, dass V_D über eine bestimmte Spannung V_D_sat (Sättigungsspannung) erhöht wird. Dies geschieht, wenn die Gatespannung zu klein ist, um einen Inversionskanal neben dem Drain zu erstellen. Der "Keil" wird spitzer und die Spitze des Keils beim Drain erreicht den Drainanschluss nicht mehr wodurch der leitende Kanal (Inversion) zwischen Source und Drain unterbrochen ist. Das wird "pinch off" genannt oder der MOSFET ist in Sättigung. Obwohl allerdings der Kanal nicht mehr besteht kann der Transistor immer noch leiten. Das Potential beim "pinch off" ist V_D_sat und der Spannungsabfall zum Drainanschluss ist V_D - V_D_sat. Dadurch ensteht ein elektrischen Feld zwischen dem pinch-off Punkt und dem Drainanschluss, wo Elektronen "rüberdriften" können. Wie oben geschrieben ist der Strom im Kanal aber konstant. Daraus folgt dass der Strom auch konstant bleibt wenn die Drainspannung höher ist als V_D_sat. Der Drainstrom wird also unabhängig von der Drainspannung. Hier bin ich mir auch noch nicht ganz sicher: Wieso ist das eigentlich so? Hab ich das so richtig verstanden? Und nun noch einmal zur (unbeliebten) Wasseranalogie: Welcher Buchstabe (a,b,c) entspricht nun welchem Zustand? Ich würd sagen: a) V_D = 0V. Die Höhe des Kanals (entspricht Stromstärke im Kanal) ist durch die Gatespannung gegeben. b) Nun wird der Drain langsam heruntergeschoben. Durch das Gefälle kommt es zu einer Beschleunigung und das Wasser rinnt schneller raus, je tiefer das Gefäss ist, allerdings nur so lange, bis der Wasserspiegel beide Behälter abdeckt (was wiederum abhängig ist von der Gatespannung) c) Das Draingefäß wird nun so tief gestellt dass sich die Beschleunigung im Kanal nicht mehr auswirkt, das Wasser rinnt mit konstanter Geschwindigkeit raus. Ich würde sehr dankbar sein wenn mir jemand sagen könnte ob ich das richtig verstanden habe (vor allem die Beschreibung mit den Ladungsträgern), Fehler ausbessern kann bzw. meine Unklarheiten erklären könnte :-) Vielen Herzlichen Dank! LG, divB
Du kannst dir Sättigung wie eine Autobahn vorstellen: Die Autos sind die freien Ladungsträger. Ist die Autobahn voll, sodass kein Auto mehr drauf passt, ist der Sättigungszustand erreicht. Mit der GS-Spannung kannst du die "Breite" der Autobahn bis zum Maximum verändern :-)
würde keine Sättigung eintreten, würde das Wasser mit einem unendlich hohen Durchfluss über das linke Gefäß nach rechts schwappen, wenn man das rechte Gefäß nur unendlich tief absenkt.
@Kevin: Ja, aber dann haette man ja auch eine unendlich hohe Spannung...wie bei einem Widerstand halt. Ich haette nochmal die Frage ob ich das mit dem Ladungstransport richtig verstanden habe. Vor allem wieso die Depletionzone und die Inversionszone keilartig aussieht (wie im Bild im Anhang). Fuer die Depletionzone ist es mir noch irgendwie klar: An Drain ist ein hoeheres Potential, deswegen werden die Elektronen dort eher angezogen und deswegen ist die Depletionzone dort tiefer. Aber wieso geht der Keil des Inversion-Kanals in die andere Richtung? Normalerweise muesste der Keil doch auch beim Drain groesser sein als bei der Source?? Und schliesslich nochmals die Schluesselfrage: Ich habe festgestellt (richtig?) dass a) der Strom ueber den Kanal konstant sein muss b) Spannungsabfall pinch-off --> drain: V_D - V_D_sat Wieso folgt daraus dass V_D nie hoeher wird als V_D_sat ? lg divB
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