FET - Feld-Effekt-Transistor

Schalten mit FETs

Im Gegensatz zu den Bipolartransistoren (Transistor; NPN oder PNP?) werden FETs nicht mit Strom sondern mit Spannung gesteuert.

Als Beispiel hier das Schaltbild eines N-Kanal-FET

Schaltbild IRF630 (N-Kanal-FET)

Die Abkürzungen bedeuten:

Diese werden jedoch normalerweise nicht dazugeschrieben. Man kann diese aus dem Schaltbild erkennen:
Das Gate befindet sich alleine auf einer Seite.
Source ist der Anschluss gegenüber des Gate. Er ist mit dem kleinen Pfeil in der Mitte verbunden.
Drain ist der übrige Anschluss gegenüber von Source.

Am Pfeil in der Mitte kann man erkennen, um welchen Transistortyp es sich handelt:
Wenn der Pfeil zum Gate zeigt ist es ein N-Kanal-FET.
Wenn der Pfeil vom Gate weg zeigt ist es ein P-Kanal-FET.

Außerdem zeigt die unterbrochene Linie zwischen Drain und Source an, dass es sich um einen selbstsperrenden FET handelt. Dies bedeutet, dass er nicht leitet, wenn zwischen Gate und Source eine Spannung von 0V anliegt. Dies ist der meistverwendete FET-Typ. Er ist ideal zum schalten von großen Gleichströmen geeignet.

Schalten mit N-Kanal-FET

Nehmen wir an, wir haben eine Steuerspannung von 5V, mit der wir eine LED schalten wollen, die an 12V angeschlossen ist. Der Schaltplan dazu könnte so aussehen:

Schaltplan: Schalten einer LED mit einem N-Kanal-FET

Wir haben also einen Schalter (S1), mit dem wir unsere Steuerspannung von 5V (+5V) schalten. Der Widerstand (R1) sorgt dafür, dass bei geöffnetem Schalter auf jeden Fall eine Spannung von 0V ans Gate des FET (Q1) gelangt, damit dieser vollständig sperrt (Pull-down-Widerstand). Eine Begrenzung des Gate-Stromes ist, im Gegensatz zu Bipolartransistoren, nicht notwendig. Das Gate des FET ist sehr hochohmig, und es fließt nur beim Umschalten (Ein --> Aus, Aus --> Ein) kurz ein Strom, um das Gate umzuladen.

Bei geöffnetem Schalter (S1) liegt am Gate des FET (Q1) über den Widerstand (R1) eine Spannung von 0V an. Der FET sperrt. Es fließt kein Drain-Strom. Die LED leuchtet nicht.

Wenn wir den Schalter schließen, liegt am Gate des FET (Q1) eine Spannung von 5V an. Der FET wird leitend. Es fließt nun ein Strom durch die LED (LED1) und lässt diese leuchten. Wie man den Vorwiderstand für die LED berechnet kannst du im Artikel Die LED nachlesen.

Beachte, dass sich für eine Steuerspannung von 5V nur FETs eignen, die bei einer Spannung kleiner 5V am Gate schon voll durchschalten. Dafür sind besonders sogenannte "Logik-Level-FETs" geeignet. Andere FETs benötigen höhere Gate-Spannungen zum schalten. Außerdem darf die Spannung, die am Gate anliegt einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Häufig sind dies 20V. Hier hilft ein Blick ins Datenblatt :-).

Schalten mit P-Kanal-FET

Beim Schalten mit P-Kanal-FET sind die gleichen Dinge zu beachten, wie beim Schalten mit PNP-Transistor.

Hier gleich die korrekte Beispielschaltung:

Schaltplan: Schalten einer LED mit einem P-Kanal-FET

Um mit der Steuerspannung von 5V die Lastspannung von 12V schalten zu können, muss zunächst die Steuerspannung angepasst werden. Dies erledigt der Kleinsignaltransistor (Q1). Die Beschreibung zu diesem Schaltungsteil findest du im Artikel Schalten mit PNP-Transistor.

Mit dieser angepassten Spannung wird nun das Gate des FET (Q2) angesteuert. (R3) begrenzt den Umladestrom des Gate auf max. 120mA, um den Transistor (Q1) zu schützen. Bei größeren Lastströmen sollte der Pull-up-Widerstand (R4) verringert werden, um das Gate von (Q2) schneller zu entladen. Es könnte sonst passieren, dass der FET zu warm wird. Man könnte für (R4) z.B. einen Widerstand von 1k oder auch etwas weniger wählen.