Der MOSFET

Das Bild im Kopf

Stell dir ein elektrisch gesteuertes Ventil vor. Zum Verstellen des Gates müssen Ladungen bewegt werden; im stationären Zustand fließt idealerweise kein dauerhafter Gate-Gleichstrom. Der Strom durch Drain und Source kann trotzdem groß sein. Beim schnellen Schalten wird die Gate-Ladung wieder wichtig.

Das Prinzip

RDS(on) beschreibt den Widerstand des ausreichend eingeschalteten MOSFETs bei angegebenen Bedingungen. VGS(th) markiert nur den Beginn der Leitung bei einem kleinen Prüfstrom. Prüfe deshalb den garantierten RDS(on) bei deiner tatsächlich verfügbaren Gate-Source-Spannung.

Selbst ausprobieren

Interaktives Experiment

Verdopple den Laststrom bei gleichem RDS(on). Die Leitverluste vervierfachen sich. Halbiere die Einschaltdauer und beobachte die mittlere Verlustleistung.

Strom im Ein-Zustand5 ARDS(on) angenommen20 mΩEinschaltdauer100 %

Modellgrenzen: Bereits vollständig eingeschalteter MOSFET als konstanter Widerstand. Nur Leitverluste, keine Gate- oder Schaltsimulation.

Ein konkretes Beispiel

5 A durch 20 mΩ erzeugen im dauerhaften Ein-Zustand 0,5 W Verlustleistung. Bei 10 A sind es 2 W. Der Spannungsabfall steigt dabei von 0,1 auf 0,2 V. Die Wärme muss über Gehäuse und Platine abgeführt werden.

Genauer verstehen · Formeln und Annahmen

Formelblatt

$P_{\mathrm{cond}}=I_{\mathrm{on}}^2 R_{\mathrm{DS(on)}}D$

$I_{\mathrm{RMS}}=I_{\mathrm{on}}\sqrt{D}$

$U_{DS}=I_{\mathrm{on}}R_{\mathrm{DS(on)}}$

Die Gleichung setzt rechteckigen Strom mit konstantem Ein-Wert voraus. Schaltverluste, Gate-Treiberverluste, Body-Diode und Rückerholung sind nicht enthalten. RDS(on) steigt typischerweise mit der Temperatur. Die zulässige Stromangabe eines Datenblatts setzt oft günstigere Kühlung voraus als eine kleine Hobbyplatine bietet.

Ein häufiger Denkfehler. Gate-Spannung immer gegen Source betrachten. Bei einer beweglichen Source ist eine gegen Masse gemessene Gatespannung nicht automatisch die wirksame Ansteuerung.

Werkstattfazit

Ein kleiner RDS(on)-Wert hilft nur bei passender Ansteuerung und Kühlung. Den Schalter nicht allein nach der größten Amperezahl auswählen.

Quellen & Nachvollziehbarkeit

Eigene Illustrationen und Lehrrechnungen. Keine Messdaten eines konkreten Produkts. Redaktioneller Stand: 11.10.2026.

Selbst rechnen · Lösungen aufklappen

Notiere zuerst deine Vermutung, danach deine Rechnung. Öffne die Lösung erst zum Vergleichen.

14 · Ein eingeschalteter MOSFET besitzt RDS(on) = 0,05 Ω bei der verwendeten Gatespannung. Laststrom 2 A. Berechne Leitverlust.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

P = I² · R.
Strom quadrieren: 4 A².
P = 0,2 W.

Rechenweg

$P=I^2R=2^2\cdot0{,}05=0{,}2\,W$

15 · Bei höherer Temperatur verdoppelt sich dieser Widerstand. Was passiert mit dem Leitverlust bei gleichem Strom?

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Neuer Widerstand: 0,1 Ω.
P = 4 · 0,1.
Leitverlust verdoppelt sich auf 0,4 W.

Rechenweg

$P=4\cdot0{,}1=0{,}4\,W$

16 · MOSFET mit 0,2 W Leitverlust während EIN und 40 % Tastgrad. Bestimme den mittleren Leitverlust; Schaltverluste ignorieren.

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EIN-Leistung mit Tastgrad multiplizieren.
0,2 · 0,4.
Mittelwert 0,08 W.

Rechenweg

$P_{avg}=DP_{on}=0{,}08\,W$

17 · Im Datenblatt steht VGS(th) = 1 V. Reicht das als Nachweis für gute Ansteuerung mit 3,3 V?

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Nein, die Schwelle gilt bei sehr kleinem Prüfstrom.
RDS(on) muss bei passender Gatespannung spezifiziert sein.
Strom, Temperatur und Treiber zusätzlich prüfen.

18 · Gate-Ladung 10 nC, Schaltfrequenz 20 kHz. Bestimme den mittleren Ladestrom des Gatetreibers beim Laden.

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Pro Zyklus wird QG geliefert.
Iavg = QG · f.
Iavg = 0,2 mA; kurze Spitzen können viel größer sein.

Rechenweg

$I_{avg}=Q_G f=10\,nC\cdot20\,kHz=0{,}2\,mA$

19 · 10 nC Gate-Ladung sollen in 100 ns übertragen werden. Schätze den mittleren Strom während dieser Flanke.

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Strom = Ladung/Zeit.
10 · 10⁻⁹ / 100 · 10⁻⁹.
I = 0,1 A = 100 mA.

Rechenweg

$I\approx\frac{Q_G}{t}=100\,mA$

20 · Ein MOSFET schaltet eine Last ungewollt ein, solange der Mikrocontroller startet. Welche einfache Maßnahme hilft gegen ein schwebendes Gate?

Lösung mit Rechenweg anzeigen

Passenden Gate-Source-Pulldown vorsehen.
Er stellt bei hochohmigem Treiber einen definierten AUS-Zustand her.
Pin-Startzustand, Leckströme und Treiberfähigkeit prüfen.

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