Vom Transistor zum Gatter

Ein MOSFET lässt sich auf seine einfachste Funktion reduzieren: einen spannungsgesteuerten Schalter. Zwischen Source und Drain fließt Strom oder nicht, je nachdem, welche Spannung am Gate anliegt. Damit unterscheidet er sich grundlegend von einem mechanischen Schalter — es bewegt sich nichts, es gibt keinen Verschleiß, und der Schaltvorgang dauert nur einen Bruchteil einer Nanosekunde.

Bei einem selbstsperrenden NMOS-Transistor liegt ohne Gate-Spannung kein leitender Kanal zwischen Source und Drain vor. Erst wenn die Gate-Spannung die Schwellspannung überschreitet, bildet sich der Kanal, und der Transistor leitet. Man kann sich das Gate als Steuereingang eines Schalters vorstellen: 0 V am Gate → Schalter offen, ausreichend positive Spannung am Gate → Schalter geschlossen.

Neben dem NMOS-Transistor gibt es sein Gegenstück, den PMOS-Transistor. Er verhält sich spiegelverkehrt: Während der NMOS bei High-Pegel am Gate leitet, sperrt der PMOS genau dann — und leitet stattdessen bei Low-Pegel. Diese Komplementarität ist keine Randnotiz, sondern das Grundprinzip, auf dem die gesamte CMOS-Technik ("Complementary MOS") beruht.

Der NMOS wird typischerweise als Verbindung zur Masse (0 V) eingesetzt, der PMOS als Verbindung zur Versorgungsspannung. Genau dieses Zusammenspiel ermöglicht es, mit beiden Transistortypen gemeinsam einen Ausgang sauber zwischen High und Low umzuschalten, ohne dass jemals ein direkter Kurzschluss zwischen Versorgung und Masse entsteht.