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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 5V schalten mit pMOSFET


Autor: omarion (Gast)
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Hi

Ich stehe vor dem einfachen Problem dass ich 5V mit 160 mA schalten 
möchte. Ich habe mich mal ein bisschen erkundigt und bin zum Schluss 
gekommen dass ein P-Channel-MOSFET das richitge dafür ist.

Kann mir jemand einen pMOSEFT empfehlen der geeignet ist um 5V und 160 
mA zu schalten? Zudem wäre ich froh wenn mir jemand sagen könnte was für 
einen Widerstand ich dann davor machen müsste.
MFG

: Verschoben durch Admin
Autor: Marcus Overhagen (marcus6100)
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Hallo,

das sind ein bischen wenig Informationen. Schaltgeschwindigkeit und 
gewünschte Bauform wäre noch nett gewesen.

Mein Tip: IRF7416 und 56 Ohm, ob das passt musst du selbst rausfinden.

Grund: Gibts bei Reichelt

Autor: omarion (Gast)
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Zur Schaltgeschwindigkeit. Ich brauche die pMOSFET's zum Multiplexen von 
3 7-Segment anzeigen. Habe jetzt die Geschwindigkeit nicht ausgerechent 
aber es solllt ziemlich fix gehen.

Die Bauform ist mehr oder weniger egal. Es sollte von Hand lötbar sein 
und nicht allzuviel Platz wegnehmen. (z.B. nicht T0220)

Ich bestlle eigtnlich meistens bei CSD-electronics. Wäre schön wenn du 
mir ein Vorschlag aus seinem Angebot machen könntest.

MFG

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> 5V mit 160 mA
> bin zum Schluss gekommen dass ein P-Channel-MOSFET das richitge dafür ist.
Warum nicht wie üblich ein PNP-Transistor?

> Kann mir jemand einen pMOSEFT empfehlen der geeignet ist
Siehe Standardbauelemente

> was für einen Widerstand ich dann davor machen müsste.
Gar keinen...
Du kannst das Gate z.B. direkt mit einem uC-Pin verbinden. Allerdings 
würde ich einen Pullup vorsehen, dass während eines uC-Reset ein 
definierter Pegel am Gate anliegt.

Autor: Marcus Overhagen (marcus6100)
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Das CSD Sortiment ist recht übersichtlich, da solltest eigentlich selbst 
mal suchen. Vielleicht wär IRLML6401 geeignet, ist SOT23 Gehäuse. Oder 
IRF7404.

Autor: omarion (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Warum nicht wie üblich ein PNP-Transistor?

Weil ich gelesen habe dass bei einem normalen Transistor etwa 0.5 V 
verschwinden... :)

Darfst mich baer gerne korigieren wenn ich falsch liege...

Autor: A. M. (am85)
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omarion schrieb:
> Weil ich gelesen habe dass bei einem normalen Transistor etwa 0.5 V
> verschwinden... :)
>
> Darfst mich baer gerne korigieren wenn ich falsch liege...

Damit wird wohl die Schwellspannung des PN-Übergangs zwischen Emitter 
und Basis gemeint sein. Leistungsfreudlicher geht es auf jeden Fall mit 
einem FET. Die Frage ist, was am sinnvollten ist.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Darfst mich baer gerne korigieren wenn ich falsch liege...
Das mache ich hiermit: wenn der Transistor richtig ausgewählt und 
komplett durchgesteuert ist, kommst du durchaus auch auf Werte (Ucesat) 
um 0,2V.

Mit dem falschen Fet hast du u.U. eine Ugsth von 5V. Der beginnt also 
bei 5V ziwschen Gate und Source gerade mal so zu leiten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Lothar Miller (lkmiller) Benutzerseite

>Mit dem falschen Fet hast du u.U. eine Ugsth von 5V. Der beginnt also
>bei 5V ziwschen Gate und Source gerade mal so zu leiten.

Fangen wir jetzt einen neuen Relegionskrieg an? FET gegen Bipolar?
Ohje.

@ OP

Für deine Anwendung scheint ein IRF7204 ziemlich gut zu passen, siehe 
MOSFET-Übersicht. Gibts auch bei CSD.

MFG
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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> Mit dem falschen Fet hast du u.U. eine Ugsth von 5V.
> Der beginnt also bei 5V ziwschen Gate und Source gerade mal so zu leiten.

Das ist richtig, aber er fragte nach dem richtigen MOSFET, also einem 
der bei 4.5V schon satt durchschnaltet (was bei 160mA keine Kunst ist).
Bist du nicht in der Lage, einen zu nennen ?

Dennoch können bipolare Transistoren für den Anwendungszweck, über den 
uns der OP wie üblich natürlich nichts erzählt hat, besser geeignet 
sein, denn MOSFET haben im eingeschalteten Zustand einen Widerstand, 
also bei doppeltem Strom doppelten Spannungsabfall und 4-fache Verluste. 
Beim bipolaren in Sättigung steigt die Spannung nicht linear mit dem 
Strom. Hat man also Verbraucher mit starken Stromspitzen 
(Einschaltstromstoss einer Glühlampe, Störfeuer eines Bürstenmotors) 
kann der bipolare die bessere Wahl sein, obwohl er einen 
Basisvorwiderstand mehr braucht.

Ob für 160mA ein BC369 mit 0.05V Sättigungsspannungsabfall also besser 
ist als ein IRF7416 mit seinem RDSon von 0.035Ohm, also 0.005V 
Spannungsabfall, hängt von der Form der Stromaufnahme der Last ab. i.A. 
ist der MOSFET besser und der bipolare deutlich billiger.

Autor: ich (Gast)
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Und damit es noch schöner wird: Nimm ein IGBT, der vereint beide 
Vorteile. :-)

Gibts eigentlich P-Kanal/PNP IGBTs?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Fangen wir jetzt einen neuen Relegionskrieg an? FET gegen Bipolar?
Nein, das lohnt sich nicht. Bipolare Transistoren waren eigentlich 
sowieso nur eine Irrung der Halbleitertechnik. Hätte man das ganze 
Entwicklungspotential in die Fets gesteckt, wären wir heute schon weiter 
;-)

Ich wollte nur das
>>> Ich habe mich mal ein bisschen erkundigt
ein wenig hinterleuchten...

Autor: omarion (Gast)
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Also der Verwendungszweck ist wie gesagt das Multiplexen von 7 
Segment-Anzeigen(5V und 160mA). Es muus nicht umbedingt ein MOSFET sein. 
:) Ich war der Meinung es wäre dass bessere aber wie gesagt, ich kenne 
mich noch nicht so gut aus. Was ist denn besser geeignet? Ein MOSFET 
oder ein ein normaler Transistor?

Was sagt ihr zum BC640 ?

Autor: omarion (Gast)
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Keine Meinungen zum BC640?

Autor: adfix (Gast)
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>Keine Meinungen zum BC640?

nimm den Vorschlag von Marcus oder Falk !

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Und um noch was zum Religionskrieg MOSFET-Gate Widerstand Ja/Nein 
beizutragen:

Wenn Platz ist, würde ich auf jeden Fall einen kleinen (Im Sinne von 
kleiner physikalischer Größe, als auch im Sinne von wenig Ohms) 
Gatewiderstand vorsehen.

Autor: Jean Player (fubu1000)
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Lothar Miller schrieb:
> Nein, das lohnt sich nicht. Bipolare Transistoren waren eigentlich
> sowieso nur eine Irrung der Halbleitertechnik.

Naja HALBWAHRWAHRHEIT.
Ich suche wenn ich morgen Zeit habe mal den Bericht heraus.

Gruß

Autor: jadeclaw (Gast)
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omarion schrieb:
> Was sagt ihr zum BC640 ?

Mehr als ausreichend. Für sowas würde ich keinen MOSFet einsetzen. Die 
150-200mV Sättigungsspannung stören bei dieser Anwendung wirklich nicht. 
Zur Dimensionierung: 1 - 2.2 kOhm zwischen Basis und Portpin - das 
reicht. Was eben gerade da ist. BC327 ist ebenfalls verwendbar, ist das 
Gleiche mit anderer Belegung.

Kleine MOSFets wie der BS250 haben einen zu hohen Rdson, strommäßig 
größere MOSFets sind dafür zu teuer.

Gruß
Jadeclaw

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  jadeclaw (Gast)

>Kleine MOSFets wie der BS250 haben einen zu hohen Rdson, strommäßig
>größere MOSFets sind dafür zu teuer.

Stimmt, so ein IRF7204 mit zwei 6A MOSFETs für 30 Cent ist schon eine 
Megainvestition . . .

MfG
Falk

Autor: omarion (Gast)
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Ich habe mich jetzt für die Variante mit dem IRF7204 entschieden. Ich 
hänge den nun einfach mit 68 Ohm Widerstand (Gate-Widerstand) an den 
Ausgang des Mikrocontroller? Stimmt das so?

Autor: MaWin (Gast)
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> Wenn Platz ist, würde ich auf jeden Fall einen kleinen (Im Sinne von
> kleiner physikalischer Größe, als auch im Sinne von wenig Ohms)
> Gatewiderstand vorsehen.

Begründung ? Begründung fehlt. Du hast auch keine.

> Also der Verwendungszweck ist wie gesagt das Multiplexen

Wo gesagt ?

Wie kommst du auf 160mA? 8 x 20mA ist kein Multiplexen. Schon wenn du 
nur 4 Stellen mutiplexen willst, musst du 1/4 der Zeit mindestens den 
4-fachen Strom fliessen lassen, also 640mA. Bei 8 oder 10 Stellen bis 
1.6A.

Eben genau wegen dem denn nicht notwendigen Vorwiderstand empfiehlt sich 
ein MOSFET, am platzsparendsten ein Doppel-MOSFET in SO8 wie der 
IRF7304(0.09 Ohm reicht bei 640mA locker). Leider findet man kaum 
KleinleistungsMOSFETs in SOT23, weil der Chip zu gross ist.

Vielleicht willst du aber auch gar nicht so kleinen Bauteile, sondern 
lieber TO92 und ordentliche Widerstände als Drahtbrückenersatz.

Autor: omarion (Gast)
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MaWin schrieb:
>> Also der Verwendungszweck ist wie gesagt das Multiplexen
>
> Wo gesagt ?

omarion schrieb:
> Zur Schaltgeschwindigkeit. Ich brauche die pMOSFET's zum Multiplexen von
> 3 7-Segment anzeigen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
>> Wenn Platz ist, würde ich auf jeden Fall einen kleinen (Im Sinne von
>> kleiner physikalischer Größe, als auch im Sinne von wenig Ohms)
>> Gatewiderstand vorsehen.
>
> Begründung ? Begründung fehlt. Du hast auch keine.

Nich? Schade! ;)

Ich dachte daran die Spitzenstrombelastung vom AVR Pin herunterzusetzen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Simon K. (simon) Benutzerseite

>Ich dachte daran die Spitzenstrombelastung vom AVR Pin herunterzusetzen.

Zahlen?

Bei angenommener Gatekapazität von 1nF, was schon ziemlich viel ist, und 
einem Ausgangswiderstand vom AVR von 40 Ohm, macht das eine 
Zeitkonstante von tau = R * C = 40 Ohm * 1nF = 40ns. Der Spitzenstrom 
liegt bei 5V/40 Ohm = 125mA, wird real aber nicht erreicht, laut 
Datenblatt sättigen die Ausgänge bei ca. 100mA. (siehe Pin Driver 
Strenght, Sink Current bei 5V). Macht also eine Konstantstromladung von 
1nF mit 100mA auf 5V. Gemäß Kondensatorformel dauert das ca. t = U * C / 
I = 5V * 1nF / 100mA = 50ns. Vereinfacht ensteht im AVR dabei eine 
Verlustenergie von 0,5  5V  100mA * 50ns = 12,5nJ. Macht bei 1000 
Schaltvorgängen pro Sekunde 12,5µJ/s = 12,5µW Verlustleistung. Nicht 
wirklich relevant. Soviel zum vielbeschworenen Gatewiderstand.

MFG
Falk

Autor: jadeclaw (Gast)
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@Falk: Ein BC327 gibt's für 4 cent, ein BC640 ist für 6 cent ( Reichelt 
) zu haben. Und wenn omarion schon nach BC640 fragt, ist es denkbar, daß 
er sie schon zu Hause hat.

@MaWin: Ein BC640 kann bis 1 A, da das Ganze im Impulsbetrieb läuft, ist 
Wärme hier nicht wirklich ein Problem. Ich sehe allerdings ein anderes 
Problem: Was erlaubt der Hersteller der Anzeigen als Maximalstrom und 
wie hat dieser das zeitliche Derating festgelegt? Dann muß man auch noch 
überlegen, ob eine drastische Stromerhöhung wirklich den 
Helligkeitsschub bringt.

omarion schrieb:
> Ich habe mich jetzt für die Variante mit dem IRF7204 entschieden. Ich
> hänge den nun einfach mit 68 Ohm Widerstand (Gate-Widerstand) an den
> Ausgang des Mikrocontroller? Stimmt das so?

Kein Thema, läuft, wenn du den Widerstand auf 270 Ohm erhöhst. Grund: 
860pF Gatekapazität. Gepaart mit 20mA Limit für den Controller. Für 
Displaymultiplex ist das immer mehr als schnell genug.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: MaWin (Gast)
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> @MaWin: Ein BC640 kann bis 1 A,

Nicht wirklich. Die UCEsat-Diagramme hören bei 500mA auf, bei 1A 
extrapoliert über 1V, der BC640 ist wegen der hohen Spannung kein 
abgeschliffener LowSat Transistor wie der BC369, der bei 1A gerade mal 
0.3V 'verbraucht'. Vergiss BC640 (es se denn, du hast hohe Spannugen zu 
schalten), nimm LowSat wie BC369 (oder ZTX1147) wenn man heute noch 
bedrahtete TO92 haben will.

> Was erlaubt der Hersteller der Anzeigen als Maximalstrom

Bei rot, gelb, grün meist das 10-fache,
bei weiss oder blau oft nur das 3-fache.

> muß man auch noch überlegen, ob eine drastische Stromerhöhung
> wirklich den Helligkeitsschub bringt.

Inwiefern drastische Stromerhöhung ? Es sind im Schnitt 20mA, genau so 
viel wie es braucht.

Du solltest eher fragen, was dennoch für Schummerlicht rauskäme, wenn 
man die Anzeige nur mit 12% des (angenommenen) Datenblattstromes 
betreibt, ob man die dann überhaupt noch erkennen kann.

Autor: Ohms (Gast)
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nimm die Transistorvariante. Bei 7 Segmentanzeigen brauchst du keine 5V 
am Display, auch 4,5V sind noch zuviel also brauchst du sowiso 
Vorwiderstände. Die kannst du dann auch für 4,5 auslegen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
> @  Simon K. (simon) Benutzerseite
>
>>Ich dachte daran die Spitzenstrombelastung vom AVR Pin herunterzusetzen.
>
> Zahlen?
Immer nur Zahlen Zahlen! Geht denn nichts mehr über die 
"Gefühlsschiene"? ;-)
Habe ja auch explizit dabeigeschrieben, "wenn noch Platz ist". Ich 
könnte mit so einem Widerstand schon sicherer schlafen ;-)

> Bei angenommener Gatekapazität von 1nF, was schon ziemlich viel ist, und
> einem Ausgangswiderstand vom AVR von 40 Ohm, macht das eine
> Zeitkonstante von tau = R * C = 40 Ohm * 1nF = 40ns. Der Spitzenstrom
> liegt bei 5V/40 Ohm = 125mA, wird real aber nicht erreicht, laut
> Datenblatt sättigen die Ausgänge bei ca. 100mA. (siehe Pin Driver
> Strenght, Sink Current bei 5V).
Hast du mal eine Seitenzahl? "Driver Strength" habe ich nur als Diagramm 
gefunden. Das geht aber nur bis 20mA auf der Abszisse.

> Macht also eine Konstantstromladung von
> 1nF mit 100mA auf 5V. Gemäß Kondensatorformel dauert das ca. t = U * C /
> I = 5V * 1nF / 100mA = 50ns. Vereinfacht ensteht im AVR dabei eine
> Verlustenergie von 0,5  5V  100mA * 50ns = 12,5nJ. Macht bei 1000
> Schaltvorgängen pro Sekunde 12,5µJ/s = 12,5µW Verlustleistung. Nicht
> wirklich relevant. Soviel zum vielbeschworenen Gatewiderstand.
Von der Verlustleistung her nicht wirklich relevant, stimmt schon.
Aber ich kann (im Gegensatz zu dir?) keine verbindlichen Aussagen zu 
transienten Strömen im ATmega48 Datenblatt (Als Beispiel) finden.

Autor: MaWin (Gast)
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> Immer nur Zahlen Zahlen! Geht denn nichts mehr über die
> "Gefühlsschiene"? ;-)

Die 40 Ohm sind ein Extrapolation auf 80mA/2V, und eine Obergrenze des 
fliessenden Stroms (die Kurve geht nach unten, in einen 
Abschnürbereich).

Aber schon richtig, bei einem mit 5V versorgten AVR kann der 
Ausgangsstrom, wenn ein entladener 1nF Kondenstaor aufgeladen werden 
soll, damit schon über die nach Datenblatt höchstzulässigen 40mA gehen.

Ein externer Vorwiderstand von 125 Ohm wäre nicht verkehrt. Der würde 
ein Umladen des 1nF Gates auf ca. 1us bremsenm, was bei Anwendungen wie 
LED-Treibern auch nicht zu viel wäre.

Ignoriert man die 40mA Datenblattangabe "I/O Pins sind kurzfristig 
kurzschlussfest", dann kann man aber auch rechenn: Die 5V am 100nF 
Entkoppelkondensator am AVR werden bei Anklemmen eines 1nF Gates eines 
MOSFETs nur um 0.05V beeinflusst, selbst wenn die Zuleitung nicht so 
schnell stromlieferwillig ist - zu wenig um wichtig zu sein.

Autor: Jens G. (jensig)
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Die Datenblätter reden doch idR. von "DC Current per I/O Pin" bei den 
max. Ratings. Also max. Dauerstrom (die Frage ist nur, ab wann 
Dauerstrom beginnt ;-) Über Stromimpulse steht praktisch nix im DB, so 
daß ich einfach davon ausgehe, daß das Maximum des Impulsausgangsstrom 
einfach durch die Stromergiebigkeit des Ports gegeben ist. Das 
auszunutzen ist dann erlaubt. Gate-Widerstand also zwecklos in dieser 
Hinsicht.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Jens G. schrieb:
> Die Datenblätter reden doch idR. von "DC Current per I/O Pin" bei den
> max. Ratings. Also max. Dauerstrom (die Frage ist nur, ab wann
> Dauerstrom beginnt ;-)
So seh ich das auch.

Allerdings:
> Über Stromimpulse steht praktisch nix im DB, so
> daß ich einfach davon ausgehe, daß das Maximum des Impulsausgangsstrom
> einfach durch die Stromergiebigkeit des Ports gegeben ist.
Das schließt du daraus? Ich schließe daraus eher, dass man in erster 
Näherung erst mal auch mit Stromimpulsen nicht über den DC Current 
kommen sollte. Nur um auf der sicheren Seite zu sein.

> Das
> auszunutzen ist dann erlaubt. Gate-Widerstand also zwecklos in dieser
> Hinsicht.
Und das sagst du so pauschal? Na dann ;-)

Autor: omarion (Gast)
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Ich kann zwar eurer Diskussion nicht folgen aber so wie ich das verstehe 
bin ich mit einem Gate-Widerstand (125 Ohm) auf der Sicheren Seite... 
Richtig?

Autor: High Performer (Gast)
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>ennoch können bipolare Transistoren für den Anwendungszweck, über den
>uns der OP wie üblich natürlich nichts erzählt hat, besser geeignet
>sein, denn MOSFET haben im eingeschalteten Zustand einen Widerstand,
>also bei doppeltem Strom doppelten Spannungsabfall und 4-fache Verluste.

Hallooo, der OP hat 160mA geschrieben, nicht 160A!

>Mein Tip: IRF7416 und 56 Ohm, ob das passt musst du selbst rausfinden.

Falsch! Er muss einen 52,4 Ohm-Widerstand verwenden.

Autor: Jens G. (jensig)
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@Simon K. (simon)

>Allerdings:
>> Über Stromimpulse steht praktisch nix im DB, so
>> daß ich einfach davon ausgehe, daß das Maximum des Impulsausgangsstrom
>> einfach durch die Stromergiebigkeit des Ports gegeben ist.
>Das schließt du daraus? Ich schließe daraus eher, dass man in erster
>Näherung erst mal auch mit Stromimpulsen nicht über den DC Current
>kommen sollte. Nur um auf der sicheren Seite zu sein.

So sehe ich das. Wie schon gesagt, es wäre zu definieren, ab wann DC 
beginnt.
Da wir hier aber über ns, bestenfalls µs reden, sind wir weit weg von 
DC.
Und wenn ich mir mal das DB eines Atmel wie den at90s1200 anschaue, so 
sagt eins der Diagramme "I/O PIN SINK CURRENT vs. OUTPUT VOLTAGE" aus, 
daß max. 70mA zu erwarten wären. Bei Zeiten im/unter µs-Bereich wohl 
unbedenklich.

> Das
> auszunutzen ist dann erlaubt. Gate-Widerstand also zwecklos in dieser
> Hinsicht.
Und das sagst du so pauschal? Na dann ;-)

Bei den hier angesprochenen Schalt/Umladezeiten --- JA ;-)

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hallo zusammen,

welche Resonanzfrequenz ergibt sich aus der Reihenschaltung von 
Gatezuleitungsinduktivität und Gatekapazität?
In wie weit dämpft ein Reihenwiderstand durch Herabsetzen der 
Schwingkreisgüte die entstehende, durch den Schaltvorgang angefachte, 
(UKW)Schwingung?

Sind ja wieder Experten unterwegs - jutjut, würde Kalle sagen. Und alle 
soo freundlich wiedermal. Als wenn der Vorwiderstand etwas mit der 
Strombegrenzung zu tun hätte. Hier geht es um Schwingneigung und deren 
Unterdrückung.

Hört endlich auf, euch gegenseitig anzustänkern, das geht mir schon 
einige Zeit Forenübergreifend aufn Sack.

Überigens ein Grund, warum ich mich in letzter Zeit arg zurücknehme.

Man kann sicher mit klug gewählten Hinweisen auf die Unerfahrenheit und 
Machnmal auch Unvermögen des einen oder anderen Threadopeners hinweisen.
Aber bitte mit Niveau und Augenzwinkern.

Hauptaugenmerk sollte aber auf der technischen Komponente liegen.

Nebenbei:
ich würde NPNs als Emitterfolger nehmen. Brauchst keine Ladungsträger 
aus der Basis ausräumen und "es glimmt nichts nach".

Danke
Axelr.

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