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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schalten 5V mit 3,3V - Auswahl passender MOSFET


Autor: argus (Gast)
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Hallo,
ich möchte per Mikrocontroller 5V / 1A schalten, Schaltfrequenz so im 
Bereich 100Hz bis 1kHz. Da Transistorschaltungen noch etwas Neuland für 
mich sind, habe ich mich ein wenig umgesehen und diesen Schaltungsaufbau 
hier gefunden:

             (5V)
               ^
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              | |    Verbraucher
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_____|      |_||'-_   MOSFET
     |______| ||'-^
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               |
              ---
             (GND)

Ein n-MOSFET flog hier noch in der Schublade rum, also hab ich's 
aufgebaut (Gatewiderstand habe ich 1 kOhm genommen) und es funktioniert 
anscheinend auch. Allerdings glaube ich, dass mein Mosfet etwas 
überdimensioniert ist, lieg ich damit richtig?

Datenblatt -> 
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir...

Insbesondere bin ich mir hier nicht so ganz sicher:

# Gate Treshold Voltage 0,6V...1,2V
-> Da würde mir doch jeder Wert <3,3V reichen, oder?

# Continious Drain Current @ VGS 4,5V = 5,2A
-> Würde mir da nicht 1A oder knapp mehr reichen (bei 3,3V)?

# Power Dissipation @ 70°C = 1,3W
-> Mit I_drain² * RDS(on) = (1 A)² * 0,025 Ohm = 25 mW liege ich da 
extrem weit drunter. Habe ich richtig berechnet? 25mW kommt mir sehr 
wenig vor...

# Schaltgeschwindigkeit...an welchen Angaben im Datenblatt kann ich die 
ablesen? In dem oben verlinkten Datenblatt finde ich dazu nichts.


Danke für jede Hilfe!

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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argus schrieb:
> ich möchte per Mikrocontroller 5V / 1A schalten

Was für eine Last?


> http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir...
> # Gate Treshold Voltage 0,6V...1,2V
> -> Da würde mir doch jeder Wert <3,3V reichen, oder?

Nein!
Der RDSon nimmt mit geringer Gate Spannung zu und max. Strom nimmt mit 
geringer Gate Spannung ab.


> # Continious Drain Current @ VGS 4,5V = 5,2A
> -> Würde mir da nicht 1A oder knapp mehr reichen (bei 3,3V)?

VGS = Gatespannung
d.h. bei VGS=4,5V max 5,2A
Dennoch würde hier ein kleinerer Typ reichen.


> # Power Dissipation @ 70°C = 1,3W
> -> Mit I_drain² * RDS(on) = (1 A)² * 0,025 Ohm = 25 mW liege ich da
> extrem weit drunter.

I_drain² * RDS(on) = (1 A)² * 0,045 Ohm = 45 mW

Man sollte die 1,3W keinesfalls ausreizen. Diese sind sicher auch vom 
Leiterplattenlayout abhängig.


> # Schaltgeschwindigkeit...an welchen Angaben im Datenblatt kann ich die
> ablesen? In dem oben verlinkten Datenblatt finde ich dazu nichts.

Deine Schaltgeschwindigkeit ist vom Widerstand vorm Gate abhängig und 
kann vereinfacht als RC-Glied angesehen werden.
Rechne mal mit 2nF bei deinem Kondensator (Angabe Datenblatt: Input 
Capacitance = 1310pF).
Berechnung zur Geschwindigkeit dann wie hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/RC-Glied

Abschätzung: tau = 2nF * 1kohm = 2µs
Deine Schaltfreq: T = 1/1kHz = 1ms

Bei dir ist 4*tau << T daher passt es.

Autor: argus (Gast)
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Ach, blöd, sehe gerade ein Problem.

Ich habe die Schaltung mit einem 10 Ohm Widerstand anstelle des 
eigentlichen Verbrauchers getestet. Der Verbraucher hängt wie oben zu 
sehen zwischen 5V und Drain. Source ist mit Masse verbunden.

Aber der Verbraucher ansich hängt im Endaufbau am gleichen 
Massepotential wie die Source vom Mosfet, damit würde ich ja Drain und 
Source kurzschließen und der Mosfet ist quasi überbrückt.


D.h., ich bräuchte einen p-Kanal-Mosfet, und lege dort dann die 5V an 
Source und den Verbraucher zwischen Drain und Masse, richtig?

Autor: argus (Gast)
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Vielen Dank für die Antwort! Das macht schon einmal einiges klarer.

> Was für eine Last?
Verbraucher ist ein Antennenverstärker.


>> # Gate Treshold Voltage 0,6V...1,2V
>> -> Da würde mir doch jeder Wert <3,3V reichen, oder?

> Nein!
> Der RDSon nimmt mit geringer Gate Spannung zu und max. Strom nimmt mit
> geringer Gate Spannung ab.

Ich dachte, die Gate Treshold Voltage ist die Gate/Source-Spannung, ab 
der der Mosfet durchschaltet, ist das falsch?
Habe das nämlich mal gemessen, und bin dabei auf eine Spannung in diesem 
Bereich gekommen.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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argus schrieb:
> D.h., ich bräuchte einen p-Kanal-Mosfet, und lege dort dann die 5V an
> Source und den Verbraucher zwischen Drain und Masse, richtig?

Ja soweit richtig. Allerdings brauchst du, wenn deine Steuerspannung nur 
3,3V ist, noch einen Pegelumsetzter.
Also einfach ein kleiner Transistor, der die 0-3,3V auf 0-5V umsetzt.

Hier: Pegelwandler 3.3V -> 5V

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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@ argus:
>
> Ich dachte, die Gate Treshold Voltage ist die Gate/Source-Spannung, ab
> der der Mosfet durchschaltet, ist das falsch?


Nein, das ist richtig.

Und laut Datenblatt genügen 2.5V, um GARANTIERT den Nennstrom des Fet zu 
erbringne (d.h. Serienschwankungen sind da schon eingerechnet).

Typisch reichen 1.5 V Ugs für mehr als 1A Drainstrom.

> Habe das nämlich mal gemessen, und bin dabei auf eine Spannung in diesem
> Bereich gekommen.

Korrekt.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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argus schrieb:
> Ich dachte, die Gate Treshold Voltage ist die Gate/Source-Spannung, ab
> der der Mosfet durchschaltet, ist das falsch?

Ab da fängt er an durchzuschalten, aber das ist ein weicher Übergang.
Denn Nennstrom kann er bei VGSth sicher noch nicht leiten.

Autor: argus (Gast)
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Nochmals vielen Dank!

Habe mich mit den Infos jetzt noch etwas weiter umgeschaut, werde es 
wohl mit Teilen wie diesen hier machen - n-Kanal & p-Kanal MOSFET in 
einem Gehäuse, müssten beide von den Werten her passen. Den n-Kanal-Typ 
dann für den Pegelwandler, der p fürs Schalten. Zumindest der IRF ist 
auch leicht zu bekommen (Angelika & Co.):
http://www.fairchildsemi.com/ds/FD/FDC6327C.pdf
http://www.adrirobot.it/datasheet/transistor/pdf/irf7389.pdf


Eine dumme Nachfrage habe ich allerdings noch, weshalb ist beim Aufbau 
mit p-Kanal-MOSFET, 5V an Source sowie Last zwischen Drain und Masse der 
Pegelwandler erforderlich?

Beim Aufbau oben im ersten Beitrag mit n-MOSFET, wo die Last zwischen 5V 
und Drain hängt, geht es ja ohne.

Wahrscheinlich habe ich gerade entweder ein Brett vor dem Kopf oder noch 
eine peinliche Wissenslücke, aber ich kann mir den Grund nicht klar 
machen.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Hier ist ein p-Kanal Mosfet gut erklärt:
http://www.sprut.de/electronic/switch/pkanal/pkanal.html

Du musst dir dann noch die Spannung vom Controller klarmachen, oder 
ausdrucken und einzeichnen. Dann wirst du sehen warum es nicht anders 
geht.

Es ist schon so, dass du am Ausgang deiner Schaltung 3,3V hast?

Autor: Jens G. (jensig)
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>Eine dumme Nachfrage habe ich allerdings noch, weshalb ist beim Aufbau
>mit p-Kanal-MOSFET, 5V an Source sowie Last zwischen Drain und Masse der
>Pegelwandler erforderlich?

das bezog sich nicht so sehr auf den P-Kanal, sondern auf die 
3,3V-Ansteuerspannung. Wenn der Mosi bereits bei 3,3V ausreichend 
stromtragfähig wird (entsprechend worstcase Werten in Datenblatt), dann 
brauchste keinen Pegelwandler

Autor: A. K. (prx)
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argus schrieb:

> Ich dachte, die Gate Treshold Voltage ist die Gate/Source-Spannung, ab
> der der Mosfet durchschaltet, ist das falsch?

Die Rahmenbedingungen für diesen Wert stehen im Datasheet drin:
  Vds=Vgs, Id=250µA,
d.h. ein Drainstrom von 250µA wird ab 0,6-1,2V durchgelassen und dabei 
gehen ebensolche 0,6-1,2V zwischen Drain und Source drauf.

Für mehr Strom und/oder niedrigere Vds wird mehr Gatespannung benötigt 
als dieser Wert, denn ein MOSFET ist kein digitales Bauteil, das nur 
Ein/Aus kennt.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Jens G. schrieb:
> das bezog sich nicht so sehr auf den P-Kanal, sondern auf die
> 3,3V-Ansteuerspannung. Wenn der Mosi bereits bei 3,3V ausreichend
> stromtragfähig wird (entsprechend worstcase Werten in Datenblatt), dann
> brauchste keinen Pegelwandler

Leider falsch.

Zum Ausschalten brauchst du U_GS = 0V und die kannst du,
wenn U_Source = 5V, ist nur mit 5V erreichen. Bei 3,3V geht er nicht 
ganz aus.

Autor: argus (Gast)
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Nochmal vielen Dank, vor allem auch für den Link...für einen 
Transistor-DAU wie mich ist es da sehr gut beschrieben ;)

Das Wissen steht zwar noch auf ziemlich wackeligen Beinen, aber ich weiß 
jetzt zumindest schonmal, wie ich es anzustellen habe!

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