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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET Basics


Autor: passe (Gast)
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Hallo
is vielleiht ne blöde Frage aber muss bei einem MOSFET die Poralität
beachtet werden? Also zB Drain an V und Source an GND ?

Danke!

passe

Autor: Sonic (Gast)
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Source bezeichnet, wie der Name schon sagt, die Quelle, d. h., beim
N-Kanal GND und beim P-Kanal +. Am Besten mal die Grundlagen der
Transistortechnik auffrischen!

Autor: passe (Gast)
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dafür frag ich ja. Oft wird alles erklärt bis auf sowas. Weil
gockel.de hat mich nämlich net weitergebracht, zu den simelsten Sachen
findet man immer am wenigsten...

danke trotzdem!

Autor: nides (Gast)
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Grundsätzlich ist S immer das niedrigere Potential und D das höhere (bei
Nfet).
Kann man also vertauschen. Grundsätzlich.
Wird in vielen Chips auch gemacht.

Bei den praktisch erhältlichen Bauteilen einzelner Transistoren geht
das aber wegen der parasitären diode zwischen Bulk und D bzw S nicht.
Wenn man den Bulk--Anschluss extra hat, dann würds gehen.

Ich hoffe, dass das die Antwort auf deine Frage ist.

Grüße

Autor: Sonic (Gast)
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Na, grundsätzlich ist ein MOSFET ein Transistor und wird wie einer
angesteuert. Nur die Basis (beim MOSFET 'Gate') ist kapazitiv, es
fließt also nur ein Einschaltstrom (außer bei schnellen Schaltvorgängen
wie PWM, dann erheblich).

Autor: mike (Gast)
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Bei einem Leistungsmosfet ist meistens bulk, das Substrat intern mit
source zusammengeschaltet.
Source und drain vertauscht kann den Transitor also nicht mehr leitend
machen. Wäre das nicht so, könnte man S und D durchaus vertauschen.

Autor: etsmart (Gast)
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http://elektronik-kompendium.de/sites/bau/0510161.htm
anbei die Bilder auf die ich eingehe.

Im zweiten Bild siehst du die 'n leitende Brücke'. Dieser Bereich
bildet sich heraus, wenn zwischen Gate und Source eine Spannung
anliegt. Diesen Bereich kannst du als leitenden Bereich ansehen. Es
werden Ladungsträger angezogen, die dort für einen leitenden Bereich
sorgen. Je höher die Spannung, desto mehr Ladungsträger sorgen für
einen größeren Bereich. Deshalb sollte man bei MOSFETs als Schalter
10-15V anlegen. Da in diesem Bereich quasi keine Halbleitereffekte
auftreten, kannst du das als steuerbaren Widerstand sehen. Durch den
Aufbau gibt es aber parasitäre Dioden. Diese ermöglichen jederzeit,
d.h. auch beim gesperrten Transistor eine Ladungswanderung von Source
zu Drain. In einigen Datenblättern sind diese eingezeichnet, in anderen
wieder nicht. Sie sind in jedem Fall vorhanden. Es gibt aber zu viele
Effekte die sich nicht oder sehr schwer erklären lassen. Der
Steuerstrom z.B. kommt durch das ausbilden zweier elektrischer Felder,
die einen Kondensator bilden. Durch den Aufbau des Transistors gibt es
dann irgendwann einen Knick könnte man sagen, weil sich diese Felder an
z.B. den n-Blöcken anschmiegen. Hier alles aber sehr laienhaft
ausgedrückt.

Autor: n/a (Gast)
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Der N-Fet wird leitend in BEIDE Stromrichtungen (Drain-Source UND
Source-Drain) bei positiver Spannung Gate-Source; Beim P-Fet bei
negativer Gate-Source Spannung.
Die parasitären Dioden sind natürlich zu berücksichtigen und leiten
daher beim N-Fet und Strömen von Source nach Drain - allerdings mit
einem Dioden-typischen Spannungsabfall, wenn der Fet ausgeschaltet ist.

Autor: passe (Gast)
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also erst mal danke für die hilfe!

Oben schreibt jemand, die Gateströme werden bei PWM erheblich, was ist
den für euch erheblich? in welchem bereich liegen die so bei
standartfets(buz11, buz345,...) ? hängt das auch von der pwmfrequenz
ab?
Wenn die PWM-frequenz so ca. 500Hz (ist das normal?) ist wie hoch läge
der strom"bedarf" dann?

Passe

Autor: Sonic (Gast)
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Musste im Datenblatt des jeweiligen MOSFETs gucken, nach der Kapazität
der Gate. Im kHz-Bereich zerstöst du auf jeden Fall den Ausgang vom µC!
Da muss 'n Treiber vor. Beim Einschalten kann z.B. beim BUZ11 eine
Spitze von 80mA entstehen (ohne oder mit kleinem Vorwiderstand). Je
größer der Vorwiderstand desto langsamer lädt sich der C auf, umso
langsamer schaltet der MOSFET durch => er wird heiß!

Autor: tobias hofer (Gast)
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@Sonic

Genau das stimmt eben nicht das der Mosfet ein Transistor ist nur mit
Gate. Der signifikannte unterschied liegt darin das der MOS-FET ein
2 quadranten schalter ist und der Transistor nur 1 quadranten.
Das heisst wie n/a geschrieben hat der MOS-FET kann ströme in beide
Richtungen leiten und kann jedoch nur possitive Spannung sperren (immer
bezogen auf Drain-Source).
Die wird übrigens viel verwendet für aktiv Gleichrichtung in Book oder
Boost topologien.

Tobias

Autor: Sonic (Gast)
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Du sprichst von Bipolaren Typen, die meisten MOSFETs haben die
Schutzdioden 'onboard', dehalb kann man die getrost wie einen
Transistor betrachten!

Autor: n/a (Gast)
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Zitat: "Im kHz-Bereich zerstöst du auf jeden Fall den Ausgang vom
µC!"

Das stimmt so allgemein definitiv nicht!

Beispiel: IRLZ34N
Zum Einschalten braucht man eine Ladung von ca. 15nC bei ca. 5V.
Das ist also in etwa vergleichbar mit einem Kondensator von 3nF.

Möchte man das Gate jetzt mit maximal 20mA laden/entladen, braucht man
um 20nC einzuspeisen 1us. Damit wäre eine PWM-Frequenz von 10kHz gut
machbar.

Autor: Sonic (Gast)
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Ich habe das mit einem BUZ11 getestet. Schrittmotorsteuerung direkt mit
100 Ohm Vorwiderstand auf die Gate und mit 500 Hz getaktet. Der Ausgang
hat ca 100 Impulse gehalten, dann war Schluss!

Autor: n/a (Gast)
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Ist Dir denn wirklich klar warum der BUZ11 in Deiner Schaltung kaputt
gegangen ist? Hast Du die Meßgeräte um die Ursache eindeutig
festzustellen?

Autor: Sonic (Gast)
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Nicht der BUZ11 ist kaputtgegangen sondern der µC-Ausgang.

Autor: johnny.m (Gast)
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@Sonic:
Den Controller zu zerschießen hättest Du Dir durch eine einfache
Anwendung des ohmschen Gesetzes sparen können. Im Einschaltmoment ist
die Gatekapazität noch nicht aufgeladen, also wird der Strom nur durch
den Gatewiderstand begrenzt. Dann fließen bei den obigen Werten
5V/100Ohm = 50mA. Das machen die meisten Controllerpins vielleicht ein
paar mal mit, dann ist Ende (AVR max. 40mA pro Pin, und das ist die
absolute Obergrenze, andere µCs eher weniger). Beim Ausschalten gilt
dann das gleiche, nur für den Low-Side-Transistor des Porttreibers.
Also entweder Gatewiderstand größer machen (auf Kosten der
Schaltgeschwindigkeit) oder einen Push-Pull-Treiber verwenden. Bei zu
schaltenden Strömen im A-Bereich sollte man generell und bei höheren
Schaltfrequenzen sowieso einen Treiber (integriert oder diskret)
verwenden, allein um die Schaltverluste im Rahmen zu halten.

Autor: Sonic (Gast)
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Genau das mit den Treibern propagier' ich in diesem Forum dauernd und
werde ständig eines Besseren belehrt! Der Kaputte Ausgang geht bei mir
auf das Konto Gedankenlosigkeit. Ich find's aber prima dass endlich
mal einer meiner Meinung ist und Treiber empfiehlt! Ich nehm' den
LTC1155 (Highside-Treiber für N-Kanal), der ist zwar teuer aber
zuverlässig.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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@Sonic: Moment mal.

Grundsätzlich zu sagen, dass man Treiber verwenden soll ist, wie von
"n/a" erwähnt, nicht ganz richtig!

Man muss einfach auf ein paar Parameter aufpassen:

-Gate Charge (Gatekapazität)
-max. Umladestrom
-Kurzschlussfestigkeit der Umladequelle
-Schaltfrequenz
-(gibt sicher noch was, was hier fehlt)

Befinden sich dieese Parameter alle im Rahmen, dann lässt sich der
Mosfet ansteuern. Und wie man an "n/a"s Beispiel sehen kann, gibt es
auch Fälle, wo der einfache Ausgang eines AVRs durchaus reicht, um
Mosfets anzusteuern.

Jetzt könnte man sagen, dass der hohe Strom, der zu Beginn der
Ladekurve des Kondensators fließt, jeden Ausgang zerstören wird, aber
dem ist definitiv nicht so.
Der Ausgang eines AVR ist so hochohmig, dass (kaum) ein unzulässig
hoher Strom fließen kann. Weiterhin stellt ja auch die Leitung zum
Mosfet-Gate ein Widerstand dar, der den Strom in gewisser Weise
begrenzt.
Wird der Kurzschlussstrom zu groß, so muss man zu einem Widerstand am
Gate greifen.

Gate Treiber sind eigentlich nur erforderlich bei folgenden
Bedingungen:

-Hohe Gate Charge
-hochohmige Signalquelle
-hohe Schaltfrequenz
-(und sicher noch einiges anderes)

So zumindest versuche ich das zu lösen mit den Mosfet-Treibern.
Möchte man einfach nur ein Gerät ab und zu an- bzw. ausschalten, so
benötigt man keinen (bzw selten..) Gatetreiber.

Autor: johnny.m (Gast)
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Für solche Sachen reichen i.d.R. auch zwei einfache und billige und
überall erhältliche Transistoren (komplementär-bipolar). Muss kein
teurer integrierter Treiber sein. Das größte Problem ist, dass viele
Leute einfach zu faul sind, die Betreffsuche zu benutzen und sich mal
die Beiträge anderer durchzulesen. Hier fragt doch mindestens einmal
die Woche jemand nach sowas und die meisten Threads zum Thema enden
damit, dass der OP sich dann doch davon überzeugen lässt, mal zu
überlegen, wie man die Gatekapazität eines MOSFET umladen muss und dass
das über einen µC-Ausgang in den meisten Fällen nicht funktioniert, da
der nicht genug Strom kann. Wichtig ist v.a., dass sowohl beim Ein- als
auch beim Ausschalten die Gatekapazität schnell umgeladen werden muss,
und das geht nicht über einen einzelnen Transistor mit Pull-Up! Wenn
für den MOSFET 5V ausreichen, dann einfach eine komplementär-Endstufe
an den µC-Pin hängen. Andernfalls, bei höheren Spannungen, einen
zusätzlichen npn mit Pull-Up davor. Die teuren MOSFET-Treiber sind da
i.d.R. rausgeschmissenes Geld. Die kann man dann verwenden, wenn es um
höhere Leistungen bzw. Ströme geht, wo die Gatekapazitäten der MOSFETs
in noch ganz anderen Größenordnungen liegen, und es gleichzeitig auf
die Performance bei hohen Schaltfrequenzen ankommt. Für ne
Hobbybastler-PWM mit ein paar Ampere ist die diskrete Lösung fast immer
ausreichend.

Autor: Sonic (Gast)
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@Simon Küppers:
mein Problem bestand darin, dass ich einen fertigen Aufbau benutzt
habe, einen ohne Treiber. Diesen habe ich dann für eine
Schrittmotoransteuerung 'vergewaltigt'. Deshalb ist das Teil
gestorben. Wenn Du den MOSFET ohne Vorwiderstand betreibst baust Du Dir
u.U. einen prima Radiosender! Die Ausgänge der AVR's begrenzen sich
nicht selbst, sonst müsste man keinen max. Strom angeben, sondern eine
Strom/Spannungskurve! Und sterben tun die auch bei Kurzschluss. Die
Leiterbahn zur Gate als Widerstand zu betrachten halte ich für ziemlich
verwegen.
Für 'normale' Ansteuerungen von N-Kanal-MOSFETs benutze ich auch
Standardtransistoren (1 NPN, 1 PNP) und schalte damit die höhere
Spannung  (am + des Verbrauchers) auf die Gate.

Autor: n/a (Gast)
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Die Ausgänge der AVR's sind alles andere als ideale Schalter.
Die Strom/Spannungsverläufe sind übrigens im Datenblatt angegeben.
Daraus lässt sich ein Widerstand von ca. 30 Ohm folgern.

@Sonic
Nach Deiner Argumentation würde die direkte Ansteuerung von Kapazitiven
Lasten immer den uC-Pin "sterben" lassen. Dies ist aber nicht so - wie
Simon ja auch schon schrieb.

Autor: passe (Gast)
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ja, ähm, könnte mir vleicht jemand auf meine eigentlich frage antworten,
wie hoch die optimale pwm frequenz für 12V, 10A ungefähr liegt,
angesteuert mit nem BUZ345 und als Last Halogenlampen.

Und wie sieht dass aus, kann ich mit optocopllern ne ordendliche pwm
erzeugen (beschaltung und so, ich verwende nen mega16 und würde gerne
ne hardwarepwm nehmen)

luxx

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