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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gegentakt MOSFET Stufe -> Welches MOSFET Paar?


Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
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Hallo!

Ich möchte eine Gegentakt MOSFET Verstärkerschaltung aufbauen.
Hier die Kenndaten:
Uds = +-400V
Slew-Rate = 500V/us (spricht man bei MSOFETS auch von Slew-rate?)
Id = 1A

Meine Frage: Ich finde wohl vereinzelt n-channel MOSFETs die meinen 
Ansprüchen gerecht werden, aber wie finde ich dazu das komplementäre 
Gegenstück???

Hat vielleicht schonmal jemand das gleiche Problem gehabt und kann mir 
ein komplementäres Pärchen nennen?

Danke für Eure Hilfe,

hhanff

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hendrik H. wrote:

> Meine Frage: Ich finde wohl vereinzelt n-channel MOSFETs die meinen
> Ansprüchen gerecht werden, aber wie finde ich dazu das komplementäre
> Gegenstück???

Garnicht. Üblicherweise verwendte man nur N Kanal Mosfets.

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
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Wie kann man nur aus einem N Kanal MOSFET eine Gegentaktstufe 
aufbauen???

Autor: Matthias (Gast)
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Wenn Du eine N-Mos / P-Mos Gegentaktstufe bauen willst, dann müsste der 
P-Mos
Chip etwa die 3-fache Fläche belegen, wie der N-Mos Chip.
(Elektronenbeweglichkeit)

Die N-Mos Transistoren haben ein wesentlich niedrigeren RDSon.

Man kann der N-Mos auch als High Side Switch einsetzen. Dazu muss am 
Gate
aber eine wesentlich höhere Spannung anliegen. Dazu braucht man dann 
entweder
eine Bootstrap-Schaltung (wird bei Schaltnetzteilen u.ä. Schaltungen 
benutzt, bei denen schnell getaktet wird) oder einen Step-up Wandler 
(Wenn man den Transistor länger durchschalten muss).

Es gibt auch fertige Lösungen ( BTS555 - hat aber nur einen 
Spannungsbereich von ca. 35V ). Weiss grad net, ob es das auch für 400V 
gibt. Einfach mal bei infineon nachschauen. Die max. Schaltfrequenz ist 
allerdings relativ niedrig!

Unter Umständen gibt es auch fertige Treiberschaltungen für 
Halb-/Vollbrücken Schaltungen, die so einen Spannungswandler integriert 
haben.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Matthias wrote:

> Man kann der N-Mos auch als High Side Switch einsetzen. Dazu muss am
> Gate
> aber eine wesentlich höhere Spannung anliegen.

Wesentlich ist relativ. Es sind nämlich ziemlich genau etwa 10V. Bei 
800V Betriebsspannung dürfte es relativ egal sein, ob am Ausgang 10V 
mehr oder weniger raus kommen. Von daher kann man auch auf die höhere 
Spannung verzichten, wenn man die 10V in Kauf nimmt. Wobei es vermutlich 
nur etwa 5V sein werden, denn die meisten Mosfets kommen mit weniger 
Gatespannung aus, wenn der Strom niedrig ist.

@ Hendrik
Soll das ganze Digitalsignale verarbeiten, oder analoge ? Ersteres wird 
einfach, letzeres nicht.

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
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Hallo!

Danke schon mal für die vielen Antworten.

@Benedikt:
Es soll ein Analogsignal verarbeitet werden. Das Ganze wird die 
Leistungsstufe eines p-wave Generators.
http://en.wikipedia.org/wiki/P-wave
Am Ausgang der Schaltung hängt dann ein Piezo-Transducer.
Im Endeffekt will ich für 1us ein 1MHz Sinussignal (also eine volle 
Periode) auf den Piezo-Transducer geben um diesen zum Schwingen 
anzuregen.
Was heißt das jetzt für mich? Wird's jetzt richtig schwer?

@Matthias:
Halb-/Vollbrücken habe ich in meinem Leistungsspektrum (>400V) nicht 
gefunden.
Nochmal zum p-Kanal MOSFET: Heißt das die Halbleiterhersteller streuben 
sich komplementäre p-Kanal MOSFETS zu bauen, weil diese wegen der großen 
Siliziumfläche teurer sind und evtl. keine Abnehmer finden?
Hab nochmal ein bißchen gegoogelt und ein vielversprechendes Paar 
gefunden:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MTP2P50E-D.PDF
und
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola...
Zumindest sieht das Kennlinienfeld für Vds/Id für mich einigermaßen 
komplementär aus (da könnte ich mit leben). Die anderen Kennlinien sind 
nicht wirklich komplementär.

Gruß!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hendrik H. wrote:
> Am Ausgang der Schaltung hängt dann ein Piezo-Transducer.
> Im Endeffekt will ich für 1us ein 1MHz Sinussignal (also eine volle
> Periode) auf den Piezo-Transducer geben um diesen zum Schwingen
> anzuregen.

OK, also eine kurze, kapazitive Last. Damit wäre die Verlustleistung 
geklärt und dürfte kein Problem darstellen. Wenn es nämlich ein 
Dauersignal gewesen wäre, dann hätten die Mosfets etliche 100W 
Verlustleistung aushalten müssen.

> Was heißt das jetzt für mich? Wird's jetzt richtig schwer?

Kommt drauf an:
Du möchtest +/-400V, also 800Vss. Wenn keines der Ausgangssignale auf 
Masse bezogen sein muss, dann würde ich eine Vollbrücke aufbauen. Dann 
kommst du mit 400V Betriebsspannung aus. Wenn nicht, dann brauchst du 
+/-400V, also 800V und das wird dann ziemlich schwer, da es dafür nur 
wenige Bauteile gibt, bzw. man da schon etwas tricksen muss um sowas 
ansteuern zu können.

500V/µs halte ich für einen 1MHz Sinus mit 800Vss übrigends für etwas zu 
wenig.

Das Hauptproblem dürfte die Ansteuerung der Mosfets sein. Ich würde die 
Mosfets als Stromverstärker in Drainschaltung verwenden, so dass diese 
mit Spannungsverstärkung 1 arbeiten. Davor muss dann noch ein 
entsprechender Treiber, der gegen die Millerkapazitäten antreiben muss.

> Nochmal zum p-Kanal MOSFET: Heißt das die Halbleiterhersteller streuben
> sich komplementäre p-Kanal MOSFETS zu bauen, weil diese wegen der großen
> Siliziumfläche teurer sind und evtl. keine Abnehmer finden?

Ganz so schlimm ist es nicht, aber wenn du dir mal irgendwelche 
Schaltungen anschaust, wirst du viel mehr NPN/N Kanal Transistoren 
finden als PNP/P Kanal. Eben deswegen, weil diese vor allem im 
Leistungsbereich teurer sind als gleichwertige NPN/N Kanal. Insgesamt 
haben NPN/N Kanal FETs bessere elektrische Eigenschaften als die P 
Versionen.

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
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Danke erstmal. Das muss ich nun mal verdauen.

Gruß,

     Hendrik

Autor: Mike (Gast)
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Muessen denn wirklich 800Vpp direkt mit den Mosfets erzeugt werden? 
Könnte man nicht mit niedrigerer Spannung arbeiten (z.B. 24V) und die 
Ausgangsspannung entsprechend hochtransformieren? Mit 
Ferrit-Ringkerntrafo
sollte das gehen. Im Niederspannungsbereich gibt es viel mehr Auswahl an 
schznellen Transistoren bzw. Mosfets. Ausserdem kann man dann eine 
Gegentaktendstufe mit 2 gleichen N-Kanal Fets aufbauen. Im Zeitalter der 
Elektronenröhren hat man es immer so gemacht, da gab es halt nur 
"N-Kanal".

Gruss
Mike

PS: Welche Leistung wird denn benötigt?

Autor: Heinrich H. (Firma: Ich.AG) (hhanff)
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Mike wrote:
> Muessen denn wirklich 800Vpp direkt mit den Mosfets erzeugt werden?
> Könnte man nicht mit niedrigerer Spannung arbeiten (z.B. 24V) und die
> Ausgangsspannung entsprechend hochtransformieren? Mit
> Ferrit-Ringkerntrafo
> sollte das gehen. Im Niederspannungsbereich gibt es viel mehr Auswahl an
> schznellen Transistoren bzw. Mosfets. Ausserdem kann man dann eine
> Gegentaktendstufe mit 2 gleichen N-Kanal Fets aufbauen. Im Zeitalter der
> Elektronenröhren hat man es immer so gemacht, da gab es halt nur
> "N-Kanal".
>
> Gruss
> Mike
>
> PS: Welche Leistung wird denn benötigt?

Hallo Mike!

Kurze Zwischenfrage zum Vorschlag mit den Ferrit-Ringkerntrafos: Die 
Gegentaktendstufe mit den 2 gleichen N-Kanal Fets würde dann eine 
Spannung von z.B. 0V...24V erzeugen. Ein nachgeschalteter Trafo mit 
Mittenabgriff macht dann dadraus 800Vpp, oder wie hast Du Dir das 
vorgestellt?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich denke so hat Mike das gemeint.
Prinzipiell sollte das funktionieren, allerdings nur wenn man ein paar 
Einschränkungen machen darf:
Der Frequenzbereich wird ab ein paar kHz aufwärts liegen. Alles darunter 
(inkl DC) kann nicht erzeugt werden.

Man sollte hier auch auf die Streuinduktivitäen des Trafos achten: Bei 
1MHz und 17A machen diese sich schon deutlich bemerkbar, wenn der Trafo 
nicht wirklich gut gewickelt ist, und am Ausgang dann noch eine 
kapazitive Last hängt.

Autor: Mike (Gast)
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In der Gegentaktschaltung würden die Fets abwechselnd eine 
Trafo-Halbwicklung gegen Masse schalten, die Mittenanzpafung auf 24V. 
Von Vorteil ist auch, dass beide FET's die gleiche Vorspannung haben. 
Ähnlich wie im Anhang, nur mit FET's statt Röhren.
Ich dachte, die Frequenz liegt bei 1MHz Sinus, da sollte der Ferritkern 
funktionieren. Für Breitbandbetrieb ist der Ferritkern nicht so gut, 
denn jedes Kernmaterial het eine "Lieblingsfrequenz", wo es die 
kleinsten Verluste erzeugt. Also mal im Datenblatt suchen, z.B bei 
Reichelt.

Gruss
Mike

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