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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kann diese Schaltung funktionieren Mosfet nkanal


Autor: Marco M. (marco1987)
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Hi Leute,

also was ich machen will ist, Strom in 2 verschiedene Richtungen 
treiben. Dies habe ich mit 2 N Kanal Fets realisiert. Im Anhang sehr ihr 
meine Schaltung. Und bitte nicht "das könntest du auch mit dem und dem 
Bauteil machen", denn die Schaltung steht schon und funktioniert nicht 
nach meinen erwartungen.
Meine Erwartungen bzw was ich will:
Wenn ich Q1 aufsteuere und Q2 sperre soll der Strom von C1 nach C2 über 
die Drain von Q1 fließen. Umgekehrt dann von C2 über Q2 in C1.

Was passiert nun in der realität genau:
beide Transistoren werden aufgesteuert an einem liegt
Ugate 3,3 V vom µC
USource 0 und drain 0,3

an dem anderen liegt ugate=0,1 V
udrain 0,3 und usource -0,2 V

Woher kommen denn die Minus 0,2 V bitte?

Die Ansteuerung geschiet mit einem Atmel 1 khz Takt. DIeser sieht aber 
gut aufm oszi aus und wenn vom Atmel eine 0 kommt dann ist es auch eine 
0.
Die 0,1 am Gate kann ich mir halt nicht erklären.
Könnt ihr mir weiterhelfen?

Und bitte hier nicht über Sinn und Zweck dieser Schaltung diskutieren, 
es geht einfach darum Strom schnell in beide richtungen zu treiben.

MFG

Autor: was-willst-du (Gast)
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Sakra, da legst di nieder. Und ich dachte immer Strom fließt nur, wenn 
Spannung vorhanden ist, ist wahrscheinlich überholt.

Wo ist denn die Spannungsquelle, die den Strom durch die Transistoren 
fließen lassen soll?

Autor: Schlaumeier (Gast)
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> Wenn ich Q1 aufsteuere und Q2 sperre soll der Strom von C1 nach C2 über
> die Drain von Q1 fließen. Umgekehrt dann von C2 über Q2 in C1.

Wie soll das denn gehen? Ein Gleichstrom kann doch nicht einfach so über 
einen Kondensator fließen.

Hast Du schonmal eine Simulation der Schaltung probiert?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Praktisch alle Leistungs-MOSFETs haben Bodydioden (Bulk-Dioden). Die 
sind in Deinem Schaltplan zwar nicht gezeigt, aber vermutlich vorhanden. 
Was Du (wahrscheinlich) gemacht hast, ist eine Antiparallelschaltung 
zweier Dioden. Und dass die nicht wirklich viel macht, ist normal...

Wenn man über MOSFETs in beiden Richtungen steuern will, muss man sie 
antiseriell schalten und nicht parallel.

Überhaupt sieht die ganze Schaltung ziemlich sinnlos aus.

Autor: Marco M. (marco1987)
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Ich sagte doch, bitte nicht den Sinn beachten. Insgesamt habe ich 18 
Tranistoren, mehrere Zellen und einen Kondensator. Aber das Prinzip ist 
immer dieses hier.

Also geht davon aus, Potential an einem Kondensator immer größer als am 
anderen, nur dann kann Strom flie0en in diese richtung, das ist mir 
klar.............

Autor: Marco M. (marco1987)
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Johannes M. wrote:
> Praktisch alle Leistungs-MOSFETs haben Bodydioden (Bulk-Dioden). Die
> sind in Deinem Schaltplan zwar nicht gezeigt, aber vermutlich vorhanden.
> Was Du (wahrscheinlich) gemacht hast, ist eine Antiparallelschaltung
> zweier Dioden. Und dass die nicht wirklich viel macht, ist normal...


genau solche Einschätzungen wollte ich haben. Von einer Bodydiode hab 
ich schonmal gehört. Es gibt auch mosfets ohne diese Bodydioden.
Also sperre ich mir den Strom dadurch immer in beide Richtungen?
Wie kann ich das verhindern?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Marco M. wrote:
> Also sperre ich mir den Strom dadurch immer in beide Richtungen?
Nein, Du sperrst gar nichts! Zeichne Dir einfach mal zwei 
antiparallele Dioden hin und überlege, was die wohl machen, wenn da 
Spannung drauf kommt.

> Es gibt auch mosfets ohne diese Bodydioden.
Im Leistungsbereich kaum.

Autor: Marco M. (marco1987)
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Johannes M. wrote:
> Marco M. wrote:
>> Also sperre ich mir den Strom dadurch immer in beide Richtungen?
> Nein, Du sperrst gar nichts! Zeichne Dir einfach mal zwei
> antiparallele Dioden hin und überlege, was die wohl machen, wenn da
> Spannung drauf kommt.
>
>> Es gibt auch mosfets ohne diese Bodydioden.
> Im Leistungsbereich kaum.

also habe ich immer den abfall über die dioden?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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und außerdem sitzt source der MosFets auf nicht fest definiertem Pegel 
(nämlich am Kondensator), dadurch kannst du überhaupt garnicht mit 0/5V 
pegeln schalten sondern bräuchtest einen pegelwandler  un d den auch 
noch galvanisch getrennt, damit du sie auf das floatende Source 
Potential heben kannst.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Marco M. wrote:
> Dateianhang: Unbenannt.jpg (3,3 KB, 0 Downloads)
Weißt Du, was parallel heißt? Das da ist seriell!

Autor: Marco M. (marco1987)
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Hauke Radtki wrote:
> und außerdem sitzt source der MosFets auf nicht fest definiertem Pegel
> (nämlich am Kondensator), dadurch kannst du überhaupt garnicht mit 0/5V
> pegeln schalten sondern bräuchtest einen pegelwandler  un d den auch
> noch galvanisch getrennt, damit du sie auf das floatende Source
> Potential heben kannst.


kein festes Potential---verstanden, da Selbstentladung usw

aber den 2ten Punkte mit dem Pegelwandler habe ich nicht verstanden, 
kannst du das noch mal erneut erklären? bitte

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Hauke Radtki wrote:
> und außerdem sitzt source der MosFets auf nicht fest definiertem Pegel
> (nämlich am Kondensator), dadurch kannst du überhaupt garnicht mit 0/5V
> pegeln schalten sondern bräuchtest einen pegelwandler  un d den auch
> noch galvanisch getrennt, damit du sie auf das floatende Source
> Potential heben kannst.
Das kommt noch hinzu. Nützt aber alles nix, solange er sich der Dioden 
nicht bewusst ist.

Autor: Marco M. (marco1987)
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Johannes M. wrote:
> Marco M. wrote:
>> Dateianhang: Unbenannt.jpg (3,3 KB, 0 Downloads)
> Weißt Du, was parallel heißt? Das da ist seriell!

du hast antiparallel geschrieben^^
das gegenteil von parallel ist fürmich seriell.......

du meinst dann sicher parallel nur das dioden genau vertikal verdreht 
zueinander liegen richtig?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Marco M. wrote:
> kein festes Potential---verstanden, da Selbstentladung usw
Nix "Selbstentladung"! Ein MOSFET wird über seine Gate-Source-Spannung 
gesteuert, und die muss bei einem n-Kanal-enhancement-MOSFET positiv 
sein (also am Gate ein höheres Potenzial als an Source). Und das 
bekommst Du mit Deiner Schaltung für einen der beiden MOSFETs nicht hin!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Marco M. wrote:
> du hast antiparallel geschrieben^^
Genau!

> das gegenteil von parallel ist fürmich seriell.......
Antiparallel ist nicht das "Gegenteil" von parallel!

> du meinst dann sicher parallel nur das dioden genau vertikal verdreht
> zueinander liegen richtig?
Anode der einen mit Kathode der jeweils anderen verbunden!

Autor: Marco M. (marco1987)
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Johannes M. wrote:
> Marco M. wrote:
>> du hast antiparallel geschrieben^^
> Genau!
>
>> das gegenteil von parallel ist fürmich seriell.......
> Antiparallel ist nicht das "Gegenteil" von parallel!
>
>> du meinst dann sicher parallel nur das dioden genau vertikal verdreht
>> zueinander liegen richtig?
> Anode der einen mit Kathode der jeweils anderen verbunden!


ok, aber was soll dabei sein? Somit leitet immer nur eine, da an deiner 
einen 0,3 liegen und an der anderen -0,3.


aber mein Potential an gate ist doch eigentlich höher als an source.
Sagen wir ich lade den Kondensator mit max 3 V auf und würde sich 
Transistoren mit 5 V aufsteuern....

Autor: was-willst-du (Gast)
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Sieht irgendwie so aus, als ob Herr Marco M. ein perpetuum mobile bauen 
möchte.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Marco M. wrote:
> ok, aber was soll dabei sein? Somit leitet immer nur eine, da an deiner
> einen 0,3 liegen und an der anderen -0,3.
Das tut jetzt langsam richtig weh! Es leitet immer einer, und zwar 
völlig unabhängig davon, was an den Gates passiert!

Autor: Marco M. (marco1987)
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was-willst-du wrote:
> Sieht irgendwie so aus, als ob Herr Marco M. ein perpetuum mobile bauen
> möchte.

Nein möchte ich nicht -)
ich möchte "einfach" nur Strom in beide Richtungen fließen lassen, wie 
mit einem einfachen, mechanischen Schalter!

Autor: Marco M. (marco1987)
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.............

Autor: Marco M. (marco1987)
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Was ist mit der Schaltung? Also in der Simulation ist es kein 
Unterschied, ob meine Quelle oben oder unten liegt, beide Male fließt 
Strom.

Außerdem kann ich, wie gewollt durch Sperren des Transistors komplett 
die Verbindung trennen.

Autor: was-willst-du (Gast)
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Dann gehts doch oder täusch ich mich?

Autor: Marco M. (marco1987)
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was-willst-du wrote:
> Dann gehts doch oder täusch ich mich?

Naja das wollte ich von den Experten hier wissen.
Simulation ist nicht alles...............

Autor: was-willst-du (Gast)
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Bau doch ein Muster, wenn Du schon sicher bist.

Autor: Toll (Gast)
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Nur hat die jetzt gepostete Schaltung mit der ersten nicht das geringste 
zu tun hat.
Zweitere funktioniert auch nicht richtig.

Autor: Jens G. (jensig)
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die Body-Diode in Q1 ist grundsätzlich in Durchlaßrichtung gepolt, da Q1 
sozusagen verkehrt herum ist - da wirste also kaum einen Effekt haben 
...
Was soll überhaupt die Schaltung?

Autor: BMK (Gast)
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Ich denke, da fehlt noch das Verständnis, wie ein Mosfet
angesteuert wird.

Der Mosfet ist da ziemlich eigen und schaut nach, welche Spannung
denn zwischen Gate und Source  (7 und 2 ) anliegt und entscheidet
dann, ob er leitet. Und was hamwer da?
Schlecht zu sagen, Punkt 2 hängt in der Luft.....

Autor: pq (Gast)
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die 2. Schaltung funktioniert prinzipiell. Allerdings muss die Spannung 
am Gate um ca. 5-10V höher als die Kondensatorspannung sein. Aber nicht 
höher als die max. Gatespannung

Autor: Michael (Gast)
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>Antiparallel ist nicht das "Gegenteil" von parallel!

Na eigentlich schon, das Gegenteil von parallel ist nur nicht seriell 
was man aber gerne annimmt ;).


Zur zweiten Schaltung: Das klappt nicht wirklich da Q1 nicht 
aufgesteuert werden kann. Nehmen wir mal an die 3.3V werden auf die 
Gates geschaltet, dann schaltet Q2 die Spannung von V1 auf Leitung 2. An 
Leitung 2 ist aber Source von Q1 angeschlossen, Gate von Q1 liegt ja auf 
3 V. Damit haben wir eine Gate-Source-Spannung von -0.7 V. Nunja, Vth 
von einem N-Kanal Enhancement ist auf jeden Fall positiv und nicht 
negativ. Wie also soll Q1 hier zum Schalten bewegt werden? Dass dennoch 
ein Strom fließt liegt einfach an der Tatsache, dass bei vielen Mosfets 
eine Diode (die Bulk-Diode) von Source nach Drain liegt und die ist nun 
in Flussrichtung gepolt. Ersetzt du jetzt aber Q1 durch einen 
P-Kanal-Mosfet dann könnte es klappen)

Autor: pq (Gast)
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stimmt nicht. müssen 2 N-Kanal Mosfets sein.
Die schalten beide.
Ähnlich wie Marco es im letzten Beispiel gezeigt hat. Nur eben mit V2=ca 
12V.
Bei einem P+N Fet schaltet immer nur einer.

Marcos letztes Beispiel habe ich so schon in 2 Serienprojekten 
eindesignt.


pq

Autor: Michael (Gast)
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Meine Beschreibung basiert auch auf der Skizze oben und da ist V2 mit 3V 
angegeben und damit kann Q1 einfach nicht schalten, Grund ist oben 
erklärt. Mit 12V gehts aber nur wenn V1 < V2 ist, so 6-7V würde ich da 
mal mindestens einplanen. Aber was bringt es eigentlich zwei 
n-Kanal-Mosfets so zu verschalten? (außer Probleme und Einschränkungen?)

Autor: pq (Gast)
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warum Probleme und Einschränkungen ?
Das ist ein ordentliches Design.

Autor: Jens G. (jensig)
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na dann verkaufe mal dieses Design. Es fängt ja schon damit an, daß die 
3V Gatespannung bei üblichen Mosis kaum einen Strom im Q2 erzeugen wird, 
selbst wenn S auf Masse liegen würde.

Autor: pq (Gast)
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... ich sagte 12V ! nicht 3V

Das Design ist so seit mehreren Jahren in einem 
Batteriemanagementsystem.
Und es kommt in den nächsten Monaten wieder in ein Telematiksystem.

Beides Produkte für den Automobilmarkt.

Schaltung hat schon alle Test bestanden.

- Simulation
- Labortest
- WorstCase Rechnung
- Freigabeerprobungen
- Felderprobung

pq

Autor: pq (Gast)
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Ergänzung:
bei V2=0V sind beide Fets nicht eingeschaltet. R=Meg/Gig-Ohm
bei V2=12V sind beide Fets eingeschaltet. R=2x RDSon, also einige 
Milliohm

Autor: Michael (Gast)
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>warum Probleme und Einschränkungen ?

Problem ist schonmal, dass die Schaltspannung (hier V2) von der zu 
schaltenden Spannung (hier V1) abhängt, denn wenn V1=V2 ist wird die 
Schaltung nicht sicher durchschalten. Nächste Probleme werden einem die 
vorhandenen Bulk-Dioden bereiten sollte man Mosfets einsetzen, die diese 
haben. Also wenn das schonmal keine Probleme und Einschränkungen 
darstellt weiß ich auch nicht. Und der Vorteil dieser Schaltung 
erschließt sich mir auch noch nicht.

Autor: pq (Gast)
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... ich glaube, Du hast Die Schaltung nicht verstanden ...

Autor: Michael (Gast)
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Was meinst du warum ich frage welchen Vorteil die Schaltung hat??? 
Erklärs doch mal. Ich habs simuliert in LTSpice und wenn V2 ≤ V1 ist 
wird die Spannung nicht vollständig durchgeschaltet, das klappt nur wenn 
V2 > V1 ist. Und das ist ja wohl ein "Nachteil" denn man muss immer 
dafür sorgen dass V2 > V1 ist, sofern es erwünscht ist, dass die 
Spannung vollständig durchgeschaltet wird. Also, erklär doch mal welchen 
Vorteil diese Schaltung hat denn, wie du ja selbst sagst, habe ich die 
Schaltung scheinbar nicht verstanden.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Das Ganze dient dem Umschalten zwischen zwei Versorgungen.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/47957/Un...
Im Bild: Spannungsquelle und Strommessgerät können vertauscht werden.

Autor: Michael (Gast)
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Also nutzt man diese Schaltung nur um zum Beispiel von Batteriebetrieb 
auf Netzbetrieb umzuschalten? Ändert aber nichts an dem Nachteil, dass 
die Schaltspannung V2 immer höher sein muss als V1 bzw. über dem 
Potential von Drain Q2. Ich denke mal, ohne nun ein Beispiel, dass es 
bessere Möglichkeiten gibt, zwei Versorgungen umzuschalten. (z.B. dass 
die Schaltspannung nicht von der zu schaltenden Spannung abhängt).

Autor: CaptainX (Gast)
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Marco sucht einen elektronischen Ersatz für ein Relaiskontakt. Ein 
Halbleiterschalter, der Kleinspannungen schaltet und einen Stromfluß in 
beide Richtungen zuläßt.

So habe ich's jedenfalls verstanden.

Als Halbleiter bietet sich ein Mosfet an. Der kann in eingeschalteten 
Zustand den Strom in beide Richtungen tragen.

Im Anhang das Bild eines Mosfets. Der schaltet, wenn die Spannung 
zwischen Gate und Source Vgth übersteigt.

Wenn ich 2V schalten will, brauche ich am Gate 2V+Vgth, weil Source ja 
schon auf der zu schaltenden Spannung liegt.

soweit nichts neues ....

Jetzt soll aber Quelle und Senke vertauschbar sein. Da aber in 
entgegengesetzter Richtung der Mosfet eine parasitäre Bodydiode hat, 
braucht man nochmals einen 2. Mosfet, um abschalten zu können.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Oder er nimmt gleich ein SSR (Solid State Relais) und erspaart sich den 
Ärger ;)

Autor: pq (Gast)
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Du meinst sowas? :

http://www.clare.com/home/pdfs.nsf/www/Lcc120.pdf/...

interessante Innenbeschaltung ...

Autor: Michael (Gast)
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Die Innenbeschaltung nutzt einen Trick durch die optische Kopplung die 
beim "normalen" Fet nicht nutzbar ist. Mal ein Beispiel hierzu um zu 
verdeutlichen, was ich meine:

http://i42.tinypic.com/34697yf.png

Die Spannung über R1 kann nicht größer werden als V1-Ube solange V1 < V2 
ist. Erst wenn V1 > V2 ist kann die Spannung über R1 ca. V2 erreichen. 
Will ich also V2 auf R1 schalten ist so eine Beschaltung humbug solange 
V1 < V2 ist, klar. Nur nehmen wir mal einen npn, dessen Basis optisch 
geschaltet wird, Kollektor und Emitter lassen wir beschaltungsmäßig 
gleich.

http://de.tinypic.com/view.php?pic=24278d5&s=5

Hierbei kann nun die Spannung über R1 auf V2 ansteigen, ganz unabhängig 
von ob nun V1 > V2 ist oder ob V1 < V2 ist. V1 muss hierbei nur groß 
genug für die Diode sein. Aber warum klappt das hier aber oben nicht? 
Die Antwort ist recht simpel: Oben wird aus der Quelle V1 ein Strom in 
die Basis geschickt. Dieser Strom ist abhängig von der Spannung über der 
Basis-Emitter-Diode. Nun ist da aber noch die Maschenregel, die besagt, 
dass innerhalb einer Masche alle Spannungen aufsummiert null ergeben 
muss. Das ist der Grund, warum also im ersten Fall die Spannung über R1 
nicht V2 erreichen kann solange V1 < V2 ist.
Im zweiten Fall sieht das wieder etwas anders aus. Hier wird der Strom 
nicht durch eine Spannung erzeugt sondern durch Anregung mit Photonen. 
Somit hat man hier quasi ein schwebende Basis geschaffen, deren 
Potential mit V2 mitschwimmt (die Masche mit V1 ist unabhängig von V2 
und umgekehrt).

Gleiches gilt auch für das verlinkte SSR. Die Gates werden optisch 
angesteuert. Die Ladungen, die man auf dem Gate zum Durchschalten der 
FETs benötigt werden durch optische Effekte da hin gebracht, man hat 
somit quasi ein floating Gate, das heißt, dass das Potential der Gates 
mitwandern kann, unabhängig von dem Bezug zwischen V1 und V2. Deshalb 
funktioniere die SSR auch. Aber gibt es ein SSR, dass auch funktioniert 
wenn es aus "handelsüblichen" Fets, wie hier: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/47957/Un..., aufgebaut 
ist? Nein, natürlich nicht. Der Grund ist, dass die Gates nun an, in 
diesem Falle, V2 gekoppelt sind. V2 zwingt die Gates nun auf sein 
Potential und nimmt ihnen die Möglichkeit mitzuschwimmen, man hat also 
eine Bedingung geschaffen dass V2 > V1 sein muss wenn man über R1 die 
Spannung von V2 haben will.

Ich weiß jetzt nicht ob ich alles so verständlich geschrieben habe damit 
ihr versteht was ich meine, ich bin da mündlich etwas besser aber ich 
hoffe mal, dass rüber kommt was ich meine.

Autor: Esko (Gast)
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Coole Sache, wusste gar nicht, dass es sowas gibt.
Damit kann man ja praktisch alle Relais ersetzen.

Gibts sowas auch stärker für Leistungsanwendung.
Ne Übersicht wär net schlecht, oder welche es bei Reichelt gibt.

Autor: Michael (Gast)
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Ja, so etwas gibt es auch für Leistungen. Ich hab im Betrieb eine Anlage 
da sind SSR drin, die 400 V/50 Hz Spannung schalten bei einem Strom von 
ca. 10 A, deren Leistungsgrenze weiß ich jetzt aber nicht auswendig. 
Problem ist bei den Teilen, dass die mit der Zeit altern und man den 
Effekt besonders dann merkt, wenn man nur ein SSR austauscht (haben 
sechs Stück in der Anlage). Dann geht immer die Symmetrie der Anlage 
flöten.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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> Ja, so etwas gibt es auch für Leistungen. Ich hab im Betrieb eine Anlage
> da sind SSR drin, die 400 V/50 Hz Spannung schalten bei Strom von ca. 10
Das sind aber bestimmt SSRs mit Triac drin, oder?
Was ich suche sind welche mit MosFETs drinen, oder sind das solche.

Autor: Michael (Gast)
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Das ist eine gute Frage, bin grad auf Arbeit und schau nachher mal auf 
die Bezeichnung. Kann dir das so leider nicht sagen was da intern 
werkelt.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Ok, danke.

Autor: Michael (Gast)
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So, hab geschaut. Es sind SC869110 von Celduc und ja, die haben Triacs 
drin. Die Teile gehen bis 125A, ich hatte letztens dran gemessen und nur 
einen Strom von 10A dran gahabt, passt auch zu den Sicherungen (16A 
Leitungsschutzschalter). Da hatte jemand entweder grade keine anderen 
zur Hand oder aber er hatte viel Angst mit eingerechnet.

Warum müssen denn unbedingt Mosfets drin sein?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Bei Gleichstrom unabdingbar, sonst bekommt man die nicht mehr 
Ausgeschaltet ;)

Autor: Nie Gleichstrom über Kondensator (Gast)
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Kurz, kapp        NEIN !

Autor: Michael (Gast)
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>Bei Gleichstrom unabdingbar, sonst bekommt man die nicht mehr
>Ausgeschaltet ;)

Ach ja, da war ja was bei TRIACs, hab ich ganz vergessen ^^

Autor: Shibbi (Gast)
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Das Zauberwort ist hier wohl Transmissionsgate ... nachschlagen kannste
selber

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