Welcher FET steuert bei 3,3 V voll durch?

[Lars G. (nunslaughter)]

Moin,

ich möchte an einem Instrumentenverstärker (INA111) als einstellbaren 
Verstärkerwiderstand (RG) mehrere Widerstände parallel anschließen. 
Jeder dieser Widerstände soll mit Hilfe eines FET zugeschaltet werden 
können, je nach gewünschtem Verstärkungsfaktor. Angesteuert werden 
sollen die FETs über einen Mikrocontroller; sprich bei 3,3 V sollen die 
FETs voll durchsteuern. Weitere Infos: in der Schaltung fließt deutlich 
unter 0,5 A; verstärkt wird das Signal eines Beschleunigungssensors.

Und hier ist mein Problem: welcher FET ist für mein Vorhaben geeignet. 
Ich habe versucht mir einiges anzulesen und herausbekommen, dass es sog. 
logic level bzw. small signal mosfets gibt, aber ich scheitere beim 
Verstehen der Parameter in den Datenblättern. Es gibt ein Parameter 
namens R_DS(ON), der scheinbar aber für mein Vorhaben weniger relevant 
ist. Ich suche in den Datenblättern eher nach einer Durchschaltspannung. 
Ist das der Parameter V_GS(th)? Dort finde ich meistens nämlich die 
Angabe max. 3V (z. B. beim BS170) oder gar 1,2 V (IRLML2502).

Könnt Ihr mir einen geeigneten FET für mein Vorhaben nennen? Am liebsten 
erstmal nicht in SMD-Bauweise. Würde der BS170 passen? Oder ist die 
Idee, FETs dafür einzusetzen gar der falsche Ansatz?

Vielen Dank für Eure Hilfe!

Gruß

nunslaughter

[Helmut S. (helmuts)]

Diese Power-Mosfets taugen nicht für Messschaltungen da die zuviel 
Leckstrom im Auszustand haben.

Es gibt "richtige" Analogschalter z. B. von Analog Devices mit kleinem 
Rdson.

[Max H. (hartl192)]

Lars G. schrieb:
> Es gibt ein Parameter
> namens R_DS(ON), der scheinbar aber für mein Vorhaben weniger relevant
> ist.
Doch, das ist der Widerstand zwischen Drain und Source im leitenden 
Zustand, also noch ein Widerstand in Serie zu dem, der die Verstärkung 
einstellt.
Ein Kandidat wäre der IRLML6244, der hat bei Vgs=2.5V nur 27mΩ Rds(on)

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Lars G. schrieb:
> Oder ist die Idee, FETs dafür einzusetzen gar der falsche Ansatz?

Die Frage lautet eher: Hast du deinen Ansatz schon einmal bis zum Ende
durchgedacht?

- Der Mosfet, der Rg schalten soll, hat keinen Massebezug und kann somit
  nicht direkt von einem µC-Ausgang angesteuert werden.

- Der Mosfet sperrt nur ein einer Richtung gut, da in der anderen ab
  etwa 0,5V die Substratdiode leitend wird.

- Die Spannungspotentiale an den beiden Anschlüssen von Rg entsprechen
  denen der Eingangssignale des Verstärkers. In welchem Bereich liegen
  diese? Können sie auch unterhalb von 0V oder oberhalb von 3,3V liegen?

- Der RDSon des Mosfets addiert sich zu Rg. Je nach Größe dieser beiden
  Widerstände wird damit die Verstärkung ungenau.

Eigentlich bräuchtest du einen Analogschalter mit sehr niedrigem
On-Widerstand. Schau mal bei Analog Devices nach, was die für deine
Zwecke im Programm haben.

Edit: Brauchst du unbedingt einen Instrumentenverstärker? Bei einem
gewöhnlichen Verstärker ohne Differenzeingänge wäre das Umaschalten der
verstärkungsbestimmenden Widerstände auch problemlos mit einem Mosfet
möglich.

[Achim H. (anymouse)]

Anderer Ansatz:
* LTC6915 - http://www.linear.com/product/LTC6915

Suchterm: "programmable gain instrumentation amplifier"

[GB (Gast)]

Dafür brauchst du so etwas wie den TLP222 oder den VO1400A

[Lars G. (nunslaughter)]

Moin,

erstmal Danke für die schnellen und hilfreichen Antworten!

Max H. schrieb:
> Doch, das ist der Widerstand zwischen Drain und Source im leitenden
> Zustand, also noch ein Widerstand in Serie zu dem, der die Verstärkung
> einstellt.

Yalu X. schrieb:
> - Der RDSon des Mosfets addiert sich zu Rg. Je nach Größe dieser beiden
>   Widerstände wird damit die Verstärkung ungenau.

OK, das muss ich beachten. Aber die Innenwiderstände, die ich bislang in 
den Datenblättern gelesen habe (auch bei analogen Schaltern), sind in 
einer vertretbaren Größenordnung. Ich benötige eine Verstärkung von max. 
20, dementsprechend sind meine Widerstände im kOhm-Bereich – genauer 
plane ich 4 Widerstände der Größen 50k, 25k, 12,5k und 6,25k 
(idealisierte Werte). Damit würde ich eine Verstärkung von 1 – 16 in 
ganzzahligen Schritten erhalten. Im realen werde sowieso leicht daneben 
liegen, z. B. eine Verstärkung von 6,1 oder so haben. Die exakte 
Verstärkung würde ich mit einer definierten Spannung für alle 16 
Einstellungen versuchen zu ermitteln und im Programm entsprechend 
berücksichtigen.

Yalu X. schrieb:
> - Die Spannungspotentiale an den beiden Anschlüssen von Rg entsprechen
>   denen der Eingangssignale des Verstärkers. In welchem Bereich liegen
>   diese? Können sie auch unterhalb von 0V oder oberhalb von 3,3V liegen?

Das Eingangssignal liegt zw. 0 - 2 V.

Yalu X. schrieb:
> Edit: Brauchst du unbedingt einen Instrumentenverstärker? Bei einem
> gewöhnlichen Verstärker ohne Differenzeingänge wäre das Umschalten der
> verstärkungsbestimmenden Widerstände auch problemlos mit einem Mosfet
> möglich.

Die Schaltung an sich existiert schon, deshalb würde ich auch an den 
Instrumentenverstärker festhalten wollen. Bislang kann die Verstärkung 
mit einem Poti eingestellt werden, dies ist aber nicht optimal für den 
Verwendungszweck. Im Grunde soll das Programm eine Kalibiermessung von < 
10 s durchführen, den Verstärkungsfaktor zw. 1 – 16 auswählen und dann 
die eigentliche Messung starten.

Achim Hensel schrieb:
> Anderer Ansatz:
> * LTC6915 - http://www.linear.com/product/LTC6915

Klingt auch sehr interessant. Aber da die Verstärkung immer nur 
verdoppelt werden kann (2, 4, 8, 16,…) wäre mir die Einstellbarkeit 
nicht fein genug.

Helmut S. schrieb:
> Es gibt "richtige" Analogschalter mit kleinem Rdson.

Yalu X. schrieb:
> Eigentlich bräuchtest du einen Analogschalter mit sehr niedrigem
> On-Widerstand.

Ich habe mich mal mit analogen Schaltern auseinandergesetzt 
(oberflächlich) und werde es damit probieren. Da der Elektrofachhandel 
aus Sande meine erste Bezugsquelle ist, würde ich den MAX312 austesten. 
Ich berichte, wenn es denn läuft (wenn nicht, auch… aber ich denke 
positiv). Mit R_ON = 6,5 Ohm ist der auch im Rahmen.

Für weitere Ideen / Input bin ich immer dankbar!

Gruß nunslaughter

[Lars G. (nunslaughter)]

Max H. schrieb im Beitrag #3702984:
> Gleichtakt- und Differenzspannung?

Oh mann, da packst Du mich aber an meinem gesunden Halbwissen...

Die Differenzspannung ist zw. 0 - 2 V (eigentlich min. 100 mV). Der 
invertierende Eingang des OPVs liegt an Masse, am nichtinvertierenden 
Eingang das Sensorsignal. Hilft die Antwort?

Edit:
Nanu, gerade war doch noch ein Beitrag von Max zw. meinen Beiträgen???

[Max H. (hartl192)]

Wenn der invertierende Einang fix auf Masse liegt und die 
Differenzspannung nur positiv ist, kannst du es Problemlos auch mit dem 
Mosfet machen.

Ich hab meinen Beitrag oben gelöscht, da es bei der Analogschalter 
Lösung nicht mehr so wichtig war.