Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Source-Gate-Strecke von Mosfet wird leitend


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von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Hallo

Warum geht der Mosfet kaputt?

Typ : 2N7000L

Rs = 270 ohm
Rd = 10 k ohm
Rg = 2 x 1 M ohm ( Spannungsteiler )
U   = 6 V dc

Mit den Werten für Strom und Spannung liege ich weit unter den Werten 
aus dem Datenblatt. Trotzdem geht der Mosfet nach kaum 15 Sekunden 
kaputt.
Die Source-Gate-Strecke wird leitend.
Was mache ich verkehrt?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Poste mal deine Schaltung.

von c.m. (Gast)


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der widerstand sitzt falsch.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Source ist auf dem bild (rechts) unten vom Mosfet.
Ich habe die Schaltung nochmal aufgebaut.
Der Spannungsteiler ist jetzt 50 k ohm
 (2 x 25 k ohm).

Mir geht der Mosfet nur kaputt, wenn ich die Source-Gate-Spannung messe.

(also ist messen der Fehler...)
warum das so ist, weiß ich trotzdem nicht.
Das Messgerät ist mit 9 V-Block.
Auf Messbereich 20 V zeigt es 2,9 Volt als wert.
Danach ist der Mosfet Schrott.

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

es ist kühl, Du hast trockene Heizungsluft und bist vermutlich statisch 
aufgeladen. Wenn Du mit dem Multimeter dran gehst, entlädt sich zu viel 
Energie über das Gate und es bricht durch. Ansonsten hält er nur 350mW 
aus, das müßte mit 270 Ohm passen.

ESD ist dein Stichwort.

MfG

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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OK.
Danke für den Hinweis :D

@Röhrenvorheizer

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Eher unwahrscheinlich, kanns aber nicht ausschließen. Wieviel 
Transistoren hast du so "getestet"?

von der schreckliche Sven (Gast)


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Arbeitsplatte aus Kunststoff.
Fußboden aus Linoleum.
= Basteln mit Feldeffekttransistoren, CMOS-Bausteinen usw nicht möglich. 
Die Erfahrung habe ich auch schon gemacht.
Ein Holztisch verbessert die Situation deutlich.

von Harald W. (wilhelms)


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der schreckliche Sven schrieb:

> Fußboden aus Linoleum.

Dürfte ausreichend leiten, um ESD-Probleme zu vermeiden.
Bleibt der Rest...

von MaWin (Gast)


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Ingo S. schrieb:
> Warum geht der Mosfet kaputt?

Vom Anfassen. Die kleinen MOSFETs sind sofort kaputt bei geringster 
elektrostatischer Ladung.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Ingo S. schrieb:
> Mir geht der Mosfet nur kaputt, wenn ich die Source-Gate-Spannung messe.
> (also ist messen der Fehler...)
> warum das so ist, weiß ich trotzdem nicht.
solche kleinen FET steben schon von bloßen "angucken". Selbst Profis 
passiert es gelegentlich, daß durch kleine Unachtsamkeiten solche BE 
sterben.
Deshalb rate ich Laien regelmäßig, doch lieber eine Schaltung mit einen 
Bipolartransistor zu benutzen, sofern das von der Funktion her geht.

Das Gate hält zwar Spannungen von 40V und darüber aus, aber es hat nur 
eine Kapazitä von ca. 60 pF.
Wenn du nun mit einer Messleitung oder mit den Händen oder mit einem 
Werkzeug die Gate-Leitung berührst, kann es sein, daß statische Ladungen 
auf das Gate abgeleitet werden. Solche Ladungen können ein Potential von 
paar hundert Volt bis einige kV haben und wenn die Kapazität dann auch 
nur paar pF beträgt, dann stirbt der FET mit 100% Wahrscheinlichkeit 
weil diese Spannung die Gate-Isolation durchschlägt.
https://de.wikipedia.org/wiki/ESD-Simulationsmodelle#HBM_.E2.80.93_Human_Body_Model
Wenn man mit solchen Bauelementen (z.B. FET, Laserdioden) arbeitet, muß 
man sich um ESD ernsthafte Gedanken manchen. Wenn man aufsteht und es 
knistert oder man beim Anfassen der Türklinke jedesmal eine gewischt 
bekommt, dann ist alles zu spät.
Einige Maßnahmen gegen ESD-Probleme:
1. ESD-Matte), die über Schutzwiderstand an Erde geklemmt ist.
2. Lötkolbenspitze muß auch zuverlässig geerdet sein
3. Nicht mit Werkzeugen/Fingern berühren, ehe man sich geerdet hat.
4. Bekleidung vermeiden, welche ESD leicht erzeugt (z.B. Wollpulover).
5. Stühle/Böden können auch Ursache von ESD ein.
6. ESD-empfindliche BE in Schaltungen mit Überspannungsschutz versehen.
7. Schaltungen möglichst nicht zu hochohmig machen.
8. BE nur in ESD-Verpackung lagern und transportieren.
9. Am besten auf ESD-Empfindliche BE verzichten, sofern es geht.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Hallo Öletronika

von ESD habe ich schon gelesen...meine kaputten Mosfets waren also die 
erste Erfahrung damit.

Ist es demnach auch für Hochspannungs-Mosfets
( IRG 4PH 30K ) von Bedeutung, ESD zu vermeiden?

Wie empfindlich sind IGBTs gegen ESD?

In meinen Schaltungen möchte ich MOSFETs verwenden, weil ich mir davon 
einen höheren Wirkungsgrad verspreche, weil im Vergleich zu 
Bipolartransistoren eben kein Strom zum Schalten erforderlich ist.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Ingo S. schrieb:
> Ist es demnach auch für Hochspannungs-Mosfets
> ( IRG 4PH 30K ) von Bedeutung, ESD zu vermeiden?
> Wie empfindlich sind IGBTs gegen ESD?
Leistungsbauelemente haben sehr oft schon einen gewissen 
Überspannungsschutz integriert. Die sind also meist nicht so 
empfindlich.
Aber im Prinzip ist ESD immer ein Problem, bei allen aktiven 
elektronischen BE.

> In meinen Schaltungen möchte ich MOSFETs verwenden, weil ich mir davon
> einen höheren Wirkungsgrad verspreche, weil im Vergleich zu
> Bipolartransistoren eben kein Strom zum Schalten erforderlich ist.
Es kann sehr gute Gründe für die Anwendung von FET geben. Das muß man 
von Fall zu Fall bewerten.
Der Wirkungsgrad wird in vielen Fällen nicht durch die Leistung zum 
Schalten relevant beinflußt. Da sind noch ganz andere Kriterien, die 
einen FET vorteilhaft machen.

Nenne doch mal konkret deinen Anwendungsfall (Schaltplan).
Vermutlich würde es mit einem Bipolartrans. auch gut gehen.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von der schreckliche Sven (Gast)


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Harald W. schrieb:
>> Fußboden aus Linoleum.
>
> Dürfte ausreichend leiten, um ESD-Probleme zu vermeiden.
> Bleibt der Rest...

Hm. Ich habe da schon (ausversehen) die Netzleitung berührt, ohne was zu 
spüren.

Ingo S. schrieb:
> Ist es demnach auch für Hochspannungs-Mosfets
> ( IRG 4PH 30K ) von Bedeutung, ESD zu vermeiden?
>
> Wie empfindlich sind IGBTs gegen ESD?

Leistungsmosfets und IGBTs haben bedeutend höhere Gate-Kapazitäten und 
können damit höhere Ladungen "schlucken". Aber im Prinzip muß man das 
gleiche beachten.

von Hei Fiddällitie (Gast)


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U. M. schrieb:
> Das Gate hält zwar Spannungen von 40V und darüber aus,

Viele ja, manche nein.

> aber es hat nur eine Kapazitä von ca. 60 pF.

Viele mehr, manche weniger.

> Wenn du nun mit einer Messleitung oder mit den Händen oder mit einem
> Werkzeug die Gate-Leitung berührst, kann es sein, daß statische Ladungen
> auf das Gate abgeleitet werden. Solche Ladungen können ein Potential von
> paar hundert Volt bis einige kV haben und wenn die Kapazität dann auch
> nur paar pF beträgt, dann stirbt der FET mit 100% Wahrscheinlichkeit
> weil diese Spannung die Gate-Isolation durchschlägt.

Das Problem dabei ist die gespeicherte Energie (W= 1/2 x C x U²). Obwohl 
die Kapazitäten der Gefahrenquellen oft sehr klein sind, werden sie 
durch die hohe Spannung zur Gefahr.

Auch der menschliche Körper wirkt gegen Erde selbst als Kondensator. 
Bestimmte Gegenstände haben Kapazitäten in ähnlichen Bereichen.)

Das Gate ist sozusagen ebenfalls ein Kondensator. Die Berührung erzeugt 
eine leitende Verbindung - allerdings kann die hohe Spannung 
bekanntermaßen auch kleine Abstände überwinden (der Funke springt 
über...).

Zwischen den Kapazitäten findet also bei Unterschreitung eines 
bestimmten Abstandes (abhängig von der genauen Potentialdifferenz) ein 
Ladungsausgleich statt - die Spannungen beider Cs "wollen gleich hoch 
werden".

Und sogar, wenn das Gate um einiges höhere Kapazität hat, als der Mensch 
(gegen Erde), und der resultierende Spannungsausgleich zu weit 
niedrigerer "Gesamtspannung" führt, wird diese dabei in den meisten 
Fällen immer noch zu hoch für die Gate-Isolierschicht sein.

U. M. schrieb:
> Leistungsbauelemente haben sehr oft schon einen gewissen
> Überspannungsschutz integriert. Die sind also meist nicht so
> empfindlich.

Sehr oft? Leider nicht. "Gut aufgeladen" kann man auch das 
hochkapazitive Gate eines richtig fetten Leistungs-FET zerstören. Die 
meisten BE haben nämlich keinen derartigen Schutz - nimmt man sie aus 
der ESD-Schutzmatte, beginnt die gefährliche Zeit...

Allerdings finden sich diese Informationen in den Datenblättern. Geben 
tut es sie schon, die FETs mit Gate-Source-Schutzbeschaltung (dann meist 
auch ähnliches bei Gate-Drain) - aber häufig? Es ist schade, aber nein.

U. M. schrieb:
> Der Wirkungsgrad wird in vielen Fällen nicht durch die Leistung zum
> Schalten relevant beinflußt. Da sind noch ganz andere Kriterien, die
> einen FET vorteilhaft machen.

Erstens das, und zweitens muß, damit die Leitverluste auch wirklich 
kleiner sind, als bei BiPos, schon darauf geachtet werden, daß der 
Rds(ON) auch wirklich gering genug ist (zum Vergleich mit der VceSAT von 
BiPos rechnet man Vds = Rds(ON) * I ), was allerdings auch in einem FET 
mit hohen Kapazitäten (und damit Umladeströmen) resultieren kann...

Daß FETs immer die bessere Wahl sind, stimmt ganz einfach nicht.

U. M. schrieb:
> Nenne doch mal konkret deinen Anwendungsfall (Schaltplan).
> Vermutlich würde es mit einem Bipolartrans. auch gut gehen.

Ja, bitte... und: Dito.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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U. M. schrieb:
> Nenne doch mal konkret deinen Anwendungsfall (Schaltplan).
( siehe Anhang)

Es ist eine astabile Kippschaltung mit MOSFETs.
Bei Bedarf höherer Ausgangsleistung wird die meiste elektrische Energie 
in R1 und R4 verbraucht .

Mit Bipolartransistoren ( 2N2222 ; BC337-16 ) habe ich die Schaltung 
auch schon aufgebaut, aber schlechtere Ergebnisse erzielt.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Ingo S. schrieb:
> Es ist eine astabile Kippschaltung mit MOSFETs.
> Bei Bedarf höherer Ausgangsleistung wird die meiste elektrische Energie
> in R1 und R4 verbraucht .
zugegeben, nur mit FET jkann man solche einfache Schaltung so hochohmig 
machen, so dass der Stromverbrauch sehr niedrig wird.
Es geht auch mit Bipolar-Trans, aber da sollte man auf sehr hohe 
Stromverstärkung (h_fe) achten, damit man mit haldwegs hochohmiger 
Beschaltung noch gut zurecht kommt.

Nun hat aber so eine Schaltung für sich alleine kaum einen Wert.
Für niedrige Frequenzen hat man da eine LED als Last dran, z.B. für eine 
Blinkschaltung, für etwas höhere Tonfrequenzen einen kleinen 
Lautsprecher oder Summer als Signalgeber.
Da steht dann aber die Frage, was machen die paar mW des Signalgeber im 
Vergleich zu paar zehn bis hundert mW der Last aus?

Aber egal, du weißt nun, dass man mit FET sehr viel vorsichtiger umgehen 
muß, als bei vielen anderen BE. Da sollte man auch schon bei der 
Beschaffung gleich dran denken und immer eine gute Reserve einplanen ;-)
Gruß Öletronika

von Hei Fiddällitie (Gast)


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Ingo S. schrieb:
> Mit Bipolartransistoren ( 2N2222 ; BC337-16 ) habe ich die Schaltung
> auch schon aufgebaut, aber schlechtere Ergebnisse erzielt.

Wenn Du exakt diese Schaltung anstatt mit FETs halt mit BiPos 
aufgebaut hast, wundert mich das nicht. Das ist eben eine Schaltung für 
FETs. Für BiPos:

https://de.wikipedia.org/wiki/Multivibrator#Astabile_Kippstufe_mit_Transistoren

von Harald W. (wilhelms)


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Ingo S. schrieb:

> In meinen Schaltungen möchte ich MOSFETs verwenden, weil ich mir davon
> einen höheren Wirkungsgrad verspreche,

Dazu passt das Zitat: !Wir müssen sparen, koste es was es wolle."
:-(

von Jens G. (jensig)


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@ Ingo S. (Firma: privat) (nisus)

>Rs = 270 ohm
>Rd = 10 k ohm
>Rg = 2 x 1 M ohm ( Spannungsteiler )

Bei einem so hochohmigen Spannungsteiler haben statische Ladungen 
natürlich eine gute Chance, sich voll auszutoben.

>Mir geht der Mosfet nur kaputt, wenn ich die Source-Gate-Spannung messe.

Also wenn Du das Meßgerät zuerst ans Gate anschließt, und dann mit der 
anderen Meßstrippe auf Source/Masse gehst, dann können statische 
Ladungen voll ins Gate einschlagen.
Daher auf alle Fälle zuerst die Masseverbindung des Meßgeräts mit der 
Schaltung herstellen, damit der Ladungsausgleich zw. Schaltung und 
Meßgerät (bzw. Du) über ungefährliche Wege statfinden kann, und dann 
erst ans Gate rangehen.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Das einzige ESD-Mittel, welches ich besitze ist eine 300 x 300 mm 
Graphit-Steckschaum-Matte.

Was kann ich damit anstellen, um statische Aufladungen zu vermeiden?
Alles drauf stellen ( Schaltung + Messgerät) und dann in der richtigen 
Reihenfolge messen ( erst an Source / Drain und danach an Gate) ?

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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solche kleinen FET sterben schon von bloßen "angucken".


Schön erklärt!

MfG

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Aus der Matte kleine Stück rausschneiden und in das Stück dann den FET 
mit allen drei Beinchen reinstecken. So wurden früher auch viele Typen 
geliefert. Den FET kannst du dann so wie er ist mit dem Stück Matte 
einlöten. Meßgeräte immer erst an Masse oder Plus anschließen und dann 
erst mit dem anderen Kontakt in der Schaltung proben.

Wenn du den FET einsteckst in den Schaum, ist die Kontaktierreihenfolge 
egal, solange du nur das Gehäuse dabei anfasst. Der FET hat ausreichend 
Kapazitäten zwischen allen drei Anschlüssen, damit nichts passiert.

Zimmerpflanzen sind nützlich. Synthetikpullover ganz schlecht!

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Abdul K. schrieb:
 Den FET kannst du dann so wie er ist mit dem Stück Matte
> einlöten.

Das ist ein sehr nützlicher Hinweis. Vielen Dank dafür.
So etwas habe ich manchmal schon auf Platinen alter Röhrenfernseher 
gesehen. Da war ein Stück Graphitmatte von unten her angeklebt.
Jetzt weiß ich warum :D

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Ingo S. schrieb:
> Das ist ein sehr nützlicher Hinweis. Vielen Dank dafür.
> So etwas habe ich manchmal schon auf Platinen alter Röhrenfernseher
> gesehen. Da war ein Stück Graphitmatte von unten her angeklebt.
> Jetzt weiß ich warum :D
na das Zeugs hatte bestimmt eine andere Funktion.
Nach dem Einlöten muß man leitfähiges Mat. ja auch entfernen!
Sonst verfälscht es die Gateströme, bei hochohmiger Beschaltung würde 
die Schaltung evtl. gar funktionieren.

Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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hallo

Kann elektrostatische Entladung einen MOSFET auch derart schädigen, daß 
die z-Diode weiterhin funktioniert und die S/D - Strecke auch noch 
sperrt, aber der MOSFET nicht mehr schaltet?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Bei ICs ist das häufig. Bei Einzel-FETs eher unwahrscheinlich.

von Eskimo (Gast)


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In den alten Zeiten wurden bei kleinen MOSFETs vom Hersteller 
Zenerdioden als Schutz mit eingebaut.
Oder sie wurden mit Kurzschlussring ausgeliefert, der erst nach dem 
Einlöten entfernt wurde.
Meine Experimentier-MOSFETs bekommen als erstes eine Zenerdiode zw. Gate 
und Source verpasst.
Dann haben die ein langes glückliches Leben.

von Ingo S. (Firma: privat) (nisus)


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Hallo
wie ein MOSFET mit einem Digitalmultimeter geprüft wird, weiß ich jetzt.
Ich habe auch schon viele defekte erkennen können und aussortiert. Dabei 
gibt es mehrere Fehlermöglichkeiten. In den meisten meiner defekten 
Teile, war zwischen Source und Gate mit der Dioden-Prüffunktion des 
Digital-Multimeters eine Flussspannung um 200 mV messbar.
Andere waren auf der Source-Drain-Strecke mit etwa 800 mV leitend ( das 
war nicht die Z-Diode, weil die liegt meistens im Bereich von 600 mV).
Jedenfalls konnte ich defekte Bauelemente erkennen und ersetzen.

Jetzt habe ich hier 3 Mosfets, die laut Multimeter funktionsfähig sind. 
( 2N7000 )
S-D sperrt
S-G sperrt
D-G sperrt
S-D wird mit Gateladung leitend ( 16 mV )

aber sie müssen beschädigt sein, weil die Schaltung in der sie zum 
Einsatz kommen, nicht mehr richtig funktioniert.

Wie messe ich jetz Feinheiten der Eigenschaften von MOSFETs ?

Mit Vergleichsproben aus der Packung ( neue Teile ), kann ich kein 
anderes Verhalten messen, als bei den vermeindlich beschädigten. Mit 
komplettem Ersatz aller MOSFETs in der Schaltung funktioniert diese 
wieder wie vorgesehen.
Klar kann ich alle Teile in der Schaltung jedesmal ersetzen, wenn was 
nicht korrekte Werte erzielt,

aber ich möchte in diesem Fall unbedingt wissen, welcher der 3 MOSFETs 
was für Schaden hat.

von Michael B. (laberkopp)


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Ingo S. schrieb:
> Wie messe ich jetz Feinheiten der Eigenschaften von MOSFETs ?

Etwas mehr messe ich mit dem primitiven Halbleitertester
1
     NPN/NMOSFET/TRIAC+THYRISTOR
2
   ein/     /o-----+-------+-----------------+
3
 +--o/ o--o/       |       |                 | 
4
 |         : o--+  |      (X) 50mA Glühlampe |
5
 | +       :    |  |       |                 | 
6
 9V        :    |  |       +---D S G--180R--250R Poti
7
 | -       :    |  |       |     |           |
8
 |         :/o--+--(--+  Taster  |           |
9
 +--------o/       |  |    |     |           |
10
             o-----+  +----+-----+-----------+ 
11
      PNP/PMOSFET/TRIAC

Aber der erkennt natürlich auch nicht, wenn ein Bauteil z.B. bei 24V 
plötzlich leitend wird, oder keine ausreichende Verstärkung mehr hat.

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