Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik µC steuert FET


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von Johannes (Gast)


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Hallo  Community,

eine blutige Anfängerfrage:

ich habe vor mit einem µC ein FET anzusteuern, den Treiber habe ich 
diskret aufgebaut. Nun bin ich ein wenig verwirrt was den 
Basiswiderstand betrifft. Der µC liefert am Ausgang max. 20mA .. in 
diesem Fall wäre der Widerstand so oder so nicht notwendig oder?

Ich hab mir nämlich gedacht, dass ich den Strom begrenzen soll weil die 
Transistoren max 0.3A aushalten .. wenn ich aber jedoch unter 0.3A 
bleiben möchte und somit zb 100...1k Ohm nehme, verändert sich der 
fallende Flanke am Drain .. habe dann unterschiedliche Flankenzeiten, 
was ich nicht haben möchte.

Und der Kondensator hat die Aufgabe als "speeding capacitor" was sich 
aber nicht bemerkbar macht bzgl. Schaltzeiten wenn ich den ändere ..

: Verschoben durch Moderator
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Der PNP ist falsch rum. Die 5 Ohm Widerstände sind unnötig. C1 ist auch 
unnötig. R1 wird kaum etwas nützen, weil der Ausgangswiderstand des IC 
bereits viel größer ist und ohnehin nicht so viel Strom fließen wird 
dass da nennenswert was abfällt. Lass den auch weg.

Warum schließt du U1 und R6 nicht direkt an den Ausgang des 
Mikrocontrollers an?

von Johannes (Gast)


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Vielen Dank,

den PNP hab ich durch zu viel spiegeln und drehen, falsch angeschlossen.

Die 5Ohm Wid. habe ich deswegen eingebaut, falls beide Transistoren 
"kurzzeitig" im gleichen Moment schalten sollten, dass der Strom 
begrenzt bleibt um die beiden zu schonen.

Nicht direkt angehängt, weil ich damit bezweckt habe einen diskreten 
Treiber aufzubauen um die Schaltzeiten zu verringen, um den internen C 
vom FET schneller laden bzw. entladen zu können.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Stefan U. schrieb:
> Der PNP ist falsch rum.
Einfach zu merken: Strom fließt in Pfeilrichtung von Plus nach Minus. 
Funktioniert erstaunlich oft... ;-)

Der U1 hat für einen Transistor aber echt ein eigenartiges Aussehen.

von Typ (Gast)


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Johannes schrieb:
> Die 5Ohm Wid. habe ich deswegen eingebaut, falls beide Transistoren
> "kurzzeitig" im gleichen Moment schalten sollten, dass der Strom
> begrenzt bleibt um die beiden zu schonen.

Kann hier nicht passieren, keine Sorge.

Johannes schrieb:
> Nicht direkt angehängt, weil ich damit bezweckt habe einen diskreten
> Treiber aufzubauen um die Schaltzeiten zu verringen, um den internen C
> vom FET schneller laden bzw. entladen zu können.

Hast du überprüft, ob das notwendig ist?

von Johannes (Gast)


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Hallo,

"eigenartig" weil ich das Symbol dafür automatisch in LTSPice hab 
genererien lassen.

von Johannes (Gast)


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Ohne dem Treiber brauche ich etwa 600ns zum Schalten ..

Und als Richtwert sollte ich 50ns erreichen, was ich durch diesen Aufbau 
auch erreiche, jedoch war ich eben verwirrt bzgl Basiswiderstand ..

also ist er nicht notwendig, weil der µC schon eh ohnehin max. 20mA 
liefern kann? Habe die Schaltung im Netz gefunden, und viele betreiben 
diese Schaltung mit einem Basiswiderstand vor dem Transistor

Und ist der R6 Gatewiderstand notwendig? Der ist ja dazu da, um die 
Ladezeiten auf Wunsch zu verlangsamen oder?

Beitrag #5217700 wurde vom Autor gelöscht.
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Die 5Ohm Wid. habe ich deswegen eingebaut, falls beide
> Transistoren "kurzzeitig" im gleichen Moment schalten sollten

Das werden sie nicht tun.

> Kann hier nicht passieren, keine Sorge.

Amen

> Einfach zu merken: Strom fließt in Pfeilrichtung von
> Plus nach Minus. Funktioniert erstaunlich oft...

Und Strom besteht aus Elektronen, die von Minus nach Plus fließen. Aber 
weil man Elektronen als negativ geladen betrachtet, ist die logische 
Flussrichtung des Stromes anders herum.

Alles klar jetzt? :-)

Eigentlich ist es vollkommen Wurscht, in welche Richtung was fließt und 
ob das nun positive oder negative Teilchen sind. Deswegen habe ich mir 
das so gemerkt:

Der Pfeil zeigt von der höheren Spannung zur niedrigeren. 5V > 0V.

Zu den Widerständen: Die 33 Ohm begrenzen bereits den Ladestrom des 
Gates. Bei 5V fließen maximal 5V / 33 Ohm = 152mA. Der Basis Strom der 
Transistoren ist viel geringer, nämlich um den Verstärkungsfaktor (HFE) 
kleiner.

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Einen Totem-Pole-Treiber nochmal selbst erfinden?

von Michael B. (laberkopp)


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Johannes schrieb:
> Der µC liefert am Ausgang max. 20mA .. in
> diesem Fall wäre der Widerstand so oder so nicht notwendig oder?
>
> Ich hab mir nämlich gedacht, dass ich den Strom begrenzen soll weil die
> Transistoren max 0.3A aushalten .. wenn ich aber jedoch unter 0.3A
> bleiben möchte und somit zb 100...1k Ohm nehme, verändert sich der
> fallende Flanke am Drain .. habe dann unterschiedliche Flankenzeiten,
> was ich nicht haben möchte.
>
> Und der Kondensator hat die Aufgabe als "speeding capacitor" was sich
> aber nicht bemerkbar macht bzgl. Schaltzeiten wenn ich den ändere ..

Die Frage ist, was du überhaupt ereichen willst.

Der BUK9Y25 ist ein LogicLevel MOSFET, kann also direkt vom uC 
angesteuert werden.

Der PNP ist falsch, wie schon erwähnt wurde, die 33 Ohm vor dem Gate 
machen den ganzen Aufwand wieder zunichte, und wenn sowieso nicht mehr 
als 135mA fliessen müssen, braucht man auch keine Strombegrenzung für 
die Bipolarbasis, die zieht nur 1/100 davon als Emitterfolger.

Nur wenn man GANZ SCHNELL schalten will, braucht man zum Umlagend en 
2.7nF Gates mehr Strom als die 20mA des uC, nur dann kann ein 
Gate-Treiber sinnvoll sein.

Deine 2.5us im pulse statement deuten so ein Tempo an.

Johannes schrieb:
> Ohne dem Treiber brauche ich etwa 600ns zum Schalten ..
>
> Und als Richtwert sollte ich 50ns erreichen, was ich durch diesen Aufbau
> auch erreiche, jedoch war ich eben verwirrt bzgl Basiswiderstand ..

Du hast 2.7nF und willst in 50ns um 5V umladen, also brauchst du 2A. Aus 
20mA also eine Stromvberstörkung von 100. Nimm deine Transistoren ohne 
weitere Widerstände. Achso, welche Transistoren, das Idealmodell NPN 
wohl kaum. Also BC327/337. Die schaffen die 2A auch kurze Zeit, und 
haben noch gute Stromverstärkung. BC136/137 könnte knapp werden. 
ZTX1047/1147 schafft zwar viel Strom, ist aber langsam.

Denke dran, daß bei 50ns keine Leitung länger als 2cm sein darf, die 
Leitungsinduktivität bremst.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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> Einfach zu merken: Strom fließt in Pfeilrichtung von
> Plus nach Minus. Funktioniert erstaunlich oft...

Dumm nur, wenn man auf Mosfets umsteigen will. Da isses leider genau 
umgekehrt.

"Pfeil zeigt zum n-leitenden Gebiet" ist dagegen ein Stück universeller.

Michael Bertrandt (laberkopp)  schrieb:

>ZTX1047/1147 schafft zwar viel Strom, ist aber langsam.

Wobei das bei Emitterfolgern wie hier sich nicht sehr auswirkt. Da sind 
auch langsame schnell.

von Klopfer (Gast)


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In dem Bereich des Peakstromes nehme ich gerne BD136 / BD139 + BD137 / 
BD140.
Allerdings wüßte ich gerne, mit welcher Taktfrequenz bzw. 
Schalthäufigkeit hier gearbeitet werden soll. Solch steile Schaltflanken 
hätte für täglich 2x aus und ein eher weniger Sinn, also...

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich habe irgendwo gelesen, dass MOSFET Transistoren gehen können, wenn 
sie zu schnell schalten, weil der Drain Anschluss kapazitiv auf das Gate 
einkoppelt (vor allem bei hohen Spannungen).

von Johannes (Gast)


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Hallo,

also die Widerstände weggenommen, simuliert mit realen Transistoren 
PMD3001 von Nexperia, erreichen tue ich einen hFe von 100 - also alles 
gut ..

ich glaube aber, dass ich noch immer einen Denkfehler habe:

Der µC liefert 20mA am Pin .. wie kann ich das in LTSPice simulieren ?
Wenn ich zB. am Basis 5V/250Ohm = 20mA haben möchte schalte ich einen 
250Ohm Vorwiderstan, der Transistor zieht jedoch nur die 1.3mA (ohne R 
warens 1.6mA)

Und wenn es nich simulieren kann, wird es nach dem Aufbau so aussehen, 
dass die an der Basis liegende 20mA mit dieser Schaltungsaufbau zu 2A 
(Ic) verstärkt werden?

Kann ich diese 2A auch auf 1A reduzieren durch ein Widerstand am 
Kollektor des oberen Transistors?

PS: Taktfrequenz sind 200khZ

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Jetzt hast du einen unbegrenzten Strom, das kann so nicht gut gehen. Du 
solltest schon einen Widerstand vor das Gate schalten.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bei einem Logic-Level MOSFET und lediglich 5V Versorgungsspannung ist 
der doppelte Emitterfolger als Treiber grenzwertig bis ungeeignet. Denn 
immerhin "klaut" er in jeder Richtung 0.7V von der Steuerspannung. Aus 
einem perfekten 0V/5V Steuersignal werden so 0.7V/4.3V am MOSFET-Gate. 
Außerdem werden gerade die Grenzbereiche eher langsam durchfahren.

Unter diesen Umständen nimmt man besser einen CMOS-Treiber, gern auch 
mehrere parallel. Oder halt einen "richtigen" MOSFET-Treiber.

Johannes schrieb:
> ich glaube aber, dass ich noch immer einen Denkfehler habe:

Ja.

> Der µC liefert 20mA am Pin .. wie kann ich das in LTSPice simulieren ?

Gar nicht. Weil es nämlich nicht stimmt. Der µC verträgt maximal 20mA 
Dauerstrom. Liefern kann er mehr. Und impulsmäßig verträgt er auch 
mehr. Der Ausgangswiderstand eines halbwegs aktuellen CMOS-Ausgangs 
liegt zwischen 30 und 50 Ohm. Schalte also einfach einen solchen 
Widerstand in Reihe zu deiner idealen Steuerspannungsquelle.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Johannes schrieb:

> ich glaube aber, dass ich noch immer einen Denkfehler habe:

Ja, nämlich den, das Du Dich bei ultraschnellen Schaltungen
auf Simulationen verläßt.

von Tim (Gast)


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Ich schieb mich hier mal kurz ein (Sorry Johannes).

Kennt denn jemand einen kleinen Mosfet Treiber (in Form eines ICs).

uc -> Treiber IC --> Fet(für 10V,12V,24V)

Der Treiber sollte natürlich weniger Platz auf dem PCB wegnehmen als die 
diskreten zwei Transistoren ;)


Grüße :)

von m.n. (Gast)


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Tim schrieb:
> Kennt denn jemand einen kleinen Mosfet Treiber (in Form eines ICs).

Wenn die Rahmenbedingungen stimmen und Du die 24 V schnell wieder 
vergißt: NE555 ;-)

von Clemens L. (c_l)


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Tim schrieb:
> Kennt denn jemand einen kleinen Mosfet Treiber (in Form eines ICs).

Sowas wie z.B. LM5112? Da gibt es viele:
https://www.digikey.de/products/de/MOSFET-Treiber/730

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Jens G. schrieb:
> Dumm nur, wenn man auf Mosfets umsteigen will. Da isses leider genau
> umgekehrt.
Nicht, wenn man sich den eingezeichneten Pfeil als Bulk-Diode vorstellt. 
Die muss nämlich im Normalfall sperren und damit der "Stromrichtung" 
entgegen zeigen.

> Da isses leider genau umgekehrt.
Und natürlich ist es bei einer Z-Diode auch "umgekehrt", weil die für 
ihre Funktion ja auch "umgekehrt" eingebaut werden muss.

> "Pfeil zeigt zum n-leitenden Gebiet" ist dagegen ein Stück universeller.
Ich kapiere das jetzt aber nicht so, dass ich das mit einem Blick auf 
den Schaltplan anwenden könnte. Ist vermutlich noch zu früh am Morgen... 
;-)

Harald W. schrieb:
> Ja, nämlich den, das Du Dich bei ultraschnellen Schaltungen
> auf Simulationen verläßt.
Das kann man prinzipiell schon. Man mauss aber auch die Leitungsführung 
mit einmodellieren. Denn die sind in keinem Modell mit drin. Die 
Simulation oben ist, wie wenn alles ohne jegliche Leitungen direkt 
aufeinander montieren könnte...

von MaWin (Gast)


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Johannes schrieb:
> Der µC liefert 20mA am Pin .. wie kann ich das in LTSPice simulieren ?
> Wenn ich zB. am Basis 5V/250Ohm = 20mA haben möchte schalte ich einen
> 250Ohm Vorwiderstan, der Transistor zieht jedoch nur die 1.3mA (ohne R
> warens 1.6mA)

Der Transistor zieht in der Emitterfolgerschaltung nur das was er 
braucht, daher kann der Basiswiderstand entfallen und der uC Ausgang 
wird trotzdem nicht überlastet

Ob der Gate-Vorwiderstand auch entfallen kann? Wenige Ohm hat auch ein 
Bipolartransistor.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.22.2

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tim schrieb:
> Kennt denn jemand einen kleinen Mosfet Treiber (in Form eines ICs).
> uc -> Treiber IC --> Fet(für 10V,12V,24V)

Der Artikel MOSFET-Übersicht im hiesigen Wiki hat auch einen 
Abschnitt zu MOSFET-Treibern.

> Der Treiber sollte natürlich weniger Platz auf dem PCB wegnehmen als die
> diskreten zwei Transistoren ;)

Das würde schon SO8 leisten. Es geht aber natürlich auch kleiner. Den 
MCP1416 gibt es z.B. im SOT23/5

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Nach >20 Beiträgen ist noch immer nicht klar, um welche Ströme es geht, 
warum der Schaltbetrieb auch für die Treibertransistoren etwas anderes 
als Linearbetrieb ist und weshalb auch ein einfacher 
Kleinsignaltransistor in wenigen Mikrosekunden ein MOSFET-Gate 
hochbekommt und die wenigsten Basteleien solch steile Flanken brauchen.

Tipp fürs Verständnis: Schaltbetrieb Kleinsignaltransistor klären, 
besonders die Impulsbelastbarkeit und beim Totem-Pole die 
Bezugspotenziale. Danach mit dem MOSFET, speziell dem Schaltbetrieb mit 
Blick auf die Gate-Kapazität, Miller-Plateau und so. Um es abzurunden 
kommst du um die Integration dV/dt nicht umhin, die Flankensteilheit vor 
das geistige Auge zu bekommen.

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