Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET - Stromquelle


von Pascal K. (passhero)


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Ich habe eine Frage zur Theorie einer Stromquelle.
Mir ist die Stromquelle mit einem Transistor und Diode bekannt (siehe 
Anhang Bild 1). 0,7V fallen über Ucb ab der Rest über Wiederstand --> 
Wiederstand bestimmt Strom.
Nun frage ich mich, ob sich dieses Prinzip auch mit einem MOSFET 
umsetzen lässt. Ich habe den Transistor durch ein MOSFET (ATP302) 
ersetzt (Bild 2). Es stellt sich heraus, dass sich die GATE SOURCE 
Spannung immer auf 2.5V einstellt, egal wie ich den Wiederstand 
dimensioniere bzw. egal wie viel Dioden ich in Reihe schalte. Der Rest 
der Spannung fällt über den Wiederstand R1 ab --> Stellt Strom ein. 
Meine Frage: Warum stellt sie sich immer auf 2,5 V ein? Wenn die 
Spannung über GATE SOURCE immer 2,5V beträgt könnt ich doch qie beim 
Transistor eine Stromquelle realisieren?

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Pascal K. schrieb:
> Mir ist die Stromquelle mit einem Transistor und Diode bekannt

> Nun frage ich mich, ob sich dieses Prinzip auch mit einem MOSFET
> umsetzen lässt.

Im Prinzip ja, nur noch schlechter. Weil U_gs beim MOSFET für einen 
konstanten Strom noch mehr exemplar- und temperaturabhängig ist als U_be 
am Bipolartransistor.

> Ich habe den Transistor durch ein MOSFET (ATP302)
> ersetzt (Bild 2). Es stellt sich heraus, dass sich die GATE SOURCE
> Spannung immer auf 2.5V einstellt, egal wie ich den Wiederstand
> dimensioniere bzw. egal wie viel Dioden ich in Reihe schalte.

Mit Sicherheit nicht. Gemessen oder simuliert? Für welche Stromwerte?

> Meine Frage: Warum stellt sie sich immer auf 2,5 V ein?

Tut sie nicht. So lange die Stromquelle im linearen Bereich bleibt (U_ds 
>> U_gs) wird sich U_gs passend zum Drainstrom einstellen. Andererseits 
ist der ATP302 recht steil. Das Datenblatt sagt 75S @ I_d=35A. Es reicht 
also eine kleine Spannungsänderung für eine große Stromänderung.

Was soll außerdem der Blödsinn mit dem Kondensator?

: Bearbeitet durch User
von Pascal K. (passhero)


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Es stellt sich ca. 2,5V (im Ladevorgang) ein habe es gemessen und 
aufgebaut (siehe Anhang).

Ich möchte mit der Stromquelle einen Kondensator mit konstantem Strom 
laden deswegen der Kondensator.

Ich möchte den Strom auf beispielsweise 400 mA begrenzen.

: Bearbeitet durch User
von Toxic (Gast)


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Wie waere es damit?
2 Versionen: C einmal gegen Masse und C einmal gegen +Ub

von ArnoR (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Im Prinzip ja, nur noch schlechter. Weil U_gs beim MOSFET für einen
> konstanten Strom noch mehr exemplar- und temperaturabhängig ist als U_be
> am Bipolartransistor.

Die Exemplarabhängigkeit ist beim MOSFET größer als beim Bipo, die 
Temperaturabhängigkeit ist aber kleiner.

Zwar ist beim MOSFET bei kleinen Strömen die absolute 
Temperaturabhängigkeit der Ugs etwas größer als die der Ube beim Bipo, 
in solchen Schaltungen wie oben ist aber die relative 
Temperaturabhängigkeit maßgebend, nicht die absolute. Und die relative 
Temperaturabhängigkeit der Ugs ist wegen der erheblich größeren Ugs 
kleiner als die entsprechenden Größen beim Bipo.

Die Temperaturabhängigkeit der Ugs des MOSFET ist bei kleinen Strömen am 
größten, sie fällt mit steigendem Strom, wird bei mittleren Strömen 0 
und steigt bei noch größeren Strömen mit umgekehrtem Vorzeichen wieder 
an.

Beitrag #5591604 wurde vom Autor gelöscht.
von Pascal K. (passhero)


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Toxic schrieb:
> Wie waere es damit?
> 2 Versionen: C einmal gegen Masse und C einmal gegen +Ub

Könntest du die Schaltung eventuell erklären? danke!:)

von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb im Beitrag #5591604:
> @Toxic Könntest du die Schaltung eventuell erklären?

Ich erklaere es(grob)anhand der linken Schaltung:
Im Einschaltmoment wird der MosFet ueber den R2 sofort leitend und es 
beginnt ein Strom zufliessen der den Kondensator auflaedt.Wird der Strom 
so hoch,dass ca. 0.7V am R1 abfallen,wird der Transistor Q1 leitend und 
zieht das Gatespannung gegen Null.Damit wuerde der MosFet aber anfangen 
zu sperren mit der Folge,dass die Spannung ueber R1 wieder unter 0.7V 
sinkt.Das wiederum sperrt den Q1 und die Gatespannung steigt wieder 
an:kurzum es findet ein Regelvorgang statt,der die 0.7V konstant haelt 
und somit auch den Ladestrom.
Diese Schaltung habe ich uebrigens nicht erfunden - sie existiert 
tausendfach im Internet etc....
Die rechte Schaltung ist der linken ebenbuertig - lediglich die 
Polaritaeten sind anders

von Pascal Kuehnemund (Gast)


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Toxic schrieb:
> Pascal K. schrieb im Beitrag #5591604:
>> @Toxic Könntest du die Schaltung eventuell erklären?
>
> Ich erklaere es(grob)anhand der linken Schaltung:
> Im Einschaltmoment wird der MosFet ueber den R2 sofort leitend und es
> beginnt ein Strom zufliessen der den Kondensator auflaedt.Wird der Strom


Dankeschön habs verstanden! Ist der 1K Ohm Wiederstand (R6) nötig oder 
kann man den auch weglassen?

von Toxic (Gast)


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Pascal Kuehnemund schrieb:
> Ist der 1K Ohm Wiederstand (R6) nötig oder
> kann man den auch weglassen?

Ich wuerde ihn nicht weglassen.Irgendein Wert zwischen 1k und 10k sollte 
ok sein.Es ist gute Schaltungspraxis die Basis-Emitterstrecke nicht zu 
niederohmig anzufahren um eventuelle kurzzeitige Stromspitzen in die 
Basis im Einschaltmoment oder bis die Regelung richtig greift zu 
vermeiden.
Desweiteren wuerde ich fuer R5 einen Wert zwischen 15k und 47K verwenden 
um die Verlustleistung im Widerstand zu verringern.
Ausserdem kann auch eine 15V-Zenerdiode als Schutz fuer die 
Gate-Source-Strecke nicht schaden(Polaritaet beachten).Du arbeitest mit 
48V,da koennte sich auch im Einschaltmoment fuer ein paar Nanosekunden 
eine zu hohe Spannung aufbauen.MosFets vertragen in der Regel nicht mehr 
als 15V.

Die zusaetzliche Zenerdiode kostet ja nicht die Welt und hat lediglich 
eine Schutzfunktion.....

Kannst ja mal mit verschiedenen Werten simulieren und setze auch die 
richtigen Modelle fuer die Halbleiter ein.

von Pascal K. (Gast)


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> Die zusaetzliche Zenerdiode kostet ja nicht die Welt und hat lediglich
> eine Schutzfunktion.....
>
> Kannst ja mal mit verschiedenen Werten simulieren und setze auch die
> richtigen Modelle fuer die Halblei


Alles klar danke für deine Hilfe.
Bist du beruflich in der Elektronik tätig? Kannst du mir eventuell 
Literatur zur Schaltungstechnik empfehlen? btw Ich hab Elektrotechnik 
Schwerpunkt Automatisierungstechnik studiert und bin seit einem Jahr als 
Hardwareentwickler tätig.

von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> Bist du beruflich in der Elektronik tätig?

War ich fuer viele Jahre.Hauptsaechlich im Reparatursektor.Mit Einstein 
und Wernher von Braun kann ich allerdings nicht mithalten ?.Bin einer 
von vielen hier auf dem Forum....

Was Literatur angeht finde ich das hier ganz gut:

Die pdf-Dateien sind gut gestaltet,haben ein ordentliches 
Inhaltverzeichnis und meines Erachtens gut geeignet fuer Neueinsteiger 
und solche die mal wieder ihr Wissen auffrischen wollen.

Ist allerdings auf Englisch.Runterladen und anschauen: ist kostenlos...
Es sind insgesamt 6 Baende die so ziemlich alle Bereiche der Elektronik 
abdecken.

https://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/

Ich bin mir sicher,dass hier auf dem Forum andere User zusaetzliche Tips 
geben koennen.

Beitrag #5592027 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Pascal K. schrieb:
> Es stellt sich ca. 2,5V (im Ladevorgang) ein habe es gemessen und
> aufgebaut (siehe Anhang).

Das ist eine Simulation, kein Aufbau.

Und U_gs ist nicht konstant. Zwischen beiden "Messungen" sind gut 32mV 
Differenz. Wenn ich das richtig sehe, dann fließen einmal knapp 40mA und 
einmal knapp 770mA. Ergibt eine Steilheit vom knapp 23S (delta I_d / 
delta U_gs). Das kommt hin, wenn der MOSFET nominal 75S bei I_d=35A hat.

von Pascal K. (passhero)


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Hast du eventuell noch einen Vorschlag wie man die Stromquelle mit einem 
µC Ein- bzw. Ausschallten könnte? Vorschlag: MOSFET ans Gate vom 
ATP302(siehe Anhang).

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von Route_66 H. (route_66)


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Es widert einen förmlich an, dass hier wieder einmal ein Widerling den 
Widerstand mit "ie" schreibt.
Widerlich!
Immer wieder.

von Igor Prakasof (Gast)


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Route 6. schrieb:
> Es widert einen förmlich an, dass hier wieder einmal ein Widerling den
> Widerstand mit "ie" schreibt.
> Widerlich!
> Immer wieder.

Mach dich nicht lächerlich das interessiert kein Mensch und deshalb 
haben Foren immer so einen schlechten ruf. Sowas ist einfach nur 
schlimm!

von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> MOSFET ans Gate vom
> ATP302(siehe Anhang).

An's Gate schon aber der andere Anschluss muss an die Source und die ist 
mit+Ub verbunden.Es wird also ein kleines bischen umstaendlicher.
Anbei 2 Schaltungsmoeglichkeiten.Einmal mit Transistor und einmal mit 
MosFet.Was die Widerstandswerte angeht,hast Du grossen Spielraum.Ich 
verwende wenn moeglich immer nur eine Sorte von 
Widerstaenden.1k/4k7/10k/47k/100k  - das reduziert die heimische 
Lagerverwaltung.Ansonsten nimm was Du hast - muss halt 
berechnungsmaessig passen.....
Den Rest ueberlass ich Dir - mit LTspice hast Du ein nettes Tool um auch 
andere Moeglichkeiten auszuloten.

von Pascal K. (passhero)


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Hab die Stromquelle aufgebaut (ohne µC Steuerung), jedoch schaltet der 
MOSFET nicht durch und lädt den Kondensator nicht.
Wenn ich R1 mit 10K, R6 mit 47K und R4 mit 10 Ohm dimensioniere 
funktioniert es. Der Basiswiderstand scheint mir aber ein bisschen hoch 
oder?

: Bearbeitet durch User
von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> jedoch schaltet der
> MOSFET nicht durch und lädt den Kondensator nicht.

Ich vermute,dass das Model fuer den ATP302 nicht stimmt.Da ich deine asy 
und lib-Datei nicht habe, habe ich auf die Schnelle das Spicemodel 
runtergeladen und LTspice ein Symbol kreieren lassen.
Die Schaltung funktioniert nach wie vor mit meinem ATP302-Model...

Kopier deine asc-Datei,die asy-und lib-Datei in einen Ordner und 
modifiziere die asc-datei mit "meinem" ATP302-Model

von Pascal K. (Gast)


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Toxic schrieb:
> Pascal K. schrieb:
> jedoch schaltet der
> MOSFET nicht durch und lädt den Kondensator nicht.
>
> Ich vermute,dass das Model fuer den ATP302 nicht stimmt.Da ich deine asy
> und lib-Datei nicht habe, habe ich auf die Schnelle das Spicemodel
> runtergeladen und LTspice ein Symbol kreieren lassen.
> Die Schaltung funktioniert nach wie vor mit meinem ATP302-Model...
>
> Kopier deine asc-Datei,die asy-und lib-Datei in einen Ordner und
> modifiziere die asc-datei mit "meinem" ATP302-Model

Ich meine ich hab die Schaltung in der Realitöt aufgebaut in ltspice 
funktioniert es

von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> Ich meine ich hab die Schaltung in der Realitöt aufgebaut in ltspice
> funktioniert es

Ja nach der Theorie kommt die Praxis...
Ganz allgemein:
1.Beachte die Pinbelegung des Mosfets
2.48V ist ein Haufen Zeug.Stelle sicher, dass der Transistor,der 
Kondensator etc dafuer ausgelegt ist.
3.Die Ladezeit betraegt gerade mal 25ms - Ist ein Oszilloskop 
vorhanden?Mit einem normalen Multimeter siehst Du da gar nix (sollte die 
Schaltung irgendwann funktionieren)

4.Wenn der Mosfet nicht schalten will,dann miss dessen Ugs.
5.Stelle auch sicher,dass alle Halbleiter auch noch in Ordnung sind - 
wie schon gesagt:48V ist kein Pappenstiel.....
6.Von jetzt ab bist Du auf dich alleine gestellt.So lernt man sein 
Handwerk.
7.Wenn alle Stricke reissen,versuch es mal mit geringerer Spannung und 
wesentlich laengeren Ladezeiten um auch mit einem normalen Multimeter 
den Messaufbau genauer unter die Lupe zu nehmen.

von ArnoR (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> Hab die Stromquelle aufgebaut (ohne µC Steuerung), jedoch schaltet der
> MOSFET nicht durch und lädt den Kondensator nicht.

Hast du vielleicht die Anschlüsse des Mosfet vertauscht? Die Zählung in 
deinem Bild passt nicht zur Zählung am Gehäuse. Gate liegt nicht in der 
Mitte (Pin 2).

von ArnoR (Gast)


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Toxic schrieb:
> An's Gate schon aber der andere Anschluss muss an die Source und die ist
> mit+Ub verbunden.Es wird also ein kleines bischen umstaendlicher.
> Anbei 2 Schaltungsmoeglichkeiten.

Im Anhang mal ein Gegenvorschlag für eine vom µC geschaltete 
Stromquelle, die nur 2 zusätzliche Bauelemente braucht und nicht 6 wie 
beim Vorschlag von Toxic.

von Edgar S. (Firma: keine) (heinbloed1)


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Das mit dem Wiederstand ist ja schon penetrant.....

von Pascal K. (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Pascal K. schrieb:
> Hab die Stromquelle aufgebaut (ohne µC Steuerung), jedoch schaltet der
> MOSFET nicht durch und lädt den Kondensator nicht.
>
> Hast du vielleicht die Anschlüsse des Mosfet vertauscht? Die Zählung in
> deinem Bild passt nicht zur Zählung am Gehäuse. Gate liegt nicht in der
> Mitte (Pin 2).

Die Pinbelegung in ltspice ist anders, im Versuchsaufbau (realen) ist es 
richtig angeschlossen. Als Transistor habe ich den bcx53 (pnp) 
verwendet. mich wundert es, dass die Schaltung erst bei so einem großen 
Basiswiderstand (47k) und 10k an collector zu funktionieren scheint...

von Toxic (Gast)


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Pascal K. schrieb:
> Als Transistor habe ich den bcx53 (pnp)
> verwendet.

Schalte mal versuchsweise einen 10k-Widerstand parallel zur CE-Strecke 
vom Q2.Das stellt sicher, dass das Gate maximal ca. 8V 
abbekommt.(Spannungteiler 47k/10k)

von MiWi (Gast)


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Pascal Kuehnemund schrieb:
> Toxic schrieb:
>> Pascal K. schrieb im Beitrag #5591604:
>>> @Toxic Könntest du die Schaltung eventuell erklären?
>>
>> Ich erklaere es(grob)anhand der linken Schaltung:
>> Im Einschaltmoment wird der MosFet ueber den R2 sofort leitend und es
>> beginnt ein Strom zufliessen der den Kondensator auflaedt.Wird der Strom
>
> Dankeschön habs verstanden! Ist der 1K Ohm Wiederstand (R6) nötig oder
> kann man den auch weglassen?

Du kannst ihn weglassen nur wenn Du das machst dann stirbt der NPN oder 
PNP beim ersten Huster, der irgendwo auftaucht weil der BE-Strom zu 
schnell zu groß wird.


MiWi

von Zeno (Gast)


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@TO
Als Literatur würde ich Dir "Halbleiterschaltungstechnik" von 
Tietze/Schenk/Gamm empfehlen. Da werden Stromquellen mit 
Bipolartransistoren als auch mit Mosfet ausführlich beschrieben.

Sehr einfache Stromquellen kann man mit Sperrschichtfets bauen. Die 
haben nur einen strombestimmenden Widerstand. Die Werte der Schaltung 
sind allerdings sehr stark von den Exemplarstreuungen des FET's 
abhängig.
Um da mal was auf die Schnelle durchzurechnen habe ich dafür mal ein 
Tabellenblatt (Libreoffice) gemacht. Habe es mal mit angehängt. In die 
grün hinterlegten Felder kann man Werte eintragen. Die blau hinterlegten 
Werte zeigen die berechneten Werte an.
Vielleicht hilft es Dir weiter.

von Résistance à la décadence du langage (Gast)


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Edgar S. schrieb:
> Das mit dem Wiederstand ist ja schon penetrant.....

Diese Aussage läßt gänzlich widersprüchliche Vermutungen zu.

Also: Schließt Du Dich dem Widerstand gegen Wiederstand an?
Oder gehörst Du etwa zum Widerstand gegen jenen Widerstand?

ArnoR schrieb:
> Gegenvorschlag für eine vom µC geschaltete Stromquelle

Schöne Lösung. Wird gleich gespeichert, dankeschön.

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