Frage zu Mosfet Schaltung

[Wiesel (Gast)]

Hallo zusammen :)

ich versuche gerade eine Schaltung zu verstehen, wo 2 Widerstände an 
einem Mosfet dran sind. Der R1001 dient als Pull Down Widerstand, damit 
der Mosfet nicht ausversehen leitend wird uns sicher auf Masse gezogen 
wird. Den Sinn vom R1002 verstehe ich noch nicht ganz. Wenn Mosfet doch 
per Spannung gesteuert werden, dann braucht man diese doch nicht oder?

MfG

[hinz (Gast)]

Der soll die Schaltgeschwindigkeit begrenzen, der EMV wegen.

[Günter M. (redround)]

das Gate eines MOSFET ist gleichzusetzen mit einem Kondensator. Wenn der 
MOSFET als "Schalter" (also im sog. Sättigungsbetrieb) verwendet wird, 
dann muss diese Gate-Kapazität geladen werden, um ihn "durchzuschalten". 
Nach dem Laden der Gate-Kapazität ist der MOSFET dann tatsächlich 
ausschließlich spannungsgesteuert. Das gilt aus dem vorgenannten aber 
nicht für die Zeit des Umladens. Der 1k2 soll diesen Ladestrom begrenzen 
(wobei 1k2 wirklich recht viel ist). Das reduziert zwar die EMV Impulse, 
führt auf der anderen Seite aber dazu, dass der MOSFET länger im Linear- 
und nicht im Sättigungs-Betrieb ist. Dadurch wird die Verlust-Leistung, 
die am MOSFET in Wärme umgesetzt wird größer. Also:

kleiner Gatewiderstand = schnelles Schalten, wenig Erwärmung, ggf. hohe 
EMV Emission

großer Gatewiderstand = langsames Schalten, hohe Erwärmung, niedrige EMV 
Emission

Wenn das Gate direkt mit dem Ausgang eines Controllers angesteuert wird, 
soll der Widerstand zudem den max. fließenden Strom auf einen Wert 
begrenzen, den der Controller problemlos liefern kann.

[Joachim B. (jar)]

Günter M. schrieb:
> kleiner Gatewiderstand = schnelles Schalten, wenig Erwärmung, ggf. hohe
> EMV Emission

hoher Umladestrom der den Treiber überlasten kann, erst
Recht bei hohen Gatekapzitäten und vielen Schaltvorgängen (PWM)

[verwirrter anfänger (Gast)]

Joachim B. schrieb:
> vielen Schaltvorgängen (PWM)

Du meintest wohl "vielen Schaltvorgängen pro Zeiteinheit",
folglich meintest Du hier die "(Schalt-) Frequenz", oder?

PWM geht m. W. genausogut mit sehr niedriger Frequenz,
das Kürzel heißt doch einfach nur "Pulsbreitenmodulation"?

[Joachim B. (jar)]

verwirrter anfänger schrieb:
> PWM geht m. W. genausogut mit sehr niedriger Frequenz,
> das Kürzel heißt doch einfach nur "Pulsbreitenmodulation"?

ja, bei Heizungen sind Zeiten im Minutenbereich sinnvoll, bei 
Beleuchtung könnte das an aus lästig sein. :)

[Michael H. (michael-h)]

Günter M. schrieb:
> das Gate eines MOSFET ist gleichzusetzen mit einem Kondensator. Wenn der
> MOSFET als "Schalter" (also im sog. Sättigungsbetrieb) verwendet wird,
> dann muss diese Gate-Kapazität geladen werden, um ihn "durchzuschalten".
> Nach dem Laden der Gate-Kapazität ist der MOSFET dann tatsächlich
> ausschließlich spannungsgesteuert. Das gilt aus dem vorgenannten aber
> nicht für die Zeit des Umladens. Der 1k2 soll diesen Ladestrom begrenzen
> (wobei 1k2 wirklich recht viel ist). Das reduziert zwar die EMV Impulse,
> führt auf der anderen Seite aber dazu, dass der MOSFET länger im Linear-
> und nicht im Sättigungs-Betrieb ist. Dadurch wird die Verlust-Leistung,
> die am MOSFET in Wärme umgesetzt wird größer.

Kleine Korrektur zu den Begrifflichkeiten "Sättigungsbetrieb" und 
"Linearbetrieb". Beim MOSFET werden die Begriffe genau umgekehrt 
verwendet - im Gegensatz zum Bipolartransistor. Wenn der MOSFET in 
Sättigung betrieben wird liegt viel Spannung über DRAIN SOURCE an - das 
Gate wird also noch geladen. Ist die Drain Source Spannung klein und der 
MOSFET voll durchgeschaltet befindet er sich im linearen Bereich oder 
auch ohmschen Bereich man sieht einen einigermaßen konstanten Widerstand 
und der MOSFET fungiert als Schalter.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Michael H. schrieb:
> Günter M. schrieb:
>> das Gate eines MOSFET ist gleichzusetzen mit einem Kondensator. Wenn der
>> MOSFET als "Schalter" (also im sog. Sättigungsbetrieb) verwendet wird,
>> dann muss diese Gate-Kapazität geladen werden, um ihn "durchzuschalten".
>> Nach dem Laden der Gate-Kapazität ist der MOSFET dann tatsächlich
>> ausschließlich spannungsgesteuert. Das gilt aus dem vorgenannten aber
>> nicht für die Zeit des Umladens. Der 1k2 soll diesen Ladestrom begrenzen
>> (wobei 1k2 wirklich recht viel ist). Das reduziert zwar die EMV Impulse,
>> führt auf der anderen Seite aber dazu, dass der MOSFET länger im Linear-
>> und nicht im Sättigungs-Betrieb ist. Dadurch wird die Verlust-Leistung,
>> die am MOSFET in Wärme umgesetzt wird größer.
>
> Kleine Korrektur zu den Begrifflichkeiten "Sättigungsbetrieb" und
> "Linearbetrieb". Beim MOSFET werden die Begriffe genau umgekehrt
> verwendet - im Gegensatz zum Bipolartransistor.

Die verwendeten Begriffe im von dir zitierten Teil sind sowieso 
unterirdisch. So muß z.B. die Gate-Kapazität immer umgeladen werden, 
keineswegs nur im Schaltbetrieb. Das Gate ist im Prinzip ein Kondensator 
und immer wenn sich die Spannung an einem Kondensator ändern soll, muß 
dazu ein Strom fließen.

Auch ist ein MOSFET immer spannungsgesteuert, nicht nur dann, wenn die 
Gate-Source Spannung gerade konstant ist. Denn es ist die Spannung 
zwischen Gate und Source, die den Zustand der Drain-Source Strecke 
steuert. Daß bei einer Änderung der Spannung ein Strom fließt, ist eine 
Erfordernis der Physik. Das wäre auch ohne den MOSFET noch so, denn man 
kann elektronische Schaltungen nicht kapazitätsfrei bauen. Jedes 
Stückchen Draht. Jeder Anschluß eines Bauteils hat eine Kapazität. Klar, 
die Gate-Kapazität eines MOSFET ist größer als diese parasitären 
Kapazitäten, aber der Effekt ist dadurch nicht anders, nur größer.

Ob 1.2kΩ "viel" sind, hängt davon ab, was das für ein MOSFET ist. Ein 
kleiner wie 2N7002 oder BSS138 hat eine Gate-Kapazität in der 
Größenordnung von 50pF, das gibt eine Zeitkonstante von nicht mal 100ns. 
So ein MOSFET schaltet dann nicht "langsam". Natürlich gibt es auch 
Leistungs-MOSFET mit mehreren nF Gate-Kapazität. Da sieht das dann etwas 
anders aus.

Last not least dient so ein Widerstand nicht dazu, den Ausgang des 
steuernden µC oder gar des MOSFET-Treibers vor Überstrom zu schützen. 
Diese Ausgänge begrenzen den Strom schon selber, durch den 
Abschnüreffekt der in ihren Ausgängen enthaltenen MOSFETs. Praktisch 
wirkt das so, als wäre da ein Widerstand eingebaut. Bei den 
Ausgangsstufen aktueller µC kann man mit einem Wert zwischen 20 und 50Ω 
rechnen. Außerdem: jeder CMOS-Eingang (Logikgatter, µC-Pin) hat auch 
eine Eingangskapazität; Größenordnung 5pF. Wenn man 10 solche Eingänge 
mit einem µC-Ausgang ansteuert, hat man die gleiche kapazitive Belastung 
wie mit einem kleinen MOSFET. Trotzdem kommt da niemand auf die Idee, 
man müsse einen Serienwiderstand zum Schutz des Ausgangs vorsehen.