Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet BUZ11 VGS Verständnisfrage


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von Hans M. (inso)


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Grüße,

ich schaue gerade nach ein paar passenden Mosfets für meinen ESP32, und 
bin dabei mich da rein zu lesen. Allerdings erschließt sich mir einiges 
noch nicht:

laut https://www.mikrocontroller.net/articles/FET zur Gate-Source 
Threshold Voltage VGS(th):
[...]Wer einen BUZ11 (VGS(th) 4V max.) mit 5V ansteuert riskiert ein 
Abfackeln des MOSFETs, denn je nach Toleranz kann er bereit ganz gut 
aufgesteuert sein oder auch nicht.[...]
Wenn ich mir dann das Datenblatt 
(https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BUZ11-D.PDF) anschaue, habe ich 
unter Absolute Maximum Ratings die Gate to Source Voltage VGS mit ±20 V 
angegeben.
Wie ist der Hinweis also zu verstehen?

Des weiteren finde ich bei rDS(ON) das Feld ID = 15A, VGS = 10V und dazu 
dann die 0,03 - 0,04 Ohm. Der VGS lässt mich hier annehmen, dass 10V die 
optimale Spannung ist, um mit dem Mosfet zu arbeiten, allerdings sehe 
ich keine Kennlinie, die mir sagt, was bei den unter VGS(th) Typical 3V 
passiert, mit wie viel Ampere ich ihn belasten kann.

Dann habe ich damit vor, meine WS2812b stromlos zu schalten, wenn ich 
sie nicht nutze, ich will ihn also als "normalen" Schalter nutzen. 
Netzteile sind 5V 12A, da würde ich annehmen bin ich mit dem 50V 
30A-Mosfet gut dabei, oder ist er eher zu Überdimensioniert?

In einem Nebensatz habe ich in einer Unterhaltung gelesen, wenn man bei 
den 2812ern den N unterbricht, muss man die Datenleitung des Controllers 
dann dazu auf High setzen - warum? Ich würde jetzt annehmen, der 
Stromkreis ist unterbrochen, ein Strom kann eh nicht fliessen. Welchen 
Unterschied macht es da, was der Controller ausgibt?

: Verschoben durch Moderator
von Εrnst B. (ernst)


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VGS(th) ist die Spannung, unterhalb derer der FET garantiert ABSCHALTET.

d.h. bei 4V typ. Threshold ist der FET bei 3.3V typischerweise AUS.

Aber: Vgs(th) schwankt stark zwischen Exemplaren. d.H. es ist möglich, 
dass du, mit viel Glück etc, einen BUZ11 erwischt hast, der bei 3.3V am 
Gate schon ein bischen Strom durchlässt.

==> Nimm lieber was passendes, starte z.B. hier: Mosfet-Übersicht

Hans M. schrieb:
> In einem Nebensatz habe ich in einer Unterhaltung gelesen, wenn man bei
> den 2812ern den N unterbricht, muss man die Datenleitung des Controllers
> dann dazu auf High setzen - warum? Ich würde jetzt annehmen, der
> Stromkreis ist unterbrochen, ein Strom kann eh nicht fliessen. Welchen
> Unterschied macht es da, was der Controller ausgibt?

Zeichne dir den Stromkreis auf, der ist dann (Data=GND) eben nicht 
unterbrochen.

: Bearbeitet durch User
von Hans M. (inso)


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@Εrnst B.

Erstmal danke für deine Rückmeldung.

Kannst du dir dann einen Reim draus machen, was mit dem Zitat aus dem 
Mosfet-"Tutorial" gemeint ist?

Die Liste der Mosfets habe ich auch schon gefunden, aber leider hat man 
die Abkürzungen nicht definiert, und im Tutorial sind auch andere 
gelistet. Dass UGH(th)/V mein VGH(tv) ist war naheliegend, aber bei ID/A 
musste ich dann schon raten, ich nehme an es sind die maximalen Ampere.

Sprich da suche ich jetzt nach einem UGS(th) von > 3,3V, ID von > 12A, 
UDS >= 5V, RDS möglichst klein.
Und wenn ich das richtig interpretiere, würde sich da dann ein P-Mosfet 
besser eignen, mit dem ich dann sowohl die LEDs als auch die 
"Controller" in den 2812ern stromlos schalte.
Sprich mein Kandidat wäre dann (bspw.) der IRF7410, oder übersehe ich 
noch etwas?

Zur Beschaltung: wenn ich den ESP-Ausgang dann zusätzlich zur 
Mosfet-Ansteuerung mit sagen wir 15kOhm nach Ground verbinde, sollte die 
schon soweit durch sein, oder wird da noch ein Kondensator oder so etwas 
empfohlen? 1/4W Widerstand sollte dabei ausreichend sein, da hier ja eh 
so gut wie nichts fliessen sollte?

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Hans M. schrieb:
> Der VGS lässt mich hier annehmen, dass 10V die optimale Spannung ist, um
> mit dem Mosfet zu arbeiten

Richt. 9 oder 12 geht auch.

> allerdings sehe ich keine Kennlinie, die mir
> sagt, was bei den unter VGS(th) Typical 3V passiert, mit wie viel Ampere
> ich ihn belasten kann.

0. Der MOSFET ist dann ggf. gesperrt (undurchlässig, zumindest <250uA)

> Dann habe ich damit vor, meine WS2812b stromlos zu schalten, wenn ich
> sie nicht nutze,

Da hilft ein NMOSFET sowieso nicht weiter. Schon gar nicht so ein 
Steinzeitrelikt wie der BUZ11. Auch ist es überflüssig, eine WS2812 
frisst kein Brot wenn sie nicht leuchtet.

von Εrnst B. (ernst)


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Hans M. schrieb:
> Kannst du dir dann einen Reim draus machen, was mit dem Zitat aus dem
> Mosfet-"Tutorial" gemeint ist?

Wenn der Mosfet bei 4V am Gate "typischerweise" 250µA leitet, das aber 
exemplarabhängig auch 0µA oder 1A sein können, bei z.B. einem Rds von 1 
Ohm, kann das  bedeuten, dass der FET eine Verlustleistung von 0, oder 
wenigen Milliwatt, oder eben auch >10 Watt hat. Dann brennt er ab.
Deswegen vermeidet man in Schaltanwendungen diesen Bereich, d.H. für 
Betrieb am ESP ist der BUZ einfach nicht geeignet.

Hans M. schrieb:
> Sprich da suche ich jetzt nach einem UGS(th) von > 3,3V, ID von > 12A,
> UDS >= 5V, RDS möglichst klein.

Du Suchst (Low)-Logic-Level. Schau nach ob in den "Electrical 
Characteristics" ein RdsOn (und/oder Idrain) für Ugs=3.3V angegeben ist.

Hans M. schrieb:
> Und wenn ich das richtig interpretiere, würde sich da dann ein P-Mosfet
> besser eignen, mit dem ich dann sowohl die LEDs als auch die
> "Controller" in den 2812ern stromlos schalte.

Würde gehen, brauchst aber evtl. einen "Pegelwandler". Und vom 
Rds(On) sind P-Kanal meist schlechter.

Und: Statt Den Daten-Pin garantiert auf High zu schalten musst du ihn 
garantiert auf Low stellen, während die Versorgung der LEDs aus ist. 
Selber Grund wie oben.

Hans M. schrieb:
> Zur Beschaltung: wenn ich den ESP-Ausgang dann zusätzlich zur
> Mosfet-Ansteuerung mit sagen wir 15kOhm nach Ground verbinde, sollte die
> schon soweit durch sein, oder wird da noch ein Kondensator oder so etwas
> empfohlen? 1/4W Widerstand sollte dabei ausreichend sein, da hier ja eh
> so gut wie nichts fliessen sollte?


Nix Zusätzliches, vor allem kein Kondensator.
Gate an ESP-IO, Source an ESP-Masse, Drain an LED-Masse.
Zusätzlich 15kOhm (oder auch 100kOhm) vom Gate nach Source. Der stellt 
sicher, dass der FET aus ist, während der ESP seinen Reset ausführt und 
grad "bootet".

Manche bauen auch noch einen "Angst-Widerstand" zwischen IO und Gate 
ein, meist Copy-Pasta irgendwoher, ohne den Sinn zu verstehen. Kannst du 
auch machen, wenn es dir ein gutes Gefühl gibt.

von Udo S. (urschmitt)


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U oder V bedeutet Spannung. Das mal das eine mal das andere benutzt wird 
hat historische und Kulturkreisgründe
I ist Strom
Ugs oder Vgs ist also die Spannung zwischen Gate und Source.
Id ist der Strom durch den Drain das ist auch der Strom durch Source 
weil beim Mosfet das Gate elektrisch isoliert ist
Uds ist die maximale Sperrspannung zwischen Source und drain.
Für sicheres Durchschalten und sperren interessiert dich Ugs(th) steht 
für Threshold Spannung, also der Spannung ab der der Mosfet sperrt.
Bei 3,3V Logik sollte diese Spannung nicht viel über 1V sein, bei 5V
 Logik nicht über 2V.
Das genauere Verhalten gibt einem das Diagramm Output Characteristics.
Hier beim Buz11 "Figure 5"
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BUZ11-D.PDF

Der Buz11 ist völlig ungeeignet für µCs und auch völlig veraltet.
Du brauchst Mosfets die "Logic Level" geeignet sind. Und dann halt 
ssehen je nachdem ob du 5V oder 3,3V Logik hast.

von Mike H. (mike_h865)


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Udo S. schrieb:
> Der Buz11 ist völlig ungeeignet für µCs und auch völlig veraltet.
> Du brauchst Mosfets die "Logic Level" geeignet sind. Und dann halt
> sehen je nachdem ob du 5V oder 3,3V Logik hast.

IRLZ34NPbF der sollte gehen  IRLZ34NPbF der sollte schon bei 2,5 V UGS 
1A treiben können.

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


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Hans M. schrieb:

> laut https://www.mikrocontroller.net/articles/FET

> [...]Wer einen BUZ11 (VGS(th) 4V max.) mit 5V ansteuert riskiert ein
> Abfackeln des MOSFETs, denn je nach Toleranz kann er bereit ganz gut
> aufgesteuert sein oder auch nicht.[...]
> Wenn ich mir dann das Datenblatt anschaue, habe ich
> unter Absolute Maximum Ratings die Gate to Source Voltage VGS mit
> ±20 V angegeben.

> Wie ist der Hinweis also zu verstehen?

Der MOSFET fackelt nicht deswegen ab, weil er zu viel Gate-Source 
Spannung kriegen würde, sondern weil er u.U. nicht "weit genug" 
durchgesteuert wird. Ein MOSFET ist kein Schalter, sondern ein analoges 
Bauteil. Zwischen sperren und leiten gibt es einen Übergangsbereich. 
Wenn man ihn da betreibt, dann fällt mehr Spannung über der Drain-Source 
Strecke ab, als wenn er richtig durchgeschaltet ist. Höhere Spannung am 
MOSFET gibt höhere Verlustleistung. Und deswegen "abfackeln".

> Des weiteren finde ich bei rDS(ON) das Feld ID = 15A, VGS = 10V und dazu
> dann die 0,03 - 0,04 Ohm. Der VGS lässt mich hier annehmen, dass 10V die
> optimale Spannung ist, um mit dem Mosfet zu arbeiten

Was das Optimum ist, hängt von vielen Dingen ab. Die 10V sind eine 
Meßbedingung, mehr nicht. Allerdings kannst du davon ausgehen, daß der 
MOSFET bei noch höherer Spannung nicht mehr niederohmiger wird (sonst 
hätte das ein Marketingmensch ins Datenblatt geschrieben).

> allerdings sehe
> ich keine Kennlinie, die mir sagt, was bei den unter VGS(th)
> Typical 3V passiert, mit wie viel Ampere ich ihn belasten kann.

Dafür mußt du mehrere Diagramme bemühen. Zuerst schaust du ins 
Ausgangskennlinienfeld, wieviel Spannung am MOSFET bei deinem Strom und 
deiner Gatespannung abfällt. Damit gehst du ins SOA-Diagramm und 
schaust, für welche Zeit der MOSFET in diesem Arbeitspunkt betrieben 
werden darf. Wenn der Punkt unterhalb der DC-Kurve liegt, dann ist das 
auch dauerhaft zulässig. Zumindest so lange du gut genug kühlst. 
Datenblattwerte gehen meist davon aus, daß du das Gehäuse konstant auf 
25°C hältst.

Beachten mußt du, daß die meisten Diagramme (SOA nicht) typische Werte 
zeigen. Real haben Bauteile Streuung. Dein Exemplar kann also abweichen. 
In beide Richtungen (gut bzw. schlecht).

> Dann habe ich damit vor, meine WS2812b stromlos zu schalten, wenn ich
> sie nicht nutze, ich will ihn also als "normalen" Schalter nutzen.

Das ist ein n-Kanal MOSFET, mit dem kannst du so erstmal nur auf der 
GND-Seite schalten. Normalerweise will man so etwas auf der Vcc-Seite 
schalten. Dafür braucht man einen p-Kanal MOSFET.

> In einem Nebensatz habe ich in einer Unterhaltung gelesen, wenn man bei
> den 2812ern den N unterbricht, muss man die Datenleitung des Controllers
> dann dazu auf High setzen - warum? Ich würde jetzt annehmen, der
> Stromkreis ist unterbrochen, ein Strom kann eh nicht fliessen.

Die Daten-Eingänge der WS2812 haben jeweils eine Diode zu Vcc und GND. 
Über diese Diode würde der Strom dann fließen.

von Wolfgang (Gast)


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Hans M. schrieb:
> Sprich da suche ich jetzt nach einem UGS(th) von > 3,3V, ID von > 12A,
> UDS >= 5V, RDS möglichst klein.

Nein, du suchst einen FET mit einer U_GS(th), die sicher deutlich 
unterhalb deiner 3.3V liegt. Bei Ansteuerung mit 3.3V soll der Kanal vom 
FET garantiert weit genug offen sein, damit der Strom möglichst 
ungehindert fließen kann, d.h. der FET muss zum Schalten im steilen 
Bereich seiner Kennlinie I_D(U_DS)|U_GS betrieben werden.
Wenn dein Steuerausgang auf L geht, muss die Spannung sicher unterhalb 
der minimalen U_GS(th) liegen, damit der FET dicht macht.

von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

Du musst dir einen Logic Level Mosfet suchen.
Die VGS(th) ist für dich erstmal nicht entscheidend.
Du musst im Datenblatt nach den Angaben von RDSon suchen.
Dort stehen meisten mehrere Ohm Werte mit einer bestimmten Vgs Angabe.
4,5V oder 5V oder 10V oder kleiner.
Wichtig ist, dann deine Spannung mit der DU ihn ansteuerst dort in 
diesen Angaben auftaucht bzw. eine kleinere angegeben ist. Dann ist das 
sichere durchschalten mit deiner Vgs garantiert mit dem RDSon Wert.

von Teo D. (teoderix)


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Udo S. schrieb:
> U oder V bedeutet Spannung. Das mal das eine mal das andere benutzt wird
> hat historische und Kulturkreisgründe

Bevor du so ne Sülze ablädt, Googel das doch erst mal!
U ist das Formelzeichen, V die SI Einheit.

von Teo D. (teoderix)


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Veit D. schrieb:
> Du musst dir einen Logic Level Mosfet suchen.

Hier findet sich sicher was passendes:
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht

von HildeK (Gast)


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Teo D. schrieb:
> U ist das Formelzeichen, V die SI Einheit.

Naja, in englischsprachigen Datenblättern wird meist V für das 
Formelzeichen verwendet. Siehe als Beispiel den Screenshot von Veit D. 
weiter oben.

von Teo D. (teoderix)


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HildeK schrieb:
> Naja, in englischsprachigen Datenblättern wird meist V für das
> Formelzeichen verwendet. Siehe als Beispiel den Screenshot von Veit D.
> weiter oben.

Da kommt nicht eine Formel vor! 8-O

von HildeK (Gast)


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Teo D. schrieb:
> Da kommt nicht eine Formel vor! 8-O

Doch, siehe Auszug aus dem Tiny26-DB, das mir als erstes in die Hände 
fiel.

von Veit D. (devil-elec)


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Teo D. schrieb:
> Veit D. schrieb:
>> Du musst dir einen Logic Level Mosfet suchen.
>
> Hier findet sich sicher was passendes:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht

Hallo,

das Problem ist, dass die Tabelle schon lange nicht mehr gepflegt wurde. 
Viele davon gibts schon gar nicht mehr. Ich habe das selbst einmal in 
eine Exceltabelle gegossen. Die Pflege derer ist sehr mühsam. Bei den 
Preisen kommt man nicht hinterher. Die Verfügbarkeit ist auch so eine 
Sache. Ich hatte mir mal selbst paar interessante Typen rausgesucht, ab 
da kommen nur noch welcher hinzu die ich im Forum aufschnappe.
Die Angaben können nur als Orientierung dienen. Die Datenblätter sind zu 
unterschiedlich um alles gleichzuziehen. Einige davon haben auch RDSon 
Werte bei 1,8Vgs drinstehen.

von MaWin (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Nein, du suchst einen FET mit einer U_GS(th), die sicher deutlich
> unterhalb deiner 3.3V liegt

Unsinn.
Die UGS(th) hat nichts mit dem 'eingeschaltet' Zustand zu tun.

Er sucht einen MOSFET (bevorzugt P-Kanal) der eine RDS(on) Angabe bei 
einer UGS von unter 3.3V im Datenblatt stehen hat, z.B. für UGS=2.8V 
oder 2.5.

von Teo D. (teoderix)


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HildeK schrieb:
> Doch, siehe Auszug aus dem Tiny26-DB, das mir als erstes in die Hände
> fiel.

Ja... OK ist irgendwie in allen so. Aber was haben die Amis mit 
SI-Einheiten zu tun. Die können ja nich mal richtig die Uhr lesen.... 
Geschweige denn, an Ihren 10Fingerchen das metrisch abzuzählen. Die 
Peinlichkeit mit deren Billion etc. mal ganz außen vor.
Mom. Pizza is fertig. Später fallen mir sich noch viel mehr ausreden 
ein! :-}

Dan hod a hoid ned ganz unrecht, vergelz gott.

von Manfred (Gast)


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Mike H. schrieb:
> IRLZ34NPbF der sollte gehen

Der Achthunderfünfunddreißgste Thread zum Thema und dann liefert ein 
noch anhnugsloserer Mike sinnlose Hinweise :-(

Der IRF3708 ist ab 2,8B UGS garantiert,
in klein sind IRLML6344 und IRLML2502 ab 2,5V sicher offen.

von Mike H. (mike_h865)


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Manfred schrieb:
> noch anhnugsloserer Mike sinnlose Hinweise :-(

warum was passt dir an IRLZ34NPbF dem nicht ist doch ein LL oder nicht? 
;-)

von Manfred (Gast)


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Mike H. schrieb:
> was passt dir an IRLZ34NPbF dem nicht ist doch ein LL oder nicht?

LL ist nicht gleich LL, der IRLZ34 ist erst ab 4 Volt UGS spezifiziert. 
Wenn man nur 3 Volt hat, ist eine zuverlässige Funktion nicht 
gewährleistet.

Für eine Schaltfunktion sind im Datenblatt einzig die Werte "Static 
Drain-to-Source On-Resistance" bei gegebener Gatespannung relevant, 
alles unterhalb kann gehen, oder ist eben Analogbetrieb des FETs.

Wer schon eine Weile hier liest: Das Thema wurde 'zigfach durchgekaut.
>> Der Achthunderfünfunddreißgste Thread

von Teo D. (teoderix)


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Leute schaut halt ins Dabla! Bei nur 3V funst der prima, nur verheizt er 
bei nur 5A bereits über 5Watt!

Mike H. schrieb:
> ;-)

Dann wird das komische gezwinkere auch verständlicher!

von HildeK (Gast)


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Teo D. schrieb:
> Aber was haben die Amis mit SI-Einheiten zu tun. Die können ja nich mal
> richtig die Uhr lesen.... Geschweige denn, an Ihren 10Fingerchen das
> metrisch abzuzählen. Die Peinlichkeit mit deren Billion etc. mal ganz
> außen vor.

Ja. Frei nach Asterix: Die spinnen, die Ami :-).

von Wolfgang (Gast)


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MaWin schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Nein, du suchst einen FET mit einer U_GS(th), die sicher deutlich
>> unterhalb deiner 3.3V liegt
>
> Unsinn.
> Die UGS(th) hat nichts mit dem 'eingeschaltet' Zustand zu tun.

Was verstehst du an "sicher deutlich unterhalb" nicht, insbesondere im 
Kontext mit "... suche ich jetzt nach einem UGS(th) von > 3,3V"?

Und der 'eingeschaltet' Zustand liegt - wie geschrieben - im steilen 
Teil der Kennlinie. Ja - die ist typisch und kann kräftig streuen.

von MaWin (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Was verstehst du an "sicher deutlich unterhalb" nicht

Was verstehst du unter "das eine hat mit dem anderen nichts wirklich zu 
tun" nicht ?

von Εrnst B. (ernst)


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MaWin schrieb:
> Er sucht einen MOSFET (bevorzugt P-Kanal) der eine RDS(on) Angabe bei
> einer UGS von unter 3.3V im Datenblatt stehen hat, z.B. für UGS=2.8V
> oder 2.5.

Um's ganz vollständig zu machen: Wenn er einen P-Kanal einsetzen will, 
der seine 5V-Last schaltet, aber direkt mit 3.3V-Pegeln aus dem ESP 
angesteuert werden soll:

Im "An" Zustand schaltet der ESP auf LOW/GND, Ugs ist dann -5V. Da 
sollte der FET komplett durchgeschaltet sein.

Im "Aus" Zustand schaltet der ESP auf HIGH/3.3V, Ugs ist dann -1.7V. Da 
sollte der FET komplett ausgeschaltet sein.

d.H. Suche wäre nach einem P-Kanal FET mit Rds(on)-Angabe bei 5V Ugs und 
einer Ugs(th) - Angabe deutlich größer 1.7V, und zwar nicht nur "typ." 
sondern auch worst-case.

von MaWin (Gast)


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Εrnst B. schrieb:
> Um's ganz vollständig zu machen: Wenn er einen P-Kanal einsetzen will,
> der seine 5V-Last schaltet, aber direkt mit 3.3V-Pegeln aus dem ESP
> angesteuert werden soll:

Äh, du meinst:
1
                 +5V
2
                  |S
3
ESP32 0V/3.3V --|I P-MOSFET
4
                  |
5
                Last
6
                  |
7
                 GND
Nein, sicher nicht, das geht so nicht.

von Εrnst B. (ernst)


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MaWin schrieb:
> das geht so nicht.

Ich würde da eher ein "macht man so nicht" dran setzen.
Gehen kann das schon, wenn man einen FET mit passenden Schwellwerten 
findet.

Hinweis auf den sonst nötigen Pegelwandler hat der TE ja erhalten.

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