Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET als Schalter für positive Spannung


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von Jonas K. (jonas29)


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Hallo zusammen,

ich habe ein kleines Projekt und stoße nun an meine Grenzen. Trotz 
tagelanger Recherche fehlen mir einige Antworten auf meine Fragen. 
Manches Mal fehlen mir sicher auch Grundlagen, ich bitte dies zu 
verzeihen und in Zweifelsfall darauf hinzuweisen, ich lerne gerne dazu. 
Trotz aller vergleichbaren Treffer hier im Forum, schaffe ich es dennoch 
nicht, die Aussagen auf mein Projekt "umzumünzen". Ich würde mich 
freuen, wenn mir jemand helfen möchte. Nun zum Projekt:

Mein Ziel ist es, ein Magnetventil mithilfe eines Mikrocontrollers 
anzusteuern, der Einfacheit halber nutze ich hier erstmal einen Arduino.
Der Arduino soll über einen MOSFET die positive Spannung auf das 
Magnetventil schalten, gleichzeitig soll eine LED angesteuert werden um 
ein optisches Feedback zu senden.

Aus dem Pin des Arduino kommt ein PWM-Signal, welches entweder mit 0% 
oder 100% läuft, also 0V oder 5V liefert.
Die Source-Spannung beträgt 3V, allerdings habe ich hier ein regelbares 
Netzteil vorgeschaltet und möchte mir offen halten, die Spannung 
zwischen 2,5V - 8V zu regeln (In der Schaltung mit ~3V bezeichnet)
Und hier beginnt das Problem:
Wenn ich mich korrekt informiert habe, dann benötige ich in diesem Fall 
einen selbstsperrenden P-Kanal-MOSFET.
Meines Verständnisses nach, müsste es funktionieren, solange die 
Source-Spannung unterhalb der Spannung des PWM-Signals liegt. Je nach 
Auslegung des MOSFETs müsste er dann durchschalten, sehe ich das 
richtig? Wenn ich jetzt aber die Source-Spannung auf über 5V regeln 
würde, klappt das nicht mehr, korrekt?
Gibt es hierfür eine Lösung?

Soweit erstmal zum Grundproblem, im Folgenden habe ich dann auch noch 
Probleme die korrekten Werte der Widerstände zu errechnen, aber das 
stellen wir mal hinten an.

Ich würde mich sehr über Hilfe freuen, vielen Dank schon einmal und 
einen schönen Abend.

Gruß
Jonas

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dieser Mosfet wird immer leiten, sobald an MW etwas mehr als ~3,7V 
anliegen.

Denn oft gilt: Pfeile in elektronischen Bauteilen zeigen die Richtung 
an, in der sie den Strom durchlassen. Und der Strom fließt von + nach -

Jonas K. schrieb:
> Aus dem Pin des Arduino kommt ein PWM-Signal, welches entweder mit 0%
> oder 100% läuft, also 0V oder 5V liefert.
> Die Source-Spannung beträgt 3V
Warum das?
> und möchte mir offen halten, die Spannung zwischen 2,5V - 8V zu regeln
Wofür?

> allerdings habe ich hier ein regelbares Netzteil vorgeschaltet
Ein normales Netzteil arbeitet nur im 1. Quadranten und kann keinen 
Strom aufnehmen. Wenn du an deinem Netzteil also 3V einstellst und 
aussen 10V anlegst, dann wird das Netzteil einfach nichts tun 
(bestenfalls ein wenig spinnen).

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Jonas K. schrieb:
> Je nach Auslegung des MOSFETs müsste er dann durchschalten

Schalte dem Logik Level P-MOSFET noch einen NPN-Transistor mit Pullup 
Widerstand vor, dann kann die Spannung für's Magnetventil zwischen +3V 
und +8V verändert werden.

von Manfred (Gast)


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Jonas K. schrieb:
> Mein Ziel ist es, ein Magnetventil mithilfe eines Mikrocontrollers
> anzusteuern,

Aber nicht so.

Lothar M. schrieb:
> Dieser Mosfet wird immer leiten, sobald an MW etwas mehr als ~3,7V
> anliegen.

> Denn oft gilt: Pfeile in elektronischen Bauteilen zeigen die Richtung
> an, in der sie den Strom durchlassen. Und der Strom fließt von + nach -

Selbst, wenn er den FET richtigherum einsetzt (Source an Plus), sperrt 
der nicht zverlässig.

"Plusseitig schalten" wird hier alle paar Wochen durchgekaut, aber wie 
immer, gelingt es nicht, diese Threads wiederzufinden.

Was ich finde, ist schon ein paar Tage alt, aber das Prinzip hat sich 
nicht geändert: Beitrag "Re: Wie PMOS einfach verwenden?"

von meinereiner (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Denn oft gilt: Pfeile in elektronischen Bauteilen zeigen die Richtung
> an, in der sie den Strom durchlassen. Und der Strom fließt von + nach -

sicher? Ich dachte immer das sei nur die technische Richtung und in 
Wirklichkeit fließt er von minus nach plus. Wie ist das jetzt wirklich?

von MaWin (Gast)


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meinereiner schrieb:
> sicher? Ich dachte immer das sei nur die technische Richtung und in
> Wirklichkeit fließt er von minus nach plus. Wie ist das jetzt wirklich?

Strom fliesst von + nach -, Elektronen bewegen sich von - nach + und du 
bist ein typisch dummer Rechthabenwollender.

von Manfred (Gast)


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MaWin schrieb:
> du bist ein typisch dummer Rechthabenwollender.

Beitrag "Gleichrichter an Schaltnetzteil"

von Der schreckliche Sven (Gast)


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Jonas K. schrieb:
> Wenn ich jetzt aber die Source-Spannung auf über 5V regeln
> würde, klappt das nicht mehr, korrekt?
> Gibt es hierfür eine Lösung?

Die Lösung heißt Pegelwandler.
Dazu gibt es in diesem Forum endlos Beiträge und Vorschläge.

Und zeichne Deine Schaltpläne so, daß Plus oben ist, und Minus unten, 
beide Potentiale deutlich erkennbar und beschriftet.
Dann werden Deine Schaltpläne auch von Anderen verstanden.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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meinereiner schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Und der Strom fließt von + nach -
> Ich dachte immer das sei nur die technische Richtung
Und genau diese "technische Stromrichtung" wird in einer "technischen 
Zeichnung" wie einem Schaltplan und die darin eingezeichneten 
"technischen Symbole" verwendet. In der Praxis reicht diese Sichtweise 
aus.

> in Wirklichkeit fließt er von minus nach plus. Wie ist das jetzt wirklich?
Siehe Grundlagen E-Technik Physikunterricht 7. Klasse.

von Sebi@Home (Gast)


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Also ich würde ja erstmal einen Mosfet wählen, der mit den last-seitigen 
Umgebungsparametern zurecht kommt. Spannung, Strom,...
Ein Magnetventil ist eine induktive Last - Freilaufdiode nicht 
vergessen.

Der dann gewählte Mosfet hat ein Datenblatt, anhand dessen Du Dir 
überlegen kannst, wie Du das Gate treiben willst.

von Jonas (Gast)


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Vielen Dank für die vielen schnellen Antworten.

Ich werde eure Anmerkungen in die Schaltung einfließen lassen und 
zusehen, dass ich sie normgerecht darstelle. Vielen Dank auch für den 
Link, ich war tatsächlich nicht in der Lage ihn zuvor zu finden.
Ich melde mich in einigen Tagen mit der überarbeiteten Variante zurück.

Danke!

von Klaus R. (klara)


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meinereiner schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Denn oft gilt: Pfeile in elektronischen Bauteilen zeigen die Richtung
>> an, in der sie den Strom durchlassen. Und der Strom fließt von + nach -
>
> sicher? Ich dachte immer das sei nur die technische Richtung und in
> Wirklichkeit fließt er von minus nach plus. Wie ist das jetzt wirklich?

Lothar hat natürlich Recht, klare Sache. Aber ganz so einfach war es 
damals am Anfang der Ausbildung nun doch nicht. Da gab es ja noch die 
guten alten Röhrengeräte und z.B. Radio RIM mit den tollen Baumappen.😁

Und wie ist das bei einer Elektronenröhre? Da bildet sich an der Kathode 
durch aufheizen eine Elektronenwolke, die dann von der hohen 
Anodenspannung angezogen wird. Dieser Elektronenstrom fließt vom 
Minuspol zum Pluspol.😎

Jedenfalls hatte man uns die Silizium-Diode und den Transistor so 
erklärt, daß hier nicht der Elektronenstrom maßgeblich ist, sondern der 
Löcherstrom. Der Löcherstrom fließt vom Pluspol zum Minuspol.

https://de.wikipedia.org/wiki/Defektelektron
1
Als Defektelektron, Elektronenfehlstelle, Elektronenloch oder Loch wird der (gedachte) positive bewegliche Ladungsträger in Halbleitern bezeichnet. Es stellt die äquivalente Beschreibung des Fehlens eines (realen) Valenzelektrons dar,[1] die der vereinfachten mathematischen Behandlung der Vorgänge im Halbleiter dient. Der reale Ladungstransport findet weiterhin durch Elektronen statt.
2
Des Weiteren ist das Konzept der Defektelektronen wichtig für das Verständnis der Leitungsmechanismen in dotierten Halbleitern.

Diese Erklärungen wären für das zweite Lehrjahr nun doch noch zu viel 
gewesen. Aber als Hilfe gab es ja dann noch das Schaltbild der 
Halbleiter-Diode. Das Schaltbild zeigt die Flußrichtung des Stromes 
deutlich an. Auch die Transistoren hatten damals alle einen Emitterpfeil 
der einem die Richtung verdeutlichte. Also alles easy.😉
mfg Klaus

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Weils so schön klein ist, hier mal wieder mein PNG zu Highside mit 
P-Kanal schalten.
Solange die IN Spannung an der Source >> Ugth ist und < Ugsmax erfüllt, 
klappt das so.

von Klaus R. (klara)


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Hallo,
da hätte ich auch noch etwas. Ich schalte damit einen Vor- 
Spannungsteiler zum ADC eines WEMOS D1 Mini bei Bedarf hinzu um Strom zu 
sparen.
mfg klaus

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus R. schrieb:
> uch die Transistoren hatten damals alle einen Emitterpfeil der einem die
> Richtung verdeutlichte.
Und auch viele, viele andere Bauteile (wie z.B. Mosfets, Thyristoren, 
Triacs, Diacs, ...) haben diesen Pfeil. Mosfets haben evtl. zusätzlich 
zum Pfeil (der an sich ja schon die Bulkdiode darstellt) auch noch die 
Diode extra fett eingezeichnet.
An diesen Pfeilen sehe ich in den allermeisten Fällen sofort, ob ein 
Bauteil falsch herum eingezeichnet ist. Und nur manchmal muss ich 
anfangen zu Denken... ;-)

von Manfred (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> hier mal wieder mein PNG

Das konnte ich gestern nicht finden, genau so macht man das.

Klaus R. schrieb:
> da hätte ich auch noch etwas.

Ich werde nie verstehen, weshalb man einen N-FET einsetzen muß, der 
2N7002 am 3,3 Volt-µC erregt mein Mißfallen. Ich sehe da eher einen 
BC_irgendwas NPN.

von Klaus R. (klara)


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Manfred schrieb:
> Ich werde nie verstehen, weshalb man einen N-FET einsetzen muß, der
> 2N7002 am 3,3 Volt-µC erregt mein Mißfallen. Ich sehe da eher einen
> BC_irgendwas NPN.

Von den 2N7002 habe ich noch 89 Stück. Und in der Simulation mit LTspice 
hat er einwandfrei geschaltet. Die hohen Widerstände sind natürlich für 
schnelles Schalten nicht geeignet. Für mich wären hier 100 ms mehr als 
ausreichend.
mfg klaus

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