Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET Kapazitäten


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von Jonathan H. (jonathanh)


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Hallo zusammen,

im Anhang habe ich eine Schatung hinterlegt. Diese funktioniert auch, 
allerdings habe ich ein Problem mit der Phasenverschiebung zweier 
Signale zueinandner.
Kurze Erläuterung der Schaltung:
Im linken Teil der Schaltung (Referenzzweig) wird die Spannung am 
Widerstand 25 Ohm gemessen. Diese Spannung wird verstärkt und die 
Ausgangsspannung aufgenommen und weiterverarbeitet.
Im rechten Teil der Schaltung ist der Messszweig. Dort können 
verschiedenste Größen des Kondensators auftauchen, weshalb es auch 
verschiedene Widerstände gibt, welche man zu- bzw. wegschalten kann 
(mithilfe von einem MOSFET).
In diesem Beispiel ist die Schaltung komplett gleich aufgebaut und die 
MOSFET werden nicht angesteuert also sperren und es ist nur der 25 Ohm 
Widerstand "aktiv". Auch hier wird die Spannung gemessen, verstärkt und 
abgegriffen.
Der 2,1 Ohm Widerstand ist ein Schalter, welcher hier einfach als 
Widerstand dargestellt wird.

Den MOSFET, den ich verwende ist folgender (wegen geringem R_on):
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000564071DS01/datenblatt-564071-infineon-technologies-irfp7430pbf-mosfet-1-n-kanal-366-w-to-247.pdf

Folgendes Problem hat sich jetzt allerdings ergeben.
Ich habe meine Ausgangsspannungen mit MATLAB verglichen und bekomme eine 
Phasenverschiebung der beiden Signale von ca. 0,0144° (800ns).
Trenne ich die beiden anderen Widerstände (2,78 Ohm und 251,23 mOhm) und 
MOSFETs komplett von der Schaltung ab und messe die beiden Signale 
wieder, habe ich nur noch eine Phasenverschiebung von 1,2*10^-12° (also 
0).

Daher gehe ich davon aus, dass das Problem die Kapazitäten der MOSFETs 
sind. Diese in Reihe geschaltet mit Widerständen ergeben ein gewisses 
Tau, was vermutlich die Phasenverschieung herbeiführt?
Allerdings komme ich rechnerisch nicht auf die 800ns. Im Datenblatt sind 
die Kapazitäten zwar angegeben, allerdings habe ich eine Spannung Vds 
von ca. 100mV. Bei dieser Spannung lassen sich keine Kapazitäten 
ablesen.

Vielleicht weiß jemand von euch weiter und kann mir das Problem 
erklären.

Vielen Dank und viele Grüße
Jonathan

: Verschoben durch Admin
von Widerstand (Gast)


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Ja, MosFets haben verschiedenste Kapazitäten. Und leider sind diese auch 
noch spannungsabhängig. Die Drain-Source-Kapazität wird immer grösser je 
kleiner die DS-Spannung ist. Wie schnell müssen denn die MosFets 
Schalten? Wären Relais eine Alternative?

von Elliot (Gast)


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Jonathan H. schrieb:
> Daher gehe ich davon aus, dass das Problem die Kapazitäten der MOSFETs
> sind. Diese in Reihe geschaltet mit Widerständen ergeben ein gewisses
> Tau, was vermutlich die Phasenverschieung herbeiführt?
> Allerdings komme ich rechnerisch nicht auf die 800ns.

Die Kapazitäten der Mosfets wirken zunächst mal parallel zu den 25R.

von Jonathan H. (jonathanh)


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Die Schaltgeschwindigkeit der MOSFETs ist egal. Ich werde zu Beginn 
meiner Messung die Größenordnung des Kondensators automatisch rausmessen 
(wenn das etwas länger dauert, dann ist das kein Problem) und weiß 
anschließend welcher Messwiderstand benötigt wird (d.h. welcher MOSFET 
angesteuert werden soll).

Meine Überlegung war diese Phasenverschiebung einfach rechnerisch zu 
bestimmen und wenn diese bekannt ist einfach wieder abzuziehen. Aber da 
gibt es denke ich zu viele Einflussfaktoren (angelegte Spannung, Größe 
des Kondensators,..).

Aber ich werde mir mal ein Relais anschauen, da die 
Schaltgeschwindigkeit egal ist.

von Jonathan H. (jonathanh)


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Widerstand schrieb:
> Ja, MosFets haben verschiedenste Kapazitäten. Und leider sind diese auch
> noch spannungsabhängig. Die Drain-Source-Kapazität wird immer grösser je
> kleiner die DS-Spannung ist. Wie schnell müssen denn die MosFets
> Schalten? Wären Relais eine Alternative?

Gibt es denn überhaupt Relais, welche einen geringen R_on haben? Also 
ca. 20mOhm. Und die auch Wechselspannung zu-und wegschalten können?

von M.A. S. (mse2)


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Tatsächlich 100kV? Was sind das dann für Kondensatoren?
Arbeitest (oder studierst) Du zufällig an irgend einem Institut für 
Hochspannungstechnik?

von Jonathan H. (jonathanh)


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M.A. S. schrieb:
> Tatsächlich 100kV? Was sind das dann für Kondensatoren?
> Arbeitest (oder studierst) Du zufällig an irgend einem Institut für
> Hochspannungstechnik?

Ja studiere ich. Es geht bei diesem Projekt um eine Realisierung einer 
Verustfaktormessung und Kapazitätsmessung.

von Widerstand (Gast)


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Jonathan H. schrieb:
> Gibt es denn überhaupt Relais, welche einen geringen R_on haben? Also
> ca. 20mOhm.

Ich habe nun nicht gesucht, aber so 50mΩ - 100mΩ sind gängig. Meist 
haben Relais ohnehin 2 Kontakte, die mal parallel nehmen, dann bist du 
schon in der Region. Und wenn es ein Versuchsaufbau ist, dann müssten 
auch 2 Relais gehen, dann kommst du ganz sicher unter 20mΩ.

Jonathan H. schrieb:
> Und die auch Wechselspannung zu-und wegschalten können?

In dem Spannungs- und Strombereich ist das problemlos möglich. Aber in 
jedem Fall das Datenblatt noch studieren.
Zusätzlich würde ich explizite Signalrelais verwenden (Goldkontakte) 
damit du nicht noch die Büchse mit Fretting aufmachen musst. Also im 
Datenblatt ebenfalls auf minimale Strom und Spannungswerte achten.

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