erstellt 24.10.2010
MOSFET's
Ein MOSFET ist ein Transistor mit besonderen Fähigkeiten gegenüber herkömmlichen Bipolaren Transistoren
Zuerst einmal ist die Bezeichnung "MOSFET Transistor" nicht ganz korrekt weil das "T" im Kürzel MOSFET
eigentlich die Abkürzung für Transistor bedeutet ,somit würde ja "MOSFET Transistor" zweimal das Wort Transistor beinhalten.
Eigentlich müsste es MOSFE Transistor heißen, oder eben nur MOSFET.
Eines der größten Unterschiede bei der Verwendung eines Mosfet gegenüber eines Bipolaren Transistor
liegt an dem entgegen gesetzten Temperaturkoeffizienten des MOSFET .
MOSFET's haben einen Positiven Temperatur Koeffizient, das bedeutet das wenn sie heiß werden der Source-Drain Widerstand größer
und damit der hindurchfließende Strom etwas kleiner wird.
Beim Bipolaren Transistor ist es genau umgekehrt weshalb der Temperatur Einfluss meist kompensiert werden muss.
Mit einer Steuerspannung an der Gate-Source Strecke lässt sich der MOSFET schalten , hierzu ist kein Strom sondern lediglich eine Spannung nötig .
Der MOSFET ist am Eingang mit Kapazitäten belastet , man kann es sich etwa folgendermaßen ( Abb.1 ) vorstellen:
Vom Anschluss Gate nach Source stelle man sich einen Kondensator vor.
Und genauso von Anschluss Gate nach Drain.
Diese Kondensatoren laden sich mit einer Steuerspannung auf und schalten den MOSFET, um den MOSFET wieder in den nicht leitenden Zustand zu bringen
muss man warten bis die Kapazitäten sich entladen haben was eine gewisse Zeit dauert und der MOSFET somit nicht in der Lage ist schnelle Schaltvorgänge zu erledigen.
Sollten schnelle Schaltvorgänge nötig sein müssen die Kapazitäten praktisch entladen und beim nochmaligen schalten wieder geladen werden ,
was dann allerdings sehr wohl einen gewissen Strom nötig macht.
MOSFET's finden ihre Anwendung meist da wo mit sehr kleiner Steuerleistung große Leistungen geschaltet werden.
Zum Beispiel in Schaltnetzteile, Frequenzrichter, Endstufen usw.
eigentlich die Abkürzung für Transistor bedeutet ,somit würde ja "MOSFET Transistor" zweimal das Wort Transistor beinhalten.
Eigentlich müsste es MOSFE Transistor heißen, oder eben nur MOSFET.
Eines der größten Unterschiede bei der Verwendung eines Mosfet gegenüber eines Bipolaren Transistor
liegt an dem entgegen gesetzten Temperaturkoeffizienten des MOSFET .
MOSFET's haben einen Positiven Temperatur Koeffizient, das bedeutet das wenn sie heiß werden der Source-Drain Widerstand größer
und damit der hindurchfließende Strom etwas kleiner wird.
Beim Bipolaren Transistor ist es genau umgekehrt weshalb der Temperatur Einfluss meist kompensiert werden muss.
Mit einer Steuerspannung an der Gate-Source Strecke lässt sich der MOSFET schalten , hierzu ist kein Strom sondern lediglich eine Spannung nötig .
Der MOSFET ist am Eingang mit Kapazitäten belastet , man kann es sich etwa folgendermaßen ( Abb.1 ) vorstellen:
Vom Anschluss Gate nach Source stelle man sich einen Kondensator vor.
Und genauso von Anschluss Gate nach Drain.
Diese Kondensatoren laden sich mit einer Steuerspannung auf und schalten den MOSFET, um den MOSFET wieder in den nicht leitenden Zustand zu bringen
muss man warten bis die Kapazitäten sich entladen haben was eine gewisse Zeit dauert und der MOSFET somit nicht in der Lage ist schnelle Schaltvorgänge zu erledigen.
Sollten schnelle Schaltvorgänge nötig sein müssen die Kapazitäten praktisch entladen und beim nochmaligen schalten wieder geladen werden ,
was dann allerdings sehr wohl einen gewissen Strom nötig macht.
MOSFET's finden ihre Anwendung meist da wo mit sehr kleiner Steuerleistung große Leistungen geschaltet werden.
Zum Beispiel in Schaltnetzteile, Frequenzrichter, Endstufen usw.
MOS-FET Bezeichnungen
Ähnlich wie beim Bipolar kann auch der MOSFET in
die zwei grundlegenden Varianten
P-Typ (auch p-leitend oder PMOS)
und
N-Typ (auch n-leitend oder NMOS) eingeteilt werden.
Werden beispielsweise innerhalb integrierter Digitalbausteine beide Typen
gemeinsam verwendet,
spricht man auch von CMOS (= Complementary MOS).
Zusätzlich gibt es von beiden Varianten jeweils
zwei Formen, die sich im inneren Aufbau
und in den elektrischen Eigenschaften unterscheiden:
2. selbst sperrend (engl.: enhancement) – auch normal-aus, normal sperrend, Anreicherungstyp Abb.3
Zu den Varianten mit einem Gate-Anschluss gibt
es noch welche mit zwei Gate-Anschlüssen (Dual-Gate-MOSFET) welche aber
selten an zu treffen sind
und hauptsächlich in HF-Schaltungen eingesetzt werden (HF-Verstärker).
und der von diesen am meisten benutzt ist der selbstsperrenden N-MOS
MOSFET's mitbringen.
Zum Beispiel erhalten einige integrierte Schutzdioden oder Zenerdioden . usw.
Schon die Vielfalt der Bezeichnungen ist irritierend.
Testschaltung zur Überprüfung
von MOSFE Transistor
oder Power MOSFET's relativ zuverlässig testen.
Auf jeden Fall ist eine Prüfung auf Funktion gewährleistet, wenn gleich es so nicht möglich ist das Bauteil
auf korrekte Parameter hin zu überprüfen.
Aber meist reicht es einem schon zu wissen ob der MOSFET defekt ist oder nicht.
Der
Gate Anschluss des N-Kanal MOSFET ist über den Widerstand R1 dauerhaft auf
Minus gelegt weil ersonst schon durch elektrostatische Aufladung unkontrolliert schalten würden.
Schließt man den Schalter S1 schaltet der Transistor durch, es wird also die Drain-Source Strecke niederohmig
und die Led leuchtet.
Nach öffnen des Schalters sollte die Led dann wieder aus gehen.
in der Schaltung vertauscht.
Hier sollte die Led dauerhaft leuchten und erst dann wenn der Schalter geschlossen ist ausgehen.
Der Widerstand R1 ist nötig weil der Eingangswiderstand des MOSFET sehr hoch ist,
fehlt dann der Widerstand R1 würde bei geöffneten Schalter der Gate Anschluss quasi
in der Luft hängen und je nach Elektrosmog oder statischer Aufladung würde der MOSFET
unkontrolliert schalten.
Beispiel : BUZ71A
Datenblatt
Hier einmal die wichtigsten
Parameter und ihre Bedeutungen
| UGS |
Gate-Source
Spannung |
Maximale
Spannung der Gate Source Strecke |
| ids |
Drainstrom |
Der Maximale Strom der in der Drain-Source Strecke fließen darf. |
| RDSon |
Der verbleibende Widerstand in der
Drain-Source Strecke wenn der Transistor leitend ist |
z.B. 0,01 Ohm |
| Ciss |
Eingangskapazität |
z.B. 2000 pF |
| Coss |
Ausgangskapazität |
z.B 500pF |
Die Gain-Source Strecke hat theoretische Eingangswiderstände von einigen Giga Ohm.
Bei den meisten MOSFET's kann die Gate-Source Spannung bei ca. Plus/Minus 20 Volt liegen.
Die Maximale Gate Spannung darf auf keinen Fall überschritten werden.
um so die schaltbare Leistung zu vergrößern.
Dies ist möglich durch die Eigenschaft das sich bei Erwärmung eines Transistor sein Widerstand erhöht,
dadurch fließt mehr Strom durch den weniger Erwärmten anderen Transistor so das sich die Ströme gleichmäßig
im Verhältnis ihrer Temperatur aufteilen.
Allerdings sollten dafür Transistoren ausgewählt werden die annähernd die gleiche Kennlinie aufweisen.
,
Die Widerstände R-R2-R3 sollten niederohmig sein ca. 0,5 - 25 Ohm um zu verhindern das die Transistoren anfangen zu schwingen,
alternativ können auch Dämpfungsperlen verwendet werden.
Die Widerstände haben allerdings den Nachteil, das sie in Verbindung mit der Eingangskapazität des CMOS eine Schaltverzögerung hervor rufen.
Also sollte man die Widerstände möglichst klein halten.
| Messegerätebuchse |
Messgerätebuchse |
||
| Multimeter im
Widerstandsbereich schalten |
+ |
- |
|
| Messung 1 |
Sorce |
Drain |
> 40 MOhm |
| Messung 2 |
Drain |
Source |
> 40 MOhm |
| Messung 3 |
Gate |
Drain |
> 40 MOhm |
| Messung 4 |
Drain |
Gate |
> 40 MOhm |
| Messung 5 |
Drain |
Source |
> 40 MOhm |
| Messung 6 |
Source |
Drain |
> 40 MOhm |
Es handelt sich um einen N-Kanal MOS Transistor IRF 510.
Die gelbe
Kennlinie ist die am Messpunkt (MP1) gemessene Spannung,eingestellt über P1 .
Die Lila Kennlinie ist die am Messpunkt ( Mp2) gemessenen Spannung
am Drainanschluss.
Bei dieser
Vergrößerung erkennt man deutlich das der Transistorab einen Gate Spannung von 3,38 Volt anfängt die Drain-Source
Strecke zu schließen.
Was man auch erkennt ist das es eine gewisse Zeit dauert bis die
Source -Drain Strecke vollständig niederohmig wird.
Hier in etwa 300ms.
Hier ein Versuch mit ein Sägezahn-Signal als Steuerspannung.
Das gelbe Signal
kommt aus den Generator.Das lila Signal wird am Drain Anschluss abgegriffen.
Es ist zu erkennen das beim gelben Signal ab einer Spannung
von etwa 3,8 Volt der Transistor anfängt zu leiten.
Und ab einer Spannung von etwa 5 Volt der Transistor voll
durchgesteuert ist.
Die Spannung ab der der Transistor anfängt zu leiten ist Typen
abhängig und variiert so zwischen ca. 3 und 12 Volt.
Verstärker
mit N-MOS.Hier ist das Ausgangssignal phasengleich mit dem Eingangssignal, also höhere Spannung am Gateanschluss erzeugt eine höhere Spannung am Ausgang Drain.
Verstärker mit P-MOSHier ist das Ausgangssignal um 180° versetzt.
so ist es auch in sehr vielen Fachartikeln die herrschende Meinung.
Dem ist aber nicht so, weil die Eingangskapazitäten beim ansteuern aufgeladen werden müssen wird natürlich auch
ein Strom benötigt der auch manchmal nicht unerheblich ist.
Um diesen Strom aber in Grenzen zu halten sollte man in der Gateleitung einen Vorwiderstand einsetzen.
Folgend ein kleiner Versuchsaufbau der dies deutlich machen soll.
Sobald der Taster gedrückt wird fließt ein Strom über den Widerstand R2 und steuert die Drain-Source Strecke durch.
Über diesen Widerstand wurde dann die Spannung gemessen.
Wie man im Oszilloskop Bild sehen kann steigt die Spannung
für kurze Zeit auf ca. 16V an.
Nach dem Ohmschen Gesetz ( I = U/R ) bedeutet dies einen
Stromimpuls von ca. 1,3mA.
MOSFET benötigen im Vergleich zu herkömmlichen Bipolar Transistorennur einen kurzen Einschaltimpuls um dauerhaft durch zu schalten.
Dieser einschalt Impuls kann aber durchaus hohe Ströme erfordern.
Sollte also ein Mosfet mit beispielsweise einen Mikroprozessor angesteuert
werden, kann es durchaus sein das der Prozessor den erforderlichen Strom
nicht liefern kann, dann ist eine Treiber vor dem Mosfet zu schalten um den
erforderlichen Strom bereit zu stellen.
Als Treiberstufe kann man einen normalen Bipolaren Transistor vorschalten,
oder man greift zur neben stehender Schaltung in der eine Timer NE555 als
Treiberstufe verwendet wird.
Dieser Treiber kann Ströme bis ca 100 mA liefern.
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