Transistor oder Mosfet

[konservator]

Allgemein: Wann nehme ich einen Transistor statt einem Mosfet, wann umgekehrt ? Wann einen Thyristor ?

[BASTIUniversal]

Hi!
Ein FET ist ein Transistor...und zwar ein "Feldeffekt Transistor".

Bei kleinen Verbrauchern bei denen es auf den Spannungabfall von ~0,7V nicht ankommt (z.B. LED's) bzw. die daraus folgende Verlustleistung egal ist, da nimmt man i.d.R. Bipolare Transistoren (also das was du unter einem "normalen" Transistor verstehst). Bei sehr schnellen Schaltvorgängen im MHz-Bereich sind diese Transistoren auch besser (das Gate des FET's will ja erstmal umgeladen werden).

Die FET's kommen z.B. bei Halbbrücken oder Schaltreglern zum Einsatz. Hier ist der entscheidende Vorteil, dass bei einem kleinen Drain-Source Widerstand relativ wenig Verlustleistung anfällt. Nur wenn das Gate umgeladen wird (also der FET sich zwischen leiten und sperren "befindet") entsteht (je nach Geschwindikeit der Umladeaktion) eine größere Verlustleistung.
Der FET wird manchmal auch als "Ideale Diode" eingesetzt, denn beim FET gibt's kaum einen Spannungsabfall (beim Bipolar Transisor die besagten 0,7V).

MfG

[Jakob L.]

Hallo,

bei bipolaren Transistoren hat man nicht unbedingt einen Spannungsabfall von 0,7V zwischen Kollektor und Emitter. Bei ausreichender Dimensionierung des Transistors und genug Basisstrom ist Uce oft im Bereich von ca. 0,1V. Bipolare Transistoren haben jedoch den Nachteil, dass ein relativ hoher Steuerstrom benötigt wird, was natürlich zusätzliche Verluste bringt. Außerdem können Mosfets schneller geschaltet werden. Daher verwendet man in Schaltnetzteilen heute nahezu ausschließlich Mosfets.

Gruss
Jakob

[konservator]

Bei sehr schnellen Schaltvorgängen im MHz-Bereich sind diese Transistoren auch besser (das Gate des FET's will ja erstmal umgeladen werden).
vs.

Außerdem können Mosfets schneller geschaltet werden.

Dritte Meinung ?

[SprinterSB]

Die Geschwindigkeit, mit der ein FET geschaltet werden kann, hängt wie gesagt davon ab, wie schnell man es schafft, sein Gate zu (ent)laden.

Will man einen FET mit einer Gate-Kapazität von 1nF in 1ns schalten, braucht man pro Volt Gatespannung 1 Ampère. Entscheidend für die Schaltgeschwindigkeit ist also C_G (total Gate Charge), die im Größenbereich von nC liegt.

Selbst wenn man es mit entsprechenden (bipolaren) Treibern schafft, den FET schnell genug zu schalten, hat man dann Verluste in der Treiberstufe.

Generell hast du folgende Unterschiede Zwischen FET und Bipolar-Transistor (BT):

BTs sind stromgesteuert über den Basisstrom, während FETs spannungsgesteuert sind durch die Gate-Source-Spannung. BTs weisen in ihren Kennlinien Bereiche auf, die sehr gut linear sind, wodurch sie sich sehr gut für (lineare) Strom- oder Spannungsverstärkung eigenen. FETs sind idR deutlich schlechter dafür geeignet. Um einen BT leitend zu halten, brauchst du eine Mindestleistung, weil sie stromgesteuert sind. Einen FET kannst du leistungsfrei leitend halten (abgesehen von minimalster Leakage).

[PeterPan]

Hallo,

bei hohen Frequenzen haben die FET's Vorteile. Je höher jedoch der Strom wird um so mehr wirkt sich die geringe Sättigungsspannung bei Bipolaren Transistoren aus.
Das beste aus beiden Welten vereinigt der IGBT.
Bei noch höheren Strömen und Sperrspannungen kommen dann Triacs und schließlich Thyristoren zum Einsatz.

Bis bald,
PeterPan

[Millenniumpilot]

Hallo Johann,

habe bei mikrocontroller.net ein paar IRLU024N bekommen.
Dort steht z.B. für Cg 15nC.
Wie sehen denn die jeweiligen Einheiten in Deiner Rechung aus? Und wie lautet die Formel selbst? Also was fange ich jetzt mit den 15nC an?

Sorry, das ich mich hier als "Dummchen" outen muß? Habe bisher Fets nur in fertig konzeptionierten Schaltungen eingesetzt. Wollte jetzt diese FETs zum Schalten von normalen Lasten (LEDs, Lüfter, Ub von LCD-Modulen usw.) verwenden. Dort wird ja nur in relativ größeren Zeitabständen geschaltet. Trotzdem möchte ich schon wissen, was ich tu ;-)

Gruß Dirk

[SprinterSB]

Grob sieht es so aus.

Nehmen wir mal an der FET schaltet eine ohmsche Last R gegen die Versorgungsspannung U.

Für die im FET verbratete Leistung gilt dann

https://www.roboternetz.de/wissen/images/math/a48bfa35dcd608d5d6b2eb7602e98c26.png

Die während eines Schaltvorgangs aufgenommene Leistung ΔP erhält man, indem man das über die Schaltzeit Δt integriert. Der Widerstandsverlauf am FET über die Zeit zu modellieren hab ich mal gelassen, was nach Integrieren rauskommt dürfte i.W. proportional sein zur Leistung des Widerstands und der Schaltzeit.

Steuert man das Teil mit der Frequenz f an, hat man 2f Schaltvorgänge pro Sekunde (Die 2 steckt in der Proportionalitätskonstante), die Schalt-Verlustleistung ist also proportional zu Frequenz, Schaltzeit und Schaltleistung. Hinzu kommen die Verluste aufgrund des endlichen On-Widerstands:

https://www.roboternetz.de/wissen/images/math/fe0d0996249b6af2152fd8e748aae0af.png

Insgesamt ergibt sich folgende Überschlagsrechnung, wobei k eine FET- und Treiberabhängige Konstante ist:

https://www.roboternetz.de/wissen/images/math/14dfbbec592778ff173e410ffbf0df5e.png

Die Verlustleistung ist also proportional zur Schaltleistung.

Für kleine Frequenzen ist der linke Summand zu vernachlässigen, weil fΔt klein ist. Der FET-Verlust ist bestimmt durch seinen R_on.

Für hohe Frequenzen wird der linke Summand immer größer.

Zum Schalten einer LED würd ich allein schon wegen Preis und Bauform nen 0-8-15 Bipolar nehmen wie BC548/BC558, BC316/BC317 oder BC516/BC517, es sei denn es ist ein Luxeon-Brazzel-Teil zu schalten...

Ausserdem tut der Spannungsabfall am Bipolar nicht weh, ansonsten würd die Spannung eben am LED-Vorwiderstand abfallen.

Zum Schalten von Lüfter (wahrscheinlich PWM), Ub und LCD ist ein FET da schon interessanter.

Die Einheit der Ladung ist C = A·s (Coulomb), Formelzeichen ist Q.

I.W. sieht das Gate für den Treiber aus wie ein Kondensator, der zu laden/entladen ist. Und für diesen gilt C=Q/U
C ist Formelzeichen der Kapazität, Einheit ist Farad (F).

[Millenniumpilot]

Hallo Johan,

Dank für Deine Ausführungen. Muß aber noch ein wenig darüber nachdenken ;-) Ist schon eine Weile her,....
Mir war halt unklar, auf welche Art man mit 1nF und 1ns auf 1A pro Volt kommt. Und was war eigendlich nC für eine Einheit? Nach Deinen Ausführungen wohl nanoCoulumb? Jetzt wird es etwas klarer. Dachte nicht, das da so hohe Ströme (auch wenn nur kurzzeitig) benötigt werden. Dachte in meinem Leichtsinn, FETs werden nur äußerst hochohmig spannungsgesteuert.
Schalten möchte ich z.B. 100Leds auf einmal (UV-LED Belichter).
Da macht sich ein FET schon ganz gut denke ich.

Gruß Dirk

[SprinterSB]

Ja, nC ist 1e-9 Coulomb.

Sie sind auch hochohmig und spannungsgesteuert, aber es ist eben das Kleinvieh, das den Mist macht beim Schalten. Und wo eine Spannungsänderung ist ist eine Potentialänderung, und um die zu erreichen braucht man Ladungsträger also Strom (zumindest hier).

Wenn du 15nC auf dem Gate hast bei 5V kann man etwa so rechnen, als hätte man 3nF zu laden/entladen. Bei einer Schaltfrequenz von 200kHz entspricht das einer Kapazität von 600µF, was die Treiber pro Sekunde auf das Gate und wieder runterschaufeln müssen. Nun stell dir vor, du (ent)lädst jede Sekunde 600µF über zwei kleine Treibertransistörchen, das macht schon etwas warm... Ist zwar keine exakte Rechnung, macht's aber klarer.

Für die 100 LEDs würd ich auch nen FET hernehmen, für die Belichtung aber eher ne Nitraphot oder so (dann aber nicht über FET ;-))

[BASTIUniversal]

Hi!
@SprinterSB: Gerade für die Belichtung von Leiterplatten sind UV-LED's (mit der richtigen Wellenlänge von ~400nm) sehr geeignet...nicht zuletzt weil man eben nicht mit den gefährlichen 230V spielen muss!
Ich hab auch so einen LED-Belichter aufgebaut und schalte mit einem LogicLevel FET von IRF (die nennen den dann "HexFET") meine 100 UV-LED's ein und aus.
Ich hab da einfach den FET über einen 270Ohm Widerstand an einen Pin gehängt. Das funktioniert einwadfrei, ich hab nämlich nur einen Schaltvorgang alle 60-90 Sekunden (sprich einmal An und einmal Aus).

MfG
Basti

[PsiQ]

sodelle.. also wenns bei dir nur ums anschalten geht, kannst schon nen mosfet nehmen.. sollte sogar der buz11 reichen mit kleinem kühlkörper-evtl sogar ohne ..
was machen 100LEDS .. 100*0,03A = 3A ..
Da kannste sogar noch nen handschalter für 2euro benutzen ;-)

wofür die mühe mitm FET?

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
und wenn du nen Mosfet nehmen willst, kannst du den strom der ins (und aus dem) Gate fließt einfach mit einem vorwiderstand drosseln ..
zb 100ohm , 12Volt =>
I=U/R =12V/80Ohm = 150mA

schaltet dann zwar nicht so schnell durch (dauert länger als ne ns), aber das ist bei einmal (soner niedrigen frequenz) egal.


(stimmen die 30mA für die leds?)

[BASTIUniversal]

Hi!
30mA für eine (Standard-) LED ist vielleicht ein wenig viel, idR brauchen die nur 20mA.
Wenn man (wie ich) 12V zur Verfügung hat, kann man (je nach Durchlassspannung) bis zu 3 LED's an einen Vorwiderstand hängen. Ansonsten hat man alleine durch die Widerstände schon eine recht hohe Verlustleistung (Pro Widerstand ~0,18W bei 12V -> 18W für 100 LED's). Die LED's liefern dann nochmal 6W pro 100 Stück...also eine Gesamtverlustleistung von ca. 24W!

Basti

[Millenniumpilot]

Hallo,


Da kannste sogar noch nen handschalter für 2euro benutzen ;-)

wofür die mühe mitm FET?


weil der FET nur 15Cent gekostet hat und es Spaß macht, in seiner Bauteilkiste zu wühlen und dabei gefundene Teile zu verbauen :-)
Und wie der Thread beweist, lernt man dabei auch etwas neues.
Zu meiner Zeit waren FETS noch nicht in Mode. Wenn man mal einen zu kaufen bekam, waren die Anschlüsse mittels Draht/Lötzinn kurzgeschlossen und das ganze nochmals in Alufolie eingewickelt.
Und Johann: Dank für Deine Geduld mit mir.

Gruß Dirk

[Millenniumpilot]

Hallo Basti,


Hi!
ich hab nämlich nur einen Schaltvorgang alle 60-90 Sekunden (sprich einmal An und einmal Aus).


so kann man aber nicht rechnen!!!! Eine Periode geht immer von An nach Aus und wieder nach An. Du mußt also die Pausenzeiten zw. Deinen Belichtungen mitberechnen! Wir wollen doch hier nicht ungenau werden ;-)
Sonst stimmen doch Johanns Formeln nicht mehr.

Entschuldigung für den kleinen Spaß.
Dirk

[konservator]

Mir ist nicht klar, wie man von Stromgesteuert und Spannungsgesteuert getrennt reden kann.

Wenn ich eine Spannung von 5V an die Basis und Masse bei einer Emitterschaltung eines bip. Transistors anlege, ist der Basisstrom durch den Widerstand RBasis begrenzt. Ich kann den Strom nur erhöhen wenn ich den Widerstand verkleinere, was bei festem R nicht funktioniert oder die Spannung erhöhe. Das wäre dann wieder eine Spannungssteuerung.

U = RI.

[Millenniumpilot]

Hallo

Der Kollektorstrom wird durch den Basisstrom gesteuert.
Daher Stromgesteuert!
Wie Du nun den Basisstrom einstellst, und was Du mit der Kollektorstromänderung alles anfängst, ist Dir überlassen.

Gruß Dirk

[Yossarian]

Hallo

um den FET einzuschalten , wird am Gate eine Spannung angelegt. Es fließt kein Strom(nur zum Aufladen der Gatekapazitäten) .Solange die Spannung anliegt,bleibt der FET offen.
Beim BipolarTransistor muß -um den Transistor offen zu halten- ständig Strom in die Basis fließen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Millenniumpilot]

Hallo Benno,

nicht nur das. Wir dürfen nicht nur vom Schalterbetrieb ausgehen.
Mit dem Basisstrom wird direkt (Ic=Ib * hfce) der Kollektorstrom gesteuert.

Dirk

[konservator]

Der Kollektorstrom wird durch den Basisstrom gesteuert. Daher Stromgesteuert!
Und der Basisstrom durch den Widerstand; da jener fest ist, durch die Spannung, die anliegt und nicht den Strom.


um den FET einzuschalten , wird am Gate eine Spannung angelegt. Es fließt kein Strom(nur zum Aufladen der Gatekapazitäten) .Solange die Spannung anliegt,bleibt der FET offen.
Das würde heißen, daß zum Zeitpunkt des Einschaltens und kurz danach der Innenwiderstand Gate-Masse sehr hoch ist.


nicht nur das. Wir dürfen nicht nur vom Schalterbetrieb ausgehen.
Mit dem Basisstrom wird direkt (Ic=Ib * hfce) der Kollektorstrom gesteuert.
Das ist also das Prinzip eines Verstärkers. Ich dachte immer, FETs und bip. Trans. wären nur binär. Interessant.

[Yossarian]

Hallo


Mit dem Basisstrom wird direkt (Ic=Ib * hfce) der Kollektorstrom gesteuert.


... und mit der Gatespannung kannst Du den Fet ebenfalls im linearen Betrieb steuern.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Millenniumpilot]

Hallo Benno,

schon klar, aber meine Antwort bezog sich mehr auf konservator.

@konservator: Wie ich schon schrieb, wie Du den Basisstrom einstellst, durch Spannungserhöhung am Widerstand oder Verringerung des Widerstandes ist bei dieser Bezeichnung egal!
Die Bezeichnung "stromgesteuert" bezieht sich auf die physikalische Funktionsweise eines Bipolartransistors.
Ist bei mir schon Jahrzehnte her: Durch Stromfluß in der Basis-Emitterstrecke werden die Elektronen der Kollekter-Emitterstrecke mitgerissen oder so ähnlich und damit gesteuert. Es ist also ein Stromfluß notwenig!

Beim FET wird durch Anlegen einer Spannung am Gate ein elektrisches Feld aufgebaut, welches den Drain/Source-Kanal irgendwie beeinflusst. Stromfluß ist nicht notwendig. Ist wie gesagt schon eine ganze Weile her bei mir. Daher Spannungsgesteuert.

Gruß Dirk

[Yossarian]

Hallo
mit diesem Bild habe ich als Kind den Transistor verstanden.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[konservator]

Wie ich schon schrieb, wie Du den Basisstrom einstellst, durch Spannungserhöhung am Widerstand oder Verringerung des Widerstandes ist bei dieser Bezeichnung egal!
Nein, da es dann keine Strom, sondern eine Spannungssteuerung ist. Und genau darum geht es hier.

[Yossarian]

Hallo
nein,es geht um den Transistor und in den fließt ein Strom hinein, deswegen Stromgesteuert.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Millenniumpilot]

Hallo konservator,

ich gebe es auf. Du kannst es nun glauben oder nicht. Du hast sogar gedacht, FETs und bip. Trans. wären nur binär! Du mußt uns auch mal etwas glauben oder Du schnappst Dir ein guten Buch über Transistoren.
Und um die Sache mal auf die Spitze zu treiben und Dir Deinen Denkfehler vor Augen zu führen: Wenn Du den Vorwiderstand bei gleicher Spannung verringerst um den Basistrom zu erhöhen ist sofort der Transistor Widerstandsgesteuert. Dies ist anscheindend genau Deine Denkweise.

Dirk

[konservator]

und Dir Deinen Denkfehler vor Augen zu führen
Und schon hast du mich als Leser verloren.

[Millenniumpilot]

Hallo konservator,

wieso?????? War das kein Denkfehler? Ausserdem ist dies keinerlei Beleidigung.
Wenn DU keine Hilfe mehr benötigst, kann ich mir als Schreiber auch die Arbeit sparen. Kopfschüttel.


Dirk

PS: habe gerade in Deinen alten Postings gelesen, das ich in guter Gesellschaft bin. ;-)

[konservator]

Hallo
mit diesem Bild habe ich als Kind den Transistor verstanden.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

Interessant. Wo ist die Pumpe bei B ? Kann hier nicht nur Wasser fließen, weil links bei B genug Druck ist ?

[Yossarian]

Hallo Konservator

ich glaube Du willst uns nur veralbern.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[konservator]

Hallo Konservator

ich glaube Du willst uns nur veralbern.

Mit freundlichen Grüßen
Benno
Einverstanden.

Ich möchte wissen, warum stromgesteuert und spannungsgesteuert unterschieden wird, während beides wegen U=R*I auf spannungsgesteuert rausläuft.

[Yossarian]

Hallo
um bei dem Wasserbild zu bleiben:
Es muß ständig Wasser durch den B-Kanal nachfließen , um die Klappe offenzuhalten.-> Beim BipT muß ständig Strom in die Basis fließen.
Den FET stellst Du Dir als Schlauch mit einer Schlauchklemme vor.
Du brauchst nur einmal die Klemme auf- oder zuschrauben und das Wasser fließt entsprechend, auch wenn Du nach der Betätigung nichts weiter tust.
Daraus resultiert :
Bipolar-> Du brauchst Leistung zum Steuern
FET -> (fast)leistungsloses Steuern

Mit freundlichen Grüßen
Benno