Schaltung FET

Labor MOSFET

25.11.2015

Der MOSFET (engl. metall oxide semiconductor field effect transistor) wird hier im Labor untersucht. In diesen Versuchen werden verschiedene die U-I-Kennlinien aufgenommen und so das Verhalten des Feldeffekttransistors in der Praxis untersucht.

Für die Durchführung des Versuchs wird ein selbstsperrender n-Kanal MOSFET (IRL540N), bzw. ein selbstsperrender p-Kanal MOSFET (IRF9540N), zwei Spannungsquellen von 0 - 30 V, Last- und Messwiderstände sowie zwei digitale Spannungsmeßgeräte benötigt. Der Strom wird indirekt über den Spannungsfall an einem Widerstand bestimmt.

FET-Bauteil

Bitte beachte, dass über den Transitor bei unsachgemäßer Arbeit sehr schnell hohe Ströme fließen, die zu einer Zerstörung von Bauelementen führen. Außerdem besteht Verbrennungsgefahr.

Bitte arbeite sorgfältig und beachte alle Sicherheitshinweise.

überhitzter Widerstand

1 UGS-ID-Kennlinie des IRL540N MOSFETs

Schaltung Z-Diode in Vorwärtsrichtung

Für die Schaltung wird eine Gleichspannungsquelle mit USt = 0 - 2 V für den Steuerkreis, eine Gleichspannungsquelle mit UAK = 30 V für den Arbeitskreis, ein MOSFET IRL540N, ein Messwiderstand mit 1000 Ω und zwei Spannungsmessgeräte benötigt.

  1. Wie kann man mit Hilfe von URm den Strom ID bestimmen?

  2. Bestimme bei einer Spannung von UAK = 30 V und UDS = 0 V den maximalen Diodenstrom.

  3. Messe die Kennlinie ID = f(UGS) und stelle die Kennlinie als UGS = f(ID) in einem Diagramm dar.

ID in mA 0 2 5 10
URm in V
UGS in V

  1. Berechne zu jedem ID den Widerstand der Drain-Source Strecke RDS. Hinweis: Bestimme UDS über die Maschengleichung.

  2. Berechne zu jedem ID die Verlustleistung PDS.

  3. Finde aus dem Datenblatt des Transistors heraus, wie klein der Widerstand minimal wird.

2 UDS-ID-Kennlinie des IRL540N MOSFETs

Schaltung FET

Die UDS-ID-Kennlinie wird als sogenannte Ausgangskennlinie bezeichnet. In diesem Lab soll diese eine Gate-Source-Spannungen (UGS = 2,5 V) ermittelt werden. Für die Schaltung wird benötigt:

  • Frequenzgenerator mit T = 1 ms, ti = 100 μs, ÛSt1 = 2,5 V,

  • eine Gleichspannungsquelle für den Arbeitskreis mit UAK = 0 - 7 V,

  • ein Oszilloskop zum messen der Spannungen UDS und URm,

  • ein MOSFET IRL540N, ein Messwiderstand mit 1 Ω (10 W).

Sicherheitshinweis: Es können sehr hohe Verlustleistungen am Transistor auftreten. Es besteht Verbrennungsgefahr!

  1. Wieso verwendet man für den Versuch eine gepulste Spannung UGS?

  2. Wie kann man mit Hilfe von URm den Strom ID bestimmen?

  3. Messe die Kennlinie ID = f(UDS) für UGS = 2,5 V.

  4. Stelle die Kennlinie als ID = f(UDS) in einem Diagramm dar.

UDS in V 0 0,1 0,2 0,5
URm in V
ID in A

  1. Berechne zu jedem UDS den Widerstand der Drain-Source Strecke RDS.

  2. Berechne zu jedem UDS die Verlustleistung PV.

3 Transistor als Schalter mit dem IRL540N MOSFET

Schaltung zur Helligkeitssteuerung einer LED mit einem FET

Der Transistor wird als Schalter eingesetzt um die Helligkeit einer LED zu steuern. Der Widerstand im Arbeitspunkt AN beträgt RDSOn = 44 mΩ. Der maximale Strom durch die LED soll 36 mA betragen. Die Helligkeit der LED soll über das Tastverhältnis g = ti / T gesteuert werden. Die Frequenz beträgt 1 kHz.

Sicherheitshinweis: Bei unsachgemäßem Arbeiten können sehr hohe Verlustleistungen am Transistor auftreten. Es besteht Verbrennungsgefahr!

  1. Wie hoch ist der Spannungsfall UDS im Arbeitspunkt AN am Transistor?

  2. Dimensioniere den Vorwiderstand für eine Schleusenspannung von US = 2,1 V.

  3. Baue die Schaltung mit einem geeigneten Vowiderstand auf und bewerte die Funktionalität der Schaltung.

g = ti / T 0 0,5 % 10 %
Helligkeit

  1. Teste verschiedene Frequenzen bei g = 50 %. Ab welcher Frequenz beginnt die LED zu blinken?

  2. Berechne die Verlustleistung PV am Transistor und am Vorwiderstand der LED.


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