Mosfet - Phänomen

Hallo Community,

neulich bin ich über ein kleines Phänomen beim testen mit einem MOSFET gestolpert und kann mir das nicht erklären warum das so ist.
Selbst im Datenblatt zum Mosfet habe ich nix gefunden, deswegen wende ich mich hoffnungsvoll an euch.

Bild hier  

Im Beispiel 1 wurde folgendes gemessen:
UR1 = 1,78 V
ULED1 = 3,23 V
UDS = 73 mV
I = 17,25 mA

Im Beispiel 2 wurde dann dies bestimmt:
ULED1 = 3,125 V
UDS = 1,9 V
I = 12,22 mA

-> Die LED ist eine ultrahelle weißlicht LED mit einem UFF=3,5 V.
Aus Spaß habe ich dann mal ne low cost 3mm rote LED genommen und die Schaltung von Beispiel 2 genommen und folgende Werte gemessen:
ULED1 = 2,67 V
UDS = 2,3 V
I = 47 mA

[shadow=darkred:3c89df845f]Da stellt sich doch die Frage:[/shadow:3c89df845f]
1. Warum braucht man im Beispiel 1 einen Vorwiderstand und im Beispiel 2 nicht?
2. Warum ist der Spannungsabfall am Mosfet (Drain-Source) im Beipiel 1 73mV und im Beispiel 2 fast 2V?
3. Warum ist der Strom mit der roten LED viel zu hoch (normal ist doch 20mA) und mit der weißen i.O.?

Kann mir jemand da weiter helfen?

Vielen Dank im voraus
Paritybit

Hi Paritybit,
ich hab zwar noch nicht so viel mit FETs gemacht aber ich glaube deine Fragen beantworten zu können.

1) Weil Beispiel 2 meiner Meinung nach falsch ist und nur durch Zufall funktioniert. Eine LED benötigt entweder eine Strombegrenzung(Widerstand) oder eine Konstantstromquelle.

2) Das liegt daran, daß der FET im Beispiel 1 mit der vollen Signalstärke (wahrscheinlich 5V) durchgesteuert wird und im 2. Beispiel um die Flussspannung der LED weniger. Das ist auch die Lösung für Frage 3:

Wenn du eine rote LED einsetzt, dann ist die Flussspannung der LED kleiner und der FET steuert weiter auf. Also fliesst auch ein größerer Strom.

Das die Schaltung 2 so halbwegs funktioniert liegt nur an der Kennlinie des FET: Der scheint bei der weißen LED genau den Source-Drain Widerstand zu haben der für die weiße LED notwendig ist. Allerdings ändert sich das sehr schnell, wenn du ne höher Versorgungsspannung anlegst oder die Spannung am Gate erhöhst. Dann dürfte die LED ziemlich schnell in Rauch aufgehen.

Gruß,
SIGINT

P.S.: Der FET ist eine Art steuerbarer Widerstand. Die Spannung zwischen Gate und Source ändert den Widerstandswert der Drain-Source Strecke. (große Gatespannung-> kleiner Widerstand)...

Hallo SIGINT,

die Gatespannung ist bei beiden Versuchen gleich, deswegen vermute ich ja das es mit der Drain-Source Strecke zu tun hat.

Komisch ist es doch, dass es unterschiedliche Werte gibt, wenn ich die LED vorm Drain und nach dem Source betreibe und das verstehe ich nicht. Wie gesagt, selbst im Datenblatt habe ich keine Antwort gefunden.

see you
Paritybit

Die Gatespannung gegenüber Masse ist gleich oder was meinst du?

Ich sehe es genauso wie SIGINT

Gruß Philipp

stimmt, im Beipiel 1 ist die Gate-Source Spannung 4,96V und im Beispiel 2 ist sie 5 Volt.
Zur Info: das Gate hängt direkt an dem Port-Pin eines I2C gesteuertem PCF8574 I/O-Expanders.

Wie der MOSFET theoretisch funktioniert und wie die Ersatzschaltung aussieht kenn ich - nur scheint sich hier wieder einmal die Theorie und die Praxis vollkommen zu unterscheiden.

see you
Paritybit

Wenn die LED in Fall 2 leuchtet, dann kann die Gate-Source Spannung doch nicht mehr 5V sein. Da fehlt doch der Spannungsfall über der Diode.

Aus deinem PCF kommen doch nur 5V gegen Masse.

Im Fall eins ist Gate-Source genauso groß wie Signal-Masse
in Fall 2 ist Gate-Source aber nur Signal-Masse minus Diffusionsspannung

Gruß Philipp

das Gate macht doch nicht anderes bei einem N-Kanal MOSFET, so die Theorie, als das "Substraht" zwischen D und S zum leiten zu bringen.
Deswegen hat ja auch der MOSFET Vorteile gegenüber einen bipolarem Transistor er ist Leistungslos - es fließen keine Ströme.
Der PCF sowie der MOSFET haben die gleiche Masse.

Haben sie in Beispiel 2 nicht.

Es wird nur ein kleiner Kanal zur Inversion gebracht, nicht das ganze Substrat wird leitend. Die Spannung die das Feld erzeugt, legst du zwischen Source und Drain an, wenn du aber noch etwas in Reihe schaltest (in dem Fall die LED) wird diese Spannung natürlich kleiner.

Gruß Philipp

Guck mal im Datenblatt figure5.
Im zweiten Fall hast du eine GS-Spannung 1,9V. Da fliesst Temperaturabhängig ein kleiner Strom. Ein Fet ist ja im Prinzip ein spannungsgesteuerter Widerstand.