MOSFET Ausgangsspannung?
Moinsen,
es geht um folgende Aufgabe:
Meine Idee war jetzt zu sagen U_In=U_GS=2 V.
Auf der Grafik sieht man ja das I_D(U_GS=2V) in Sättigung ungefähr bei 150 mA liegt.
Weiterhin gilt ja, dass U_Out=3V-3ohm*I_DS. Mit 150mA käme man dann auf U_O=2.55V. Ist das soweit richtig?
In der Triodenregion(U_DS<0.5V) bin ich mir dann aber nicht mehr sicher, wie ich das ohne die Bauteilparameter angeben kann. Den Abfall könnte man ja ungefähr durch einen Widerstand R=0.5V/0.15V=3.3 Ohm vereinfachen. Würde dann sagen U_O=3V*3/6.3 ≈3/2V?
Hoffe jemand kann mir hier helfen.
Gruß
2 Antworten
Ugs = 2V
Weiters gilt die Maschenregel
Us = Uds + Id*RL
Das kannst du umformen
Id = Us/RL - Uds/RL
Das ist eine Geradengleichung bezüglich Id = Id(Uds)
Eine Gerade ist durch zwei Punkte gegeben.
Erster Punkt:
Uds=0, Id=Us/RL
konkret: Uds=0, Id = 1A
Zweiter Punkt:
Id=0, Uds=Us
konkret: Uds=3V, Id = 0
Das Ausgangskennlinienfeld vermittelt ebenfalls eine Funktion Id=Id(Uds),
der Arbeitspunkt ist demnach der Schnittpunkt der Gerade mit der Kennlinie für Ugs=2V:
Wir haben somit Uds~2,5V, Is~175mA
Die gesuchte Ausgangsspannung ist daher 3V-2,5V = 500mV.
Julian2T hat es eh schon gestern geschrieben...aber dreifach hält besser ;-)
Also dein Ansatz für die Ausgangsspannung stimmt so nicht.
Mit höherem Strom I_DS fällt auch eine höhere Spannung am Widerstand ab. Dies führt aufgrund der festen 3V Versorgung zu einer Änderung der U_DS Spannung. Damit ändert sich wieder der Strom I_DS, usw.
Am einfachsten löst du dieses Problem im Diagramm selbst. Zwei Punkte sind dir bekannt.
Der erste ist der Kurzschlussstrom. Dieser fließt bei U_DS = 0V und wird nur durch den Widerstand limitiert.
Berechnen kannst du diesen mit I_KS = U_0 / R = (U_S - 0V) / R
Der zweite Punkt ist die "Leerlaufspannung" bzw. die Spannung, wo theoretisch kein Strom fließen wird. Dabei gilt U_0 = 0V und damit U_DS = U_S = 3V und I_D = 0A
Jetzt musst du diese zwei Punkte nur noch einzeichnen und dann erhälst du den Arbeitspunkt als Schnittpunkt der Gerade mit der Kennlinie für V_GS
:)
Erstmal Danke für die schnelle Antwort. Aber wieso ist U_DS=0V?
Für U_O gilt doch nach dem durchschalten eigentlich U_O=U_S-I_DS*R_L.
Zwischen Drain und Source hast du ja dann quasi eine Stromquelle an der auch eine Spannung abfällt.
So klappt das nicht, da deine Seite hier nicht die Kennlinie kennt, sondern nur die fest vorgegebenen Werte betrachtet. Und die sind verkehrt vorgegeben.
Der Ansatz von Julian2T beschreibt die zeichnerische Ermittlung des Arbeitspunktes mit der Arbeitsgeraden in den beiden Extrempunkten. Also einmal der max Strom durch den Widerstand, wenn der MosFET nicht da wäre, und der max verfügbaren Spannung.
Auf der Arbeitsgeraden gibt es dann einen Schnittpunkt mit der Kennlinie für Ugs 2V... Die hast Du aber schon verlehrt abgelesen. Denn es sind ca 180-190mA und nicht 150mA die bei 2V Ugs max fließen können... Und entsprechend dem Strom, den der MosFET im Arbeitspunkt tatsächlich fließen lässt, fällt an dem Widerstand eine Spannung ab, die gleichzeitig deine Uo ist...
Wie erkennst du bitte, dass das 190 mA sind? Liegt für mich ca zwischen 0.2A und 0.1A. Aber auch egal.
Also dann U_O=2.4 V?
Oder 600mV?
Mir ist einfach nicht klar warum ch hier annehmen darf, dass der Strom im Kurzschluss nur durch den Lastwiderstand und nicht durch den Widerstand der Stromquelle begrenzt wird. SO haben wir das nämlich in der Vorlesung besprochen (SCS-Modell)wobei dort noch die Bauteilparameter gegeben waren
Siehe hier:
Liegt für mich ca zwischen 0.2A und 0.1A.
Der max Strom, der bei der Ugs 2V fließen kann, ist knapp unter der 0,2A und nicht mittig zwischen 0,1A und 0,2A.. Somit also über 150mA... Ich weiß ja nicht wo Du abgelesen hast...
Und nö. keine 2,4V am Widerstand... 600mV auch nicht. Denn Du hast keine 0,2A fließen, sondern weniger... Das solltest Du schon sehr genau bestimmen. Sonst ist das ein Fehler... Die Kennlinie bei Ugs 2V liegt ja nicht auf der 0,2A-Linie im Diagramm, sondern knapp drunter. Und hast Du die Arbeitsgerade eingezeichnet? Wo liegt dann der Schnittpunkt bei der Arbeitsgeraden und der Ugs 2V-Linie? Nimm den dabei fließenden Strom und versuche nicht Uds abzulesen. Das ist eher schätzen und raten, wie genau ablesen... Und dann ohmsches Gesetz mit dem Strom und dem Widerstand anwenden.. ;)
Mir ist einfach nicht klar warum ch hier annehmen darf, dass der Strom im Kurzschluss nur durch den Lastwiderstand und nicht durch den WIderstand der Stromuelle begrenzt wird.
Wenn kein Innenwiderstand für die Spannungsquelle angegeben ist, betrachtet man eine ideale Spannungsquelle mit Ri = 0Ohm. Somit stehen die 3V immer fest an... So hab ich es mal gelernt. Erst wenn extra Ri angegeben ist, oder in der Fragestellung drauf hingewiesen wird, betrachtet man einen Innenwiderstand der Spannungsquelle...
Ich rede von der Stromquelle, die im Durchgeschalteten Zustand zwischen Drain und Source ist wo dann gilt I_DS=K/2*(U_GS-U_T)^2. K ist dann der Bauteilparameter, der meistens so bei 1mA/V^2 liegt. Bei einer Stromquelle fällt immer eine Spannung ab.
Hier nochmal im Bild verdeutlicht: https://lh6.googleusercontent.com/-8qMblWd45RQ/TYfEree5rZI/AAAAAAAAAdo/zgEWCwL4W8w/s1600/2011-03-21_143536.jpg
Das ist eine Halbleiterstrecke und keine Stromquelle. Ka was man Euch erklärt hat, aber ein MosFET schiebt keinen Strom, sondern begrenzt den Strom. Dafür muss natürlich eine Spannung an dem DS-Übergang abfallen.
Eine Stromquelle an sich versucht immer den gleichen Strom fließen zu lassen und erhöht dafür die Spannung, soweit sie kann... Aber der MosFET ist keine Quelle... Die definition hab ich so noch nicht gehört... Oder ich hab es verdrängt.
http://www.elektronikinfo.de/strom/sourceschaltung.htm
Das ist das Verfahren, das wir hier meinen...
Wenn du hier in der Simulation schaust, siehst du ja auch , das für U_GS>U_T
U_DS nicht 0 ist. Da müsste man schon mehrere tausend Volt als Eingangsspannung haben. Ich will dir wirklich nciht auf die Nerven gehen. WIll es nur nachvollziehen können
("Die ideale Stromquelle ist der Grenzfall einer linearen Stromquelle mit einem Innenwiderstand R_V. Damit der Strom einer idealen Stromquelle fließen kann, baut sie je nach Widerstand R_V des Verbrauchers eine entsprechend hohe Spannung auf.")
@RareDevil: Ich will mich korrigieren. Genau betrachtet ist das wohl keine Stromquelle. Beim SCS Modell kann man im durchgeschalteten Zustand zwischen Drain und Source aber zur Veranschaulichung eine Stromquelle zeichnen. Zumindest haben wir das so gelernt. Warum U_DS=0V beim Kurzschluss gilt leuchtet mir aber immer noch nicht ein. In der SImulation fällt weiterhin eine Spannung bei U_DS ab.
Die Kennlinie die du da gegeben hast beschreibt quasi den Widerstandswert der DS-Strecke für eine bestimmt Gate-Spannung und änderbarer DS-Spannung. Alle Punkte dieses Diagramms sind der Annahme nach richtig und können auftreten. Im realen Betrieb folgt der Mosfet also der Kurve. Da in dieser Beschaltung eine Stromänderung aber auch eine Spannungsänderung mit sich bringt ist es hier deutlich einfacher den grafischen Weg zum Lösen heranzuziehen.
Da dir eigentlich nicht bekannt ist was zwischendrin' so passiert (da die Eingangsgrößen sich beeinflussen) musst du Punkte finden, die du kennst, egal was passiert. Der einfachste ist V_DS = 3V. Spric hdie gesamte Versorgungsspannung fällt am Mosfet ab. Er "sperrt" also komplett (ideal R->unendlich). Folglich ist des die "Leerlaufspannung" (hier nicht ganz zutreffend). Also der Punkt bei U_DS = 3V auf der x-Achse da kein Strom fließt für I_R = 0V/R
Der zweite ist der andere Extremfall. V_DS ist komplett durchgesteuert und hat den Widerstand 0Ohm. Folglich liegt die gesamte Versorgung über dem Widerstand und nur sein Widerstandswert begrenzt fließenden Strom.
Dieser Punkt ist also durch den "Kuruschlussstrom" (Mosfet kurzgeschlossen) gekennzeichnet und liegt bei I_KS = U_S / R
Gleicher Gedanke, nur bin ich zu spät aufgestanden und hab zu lange zum Zeichnen gebraucht... ^^... :)