MOSFET linear vs. saturation region

[Don B. (xxx-artix19)]

Hallo zusammen,

habe eine Verständnislücke, es geht um einen N-Kanal MOSFET.

Im Datenblatt steht I_D,max=220mA (@25°C) aufgrund der üblichen 
Einschränkungen (Package... etc.). Wenn ich als Gate-Spannung V_GS=3V3 
einstelle, kommt die Saturation Region erst bei I_D > I_D,max (die 
Linear Region hält bis ca. I_D=1,2A an).
Heißt das, dass man den MOSFET mit V_GS=3V3 also immer in der Linear 
Region betreibt? Oder anders formuliert, begrenzt sich der Strom I_D,max 
automatisch auf 220mA? Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm 
Bereich hängen.

Grüße.

[Martin S. (sirnails)]

In dem Diagramm fehlt die SOA Region. Bei UDS=3V heißt das tatsächlich, 
dass der Mosfet nur mit sehr kleinen Strömen beaufschlagt werden darf, 
da er sonst den Hitzetod stirbt.

[Jens G. (jensig)]

>Heißt das, dass man den MOSFET mit V_GS=3V3 also immer in der Linear
>Region betreibt? Oder anders formuliert, begrenzt sich der Strom I_D,max
>automatisch auf 220mA? Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
>Bereich hängen.

Beschränken tut der nix auf Id_max. Dafür mußt Du schon sorgen. Für 
(ganz) kurze Zeit kannste den aber eben bis an die 1,2A belasten (sofern 
Deine Angaben stimmen, bzw. SOA nicht überschritten wird), ohne daß er 
typisch in die Sat.-Region übergeht.

[Mike (Gast)]

Don B. schrieb:
> begrenzt sich der Strom I_D,max
> automatisch auf 220mA? Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
> Bereich hängen.

Ich würde meinen, der Drain-Strom bei V_GS=3V3 wird dann nur über den 
Drain-Widerstand begrenzt. Wenn der Drain-Widerstand kleiner wird dann 
kann der Drain-Strom auch größer als 220mA werden. Der MOSFET wird dann 
aber thermisch kaputt.

mfg
Mike

[Helmut S. (helmuts)]

Um welchen Mosfet geht es denn?
IRFxxxx?

[Falk B. (falk)]

Don B. schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> habe eine Verständnislücke, es geht um einen N-Kanal MOSFET.
>
> Im Datenblatt steht I_D,max=220mA (@25°C)

Welches denn?

> aufgrund der üblichen
> Einschränkungen (Package... etc.). Wenn ich als Gate-Spannung V_GS=3V3
> einstelle, kommt die Saturation Region erst bei I_D > I_D,max (die
> Linear Region hält bis ca. I_D=1,2A an).

Logisch, du bist dann im Schaltbetrieb.

> Heißt das, dass man den MOSFET mit V_GS=3V3 also immer in der Linear
> Region betreibt?

NEIN! Du bist im ohmschen Bereich, weil dann die DS-Spannung sehr klein 
ist.

> Oder anders formuliert, begrenzt sich der Strom I_D,max
> automatisch auf 220mA?

NEIN!

> Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
> Bereich hängen.

Wo liegt dann das Problem? Der Widerstand begrenzt dann den Drainstrom, 
nicht der MOSFET. Das ist einfacher Schaltbetrieb.

[Maxim B. (max182)]

Don B. schrieb:
> Heißt das, dass man den MOSFET mit V_GS=3V3 also immer in der Linear
> Region betreibt? Oder anders formuliert, begrenzt sich der Strom I_D,max
> automatisch auf 220mA? Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
> Bereich hängen.

Das ist nicht besonders gute Idee, MOSFET linear zu nutzen, wenn das 
Gerät für Schalten konzipiert wurde. Wenn Überhitzen usw. zu Seite 
legen: was willst du hier verstärken? MOSFET hat im Vergleich zu Bipolar 
sehr hohe Gate-Kapazität. D.h. Gate wird oft von einer Vorstufe (die gut 
auf hoch kapazitative Last arbeiten sollte! ) mehr Leistung nehmen als 
du von Drain bekommst. Das macht meistens Verwendung linear nicht 
sinnvoll.

Ess gibt natürlich Ausnahmen. Als Beispiel: man kann mit P-MOSFET 
lineare Spannungsregler machen, die sehr wenig Strom verbrauchen - wenn 
es um sehr niedrige Frequenzen geht. Aber heutzutage gibt es genug IC, 
die diese Arbeit noch besser machen.

[Ping (Gast)]

Don B. schrieb:
> begrenzt sich der Strom I_D(max) automatisch auf <220mA?

Höchstens mit einem Widerstand (rund 8 Ohm oder mehr, für
ca. 200mA sollte je ein 4,7 Ohm und 3,9 Ohm Widerstand -
seriell geschaltet zu 8,6 Ohm - halbwegs funktionieren...)
zwischen Source des Fet und GND der 3,3V-Ansteuerung.

(Bemessen für die gezeigte (typische) Kurve, es kann auch
weniger oder mehr nötig sein - je nach "Streurichtung",
also wohin der reale FET davon abweicht, und natürlich
auch, wie sehr.)

Dort sorgte der R für eine sogenannte Gegenkopplung, weil
sich die V_gs mit steigendem Strom von selbst verringerte,
was wiederum den Stromwert fallen ließe, somit ... stabil.


(Weitaus sauberer und genauer mittels OPV - hiermit darf
der R-Wert auch sehr klein sein, OPVs gibt's incl. Gain.)

[Ping (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Wo liegt dann das Problem? Der Widerstand begrenzt
> dann den Drainstrom, nicht der MOSFET.
> Das ist einfacher Schaltbetrieb.

Wenn vielleicht doch nicht (blicke nicht durch), dann
stellt sich die Frage, wieso man Konstantstrom Lowside
aus einem kOhm-R sinken möchte - oder so...

[Ping (Gast)]

Don B. schrieb:
> Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
> Bereich hängen.

Beschreibe bitte die ganze Schaltung (Topologie, V_B)
und auch, was die überhaupt genau können soll.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Don B. schrieb:

> habe eine Verständnislücke, es geht um einen N-Kanal MOSFET.
>
> Im Datenblatt steht I_D,max=220mA (@25°C) aufgrund der üblichen
> Einschränkungen (Package... etc.). Wenn ich als Gate-Spannung V_GS=3V3
> einstelle, kommt die Saturation Region erst bei I_D > I_D,max (die
> Linear Region hält bis ca. I_D=1,2A an).

Ja. Das ist das Ausgangskennlinienfeld, kein SOA-Diagramm. Das enthält 
auch Arbeitspunkte, die thermisch nicht möglich sind. Zumindest nicht 
dauerhaft. Wenn dich das beunruhigt, nimm Tippex und male die Fläche 
oberhalb Id=220mA weiß aus.

> Heißt das, dass man den MOSFET mit V_GS=3V3 also immer in der Linear
> Region betreibt? Oder anders formuliert, begrenzt sich der Strom I_D,max
> automatisch auf 220mA?

Der MOSFET selber begrenzt nichts. Die Außenbeschaltung aber sehr wohl.

> Über Drain soll ein einfacher Widerstand im kOhm
> Bereich hängen.

Aha. Und wieviele kΩ zu welcher Spannung? Was meinst du, wieviel Strom 
durch diesen Widerstand fließen kann? Mehrere Ampere ja wohl nicht.

In der "guten alten Zeit" ™ als man Arbeitspunkte noch graphisch 
bestimmt hat, wußte die Leute noch, daß man für den Arbeitswiderstand 
eine Gerade in das Ausgangskennlinienfeld zeichnen kann. Für eine 
gegebene Gatespannung kann man den Arbeitspunkt dann direkt als 
Schnittpunkt von Gerade und der Uds vs. Id Kennlinie ablesen.

Nehmen wir an, der Arbeitswiderstand wäre 1kΩ nach +5V. Dann würde die 
Gerade vom 5V Punkt auf der Uds Achse zum 5V/1kΩ=5mA Punkt auf der Id 
Achse gehen.