Laborübung, MOSFET als Schalter

28. April 2015
Elektonik 1
Martin Weisenhorn
Laborübung, MOSFET als Schalter
1 Einschaltschwelle
Zur Messung der Einschaltschwelle ist eine Messchaltung in Abb. 1 zu sehen. Für den Widerstand R2 soll der Wert 270 Ω gewählt werden. Zum Nachweis, dass kein Strom für die Steuerung
des Transistors nötig ist, soll der Widerstandswert R1 = 10 MΩ gewählt werden. Zur Erzeugung der Eingangsspannung und für die Versorgungsspannung von 5 V soll je ein Kanal des
Labornetzgeräts verwendet werden.
R2
ID
D
R1
G
S
U1
T
220 µF
IRF540
16 V
5V
Abbildung 1: Messschaltung für Schaltschwelle.
a) Messen Sie die Spannung UGS und verändern Sie die Spannung am Eingang langsam von
von 0 V bis auf 10 V. Beobachten Sie dabei wie die Spannung UDS von anfangs 5 V auf ca.
0 V absinkt. Zeichnen Sie die Kennlinie UGS als Funktion von U1 mit Hilfe von MATLAB.
b) Skizzieren Sie Ihr Resultat an die Tafel, sodass am Ende der Übung die Kennlinien aller Arbeitsgruppen übereinander liegen.
Laborübung, MOSFET als Schalter, Elektonik 1
c)
2
Bestimmen Sie den Widerstand RDSon für die Spannungen UDS ∈ {VT , VT + 2 V, VT + 4 V}.
2 Eingangskapazität
Als Eingangskapazität wird die Kapazität CGS zwischen der Gate- und der Source-Elektrode
bezeichnet. Sie ist eine wichtige Kenngrösse von MOSFET Transistoren. Diese Kapazität ist
umso grösser, je grösser der Strom ist den der Transistor schalten kann.
D
R1
G
S
T
IRF540
U1
Abbildung 2: Messchaltung für CGS .
a) Entfernen sie den Drain-Widerstand, sodass Ihr Aufbau dem Schaltbild in Abb. 2 entspricht.
b) Erzeugen Sie nun mit dem Funktionsgenerator eine Rechteckspannung mit einer Frequenz
f = 100 kHz ohne Offset und mit einer Spitze-Spitze Spannung von 20 V. Verwenden Sie
diese als Quelle für U1 .
c) Wählen Sie R1 = 1000 Ω. Beobachten Sie den Spannungsverlauf der Gate-Source Spannung
UGS mit dem Oszilloskop. Es sollte sich ein Umladevorgang beobachten lassen. Schätzen
Sie daraus die Zeitkonstante τ1000 des Umladevorgangs ab. Der Index steht für den Wert
des Widerstandes R1 .
d) Ersetzen Sie nun den Widerstand durch 100 Ω und schätzen Sie die nun resultierende
Zeitkonstante τ100 ab.
e) Welche Schlussfolgerung ziehen Sie über die Kapazität CGS zwischen der Gate- und der
Source-Elektrode?
Laborübung, MOSFET als Schalter, Elektonik 1
3
3 Ausgangskapazität
Die Ausgangskapazität Cout setzt sich aus der Kapazität CDG zwischen der Drain- und der
Gate-Elektrode sowie der Kapazität CDS zwischen der Drain- und der Source-Elektrode zusammen. Um den Wert von Cout abschätzen zu können, soll die Schaltung entsprechend Abb.
3 aufgebaut werden. Setzen Sie R1 = 10 Ω und R2 = 270 Ω. Verwenden Sie erneut das Rechtecksignal mit Vpp = 20 V, ohne Offest und mit einer Frequenz f = 100 kHz.
R2
R1
U1
G
ID
D
T
IRF540
S
220 µF
16 V
5V
Abbildung 3: Messchaltung zur Bestimmung der Ausgangskapazität.
a) Messen Sie nun die Spannung UDS zwischen Drain und Source. Welche Zeitkonstante τ270
beobachten Sie für den Umladevorgang an der Drain-Source Spannung UDS .
b) Wählen Sie nun für den Widerstand R2 den Wert 27 Ω. Wie hoch ist die Zeitkonstante
τ27 ?
c) Welche Schlussfolgerung ziehen Sie für die Ausgangskapazität Cout ?

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