Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

AW: Entwurf Transistorschaltung (Mosfet) für Magnetspule

Ich würde es so machen

 

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Mosfets machen die Sache nicht einfacher, und du brauchst da auch 2 N und 2 P-Mosfets.
Ist eigentlich beides mal so, das wenn du + schalten willst auch + dein Bezugspunkt ist um den Transistor durchzusteuern. Da es aber 2 Unterschiedliche + Spannungen gibt, brauchst du einen 2. Transistor um den - zum gemeinsamen Bezugspunkt für die Ansteuerung zu machen. Eine Alternative wären 2 Transistoren+ 2 Optokoppler.

 

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Na gut, die Funktion von allen Transistortypen würde den Rahmen hier sprengen, aber ich erkläre mal kurz die Schaltung zumindest einen Zweig.
T3 ist ein NPN Transistor. Bei diesem ist der Emitter an -. + an der Basis bewirkt einen Basisstrom zum Emitter. Dieser Strom steuert einen 2 Strom vom Kollektor zum Emitter. Wenn du also für einen Basisstrom von 1mA sorgst, und der Transistor eine Stromverstärkung von 100 hat, können max.100mA im Kollektor fließen. T1 ist ein PNP Transistor, der funktioniert genau anders herum. Er brauch praktisch einen negativen Strom zur Basis. selbigen liefert der Kollektor von T3. Wenn man wie in diesem Fall Transistoren als Schalter verwenden will, betreibt man sie in Sättigung, also mit einem viel höheren Basisstrom als wie für den Kollektorstrom nötig wäre. Dadurch ist er immer voll durchgesteuert, und über Emitter und Kollektor hat man dann eine Durchlassspannung von 0,3-0,4V.
Wenn T3 also durchgesteuert ist, liegt am Kollektor 0,3V an gegen - gemessen. Der senkrechte Widerstand begrenzt den Basisstrom von T1. Die Spannung von Basis zu Emitter ist immer 0,6-0,7V.
T1 hängt an 12V, an der Basis hab ich also im durchgesteuerten Zustand 11,3V. Am Kollektor von T3 hab ich 0,3V macht eine Spannungsdifferenz von 11V. Angenommen T1 kann 3A Kollektorstrom vertragen und hat eine Verstärkung von 100, dann brauch ich mindestens 30mA Basisstrom. 50 oder 100mA schaden da aber auch nicht. Der Widerstand errechnet sich daher 11V/0,05A= 220 Ohm. Der waagerechte Widerstand muss nur den minimalen Strom, den T3 im gesperrten Zustand durchlässt eliminieren. Er kann daher z.B.100 Kohm sein. Genau so eine Widerstandskombination gehört auch noch vor T3 und T4 wobei der Basiswiderstand von der Ansteuerspannung abhängt. 1ms ist für keinen Transistor ein Problem egal ob bipolar oder Feldeffekt. Bei einem Mosfet ist es ähnlich wie bei einem Bipolartransistor. Es gibt dort auch P und N-kanal Typen. zu vergleichen mit PNP und NPN. Beim Mosfet fließt nur kein Strom von Gate(Basis) zu Source(Emitter) sondern man steuert mit Spannung Dabei verhält sich die Gate-Source Strecke im Prinzip wie ein Kondensator. je mehr Leistung die Mosfets haben, umso größer die Kapazität. Es fließt also nur ein Kurzer Ladestrom bis die nötige Gatespannung erreicht ist. Die Source(Emitter)-Drain(Kollektor) Strecke verhält sich dabei wie ein änderbarer Widerstand. Wenn man ihn voll durchsteuert, hängt die Source-Drain Spannung vom Strom und dem min. Source Drain Widerstand ab. Die Schaltgeschwindigkeit eines Mosfets wird gerade bei Leistungstypen durch die hohe Gatekapazität begrenzt. Weil der Umladestrom dann sehr hoch sein muss. Deshalb nimmt man dann bei sehr hohen Leistungen und hohen Frequenzen (z.B.für Servoantriebe) sogenannte Igbits. Das ist eine Kombination aus einem "kleinen" Mosfet und einem Leistungsbipolartransistor.

 

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Und, sofern Du das funktionsfähig aufbauen mußt: Bei Einsatz von MOSFET mußt Du die Spannung am Gate begrenzen. Die meisten Typen vertragen maximal 20V,
also ist eine 15v (bzw. 18V) eine gängige und kaufbare Wahl für die Spannungsbegrenzende Diode.
Du benötigst für jeden P-Mosfet eine Z-diode.


die Widerstandkombination vor T4: Der Bassistrom ergibt sich aus dem Kollektorstrom dividiert durch den Stromversärkungsfaktor von T4, und dann multipliziert mit einem Sichehrheitsfaktor -- typisch z.b. Faktor 5, um sicheres Druchschalten zu gewährleisten.

Um das mal mit Zahlen zu vernschaulichen: T4 habe einen verstärkungsfaktor von 50, es sollen 2 mA Kollektorstrom fließen.
Dann ist der Basisstrom 0,04 mA, mit dem Faktor5 also 0,2mA. Bei 12V am Eingang müssen 12-0,7V Spannung am Basis-Widerstand abfallen, was uns 51 kOhm wählen läßt (nächstgelegener kaufbarer Wert der E24 Reihe)
Die 0,7 V sind eine grober Richt-Wert für die Basis-Emiterspannung eines Silizium Bipolartransistors.
Ein BDX33B ist ein Darlingtontransitor, hat also 2 in Serie geshcaltete pn ünergänge und somit ca. 1,4 V.
Aber ein BDX33B als 100V Transstor ist unzureichend für 110V Schaltungen, das am Rande erwähnt.
Schau mal z.B. bei Motorola im Datenbuch, da gibt es gute pnp bzw. npn Hochvolt T's.

Das ganze wird einfacher mit N-Mosfet, hier ist der Gatestrom dicht bei 0 im statischen Fall.
R ist also auch höher wählbar. Da Du aber anfangs 6...30v eingangsspanung erwähnt hast, benötigst Du hier wieder je eine Z-Diode für das Gate der N-Mosfet.

Und, wenn wir es schon richtig machen: Damit das Ein-/ausschalten richtig Schnell geht, sollte man Treiber ICs nehmen.
Für schaltzeiten im Millisekundnebereich genügt aber die Widerstandsvariante.

Ich hoffe, das war ausreichend erklärt und hat Dich nicht verwirrt.

 

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> ich muss im Rahmen meiner Bachelorthesis eine Ansteuerung für eine Magnetspule mit Labview entwerfen

Gegenfrage: Ich finde da bisher fast nix von Deiner eigenen Leistung -- sorry aber mit all den Hinweisen die Dir bereits gegeben wurden würde ich sagen nach 90 Minuten zw. meiner Antwort und Deiner ein "...finde da nix" zu lesen finde ich gelinde gesagt frech.

Sorry, ich fürchte ich muss Dir sagen: Deine Hausaufgaben machen wir hier sicher nicht.

google findet das Datenbuch von jeglichen Transistorherstellern zügig, und jedes Datenbuch hat eine sogenannte parametrische Suche. Damit erhälst/findest Du eine shortlist möglicher Transistoren.