Wie Spannung und Stromstärke für MOSFET beschränken ?

Question

Hallo,

ich hab ein paar Schwierigkeiten bei dem Spannungsteiler hier:

Hier erstmal alles was schon gegeben ist:

U_B = 12 V 

R₁ = 100k Ohm

Hier ist was gefordert ist:

Ich soll R_D und R₂  so wählen, dass I_D = 50mA und  U_GS und U_DS sollten beide 6V betragen.

Nun hab ich R₂ schon berechnet und rausbekommen dass er 100k Ohm betragen muss.

Auch hab ich berechnet, dass wenn I_D = 50 mA sein muss R_D = 240 Ohm sein muss, ABER dann fällt immer noch 12V über U_DS  ab, was doch nicht gewollt ist.

Was mach ich falsch, bzw wie lös ich die Aufgabe weiter auf ?

Answer 1

Hallo Zython,

wenn \(U_B=12\text{V}\) und \(U_{DS}=6\text{V}\), dann muss zwangsläufig die Spannung \(U_D\) am Widerstand \(R_D\) auch \(6\text{V}\) betragen. Zusammen mit dem geforderten Strom \(I_D=50\text{mA}\) ergibt sich dann ein Wert für \(R_D\) von

$$R_D = \frac{U_D}{I_D} = \frac{6 \text{V}}{ 50 \text{mA}}=120 \Omega$$ Da man bei den MOSFETs annehmen kann, dass der Basisstrom \(I_{GS}\) praktisch 0 ist, ergibt sich die Spannung \(U_{GS}\) allein aus dem Spannungsteiler \(R_1\) , \(R_2\). Wie Du schon berechnest hast, sind dies $$R_2=100 \text{k}\Omega$$

Das eigentliche Problem ist der MOSFET selbst. Der muss nämlich so ausgelegt sein, dass bei \(U_{DS}\) von \(6\text{V}\) und \(U_{GS}\) von \(6\text{V}\) dort genau \(50\text{mA}\) fließen. Ansonsten stellt sich bei \(U_{DS}\) eine andere als die gewünschte Spannung ein.

Gruß Werner

Comments

super, danke für die verständliche Antwort

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Eine Frage noch, ich hab das ganze mal in einer Simulation nachgebildet mit $$R_D = 120 \Omega$$ und da bekomm ich ~ $$100mA$$ und $$12V$$ durch $$R_D$$. Wieso nochmal muss $$U_DS$$ gleich $$U_D$$ sein ?

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Der Widerstand \(R_D\) und der MOSFET teilen sich die Spannung \(U_B\) auf. Es gilt immer(!) $$U_{DS} + U_D=U_B$$ und \(U_B\) und \(U_{DS}\) sind vorgegeben. Folglich ist $$U_D = U_B-U_{DS}=12\text{V} - 6\text{V}=6\text{V}$$

Wenn Du das in einer Simulation nachgebildet hast, welche Schwellenspannung \(U_{th}\)und was für eine Kennlinie hast Du für den MOSFET angenommen?

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1 Volt,  hab ich für \(U_{th}\) verwendet. Bezüglich \(U_B\) gibt es da irgendeine Regel dazu wo ich das für mich nachlesen kann ? Weil trotz dem, dass ich das jetzt kapiert hab, kann ich dass nicht wirklich selber "reproduzieren". 

Es kann gut sein dass ich bei der Simulation was falsch gemacht hab.