mit Arduino Pro mini (3,3v) Transistor schalten

Hallo,

ich möchte mit einem Arduino Pro mini (3,3v) einen Transistor schalten. Ich habe es bereits mit einem ZVN430 probiert, allerdings scheint es so, als bräuchte der Transistor über 5V Spannung um zu schalten. Kann mir jemand Transistoren empfehlen, die bei 3,3V schalten? Strom ist max. 1,2 A (Spitze).

Danke

das klingt nach einem Fall für einen MOSFET. Bei 3,3 Volt bietet sich zum Beispiel der IRF3708 als N-Channel-Typ an. Der schaltet bereits ab 2,8 Volt VGS sicher durch. Gibt's in der Bucht ab 69 Cent pro Stück (bei 10 Stück Abnahme).

Ich verstehe nicht ganz welcher Wert aus dem Datenblatt die Spannung für die sichere Durchschaltung angibt. Der von mir verwendete ist zb. wesentlicher kleiner und hat ein Vgs von 2,1V (min) und 4V (max). Der von dir genannte hat ein Vgs von 4,5V. Demnach müsste meiner schon früher schalten.
Ich habe es jetzt mehrmals probiert, er schaltet definitiv erst ab 4V.. Viel falsch machen kann man da ja nicht oder? In links, Mitte Basis (das 3,3V An/Aus Signal), rechts Out.

Ich bin etwas verwirrt.

ich weiß zwar nicht, wo Du die etwas abenteuerlichen Werte her hast ... aber ausschlaggebend für Deine Zwecke ist der RDS(on) Wert und für welche VGS dieser angegeben ist. Und da sieht man beim IRF3708 eben einen Wert von typisch 14,5 mOhm bei 2,8 Volt VGS. Das ist der Wert auf den es ankommt. Beim ZVN430 z. B. ist ein RDS(on) Wert erst für 5 Volt spezifiert. Er gehört damit zwar immer noch zu den Logic-Level Typen, ist aber eben nicht geeignet für Gate-Spannungen < 5 Volt. Beim IRFZ34 hingegen z. B. findest Du nur einen RDS(on) Wert für 10 Volt VGS. Er gehört damit auch nicht mehr zu den Logic-Level Typen. So kann man relativ einfach den für die eigenen Zwecke passenden MOSFET finden.

Und nur ganz am Rande: die max. Gate-Spannung des IRF3708 VGSmax ist laut Datenblatt 12V und für Deinen ZVN4306 sogar von 20V ... also weit entfernt von den von Dir genannten 4 Volt :wink:

Alle anderen Werte - und hier insbesondere der Treshhold-Wert - sagen hingegen nichts über die Eignung die Ansteuerung mit einer bestimmten Gate-Spannung im Schaltbetrieb aus.

Wenn du nicht auf Typen und Schaltung festgelegt bist, dann verwende doch einen NPN Transistor, mit dem du wiederum einen P-Channel steuerst.

Bauteilwerte dieses Beispiels kannst du entsprechend anpassen.

NPN_P_Channel.jpg

mgcss:
ich weiß zwar nicht, wo Du die etwas abenteuerlichen Werte her hast ... aber ausschlaggebend für Deine Zwecke ist der RDS(on) Wert und für welche VGS dieser angegeben ist. Und da sieht man beim IRF3708 eben einen Wert von typisch 14,5 mOhm bei 2,8 Volt VGS. Das ist der Wert auf den es ankommt. Beim ZVN430 z. B. ist ein RDS(on) Wert erst für 5 Volt spezifiert. Er gehört damit zwar immer noch zu den Logic-Level Typen, ist aber eben nicht geeignet für Gate-Spannungen < 5 Volt. Beim IRFZ34 hingegen z. B. findest Du nur einen RDS(on) Wert für 10 Volt VGS. Er gehört damit auch nicht mehr zu den Logic-Level Typen. So kann man relativ einfach den für die eigenen Zwecke passenden MOSFET finden.

Und nur ganz am Rande: die max. Gate-Spannung des IRF3708 VGSmax ist laut Datenblatt 12V und für Deinen ZVN4306 sogar von 20V ... also weit entfernt von den von Dir genannten 4 Volt :wink:

Alle anderen Werte - und hier insbesondere der Treshhold-Wert - sagen hingegen nichts über die Eignung die Ansteuerung mit einer bestimmten Gate-Spannung im Schaltbetrieb aus.

danke das hat mir sehr weiter geholfen. Ich dachte die Treshhold-Spannng ist die maßgebende. Der IRF3708 scheint noch etwas sehr "overdressed" zu sein für meine Andwendung. Kennst du evtl. noch einen kleineren mit noch kleinerem RDS(on)? Ich gehe mal davon aus, dass bei höherem Widerstand mehr Verlustleistung in Form von Wärme verbraten wird.. Für meine Anwendung ist Low-Energy-Consumption sehr wichtig, da Batteriebetrieben.

HotSystems:
verwende doch einen NPN Transistor

Welchen Vorteil hat das?

ItsUnreal:
Welchen Vorteil hat das?

Du solltest dich unbedingt mit der Schaltungstechnik mit Transistoren auseinandersetzen.
Mit dieser Schaltung hast du 2 Vorteile:

  1. Du kommst problemlos mit 3,3 Volt als Steuerspannung aus.
  2. Du kannst so sehr gut die Spannung auf der Plus-Seite schalten.

HotSystems:
Wenn du nicht auf Typen und Schaltung festgelegt bist, dann verwende doch einen NPN Transistor, mit dem du wiederum einen P-Channel steuerst.

Bauteilwerte dieses Beispiels kannst du entsprechend anpassen.

NPN_P_Channel.jpg

100k als R1 sind vollkommen überdimensioniert. So schaltet der MOSFET extrem lahmarschig ab, was zu einer langen Dauer im Linearbetrieb und damit zu einer starken Erwärmung führt (zuminest im PWM Betrieb).

und warum soll es ein Vorteil sein, VCC an Stelle von GND zu schalten?

@ItsUnreal: Vereinfacht kann man sich einen MOSFET als regelbaren Widerstand vorstellen. Die Gate-Spannung definiert dabei wie groß der Widerstand ist. Die Treshhold-Spannung gibt dabei an, ab welcher Gate-Spannung der MOSFET gerade eben anfängt zu leiten ... allerdings mit einem sehr hohen Widerstand. Wenn man einen MOSFET für Schaltaufgaben verwenden will, ist die Info vollkommen irrelevant.

und warum soll es ein Vorteil sein, VCC an Stelle von GND zu schalten?

Braucht man die Ansteuer-Logik nicht umzudrehen: Signal LOW (oder noch kein Signal) = AUS.

Ansonsten ist es oft egal (hast du Recht), manchmal wird es durch CommonAnode / CommonKathode vorgegeben.

michael_x:
Ansonsten ist es oft egal (hast du Recht), manchmal wird es durch CommonAnode / CommonKathode vorgegeben.

Bei Lampen, Leds, Relais, Magnetventilen ö.ä. ist es sicher egal.
Wenn ich aber elektronische Module damit schalten möchte, ist die Plusspannungsführende Leitung sicher die bessere Wahl.

Da der TO nicht geschrieben hat, was er schalten möchte, habe ich diese Möglichkeit eingebracht.

danke für eure Hilfe.

Eine Frage zu den letzen ~4 Beiträgen. Ich habe zuletzt mit dem genannten MOSFET auch die Plus-Seite geschaltet. Kann dabei etwas schief gehen oder wieso ist hier die Rede davon, dass man mit einem MOSFET nur GND schalten kann?

da muss man jetzt wieder etwas weiter ausholen :slight_smile:

zuerst ein paar Grundlagen:

In 90% der Fälle ist es egal, ob man PLUS oder GND schaltet. Es gibt nur wenige Anwendungsfälle, wo es wirklich einen Unterschied macht (wie bereits erwähnt z. B. beim Schalten von LED Leisten mit entweder gemeinsamer Anode - dann MUSS GND geschalten werden - oder mit gemeinsamer Kathode - dann MUSS Pluss geschalten werden oder bei sog. H-Brücken, wo beides geschalten werden MUSS).

Dann muss man wissen, dass auf Grund des Herstellungsprozesses N-Channel Typen billiger und leistungsfähiger sind als P-Channel Typen.

Wenn man Plus schaltet, ist der MOSFET (zumindest in einem korrekt gezeichneten Schaltplan :wink: ) oberhalb der Last. In so einem Fall spricht man von einem High-Side Switch:

Wenn man GND schaltet, ist der MOSFET unterhalb der Last und man spricht folglich von einem Low-Side Switch:

Jetzt zur Frage, warum in der Regel GND geschalten wird: nehmen wir den Low-Side Switch aus dem Bild. Der IRLZ34 braucht eine Gate-Spannung, die 5 Volt höher ist als die an seinem Source Anschluss. Da dieser auf GND liegt, reicht eine absolute Gate-Spannung von 5 Volt. So weit einfach und klar. Jetzt überlegen wir mal, wie ein High-Side Switch mit einem IRLZ34 aussehen würde - das geht nämlich auch. In dem Fall wäre der Drain Anschluss des MOSFET direkt mit VCC - im Beispiel aus den Bildern also mit +12 Volt - verbunden. Wenn der MOSFET durchschaltet, liegen auch + 12 Volt an seinem Source-Anschluss an. Wie hoch muss die Gatespannung sein, um diesen Effekt zu erreichen? Korrekt: 5 Volt höher als die Spannung am Souce-Anschluss. Dieser liegt aber auf +12 Volt ... damit muss das Gate mit absolut 17 Volt angesteuert werden. Das geht (mit Einschränkungen) mit einer sog. Bootstrap-Schaltung. Das ist aber aufwändig und bringt ein paar Einschränkungen.

Diesen Aufwand will man sich in aller Regel nicht machen ... deshalb ist es am einfachsten, LOW-Side zu schalten. Es sagt keiner, dass man mit einem N-Channel also immer GND schalten MUSS ... es ist nur einfacher, dieses zu tun. Und da - wie oben schon geschrieben - N-Channel Typen billiger sind, ist das einfach die gebräuchlichste Schaltungs-Variante.

Bei der Berechnung bitte die Vorzeichen beachten! Bei +12V an Source eines P-Kanal MOSFET muß das Gate 5V niedriger sein (Vth=-5V), also 7V.

vielen dank für die ausführliche Erklärung. Das heißt, ich muss den Ausgang beim Arduino durchgängig auf HIGH schalten, und wenn ich den MOSFET bzw. den Verbraucher aktivieren will dann auf LOW setzen. Da stellt sich mir eine letzte Frage: Während der überwiegenden Zeit, während der Ausgang auf HIGH gesetzt ist und der MOSFET aktiv, sich nicht Verluste "bilden"? Da der MOSFET ja durchgehend bestromt wird..
Für meine Anwendung muss der Stromverbrauch während der Standby-Zeit so niedrig wie möglich gehalten werden.

da verstecken sich gleich zwei Irrtümer in Deinem Post

a) beide von mir oben geposteten Schaltungen ... sowohl der High-Side als auch der Low-Side Switch ... arbeiten mit Active = High. Das heißt, um einen Strom durch den MOSFET fließen zu lassen muss der Controller HIGH ausgeben. Ein LOW vom Controller führt zu einem Sperren der MOSFET's (in beiden von mir geizeigten Schaltungsvarianten). Das ist übrigens auch in der Schaltungsvariante von HotSystems so gewesen (auch wenn ich sie jetzt nicht mehr sehe). Deshalb hatte er auch extra einen NPN-Transistor vor seinen P-Channel MOSFET geschalten. Denn dieser hätte theoretisch auch vom Controller direkt angesteuert warden können. Allerdings wäre er dann in der Tat Active = Low gewesen. Der NPN Tranistor vor dem MOSFET wirkt in dem Fall aber auch als Inverter und macht daraus dann wieder eine Active = High Schaltung.

b) das Gate eines MOSFET verhält sich wie ein Kondensator. Wenn es erstmal geladen ist, fließt kein weiterer Strom ins Gate. Das ist übrigens auch einer der großen Unterschiede zu einem "normalen" Bipolar-Transistor. Bleibt das Gate HIGH, entsteht also keinerlei Verluste am Gate. Sehr wohl aber kommt es zu Verlusten zwischen Drain und Source ... aber nur, wenn der MOSFET auch leitet. Wie groß der Verlust ist, kann man anhand von RDS(on) auch berechnen.

DrDiettrich:
Bei der Berechnung bitte die Vorzeichen beachten! Bei +12V an Source eines P-Kanal MOSFET muß das Gate 5V niedriger sein (Vth=-5V), also 7V.

das wäre richtig, wenn ich von einem P-Kanal Typ gesprochen hätte :wink: Mir ging es aber darum zu zeigen, dass auch ein High-Side Switch mit einem N-Kanal Typ möglich ist ... allerdings dann mit einer um 5 Volt HÖHEREN Gatespannung. Viele (integrierte) H-Brückentreiber machen das so um den Aufbau einer Brücke nur mit N-Channel Typen zu ermöglichen.

PS: und selbst wenn ich von einem P-Kanal Typ gesprochen hätte, wäre es nicht Vth sondern VGS ... aber das nur am Rande.

So ganz hast Du den High-Side Treiber anscheinend noch nicht verstanden :frowning:

Zum Einschalten eines MOSFET muß eine Spannung zwischen Gate und Source angelegt werden, beim P-Kanal MOSFET eine negative und beim N-Kanal MOSFET eine positive gegenüber Source.

Wenn der NPN Transistor leitet (Ube > 0,7V), dann zieht er das Gate Richtung -, schaltet den MOSFET also ein. Also HIGH und LOW umgekehrt wie Du beschrieben hast.

Zum Energiesparen muß der Strom durch die Last abgeschaltet werden, also Gate hoch und Basis runter, beide Transistoren sperren. Soll die Last aber eingeschaltet bleiben, wie soll dann noch Strom gespart werden?

das ist ja alles richtig ... so lange man für den High-Side Switch einen P-Kanal verwendet. Dann muss das Gate in der Tat gegenüber dem Source Anschluss negativer sein ... aber darum ging es mir wie gesagt nicht, da ich in der textuellen Beschreibung einen High-Side Switch mit N-Kanal Typ erläutert habe. Das sollte vor allem dazu dienen zu erläutern, warum man das üblicherweise nicht macht (sondern wenn schon N-Kanal, dann Low-Side). Der Schaltplan zum High-Side-Switch zeigt aber in der Tat eine Schaltung mit einem P-Kanal Typen. Die war aber primär gedacht, um überhaupt den Unterschied zwischen High- und Low-Side zu veranschaulichen.

Und von Strom sparen hab ich überhaupt nichts geschrieben :wink:

mgcss:
das wäre richtig, wenn ich von einem P-Kanal Typ gesprochen hätte :wink: Mir ging es aber darum zu zeigen, dass auch ein High-Side Switch mit einem N-Kanal Typ möglich ist ... allerdings dann mit einer um 5 Volt HÖHEREN Gatespannung. Viele (integrierte) H-Brückentreiber machen das so um den Aufbau einer Brücke nur mit N-Channel Typen zu ermöglichen.

Und wo kommt dann diese Gatespannung her? Muß man dann 12V für die Last anlegen, und zusätzlich noch 17V zum Einschalten der Endstufe?

deshalb sagte ich ja auch in meinem Beitrag weiter oben, dass man dafür dann eine Bootstrap-Schaltung benötigt und man N-Kanal Typen deshalb in aller Regel nicht für High-Side verwendet (auch wenn es eben theoretisch machbar ist). In vielen integrierten H-Brücken Treibern ist so eine Bootstrap-Ladungspumpe bereits enthalten und man braucht nur noch die Kondensatoren dafür. Dadurch ergibt sich aber auch eine der größten Einschränkungen einer solchen Schaltungsvariante: sie erlaubt keine 100% Duty Cycle, da man immer kurze Phasen-Wechsel für die Ladungspumpe braucht. Persönlich baue ich H-Brücken deshalb auch immer aus einem P-Kanal und einem N-Kanal Paar.

Mir ging es nur darum herauszuarbeiten, warum man ÜBLICHERWEISE mit einem N-Kanal Typ gegen GND schaltet ... weil ein N-Kanal als High-Side Switch eben viel aufwändiger ist :wink: