Mit MOSFET schalten

[GrafZahl]

Hallo!
Ich bin neu hier bei euch und habe gleich mal eine (wohl ziemlich einfache) Frage. Es geht um folgendes:
Ich möchte mit CMOS-Gattern aus der 40xx-Serie etwas aufbauen und am Ende damit eine Last schalten. Bei der Last soll es sich letztlich um eine Modellbahnlok handeln.
Um zu verdeutlichen wie ich mir das vorstelle habe ich mal einen Schaltplan angehängt. Ich schätze auch dass das soweit funktionieren müsste, allerdings weiß ich nicht welchen MOSFET ich dafür verwenden kann.
Der Inverter dient nur als Platzhalter, da könnte ja prinzipiell alles an Logik eingebaut sein, wichtig ist ja nur dass etwa +12V am Gate ankommen. Der Widerstand R_Last stellt in dem Plan die Lok da. Der maximale Strom der geschaltet werden muss sind 2A, mehr werden es im Normalfall nicht werden.
Worum es jetzt eben geht ist der MOSFET Q1. Auf jeden Fall muss es ein N-Kanal Anreicherungstyp sein, aber weiter weiß ich nicht. Jemand hatte mir gesagt ich könnte den IRLZ34N nehmen, den hab ich hier auch liegen, aber der Schaltet dann durch wenn ich Gate auf Masse lege, was ja nun gar nicht hinhaut.
Habt schonmal besten Dank,
Benni

[anders]

aber der Schaltet dann durch wenn ich Gate auf Masse lege, was ja nun gar nicht hinhaut.

Wo immer auch in deiner Schaltung Masse ist. Der Transistor ist schon ok.

Deshalb zunächst einmal:
Wenn du nur 12V Speisespannung hast, dann bezeichne bitte den jetzt mit "-12V" beschrifteten Anschluss mit 0V oder GND, von mir auch als Masse.
So, wie es jetzt gezeichnet ist, bedeutet es aber massefreie Versorgung mit 24V.




Die Schaltung ist schon bis auf die Tatsache, dass der Inverter keine Speisespannung bekommt (i.d.R. Pins 7 und 14 bzw. 8 und 16), prinzipell richtig, aber einen Fehler hat sie noch:
In die Eingänge von CMOS-Chip und auch des MOSFET fliesst praktisch kein Strom hinein. Das sind rein kapazitive Lasten.
Wenn du also den Schalter schliesst, dann wird der Eingang des Inverters positiv, sein Ausgang geht auf 0 und das sperrt den Transistor. Es fliesst kein Strom durch R.
Wenn du nun den Schalter öffnest, passiert - NICHTS -.
Da kein Strom fliesst, bleibt der Eingang positiv und damit ändert sich der Schaltzustand nicht.
Das kann mehrere Minuten so bleiben, bis sich die Spannung -auch nur vielleicht- ändert. Es ist völlig unbestimmt, ob sich ein offener CMOS-Eingang in Richtung 0V oder +Ub bewegt. Er kann sich auch irgendwo dazwischen einpendeln. Dann kann es sogar dazu kommen, dass das IC durch Überhitzung beschädigt wird, weil beide Eingangstransistoren leiten.
Du brauchst also zusätzlich zum Schalter noch einen Widerstand nach 0V, der dafür sorgt, dass sich der Eingang entlädt. Der Strom durch diesen Widerstand kann minimal sein. Irgendetwas zwischen 1MOhm und 1kOhm ist ok.

Der IRLZ34 ist nicht so furchtbar gut geeignet, weil das ein Logiklevel-FET ist, der mit 12V Ansteuerung schon hart an der Grenze des Erlaubten ist. Für ihn ist eine Ansteuerung mit nur 5V optimal.
Unkritischer und vermutlich auch billiger sind die älteren FETs wie BUZ10 oder BUZ11, natürlich auch entsprechende Typen von IRF oder Philips (BUK...). Diese vertragen bis zu 20V am Gate.

Grundsätzlich ist es aber kein Fehler FETs mit Nennströmen von 10A oder darüber zu verwenden, auch wenn nur 1A zu schalten ist, weil es immer mal zu Kurzschlüssen im Gleis kommen kann und dann können kurzzeitig schon solche Ströme auftauchen.

[GrafZahl]

Hallo!
Erst einmal vielen Dank für die ausführliche Hilfe!
Dass in meiner Schaltung GRND fehlt ist mein Fehler, die -12V sind natürlich GRND!
Dass der Inverter keine Versorgungsspannung bekommt in der Zeichnung weiß ich, aber ich wollte nur die relevanten Dinge einzeichnen, dass der an PIN 7 und 14 noch seine Versorgung bekommt ist klar
Die Sache mit den Kapazitiven Lasten habe ich allerdings überhaupt nicht bedacht, obwohl ich natürlich ziemlich exakt weiß wie die Dinger funktionieren. Das Problem ist also offenbar nur der offene Anschluss am Schalter, den ich wie in der unten stehenden Zeichnung mit Masse verbinge, richtig? Das was zwischen Inverter und MOSFET bzw. falls vor dem Inverter noch weitere Gatter kommen ist ja soweit in Ordnung, weil die alle selbst einen Anschluss an Masse haben und die Kapazität im nachfolgenden Bauteil damit entladen können, korrekt?
Und eine letzte Frage, die beiden IRLZ34N die ich hier liegen habe kann ich weiter verwenden, und für das nächste Mal nehme ich dann den BUZ10?
Besten Dank!!!!
Benni

[anders]

So sieht das besser aus.
Deinen MOSFET kannst du natürlich weiterverwenden. Wenn er kaputtgeht, wirst du das schon merken. Er wird dann dauerleitend.

Noch ein Tipp zu den CMOS-Schaltungen:
Wenn sie unter Spannung stehen, und am Eingang oder Ausgang kommt, auch nur für Mikrosekunden, ein Impuls an, der positiver als Plus oder negativer als GND ist, dann kann im Bauteil ein parasitärer Thyristor zünden, der die Speisespannung kurzschliesst.
Solche Impulse müssen zwar eine gewisse Stromstärke von vielleicht 30..100mA haben, aber elektrostatische Entladungen oder das Anschliessen einer ungeerdeten Leitung erreichen diesen Wert leicht.
Wenn die Versorgung ausreichend leistungsfähig ist, verglüht das CMOS Bauteil dann meist.
Deshalb etwas Vorsicht mit Leitungen zu oder von externen Schaltern etc. !
Ein Reihenwiderstand direkt am IC Eingang ist eine gute Lebensversicherung auch gegen andere Arten von ESD, die die Gates zerschlagen könnnen.

Reihenwiderstände sind an den ebenfalls gefährdeten Ausgängen oft nicht praktikabel, aber wenn man den Maximalstrom der Versorgung auf 20..50mA begrenzt, hat das IC eine Chance den beschriebenen Latchup zu überleben.

[GrafZahl]

Gut das klingt prima!
Ich habe den IRLZ34N eben nochmal angeschlossen, aber er leitet immer noch genau dann, wenn ich Gate auf GRND lege, und wenn ich die +12V, also High vom Inverter, drauflege leitet er nicht. Es steht auch IRLZ34N drauf, also viel falsch gelaufen sein kann da nicht, und nach Datenblatt ist es ja ein Anreicherungstyp. Nunja, ich werde mir die Tage nen BUZ10 mitbringen und den IRLZ34N aufheben für den Anwendungsfall wenn ich das Verhalten brauche!

Besten Dank für die Hilfe!
Gruß Benni

[anders]

aber er leitet immer noch genau dann, wenn ich Gate auf GRND lege, und wenn ich die +12V, also High vom Inverter, drauflege leitet er nicht

Bist du sicher, dass du die Anschlüsse richtig identifiziert hast, oder ist das vielleicht falsch gestempelter Ausschuss ?

[GrafZahl]

aber er leitet immer noch genau dann, wenn ich Gate auf GRND lege, und wenn ich die +12V, also High vom Inverter, drauflege leitet er nicht

Bist du sicher, dass du die Anschlüsse richtig identifiziert hast, oder ist das vielleicht falsch gestempelter Ausschuss ?

Ich bin mir ziemlich sicher dass ich die Anschlüsse richtig identifiziert habe, bin da nach Datenblatt gegangen und da kann ja nichts bei schief gehen.
Ausschuss sollte es auch nicht sein, ich hab das in der Filiale eines großen Elektronikfachversands gekauft. Nun gut, morgen komm ich da wieder vorbei, dann werd ich einen BUZ10 holen.

[Erfinderlein]

Sprung zurück in "die gute alte Zeit"

Das mag heute wohl besser überwacht sein, aber mir ist es zu TTL-Zeiten passiert, dass in einer Lieferung 2 Stangen 16 beinige SN 7430N waren. Es fiel erst beim Bestücken auf, dass die nicht in das14.erBohrbild passten.
Damals waren die auch noch grob auf dem Bauch gestempelt und da stand 74192 ! Habe das ohne Rückgabe reklamiert, neue bekommen und die Vor-Rückwärts Zähler als milde Gabe in die Bastelkiste getan.

Der Hinweis auf Falschstempelung ist also schon berechtigt.

LG aus GR

[GrafZahl]

Ich muss zu meiner eigenen Schande gestehen dass ich etwas fahrlässig mit der Empfindlichkeit der MOSFETs umgegangen bin, dass die sich so leicht aufladen hatte ich nicht bedacht, denn ich habe vorhin nochmal ganz in Ruhe die IRLZ34N getestet und sie tun exakt das was sie sollen, offenbar habe ich vorher die Kapazitäten aus Unachtsamkeit geladen!
Nunja, das ist das Problem wenn man aus dem Studium alles berechnen kann, aber keinerlei Praxiserfahrung besitzt!

[Bastl_r]

Hallo

Noch eines solltest DU unbedingt bedenken.
Du hast im Plan zwar eine "R-Last" eingezeichnet, willst aber später eine Modellbahnlok damit schalten. Dann musst Du unbedingt noch eine schnelle Diode in Sperrrichtung parallel zur Last schalten sonst ist beim ersten ausschalten der Last der Transistor futsch!

Bastl_r