Welche Nachteile hat ein Relais im vergleich zu einem Mosfet?
Frage aus eigener Interesse
Lg
9 Antworten
Ein Relais ist mit einem Transistor überhaupt nicht zu vergleichen, denn während ein Relais ein elektromechanisches Bauteil ist, beruht ein Transistor auf quantenmechanische Gesetze.
Dadurch sind viel höhere Schaltfrequenzen zu erreichen da die Elektronik viel schneller reagiert als die Mechanik in einem Relais.
Ein FET also Feldeffekttransistor oder auch MOSFET also einen Metalloxid Feldeffekttransistor hat sogar noch einen viel größeren Vorteil als Relais und Transistoren, da hier beim Schalten keine Verlustleistung auftritt also ein leistungsloses Schalten ist möglich.
Wird am Gate eingang eines Feldeffekttransistor eine Spannung angelegt wird so durch den feldeffekt ein Kanal zwischen source und drain sozusagen geöffnet oder geschlossen je nachdem ob das sich um einen verarmungstyp oder ein anreicherungstyp handelt.
Anders als bei einem Relais hat ein Transistor die Möglichkeit Signale zu verstärken das kann ein handelsübliches Schaltrelais nicht.
Wird z.b. bei einem Bipolartransistor die Stromstärke zwischen Basis und in Emitter erhöht so erhöht sich auch die Stromstärke zwischen Kollektor und Emitter um den Verstärkungsfaktor des Transistors. Das geht nicht immer, denn irgendwann befindet sich der Transistor in Sättigung und dann ist es egal wie hoch der Basis Emitter Strom erhöht wird, es fließt weiterhin der höchstmögliche Kollektor Emitter Strom eine weitere Verstärkung des Signals ist nicht mehr möglich.
Bei einem Feldeffekttransistor haben wir ein ähnliches Prinzip nur das der Source drain Strom durch die Spannung gesteuert wird die an den Gate eingang angelegt wird.
Ein Bipolartransistor würde sich erst dann wie ein Schalter verhalten wenn er sich in Sättigung befindet ansonsten verhält er sich wie ein Verstärker.
Ein Relais wird besonders dann eingesetzt ben hohe Lasten geschaltet werden müssen z.b. große Motoren.
Ein Mosfet schaltet gemeinhin etwas schneller als ein Relais.
Zudem nutzt ein Mosfet sich nicht ab, da dieser keine Schaltkontakte hat.
Geräuschlos isser auch noch.
Es können keine Funken entstehen beim Schaltvorgang.
Aber als Nachteil, wenn man Wechselspannung schalten will, ist das ein bisserl ein Gedöhns, man braucht dann zwei davon, einem Relais ist das egal, was es schaltet.
Sag ich doch, ein Mosfet schaltet schneller als ein Relais, nicht das Relais schaltet schneller.
Größter Nachteil der Mosfets: Die Schaltverluste sind höher. Das Relais schaltet den Laststrom (dessen, was eben geschaltet werden soll, Lampe, Motor ...) nahezu verlustfrei durch. Die Kontalte haben auch bei billigen Relais einen Widerstand im Milliohmbereich, während billige Mosfets gern mal den hundertfachen Widerstand haben, typisch so 1,5 Ohm. Darüber fällt eine nicht unerhebliche Verlustspannung und auch -leistung ab, die bei Relais für Normalanwendungen praktisch vernachlässigbar klein ist.
Übrigens: Galvanische Trennung, die oben erwähnt wurde, bieten Relais von Hause aus, Mosfet-Relais können das aber auch (durch Opto-Koppler). All das ist aber preislich nach wie vor billiger bei einem Relais zu haben.
Und: Elektronische Schaltungen geben den Geist früher auf. Wo ein Relais praktisch auch nach 50+ Jahren nicht verschlissen ist, ist bei elektronischen Bauteilen nach 15 Jahren mit Ausfällen zu rechnen.
Woher ich das weiß: Elektriker, Berufserfahrung und viel Oldtimererfahrung.
Schaltgeschwindigkeit.
Ein Leistungsmosfets mit ordentlichem Treiber schalten gut und gerne mal in 100ns durch. Das entspricht einer maximalen Schaltfrequenz von 10MHz, Logikmosfets schaffen noch schnellere Schaltfrequenzen bis in den GHz bereich. Ein schnelles Relais schafft in etwa 50Hz bis 100Hz, ist also gut um eine Million mal langsamer.
Baugröße
Zudem lassen sich Mosfets auf viel geringerem Platz herstellen. Wie man zB von den AMD CPUs kennt ist die Strukturbreite der CMOS Strukur 7nm und damit im Bereich einiger Atomlagen. Relais sind da auch in Miniaturform eine Millarde mal größer.
Geräuschentwicklung
Ein Relais gibt einen eindeutigen Ton von sich wenn es schaltet ein Mosfet tut das nicht. Wenn man zB schon mal einen alten Relais Computer wie die von Conrad Zuse gesehen hat, dann kann man ahnen, dass das Arbeiten von diesen relativ laut war. Wenn du einen Lüfterlosen PC zuhause hast wirst du merken, dass dieser so gut wie geräuschlos arbeitet, obwohl in deinem PC viel mehr Mosfets verbaut sind, als in allen Relaiscomputern zusammen Relais verbaut waren.
Stromverbrauch
Ein Relais braucht im angezogenen Zustand immer einen Strom von einigen mA. Ein Mosfet braucht hingegen im ein und ausgeschalteten Zustand so gut wie gar keinen Strom. Typischerweise ist der Leckstrom hier im einstelligen nA oder mehrstelligen pA Bereich. Die Fets brauchen eigentlich nur beim Schaltvorgang Strom, denn da nehmen sie je nach Geschwindigkeit für die Dauer des Schaltvorgangs gut und gerne mal Ströme im dreistelligen mA oder im unteren A Bereich auf. Diese hohe Stromaufnahme beim Umschalten ist zB auch der Grund warum die Abwärme bei Prozessoren so stark mit der CPU Frequenz zusammenhängt.
Nachteile sind genug genannt. Ein Relais hat aber einen sehr wichtigen Vorteil: es trennt die Steuerung des Schalters galvanisch von den zu steuernden "Kontakten".
Das Relais, das 100 kHz schaltet, möchte ich mal sehn - nur so, von wegen "schaltet etwas schneller" 😇