Inhaltsverzeichnis. Liste der verwendeten Symbole... 1
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- Lioba Hafner
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1 Liste der verwendeten Symbole Grundlagen der Halbleiterphysik Grundlegende Begriffe DasBändermodell Silizium als Halbleiter DasthermodynamischeGleichgewicht DotierteHalbleiter Grundgleichungen der Halbleiterphysik Berechnung der Ladungsträgerdichten BestimmungderLagedesFerminiveaus Ladungsträgertransport, Strom Elektronen-undLöcherstrom Driftstrom Diffusionsstrom BänderdiagrammbeiStromfluss AusgleichsvorgängeimHalbleiter StarkeundschwacheInjektion DieKontinuitätsgleichung TemporäreStörungdesGleichgewichts LokaleStörungdesGleichgewichts Diode AufbauundWirkungsweisederDiode Diode im thermodynamischen Gleichgewicht Diode bei Anlegen einer äußeren Spannung AbleitungderDiodengleichung DiodemitlangenAbmessungen DiodemitkurzenAbmessungen Abweichung von der idealen Diodenkennlinie Kapazitätsverhalten des pn-übergangs
2 VIII Inhaltsverzeichnis 2.3 Modellierung der Diode GroßsignalersatzschaltungderDiode SchaltverhaltenderDiode KleinsignalersatzschaltungderDiode DurchbruchverhaltenderDiode BänderdiagrammdarstellungderDiode Regeln zur Konstruktion von Bänderdiagrammen BänderdiagrammderDiode Metall-Halbleiter-Übergänge ElektronenaffinitätundAustrittsarbeit Metall-Halbleiter-Übergang mit n-halbleiter Metall-Halbleiter-Übergang mit p-halbleiter Bipolartransistor Aufbau und Wirkungsweise des Bipolartransistors npn- und pnp-transistor FunktiondesBipolartransistors AbleitungderTransistorgleichungen TransistorimnormalenVerstärkerbetrieb TransistoriminversenVerstärkerbetrieb TransistorimSättigungsbetrieb Ausgangskennlinienfeld des Transistors Basisweitenmodulation(Early-Effekt) Modellierung des Bipolartransistors Großsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors Schaltverhalten des Bipolartransistors Kleinsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors FrequenzverhaltendesTransistors Durchbruchverhalten des Bipolartransistors Bänderdiagrammdarstellung des Bipolartransistors Feldeffekttransistor Aufbau und Wirkungsweise des Feldeffekttransistors n-kanalmos-feldeffekttransistor p-kanalmos-feldeffekttransistor TransistortypenundSchaltsymbole AbleitungderTransistorgleichungen Stromgleichung Ausgangskennlinienfeld Übertragungskennlinie Kanallängenmodulation Modellierung des MOSFET Großsignalersatzschaltbild des MOSFET SchaltverhaltendesMOSFET KleinsignalersatzschaltbilddesMOSFET...129
3 IX Durchbruchverhalten BänderdiagrammdarstellungdesMOSFET BänderdiagrammderMOS-Struktur BänderdiagrammdesMOSFET Wirkungsweise des Transistors im Bänderdiagramm Substratsteuereffekt Kurzkanaleffekt Optoelektronische Bauelemente Grundlegende Begriffe KenngrößenoptischerStrahlung Ladungsträgergeneration und Fotoeffekt DirekteundindirekteHalbleiter Fotowiderstand AufbauundFunktionsweise Stromgleichung Kenngrößen Fotodiode AufbauundFunktion Stromgleichung Kenngrößen BetriebsartenderFotodiode Solarzelle FunktionundBeschaltung Kenngrößen Fototransistor Lumineszenzdiode AufbauundFunktionsweise Kenngrößen Der Transistor als Verstärker Grundlegende Begriffe und Konzepte ÜbertragungskennlinieundVerstärkung Arbeitspunkt und Betriebsarten Gleichstromersatzschaltung Arbeitspunkteinstellung mit 4-Widerstandsnetzwerk Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Arbeitspunkteinstellung beim MOSFET Arbeitspunkteinstellung mit Stromspiegeln Stromspiegel DimensionierungdesStromspiegels WechselstromanalysevonVerstärkern Kleinsignalersatzschaltung Verstärkerschaltungen mit Bipolartransistor VerstärkerschaltungenmitMOSFET...188
4 X Inhaltsverzeichnis Verstärkerschaltungen mit Stromspiegel MehrstufigeVerstärker Transistorgrundschaltungen Emitterschaltung,Sourceschaltung Wechselstromersatzschaltbild der Emitterschaltung Spannungsverstärkung der Emitterschaltung Eingangswiderstand der Emitterschaltung Ausgangswiderstand der Emitterschaltung Kollektorschaltung,Drainschaltung Wechselstromersatzschaltbild der Kollektorschaltung Spannungsverstärkung der Kollektorschaltung Eingangswiderstand der Kollektorschaltung Ausgangswiderstand der Kollektorschaltung Basisschaltung,Gateschaltung Spannungsverstärkung der Basisschaltung EingangswiderstandderBasisschaltung AusgangswiderstandderBasisschaltung Push-PullAusgangsstufe Operationsverstärker DereinstufigeDifferenzverstärker FunktiondesDifferenzverstärkers Gleichstromanalyse des Differenzverstärkers Kleinsignalanalyse des Differenzverstärkers MehrstufigeDifferenzverstärker CMOSDifferenzeingangsstufe VerbesserteDifferenzeingangsstufe MehrstufigerDifferenzverstärker Vom Differenzverstärker zum Operationsverstärker SchaltungenmitidealenOperationsverstärkern InvertierenderVerstärker NichtinvertierenderVerstärker Addierer Subtrahierer Filterschaltungen Frequenzverhalten analoger Schaltungen Grundlegende Begriffe Amplituden-undPhasengang DiekomplexeÜbertragungsfunktion VerhaltenimZeitbereich Übertragungsfunktionen von Verstärkerschaltungen Komplexe Übertragungsfunktion und Grenzfrequenz BerechnungderGrenzfrequenzen...261
5 XI 9.3 Grenzfrequenz von Verstärkergrundschaltungen Emitterschaltung Miller-Effekt Emitterschaltung mit Gegenkopplungswiderstand Kollektorschaltung Basisschaltung Methoden zur Abschätzung der Grenzfrequenzen Kurzschluss-Zeitkonstanten-Methode Leerlauf-Zeitkonstanten-Methode Rückkopplung in Verstärkern Grundlegende Begriffe PrinzipderGegenkopplung RückkopplungundVerzerrungen RückkopplungundFrequenzgang Rückkopplungsarten Serien-Parallel-Rückkopplung (Spannungsverstärker) Spannungsverstärker mit idealer Rückkopplung Spannungsverstärker mit realer Rückkopplung Parallel-Parallel-Rückkopplung (Transimpedanzverstärker) Transimpedanzverstärker mit idealer Rückkopplung Transimpedanzverstärker mit realer Rückkopplung Parallel-Serien-Rückkopplung(Stromverstärker) Stromverstärker mit idealer Rückkopplung StromverstärkermitrealerRückkopplung Serien-Serien-Rückkopplung (Transadmittanzverstärker) Transadmittanzverstärker mit idealer Rückkopplung Transadmittanzverstärker mit realer Rückkopplung Rückkopplung und Oszillatoren Übertragungsfunktion der rückgekoppelten Anordnung Schwingbedingung Schleifenverstärkung der rückgekoppelten Anordnung Stabilität und Kompensation von Verstärkerschaltungen Bode-Diagramm des Operationsverstärkers Stabilitätskriterium Kompensation durch Polverschiebung KompensationdurchPolaufsplittung Logikschaltungen Grundlegende Begriffe Dioden-Transistor-Logik(DTL) Transistor-Transistor-Logik(TTL) MOS-Logikschaltungen n-mos-inverterschaltungen CMOS-Komplementärinverter...334
6 XII Inhaltsverzeichnis EntwurfvonCMOS-Gattern DimensionierungvonCMOS-Gattern C 2 MOSLogik Domino-Logik NORA-Logik Herstellung integrierter Schaltungen in CMOS-Technik Einführung DieCMOS-Technologie Grundsätzlicher Prozessablauf Schichttechnik Gasphasenabscheidung Epitaxie ThermischeOxidation Kathodenzerstäubung Ionenimplantation Schleuderbeschichtung Ätztechnik Nassätzen PhysikalischesTrockenätzen ChemischesTrockenätzen ChemischphysikalischesTrockenätzen ChemischmechanischesPolieren Lithografie PrinzipderFotolithografie KenngrößenderFotolithografie DerCMOS-Prozess Prozessablauf LayoutvonCMOS-Schaltungen HerstellungsebenenundMasken CMOS-Inverter fachNOR-Gatter ElektrischeEigenschaftenderEntwurfsebenen Metallebene KontakteundVias Polysiliziumebene Implantationsebene Wannen ParasitäreBauelemente Dickoxidtransistor ParasitärerBipolartransistor ParasitärerThyristor ASIC GateArrays Standardzellen...384
7 XIII PLD Rechnergestützter Schaltungsentwurf Einführung Entwurfsablauf Simulationswerkzeuge für den Schaltungsentwurf Simulationsarten AufbaueinesSchaltungssimulators SchaltungseingabeundNetzliste Modellgleichungen und Parameterübergabe Aufstellen der Netzwerkgleichungen bei der Schaltungssimulation NetzwerkmitStromquellen NetzwerkmitSpannungsquellen BerücksichtigunggesteuerterQuellen BerücksichtigungnichtlinearerBauelemente Berücksichtigung von Induktivitäten und Kapazitäten A Anhang A.1 ÄquivalenteZweipole A.1.1 Bestimmung von Ersatzspannungsquellen A.1.2 BestimmungvonErsatzsstromquellen A.2 Ein-undAusgangswiderstandvonVerstärkern A.2.1 BestimmungdesEingangswiderstandes A.2.2 BestimmungdesAusgangswiderstandes A.3 Vierpolparameter A.3.1 Darstellung von Vierpolen mit g-parametern A.3.2 Darstellung von Vierpolen mit h-parametern A.3.3 Darstellung von Vierpolen mit y-parametern A.3.4 Darstellung von Vierpolen mit z-parametern Literatur Sachverzeichnis...421
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