Dimensionierung von Halbleiterschaltungen

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1 Dimensionierung von Halbleiterschaltungen Obering. Dipl.-GwI. Heinz Sarkowski t (Herausgeber) Dipl.-Ing. Erich Adler Dipl.-Ing. Harald Göricke Dipl.-Ing. Hans Keller Hans-Jürgen Mosel Dipl.-Ing. Theodor Ohlhauser Dipl.-Ing. Heinz Peschke Obering. Dipl.-Ing. Siegfried Schmoll 4., wesentlich erweiterte Auflage Mit 229 Bildern und 50 Literaturstellen acperttyp verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Die wichtigsten Kennwerte des Transistors 1 Heinz Sarkowski 1.1 Die Kennlinien des Transistors Konstruktion der Lastkennlinie Lastkennlinie für maximale Ausgangsleistung Lastkennlinie für maximale Leistungsverstärkung Lastkennlinie bei RC-Kopplung Lastkennlinie bei Transformator-Kopplung Ermittlung der Transistorkennwerte aus den Kennlinienfeldern Die Arbeitspunkteinstellung Gesichtspunkte für die Wahl des Arbeitspunktes Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Vorwiderstand Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Spannungsteiler Die Vierpolparameter Ä-Parameter Die /i-parameter der drei Transistor-Grundschaltungen Berechnung einer Transistorstufe mit ^-Parametern Umrechnung der ^-Parameter für andere Arbeitspunkte ^-Parameter Frequenzabhängigkeit der J-Parameter Die j-parameter der drei Transistor-Grundschaltungen Berechnung einer Transistorstufe mit 7-Parametern Umrechnung zwischen ^-Parametern und ^-Parametern Weitere Vierpolparameter Feldeffekttransistoren und ihre grundlegenden Schaltungen 37 Hans-Jürgen Mosel 2.1 Aufbau, Wirkungsweise und Eigenschaften Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) Der isolierte Feldeffekttransistor (IGFET) MOSFET Doppel-Gate-MOSFET VMOSFET Dünnfilmtriode Übersicht 51

3 2.2 Arbeitspunkteinstellung und-stabilisierung Grundsätzliches Dimensionierungsbeispiel Temperatureinflüsse Ersatzschaltung Grundschaltungen Vierpolparameter des Feldeffekttransistors Sourceschaltung Gateschaltung Cascodeschaltung Drainschaltung Zusammenfassung Feldeffekttransistoren in linearen und digitalen Schaltungen 76 Eike Eckert Einleitung 76 Das FET-Ersatzbild 77 Verstärkerstufen in Source-, Drain- und Gateschaltung 80 Leistungs-MOS-FET 81 MOS-Leistungsstromquelle 86 Sägezahngenerator 87 Gleichspannungs-Meßverstärker 88 Operationsverstärker in CMOS-Technik 90 Beachtenswerte Punkte beim CMOS-Operationsverstärker 91 Schutzmaßnahmen beim MOS-FET 92 Funktionskontrolle bei JFET 92 Funktionskontrolle beim MOS-FET 93 Abtastschaltung 93 Feldeffekttransistoren in der digitalen Technik 94 Inverter 95 Digitale Verknüpfungsschaltungen 96 Bistabile Kippstufe (RS-Flip-Flop) 97 Dynamische Schaltungstechnik 98 Schreib-Lese-Speicher (RAM) 99 Integrierte RAM-Speicher-Schaltkreise 100 Lesespeicher (ROM) 102 Löschbare Lesespeicher EPROM und EAROM 103 Digitale Schaltungen in CMOS-Technik 107 Vorteile von CMOS-Schaltkreisen 107 CMOS-Inverter 108 CMOS-NOR-Gate 109

4 CMOS-NAND-Gate Tri-State-Ausgangsstufe Transmission-Gate Entwicklungen in CMOS-Technik VLSI-Schaltkreise Mikroprozessoren Ein-Chip-Mikroprozessoren Entwurf von hochintegrierten MOS-Schaltkreisen (VLSI) Zukünftige MOS-Technik in integrierten Schaltungen Verwendete Begriffe Kapazitätsdioden und ihre Schaltungstechnik Hans Keller Aufbau und Wirkungsweise Kapazitätsvariation We chselspannungsausst euerung Ersatzschaltung Einfluß von Kapazitäten parallel oder in Reihe zur Abstimmdiode Parallelresonanzkreis Abstimmbereich Kompensation der Temperaturabhängigkeit Flußdiagramm zur Auswahl von Kapazitätsdioden Elektronische Bereichumschaltung Dimensionierung von Hochfrequenzschaltungen Theodor Ohlhauser Stabilität Neutralisation Rauschen Schaltungsb eispiel Störeffekte Leistungsverstärkung einer HF-Stufe S-Parameter 180 Harald Göricke

5 Geregelte Stromversorgungsgeräte 185 Heinz Peschke Einleitung 185 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode und Transistor 186 Stromstabilisierung mit Z-Diode und Transistor 187 Transistorierter Verlustregler mit vorgeschaltetem Netzteil 190 Verlustregeler mit Operationsverstärker 192 Integrierte Verlustregler 193 Phasenanschnittsregelung 195 Phasenanschnittsregelung mit Thyristor 195 Phasenanschnittsregelung mit Triac 197 Getaktete Stromversorgungen 197 Durchflußwandler 198 Schalttransistoren und Gleichrichterdioden 205 Ladedrossel und Ladekondensator 206 Sperr wandler 207 Die 3 Betriebszustände des Sperrwandlers 209 Auslegung des Leistungstransformators 212 Der Ladekondensator 213 Schalttransistoren und Gleichrichterdioden 215 Gegentaktwandler 215 Auslegung des Leistungstransformators 218 Ladedrossel und Ladekondensator 221 Schalttransistoren und Gleichrichter Differenzverstärker, Operationsverstärker und Komparatoren Erich Adler Einleitung Differenzverstärker Operationsverstärker Kennlinien Kenndaten und Sonderverstärker Komparatoren Dimensionierung der Gegenkopplungsschaltungen Stabilisierungsprobleme Anwendung von Operationsverstärkern

6 Dimensionierung von aktiven Netzwerken Siegfried Schmoll Einleitung Passive RC-Schaltungen Aktive Filter durch Mitkopplungsverfahren Tiefpaß ohne endlichen Dämpfungspol Hochpaß ohne endlichen Dämpfungspol Tiefpaß und Hochpaß mit endlichem Dämpfungspol Bandpaß ohne endlichen Dämpfungspol Schaltungsbeispiel Tiefpaßstruktur mit endlichem Dämpfungspol Tiefpaßstruktur ohne endlichen Dämpfungspol Passive Teile Andere Verfahren Aktive Filter durch Gegenkopplungsverfahren Impdeanzkonverter Allpässe Möglichkeit der Hochintegration Aufsuchen der Übertragungsfunktion aus dem Filterkatalog Literaturverzeichnis 278