Integrierte Mischsignalschaltungen
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- Hedwig Schuster
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1 Integrierte Mischsignalschaltungen Skript zur Vorlesung Stuttgart, den
2 2011 Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth Pfaffenwaldring Stuttgart Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. M. Berroth Satz: S. Waehling, Dipl.-Ing. T. Alpert, Dipl.-Ing. T. Veigel Zeichnungen: G. Hafner Korrektur: Dipl.-Ing. T. Alpert, Ausgabe: Wintersemester 2011/12 Schutzgebühr: 5
3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... i Abbildungsverzeichnis... iv Tabellenverzeichnis... viii 1 Einleitung Der Bipolartransistor Aufbau Betriebsarten, Kennlinien und DC-Ersatzschaltbilder Abschnürbetrieb Normaler Verstärkerbetrieb Sättigungsbetrieb Inverser Verstärkerbetrieb Kennlinien Gleichstrom-Ersatzschaltbild und Gleichungen (Transportmodell) Gummel-Poon-Diagramm Effekte zweiter Ordnung Basisweitenmodulation (Early-Effekt) Durchbruchverhalten des Bipolartransistors Dynamisches Großsignalverhalten des Bipolartransistors Normalbetrieb Inversbetrieb Ladungselemente im dynamischen Ersatzschaltbild Zusammenfassung der Transistorgleichungen (Transportmodell) Transistorgleichungen NPN-Transistor Transistorgleichungen PNP-Transistor Kleinsignalverhalten des Bipolartransistors Grundschaltungen des Bipolartransistors Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung, Emitterfolger Beispiel: NF-Verstärker in Emitterschaltung Beispiel: geregelter Referenzoszillator (Farbträgerfrequenz) Gummel-Poon-Modell Digitale Grundschaltungen für höchste Taktfrequenzen Gesättigte Bipolar-Logikschaltungen Widerstands-Transistor-Logik (Resistor-Transistor Logic, RTL) Dioden-Transistor-Logik (DTL) i
4 3.1.3 Transistor-Transistor-Logik (TTL) Ungesättigte Bipolar-Logikschaltungen Schottky-TTL Stromschalterlogik (Current Mode Logic, CML) Emittergekoppelte Logik (Emitter Coupled Logic, ECL) Versorgungsspannung bei ECL-Schaltungen Komponenten für die digitale Signalverarbeitung Abtast- und Halteschaltung Ableitung der Einstellzeit t E anhand eines einfachen Ersatzschaltbilds Zusammenhang zwischen Abtastfrequenz / Auflösung und der Zeitkonstante τ Zusammenhang zwischen Abtastfrequenz / Auflösung und dem Aperturjitter Δt A Schaltungsbeispiele Analog-Digital-Umsetzer (ADU) Parallelumsetzer Umsetzer nach dem Wägeverfahren Delta- und Delta-Sigma-Umsetzer Digital-Analog-Umsetzer (DAU) Stromquellen Wilson-Stromquelle Bandabstandsreferenzschaltung Ausgewählte Schaltungen mit nichtlinearen Eigenschaften R-Regeneration in digitalen Systemen Phasengeregelte Oszillatorschaltung (PLL) Lineare PLL Digitale Phasenregelschleife Multiplexer und Demultiplexer Direkte Digitale Synthese (DDS) Schutzstrukturen für CMOS-Eingangsanschlüsse Weitere Feldeffekttransistoren Verbindungshalbleiterkristalle MESFET-Aufbau und Stromgleichungen Kleinsignalersatzschaltbild des MESFET HFET (Heterostruktur-Feldeffekttransistor) Direktgekoppelte FET-Logik (Direct-Coupled FET Logic, DCFL) DCFL-Inverter Logikelemente mit DCFL ii
5 7 Vergleich zwischen Bipolar- und CMOS-Technologie Digitale Schaltungen Analoge Schaltungen Literaturliste Seminaraufgaben Aufgabe 1 Einfacher Inverter mit Bipolartransistor Aufgabe 2 Verstärkerschaltung mit stabilisiertem Arbeitspunkt Aufgabe 3 CML-Grundschaltung Aufgabe 4 Modifizierte ECL-Schaltung Aufgabe 5 ECL-Schaltung Aufgabe 6 S&H Glied mit geschaltetem Emitterfolger Aufgabe 7 Analog-Digital-Wandler mit Bipolar-Differenzverstärker Aufgabe 8 SAR Wandler Aufgabe 9 Digital-Analog-Wandlerschaltung Aufgabe 10 Konstantstromquelle und Digital-Analog-Umsetzer Aufgabe 11 Bandabstandsreferenzschaltung Aufgabe 12 Wilson-Stromquellenschaltung Aufgabe 13 Phasenregelschleife mit Phasendetektor iii
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Grundschaltungen der Analogtechnik Einpuls-Mittelpunktschaltung (M1) Einpuls-Mittelpunktschaltung (M1) mit Kondensator Zweipuls-Mittelpunktschaltung (M2) Zweipuls Brückenschaltung (B2) Zweipuls Brückenschaltung