BUSIII

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MOSFET haben wesentlich kleinere Gate- Source- Ströme als PNFET

MOSFET sind erheblich empfindlicher gegenüber Gate- Spannungsdurchbrüchen als PNFET .

Im NF- Bereich bis 100 kHz zeigen PNFET um den Faktor 10...1000 kleinere Rauschspannungen als MOSFET

• Der MOS FET hat ein Isoliertes Gate, welches meist durch SiO2 (Silizium Oxid) vom Kanal isoliert ist und
• der PN FET hat einen PN Übergang als Isolierschicht zum Kanal.
• Beim MOSFET werden Ladungsträger vom Substrat in den Kanal gezogen oder verdrängt,
• beim PN FET wird der PN Übergang zum Kanal ausgeweitet oder abgebaut
• Beide Transistoren werden über ein Elektrisches Feld gesteuert

Selbstsperrender Typ = Anreicherungstyp in n- oder p-Kanal-Ausführung

Selbstleitender Typ = Verarmungstyp in n- oder p-Kanal-Ausführung

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Die Kanallängenmodulation verursacht den Anstieg des Stromes im Abschnürbereich.

(Early Effekt des MOSFET)

• Bei Erwärmung sinkt die Leitfähigkeit des Kanals, der Strom wird kleiner
• Der Transistor stabilisiert sich selber
• Bei steigender Temperatur vergrößert sich außerdem die Schwellspannung Uth um 0,5 ... 4 mV/K

• Der Dualgate FET hat zwei unabhängige Gateanschlüsse
• Er wird als Mischer oder als Regelverstärker eingesetzt
• Die Mischung ist Multiplikativ

Bei zunehmender Spannung U_ds (U_gs=0) wächst die Verarmungszone im Stromkanal und es entsteht eine keilförmige Einschnürung. Diese wächst mit zunehmender Spannung U_ds.In diesem Bereich ist der Drainstrom I_d propotional zu U_ds ( Ohmescher Bereich).Bei Erreichen der Spannung U_dssat hat sich der Kanal soweit verengt, dass eine weitere Erhöhung der Spannung U_ds keine weitere Stromsteigerung bewirkt (I_dssat fließt).Externe Spannung U_gs, die den Kanal vollständig abschnürrt heißt AbschnürrspannungUp.

• Spannungsteiler:
• R1 (Drainwiderstand) und Rds (FET)
• Rds wird durch die Spannung Ugs gesteuert .
• R2 und R3 liniearisieren die Kennlinienverläufe
• Wenn R1>Rds, dann ist Ua in weiten Bereichen steuerbar
• Ua nicht zu gross wählen, da sonst der FET nicht mehr  im Anlaufbereich arbeitet

\(dI_D=S*dU_{GS}+{1 \over r_{DS}}*dU_{DS}\)

\(A_V={dU_{DS} \over dU_{GS}}=-S*{R_D*r_{DS}\over r_{DS}+R_D}\)

Gateschaltung: Hochfrequenztechnik (z.B. Hochfrequenzverstärker), nur selten in Gebrauch

Drainschaltung (auch „Sourcefolger“): Niederfrequenzbereich (z.B. Impedanzwandler)

R1, R2 Spannungsteiler für festes Gate Portential.

Rv – Vorwiderstand

Rs – Gegenkopplung
Dimensionierung wie bei der Arbeitspunkteinstellung

Funktion:

• Gewünschter Strom wird über U_b Rs eingestellt.
• Steigt der Strom an Rs so nimmt Ugs ab, der Transistor sperrt.
• Sinkt der Strom dann steigt die Spannung (Transistor leitet → konstanter Stromfluss)

• Mit dem Widerstand Rs wird der Konstantstrom Id eingestellt.
• Mit Hilfe des Widerstandes Rs wird Ugs eingestellt und somit der Widerstand Rds.

• Der Differenzverstärker mit FETs funktioniert ähnlich wie der mit Bipolartransistoren.
• Die Konstantstromquelle sorgt für ein konstantes Ik.
• Somit ist, wenn beide Transistoren das gleiche Eingangspotential am Gate haben, der Strom in beiden Transistoren Identisch
• Wird z.B. Ue1 erhöht, wird der T1 weiter aufgesteuert. Aufgrund der Konstantstromquelle wird T2 weiter zugesteuert.
• Ua1 Sinkt Ua2 steigt.

• Planartechnik- Drain und source liegen sich großflächig gegenüber.
• Das Gate liegt Isoliert in der Mitte der beiden Source Anschlüsse.
• Stromfluss zum n- Bereich erst, wenn der p Bereich durch Anlegen einer Gatespannung oberflächennah invertiert wird und sich ein n Kanal bildet; von dort werden die Elektronen vertikal nach unten zum n+ Drain befördert

• Der MOSFET wird „Leistungslos“ am Gate angesteuert und steuert somit die Basis des Biportransistors.
• Dieser wird dadurch in den Leitfähigen Zustand versetzt
• Der Stromfluss für die Basis wird über die Source-Drainstrecke des FETs geleitet und tritt nicht an dem Gate auf

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Impedanzwandler

Strom Spannungswandler

Ohmmeter

Verstärker

Differenzier Glied

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\(A = {Ua \over Ue}={A_D \over 1+kA_D}\)

• Der OP verstärkt die Spannungsdifferenz Ud = Up − Un = +1V mit seiner sehr

großen Leerlaufverstärkung (ca. 100.000-fach).

• Die Ausgangsspannung Ua ändert sich sehr schnell in Richtung positiver Spannungen.

• Ein Teil von Ua wird nun  über den Spannungsteiler R1, R2 auf den invertierenden Eingang als Un zurückgekoppelt, d.h. mit dem Ansteigen von Ua steigt auch Un an und somit wird die Spannungsdifferenz Ud = Up − Un immer kleiner, je mehr Ua ansteigt.

• Wenn nun Ud ≈ 0V erreicht wird, steigt Ua nicht mehr weiter an, ein stabiler Endzustand ist erreicht !

Leerlaufverstärkung

Beide Eingänge der OP s werden mit der gleichen Spannung U GT betrieben (Gleichtaktsignal).

Damit stellt sich Ud = 0 V ein.

CMRR= Common Mode Rejection Ration (Gleichtaktunterdrückung)

Sie gibt an, wie gut Gleichtaktsignale unterdrückt werden.

Eingangs-Offset-Spannung

Beide Eingänge auf Masse

Ua hochohmig messen

Viele Ops haben separate Anschlüsse, über die man eine Kompensation durchführen kann.

• Alle OP`s haben zwecks Stabilität einen Frequenzgang, wie Tiefpass 1.Ordnung (-20dB/Dekade).
• Verstärkungs-Bandbreite-Produkt konstant.
• Je kleiner die Verstärkung, desto größer die  Bandbreite und umgekehrt.
• Mit fb lässt isch feststellen wie groß die Bandbreite bei der eingestellten Differenzver. Vd ist.
• fg – Grenzfrequenz (-3 dB Fehler)
• ft – Transitfrequenz

Sr =Slew-Rate (max. Anstiegsgeschwindigkeit)

\(f_{SR} = {SR \over 2 \pi * û_a }\)

\(U_e = I*R_2\)  ;  \(U_a = I*(R_1+R_2)\)

\( {U_e \over R_2} = {U_a \over R_1+R_2}\)

\(V_U = {U_a \over U_e} = {R_1+R_2 \over R_2}\)

Annahme: niederohmiger Verbr.

– Bei positiver Eingangs- spannung ist auch der Ausgangsstrom positiv und

T1 wird aufgesteuert; T1 arbeitet als Emitterfolger und T2 ist gesperrt.

– Die Gegenkopplung sorgt dafür, das die Ausgangsspannung korrekt auf den richtigen

Wert geregelt wird. Bei negativer Eingangsspannung ist der Ausgangsstrom negativ und T2 wird aufgesteuert und T1 ist gesperrt.

\(V_U = {U_a \over U_e}=1+{R_2 \over R_1}\)

Re = Real > 1Mohm ; Ideal unendl.

\(U_e = U_d+ U_n \to U_a=U_n\)

\(U_e=U_d+U_a \mid U_d=0V\)

\(U_e=U_a \to V_U= {U_a \over U_e} =1\)

Zunächst:

Us > U

Diode gesperrt

selbstleitender FET ist durchgeschaltet

der (veränderliche) Messwert Ue wird auf den Kondensator übernommen

Nun: Us < (Ue,min +Up )

Die Diode wird leitfähig und über R wird ein Spannungsabfall generiert der dafür sorgt, dass der Transistor abschnürt.

Von diesem Zeitpunkt an sind die Spannung am Kondensator und UU aa konstant.

\(R_e=R_1\)

\(U_e=I*R_1\)  ;  \(U_a-I*R_2\)

\({U_e \over R_1}={U_a \over -R_2} \to V={U_a \over U_e}=-{R_2 \over R_1}\)