Verfügbarkeit: Entwurf und Simulation von Halbleiterschaltungen mit PSPICE

Entwurf und Simulation von Halbleiterschaltungen mit PSPICE: Physik und Technologie der Mikroelektronik ; PSPICE, Transistormodelle, Vierpol- und Signalflussmethode, rechnergestützter Entwurf von Elektronikschaltungen mit PSPICE ; mit 30 Tabellen und 235 Literaturstellen

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Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Renningen-Malmsheim expert-Verl. 1997
Ausgabe:	3., völlig neubearb. und erw. Aufl.
Schriftenreihe:	Kontakt & Studium 321 : EDV
Schlagworte:	Simulation SPICE > Programm Halbleiterschaltung Netzwerkanalyse Entwurf PSPICE
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	2. Aufl. u.d.T.: Khakzar, Haybatolah: Entwurf und Simulation von Halbleiterschaltungen mit SPICE Literaturverz. S. 776 - 786
Beschreibung:	791 S. graph. Darst.
ISBN:	3816912621

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS HERAUSGEBER-VORWORT AUTOREN-VORWORT TEIL 1 PHYSIK UND TECHNOLOGIE DER MIKROELEKTRONIK 1 HAYBATOLAH KHAKZAR, ROLAND FRIEDRICH 1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER HALBLEITERTECHNIK 2 1.1 EIGENLEITUNG 2 1.2 DER PN - UEBERGANG 6 1.2.1 DER PN-UEBERGANG OHNE AEUSSERE SPANNUNG 6 1.2.2 DER PN-UEBERGANG BEI ANGELEGTER SPANNUNG IN SPERRICHTUNG 8 1.2.3 DER PN-UEBERGANG BEI ANGELEGTER SPANNUNG IN DURCHLASSRICHTUNG 9 1.3 DER BIPOLARE TRANSISTOR 10 1.3.1 ARTEN, AUFGABEN UND SCHALTZEICHEN DES TRANSISTORS 10 1.3.2 DER NPN-TRANSISTOR MIT OFFENER BASIS 11 1.3.3 DER NPN-TRANSISTOR MIT ANGESTEUERTER BASIS, TRANSISTOREFFEKT 12 1.3.4 ANFORDERUNGEN AN EINEN TRANSISTOR 13 1.3.5 TRANSISTORKENNLINIEN 14 1.3.6 DAS TRANSISTORMODELL NACH GUMMEL UND POON 18 1.3.7 TRANSISTOR-GEOMETRIE UND -DOTIERUNGSPROFIL 20 1.3.8 DIE LADUNGSGESTEUERTE HAUPTKOMPONENTE DES KOLLEKTORSTROMS 22 1.4 DER TRANSISTOR IN FORSCHUNG UND TECHNIK 26 1.4.1 DER BIPOLARTRANSISTOR 26 1.4.2 DER MOS-FELDEFFEKT-TRANSISTOR (MOSFET) 27 1.4.3 BICMOS 28 1.4.4 DER SPERRSCHICHT-FELDEFFEKTTRANSISTOR (JUNCTION FIELD EFFECT TRANSISTOR JFET) 29 1.4.5 DER GAAS-TRANSISTOR 30 1.4.6 DER HEMT-TRANSISTOR 31 1.4.7 BIPOLARE TRANSISTOREN IN HETEROSTRUKTUR 31 1.4.8 DER QUANTENEFFEKT-TRANSISTOR 33 1.4.9 DUENNSCHICHTTRANSISTOR 34 1.5 TECHNOLOGISCHER AUSBLICK 36 PROZESS-SCHRITTE DER HALBLEITER-FERTIGUNG 37 2 2.1 HERSTELLEN VON SILIZIUM-WAFERN 37 2.2 OXIDATION 39 2.2.1 THERMISCH GEWACHSENES SILIZIUMDIOXID 39 2.2.2 GESPUTTERTES SILIZIUMDIOXID 40 2.3 EPITAXIE 41 2.3.1 FLUESSIGPHASEN-EPITAXIE 41 2.3.2 GASPHASEN-EPITAXIE (CVD) 42 2.3.3 METALL-ORGANISCHE GASPHASEN-EPITAXIE (MOCVD) 42 2.3.4 MOLEKULARSTRAHL-EPITAXIE (MBE) 42 2.4 FOTOLITHOGRAPHIE 43 2.4.1 OPTISCHE LITHOGRAPHIE 44 2.4.2 KONTAKT BZW. ABSTANDSBELICHTUNG 45 2.4.3 PROJEKTIONSBELICHTUNG 45 2.4.4 ROENTGENSTRAHL - LITHOGRAPHIE 48 2.4.5 ELEKTRONENSTRAHL - LITHOGRAPHIE 49 2.4.6 MASKEN 49 2.4.7 LACKE 50 2.5 AETZEN 52 2.5.1 NASSAETZEN 54 2.5.2 TROCKENAETZEN 55 2.5.3 LONENSTRAHL-AETZEN 55 2.6 DOTIEREN 55 2.6.1 DIFFUSION 56 2.6.2 IONEN - IMPLANTATION 57 2.6.3 VERTEILUNG DER IMPLANTIERTEN IONEN 57 2.7 METALLISIERUNG 58 2.7.1 LEITERBAHNEN 58 2.7.2 ANSCHLUESSE VON AUSSEN AN DIE CHIPS 59 2.8 PASSIVIEREN 60 2.9 WAFER IN CHIPS TEILEN 61 2.9.1 WAFER SAEGEN 61 2.9.2 RITZEN UND BRECHEN 61 2.10 PRINZIPIELLER PROZESSABLAUF BEI DER HERSTELLUNG EINER CMOS-SCHALTUNG 61 TEIL 2 SCHALTUNGSANALYSE MIT MICROSIM PSPICE A/D 66 GERALD KAMPE, ALBERT MAYER 1 EINFUEHRUNG 67 1.1 ENTSTEHUNGSGESCHICHTE 67 1.2 UEBERBLICK UEBER DIE EIGENSCHAFTEN VON PSPICE BEI DER SIMULATION ANALOGER SCHALTUNGEN 68 1.3 ABLAUF EINER SIMULATION 70 1.4 SIMULATIONSARTEN 72 1.4.1 DC-ANALYSE 72 1.4.2 AC-ANALYSE 72 1.4.3 ANALYSE VON EINSCHWINGVORGAENGEN 75 2 NETZLISTENEINGABE ZUR SIMULATION ANALOGER SCHALTUNGEN 77 2.1 EINFUEHRUNG 77 2.1.1 KONVENTIONEN ZUR DARSTELLUNG DES DOKUMENTATIONSTEXTES 77 2.1.2 AUFBAU EINER EINGABEDATEI, ZEILENARTEN 78 2.2 SCHALTELEMENTE 82 2.2.1 PASSIVE ELEMENTE 82 2.2.2 LINEARE, GESTEUERTE QUELLEN 90 2.2.3 UNABHAENGIGE STROM UND SPANNUNGSQUELLEN 92 2.2.4 HALBLEITERBAUELEMENTE 98 2.3 SCHALTUNGSMODUL (SUBCIRCUIT) 102 2.3.1 DEFINITION 102 2.3.2 BEISPIEL 103 2.4 ANWEISUNGEN ZUR STEUERUNG DER SIMULATIONSART 105 2.4.1 GLEICHSTROMANALYSEN 105 2.4.2 KLEINSIGNALANALYSE MIT STATIONAEREN SINUSQUELLEN (AC-ANALYSE) 109 2.4.3 EINSCHWINGANALYSE 111 2.4.4 RAUSCHANALYSE 114 2.4.5 FOURIER-ANALYSE 115 2.5 AUSGABE DER ERGEBNISSE 117 2.5.1 AUSGABE IN TABELLENFORM ODER ALS ZEICHENGRAPHIK 117 2.5.2 GRAPHISCHE AUSGABE DER SIMULATIONSERGEBNISSE 120 2.5.2.1 AUSGABEDATEIEN 120 2.5.2.2 STEUERUNG DER DATENAUFNAHME FUER DIE PROBE-DATEIEN 120 2.5.2.3 UEBERSICHT UEBER DEN AUFBAU DER PROBE-DATEIEN UND DIE ERGEBNISDARSTELLUNG AN BILDSCHIRM UND DRUCKER 121 2.5.2.4 STARTEN VON PROBE 122 2.5.2.5 ERZEUGUNG EINES SCHAUBILDES 122 2.5.2.6 VERAENDERUNG DER SCHAUBILDER 124 2.5.2.7 MERKMALSANALYSE 124 2.5.2.8 ERSTELLUNG VON HISTOGRAMMEN FUER DAS MONTE CARLO-VERFAHREN 125 2.6 MEHRFACHLAEUFE 126 2.6.1 EINFUEHRUNG 126 2.6.2 PARAMETRISCHE ANALYSE 126 2.6.3 TEMPERATURANALYSE 127 2.6.4 MONTE CARLO-ANALYSE 128 2.6.5 WORST CASE-ANALYSE 129 2.7 UEBUNGSBEISPIEL ZUR DC-ANALYSE 130 2.7.1 VORBEMERKUNGEN 130 2.7.2 ANALYSE DER STABILISIERUNGSSCHALTUNG 131 3 SIMULATION VON GEMISCHTEN ANALOG-/ DIGITALSCHALTUNGEN 134 3.1 EINFUEHRUNG 134 3.2 ANALOG-DIGITALSCHNITTSTELLEN 135 3.2.1 VERBINDUNG VON ANALOGEN UND DIGITALEN SCHALTUNGSTEILEN 135 3.2.2 VERSORGUNGSSPANNUNGEN FUER DIGITALSCHALTUNGEN 136 3.3 MODELLE FUER DIGITALE BAUTEILE 136 3.3.1 EINFUEHRUNG 136 3.3.2 MODELLSTRUKTUR 137 3.3.3 SCHALTUNGSBEISPIEL 141 3.4 ERMITTLUNG DER VERZOEGERUNGSZEITEN IN DIGITALSCHALTUNGEN 143 3.5 UNTERDRUECKUNG VON IMPULSEN MIT GERINGER ENERGIE 144 4 DER GRAPHISCHE SCHALTUNGSEDITOR SCHEMATICS 145 4.1 EINFUEHRUNG 145 4.2 GRUNDLAGEN DER STROMLAUFPLANERSTELLUNG 146 4.2.1 FUNKTIONEN DES SCHEMATIC-EDITORS 146 4.2.2 ERSTELLUNG DES STROMLAUFPLANS IM SCHEMATIC-EDITOR 147 4.2.3 FUNKTIONEN DES SYMBOL-EDITORS, UEBERGAENGE AUS DEM SCHEMATIC-EDITOR 148 4.2.4 DATEIFORMEN 148 4.2.5 BIBLIOTHEKSDATEIEN 149 4.2.6 ELEMENTE EINES STROMLAUFPLANES 150 4.2.6.1 BAUTEILE 150 4.2.6.2 SYMBOLE 150 4.2.6.3 NETS UND NODES (KNOTEN) 151 4.2.6.4 ATTRIBUTE 152 4.2.6.5 ELEKTRISCHE VERBINDUNGEN 152 4.2.7 WINDOWS-BENUTZEROBERFLAECHE 153 5 UEBUNGSBEISPIELE ZUR SCHALTUNGSEINGABE MIT SCHEMATICS 155 5.1 AC UND TRANSIENT-ANALYSE 155 5.1.1 VORBEMERKUNG 155 5.1.2 GRAPHISCHE SCHALTUNGSEINGABE 155 5.1.3 UEBERPRUEFUNG DES STROMLAUFPLANS, EINGABE DER STEUERANWEISUNGEN 158 5.1.4 SIMULATION 162 5.1.5 GRAPHISCHE DARSTELLUNG DER ERGEBNISSE 163 5.2 PARAMETERVARIATION, MONTE-CARLO-ANALYSE 164 5.2.1 VORBEMERKUNGEN 164 5.2.2 ZUFAELLIGE VERAENDERUNG VON PARAMETERN 164 5.2.3 VORGESCHRIEBENE VERAENDERUNG VON PARAMETERN 167 5.2.4 WORST CASE - ANALYSE 168 5.2.4.1 EINFUEHRUNG 168 5.2.4.2 WORST CASE-ANALYSE DES FREQUENZGANGS DER BRUECKENSCHALTUNG 168 5.3 SCHALTVERHALTEN EINES IMPULSVERSTAERKERS 170 5.3.1 SCHALTUNGSDATEN 170 5.3.1.1 IMPULSVERSTAERKERSCHALTUNG 170 5.3.1.2 GUMMEL POON-PARAMETER DES TRANSISTORS BCY59 C 171 5.3.1.3 MODELLPARAMETER DER SCHOTTKY-DIODE 1N5711 171 5.3.2 EINGABE DER SCHALTUNG UND DER SIMULATIONSDATEN 171 5.3.2.1 MODELLERSTELLUNG FUER DEN TRANSISTOR BCY59 171 5.3.2.2 SCHALTUNGSEINGABE 172 5.3.2.3 DEFINITION DER SIMULATION 172 5.3.3 SIMULATIONSERGEBNISSE, VARIATION DER MODELLPARAMETER 172 5.3.4 LOESUNGSVORSCHLAG 172 5.4 HIERARCHISCHE SCHALTUNGSSTRUKTUR MIT BLOECKEN 176 5.4.1 VORBEMERKUNGEN 176 5.4.2 ANALYSE DER DIODENLOGIK 177 5.5 VERWENDUNG VON SUBCIRCUITS AUS EINER BIBLIOTHEK 178 5.5.1 VORBEMERKUNGEN 178 5.5.2 ANALYSE DES WIEN-BRUECKEN-OSZILLATORS 180 5.6 RAUSCHANALYSE EINES VERSTAERKERS MIT BIPOLAREM TRANSISTOR 183 5.7 DEFINITION EINER ANALOGEN UNTERSCHALTUNG (SUBCIRCUIT) EINSCHLIESSLICH SCHALTUNGSSYMBOL 185 5.7.1 EINFUEHRUNG 185 5.7.2 BEISPIEL 185 5.8 GEMISCHTE ANALOG-/DIGITALSCHALTUNG 188 TEIL 3 191 HAYBATOLAH KHAKZAR, REINOLD OETINGER 1 MODELL DER DIODE 192 192 1.1 ERSATZSCHALTBILD 192 1.2 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE ERSATZSCHALTBILDDIODEN 192 1.3 AUSWIRKUNG DER MODELLPARAMETER IS, N, IKF, ISR, NR, RS AUF DIE GLEICHSTROMEIGENSCHAFTEN DER DIODE IM DURCHLASSBEREICH 193 1.4 AUSWIRKUNG DES GENERATIONSFAKTORS KGEN AUF DIE GLEICH STROMEIGENSCHAFTEN DER DIODE IM SPERRBEREICH UNTERHALB DES DURCHBRUCHBEREICHS 196 1.5 AUSWIRKUNG DER MODELLPARAMETER IBV, NBV, IBVL, NBVL, UBV 197 AUF DIE GLEICHSTROMEIGENSCHAFTEN DER DIODE IM DURCHBRUCH BEREICH (ZENER-BEREICH) 197 1.6 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE KAPAZITAETEN CT UND CJ. 198 1.7 ERSATZSCHALTBILD FUER AC-ANALYSE 200 1.8 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER MODELLPARAMETER 201 1.9 BERUECKSICHTIGUNG DES AREA - FAKTORS. 202 1.10 ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLPARAMETER 202 2 MODELL DES BIPOLAR-TRANSISTORS (MODIFIZIERTE FORM DES GUMMEL-POON-MODELLS) 204 2.1 ERSATZSCHALTBILD 204 2.2 MODELLIERUNG DES GLEICHSTROMVERHALTENS DES INNEREN TRANSISTORS 205 2.2.1 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE TRANSPORTSTROEME 205 2.2.2 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE ERSATZSCHALTBILDDIODEN 206 2.2.3 AUSWIRKUNG DER MODELLPARAMETER IS, NF, BF, ISE, NE, IKF, NK AUF DIE GLEICHSTROMEIGENSCHAFTEN DES TRANSISTORS IM VORWAERTSBETRIEB 207 2.2.4 AUSWIRKUNG DER MODELLPARAMETER NR, BR, ISC, NC, IKR AUF DIE GLEICHSTROMEIGENSCHAFTEN DES TRANSISTORS IM RUECKWAERTSBETRIEB 210 2.2.5 AUSWIRKUNG DER MODELLPARAMETER UAF, DAR, AUF DAS AUSGANGSKENNLINIENFELD DES TRANSISTORS 210 2.3 BAHNWIDERSTAENDE 212 2.3.1 EMITTER UND KOLLEKTOR-BAHNWIDERSTAND 212 2.3.2 BASIS-BAHNWIDERSTAND 212 2.4 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE KAPAZITAETEN 214 2.4.1 SPERRSCHICHTKAPAZITAETEN 214 2.4.2 TRANSITZEITKAPAZITAETEN 215 2.5 ERSATZSCHALTBILD FUER AC-ANALYSE 216 2.6 MODELLIERUNG DES QUASI-SAETTIGUNGSEFFEKT 219 2.7 TEMPARATURABHAENGIGKEIT DER MODELLPARAMETER (SIEHE AUCH DIODENMODELL ABSCHNITT 1.7) 221 2.7.1 TEMPERATURABHAENGIGKEIT VON IS, BF, BR. 221 2.7.2 SAETTIGUNGSSTROEME DER DIODEN DE2, DC2 UND DS. 221 2.7.3 BAHNWIDERSTAENDE 222 2.7.4 SPERRSCHICHTPOTENTIALE UJE, UJC UND UJS 222 2.7.5 SPERRSCHICHTKAPAZITAET BEI 0 VOLT VORSPANNUNG, CJEO, CJCO, CJSO. 222 2.8 BERUECKSICHTIGUNG DES AREA-FAKTORS (SIEHE HIERZU AUCH DIODENMODELL, ABSCHNITT 1.8) 222 2.9 ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLPARAMETER, SPICE-NAMEN UND SPICE-ERSATZWERTE 223 3 MODELLIERUNG DES SPERRSCHICHT-FELDEFFEKT-TRANSISTORS MIT DEM NETZWERKANALYSE-PROGRAMM SPICE 226 3.1 DAS JFET TRANSISTORMODELL (N-KANAL) 226 3.1.1 DAS ERSATZSCHALTBILD 226 3.1.2 GLEICHUNGEN FUER DIE ERSATZSCHALTBILDSTROEME 227 3.1.2.1 GLEICHUNGEN FUER DIE GESTEUERTE QUELLE 227 3.1.2.2 DIODENSTROEME 228 3.1.3 DAS GLEICHSTROMVERHALTEN 229 3.1.4 LADUNGSSPEICHERUNG AUF CGD'UND CGS' 229 3.1.5 ERSATZSCHALTBILD FUER KLEINSIGNALANWENDUNGEN 230 3.1.6 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN FUER GROSSSIGNALANWENDUNGEN 232 3.1.7 TEMPERATUREFFEKTE 232 3.1.8 ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLPARAMETER, SPICE-NAMEN UND SPICE-ERSATZWERTE 233 4 MODELLIERUNG DES MOS-FELDEFFEKT-TRANSISTORS MIT DEM NETZWERKANALYSEPROGRAMM SPICE 235 4.1 DAS LEVEL-1MOS-MODELL 235 4.1.1 GEOMETRIE UND GROSSSIGNALERSATZSCHALTBILD 235 4.1.7 TEMPERATUREFFEKTE 238 4.1.8 ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLPARAMETER, SPICENAMEN UND SPICEERSATZWERTE 239 4.6 DAS BSIM3 MODELL (BSIM3V2 UND BSIM3V3) 264 4.6.1 DIE SCHWELLENSPANNUNG 264 4.6.2 DIE BEWEGLICHKEIT 267 4.6.3 DIE LADUNGSTRAEGERDRIFTGESCHWINDIGKEIT 268 4.6.4 DRAINSTROM 269 4.6.5 DER AUSGANGSWIDERSTAND UND DIE EARLY-SPANNUNG 274 4.6.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT 279 4.7 MODELLPARAMETER FUER DAS BSIM3 MODELL - TEIL 1 279 MODELLPARAMETER FUER DAS BSIM3 MODELL - TEIL 2 280 4.8 ERGEBNISSE 281 5 MODELLIERUNG DES GAAS-MESFET-TRANSISTORS MIT SPICE 288 5.1 PRINZIP 288 5.1.2 EIGENSCHAFTEN VON GAAS 289 5.1.3 GLEICHSTROM-ERSATZSCHALTBILD 289 5.1.4 KLEINSIGNAL-ERSATZSCHALTBILD 290 5.1.5 MODELLE DES GAAS - MESFET 290 5.1.5.1 MODELL VON CURTICE 291 5.1.5.2 MODELL VON STATZ 293 5.1.5.3 DAS "TRIQUINT" MODELL 295 5.1.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER MODELLPARAMETER 297 5.1.6.1 TEMPERATURABHAENGIGKEIT VON UTO, B, IS UND UBI 297 5.1.6.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER WIDERSTAENDE 297 5.1.6.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER KAPAZITAETEN 298 5.1.7 RAUSCHANALYSE 298 5.1.7.1 THERMISCHES RAUSCHEN 298 5.1.7.2 SCHROT UND FUNKELRAUSCHEN 298 5.1.8 FORM DER EINGABE 298 5.1.9 MODELLPARAMETER 299 5.1.10 ZUSAMMENFASSUNG 301 6 MODELLIERUNG DES HEMT-TRANSISTORS MIT SPICE 302 6.1 ZUSAMMENFASSUNG 302 6.2 DER HEMT-TRANSISTOR 302 6.3 MODELLIERUNG DES HEMT-TRANSISTORS 305 6.4 PARAMETEREXTRAKTION DES HEMT-TRANSISTORS MIT STATZ-MODELL 306 7 MODELLIERUNG VON A-SI-DUENNSCHICHTTRANSISTOREN 310 7.1 DAS ALLGEMEINE ERSATZSCHALTBILD 310 7.2 FUNKTIONSGLEICHUNGEN FUER DIE ERSATZSCHALTBILDSTROEME 310 7.2.1 GLEICHUNGEN FUER DIE GESTEUERTE QUELLE IDS 310 7.2.2 DIE STROMQUELLEN IG, ID,IS 312 7.3 GLEICHSTROMVERHALTEN 312 7.4 ERSATZSCHALTBILD FUER KLEINSIGNALANWENDUNGEN 313 7.5 ERSATZSCHALTBILD FUER GROSSSIGNALANWENDUNGEN 314 7.6 ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLPARAMETER 315 TEIL 4 ENTWURF ANALOGER SCHALTUNGEN 316 HAYBATOLAH KHAKZAR 1 DIE KLASSISCHE BERECHNUNG VON VERSTAERKERN MIT HILFE DER VIERPOLTHEORIE 317 1.1 TRANSISTOREN 317 1.1.1 TRANSISTORTYPEN 317 1.1.2 DER BIPOLARE TRANSISTOR (JUNCTION TRANSISTOR) 317 1.1.3 DER SPERRSCHICHT-FELDEFFEKTTRANSISTOR (JUNCTION FIELD EFFECT TRANSISTOR, JFET) 319 1.1.4 DER MOS-FELDEFFEKTTRANSISTOR 321 1.2 DER TRANSISTOR ALS VERSTAERKENDES ELEMENT 326 1.3 DIE FASTLINEARE ERSATZSCHALTUNG 327 1.4 DIE LINEARE ERSATZSCHALTUNG 332 1.5 DIE GERAENDERTE LEITWERTSMATRIX 333 1.6 DIE S-PARAMETER VON VIERPOLEN 342 1.7 DIE TRANSISTORGRUNDSCHALTUNGEN 347 1.7.1 DIE GRUNDSCHALTUNGEN DES BIPOLARTRANSISTORS 348 1.7.2 DIE GRUNDSCHALTUNGEN DES FELDEFFEKTTRANSISTORS 354 1.8 BERECHNUNG VON RUECKGEKOPPELTEN VERSTAERKERN MIT HILFE DER KLASSISCHEN GEGENKOPPLUNGSTHEORIE 358 1.8.1 RUECKKOPPLUNG, GEGENKOPPLUNG UND MITKOPPLUNG 358 1.8.2 DEFINITION UND AUSWERTUNG VON EMPFINDLICHKEITEN DES GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERS GEGENUEBER EINER VERAENDERUNG DER OBERTRAGUNGSFUNKTION OHNE GEGENKOPPLUNG 360 1.8.2.1 GEGENKOPPLUNG UEBER EINE VERSTAERKERSTUFE 360 1.8.2.2 GEGENKOPPLUNG UEBER MEHRERE VERSTAERKERSTUFEN 361 1.8.3 DAS VERHALTEN DER GEGENKOPPLUNG GEGENUEBER STOERSIGNALEN 364 1.8.4 GRUNDSAETZLICHE VERKNUEPFUNGSMOEGLICHKEITEN VON VERSTAERKER ZWEITOR UND GEGENKOPPLUNGSZWEITOR 365 2 VERSTAERKERBERECHNUNG MIT DER SIGNALFLUSSMETHODE 371 2.1 EINLEITUNG 371 2.2 REGELN DES SIGNALFLUSSGRAPHEN 371 2.3 GRUNDSIGNALFLUSSGRAPHEN DES GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERS 376 2.4 SCHLEIFENVERSTAERKUNG (RETURN RATIO), GEGENKOPPLUNGSFAKTOR (RETURN DIFFERENCE) UND NULLGEGENKOPPLUNGSFAKTOR (NULL RETURN DIFFERENCE) 377 2.5 EIN UND AUSGANGSWIDERSTAND EINES GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERS 379 2.6 REIHEN UND PARALLELGEGENKOPPLUNG 381 2.7 EINSTUFIG GEGENGEKOPPELTER VERSTAERKER 383 2.8 ZWEISTUFIG GEGENGEKOPPELTE VERSTAERKER 396 2.9 KOMBINIERTE GEGENKOPPLUNG MIT ANGEZAPFTEN UEBERTRAGERN 403 2.9.1 EIN-UND AUSGANGSWIDERSTAENDE OHNE RUECKKOPPLUNG 404 2.9.2 VORWAERTSVERSTAERKUNG 404 2.9.3 BERECHNUNG VON TSA 404 2.9.4 BERECHNUNG VON TSL 405 2.9.5 BERECHNUNG VON TBA 406 2.9.6 BERECHNUNG VON TBL 406 2.9.7 BERECHNUNG DES GEGENKOPPLUNGSFAKTORS F 406 2.9.8 BERECHNUNG DES SCHEINEINGANGSWIDERSTANDES REIN 406 2.9.9 BERECHNUNG DES SCHEINAUSGANGSWIDERSTANDES RAUS 406 2.9.10 BERECHNUNG DES RUCKKOPPLUNGSFAKTORS FN 406 2.9.11 BERECHNUNG DER VERSTAERKUNG V 406 2.10 KOMBINIERTE GEGENKOPPLUNG DURCH BRUECKENSCHALTUNG 407 2.10.1 EIN UND AUSGANGSWIDERSTAENDE OHNE RUECKKOPPLUNG 407 2.10.2 VORWAERTSVERSTAERKUNG 407 2.10.3 BERECHNUNG VON TSA 408 2.10.4 BERECHNUNG VON TSL 408 2.10.5 BERECHNUNG VON TBA 409 2.10.6 BERECHNUNG VON TBL 410 2.10.7 BERECHNUNG DES GEGENKOPPLUNGSFAKTORS F 410 2.10.8 BERECHNUNG DES SCHEINEINGANGSWIDERSTANDES REIN 410 2.10.9 BERECHNUNG DES SCHEINAUSGANGSWIDERSTANDES RAUS 410 2.10.10 BERECHNUNG DES RUECKKOPPLUNGSFAKTORS FN 410 2.10.11 BERECHNUNG DER VERSTAERKUNG V 410 2.11 ZUSAMMENFASSUNG 411 3 STABILITAETSANALYSE RUECKGEKOPPELTER VERSTAERKER 412 3.1 DIE IMPULSANTWORT 412 3.2 STABILITAETSANALYSE BEI GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERN 418 3.3 DAS ROUTH-HURWITZ-KRITERIUM 420 3.4 BEISPIELE ZUM RUTH-HURWITZ-KRITERIUM 422 3.5 WURZELORTSKURVEN 424 3.6 DAS NYQUIST-KRITERIUM 433 3.7 DAS BODE-DIAGRAMM 435 4 OPERATIONSVERSTAERKER 442 4.1 EIGENSCHAFTEN DES IDEALEN OPERATIONSVERSTAERKERS UND SEINE GRUNDSCHALTUNG 442 4.2 DER INVERTIERENDE OPERATIONSVERSTAERKER 443 4.3 DER NICHTINVERTIERENDE OPERATIONSVERSTAERKER 444 4.4 DER DIFFERENZIERER 445 4.5 DER INTEGRIERER 447 4.6 AUFBAU EINES OPERATIONSVERSTAERKERS 448 4.7 DER DIFFERENZVERSTAERKER 449 4.7.1 DIFFERENZVERSTAERKUNG, GLEICHTAKTVERSTAERKUNG UND GLEICHTAKTUNTERDRUECKUNGSFAKTOR 449 4.7.2 DER EMITTER-GEKOPPELTE DIFFERENZVERSTAERKER 451 4.7.3 BERECHNUNG VON V D UND VGI 452 4.7.4 DIFFERENZVERSTAERKER UND KONSTANTSTROMVERSORGUNG 454 4.7.5 FUNKTIONSWEISE EINES DIFFERENZVERSTAERKERS UND UEBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN 455 4.7.6 EINGANGSWIDERSTAND DES DIFFERENZVERSTAERKERS 457 4.8 ELEKTRISCHE SIMULATION EINES HALBELASTISCHEN STOSSES 458 4.8.1 DAS PHYSIKALISCHE PROBLEM 458 4.8.2 BEWEGUNG IN DER LUFT 458 4.8.3 HALBELASTISCHER STOSS AM BODEN 459 4.8.4 UEBERGANG AUF DIE ELEKTRISCHE SIMULATION 460 4.8.5 REALISIERUNG DER SCHALTUNG 464 4.8.6 UMSCHALTEN ZWISCHEN DEN BEIDEN DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 469 4.8.7 DARSTELLUNG ALS BALL 470 4.8.8 BEDIENUNGSANLEITUNG FUER DAS DEMONSTRATIONSMODELL EINES HALBELASTISCHEN STOSSES 471 4.9 OPERATIONSVERSTAERKERBEGRIFFE 472 5 BREITBANDVERSTAERKER 478 5.1 GENERELLE BETRACHTUNG 478 5.2 BEDINGUNGEN FUER MAXIMAL FLACHEN BETRAGSVERLAUF UND LINEARE PHASE 481 5.2.1 FUNKTION MIT MAXIMAL FLACHEM BETRAGSVERLAUF 481 5.2.2 FUNKTIONEN MIT MOEGLICHST LINEARER PHASE 484 5.3 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN DER EINZELN GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERSTUFEN 485 5.3.1 EMITTERSCHALTUNG MIT REIHENGEGENKOPPLUNG 486 5.3.2 EMITTERSCHALTUNG MIT PARALLELGEGENKOPPLUNG 490 5.3.3 ZUSAMMENSCHALTEN DER STUFEN 493 5.4 HOCHFREQUENZKOMPENSATION DER VERSTAERKER 495 5.4.1 EMITTERSCHALTUNG MIT REIHENGEGENKOPPLUNG BEI HOHEN FREQUENZEN 495 5.4.2 EMITTERSCHALTUNG MIT PARALLELGEGENKOPPLUNG BEI HOHEN FREQUENZEN 498 5.5 DER OPTISCHE EMPFAENGER 502 5.6 DIE SPICE-SIMULATION EINES OPTISCHEN EMPFAENGERS MIT HEMT-T RANSISTOREN 507 5.6.1 EINLEITUNG 507 5.6.2 DER OPTISCHE EMPFAENGER 507 5.6.2.1 DIE SCHALTUNG 508 5.6.2.2 DAS KLEINSIGNALERSATZSCHALTBILD 509 5.6.3 ANALYSE UND OPTIMIERUNG MIT SPICE 511 5.6.3.1 BESONDERHEITEN BEI DER ANALYSE 511 5.6.3.2 DIE EINGABE DER SCHALTUNG FUER SPICE 512 5.6.3.3 ERGEBNIS DER ANALYSE 512 6 OSZILLATOREN 514 6.1 SCHWINGUNGSBEDINGUNG 514 6.2 WIEN-BRUECKEN-OSZILLATOR 515 6.3 LC-OSZILLATOR 518 6.4 DER COLPITTS UND HEARTLEY-OSZILLATOR 521 6.4.1 BERECHNUNG DES COLPITTS UND HEARTLEY-OSZILLATORS 524 6.5 DER PHASENSCHIEBER-OSZILLATOR 525 6.6 DER QUARZ-OSZILLATOR 526 6.6.1 ERSATZSCHALTBILD DES QUARZES 526 6.6.2 PRAKTISCHER AUFBAU EINES 1 MHZ-QUARZ-OSZILLATORS 527 6.6.3 DIMENSIONIERUNG DER BAUTEILE 528 6.6.4 SPICE SIMULATIONSPROGRAMM 529 7 RAUSCHARMER VERSTAEKER 531 7.1 RECHNEN MIT RAUSCHSIGNALEN 531 7.2 WIE BESCHREIBT MAN RAUSCHSIGNALE? 531 7.3 WIE BERECHNET MAN NUN DIESEN EFFEKTIVWERT? 531 7.4 RAUSCHARTEN 533 7.4.1 THERMISCHES RAUSCHEN 533 7.4.2 SCHROTRAUSCHEN 535 7.4.3 1/F-RAUSCHEN 536 7.5 RAUSCHMODELLE VON HALBLEITERBAUELEMENTEN IN SPICE 538 7.5.1 DIODE 538 7.5.2 BIPOLARER TRANSISTOR 539 7.5.3 SPERRSCHICHT-FET 539 7.5.4 MOS-FET 539 7.6 ENTWURF RAUSCHARMER VERSTAERKER MIT SPICE 541 7.6.1 VERSTAERKER MIT BIPOLAREN TRANSISTOREN 541 7.6.2 VERSTAERKER MIT FET 543 7.6.2.1 SPERRSCHICHT FET 543 7.6.3 VERSTAERKER MIT MOS-FET 543 7.7 ZUSAMMENFASSUNG 544 7.8 RAUSCHMESSTECHNIK 549 7.8.1 EINLEITUNG 549 7.8.2 RAUSCHZAHLMESSUNG MIT DER EMPFAENGERMETHODE 549 7.8.3 RAUSCHZAHLMESSUNG MIT DER RAUSCHGENERATORMETHODE 551 7.8.3.1 DIE 3 DB-METHODE 551 7.8.3.2 DIE Y-FAKTOR-METHODE 553 7.9 SIGNAL UND RAUSCHVERHAELTNIS BEI NACHRICHTENSYSTEMEN 553 7.9.1 T RAEGERF REQUENZKOAXIALSYSTEME 553 7.10 OPTISCHER EMPFAENGER MIT PARALLELGEGENKOPPLUNG 555 7.11 KRITISCHE BETRACHTUNG DER AUF DER WARC-KONFERENZ 1977 UND RARC-KONFERENZ 1983 BESCHLOSSENEN RUNDFUNK SATELLITEN-SYSTEMWERTE 562 7.11.1 WARC-ANFORDERUNGEN AN DEN FERNSEHDIREKTEMPFANG VON SATELLITEN 562 7.11.2 STAND DER TECHNIK DER SATELLITEN-RUNDFUNK-EINZELEMPFAENGER 563 7.11.3 DIE THEORETISCHE MINIMALGRENZE DER SENDELEISTUNG DES FERN SEHTRANSPONDERS 565 7.11.4 LEISTUNGSBILANZ FUER DIE SATELLITEN-ABWAERTSSTRECKE 566 7.11.5 ERFORDERLICHE LEISTUNG BEI GROSSEN AUSLEUCHTUNGSZONEN 567 7.11.6 SCHLUSSFOLGERUNG 568 O D O O O 0 O D O CO CO CO CO OO OO CO OOPOPO P O P O P O P O P O O O P O P O P O P O P O P O P O P O P O CD CO 00 00 00 -^J OE OE W M 4 W RO KO KO K O ^ - K O ^ - O O K O ^ K O - ^ 8 KLAERRARMER VERSTAERKER 593 EINLEITUNG 593 NICHTLINEARE SYSTEME 594 NICHTLINEARE SYSTEME OHNE SPEICHER 595 NICHTLINEARE SYSTEME MIT SPEICHER 595 N-DIMENSIONALE LAPLACETRANSFORMATION 597 TRANSFORMATION UND FALTUNGSSATZ 597 UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN 603 SYMMETRIEN 605 NICHTLINEARE VERZERRUNGEN 607 KLIRREN UND INTERMODULATION 607 KLIRRFAKTOR UND KLIRRGUETEMASS 608 KOMBINATION VON NICHTLINEAREN SYSTEMEN 609 KETTENSCHALTUNG 609 INVERSE SYSTEME 611 ANALYSE EINES NICHTLINEAREN NETZWERKS AM BEISPIEL EINES TRANSISTORVERSTAERKERS MIT NICHTLINEAREM ANSCHLUSSWIDERSTAND 613 ERSATZSCHALTBILD 613 KNOTENPOTENTIALANALYSE 617 GUETEFAKTOREN DER NICHTLINEAREN VERZERRUNG 2. UND 3. ORDNUNG BEI GEGENGEKOPPELTEN VERSTAERKERN 629 ZUSAMMENFASSUNG 631 BEISPIELE ZUR KLIRRANALYSE 638 BEISPIEL 1: KLIRRANALYSE EINES EINSTUFIGEN BIPOLAREN VERSTAERKERS BEI TIEFEN FREQUENZEN 638 BEISPIEL 2: KLIRRANALYSE EINES EINSTUFIGEN VERSTAERKERS MIT MOS-FET BEI TIEFEN FREQUENZEN 643 BEISPIEL 2: ANALYSE EINES NICHTLINEAREN NETZWERKS AM BEISPIEL EINES TRANSISTORVERSTAERKERS MIT LINEAREM ABSCHLUSSWIDERSTAND BEI HOHEN FREQUENZEN 647 URSACHEN DER NICHTLINEARITAET 652 SIMULATIONSBEISPIELE VON HALBLEITERSCHALTUNGEN MIT SPICE 658 SIMULATION EINER MONOFLOP-SCHALTUNG MIT DEM NETZWERKANALYSEPROGRAMM 658 EINLEITUNG 658 PRINZIPIELLE FUNKTIONSWEISE 658 VERKUERZUNG DER ERHOLUNGSZEIT 661 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN 662 ASTABILER MULTIVIBRATOR 666 EINLEITUNG 666 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 666 SIMULATION 667 YY - MCO T - CO T - CM CO C M CO YY -; CM CM CO V-CMCMCMCO COCOCO I CM CO T - -R^ CM CM C\I CM R-C M C O C O C OE C OE M - ' T ' TM C O 6 CD CD I^ R~ B ' I O CM CM CM CO COCOE C6 T F I T ' T ' T ' T ' T '^ I O I D I R I I O I D I R I I N ' E ' T ' R ID IQ CD IN IN IN IN IN IN IN IN IN C Q AI AI OI AI AI AI A I AI A IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA IA I O OI OI A A O A A O O A BESTIMMUNG DER GATTERLAUFZEIT 667 ASTABILER MULTIVIBRATOR 669 ASTABILER MULTIVIBRATOR MIT ASYMMETRISCHEM TASTVERHAELTNIS 673 FUNKTIONSWEISE EINES DREIECKSPANNUNGSGENERATORS UND DESSEN SIMULATION MIT SPICE 677 DER DREIECKSPANNUNGSGENERATOR 677 DER DREIECKSPANNUNGSGENERATOR MIT UNTERSCHIEDLICHEN RAMPENZEITEN 678 DIE SIMULATION DES DREIECKSPANNUNGSGENERATORS MIT SPICE 679 ANALYSE UND SIMULATION EINES RECHTECKGENERATORS UND EINES SPANNUNGSGESTEUERTEN OSZILLATORS (VCO) 686 RECHTECKGENERATOR 686 THEORETISCHE ARBEITSWEISE UND BERECHNUNG 686 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 689 SPANNUNGSGESTEUERTER OSZILLATOR (VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR) 693 THEORETISCHE ARBEITSWEISE UND BERECHNUNG 693 SIMULATION MIT PSPICE 694 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 695 ENTWURF & SIMULATION EINER PLL-SCHALTUNG 698 EINLEITUNG 698 DIE ALLGEMEINE PLL-SCHALTUNG 698 ANWENDUNGEN VON PLL-SCHALTUNGEN 699 PLL-SCHALTUNG ALS FREQUENZDEMODULATOR 699 PLL-SCHALTUNG ALS SCHMALBANDIGES FILTER 700 PLL-SCHALTUNG ALS FREQUENZVERVIELFACHER 700 FANGBEREICH, SYNCHRONISATIONSBEREICH 700 DER FANGBEREICH 700 DER SYNCHRONISATIONSBEREICH 701 DAS PLL-MODELL 702 SIMULATION UND GRAPHISCHE DARSTELLUNG DER AUSREGELUNG VON STOERUNGEN 702 SIGNALE AN DER MONOSTABILEN KIPPSTUFE 702 STOERUNG DES EINGANGSIGNALES DURCH VERSCHIEBUNG IN FORTLAUFENDER ZEIT-ACHSE UND DIE SIGNALANTWORT DES MODELLS. 704 STOERUNG DES EINGANGSIGNALES DURCH VERSCHIEBUNG ZUM NULL PUNKT DER ZEIT-ACHSE UND DIE SIGNALANTWORT DES MODELLS. 710 VORSTELLUNG DER EINZELNEN BAUGRUPPEN IN IHRER REALEN BAUART 714 DER VCO (VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR) 714 DER PHASENDETEKTOR 717 .1 DIE FLANKENGETRIGGERTE MONOSTABILE KIPPSTUFE 720 .2 SIGNALE AN DER MONOSTABILEN KIPPSTUFE 720 DER I-REGLER (INTEGRIERER) 724 WEITERE MOEGLICHKEITEN PHASENKOMPARATOREN ZU REALISIEREN 726 AUFBAU UND SPICE-SIMULATION VON NICHTLINEAREN CHAOTISCHEN SCHALTUNGEN AM BEISPIEL VON CHUA'S CIRCUIT 727 C O D C 0 (D C 0 C O C 0 D C 0 C D C 0 C O C O C D C 0 C 0 C O O C 0 C D 0 O (0 C 0 (0 O D C 0 C D O C D C O C D C D C 0 C D C D D C D (0 C D 0 C D C D 0CD DO 0C0(DCDC0CDCD(0CD(0(0 DC0CDCO CO CO C O C O OE O B O B O OE O OE O B O C O B O B O B O B O OE O B O D O ^ A JB JD ^ O D ^ B ) GO RO BO RO RO BO N RO NJ BO RO ' -YY ' -YY ' -YY ' -YY '-YY ' -YY -YY '-YY W GO W W W HO HO BO HO HO ' -YY B CN ' CO HO ' -YY G O C O C O H O H O RO H O H O ^ GOGOGOGOHSHOHOHO^ W HO HO W M R O ^ A G O H O ^ GO HO GO HO HO EINFUEHRUNG CHAOS 727 NICHTLINEARITAETEN 727 CHUA'S CIRCUIT 733 ZUSAMMENFASSUNG 738 REALISIERUNG DER SCHALTUNG 738 SIMULATION VON CHUA'S CIRCUIT 742 RAUSCHANALYSE EINES RAUSCHARMEN VERSTAERKERS MIT SPICE 743 KLIRRANALYSE DER BASISSCHALTUNG DURCH FOURIERANALYSE IM PSPICE 748 ARBEITSPUNKT UND SIGNALANKOPPUNG 748 WAHL DES ARBEITSPUNKTES 748 KAPAZITIVE SIGNALANKOPPLUNG 749 BERECHNUNG DER VERSTAERKUNG UND DES GEGENKOPPLUNGSFAKTORS 751 URSACHE DES KLIRRENS 753 KLIRRURSACHE AUFGRUND DES THEORETISCHES TRANSISTORMODELLS 753 EINFUEHRUNG DES BEKANNTEN TRANSISTORMODELLS 753 HERLEITUNG DER ERSTEN KLIRRFAKTORWERTE DURCH NAEHERUNG 753 EINFLUSS DER GEGENKOPPLUNG AUF DEN KLIRRFAKTOR 755 NUMERISCHE SIMULATION DURCH PSPICE 756 VORGEHENSWEISE 756 AUSFUEHRLICHES BEISPIEL 756 ENDERGEBNIS 757 SCHLUSSFOLGERUNGEN 759 KLIRRENS EINER EMITTERSTUFE IN ABHAENGIGKEIT DER GEGENKOPPLUNG MIT FOURIERANALYSE IM PSPICE 760 GRUNDLAGEN 760 EMITTERSCHALTUNG 760 DER GEGENKOPPLUNGSFAKTOR F 761 LEITWERTMATRIX DES TRANSISTORS 761 UMWANDLUNG DER LEITWERTMATRIX IN DIE H-MATRIX 761 HERLEITUNG DER GEGENKOPPLUNG MIT DER SIGNALFLUSSMETHODE 762 KLIRREN 763 DER GESAMTKLIRRFAKTOR 763 DER N-TE KLIRRFAKTOR 763 DIE KLIRRGUETE 2. ORDNUNG 764 SIMULATION MIT PSPICE 764 WAHL DES ARBEITSPUNKTES 764 AUFBAU DER SIMULATIONSSCHALTUNG 765 SIMULATIONSSCHALTUNG 765 DIMENSIONIERUNG DER BAUTEILE 765 EINGABE DER SCHALTUNG IN PSPICE 766 BERECHNUNG VON RE UND UH 767 DURCHFUEHRUNG DER SIMULATION 767 WERTETAFEL DER SIMULATIONSERGEBNISSE (TABELLE 9.1) 767 GRAPHISCHE DARSTELLUNG DER SIMULATIONSERGEBNISSE 767 AUSWERTUNG DER SIMULATION 770 9.9.3.1 KLIRREN EINER EMITTERSTUFE OHNE GEGENKOPPLUNG 770 9.9.3.2 KLIRREN EINER EMITTERSTUFE MIT GEGENKOPPLUNG 770 9.9.3.3 ZUSAMMENFASSUNG 771 9.10 ENTWURF UND SIMULATION EINES OPTISCHEN EMPFAENGERS FUER 9.8 GBIT/S MIT CHERRY-HOOPER-PRINZIP 773 LITERATURVERZEICHNIS 776 SACHREGISTER 787
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