Einführung in die Halbleiter-Schaltungstechnik: [mit CD-ROM ; mit dem interaktiven Lehr- und Lernprogramm S.m.i.L.E.]
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Kit Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2008
|
| Edition: | 3., bearb. und erw. Aufl. |
| Series: | Springer-Lehrbuch
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Auch als Internetausgabe |
| Physical Description: | XV, 395 S. Ill., graph. Darst. 1 CD-ROM (12 cm) |
| ISBN: | 9783540692881 3540692886 9783540692898 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Liste der verwendeten Symbole................................ 1
1 Grundlagen der Halbleiterphysik.......................... 7
1 • 1 Grundlegende Begriffe.................................... 7
1.1.1 Das Bändermodell................................. 7
1.1.2 Silizium als Halbleiter.............................. 9
1.1.3 Das thermodynamische Gleichgewicht................ 11
1.1.4 Dotierte Halbleiter................................ 13
1.2 Grundgleichungen der Halbleiterphysik..................... 18
1.2.1 Berechnung der Ladungsträgerdichten................ 18
1.2.2 Bestimmung der Lage des Ferminiveaus.............. 25
1.3 Ladungsträgertransport, Strom............................ 28
1.3.1 Elektronen- und Löcherstrom....................... 28
1.3.2 Driftstrom........................................ 28
1.3.3 Diffusionsstrom................................... 30
1.3.4 Bänderdiagramm bei Stromfluss..................... 31
1-4 Ausgleichsvorgänge im Halbleiter.......................... 33
1.4.1 Starke und schwache Injektion...................... 33
1.4.2 Die Kontinuitätsgleichung.......................... 35
1.4.3 Temporäre Störung des Gleichgewichts............... 36
1.4.4 Lokale Störung des Gleichgewichts................... 39
2 Diode...................................................... 45
2.1 Aufbau und Wirkungsweise der Diode...................... 45
2.1.1 Diode im thermodynamischen Gleichgewicht.......... 45
2.1.2 Diode bei Anlegen einer äußeren Spannung........... 49
2.2 Ableitung der Diodengleichung ........................... 50
2.2.1 Diode mit langen Abmessungen..................... 50
2.2.2 Diode mit kurzen Abmessungen..................... 55
2.2.3 Abweichung von der idealen Diodenkennlinie.......... 55
2.2.4 Kapazitätsverhalten des pn-Übergangs............... 56
2.3 Modellierung der Diode.................................. 63
2.3.1 Großsignalersatzschaltung der Diode................. 63
2.3.2 Schaltverhalten der Diode.......................... 63
2.3.3 Kleinsignalersatzschaltung der Diode................. 66
2.3.4 Durchbruchverhalten der Diode..................... 68
2.4 Bänderdiagrammdarstellung der Diode..................... 69
2.4.1 Regeln zur Konstruktion von Bänderdiagrammen...... 69
2.4.2 Bänderdiagramm der Diode......................... 70
2.5 Metall-Halbleiter-Übergänge.............................. 71
2.5.1 Elektronenaffinität und Austrittsarbeit............... 72
2.5.2 Metall-Halbleiter-Übergang mit n-Halbleiter.......... 73
2.5.3 Metall-Halbleiter-Übergang mit p-Halbleiter.......... 78
3 Bipolartransistor.......................................... 81
3.1 Aufbau und Wirkungsweise des Bipolartransistors........... 81
3.1.1 npn- und pnp-Transistor ........................... 81
3.1.2 Funktion des Bipolartransistors..................... 82
3.2 Ableitung der Transistorgleichungen....................... 85
3.2.1 Transistor im normalen Verstärkerbetrieb ............ 85
3.2.2 Transistor im inversen Verstärkerbetrieb.............. 90
3.2.3 Transistor im Sättigungsbetrieb..................... 91
3.2.4 Ausgangskennlinienfeld des Transistors............... 92
3.2.5 Basisweitenmodulation (Early-Effekt)................ 93
3.3 Modellierung des Bipolartransistors........................ 95
3.3.1 Großsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors...... 95
3.3.2 Schaltverhalten des Bipolartransistors................ 99
3.3.3 Kleinsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors......101
3.3.4 Frequenzverhalten des Transistors...................105
3.3.5 Durchbruchverhalten des Bipolartransistors...........107
3.4 Bänderdiagrammdarstellung des Bipolartransistors ..........108
4 Feldeffekttransistor........................................111
4.1 Aufbau und Wirkungsweise des Feldeffekttransistors.........111
4.1.1 n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor...................111
4.1.2 p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor...................113
4.1.3 Transistortypen und Schaltsymbole..................113
4.2 Ableitung der Transistorgleichungen.......................115
4.2.1 Stromgleichung ...................................115
4.2.2 Ausgangskennlinienfeld.............................118
4.2.3 Übertragungskennlinie.............................121
4.2.4 Kanallängenmodulation............................121
4.3 Modellierung des MOSFET...............................123
4.3.1 Großsignalersatzschaltbild des MOSFET.............123
4.3.2 Schaltverhalten des MOSFET.......................125
4.3.3 Kleinsignalersatzschaltbild des MOSFET.............129
4.3.4 Durchbruchverhalten...............................131
4.4 Bänderdiagrammdarstellung des MOSFET .................132
4.4.1 Bänderdiagramm der MOS-Struktur.................132
4.4.2 Bänderdiagramm des MOSFET.....................135
4.4.3 Wirkungsweise des Transistors im Bänderdiagramm. . . . 136
4.4.4 Substratsteuereffekt ...............................137
4.4.5 Kurzkanaleffekt...................................137
5 Der Transistor als Verstärker..............................139
5.1 Grundlegende Begriffe und Konzepte.......................139
5.1.1 Übertragungskennlinie und Verstärkung..............139
5.1.2 Arbeitspunkt und Betriebsarten.....................141
5.1.3 Gleichstromersatzschaltung.........................143
5.2 Arbeitspunkteinstellung mit 4-Widerstandsnetzwerk.........144
5.2.1 Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor .......144
5.2.2 Arbeitspunkteinstellung beim MOSFET..............147
5.3 Arbeitspunkteinstellung mit Stromspiegeln .................150
5.3.1 Stromspiegel......................................150
5.3.2 Dimensionierung des Stromspiegels..................154
5.4 Wechselstromanalyse von Verstärkern......................155
5.4.1 Kleinsignalersatzschaltung..........................155
5.4.2 Verstärkerschaltungen mit Bipolartransistor ..........157
5.4.3 Verstärkerschaltungen mit MOSFET.................162
5.4.4 Verstärkerschaltungen mit Stromspiegel..............166
5.4.5 Mehrstufige Verstärker.............................168
6 Transistorgrundschaltungen................................173
6.1 Emitterschaltung, Sourceschaltung.........................173
6.1.1 Wechselstromersatzschaltbild der Emitterschaltung .... 173
6.1.2 Spannungsverstärkung der Emitterschaltung..........175
6.1.3 Eingangswiderstand der Emitterschaltung............177
6.1.4 Ausgangswiderstand der Emitterschaltung............178
6.2 Kollektorschaltung, Drainschaltung........................181
6.2.1 Wechselstromersatzschaltbild der Kollektorschaltung ... 181
6.2.2 Spannungsverstärkung der Kollektorschaltung.........182
6.2.3 Eingangswiderstand der Kollektorschaltung...........183
6.2.4 Ausgangswiderstand der Kollektorschaltung...........184
6.3 Basisschaltung, Gateschaltung ............................185
6.3.1 SpannungsVerstärkung der Basisschaltung............187
6.3.2 Eingangswiderstand der Basisschaltung ..............189
6.3.3 Ausgangswiderstand der Basisschaltung..............189
6.4 Push-Pull Ausgangsstufe.................................191
7 Operationsverstärker......................................195
7.1 Der einstufige Differenzverstärker..........................195
7.1.1 Funktion des Differenzverstärkers....................195
7.1.2 Gleichstromanalyse des Differenzverstärkers...........196
7.1.3 Kleinsignalanalyse des Differenzverstärkers...........196
7.2 Mehrstufige Differenzverstärker............................202
7.2.1 CMOS Differenzeingangsstufe.......................202
7.2.2 Verbesserte Differenzeingangsstufe...................206
7.2.3 Mehrstufiger Differenzverstärker.....................208
7.2.4 Vom Differenzverstärker zum Operationsverstärker .... 210
7.3 Schaltungen mit idealen Operationsverstärkern..............213
7.3.1 Invertierender Verstärker...........................213
7.3.2 Nichtinvertierender Verstärker ......................215
7.3.3 Addierer.........................................216
7.3.4 Subtrahierer......................................217
7.3.5 Filterschaltungen..................................218
8 Frequenzverhalten analoger Schaltungen...................221
8.1 Grundlegende Begriffe....................................221
8.1.1 Amplituden- und Phasengang.......................221
8.1.2 Die komplexe Übertragungsfunktion.................226
8.1.3 Verhalten im Zeitbereich...........................230
8.2 Übertragungsfunktionen von Verstärkerschaltungen..........233
8.2.1 Komplexe Übertragungsfunktion und Grenzfrequenz .. . 233
8.2.2 Berechnung der Grenzfrequenzen....................235
8.3 Grenzfrequenz von Verstärkergrundschaltungen..............240
8.3.1 Emitterschaltung..................................241
8.3.2 Miller-Effekt......................................243
8.3.3 Emitterschaltung mit Gegenkopplungswiderstand......244
8.3.4 Kollektorschaltung ................................246
8.3.5 Basisschaltung....................................249
8.4 Methoden zur Abschätzung der Grenzfrequenzen............251
8.4.1 Kurzschluss-Zeitkonstanten-Methode.................251
8.4.2 Leerlauf-Zeitkonstanten-Methode....................253
9 Rückkopplung in Verstärkern..............................257
9.1 Grundlegende Begriffe....................................257
9.1.1 Prinzip der Gegenkopplung.........................257
9.1.2 Rückkopplung und Verzerrungen....................258
9.1.3 Rückkopplung und Frequenzgang....................259
9.1.4 Rückkopplungsarten...............................261
9.2 Serien-Parallel-Rückkopplung (Spannungsverstärker).........262
9.2.1 Spannungsverstärker mit idealer Rückkopplung........262
9.2.2 Spannungsverstärker mit realer Rückkopplung........265
9.3 Parallel-Parallel-Rückkopplung (Iransimpedanzverstärker)___271
9.3.1 Transimpedanzverstärker mit idealer Rückkopplung. . . . 271
9.3.2 Transimpedanzverstärker mit realer Rückkopplung .... 273
9.4 Parallel-Serien-Rückkopplung (Stromverstärker).............278
9.4.1 Stromverstärker mit idealer Rückkopplung............278
9.4.2 Stromverstärker mit realer Rückkopplung.............279
9.5 Serien-Serien-Rückkopplung (Transadmittanzverstärker)......281
9.5.1 Transadmittanzverstärker mit idealer Rückkopplung . . . 281
9.5.2 Transadmittanzverstärker mit realer Rückkopplung .... 282
9.6 Rückkopplung und Oszillatoren ...........................284
9.6.1 Übertragungsfunktion der rückgekoppelten Anordnung . 284
9.6.2 Schwingbedingung.................................288
9.6.3 Schleifenverstärkung der rückgekoppelten Anordnung . . 289
9.7 Stabilität und Kompensation von Verstärkerschaltungen......291
9.7.1 Bode-Diagramm des Operationsverstärkers ...........292
9.7.2 Stabilitätskriterium................................294
9.7.3 Kompensation durch Polverschiebung................296
9.7.4 Kompensation durch Polaufsplittung.................299
10 Logikschaltungen..........................................303
10.1 Grundlegende Begriffe....................................303
10.1.1 Dioden-Transistor-Logik (DTL) .....................305
10.1.2 Transistor-Transistor-Logik (TTL)...................306
10.2 MOS-Logikschaltungen...................................307
10.2.1 n-MOS-Inverterschaltungen.........................308
10.2.2 CMOS-Komplementärinverter.......................308
10.2.3 Entwurf von CMOS-Gattern........................315
10.2.4 Dimensionierung von CMOS-Gattern................316
10.2.5 C2MOS Logik.....................................319
10.2.6 Domino-Logik.....................................322
10.2.7 NORA-Logik .....................................323
11 Herstellung integrierter Schaltungen in CMOS-Technik .... 325
11.1 Einführung.............................................325
11.1.1 Die CMOS-Technologie ............................326
11.1.2 Grundsätzlicher Prozessablauf......................327
11.2 Schichttechnik ..........................................328
11.2.1 Gasphasenabscheidung.............................329
11.2.2 Epitaxie..........................................329
11.2.3 Thermische Oxidation .............................330
11.2.4 Kathodenzerstäubung..............................331
11.2.5 Ionenimplantation.................................331
11.2.6 Schleuderbeschichtung.............................332
11.3 Ätztechnik..............................................332
11.3.1 Nassätzen........................................333
11.3.2 Physikalisches Trockenätzen ........................333
11.3.3 Chemisches Trockenätzen...........................334
11.3.4 Chemisch physikalisches Trockenätzen................334
11.3.5 Chemisch mechanisches Polieren.....................334
11.4 Lithografie..............................................335
11.4.1 Prinzip der Fotolithografie..........................335
11.4.2 Kenngrößen der Fotolithografie......................335
11.5 Der CMOS-Prozess......................................335
11.5.1 Prozessablauf.....................................335
11.6 Layout von CMOS-Schaltungen...........................343
11.6.1 Herstellungsebenen und Masken.....................343
11.6.2 CMOS-Inverter ...................................344
11.6.3 2-fach NOR-Gatter................................345
11.7 Elektrische Eigenschaften der Entwurfsebenen...............346
11.7.1 Metallebene......................................346
11.7.2 Kontakte und Vias ................................350
11.7.3 Polysiliziumebene.................................351
11.7.4 Implantationsebene................................352
11.7.5 Wannen..........................................352
11.8 Parasitäre Bauelemente..................................354
11.8.1 Dickoxidtransistor.................................354
11.8.2 Parasitärer Bipolartransistor........................354
11.8.3 Parasitärer Thyristor..............................355
11.9 ASIC..................................................358
11.9.1 Gate Arrays......................................358
11.9.2 Standardzellen....................................358
11.9.3 PLD.............................................359
12 Rechnergestützter Schaltungsentwurf......................361
12.1 Einführung.............................................361
12.1.1 Entwurfsablauf....................................361
12.1.2 Simulationswerkzeuge für den Schaltungsentwurf......363
12.1.3 Simulationsarten..................................363
12.2 Aufbau eines Schaltungssimulators.........................366
12.2.1 Schaltungseingabe und Netzliste.....................366
12.2.2 Modellgleichungen und Parameterübergabe...........367
12.3 Aufstellen der Netzwerkgleichungen bei der
Schaltungssimulation.....................................369
12.3.1 Netzwerk mit Stromquellen.........................369
12.3.2 Netzwerk mit Spannungsquellen.....................373
12.3.3 Berücksichtigung gesteuerter Quellen ................375
12.3.4 Berücksichtigung nichtlinearer Bauelemente...........377
12.3.5 Berücksichtigung von Induktivitäten und Kapazitäten . . 380
mnaitsverzeicnms a v
A Anhang....................................................385
A.l Äquivalente Zweipole ....................................385
A.l.l Bestimmung von Ersatzspannungsquellen.............385
A.l.2 Bestimmung von Ersatzsstromquellen................386
A.2 Ein- und Ausgangswiderstand von Verstärkern..............387
A.2.1 Bestimmung des Eingangswiderstandes...............387
A.2.2 Bestimmung des Ausgangswiderstandes..............387
A.3 Vierpolparameter........................................388
A.3.1 Darstellung von Vierpolen mit g-Parametern..........388
A.3.2 Darstellung von Vierpolen mit h-Parametern..........389
A.3.3 Darstellung von Vierpolen mit j/-Parametern..........389
A.3.4 Darstellung von Vierpolen mit z-Parametern..........390
Literatur ......................................................391
Sachverzeichnis................................................393
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Liste der verwendeten Symbole. 1
1 Grundlagen der Halbleiterphysik. 7
1 • 1 Grundlegende Begriffe. 7
1.1.1 Das Bändermodell. 7
1.1.2 Silizium als Halbleiter. 9
1.1.3 Das thermodynamische Gleichgewicht. 11
1.1.4 Dotierte Halbleiter. 13
1.2 Grundgleichungen der Halbleiterphysik. 18
1.2.1 Berechnung der Ladungsträgerdichten. 18
1.2.2 Bestimmung der Lage des Ferminiveaus. 25
1.3 Ladungsträgertransport, Strom. 28
1.3.1 Elektronen- und Löcherstrom. 28
1.3.2 Driftstrom. 28
1.3.3 Diffusionsstrom. 30
1.3.4 Bänderdiagramm bei Stromfluss. 31
1-4 Ausgleichsvorgänge im Halbleiter. 33
1.4.1 Starke und schwache Injektion. 33
1.4.2 Die Kontinuitätsgleichung. 35
1.4.3 Temporäre Störung des Gleichgewichts. 36
1.4.4 Lokale Störung des Gleichgewichts. 39
2 Diode. 45
2.1 Aufbau und Wirkungsweise der Diode. 45
2.1.1 Diode im thermodynamischen Gleichgewicht. 45
2.1.2 Diode bei Anlegen einer äußeren Spannung. 49
2.2 Ableitung der Diodengleichung . 50
2.2.1 Diode mit langen Abmessungen. 50
2.2.2 Diode mit kurzen Abmessungen. 55
2.2.3 Abweichung von der idealen Diodenkennlinie. 55
2.2.4 Kapazitätsverhalten des pn-Übergangs. 56
2.3 Modellierung der Diode. 63
2.3.1 Großsignalersatzschaltung der Diode. 63
2.3.2 Schaltverhalten der Diode. 63
2.3.3 Kleinsignalersatzschaltung der Diode. 66
2.3.4 Durchbruchverhalten der Diode. 68
2.4 Bänderdiagrammdarstellung der Diode. 69
2.4.1 Regeln zur Konstruktion von Bänderdiagrammen. 69
2.4.2 Bänderdiagramm der Diode. 70
2.5 Metall-Halbleiter-Übergänge. 71
2.5.1 Elektronenaffinität und Austrittsarbeit. 72
2.5.2 Metall-Halbleiter-Übergang mit n-Halbleiter. 73
2.5.3 Metall-Halbleiter-Übergang mit p-Halbleiter. 78
3 Bipolartransistor. 81
3.1 Aufbau und Wirkungsweise des Bipolartransistors. 81
3.1.1 npn- und pnp-Transistor . 81
3.1.2 Funktion des Bipolartransistors. 82
3.2 Ableitung der Transistorgleichungen. 85
3.2.1 Transistor im normalen Verstärkerbetrieb . 85
3.2.2 Transistor im inversen Verstärkerbetrieb. 90
3.2.3 Transistor im Sättigungsbetrieb. 91
3.2.4 Ausgangskennlinienfeld des Transistors. 92
3.2.5 Basisweitenmodulation (Early-Effekt). 93
3.3 Modellierung des Bipolartransistors. 95
3.3.1 Großsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors. 95
3.3.2 Schaltverhalten des Bipolartransistors. 99
3.3.3 Kleinsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors.101
3.3.4 Frequenzverhalten des Transistors.105
3.3.5 Durchbruchverhalten des Bipolartransistors.107
3.4 Bänderdiagrammdarstellung des Bipolartransistors .108
4 Feldeffekttransistor.111
4.1 Aufbau und Wirkungsweise des Feldeffekttransistors.111
4.1.1 n-Kanal MOS-Feldeffekttransistor.111
4.1.2 p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor.113
4.1.3 Transistortypen und Schaltsymbole.113
4.2 Ableitung der Transistorgleichungen.115
4.2.1 Stromgleichung .115
4.2.2 Ausgangskennlinienfeld.118
4.2.3 Übertragungskennlinie.121
4.2.4 Kanallängenmodulation.121
4.3 Modellierung des MOSFET.123
4.3.1 Großsignalersatzschaltbild des MOSFET.123
4.3.2 Schaltverhalten des MOSFET.125
4.3.3 Kleinsignalersatzschaltbild des MOSFET.129
4.3.4 Durchbruchverhalten.131
4.4 Bänderdiagrammdarstellung des MOSFET .132
4.4.1 Bänderdiagramm der MOS-Struktur.132
4.4.2 Bänderdiagramm des MOSFET.135
4.4.3 Wirkungsweise des Transistors im Bänderdiagramm. . . . 136
4.4.4 Substratsteuereffekt .137
4.4.5 Kurzkanaleffekt.137
5 Der Transistor als Verstärker.139
5.1 Grundlegende Begriffe und Konzepte.139
5.1.1 Übertragungskennlinie und Verstärkung.139
5.1.2 Arbeitspunkt und Betriebsarten.141
5.1.3 Gleichstromersatzschaltung.143
5.2 Arbeitspunkteinstellung mit 4-Widerstandsnetzwerk.144
5.2.1 Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor .144
5.2.2 Arbeitspunkteinstellung beim MOSFET.147
5.3 Arbeitspunkteinstellung mit Stromspiegeln .150
5.3.1 Stromspiegel.150
5.3.2 Dimensionierung des Stromspiegels.154
5.4 Wechselstromanalyse von Verstärkern.155
5.4.1 Kleinsignalersatzschaltung.155
5.4.2 Verstärkerschaltungen mit Bipolartransistor .157
5.4.3 Verstärkerschaltungen mit MOSFET.162
5.4.4 Verstärkerschaltungen mit Stromspiegel.166
5.4.5 Mehrstufige Verstärker.168
6 Transistorgrundschaltungen.173
6.1 Emitterschaltung, Sourceschaltung.173
6.1.1 Wechselstromersatzschaltbild der Emitterschaltung . 173
6.1.2 Spannungsverstärkung der Emitterschaltung.175
6.1.3 Eingangswiderstand der Emitterschaltung.177
6.1.4 Ausgangswiderstand der Emitterschaltung.178
6.2 Kollektorschaltung, Drainschaltung.181
6.2.1 Wechselstromersatzschaltbild der Kollektorschaltung . 181
6.2.2 Spannungsverstärkung der Kollektorschaltung.182
6.2.3 Eingangswiderstand der Kollektorschaltung.183
6.2.4 Ausgangswiderstand der Kollektorschaltung.184
6.3 Basisschaltung, Gateschaltung .185
6.3.1 SpannungsVerstärkung der Basisschaltung.187
6.3.2 Eingangswiderstand der Basisschaltung .189
6.3.3 Ausgangswiderstand der Basisschaltung.189
6.4 Push-Pull Ausgangsstufe.191
7 Operationsverstärker.195
7.1 Der einstufige Differenzverstärker.195
7.1.1 Funktion des Differenzverstärkers.195
7.1.2 Gleichstromanalyse des Differenzverstärkers.196
7.1.3 Kleinsignalanalyse des Differenzverstärkers.196
7.2 Mehrstufige Differenzverstärker.202
7.2.1 CMOS Differenzeingangsstufe.202
7.2.2 Verbesserte Differenzeingangsstufe.206
7.2.3 Mehrstufiger Differenzverstärker.208
7.2.4 Vom Differenzverstärker zum Operationsverstärker . 210
7.3 Schaltungen mit idealen Operationsverstärkern.213
7.3.1 Invertierender Verstärker.213
7.3.2 Nichtinvertierender Verstärker .215
7.3.3 Addierer.216
7.3.4 Subtrahierer.217
7.3.5 Filterschaltungen.218
8 Frequenzverhalten analoger Schaltungen.221
8.1 Grundlegende Begriffe.221
8.1.1 Amplituden- und Phasengang.221
8.1.2 Die komplexe Übertragungsfunktion.226
8.1.3 Verhalten im Zeitbereich.230
8.2 Übertragungsfunktionen von Verstärkerschaltungen.233
8.2.1 Komplexe Übertragungsfunktion und Grenzfrequenz . . 233
8.2.2 Berechnung der Grenzfrequenzen.235
8.3 Grenzfrequenz von Verstärkergrundschaltungen.240
8.3.1 Emitterschaltung.241
8.3.2 Miller-Effekt.243
8.3.3 Emitterschaltung mit Gegenkopplungswiderstand.244
8.3.4 Kollektorschaltung .246
8.3.5 Basisschaltung.249
8.4 Methoden zur Abschätzung der Grenzfrequenzen.251
8.4.1 Kurzschluss-Zeitkonstanten-Methode.251
8.4.2 Leerlauf-Zeitkonstanten-Methode.253
9 Rückkopplung in Verstärkern.257
9.1 Grundlegende Begriffe.257
9.1.1 Prinzip der Gegenkopplung.257
9.1.2 Rückkopplung und Verzerrungen.258
9.1.3 Rückkopplung und Frequenzgang.259
9.1.4 Rückkopplungsarten.261
9.2 Serien-Parallel-Rückkopplung (Spannungsverstärker).262
9.2.1 Spannungsverstärker mit idealer Rückkopplung.262
9.2.2 Spannungsverstärker mit realer Rückkopplung.265
9.3 Parallel-Parallel-Rückkopplung (Iransimpedanzverstärker)_271
9.3.1 Transimpedanzverstärker mit idealer Rückkopplung. . . . 271
9.3.2 Transimpedanzverstärker mit realer Rückkopplung . 273
9.4 Parallel-Serien-Rückkopplung (Stromverstärker).278
9.4.1 Stromverstärker mit idealer Rückkopplung.278
9.4.2 Stromverstärker mit realer Rückkopplung.279
9.5 Serien-Serien-Rückkopplung (Transadmittanzverstärker).281
9.5.1 Transadmittanzverstärker mit idealer Rückkopplung . . . 281
9.5.2 Transadmittanzverstärker mit realer Rückkopplung . 282
9.6 Rückkopplung und Oszillatoren .284
9.6.1 Übertragungsfunktion der rückgekoppelten Anordnung . 284
9.6.2 Schwingbedingung.288
9.6.3 Schleifenverstärkung der rückgekoppelten Anordnung . . 289
9.7 Stabilität und Kompensation von Verstärkerschaltungen.291
9.7.1 Bode-Diagramm des Operationsverstärkers .292
9.7.2 Stabilitätskriterium.294
9.7.3 Kompensation durch Polverschiebung.296
9.7.4 Kompensation durch Polaufsplittung.299
10 Logikschaltungen.303
10.1 Grundlegende Begriffe.303
10.1.1 Dioden-Transistor-Logik (DTL) .305
10.1.2 Transistor-Transistor-Logik (TTL).306
10.2 MOS-Logikschaltungen.307
10.2.1 n-MOS-Inverterschaltungen.308
10.2.2 CMOS-Komplementärinverter.308
10.2.3 Entwurf von CMOS-Gattern.315
10.2.4 Dimensionierung von CMOS-Gattern.316
10.2.5 C2MOS Logik.319
10.2.6 Domino-Logik.322
10.2.7 NORA-Logik .323
11 Herstellung integrierter Schaltungen in CMOS-Technik . 325
11.1 Einführung.325
11.1.1 Die CMOS-Technologie .326
11.1.2 Grundsätzlicher Prozessablauf.327
11.2 Schichttechnik .328
11.2.1 Gasphasenabscheidung.329
11.2.2 Epitaxie.329
11.2.3 Thermische Oxidation .330
11.2.4 Kathodenzerstäubung.331
11.2.5 Ionenimplantation.331
11.2.6 Schleuderbeschichtung.332
11.3 Ätztechnik.332
11.3.1 Nassätzen.333
11.3.2 Physikalisches Trockenätzen .333
11.3.3 Chemisches Trockenätzen.334
11.3.4 Chemisch physikalisches Trockenätzen.334
11.3.5 Chemisch mechanisches Polieren.334
11.4 Lithografie.335
11.4.1 Prinzip der Fotolithografie.335
11.4.2 Kenngrößen der Fotolithografie.335
11.5 Der CMOS-Prozess.335
11.5.1 Prozessablauf.335
11.6 Layout von CMOS-Schaltungen.343
11.6.1 Herstellungsebenen und Masken.343
11.6.2 CMOS-Inverter .344
11.6.3 2-fach NOR-Gatter.345
11.7 Elektrische Eigenschaften der Entwurfsebenen.346
11.7.1 Metallebene.346
11.7.2 Kontakte und Vias .350
11.7.3 Polysiliziumebene.351
11.7.4 Implantationsebene.352
11.7.5 Wannen.352
11.8 Parasitäre Bauelemente.354
11.8.1 Dickoxidtransistor.354
11.8.2 Parasitärer Bipolartransistor.354
11.8.3 Parasitärer Thyristor.355
11.9 ASIC.358
11.9.1 Gate Arrays.358
11.9.2 Standardzellen.358
11.9.3 PLD.359
12 Rechnergestützter Schaltungsentwurf.361
12.1 Einführung.361
12.1.1 Entwurfsablauf.361
12.1.2 Simulationswerkzeuge für den Schaltungsentwurf.363
12.1.3 Simulationsarten.363
12.2 Aufbau eines Schaltungssimulators.366
12.2.1 Schaltungseingabe und Netzliste.366
12.2.2 Modellgleichungen und Parameterübergabe.367
12.3 Aufstellen der Netzwerkgleichungen bei der
Schaltungssimulation.369
12.3.1 Netzwerk mit Stromquellen.369
12.3.2 Netzwerk mit Spannungsquellen.373
12.3.3 Berücksichtigung gesteuerter Quellen .375
12.3.4 Berücksichtigung nichtlinearer Bauelemente.377
12.3.5 Berücksichtigung von Induktivitäten und Kapazitäten . . 380
mnaitsverzeicnms a v
A Anhang.385
A.l Äquivalente Zweipole .385
A.l.l Bestimmung von Ersatzspannungsquellen.385
A.l.2 Bestimmung von Ersatzsstromquellen.386
A.2 Ein- und Ausgangswiderstand von Verstärkern.387
A.2.1 Bestimmung des Eingangswiderstandes.387
A.2.2 Bestimmung des Ausgangswiderstandes.387
A.3 Vierpolparameter.388
A.3.1 Darstellung von Vierpolen mit g-Parametern.388
A.3.2 Darstellung von Vierpolen mit h-Parametern.389
A.3.3 Darstellung von Vierpolen mit j/-Parametern.389
A.3.4 Darstellung von Vierpolen mit z-Parametern.390
Literatur .391
Sachverzeichnis.393 |
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