Vorlesender Dr. Gernot Ecke ZMN 315 Tel: 69 3407 [email protected] WEB-Seiten des Fachgebietes Nanotechnologie: http://www.tu-ilmenau.de/mne-nano/vorlesungen-und-praktika/ http://www.tu-ilmenau.de/nano dort: Überarbeitetes Vorlesungsskript, Übungsaufgaben, Folien zur Vorlesung, Beispielklausur und Ergebnisse
Skript und Übungsaufgaben auch bei zu kaufen
zum Seminar mitbringen: Vorlesungsmitschrift, Taschenrechner, Aufgabensammlung, Skript
Lehrveranstaltung
Einführung in die Elektronik Donnerstag, 11.00 – 12.30 Uhr Helmholtz-HS
- Skript Elektronik
- Lehrbriefe Grundlagen elektronischer Bauelemente Köhler / Mersiowski, Nachauflage durch Buff / Hartmann, TU Ilmenau 1998
- www.elektronik-kompendium.de
- Elektronik für Physiker K. H. Rohe Teubener Studienbücher; ISBN 3-519-13044-0
- Gerthsen Physik H. Vogel Springer Verlag, 20. Auflage, ISBN 3-540-65479-8
- Taschenbuch der Elektrotechnik und Elektronik H. Lindner, H. Brauer, C. Lehmann Carl Hanser Verlag, Leipzig 2008, ISBN 978-3-446-41458-7
- Lehr- und Übungsbuch Elektronik G. Koß, W. Reinhold, F. Hoppe Carl Hanser Verlag, Leipzig 2005, ISBN 3-446-40016-8
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ratu
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Einführung in die Elektronik WS 2014 - 2015 Einführung in die Elektronik G. Ecke Donnerstag Vorlesung
Seminare
11.00 - 12.30 Helmholtz-Hörsaal
BTC 3.FS, TKS 3.FS, TPH 1.FS, WIW-ET 3.FS 1, WIW-ET 3.FS 2, WIW-MB 3.FS 2, WIW-MB 3.FS 3, WIW-MB 3.FS 4, WSW 3.FS
Th. Stauden Dienstag G 09.00 - 10.30 Sr HU 210 WSW 3.FS
Dienstag U
09.00 - 10.30 Sr K 2026 WIW-MB 3.FS 4
H. Jacobs Dienstag U
13.00 - 14.30 Sr HU 117 WIW-ET 3.FS 1
Dienstag G
13.00 - 14.30 Sr HU 011 WIW-ET 3.FS 2
G. Ecke
Dienstag U
17.00 - 18.30 Sr H 1527 TKS 3.FS
Dienstag G 17.00 - 18.30 Sr C 108 BTC 3.FS K.-H. Drüe
Mittwoch G
09.00 - 10.30 Sr HU 204 WIW-MB 3.FS 3
Mittwoch U
09.00 - 10.30 Sr K 2003A WIW-MB 3.FS 2
G. Ecke Mittwoch U 13.00 – 14.30 Sr H2509 WIW-MB 3.FS 1
L. Schlag Mittwoch G+U 07.00 - 08.30 Sr C 108 TPH 1.FS
Inhalt der Lehrveranstaltung:
0. Vorbemerkungen 0.1. Begriff ‚Elektronik’ 0.2. Bedeutung der Elektronik 0.3. Geschichte der Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper 1.1. Metalle 1.2. Energiebänder im Festkörper 1.3. Fermi-Gas 1.4. Isolatoren 1.5. Halbleiter 1.5.1. Reine Halbleiter, Eigenhalbleiter 1.5.2. Gestörte Halbleiter, dotierte Halbleiter 1.5.2.1. n-Dotierung 1.5.2.2. p-Dotierung
2. Passive elektronische Bauelemente 2.1. Widerstände 2.1.1. Festwiderstände 2.1.2. andere Widerstände 2.2. Kondensatoren 2.2.1. Allgemeines 2.2.2. Technische Ausführungen 2.3. Induktivitäten 2.3.1. Allgemeines 2.3.2. Technische Ausführungen 2.3.3. Spezielle Anwendungen 2.3.3.1. Das Relais 2.3.3.2. Der Transformator 2.4. Zusammenschaltungen passiver Bauelemente 2.4.1. Hochpass / Tiefpass 2.4.1.1 Der Tiefpass 2.4.1.2. Der Hochpass 2.4.2. Der Schwingkreis 2.4.2.1. Der Parallelschwingkreis 2.4.2.2. Der Reihenschwingkreis
3. Aktive elektronische Bauelemente 3.1. Halbleiterdioden 3.1.1. Der p-n-Übergang 3.1.1.1. p-n- Übergang im stromlosen Zustand 3.1.1.2. p-n- Übergang bei angelegter Spannung 3.1.2. Die Diode, Gleichstromverhalten 3.1.3. Kleinsignalverhalten 3.1.3.1. das quasistatische Verhalten 3.1.3.2. das dynamische Verhalten 3.1.4. Das Schaltverhalten der Diode 3.1.5. Gleichrichterschaltungen 3.1.5.1. Die Einweggleichrichtung 3.1.5.2. Die Zweiweggleichrichtung 3.1.6. spezielle Halbleiterdioden 3.1.6.1. Die Schottkydiode 3.1.6.2. Die Kapazitätsdiode 3.1.6.3. Die Tunneldiode 3.1.6.4. Die Zenerdiode 3.1.6.5. Die Leuchtdiode
3.2. Bipolartransistor 3.2.1. Grundlagen 3.2.1.1. Aufbau des Bipolartransistors 3.2.1.2. Transistorwirkung 3.2.2. Basisschaltung 3.2.3. Emitterschaltung 3.2.3.1. Kennlinien 3.2.3.2. Widerstandsgerade und Arbeitspunkt 3.2.3.3. Verlustleistungshyperbel 3.2.3.4. Stromversorgungsschaltungen 3.2.3.5. Temperatureinfluss 3.2.3.6. Temperaturkompensationsschaltungen 3.2.3.7. Widerstandsgerade Eigenschaften der Emitterschaltung 3.2.4. Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter 3.2.5. y-Parameter 3.2.4. Transistor als Schalter
3.3. Feldeffekttransistoren (FET) 3.3.1. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (SFET) 3.3.1.1. Aufbau, Funktion 3.3.1.2. Kennlinien 3.3.2. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET) 3.3.2.1. Aufbau 3.3.2.2. MOS-Kapazität 3.3.2.3. Funktion des MOSFET 3.3.2.4. Typen von MOSFETs 3.3.2.5. Grundschaltungen 3.3.2.6. CMOS-Technologie 3.3.2.7. Kleinsignalersatzschaltbild 3.4. Operationsverstärker 3.4.1. Aufbau und Prinzip 3.4.2. Idealer Operationsverstärker 3.4.3. realer Operationsverstärker 3.4.3. Grundschaltungen mit Operationsverstärkern
4. Herstellungstechnologie von Integrierten Schaltungen 4.1. Halbleitergrundmaterial: Si 4.2. Schaltkreisherstellung 4.2.1. Einführung 4.2.2. Wichtige Teilschritte der Bauelementefertigung 4.2.2.1. Dotierung 4.2.2.2. Schichtherstellung 4.2.2.3. Schichtstrukturierung 4.2.2.4. Verkappen und Anschließen (Packaging) 4.2.3. Reinraumtechnik 4.2.4. Technologiebegleitende Analytik 4.2.4.1 Ziele und Aufgaben der Analytik 4.2.4.2. Atomar-chemische Analytik 4.2.4.3. Strukturelle Analytik 4.2.4.4. Elektrische Analytik 4.2.4.5. Morphologische Analytik
Elektronik 0. Vorbemerkungen
0.1 Begriff „Elektronik“
0.2 Bedeutung der Elektronik
0.3 Geschichte der Elektronik
Si-Scheibendurchmesser 1970 50 mm 1980 100 mm 1990 150 mm 1995 200 mm 2001 300 mm ca. 2012 450 mm kleinere Strukturen - kleinere Schaltkreisflächen oder komplexere IC Jahr Strukturbreite Speicherkapazität das entspricht: 1975 5 µm 4 kbit DRAM 1/4 A4-Seite 1985 1,5 µm 1 Mbit DRAM 64 A4-Seiten 1990 1 µm 4 Mbit 256 A4-Seiten 1995 0,6 µm 16 Mbit 1000 A4-Seiten 2000 0,18 µm 256 Mbit 16000 A4-Seiten 2003 0,13 µm 512 Mbit 32000 A4-Seiten (100 Bücher) 2009 0,050 µm 4 Gbit 800 Bücher = 1 Bibliothek?
Trends in der Chiptechnologie
Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper
1.1 Metalle
1.2 Energiebänder im Festkörper
1.3 Fermi-Gas
1.4 Isolatoren
1.5 Halbleiter
Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper
1.1 Metalle
1.2 Energiebänder im Festkörper
1.3 Fermi-Gas
1.4 Isolatoren
1.5 Halbleiter
dGeringerAtomabstand
GroßerAtomabstand
Metall Isolator
W
6
5
4
3
2
1
0
Energiebänder und Bandabstand in Abhängigkeit vom Abstand der Atome
Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper
1.1 Metalle
1.2 Energiebänder im Festkörper
1.3 Fermi-Gas
1.4 Isolatoren
1.5 Halbleiter
T = 0
T > 0
WF
kT
W
kT 25 meV, T = 300 K
f (W)1
0
( )1exp
1
+
−
=
kTWW
WfF
Fermi-Verteilungsfunktion
Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper
1.1 Metalle
1.2 Energiebänder im Festkörper
1.3 Fermi-Gas
1.4 Isolatoren
1.5 Halbleiter
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
ParaffinDiamantGlasSchieferReinstes Wasser
reines Ge
Ag
Au, Cu
SnPb
Hal
blei
ter
log ρ [Ω cm]
Der spezifische Widerstand ρ ist eine Stoffeigenschaft, die einen riesigen Größenordnungsbereich überspannt.
Elektronik 1. Eigenschaften fester Körper
1.1 Metalle
1.2 Energiebänder im Festkörper
1.3 Fermi-Gas
1.4 Isolatoren
1.5 Halbleiter
Elektronik 2. Passive elektronische Bauelemente
2.1 Widerstände
2.2 Kondensatoren
2.3 Spulen
2.4 Zusammenschaltung passiver Bauelemente
Typ Pv, max To, max R ∆R/R TK [W] [°C] [Ω] % [1/K] Draht 0,5-600 200-350 10-1-105 0,1-10 +10-4
Kohleschicht 0,1-5 125 10-1-1012 1-20 -10-4…-10-3
Metallschicht 0,1-2 170 100-107 0,1-2 10--6 …10-4 Metalloxid 0,5-200 180-250 10-1-106 2-10 ±10-5..±5*10-4
Eigenschaften technischer Widerstände:
Farbcode für Widerstände sengpielaudio
4-Ring-Code - Farbcode Widerstand TabelleFarbe 1.Ring 2.Ring Multiplikator Toleranz +/-keine 20%silber 0,01 10% 1.Ziffergold 0,1 5% 2.Zifferschwarz 0 0 1 Multiplikatorbraun 1 1 10 1% Toleranzrot 2 2 100 2%orange 3 3 1Kgelb 4 4 10K 1.Ziffergrün 5 5 100K 0,50% 2.Zifferblau 6 6 1M 0,25% 3.Zifferviolett 7 7 10M 0,10% Temp.-grau 8 8 100M 0,05% Koeff.weiß 9 9 1G
5- und 6-Ring-Code - Farbcode Widerstand TabelleFarbe 1.Ring 2.Ring 3.Ring Multiplikator Toleranz +/- Temperatur-keine 20% M Koeffizientsilber 0,01 10% Kgold 0,1 5% J schwarz 0 0 0 1 200 ppm/Kbraun 1 1 1 10 1% F 100 ppm/Krot 2 2 2 100 2% G 50 ppm/Korange 3 3 3 1K 15 ppm/Kgelb 4 4 4 10K 25 ppm/Kgrün 5 5 5 100K 0,50% Dblau 6 6 6 1M 0,25% C 10 ppm/Kviolett 7 7 7 10M 0,10% B 5 ppm/Kgrau 8 8 8 100M 0,05% Aweiß 9 9 9 1G
Beispiel:
5
6
00
= 5,6 k / 10 % / 500 V
Widerstandsrechner: http://www.uni-ulm.de/wwe/PHP/widerstand2.php
E6
E12
E24
E6
E12
E24
± 20%
± 10%
± 5%
± 20%
± 10%
± 5%
1,00
1,00
1,00
3,30
3,30
3,33
1,10
3,60
1,20
1,21
3,90
3,90
1,30
4,30
1,50
1,50
1,50
4,70
4,70
4,70
1,60
5,10
1,80
1,80
5,60
5,60
2,00
6,20
2,20
2,20
2,20
6,80
6,80
6,80
2,40
7,50
2,70
2,70
8,20
3,00
9,10
E-Reihen für die Widerstandsstaffelung
Je größer die E-Reihe, desto kleiner sind die Toleranzen der Bauteile: E3 = über 20 %, E6 = 20 %, E12 = 10%, E24 = 5 %, E48 = 2 %, E96= 1 %, E192 = 0,5 %
Mäanderform integrierter Widerstände:
E-Reihen für die Widerstandsstaffelung
Elektronik 2. Passive elektronische Bauelemente
2.1 Widerstände
2.2 Kondensatoren
2.3 Spulen
2.4 Zusammenschaltung passiver Bauelemente
Materialdaten der drei in der Elektronik verwendeten Elektrolytkondensator-Bauarten
Anode
Dielektrikum
Dielektri- Zitätskon-
stante
Spannungs-festigkeit in V/µm
Aluminium
Al2O3
8,4
700
Tantal
Ta2O5
28
625
Niob
Nb2O5
42
455
Elektronik 2. Passive elektronische Bauelemente
2.1 Widerstände
2.2 Kondensatoren
2.3 Spulen
2.4 Zusammenschaltung passiver Bauelemente
Elektronik 2. Passive elektronische Bauelemente
2.1 Widerstände
2.2 Kondensatoren
2.3 Spulen
2.4 Zusammenschaltung passiver Bauelemente
102 103 104 105 10610-2
10-1
100
Tiefpass
Ampl
itude
nver
hältn
is
Frequenz in Hz
102 103 104 105 106-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Tiefpass
Phas
endr
ehun
g [°]
Frequenz in HzTiefpass
102 103 104 105 106
Grenzfrequenz
-40
dB-2
0 dB
0 dB
Tiefpass
Ampl
itude
nver
hältn
is
Frequenz
Tiefpass – Darstellung in dB
102 103 104 105 10610-2
10-1
100Grenzfrequenz
Tiefpass Hochpass
Ampl
itude
nver
hältn
is
Frequenz in Hz
Hochpass 102 103 104 105 106-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Tiefpass Hochpass
Phas
endr
ehun
g [°]
Frequenz in Hz
http://www.walter-fendt.de/ph11d/schwingkreis.htm http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/lrc_swing.html
Der
Sch
win
gkre
is
http://www.walter-fendt.de/ph11d/schwingkreis.htm http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/lrc_swing.html
Parallelschwingkreis
Spule Kondensator
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
p-Gebiet n-Gebiet
B- B- B-
B- B- B-
B- B- B-
B- B- B-
B- B- B-
B- B- B-
Konzentrationen beweglicher Ladungsträger in log. Darstellung
Konzentrationen beweglicher Ladungsträger und der Dotandenionen in lin. Darstellung
Resultierende Raumladung in lin. Darstellung
Elektrische Feldstärke in lin. Darstellung
Potential in lin. Darstellung
p n D
er p
-n-Ü
berg
ang
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
t
II = I (e -1)s
Un UT
U0
t
U
U =U + sin t0
verzerrtes Ausgangssignal
Wec
hsel
span
nung
an
eine
r Dio
de
Abbau der in den Diffusionsschwänzen gespeicherten Ladung beim Umschalten von Durchlass- in Sperrrichtung
http://www.krucker.ch/Skripten-Uebungen/AnSys/ELA4-D.pdf
Abhängigkeit der Sperrschichtkapazität von der angelegten Sperrspannung
m
DIFF
D
SDS
UU
CUC
−
=
1
)( 0
CS0 – Nullspannungskapazität m - Gradationsexponent UDIIFF - Diffusionsspannung
Abhängigkeit der Diffusionskapazität vom Diodenstrom
DDD r
TUC 1)( ⋅=
T – Zeitkonstante, Trägerlebensdauer rD – differentieller Widerstand
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
Schaltverhalten der Halbleiterdiode
IDUq2
UD
R1 R2
Uq1
Prinzipschaltung
IDUD
IF
UF
t
Idealer Spannungs- und Stromverlauf
IDUD
IR0
IF
tFtS
tRR
t
realer Spannungs- und Stromverlauf
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.1.1 Der p-n-Übergang
3.1.2 Die Diode, Gleichstromverhalten
3.1.3 Kleinsignalverhalten
3.1.4 Schaltverhalten der Diode
3.1.5 Gleichrichterschaltungen
3.1.6 Spezielle Dioden
Schottkydiode
Kennline und Symbol
Aufbau
Bänderschema
Flussspannungen von LED: GaAIAs/GaAs (rot und infrarot): 1,2–1,8 V InGaAIP (rot und Orange): 2,2 V GaAsP/GaP (gelb): 2,1 V GaP, InGaAlP (grün, ca. 570 nm): 2,2–2,5 V GaN/GaN (grün): 3,0–3,4 V InGaN (grün, 525 nm): 3,5–4,5 V InGaN (blau und weiß): 3,3–4 V
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
npn-Transistor pnp-Transistor
zwei Beispiele für den schematischen Aufbau von npn-Transistoren
Bipolartransistor, Aufbau
)1( −−=′ ⋅−
T
EBUn
U
ESE eII )1( −−=′ ⋅−
T
CBUn
U
CSC eII
′⋅ EN IA′⋅ CI IA
UEB UCB
Transistorgrundgleichungssystem und Gleichstromersatzschaltbild nach Ebers-Moll
(1)
(2)
)1()1( −⋅+−−= ⋅−
⋅−
T
CB
T
EBUn
U
CSIUn
U
ESE eIAeII
)1()1( −−−⋅= ⋅−
⋅−
T
CB
T
EB
UnU
CSUn
U
ESNC eIeIAI
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
a) Einganskennlinie, b) Ausgangskennlinienfeld und c) Übertragungskennlinie eines Si-Planartransistors
a) b) c)
IB
AP R
Uq
UCE
IC
IB=100 µA Uq=10 V R=500 Ω
ICmax
UCEmax
PVmax
Ausgangskennlinenfeld und Arbeitsgerade; Blau: Belastungsgrenzen
a) Basistromeinspeisung von der Betriebsspannung b) Basistromeinspeisung vom Kollektor
c) Basisspannungsteiler (mit R4-Stromgegenkopplung) d) Spannungsgegenkopplung)
Bipolartransistor, Stromversorgungs- schaltungen
a) Basistromeinspeisung von der Betriebsspannung
b) Basistromeinspeisung vom Kollektor
c) Basisspannungsteiler (mit R4-Stromgegenkopplung) d) Spannungsgegenkopplung)
Bipolartransistor, Stromversorgungs- schaltungen
Temperaturabhängigkeit des ICB0 und des Transistor-Ausgangskennlinienfeldes in Emitterschaltung (schematisch)
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
u1
i1
u2
i2
h11
h12u2
h22 h21i1
1
Kleinsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors in h-Parameter-Darstellung
u1=h11i1 + h12u2 (1) I2 =h21i1 + h22u2 (2)
EEE
EB hhh
hh1221
1111 1 −+∆+
=
EEE
EB hhh
hhh1221
1212 1 −+∆+
−∆=
EEE
EEB hhh
hhh1221
2121 1 −+∆+
−∆=
EEE
EB hhh
hh1221
2222 1 −+∆+
=
EEEEE hhhhh 21122211 −=∆
Umrechnung der h-Parameter der Emitterschaltung in die der Basisschaltung
Für den Arbeitspunkt UCE=6 V und IC = 2mA für f= 1 kHz Transistor: SC 206
Ω= kh 1.2114
12 108.3 −⋅=h2921 =h
Sh 522 108.4 −⋅=
hRhRhz
S
Sa ∆+⋅
+=
22
11
hRhRhvL
Lu ∆⋅+
⋅−=
11
21
22
211211 1 h
R
hhhz
L
e
+
⋅−=
22
21
1 hRhv
Li ⋅+=
RL - Gesamtlastwiderstand am Ausgang des Transistors Rs - Gesamtwiderstand am Eingang des Transistors bei kurzgeschlossener Signalquelle
Kenngrößen von Transistorschaltungen
Eingangswiderstand
Ausgangswiderstand
Stromverstärkung
Spannungsverstärkung
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
1111
1h
y =
11
1212 h
hy −=
11
2121 h
hy =
1122 h
hy ∆=
21122211 hhhhh −=∆
Umrechnung der h- in y-Parameter und umgekehrt Das Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden.
11
1212 y
yh =
11
2121 y
yh =
1122 y
yh ∆=
21122211 yyyyy −=∆
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.2 Bipolartransistoren
3.2.1 Grundlagen
3.2.2 Die Basisschaltung
3.2.3 Die Emitterschaltung
3.2.4 Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter
3.2.5 y-Parameter
3.2.6 Der Transistor als Schalter
IB
t
1
2
t
U /Rq1 1
U /Rq2 2ts tf
IB
t
U /Rq2 2
ts tf
10%
90%
td tr
Schalterstellung
10%
Schaltverhalten des Bipolartransistors
Prinzipschaltung
Stromverläufe
R2
R1
Uq11
21Uq2
Uq12
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.2 Bipolartransistoren
3.3 Feldeffekttransistoren
3.4 Operationsverstärker
Erfindung des Feldeffekttransistors
Julius Edgar Lilienfeld Mathematiker, Physiker, Philosoph 1882 – 1963 Erfindung 1925 Patent 1926 (Auswanderung 1927)
Patentschrift 1926
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3.1 Halbleiterdioden
3.2 Bipolartransistoren
3.3 Feldeffekttransistoren
3.3.1 Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SFET)
Schaltzeichen
n-Kanal-Sperrschicht-FET
p-Kanal-Sperrschicht-FET
Ausgangskennlinienfeld
Übertragungskennline
Kennlinien einen p-Kanal-SFET 2N 2386
Übertragungskennlinie, temperaturabhängig
Ausgangskennlinienfeld
Elektronik 3. Aktive elektronische Bauelemente
3.1 Halbleiterdioden
3.2 Bipolartransistoren
3.3 Feldeffekttransistoren
3.3.1 Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SFET)
3.3.2 Feldeffekttransistoren mit isolierendem Gate (IGFET)
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+ n-
Hal
blei
ter
SiO
2
Met
all
UMS
Spannungsloser Zustand
MO
S-Ka
pazi
tät
UMS
Positive Spannung am Gate
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+ n-
Hal
blei
ter
SiO
2
Met
all
Anreicherung
MO
S-Ka
pazi
tät
UMS
Negative Spannung am Gate Verarmung
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+ n-
Hal
blei
ter
SiO
2
Met
all
MO
S-Ka
pazi
tät
UMS
Negative Spannung am Gate Inversion
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+ n-
Hal
blei
ter
SiO
2
Met
all
MO
S-Ka
pazi
tät
UMS
Negative Spannung am Gate Starke Inversion
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+
P+ P+ P+ n-
Hal
blei
ter
SiO
2
Met
all
MO
S-Ka
pazi
tät
Ausgangskennlinienfeld eines n-Enhancement-MOSFET
Ausgangskennlinienfeld und Übertragungskennlinie eines n-Depletion-MOSFET
Sourceschaltung
Gateschaltung
Drainschaltung
Anreicherungs-MOSFET Verarmungs-MOSFET Grund- schaltungen
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3.1 Halbleiterdioden
3.2 Bipolartransistoren
3.3 Feldeffekttransistoren
3.4 Operationsverstärker
Kenngröße Idealer Operationsverstärker Realer Operationsverstärker
Leerlaufverstärkung Unendlich ca. 105 ... 106
Eingangswiderstand Re unendlich Ω 1 ΜΩ bis 1000 MΩ
Untere Grenzfrequenz fmin 0 Hz 0 Hz
Unitity-Gain-Frequenz-Bandbreite unendlich Hz > 100 MHz
Gleichtaktverstärkung VGl 0 ca. 0,2
Gleichtaktunterdrückung G unendlich ca. 5.000.000
Rausch-Ausgangsspannung Urausch 0 V ca. 3 µV
Offsetspannung 0 V 2 mV
Ausgangsleistung unendlich W 500 mW
Ausgangswiderstand 0 Ω 150 Ω
OPV‘s: Bauformen und Kenngrößen
Nichtinvertierender Verstärker Invertierender Verstärker
Grundschaltungen mit OPV‘s
R2
R1
UEDUE
UA
-
+
R2
R1
UED
UE UA
-
+
Impedanzwandler Strom-Spannungswandler Astabiler Multivibrator
Bistabiler Multivibrator Summierverstärker
Differenzierer
Integrierer Grundschaltungen mit OPV‘s
Elektronik 4. Herstellungstechnologie von integrierten Schaltungen
4.1 Halbleitergrundmaterial: Si
4.2 Schaltkreisherstellung
4.3 Reinraumtechnik
4.4 Technologiebegleitende Analytik