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Entwurf und Simulation von Halbleiterschaltungen - Dandelon.com

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Entwurf und Simulation
von Halbleiterschaltungen
mit PSPICE
Prof. Dr.-Ing. Haybatolah Khakzar
Prof. Dr.-Ing. Albert Mayer
Prof. Dr.-Ing. Reinold Oetinger
Prof. Dr.-Ing. Gerald Kampe
Prof. Dr.-Ing. Walter Lindemeir
Dipl.-Ing. Roland Friedrich
4., völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 568 Bildern und 79 Tabellen
Kontakt & Studium
Band 321
Herausgeber:
Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Wilfried J. Bartz
Dipl.-Ing. Elmar Wippler
expert[Qj]verlag
© 2008 AGI-Information Management Consultants
May be used for personal purporses only or by
libraries associated to dandelon.com network.
Teil 1
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.1.7
1.1.8
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
1.3.7
1.3.8
1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
1.4.4
1.4.5
1.4.6
1.4.7
1.4.8
Physik und Technologie der Mikroelektronik
Grundlagen der Halbleitertechnik
Energien
Atomaufbau
Bändermodell
Atomare Bindungen
Elektronen und Löcher
Dotierung
Stromtransport
Banddiagramme im Gleichgewichtszustand
Banddiagramm beim Kontaktieren zweier unterschiedlicher
Halbleiter
Der pn-Übergang
Der pn-Übergang ohne äußere Spannung
Der pn-Übergang bei angelegter Spannung in Sperrichtung
Der pn-Übergang bei angelegter Spannung in Durchlassrichtung
Der bipolare Transistor
Arten, Aufgaben und Schaltzeichen des Transistors
Der npn-Transistor mit offener Basis
Der npn-Transistor mit angesteuerter Basis, Transistoreffekt
Anforderungen an einen Transistor
Transistorkennlinien
Das Transistormodell nach Gummel und Poon
Transistor-Geometrie und -Dotierungsprofil
Die ladungsgesteuerte Hauptkomponente des Kollektorstroms
Der Transistor in Forschung und Technik
Der Bipolartransistor
Der MOS-Feldeffekt-Transistor (MOSFET)
BICMOS
Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor (Junction Field Effect Transistor, JFET)
Der GaAs-Transistor
Der HEMT-Transistor
Bipolare Transistoren in HeteroStruktur
Der Quanteneffekt-Transistor
1
2
3
3
5
6
7
8
12
13
14
16
16
18
19
20
20
21
22
23
24
28
30
32
37
37
38
39
39
40
41
42
43
1.4.9
1.5
1.5.1
1.5.2
1.5.3
1.5.4
1.5.5
1.5.6
.6
.6.1
.6.2
.6.3
.6.4
.6.5
.7
1.8
1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.8.4
1.8.5
1.8.6
1.8.7
1.9
1.9.1
1.9.2
1.9.3
1.10
1.10.1
1.10.2
1.10.3
1.10.4
1.11
- .12
Dünnschichttransistor
Der Leistungs-Bipolartransistor
Aktiver Betrieb
Gesättigter Betrieb
Kennlinienfeld
Einschalten des bipolaren Leistungstransistors
Ausschalten des bipolaren Leistungstransistors
Kurven verlaufe von iB, i c und u CE
44
Der Leistungs-MOSFET
Funktionsweise
Vorwärts sperrender Betrieb:
Vorwärts leitender Betrieb:
Dynamisches Verhalten
Kennlinienfeld:
Kurvenverläufe von \Q, UQS u n d UQS beim Einschalten und Ausschalten eines Leistungs- MOSFET:
Der IGBT
Funktionsweise
Rückwärts sperrender Betrieb
Vorwärts sperrender Betrieb
Vorwärts leitender Betrieb
Einschaltverhalten des IGBT
Abschaltverhalten des IGBT
Kurvenverläufe von u GE , i c und u CE beim beim Ausschalten eines
IGBT
Der Thyristor
Eigenschaften
Sperr- und Blockierzustand
Zünden mit Steuerimpuls
Der GTO
Eigenschaften
Funktionsweise
Halbleitertechnische Besonderheiten
Kurvenverläufe von i G iK, iA und U^K beim Abschalten des GTO
49
Abschließende Betrachtung über Leistungshalbleiter
Technologischer Ausblick
45
46
46
47
47
48
48
49
49
49
50
51
52
52
52
53
53
53
54
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55
55
56
56
58
59
59
60
60
61
62
63
2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
2.4.5
2.4.6
2.4.7
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3
2.6
2.6.1
2.6.2
2.6.3
2.7
2.7.1
2.7.2
2.8
2.9
2.9.1
2.9.2
2.10
Prozess-Schritte der Halbleiter-Fertigung
Herstellen von Silizium-Wafern
Oxidation
Thermisch gewachsenes Siliziumdioxid
Gesputtertes Siliziumdioxid
Epitaxie
Flüssigphasen-Epitaxie
Gasphasen-Epitaxie (CVD)
Metall-organische Gasphasen-Epitaxie (MOCVD)
Molekularstrahl-Epitaxie (MBE)
Fotolithographie
Optische Lithographie
Kontakt- bzw. Abstandsbelichtung
Projektionsbelichtung
Röntgenstrahl-Lithographie
Elektronenstrahl-Lithographie
Masken
Lacke
Ätzen
Nassätzen
Trockenätzen
lonenstrahl-Ätzen
Dotieren
Diffusion
Ionen-Implantation
Verteilung der implantierten Ionen
Metallisierung
Leiterbahnen
Anschlüsse von außen an die Chips
Passivieren
Wafer in Chips teilen
Wafer sägen
Ritzen und Brechen
Prinzipieller Prozessablauf bei der Herstellung einer CMOSSchaltung
65
65
67
68
69
69
70
70
70
70
71
72
73
74
76
77
78
78
81
81
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83
84
85
85
85
86
87
88
88
88
88
Teil 2
1
1.1
1.2
Schaltungsanalyse mit PSPICE A/D
93
1.3
1.4
1.4.1
1.4.2
1.4.3
Einführung
Entstehungsgeschichte
Überblick über die Eigenschaften von PSPICE bei der Simulation
analoger Schaltungen
Ablauf einer Simulation
Simulationsarten
DC-Analyse
AC-Analyse
Analyse von Einschwingvorgängen
94
94
94
96
98
98
99
102
2
2.1
2.1.1
2.1.2
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
2.4.5
2.5
2.5.1
2.5.2
2.6
2.6.1
2.6.2
Netzlisteneingabe zur Simulation analoger Schaltungen
Einführung
Konventionen zur Darstellung des Dokumentationstextes
Aufbau einer Eingabedatei, Zeilenarten
Schaltelemente
Passive Elemente
Lineare, gesteuerte Quellen
Unabhängige Strom-und Spannungsquellen
Halbleiterbauelemente
Schaltungsmodul (Subcircuit)
Definition
Beispiel
Anweisungen zur Steuerung der Simulationsart
Gleichstromanalysen
Kleinsignalanalyse mit stationären Sinusquellen (AC-Analyse)
Einschwinganalyse
Rauschanalyse
Fourier-Analyse
Ausgabe der Ergebnisse
Ausgabe in Tabellenform oder als Zeichengraphik
Graphische Ausgabe der Simulationsergebnisse
Mehrfachläufe
Einführung
Parametrische Analyse
104
104
104
105
109
109
116
118
125
129
129
130
132
132
136
138
141
142
144
144
148
153
153
153
2.6.3
2.6.4
2.6.5
2.7
2.7.1
3
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.4
3.5
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.2
4.2.1
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
Temperaturanalyse
Monte Carlo-Analyse
Worst Case-Analyse
Übungsbeispiel zur DC-Analyse
Vorbemerkungen
154
Simulation von gemischten Analog-/Digitalschaltungen
Einführung
Analog-Digitalschnittstellen
Verbindung von analogen und digitalen Schaltungsteilen
Versorgungsspannungen für Digitalschaltungen
Modelle für digitale Bauteile
Einführung
Modellstruktur
Schaltungsbeispiel
Ermittlung der Verzögerungszeiten in Digitalschaltungen
Unterdrückung von Impulsen mit geringer Energie
160
Übungsbeispiele zur Schaltungseingabe mit Capture
AC- und TRANSIENT- Analyse
Schaltplan
Aufgabenstellung
Programmstart
Graphische Eingabe der Schaltelemente und der Verdrahtung
Simulation
Monte-Carlo-Analyse, Parametervariation
Monte-Carlo-Analyse
Parameter-Variation
Worst-Case-Analyse
Graphische Eingabe der Schaltung
Erstellung des Simulationsprofils
Durchführen der Worst-Case-Analyse
Schaltverhalten eines Impulsverstärkers
Schaltungsdaten
Simulationsaufgaben
Programmstart
Graphische Eingabe der Schaltelemente und der Verdrahtung
171
154
155
156
156
160
161
161
162
162
162
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168
169
171
171
171
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173
178
181
181
184
186
187
188
189
191
191
192
193
194
4.4.5
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
4.6.5
4.7
4.7.1
4.7.2
4.7.3
4.7.4
4.8
4.8.1
4.8.2
4.8.3
Teil 3
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
Simulation
Hierarchische Schaltungstruktur mit Blöcken
Graphische Eingabe der Schaltung
Erstellung des Simulationsprofils
Durchführen der DC-Sweep-Analyse
Verwendung von Subcircuits aus einer Bibliothek
Graphische Eingabe der Schaltung
Erstellung des Simulationsprofils
Durchführen der TRANSIENT-Analyse mit Parameter-Variation
Durchführen der Fast-Fourier-Analyse in PROBE
Durchführen der Fourier-Analyse in Pspice
Rauschanalyse eines Verstärkers mit bipolarem Transistor
Graphische Eingabe der Schaltung
Erstellung des Simulationsprofils
Durchführen der Rausch-Analyse
Ausgabe der Ergebnisse
Gemischte Analog-/Digitalschaltung
Graphische Eingabe der Schaltung
Erstellung des Simulationsprofils
Durchführen der Simulation
Modellierung von Halbleiter-Bauelementen in
SPICE
Modell der Diode
Ersatzschaltbild
Funktionsgleichungen für die Ersatzschaltbilddioden
Auswirkung einiger Modellparameter auf die
Gleichstromeigenschaften
Auswirkung des Generationsfaktors Kgen
Auswirkung der Modellparameter IBV, nBV, IBVL, nBVL, UBV auf
die Gleichstromeigenschaften der Diode im Durchbruchsbereich
(Zener-Bereich)
Funktionsgleichungen für die Kapazitäten Ct und Cj
Ersatzschaltbild für AC-Analyse
Temperaturabhängigkeit der Modellparameter
Berücksichtigung des area-Faktors
Zusammenfassung der Modellparameter
197
200
201
205
205
206
207
209
210
211
212
214
215
216
216
217
218
219
220
220
222
223
223
223
224
228
228
229
231
232
233
234
2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
2.6
2.7
2.7.1
2.7.2
2.7.3
2.7.4
2.7.5
2.8
2.9
3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
Modell des Bipolar-Transistors
Ersatzschaltbild
Modellierung des Gleichstromverhaltens des inneren Transistors
Funktionsgleichungen für die Transportströme
Funktionsgleichungen für die Ersatzschaltbilddioden
Auswirkung der Modellparameter Is nF, BF, ISE, nE, IKF, nK auf
die Gleichstromeigenschaften des Transistors im Vorwärtsbetrieb
Auswirkung der Modellparameter nR, BR, ISC, nC, IKR auf die
Gleichstromeigenschaften des Transistors im Rückwärtsbetrieb
Auswirkung der Modellparameter UAF, UAR auf das Ausgangskennlinienfeld des Transistors
Bahnwiderstände
Emitter- und Kollektor-Bahnwiderstand
Basis-Bahnwiderstand
Funktionsgleichungen für die Kapazitäten
Sperrschichtkapazitäten
Transitzeitkapazitäten
Ersatzschaltbild für AC-Analyse
Modellierung des Quasi-Sättigungseffektes
Temperaturabhängigkeit der Modellparameter
Temperaturabhängigkeit von IS, BF, BR.
Sättigungsströme der Dioden DE2, DC2 und DS.
Bahnwiderstände
Sperrschichtpotentiale UJE, UJC und UJS
Sperrschichtkapazität bei 0 Volt Vorspannung, Cjeo, Cjco, Cjso.
Berücksichtigung des area-Faktors
Zusammenfassung der Modellparameter, SPICE-Namen und
SPICE-Ersatzwerte
Modellierung des Sperrschicht-Feldeffekt- Transistors mit
SPICE
Das JFET Transistormodell (n-Kanal)
Das Ersatzschaltbild
Gleichungen für die Ersatzschaltbildströme
Das Gleichstromverhalten
Ladungsspeicherung auf CGD'und CGS'
Ersatzschaltbild für Kleinsignalanwendungen
Differentialgleichungen für Großsignalanwendungen
236
236
237
237
238
239
242
242
244
244
244
246
246
247
248
251
253
253
254
254
254
254
254
255
258
258
258
259
262
262
263
265
3.1.7
3.1.8
Temperatureffekte
Zusammenfassung der Modellparameter, SPICE-Namen und
SPICE-Ersatzwerte
265
4
Modellierung des MOS-Feldeffekt-Transistors mit SPICE
Das LEVEL-1 MOS-Modell
Geometrie und Großsignalersatzschaltbild
Kennlinien
Gleichungen
Ladungsspeicherung auf CBS' und CBD'
Ersatzschaltbild für Kleinsignalanwendungen
Differentialgleichungen für Großsignalanwendungen
Temperatureffekte
Zusammenfassung der Modellparameter, SPICE-Namen und
SPICE-Ersatzwerte
Das LEVEL-2 MOS-Modell
Ersatzschaltbild
Gleichungen für die Ersatzschaltbildströme
Der Drain Source Strom ID'S'
Diodenströme
Gleichstromverhalten
Ladungsspeicherung auf Sperrschichtkapazitäten CBS' und
CBD'
Ersatzschaltbild für Kleinsignalanwendungen
Temperaturabhängigkeit
Das LEVEL3-MOS-Modell
Schwellspannung
Die Grundgleichung für den Drainstrom ID'S'
Kanallängenmodulation
Ladungsspeicherung
Temperaturabhängigkeit
Leistungsvergleich zwischen dem MOS2- und dem MOS3Modell
Das BSIM3-Modell (BSIM3v2 und BSIM3v3)
Die Schwellenspannung
Die Beweglichkeit
Die Ladungsträgerdriftgeschwindigkeit
Drainstrom
268
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.5.5
4.5.6
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
266
268
268
269
270
274
275
276
277
277
279
280
280
283
286
286
287
287
287
287
288
290
292
292
294
294
294
295
299
300
300
4.6.5
4.6.6
Der Ausgangswiderstand und die Early-Spannung
Temperaturabhängigkeit
Modellparameter für das BSIM3 - Modell, Teil 1
Ergebnisse
306
5
Modellierung des GaAs-MESFET-Transistors mit SPICE
Prinzip
Wirkungsweise
5.1.1
5.1.2
Eigenschaften von GaAs
Gleichstrom-Ersatzschaltbild
5.1.3
5.1.4
Kleinsignal-Ersatzschaltbild
5.1.5
Modelle des GaAs MESFET
Temperaturabhängigkeit der Modellparameter
5.1.6
5.1.7
Rauschanalyse
5.1.8
Form der Eingabe
Modellparameter
5.1.9
5.1.10 Zusammenfassung
320
5.1
320
4.7
4.8
6
6.1
6.2
6.3
6.4
7
7.1
7.2
7.2.1
7.2.2
7.3
7.4
7.5
7.6
311
311
312
321
321
322
322
323
330
330
331
332
334
Modellierung des HEMT-Transistors in SPICE
Zusammenfassung
Der HEMT-Transistor
Modellierung des HEMT-Transistors
Parameterextraktion des HEMT-Transistors mit Hilfe des Modells
nach Statz
335
Modellierung von a:Si-Dünnschichttransistoren
Das allgemeine Ersatzschaltbild
Funktionsgleichungen für die Ersatzschaltbildströme
Gleichungen für die gesteuerte Quelle IDS
Die Stromquellen iG, iD, iS
Gleichstromverhalten
Ersatzschaltbild für Kleinsignalanwendungen
Ersatzschaltbild für Großsignalanwendungen
Zusammenfassuna der ModellDarameter
343
335
335
338
339
343
343
343
345
345
346
347
348
8
8.1
8.2
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
8.3.5
8.4
8.5
8.5.1
8.5.2
8.6
Teil 4
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.7.1
1.7.2
1.8
1.8.1
Das VBIC-Modell
Einführung
Ersatzschaltbild
Modellierung des Gleichstromverhaltens der inneren
Transistoren
Funktionsgleichungen für die Transportströme
Das Gleichstromverhalten des npn-Transistors
Das Gleichstromverhalten des parasitären pnp-Transistors
Widerstände im VBIC-Modell
Quasi-Sättigungseffekt
Temperaturabhängigkeit der Modellparameter
Dynamisches Verhalten
Sperrschichtkapazitäten
Transitzeitkapazitäten
Vergleich der Modellparameter des VBIC-Modells mit jenen des
Gummel-Poon-Modells
Entwurf analoger Schaltungen
Die klassische Berechnung von Verstärkern mit Hilfe der Vierpoltheorie
Transistoren
Transistortypen
Der bipolare Transistor (Junction Transistor)
Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor (Junction Field EffectTransistor, JFET)
Der MOS-Feldeffekttransistor
Der Transistor als verstärkendes Element
Die fastlineare Ersatzschaltung
Die lineare Ersatzschaltung
Die geränderte Leitwertsmatrix
Die S-Parameter von Vierpolen
Die Transistorgrundschaltungen
Die Grundschaltungen des Bipolartransistors
Die Grundschaltungen des Feldeffekttransistors
Berechnung von rückgekoppelten Verstärkern mit Hilfe der klassische Gegenkopplungstheorie
Rückkopplung, Gegenkopplung und Mitkopplung
349
349
350
351
351
352
353
354
354
355
356
356
356
357
361
362
362
362
362
364
366
370
372
377
378
386
391
392
397
402
402
1.8.2
Definition und Auswertung von Empfindlichkeiten des gegengekoppelten Verstärkers gegenüber einer Veränderung der Übertragungsfunktion ohne Gegenkopplung
403
1.8.3
Das Verhalten der Gegenkopplung gegenüber Störsignalen
407
1.8.4
Grundsätzliche Verknüpfungsmöglichkeiten von Verstärkerzweitor
und Gegenkopplungszweitor
408
2
Verstärkerberechnung mit der Signalflussmethode
414
2.1
Einleitung
414
2.2
Regeln des Signalflussgraphen
414
2.3
Grund-Signalflussgraph des gegengekoppelten Verstärkers
418
2.4
Schleifenverstärkung und Gegenkopplungsfaktor
419
2.5
Ein- und Ausgangswiderstand des gegengekoppelten
Verstärkers
421
2.6
Reihen- und Parallelgegenkopplung
423
2.7
Einstufig gegengekoppelte Verstärker
425
2.8
Zweistufig gegengekoppelte Verstärker
437
3
Stabilitätsanalyse rückgekoppelter Verstärker
445
3.1
Die Impulsantwort
445
3.2
Stabilitätsanalyse bei gegengekoppelten Verstärkern
451
3.3
Das Routh-Hurwitz-Kriterium
452
3.4
Beispiele zum Ruth-Hurwitz-Kriterium
454
3.5
Wurzelortskurven
456
3.6
Das Nyquist-Kriterium
464
3.7
Das Bode-Diagramm
466
4
Operationsverstärker
473
4.1
Eigenschaften des idealen Operationsverstärkers und seine
Grundschaltung
473
4.2
Der invertierende Operationsverstärker
474
4.3
Der nichtinvertierende Operationsverstärker
475
4.4
Der Differenzierer
476
4.5
Der Integrierer
478
4.6
Aufbau eines Operationsverstärkers
479
4.7
Der Differenzverstärker
480
4.7.1
Differenzverstärkung, Gleichtaktverstärkung und
Gleichtaktunterdrückungsfaktor
480
4.7.2
4.7.3
4.7.4
4.7.5
4.7.6
4.8
4.8.1
4.8.2
4.8.3
4.8.4
4.8.5
4.8.6
4.8.7
4.8.8
4.9
5
5.1
5.2
5.2.1
5.2.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.4
5.4.1
5.4.2
5.5
5.6
5.6.1
5.6.2
Der Emitter-gekoppelte Differenzverstärker
Berechnung von Vd und Vgl
Differenzverstärker mit Konstantstromversorgung
Funktionsweise eines Differenz-Verstärkers und
Übertragungseigenschaften
Eingangswiderstand des Differenzverstärkers
Elektrische Simulation eines halbelastischen Stoßes
Das physikalische Problem
Bewegung in der Luft
Halbelastischer Stoß am Boden
Übergang auf die elektrische Simulation
Realisierung der Schaltung
Umschalten zwischen den beiden Differentialgleichungen
Darstellung als Ball
Bedienungsanleitung für das Demonstrationsmodell eines halbelastischen Stoßes
Operationsverstärkerbegriffe
Breitbandverstärker
Generelle Betrachtung
Bedingungen für maximal flachen Betragsverlauf und lineare
Phase
Funktion mit maximal flachem Betragsverlauf
Funktionen mit möglichst linearer Phase
Grundlegende Eigenschaften der einzeln gegen-gekoppelten
Verstärkerstufen
Emitterschaltung mit Reihengegenkopplung
Emitterschaltung mit Parallelgegenkopplung
Zusammenschalten der Stufen
Hochfrequenzkompensation der Verstärker
5.4.1 Emitterschaltung mit Reihengegenkopplung bei hohen
Frequenzen
Emitterschaltung mit Parallelgegenkopplung bei hohen
Frequenzen
Der optische Empfänger
Die SPICE-Simulation eines optischen Empfängers mit HEMTTransistoren
Einleitung
Der optische Empfänger
482
483
485
486
488
489
489
489
489
491
494
498
499
500
500
506
506
509
509
512
513
514
518
521
523
523
526
530
534
534
534
5.6.3
Analyse und Optimierung mit SPICE
6
Oszillatoren
Schwingbedingungen
Wien-Brücken-Oszillator
LC-Oszillator
Der Colpitts- und Hartley-Oszillator
Berechnung des Colpitts- und Hartiey-Oszillators
Der Phasenschieber-Oszillator
Der Quarz-Oszillator
Ersatzschaltbild des Quarzes
Praktischer Aufbau eines 1 MHz-Quarz-Oszillators
Dimensionierung der Bauteile
SPICE Simulationsprogramm
6.1
6.2
6.3
6.4
6.4.1
6.5
6.6
6.6.1
6.6.2
6.6.3
6.6.4
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.4.1
7.4.2
7.4.3
7.5
7.5.1
7.5.2
7.5.3
7.5.4
7.6
7.6.1
7.6.2
7.6.3
7.7
7.8
7.8.1
7.8.2
7.8.3
Rauscharme Verstärker
Rechnen mit Rauschsignalen
Wie beschreibt man Rauschsignale?
Wie berechnet man nun diesen Effektivwert?
Rauscharten
Thermisches Rauschen
Schrotrauschen
1/f-Rauschen
Rauschmodelle von Halbleiterbauelementen in SPICE
Diode
Bipolarer Transistor
Sperrschicht-FET
MOS-FET
Entwurf rauscharmer Verstärker mit SPICE
Verstärker mit bipolaren Transistoren
Verstärker mit FET
Verstärker mit MOS-FET
Zusammenfassung
Rauschmesstechnik
Einleitung
Rauschzahlmessung mit der Empfängermethode
Rauschzahlmessung mit der Rauschgeneratormethode
538
541
541
542
545
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551
553
553
553
554
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556
558
558
558
559
560
560
562
563
565
565
566
566
566
568
571
573
573
574
575
575
575
577
7.9
7.9.1
7.10
7.11.1
7.11.2
7.11.3
7.11.4
7.11.5
7.11.6
8
8.1
8.2
8.2.1
8.2.2
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.4
8.4.1
8.4.2
8.5
8.5.1
8.5.2
8.6
8.6.1
8.6.2
8.7
8.8
8.9
8.9.1
8.9.2
8.10
Signal und Rauschverhältnis bei Nachrichtensystemen
Trägerfrequenzkoaxialsysteme
Optischer Empfänger mit Parallelgegenkopplung
WARC-Anforderungen an den Fernsehdirektempfang von
Satelliten
Stand der Technik der Satelliten Rundfunk-Einzelempfänger
Die theoretische Minimalgrenze der Sendeleistung des
Fernsehtransponders
Leistungsbilanz für die Satelliten-Abwärtsstrecke
Erforderliche Leistung bei großen Ausleuchtungszonen
Schlussfolgerung
Klirrarme Verstärker
Einleitung
Nichtlineare Systeme
Nichttineare Systeme ohne Speicher
Nichtlineare Systeme mit Speicher
n-dimensionale Laplacetransformation
Transformation und Faltungssatz
Übertragungsfunktionen
Symmetrien
Nichtlineare Verzerrungen
Klirren und Intermodulation
Klirrfaktor und Klirrgütemaß
Kombination von nichtlinearen Systemen
Kettenschaltung
Inverse Systeme
Analyse eines nichtlinearen Netzwerks
Ersatzschaltbild
Knotenpotentialanalyse
Gütefaktoren der nichtlinearen Verzerrung 2. und 3.Ordnung ( bei
gegengekoppelten Verstärkern)
Zusammenfassung
Beispiele zur Klirranalyse
Klirranalyse eines einstufigen bipolaren Verstärkers bei tiefen
Frequenzen
Beispiel 2: Klirranalyse eines einstufigen Verstärkers mit MOSFET
Analyse eines nichtlinearen Netzwerks
579
579
580
586
587
589
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591
593
616
616
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617
618
620
620
625
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628
628
629
630
630
632
633
634
638
649
651
656
656
662
665
8.10.1 Ursachen der Nichtlinearität
9
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
9.2
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.3
9.3.1
9.3.2
9.3.3
9.4
9.4.1
9.4.2
9.5
9.5.1
9.5.2
9.5.3
9.5.4
9.5.5
9.5.6
9.5.7
9.6
9.6.1
9.6.2
9.6.3
9.6.4
9.6.5
9.6.6
Simulationsbeispiele von Halbleiterschaltungen mit SPICE
Simulation einer Monoflop-Schaltung
Einleitung
Prinzipielle Funktionsweise
Verkürzung der Erholungszeit
Abschließende Bemerkungen
Astabiler Multivibrator
Einleitung
Theoretische Grundlagen
Simulation
Funktionsweise und Simulation eines DreieckSpannungsgenerators
Der Dreieckspannungsgenerator
Der Dreieckspannungsgenerator mit unterschiedlichen
Rampenzeiten
Die Simulation des Dreieckspannungsgenerators mit SPICE
Analyse und Simulation von Rechteckgenerator und VCO
Rechteckgenerator
Spannungsgesteuerter Oszillator (Voltage Controlled Oscillator)
Entwurf und Simulation einer PLL-Schaltung
Einleitung
Die allgemeine PLL-Schaltung
Anwendungen von PLL-Schaltungen
Fangbereich, Synchronisationsbereich
Das PLL-Modell
Simulation und graphische Darstellung der Ausregelung von
Störungen
Vorstellung der einzelnen Baugruppen (reale Schaltung)
Aufbau und Simulation von nichtlinearen chaotischen
Schaltungen
Einführung Chaos
Nichtlinearitäten
Chua's Circuit
Zusammenfassung
Realisierung der Schaltung
Simulation von Chua's Circuit
\
669
674
674
674
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680
680
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690
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697
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707
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712
712
719
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729
730
736
741
741
744
9.7
9.8
9.8.1
9.8.2
9.8.3
9.9
9.9.1
9.9.2
9.9.3
9.10
Rauschanalyse eines rauscharmen Verstärkers mit SPICE
Klirranalyse der Basisschaltung durch Fourieranalyse mit
PSPICE
Arbeitspunkt und Signalankoppung
Ursachen des Klirrens
Numerische Simulation durch PSPICE
Klirren einer Emitterstufe in Abhängigkeit von der
Gegenkopplung
Grundlagen
Simulation mit PSPICE
Auswertung der Simulation
Entwurf und Simulation eines optischen Empfängers für 9.8 Gbit/s
mit Cherry-Hooper-Prinzip
745
750
750
755
758
761
761
765
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