Table Of ContentBTU Cottbus, HL-Schaltungstechnik, Kapitel 5, WS 99/00
5. Grundschaltungen und Schaltungsintegration
5.1 Allgemeines
Man unterscheidet grundsätzlich zwei Grundtypen elektronischer Schaltungen: In analogen
Schaltungen ist die Größe einer Spannung oder eines Stromes der direkte Träger der Information.
Deshalb wird man in der Analogtechnik fast immer versuchen, ein lineares Verhältnis zwischen einer
Spannung am Eingang und am Ausgang z. B. eines Verstärkers zu erzielen von der Art:
Uout = a * Uin
herzustellen. In der Digitaltechnik ist dagegen der Absolutwert einer Spannung nicht interessant.
Wenn eine Spannung eine obere Schranke überschreitet, wird sie als logisch "high" gewertet,
unterschreitet sie eine untere Schranke, so wird die als "low" bezeichnet. Die Digitaltechnik hat eine
2-wertige Logik, die Analogtechnik eine Logik mit theoretisch unendlich vielen verschiedenen
Werten
u (t)
t
high (1)
u (t)
low (0)
t
Abb. 5.1: Digitale und analoge Signale
Wir haben im Kapitel 3 kennengelernt, dass Halbleiter-Bauelemente typischerweise ein nichtlineares
Verhältnis zwischen angelegter Spannung und durchfließenden Strom aufweisen.
In der Analogtechnik wird man versuchen, die aktiven Bauelemente, also bipolare Transistoren oder
FETs, jeweils unabhängig voneinander in einem konstanten Arbeitspunkt zu betreiben. Das bedingt
wiederum kleine Signalgrößen im Vergleich zur Versorgungsspannung. Hilfreich ist auch die in der
diskreten (im Gegensatz zur monolithisch integrierten) Technik praktizierte Trennung der einzelnen
Stufen durch Kondensatoren. Natürlich kann eine solche Konstruktion auch keine Gleichspannung
übertragen. Sie hat eine untere und obere Grenzfrequenz für die übertragbaren Signale. Abb. 5.2
zeigt eine solche Schaltung, wie sie z. B. in einem Verstärker für tonfrequente Signale
(Audiobereich, ca. 15 Hz bis 20 kHz) oft verwendet wurde. Signale unter etwa 15 Hz sind für
Menschen nicht hörbar und müssen deshalb auch nicht übertragen werden.
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St. 4
St. 1 St. 2 St. 3
Abschnittsweise lineare Näherung
I
der Diodenkennlinie
U
Abb. 5.2: Mehrstufige analoge Verstärkerschaltung
Auf integrierten Schaltungen sind solche Konstrukte kaum verwendbar: Man kann dort die
notwendigen großen Werte der Kopplungskapazitäten (100 Mikrofarad und mehr) nicht realisieren,
auch schwebende (also nicht einseitig an Masse angeschlossene) Kapazitäten sind schwer zu
realisieren.
Deshalb sind mehrstufige Schaltungen, wenn sie auf dem IC realisiert werden, fast immer direkt
gekoppelt und können auch Gleichspannungen übertragen.
Generell wird der einzelne Transistor in der Analogtechnik aber ein möglichst linearer Verstärker
sein sollen
Diese Linearität ist in der Digitaltechnik weder erwünscht noch günstig. Dort kommt es vielmehr
darauf an, dass stets definierte High- bzw. Low-Pegel vorhanden sind und die Übergänge dazwischen
möglichst schnell stattfinden. Eine digitale Verstärkerstufe soll außerdem in der Lage sein, Signale zu
regenerieren, also aus einem langsamen high/low oder low/high-Zustandsübergang einen schnelleren
mit steileren Flanken zu erzeugen. Dazu benötigt auch die digitale Schaltstufe eine hohe
Verstärkung. Hat z. B. das Gatter G3 eine Spannungsverstärkung von 10, so wird es bereits
Ausgangssignale von 0,5 V des Gatters G1 auf einen Ausgangswert von 5V verstärken und
dementsprechend eine steile Übergangsflanke erzeugen.
Bei einer Verstärkung von 10, einer Versorgungsspannung von 5 V und einer Eingangsspannung
über 0,5 V wird aber bereits eine Zustand der Sättigung erreicht, das Gatter wird in seinem
Ausgangspegel begrenzt, seine aktiven Transistoren geraten in den Zustand der "Sättigung".
G3
G1
G5
G2 G3
u (t) regeneriertes
Signal
Ausgangssignal
t
Abb. 5.3: Mehrstufige Digitalschaltung und Signalregenerierung
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Im Idealfall hat ein digitales Signal senkrechte Flanken. Lässt man den Aspekt der Regenerierung
außer Betracht, dann kann ein Transistor in einer Digitalschaltung als Schalter idealisiert werden, der
nur die Zustände "on" (leitend) und "off" (nicht leitend) kennt.
Diese Abstraktion ist in der Digitaltechnik durchaus gebräuchlich. Allerdings sind Transistoren nur
als spezielle Schalter verwendbar:
Ein pnp- oder ein p-Kanal-MOS-Transistor eignet sich dazu, einen internen Schaltungsknoten mit
der Betriebsspannung zu verbinden, während ein n-Kanal MOS-Transistor oder eine npn-Transistor
einen Schaltungsknoten mit dem Masse-Anschluss verbindet.
VDD
Ausgang
Ansteuerung
GND
VDD
Ausgang
Ansteuerung
GND
Abb. 5.4a: Transistoren in einer Digitalschaltung als aktive Schalter
Idealerweise arbeitet eine digitale Schaltungstechnik mit solchen aktiven Schaltern, wie es die heute
absolut dominierende CMOS-Technik tut.
Ältere MOS-Techniken und alle bipolaren Logiken arbeiten mit nur eine Art aktiver Schalter. Dann
werden zusätzlich auch Transistoren verwendet, die durch entsprechende Beschaltung als
Widerstände wirken.
VDD
R
Ausgang
Ansteuerung
GND
Abb. 5.4b: Digitalschaltung mit passivem Pull-up-Element und einseitigem aktiven Schalter
Technologien mit passivem "Pull-up-Element" gegen VDD haben den Nachteil, dass im "low"-
Zustand (und bei manchen Technologien sogar im high- und im low-Zustand) selbst bei Ruhe der
Schaltung ein Querstrom fließt.
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Wegen des Leistungsverbrauchs und damit verbundener Probleme der höheren Wärmebelastung im
Schaltkreis eignen sich nur Technologien mit zwei aktiven Schaltern für die Großintegration.
Man kann aber auch Transistoren als nicht-ideale Schalter in einem Modus einsetzen, in dem sie
Signale entweder sperren oder weiterleiten.
Man spricht dann von "Pass-Transistoren" oder, wenn ein p.Kanal und ein n-Kanal-Transistor
parallelgeschaltet werden, von "transmission gates". Solche Schalter sind zwar platzsparend
implementierbar, sie leisten aber keine Regenerierung der Signale, sondern bewirken eine
Abschwächung. Der Grund liegt darin, dass die auf Durchlass geschalteten Transistoren natürlich
immer noch einen endlichen Restwiderstand aufweisen. Zusammen mit der kapazitiven Belastung
ergibt sich daraus ein Tiefpass. Nach einigen solcher Stufen (meistens mx. 2 bis 3) muss ein Signal
deshalb stets wieder durch eine "aktive" Gatterschaltung regeneriert werden
Pass-Transistor Transmission Gate
Steuersignal
Quelle / Quelle /
Eingang Eingang
Ausgang Ausgang
Steuersignal Steuersignal
GND GND
Abb. 5.5: Pass-Transistor und Transmission Gate
Insbesondere die Pass-Transistor-Schaltung ist recht hochohmig bzw. schaltet nur recht langsam
vom sperrenden in den leitenden Zustand um. Wesentlich besser in dieser Beziehung ist das
Transmission Gate, bei dem jeweils ein p-Kanal- und ein n-Kanal-Transistor parallelgeschaltet
werden. Diese beiden Transistoren benötigen dann komplementäre Signale zur Ansteuerung.
5.2 Eigenschaften monolithisch integrierter Schaltungen
Digitale Schaltungen, die aus einzelnen diskreten Transistoren aufgebaut waren, wurden vorwiegend
in den 60er Jahren in Rechnern verwendet. Seitdem haben monolithisch integrierte Schaltungen
Einzug gehalten, bei denen mehrere Transistoren (in den ersten Technologien) bis zu Millionen von
Transistoren (seit den 80er Jahren) gemeinsam gefertigt werden. Wir haben im letzten Kapitel bereits
einzelne so gefertigte Transistoren betrachtet.
metal
N-well CMOS Technology gate-oxide
field-oxide
p - bulk
poly-silicon
n-channel p-channel
GND VDD
n+ n+ p+ p+
n-well n-well
p- bulk silicon
n-diffusion
p-diffusion
Abb. 5.6: Monolithisch integrierter Schaltkreis (Schnitt durch einen Inverter in CMOS-
Technologie)
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Auch die Schaltungstechnik, die für monolithisch integrierte Schaltkreise verwendet wird, ist speziell
auf deren Fertigungsmöglichkeiten abgestimmt.
Vorab ist wichtig, dass bei der Fertigung von ICs stets gewisse Toleranzen auftreten. Man wird also
z. B. kaum einen Widerstand von genau 100 Ohm fertigen können, sondern muss stets Streuungen
etwa zwischen 90 und 110 Ohm tolerieren. Der Entwurf muss also stets darauf ausgelegt sein, dass
eine Schaltung auch bei solchen Toleranzen noch funktioniert. Schaltungen, deren Funktion nur bei
Einhaltung absoluter Werte von Bauelementen gewährleistet ist, werden auf dem IC nicht oder
allenfalls mit geringster Ausbeute bei der Fertigung funktionieren. Zulässig und weit verbreitet sind
dagegen Techniken, bei denen die Funktion auf einem festen Verhältnis zwischen zwei Widerständen
oder zwei Kapazitäten beruht. Die Kunst, trotz absolut schwankender Parameter sicher
funktionierende Schaltungen mit stabilen Eigenschaften zu entwerfen, ist insbesondere für analoge
integrierte Schaltungen perfektioniert worden.
Günstig und flächensparend realisieren lassen sich:
- p-n-Dioden gegen das Grundsubstrat, wobei für die Polung eine Vorzugsrichtung existiert, die
durch die Art des Grundsubstrats (p- oder n-) bestimmt ist. Ansonsten werden Dioden oft mittels
Transistoren gebaut.
- Transistoren, wobei in der bipolaren IC-Technologie vorwiegend npn-Transistoren als aktive
Schalter zum Einsatz kommen. pnp-Transistoren sind möglich, sind aber vergleichsweise viel
langsamer und werden aber eher als passive Widerstandselemente verwendet. In MOS-
Technologien werden sowohl n-Kanal als auch p-Kanal-Transistoren als aktive Schalter benutzt.
- Widerstände etwa im Bereich zwischen 1 kOhm und 100 kOhm durch Verwendung von
Transistoren, wobei aber die Widerstandswerte nicht konstant sind. Widerstandswerte bis ca.
100 kOhm sind durch widerstandsbehaftete Leitungen realisierbar.
- Kondensatoren gegen Masse (Grundsubstrat) von unter 0,1 pF.
Transistor mit Substrat- Transistor mit Substrat-
anschluß an Masse anschluß an VDD
(p-Kanal)
(n-Kanal)
VDD
Signalleitung
R =
oder
Signalleitung
GND
Abb. 5.7a: Gut realisierbare integrierte Bauelemente (MOS)
npn-Transistorpnp-Transistor Multi-Emitter-Transistor
(aktiver Schalter)(passiv, NF)
Abb. 5.7b: Integrierte Bauelemente (bipolar)
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Nur schwer realisierbar sind:
- "Schwebende" Dioden zwischen Leitungen
- "Schwebende" Kondensatoren
- präzise Widerstandswerte
- Widerstände unter 100 Ohm (ungenau) und über ca. 100 kOhm
über 1 kOhm
nur
als:
GND
Abb. 5.8: In IC-Technologie bedingt realisierbare Bauelemente
Kaum zu realisieren sind:
- Spulen (Induktivitäten)
- Transformatoren
- große Kapazitäten über ca. 10 pF
- Relais und elektromechanische Komponenten
Induktivität
Übertrager / Transformator
große Kapazitäten
Große Widerstände,
Präzisionswiderstände
Elektromechanische
Bauelemente
Abb. 5.9: In IC-Technologie nicht realisierbare Komponenten
(Induktivitäten sind bedingt möglich)
Zudem existiert für alle integrierten Bauelemente ein gemeinsamer Masse (GND)-Anschluss. Damit
sind Entkopplungen für Gleichspannung, wie man sie in diskret aufgebauten Schaltungen mittels
Kondensatoren oder Spulen (Übertragern) bauen kann, problematisch. Einzelne einer größeren
Schaltung sind nahezu immer galvanisch gekoppelt.
In den meisten Technologien sind auch entweder nur bipolare Transistoren oder nur MOS-
Transistoren verfügbar. Mischtechnologien existieren aber. Bei den bipolaren Transistoren ist für die
(schnelle) Signalverarbeitung fast ausschließlich der npn-Transistor verfügbar, pnp-Transistoren
dienen nur als quasi-statische Bauelemente z. B. als Lastelemente , für Stromquellen etc.
Diese Einschränkungen erscheinen für den Elektroniker, der Schaltungen auf dem "Brett" mit
Komponenten aus der Schublade zu bauen gewohnt ist, schwerwiegend.
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Dem gegenüber stehen handfeste Vorteile:
- geringe Kosten pro aktivem Bauelement
(ein diskret aufgebauter Transistor kostet ca. 0,1 DM, eine Transistorfunktion in einem
hochintegrierten IC ist für 10**-4 DM entsprechend 0,01 Pfg. und weniger zu bekommen)
- ICs haben im Vergleich zu diskreten Schaltungen eine mehrfach höhere Zuverlässigkeit und
Lebensdauer
- Gewicht, Platzbedarf und Leistungsverbrauch pro Transistorfunktion sind um Größenordnungen
niedriger.
Überraschend für den Anfänger ist vielleicht die Tatsache, dass die Zuverlässigkeit einer Schaltung
viel mehr durch die Verbindungsleitungen und Kontakte zwischen aktiven Bauelementen bestimmt
ist als durch diese selbst.
Die Fertigung von ICs ist ein aufwendiger Prozess, der bei modernen Technologien aus hunderten
von Einzelschritten besteht, die wiederum detailliert aufeinander abgestimmt sein müssen. Damit sind
ICs grundsätzlich kostengünstig nur bei Stückzahlen von Tausenden bis Millionen herstellbar.
Einmal gefertigte ICs kann man, falls ein Entwurfsfehler vorliegt, kaum jemals reparieren. Sie
verlangen also eine ganz neue Entwurfstechnologie (siehe Spezialvorlesung ab 6. Semester).
Da das Innere von ICs von außen kaum zugänglich ist , kann man auch nur sehr beschränkt in der
Schaltung messen und prüfen. Deshalb verlangen ICs eine eigene, sehr spezielle Test-Technologie
(Spezialvorlesung gibt es auch).
5.3 Die Silizium-Planartechnik
Seit den 60er Jahren hat sich ein grundlegendes Fertigungsverfahren für integrierte Halbleiter-
schaltungen entwickelt, auf dem die gesamt Mikroelektronik beruht. Man nennt dies die
"Planartechik". Sie ist gekennzeichnet dadurch, dass Halbleiter-Bauelemente massenweise
gleichzeitig mit Hilfe fotomechanischer Abbildungsverfahren gefertigt werde.
Das Ausgangsmaterial ist stets eine Scheibe einkristallinen, hochreinen, an den Oberflächen polierten
Siliziums. Bei einer Dicke von ca. 0,7 mm hat ein solcher "Wafer" einen Durchmesser von bis zu ca.
30 cm. Das Grundmaterial ist, je nach Typ der zu fertigenden Schaltung, entweder schwach p- oder
n-dotiert.
Die verschiedenen Fertigungsschritte benutzen zumeist eine in etwa ähnliche Prozessfolge.
5. Selektives Entfernen der
1. Wafer (nicht maßstäblich)
der belichteten Lackstellen
6. Entfernen der Oxidschicht
2. Oxidation
an den belichteten Stellen
3. Beschichtung mit Fotolack
7. Strippen der Lackreste
4. Selektive Belichtung
8. Selektive Dotierung der
geöffneten Bereiche
Abb. 5.10: Grundlegende Prozess-Schritte der Silizium-Planartechnik
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Am Anfang der Prozessfolge steht stets die Oxidierung der Silizium-Oberflächen. Das Oxid dient als
Maskierungsschicht für eine Anzahl von Prozess-Schritten, weil z. B. bei Behandlung der Oberfläche
des Halbleiters mit einem Dotierstoff (z. B. PH -Gas, Phosphin) der Dotierstoff in eine Silizium-
3
Oberfläche wesentlich schneller eindiffundiert als in eine SiO -Oberfläche. Effektiv geschieht die
2
Diffusion ins SiO so langsam, dass eine solche Schicht das darunter liegende Silizium effektiv
2
abschirmt. Bei einem Dotierungsprozess, der in der Regel bei etwa 1000 Grad Celsius im
sogenannten Diffusionsofen stattfindet, wird als der Dotierstoff zur Bildung p- oder n-leitender
Bereiche gezielt an vorher "geöffneten" Stellen in den Halbleiter eingebracht.
Das selektive Öffnen selbst erfordert einen mehrstufigen Prozess:
Im ersten Schritt wird die Silizium-Oberfläche durch Oxidation mit Sauerstoff der Wasserdampf (bei
1000 Grad C. im Ofen) oxidiert. Man unterscheidet dabei die Trockenoxidation, bei der sich langsam
ein sehr homogenes, hochwertiges Oxid bildet (z. B. auch für Transistor-Gates geeignet) Danach
erfolgt eine Abdeckung mit einem lichtempfindlichen Kunststoff, meistens als "Fotoresist"
bezeichnet.
Die Übertragung von Strukturmustern für z. B. zu diffundierende Bereiche geschieht nun mittels
einer selektiven Belichtung der Oberfläche z. B. durch eine Maske hindurch. Eine Quarzlampe sendet
UV-Strahlung aus, die von einer als Maske wirkenden teilweise geschwärzten Glasplatte nur an den
zu belichtenden Stellen durchgelassen wird. In den meisten Fällen ist der Resist an den belichteten
Stellen anschließend in einem Lösungsmittel leichter löslich als die unbelichteten Teile (Positivlack).
Es gibt aber auch Resist-Sorten, die nur an den belichteten Stellen unlöslich werden. (Negativlack).
Nachdem so zunächst die Oberfläche des Oxids selektiv geöffnet wurde, wird anschließend ein
Ätzmittel verwendet, das nur das Oxid, nicht aber den stehengebliebenen Resist angreift. Meistens
wird zum Ätzen Fluss-Säure (HF) verwendet. Damit wird nun seinerseits das Oxid an den belichteten
Stellen geöffnet. Damit existiert nun das für eine selektive Diffusion benötigte Fenster. Vor der
Diffusion werden aber die stehengebliebenen Lackreste entfernt (gestrippt). Nach dem
Diffusionsvorgang wird sofort wieder oxidiert, damit die behandelte Stelle für weitere Prozess-
Schritte maskiert ist.
Im Verlauf der Herstellung eines ICs ist es einerseits notwendig, p- und n-Dotierungen an
verschiedenen Stellen aufzubringen. Aber auch die Umdotierung eines schwach p-dotierten Bereichs
in ein n-dotiertes Gebiet (und umgekehrt) kann notwendig werden. Besonders kompliziert sind die
Verhältnisse beim integrierten bipolaren Transistor (Abb. 5.11).
E B C
n++ n+ Isolator
P +
n - (epitaktisch)
n++
Grundsubstrat
Abb. 5.11: Integrierter bipolarer Transistor
Dort muss auf ein schwach leitendes Grundsubstrat zunächst die gut leitende "vergrabene Schicht"
aufgebracht werden. Dieser folgt für den Kollektor eine niedriger leitende epitaktische Schicht. Da
man in eine gut leitende Schicht keine schwach leitende derselben Polarität eindotieren kann, muss
auf der Oberfläche eine schwach leitende monokristalline Schicht "aufgewachsen" werden. Diesen
Prozess nennt man Epitaxie. In die Epitaxie-Schicht werden dann die mittelhoch dotierte Basis und
die hoch dotierten Emitter- und Kollektor-Anschlüsse eindiffundiert.
Schließlich ist noch Trennschicht zwischen verschiedenen Transistoren vorzusehen, die entweder aus
einer tiefen p-Diffusion oder einer echten Isolierschicht bestehen kann.
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5.4 Grundschaltungen
5.4.1 Dioden und Transistoren als Bauelemente in ICs
In integrierten Schaltungen werden vorwiegend bipolare npn-Transistoren oder selbstsperrende
MOS-Fets verwendet.
Deren Eingangs-Ausgangs-Verhalten lässt sich etwa so beschreiben:
I = I * e(UBE/UT) (1 + U /U ) , I = I / B
C S CE A B C
für den bipolaren Transistor.
I = K/2 (U -U )2* (1 + U / U ) , I = 0
D GS th DS A G
für den MOSFET im Abschnürbereich oder Sättigungsbereich.
Dabei ist K der sogenannte Transduktanz-Koeffizient, der als Maß für die Steigung der
Übertragungskennlinie gelten kann. Mit:
K = m C’ *W / L
n ox
Es gehen also ein: Die Beweglichkeit der Ladungsträger (hier für den n-Kanal), die Oxid-Kapazität
am Gate, die Weite und die Länge der Kanal-Zone.
In beiden Strom-Spannungs-Gleichungen kommt jetzt die Early-Spannung U vor, die man auch
A
beim MOSFET in Analogie zum Bipolaren Transistor definiert und die hier wie dort den Einfluss der
variablen Sperrschicht-Weiten mit der Spannung abdeckt. Diese Konstante liegt beim MOSFET bei
ca. 20 bis 100 V.
Natürlich sind diese recht groben Gleichungen viel zu ungenau, um beim tatsächlichen
Schaltungsentwurf die Transistoren genau zu dimensionieren. Die in den Simulationsprogrammen
wie SPICE oder PSPICE verwendeten Parameter müssen viel genauer sein.
Beim Entwurf von Bauelementen und Baugruppen in integrierten Schaltungen kann man nicht
beliebige Größen z. B. der Kanallänge angeben, sondern man ist an Vorgaben des Schaltungs-
herstellers gebunden. Meistens ist eine minimale Transistor-Größe bezüglich z. B. effektiver Kanal-
Länge und Kanal-Breite vorgegeben, die man fast beliebig überschreiten, aber nicht unterschreiten
darf. Oft werden auch die Simulationsparameter auf eine solchen Einheits-Transistor bezogen.
Typischerweise sind für den Entwurf verfügbar:
a) in bipolaren Technologien: npn-Transistoren für die Signalverarbeitung
pnp-Transistoren nur für statischen Einsatz in Stromquellen etc.
b) in MOS-Technologien: selbstsperrende n-Kanal-Transistoren
selbstsperrende p-Kanal-Transistoren.
MOS-Technologien, die auch selbstleitende p-Kanal-Transistoren
anbieten,
waren früher üblich, sind heute aber eher die Ausnahme.
Beim Entwurf ist stets davon auszugehen, dass die Fertigungsparameter wie Kanallängen,
Schichtdicken usw. und damit auch die elektrischen Parameter wie z. B. die Steilheit zwischen 2
Fertigungsläufen um 10-20% schwanken können. Dagegen sind sie Schwankungen zwischen in
einem „run“ oder gar auf einem Chip nominal mit gleichen Eigenschaften gefertigten Bauelementen
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recht gering. Man kann beim Entwurf z. B. davon ausgehen, dass ein als „doppelt breit“ entworfener
Transistor auch ziemlich genau doppelt so breit ist wie der Standard-Transistor.
Zunächst überraschend ist, dass man in integrierter Schaltungstechnik auch die Dioden oft über
Transistoren realisiert.
A A
A
K K K
normale Diode npn-Diode pnp-Diode
Abb. 5.12: Dioden in integrierten bipolaren Schaltungen
A A
A
K K K
normale Diode n-Kanal-Diode p-Kanal-Diode
Abb. 5.13: Dioden in integrierten MOS-Schaltungen
Die bipolare Diode, die aus einem Transistor mit kurzgeschlossener Basis-Kollektor-Strecke besteht,
wird auch als „Transdiode“ bezeichnet. Die npn- und die pnp-Transdiode haben nochmals
unterschiedliche Eigenschaften. Man benötigt solche Dioden speziell für Strom-Spannungs-
Wandlung und Strom-Skalierung. Man kann damit, entsprechend den Transistoren, auch
Transdioden mit skalierter Größe bauen. Solche Dioden werden häufig in Schaltungen zur Strom-
Spannungs-Wandlung eingesetzt: Die eigentliche Mess-Größe ist ein Strom, benötigt wird aber eine
Strom-proportionale Spannung, ohne (wie bei einem Mess-Widerstand) den Kreis, in dem die
Messgröße auftritt, massiv zu beeinflussen.
A A
I
D
I
I C I
I = 0 I = 0
B G
U
U
K
K
Abb. 5.14: Strom-Spannungs-Wandlung mit Skalierung
In der Schaltung mit bipolaren Transistoren fließt zunächst durch den rechten Transistor der Strom I.
Nach der Dioden-Gleichung gilt dafür:
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Description:Deshalb sind mehrstufige Schaltungen, wenn sie auf dem IC realisiert . Das Grundmaterial ist, je nach Typ der zu fertigenden Schaltung, entweder