Schaltungstechnik

386 6 Funktionsschaltungen mit FETs
6.3 Anwendungsschaltungen mit Feldeffekttransistoren
Es erfolgt eine Einführung in wichtige Funktionsprimitive und Funktionsschaltungen
mit Feldeffekttransistoren und deren systematische Analyse. Darüber hinaus
werden Anwendungsschaltungen und gängige Verstärkerschaltungen mit aktiven
Lastkreisen behandelt. Im Vergleich zum Bipolartransistor weist der Feldeffekttransistor
folgende Eigenschaften auf:
geringere Steilheit, d.h. bei gleichem Arbeitspunktstrom weniger Verstärkung;
größerer Spannungsbedarf wegen UDSP > UCE,sat; wesentlich hochohmiger am Eingang;
rauschärmer (u.a. wesentlich geringerer Bahnwiderstand im Steuerkreis).
Als Anwendungen für den Feldeffekttransistor ergeben sich folgende Bereiche:
Rauscharme Vorverstärker;
Sensorverstärker mit hochohmigem Eingang;
Ausnutzung des linearen Bereichs: elektronisch steuerbarer Widerstand;
Ausnutzung der quadratischen Kennlinie: Mischeranwendungen;
MOSFET mit sehr geringer Stromaufnahme: Digitale Schaltkreise.
6.3.1 Verstärkerschaltungen mit Feldeffekttransistoren
Behandelt werden die wichtigsten Verstärkerschaltungen in Sourcegrundschaltung,
Gategrundschaltung und Draingrundschaltung. Der Verstärkerbetrieb erfordert
einen Arbeitspunkt im „Stromquellen“-Betrieb.
Verstärkergrundschaltungen: Je nach Ansteuerung und nach Abnahme der
Ausgangsspannung unterscheidet man die nachstehend beschriebenen Grundschaltungen.
Als erstes wird die Source-Grundschaltung betrachtet. Der Source-Grundschaltung
liegt ein hoher Eingangswiderstand zugrunde und wegen des
„Stromquellen“-Betriebs des Transistors liegt der Innenwiderstand am Ausgang
des Verstärkers im Bereich einiger 100k. Die Verstärkung ist gm R
L . Aufgrund
der geringeren Steilheit ergeben sich nur mit hohen Lastwiderständen signifikante
Verstärkungen. Bei der gegebenen Beschaltung ist jedoch aufgrund der Aussteuerbarkeit
der Lastwiderstand RD,opt wegen des Arbeitspunktes für „Stromquellen“-
Betrieb deutlich begrenzt.
Experiment 6.3-1: SourceGS – Verstärkungsfrequenzgang
In dem Beispiel, das dem Experiment zugrundeliegt (Bild 6.3-1) beträgt die Steilheit
im Arbeitspunkt gm = 1/430. Somit ergibt die Abschätzung für die Verstärkung
mit gm R
L =
5000 430
12 einen Wert, der sehr gut mit dem
Simulationsergebnis (Bild 6.3-2) übereinstimmt. Zur Begrenzung der Bandbreite
wurden für die Kapazitäten Cgd und Cgs reale Werte eingesetzt. Selbstverständlich
kann für die Verstärkerschaltung eine Rauschanalyse durchgeführt werden. In