Schaltungstechnik

6.4 Digitale Anwendungsschaltungen mit MOSFETs 407
NMOS-Inverter mit selbstsperrendem NMOS-Transistor als Lastkreis: In
Abwandlung des NMOS-Inverters M1 mit ohmscher Last wird der Lastwiderstand
durch einen selbstsperrenden NMOS-Transistor M2 ersetzt. Der Drainanschluss
von M1 wird mit dem relativ niederohmigen Eingangswiderstand am Sourceanschluss
von M2 belastet. Der Transistor M2 arbeitet wegen U GS,M2 = U DS,M2 im
„Stromquellen“-Betrieb, wenn er Strom zieht, da hierbei U DS,M2 > U DSP,M2 =
U GS,M2 –U P,M2 ist. Allerdings „sieht“ der Transistor M1 nicht den Innenwiderstand
der Stromquelle, sondern den Eingangswiderstand am Sourceanschluss. Der Eingangswiderstand
am Sourceanschluss ist mit 1/g m,M2 relativ niederohmig. Wählt
man die Stromergiebigkeit von M2 deutlich niedriger, so ergibt sich eine geringere
Steilheit und damit ein hochohmigerer Lastkreis. Aufgrund dieser Überlegung
müssen die beiden NMOS-Transistoren unterschiedlich dimensioniert werden.
Zunächst wird in einem Experiment die Übertragungskennlinie von M2 ermittelt.
In einem weiteren Experiment erfolgt die Ermittlung der DC-Übertragungskennlinie
des Inverters. Bild 6.4-5 zeigt die Testschaltung für einen NMOS-
Inverter M1 mit selbstsperrendem NMOS-Transistor M2 im Lastkreis. In Bild 6.4-
7 ist das Ergebnis der DC-Übertragungskurve dargestellt. Auch hier ergeben sich
drei Bereiche. Im Beispiel ist bei U1 < 1V der Transistor M1 gesperrt, die Ausgangsspannung
ist dann gleich der Versorgungsspannung vermindert um die
Schwellspannung von M2. Aufgrund eines, wenn auch sehr kleinen Laststroms,
stellt sich an M2 ein Spannungsabfall U DS,M2 = U GS,M2 = 1V ein, ansonsten würde
bei M2 kein Strom fließen. Sobald U1 > 1V wird, zieht der Transistor M1 Strom.
Zunächst ist U DS groß genug, so dass der Transistor M1 als Stromquelle arbeitet.
Der Lastwiderstand für M1 ist 1/g m,M2. Ist die Steilheit von M2 deutlich geringer,
so ergibt sich ein relativ steiler Abfall von U 2 bei zunehmendem U1, bis die Spannung
U DS,M1 = U 2 < U 1 – U P,M1 wird, wo der Transistor M1 in den Widerstandsbetrieb
übergeht.
Bild 6.4-5: NMOS-Inverter mit selbstsperrenden NMOS-Transistor als Lastkreis
Experiment 6.4-4: NMOSINV2_M2selbstsperr_M2Kennl
Experiment 6.4-5:NMOSINV2_M2selbstsperr_M1 mit aktiver Last; M2
selbstsperrend.