Schaltungstechnik

6.4 Digitale Anwendungsschaltungen mit MOSFETs 421
Um den Bogen zurück zur Analogtechnik zu spannen, wird ein CMOS-Inverter
so beschaltet, dass der Arbeitspunkt in der Weise sich einstellt, dass ein Verstärkerverhalten
gegeben ist. Es lassen sich somit mit einem Digitalschaltkreis bei geeigneter
Beschaltung Verstärkereigenschaften realisieren. Bild 6.4-23 zeigt einen
CMOS-Inverter mit Parallelgegenkopplung. Durch den Widerstand R2 im Rückkopplungspfad
entsteht selbstzentrierend ein geeigneter Arbeitspunkt für den Verstärkerbetrieb.
0
R1
5k
Bild 6.4-23: CMOS-Inverter als parallelgegengekoppelter Verstärker
C1
10u
3
In einem ersten Experiment wird für die Testschaltung von Bild 6.4-23 der
Arbeitspunkt bestimmt. Die Transistoren M1 und M2 sind so dimensioniert, dass
sie gleiche Stromergiebigkeit aufweisen, somit muss bei 5V Versorgungsspannung
der Arbeitspunkt am Ausgang bei 2,5V liegen.
Wie bereits erwähnt, ist der CMOS-Inverter mit R2 parallelgegengekoppelt. Zur
DC-Entkopplung muss am Eingang C1 eingefügt werden. Die Bestimmung des
Arbeitspunktes erfolgt durch DC-Analyse. Das Ergebnis der DC-Analyse zeigt
Bild 6.4-24. Bei zwei Transistoren sind zwei Netzwerkgleichungen so zu formulieren,
dass nur Ströme und Steuerspannungen auftauchen. Die zwei Netzwerkgleichungen
lauten für die Schaltung in Bild 6.4-23:
– UGS
M2 + UGS M1 = 5V;
(6.4-18)
IDM2 =
V1 1
+ -
ID M1;
Bei M1 = M2 ist wegen der Symmetrie UGS M1 = UGS M2 =
25V ; der
Arbeitspunkt liegt also damit genau dort, wo Verstärkung gegeben ist. Zunächst
soll durch DC-Analyse der Testschaltung im folgenden Experiment dieser Sachverhalt
bestätigt werden.
Experiment 6.4-11: CMOSVER – DC-Analyse und AC-Analyse des Verstärkers
im Arbeitspunkt mit dem SimulationProfile „DC“ und „AC“.
R2
200k
M2
PMOS
M1
NMOS
0
DC = 5V
KP = 5u
W = 160u
L = 2u
VTO = -1V
2
KP = 10u
W = 80u
L = 2u
VTO = 1V
VDD
C2
1p
+ -
0
0