Schaltungstechnik

6.4 Digitale Anwendungsschaltungen mit MOSFETs 425
5,0V
2,5V
0V
1,0mA
0A
-1,0mA
500mV
0V
-500mV
u phi1 u phi2
i C1
u 3
u 2
i C2
2s 6s 10s 14s 18s
Bild 6.4-29: Ergebnis der TR-Analyse mit gedehntem Zeitmaßstab
Zunächst sind bei t = 0 die beiden NMOS-Transistoren gesperrt. Die Ausgangsspannung
u 2 ist Null, da zum Kondensator C2 noch keine Ladung transferiert
wurde. Die Eingangsspannung U 1 = 0,5V teilt sich je zur Hälfte auf die beiden
gesperrten NMOS-Transistoren auf. Bei t = 1s wird M1 durchgeschaltet. Die Eingangsspannung
U 1 = 0,5V liegt nun am Kondensator C1 bzw. an Knoten 3. Der
Kondensator C1 wird aufgeladen, es wird ihm eine Ladung in Höhe von:
=
Q1 C1 U1; (6.4-21)
zugeführt. Es fließt ein entsprechender mittlerer Ladestrom bezogen auf die Schaltperiode
T:
I = Q1 T;
(6.4-22)
Bei t = 2s ist der NMOS-Transistor M1 wieder abgeschaltet. Der Kondensator C1
hält die Ladung bzw. Spannung. Bei t = 3s wird M2 durchgeschaltet. Die Ladung
von C1 verteilt sich nunmehr auf C1 und C2. Damit ergibt sich folgende Spannung
an C2 bzw. an Knoten 2 bei konstanter Ladung:
Q1 = C1+ C2 U2; (6.4-23)
Aufgrund der im Beispiel gegebenen Werte für C1 und C2 erhält man für U2 eine
Spannung von 0,5V/5 = 0,1V. Bei t = 4s wird der NMOS-Transistor M2 wieder
abgeschaltet. Der Kondensator C1 und der Kondensator C2 hält die Spannung von
U2 = 0,1V.
Bei t = 5s erfolgt ein erneutes Durchschalten von M1. Dem Kondensator C1
wird eine weitere Ladungsmenge
Q1 =
C1 U1– U2; (6.4-24)