HF-starke Halbleiterrelais für die Messtechnik

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Was „Low C×R MOSFETs“ sind und was sie bringen

Durch die Bezeichnung „Low C×R“ soll verdeutlicht werden, dass bei diesen MOSFETs der Ausgangswiderstand und die Ausgangskapazität der Transistoren sehr gering ist. Einsatzbereiche sind Kleinsignalanwendungen z.B. im Bereich der Medizin-, Mess- oder Kommunikationstechnik, bei denen hohe Frequenzen übertragen werden.

Bei allen LowCxR-Relais übernehmen ausgangsseitig zwei DMOSFETs die eigentliche Schaltfunktion. Jeder DMOSFET definiert sich über einen Ausgangswiderstand und eine Ausgangskapazität. Die Lastseite kann durch ein einfaches Ersatzschaltbild (ESB) beschrieben werden, wobei dem Lastwiderstand RL zunächst keine Aufmerksamkeit geschenkt wird (Bild 2).

Der Ausgangswiderstand R_out übernimmt dabei die eigentliche Schaltfunktion. Ohne Ansteuerung des Transistors hat dieser Widerstand einen typischen Wert im Bereich von mehreren GΩ. Sobald die Ansteuerung am Gate erfolgt, geht dieser Widerstand abrupt in einen niederohmigen Zustand über und sinkt je nach Type auf wenige mΩ.

Die Ausgangskapazität C_out bestimmt die Kapazität zwischen Drain und Source bei kurzgeschlossenem Eingang und berechnet sich aus den parasitären Kapazitäten. Zur Realisierung von „Low C×R“-MOSFETs mit niedriger Ausgangskapazität C_out sind die Drain-Source- und die Drain-Gate-Kapazitäten (CDS und CDG) möglichst klein zu halten. Dies wird erreicht durch ein optimiertes Design der MOSFET-Strukturen. Vergleicht man die typischen Kenndaten von Standard- und „Low C×R“-MOSFETs, liegt die Ausgangskapazität der „Low C×R“-Typen im Bereich von wenigen pF, Standard MOSFETs weisen je nach Type bis zu einigen µF auf.

Die Ausgangskapazität beeinflusst maßgeblich das Frequenzverhalten des Transistors. Die Übertragungsfunktion verhält sich ähnlich einem Hochpass erster Ordnung, wodurch hohe Frequenzen unverändert übertragen werden und lediglich bei tiefen Frequenzen eine Abschwächung erfolgt.

Allgemein gilt: Je größer das Produkt aus Ausgangskapazität C_out und Ausgangswiderstand R_out des Transistors ist, desto schlechter sind die Isolationseigenschaften hin zu höheren Frequenzen.

Relaistechnik

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