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Verknüpfungsglieder der MOS-Unterfamilien sind mit MOS-Feldeffekt-Transistoren aufgebaut.
Diese Art von Transistor benötigt fast keine Steuerleistung, haben eine sehr kleine Bauform und sind einfach herzustellen. Die Kapazitäten des MOS-FETs sind jedoch für lange Schaltzeiten verantwortlich. Und sie sind empfindlich gegen statische Aufladungen, die zur Zerstörung der Bauteile führen kann. Deshalb sind bei der Verarbeitung von MOS-Schaltungen besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
PMOS
In den Verknüpfungsgliedern der PMOS-Unterfamilie werden selbstsperrende p-Kanal-MOS-Feldeffekt-Transistoren verwendet. Widerstände werden durch Feldeffekt-Transistoren mit besonderen Eigenschaften ersetzt.
PMOS-Glieder arbeiten langsam aber Störsicher und benötigen eine große negative Betriebsspannung (-9..-20 V).
NMOS
In den Verknüpfungsgliedern der NMOS-Unterfamilie werden selbstsperrende n-Kanal-MOS-Feldeffekt-Transistoren verwendet. Eine andere Halbleitertechnologie ermöglicht eine Signallaufzeit wie bei Standard-TTL-Gliedern (10 ns). Durch eine Betriebsspannung von 5 V sind die NMOS-Glieder zu TTL-Gliedern kompatibel.
CMOS
Die übliche Bezeichnung CMOS ist die Abkürzung von Complementary
Symmetry-Metal Oxide Semiconductor. Die deutsche Übersetzung dazu lautet
Komplementär-symmetrischer Metall-Oxid-Halbleiter.
In den Schaltgliedern dieser MOS-Unterfamilie werden nur selbstsperrende MOS-FETs verwendet.
Der Leistungsbedarf der CMOS-Glieder ist extrem niedrig (bis 10 nW) und hängt hauptsächlich von der Umschalthäufigkeit (max. 50 MHz) ab.
Wegen der festlegbaren Betriebsspannung von +3 V bis +15 V und ihrer großen Integrationsdichte haben die CMOS-Glieder ein großes Anwendungsgebiet erobert.
Vergleich: MOS-Schaltkreisfamilie
Unterfamilie
PMOS
NMOS
CMOS
Betriebsspannung
-9 bis -12V
+5V
+3 bis +15V
Leistung je Glied bei L-Pegel
6 mW
2 mW
5 bis 10 mW
Leistung je Glied bei H-Pegel
0 mW
0 mW
Signallaufzeit/Schaltzeit
40 ns
5 ns
8 ns
Größte Schaltfrequenz
10 MHz
80 MHz
50 MHz
Störspannungsabstand
5V
~2V
2V
Sicherheitsmaßnahmen im Umgang mit CMOS-ICs
Verarbeitungsraum mit elektrisch leitfähigem Fußbodenbelag
Arbeitstisch mit leitfähigem und geerdetem Belag
Arbeitskleidung aus Kunststoff vermeiden
Manschette am Handgelenk, die über eine flexible Leitung geerdet ist
MOS-Bausteine nicht verlöten, sondern über Sockel in die Schaltung einbauen
CMOS in der Praxis
Die Spannungsbereiche für die Ein- und Ausgangspegel bei CMOS-ICs sind von der Höhe der Betriebsspannung abhängig. Die ICs werden meist mit 5 V oder mit 10 V bzw. 12 V betrieben.
Werden in einer Schaltung gleichzeitig CMOS- und TTL-ICs eingesetzt, wird eine Betriebsspannung von 5 V benötigt. Sind in einer Schaltung aber nur CMOS-ICs, wird meist eine Betriebsspannung von 10 V gewählt. CMOS-ICs weisen vor allem wegen des hohen Störabstandes eine größere Betriebssicherheit auf.
Wichtige schaltungstechnische Maßnahmen:
Bei CMOS-ICs müssen alle Eingänge, auch die von nicht benutzten Gattern, beschaltet werden.
Die Eingänge müssen eindeutig mit H- oder L-Pegel beschaltet werden.
Die Kenndaten der Schaltkreisfamilien LS-TTL und CMOS im Vergleich
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