Integrierte Schaltungen sind komplexe Schaltungen, die auf einem Halbleitersubstrat realisiert sind. Sie sind damit eine wesentliche Erleichterung für den Aufbau von elektronischen Schaltungen.
AC601: Eine integrierte Schaltung ist ...
Abbildung NEA-8.13.1: Kurzwellensender TinyWhisper der JKU Linz und JMU Würzburg realisiert als integrierte Schaltung in 130nm CMOS-Technologie
Als spezielle Klasse der integrierten Schaltkreise gibt es die Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). Sie vereinen dabei sowohl aktive wie auch passive Bauelemente auf dem gleichen Substrat. Diese werden typischerweise für eine Ein- und Ausgangsimpedanz von $\qty{50}{\ohm}$ ausgelegt. Mit ihnen ist eine hohe breitbandige Verstärkung mit wenigen Bauteilen möglich.
AC602: Welche Bauteile sind in einem Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) enthalten?
AC603: Welchen Vorteil hat ein Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) gegenüber einem diskreten Transistorverstärker?
AC604: Was ist typisch für einen Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)?
Zur Berechnung der Aufgaben aus der Prüfung ist es hilfreich, die Schaltung aus Abbildung NEA-8.13.2 zunächst genauer zu betrachten.
Die Kondensatoren $C_1$ und $C_3$ dienen als Koppelkondensatoren. Sie lassen HF-Signale passieren, sperren jedoch Gleichspannung. Dadurch wird verhindert, dass Gleichspannungen zwischen den einzelnen Schaltungsstufen übertragen werden und den Arbeitspunkt beeinflussen.
Die Drossel in der Betriebsspannungsleitung $U_\mathrm{CC}$ verhindert, dass HF-Signale über die Spannungsversorgung abfließen können. Für Hochfrequenz besitzt die Drossel einen hohen Widerstand und wirkt daher als Sperre. Der Kondensator $C_2$ dient zur HF-Abblockung der Versorgungsspannung. Er leitet verbleibende HF-Anteile gegen Masse ab und sorgt dafür, dass die Versorgungsspannung HF-mäßig stabil bleibt. Zusammen mit der Drossel bildet er eine HF-Entkopplung der Betriebsspannung. Diese Schaltung lernen wir später noch als „Bias-T“ kennen.
Eine Besonderheit vieler MMICs besteht darin, dass die Versorgungsspannung über den Ausgang zugeführt wird. Der Widerstand $R_\text{BIAS}$ stellt dabei den Arbeitspunkt des MMIC ein.
Abbildung NEA-8.13.2: MMIC-Schaltung
Abhängig von der Aufgabenstellung kann aus dem Spannungsabfall über dem MMIC zunächst der Spannungsabfall über dem Widerstand $R_\text{BIAS}$ bestimmt werden. Mit dem bekannten Widerstandswert lässt sich anschließend der Strom durch die Schaltung berechnen. Derselbe Strom fließt auch durch den MMIC, sodass sich daraus beispielsweise die thermische Verlustleistung bestimmen lässt.
Die folgenden Aufgaben lassen sich daher sehr ähnlich zu den bereits bekannten Schaltungen mit Bipolartransistoren lösen.
AF425: Der optimale Arbeitspunkt des dargestellten MMIC ist mit 4 V und 10 mA angegeben. Die Betriebsspannung beträgt 13,5 V. Berechnen Sie den Vorwiderstand ($R_\text{BIAS}$).
AF426: Berechnen Sie $R_\text{BIAS}$ für die dargestellte MMIC-Schaltung und wählen Sie den nächsten Normwert. $U_\text{CC}$ = 13,8 V; $U_\text{D}$ = 4 V; $I_\text{D}$ = 15 mA
