Schaltung mit 2 N-Kanal Mosfet

Garnicht, da Iout nicht bekannt ist und Vout hängt von Vin ab.

Garnicht, es gibt jede Menge verschiedener Typen von Transistoren die sich alle anders verhalten. Schau ins Datenblatt, da gibt es grafisch dargestellte Kennlinienfelder, da kannst du daß Verhalten ablesen.

Christoph M. schrieb:

WaWie könnte man den Querstrom und die Ausgangsspannung dieser Schaltung berechnen?

Sie hängt offenbar von der Ansteuerung von M2 ab.

Es ist die übliche NMOS Schaltung mit M1 als pull up Widerstand bzw. Konstantstromquelle.

Man stellt das Verhalten über die Dotierung (und damit UGSth und RDSon) passend zur Betriebsspannung ein.

Christoph M. schrieb:

Wie könnte man den Querstrom und die Ausgangsspannung dieser Schaltung berechnen?

Der Querstrom wird von M2 nach seiner Eingangskennlinie Id=f(Ugs) bestimmt. Sobald Strom fließt, ist der Spannungsabfall über M1 genau so groß wie Ugs(M2), weil der Strom durch M1 gleich dem durch M2 sein muss und dazu die Ugs(M1) = Uds(M1) = Ugs(M2) sein muss.

Obelix X. (obelix) 19.03.2025 09:21

Garnicht, da Iout nicht bekannt ist und Vout hängt von Vin ab.

Also Vout=f(Iout,Vin). Wie lautet f(Iout,Vin)? Mir reicht Iout=0.

Arno R. (arnor)

Der Querstrom wird von M2 nach seiner Eingangskennlinie Id=f(Ugs) bestimmt.
Das Problem ist ein wenig, dass Uds von M2 mit zunehmenden Strom sinkt und der Widerstand von M1 nicht konstant ist.

Christoph M. schrieb:

Das Problem ist ein wenig, dass Uds von M2 mit zunehmenden Strom sinkt

Wie sich Uds verhält, hatte ich geschrieben:

Arno R. schrieb:

Ugs(M1) = Uds(M1) = Ugs(M2)

Also: Uds(M2) = Vcc - Ugs(M2) bzw. Vout = Vcc - Vin

und der Widerstand von M1 nicht konstant ist.

Der ist gleich dem Rds(M2). (Kanallängenmodulation mal vernachlässigt)

Wie sich Uds verhält, hatte ich geschrieben:

Das war mir schon klar. Ich versuche ein Modell von typischen N-Kanal Transistoren zu finden, wie sie sich in den CMOS ICs der 40er oder 74er Reihe finden. Im Anhang mal eine Simulation der obigen Schaltung.

Ich habe ein wenig mit den Werten des Modells herumgespielt und die Stromwerte scheinen mir für dieses Modell einigermaßen zu passen:

1

.model CMOSN nmos (kp=20u vt0=0.786 lambda=20m l=10u w=200u)

Eine Kanalbreite von 200um, also 0.2 mm scheint mir extrem hoch und weiß nicht, ob das in sowas reinpasst:
https://zeptobars.com/en/read/CD4049-cmos-inverter-metal-gate
Die Strukturen sind dort glaube ich kleiner. Was mich auch wundert: Sucht man in der LtSpice Datenbank nach N-Kanal Fets, gibt es kaum welche mit einem so kleinen vth ( wie hier 0.786 ).

Hier gibt es einen 74HC04 Die Shot:
https://www.richis-lab.de/HDD_Seagate_ST-177I.htm#74HC04
Leider sind keine geometrischen Angaben dabei.

Michael B. (laberkopp) 19.03.2025 09:25

Es ist die übliche NMOS Schaltung mit M1 als pull up Widerstand bzw. Konstantstromquelle.

Das sieht nicht wie eine Konstantstromquelle aus.

von Christoph M. schrieb:

Das sieht nicht wie eine Konstantstromquelle aus.

Wenn du eine Konstantstromquelle haben willst, must du Ugs konstant halten.

Siehe Anhang Seite 6/14 das 5.Bild Figure 6.

Wenn du eine Konstantstromquelle haben willst, must du Ugs konstant halten.
Will ich ja gar nicht. Mir geht es ja darum die Schaltung zu analysieren und die Behauptung von Michael B. (laberkopp) war, dass der obere Transistor eine Konstantstromquelle repräsentiert. Die Kennlinien zeigen: das ist falsch.

So ein Mist, jetzt funktionieren alle meine alten NMOS-Chips nicht mehr...
Ok, ich verstehe es nicht. Die Simulation oben
https://www.mikrocontroller.net/attachment/664407/keineKonstantstromquelle.png zeigt ja keinen konstanten Strom. Was mache ich falsch?

Falsch modelliert.
Wo soll der Fehler sein?

Monolithic MOSFET:

Ich habe mal ein komplexeres Modell verwendet.
Aber wie erwartet:

Es ist keine Konstantstromquelle.

Eher in einem beschränkten Arbeitsbereich ein Widerstand.
Wer anderes behauptet, möge es anhand eines Modells mit beliebigem NMOS-Fet zeigen.

So ein Mist, jetzt funktionieren alle meine alten NMOS-Chips nicht mehr...

Die funktionieren aber trotzdem. Dank der Widerstände.

Und wieder völlig daneben. Mit den Parametern eines VMOSFET kann man einen MOSFET mit separatem Bulk eben nicht beschreiben.

Na dann zeig mal deine Konstantstromquelle.

Hier ein Erklärungsversuch, warum alle eine Stromquelle oberen Transistor sehen wollen.

Im angehängten Bild sieht man eine Inverter-Schaltung mit selbstleitendem Transistor im oberen Zweig. Diese Schaltung scheint bei N-Mos Schaltungen üblich zu sein, wie in diesen Slides zu sehen:

https://ece424.cankaya.edu.tr/uploads/files/Chap16-1-NMOS-Inverter.pdf

Der selbstleitende Transistor wirkt als Konstantstromquelle.

Die Fragestellung in diesem Thread bezieht sich allerdings auf die Schaltung im Eingangs-Post und dort ist mit voller Absicht ein selbstsperrenden Mosfet (enhancement Type) eingezeichnet. Und der stellt keine Konstantstromquelle dar.

H. H. (hhinz) 21.03.2025 09:23

Schau doch mal sein Kennlinienfeld an, Ids über Uds. Was stellen da wohl waagerechte Bereiche dar...

Ich denke, ID ist die fallende Gerade im angehängten Bild (genauer: die Schnittpunkte mit den Sättigunskennlinien)

Man sieht sie auch so ungefähr in der Simulation:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/664453/NMos_als_Widerstand.png

Christoph M. schrieb:

Es ist keine Konstantstromquelle.

Eher in einem beschränkten Arbeitsbereich ein Widerstand.

Ja, in etwa ein Widerstand mit einer Z-Diode in Reihe. Der High-Pegel liegt bei max 3,5V, also ähnlich TTL. Der Vorteil des NMOS gegenüber einem Widerstand ist der geringere Platzbedarf und die einfachere Herstellung.

So ein NMOS P8031 setzte 1W (0,2A [5V]) um und wurde recht heiß. Die Quarzfrequenz hatte kaum einen Einfluß. Als ich was mit dem 8031 programmierte, dachte ich erst, er sei defekt.

Peda

liegt bei max 3,5V, also ähnlich TTL. Der Vorteil des NMOS gegenüber einem Widerstand ist der geringere Platzbedarf und die einfachere Herstellung.

Ja, das passt gut zu den Folien.

Christoph M. schrieb:

Peda

liegt bei max 3,5V, also ähnlich TTL. Der Vorteil des NMOS gegenüber einem Widerstand ist der geringere Platzbedarf und die einfachere Herstellung.

Ja, das passt gut zu den Folien.

Ist allerdings völliger Humbug.

H. H. schrieb:

Peter D. schrieb:

Der Vorteil des NMOS gegenüber einem Widerstand ist der geringere Platzbedarf und die einfachere Herstellung.

Aua!

Naja, mit dem geringeren Platzbedarf von NMOS-Transistoren verglichen mit Widerständen auf Chips könnte er Recht haben. Die Widerstandwerte auf ASICs sind nicht so hoch, z.B.: NWELL 1000 Ohm / square ACTIVE (N+ oder P+) 100 Ohm / square Poly (mit Silicide) 10 Ohm / square

Siehe Seite 26: https://sus.ziti.uni-heidelberg.de/Lehre/WS_VLSI/VLSI_Fischer_06_ComponentsLayout.pdf

Bernhard K. (bkom) 21.03.2025 21:51

Siehe Seite 26: https://sus.ziti.uni-heidelberg.de/Lehre/WS_VLSI/VLSI_Fischer_06_ComponentsLayout.pdf

Danke für die sehr guten Folien. Das hilft sehr, die Die-Shots besser zu verstehen. Dass auf den Chips W>L ist hatte ich schon beim Betrachten des Die-Shots hier vermutet:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/663456/cd4049_Silicon.png

Naja, mit dem geringeren Platzbedarf von NMOS-Transistoren verglichen mit Widerständen auf Chips könnte er Recht haben. Die Widerstandwerte auf ASICs sind nicht so hoch, z.B.:

Die Aussagen könnten sich vielleicht auf die Zeiten beziehen, in denen N-Mos noch aktuell war.

Hier die CPU des Intel4004:
https://alumni.media.mit.edu/~mcnerney/2009-4004/i4004-schematic.gif

Hier hatte einer den Intel4004 mit Transistoren nachgebaut:
https://vintagecomputerfestival.ch/exponat-intel-4004-de/

Das interessante an den Transistoren des Nachbaus ist: sie sind 4 polig, weil der Bulk-Anschluss zum exakten Nachbau des Originals notwendig war. Leider finde ich die exakte Bezeichnung der verwendeten Transistoren nicht, sonst würde ich mal damit experimentieren.

Christoph M. schrieb:

Das interessante an den Transistoren des Nachbaus ist: sie sind 4 polig, weil der Bulk-Anschluss zum exakten Nachbau des Originals notwendig war. Leider finde ich die exakte Bezeichnung der verwendeten Transistoren nicht, sonst würde ich mal damit experimentieren.

Gibt es praktisch nicht (mehr). Außer natürlich als (CD)4007. Früher hat a es wohl tatsächlich eine Handvoll Typen gegeben. Mittlerweile finde ich einen p-Kanal Typ, aber die meisten Distributoren haben den nicht.

https://www.google.com/search?q=mosfet+with+separate+bulk+pin

Krass 6.96€ bei Mouser für einen im TO-Gehäuse .. 5.61€ bei Digikey für die SMD-Version: SST211 SOT-143 4L ROHS

Hier noch mal eine Simulation der "Sonderstromquelle" mit einem Transistormodell eines CD4007 von hier:

https://people.rit.edu/lffeee/CD4007_SPICE_MODEL.pdf

von Christoph M. schrieb:

Hier noch mal eine Simulation der "Sonderstromquelle"

Diese Schaltung ist keine Konstantstromquelle und wird es auch nicht werden.

Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l) 23.03.2025 14:40

Diese Schaltung ist keine Konstantstromquelle und wird es auch nicht werden.

Doch, doch: es ist eine Sonder-Konstantstromquelle im Trump'schen Sinne.
Beitrag "Re: Schaltung mit 2 N-Kanal Mosfet"
Habe ich hier gelesen und wurde bis jetzt sieben mal "geliked".

Christoph M. schrieb:

Doch, doch: es ist eine Sonder-Konstantstromquelle im Trump'schen Sinne. Beitrag "Re: Schaltung mit 2 N-Kanal Mosfet"

Man kann sich irgendeinen alten NMOS-IC nehmen, den Ausgang auf high setzen und mal die Ausgangskennlinie aufnehmen. Es kommt alles mögliche raus, nur keine Konstantstromquelle. Z-Diode + Widerstand kommt da schon am nächsten.

Und wenn man sich mal ohmsche Widerstände in ICs anschaut, dann sind das maximal nur wenige kΩ, da sie sonst zuviel Platz benötigen würden.

Peter D. (peda) 24.03.2025 09:32

Es kommt alles mögliche raus, nur keine Konstantstromquelle. Z-Diode + Widerstand kommt da schon am nächsten.
So sehe ich das auch. Wenn ich die Bewertungen der Beiträge anschaue, scheinen die meisten anderer Meinung zu sein. Ich rätsle noch, wie die Leute auf die Idee der Konstantstromquelle kommen.