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2025-09-27T14:42:51Z

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Als '''Transmission-Gates''', ''Transmissionsgatter'' oder ''Übertragungsgatter'', bezeichnet man in der [[Elektronik]], speziell in der [[Mikroelektronik]], eine meist [[Integrierter Schaltkreis|integrierte elektronische Schaltung]], die, ähnlich wie ein [[Relais]], durch ein Steuer[[signal]] kontinuierliche [[Elektrischer Strom|Ströme]] mit nahezu beliebigem [[Elektrische Spannung|Spannungspotential]] in beide Richtungen leiten oder sperren kann.

== Aufbau ==
[[Datei:Transmission gate.svg|miniatur|right|Prinzipielles Schaltbild eines Transmission-Gates. Der Steuereingang ''ST'' muss je nach Versorgungsspannung und Schaltspannung unterschiedliche Logikpegel zur Steuerung annehmen können.]]

Prinzipiell besteht ein Transmission-Gate aus zwei [[Feldeffekttransistor]]en, bei denen – im Gegensatz zu herkömmlichen diskreten Feldeffekttransistor – der Substratanschluss (Bulk) nicht intern mit dem Sourceanschluss verbunden ist. Die beiden Transistoren, ein n-Kanal-[[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor|MOSFET]] und ein p-Kanal-MOSFET, sind dabei [[Parallelschaltung#MOSFET und IGBT|parallel geschaltet]], wobei jedoch nur die Anschlüsse Drain und Source der beiden Transistoren miteinander verbunden sind. Die Gateanschlüsse werden bei einem Transmission-Gate über ein [[Nicht-Gatter]] (Inverter) miteinander verbunden, wodurch ein resultierender Steueranschluss gebildet wird.

Wird, wie bei diskreten Transistoren üblich, der Substratanschluss mit dem Sourceanschluss verbunden, so ergibt sich eine zum Transistor parallele [[Diode]] (Substratdiode), wodurch der Transistor rückwärts stets leitet. Da ein Transmission-Gate jedoch Ströme in beide Richtungen sperren können muss, werden die Substratanschlüsse mit dem jeweiligen [[Potential (Physik)#Potentielle Energie und Potential|Versorgungsspannungspotential]] verbunden, um sicherzustellen, dass die Substratdioden stets in [[Sperrrichtung#p-n-Übergang bei angelegter elektrischer Spannung|Sperrrichtung]] betrieben werden. Der Substratanschluss des n-Kanal-MOSFETs wird demnach mit dem negativen Versorgungsspannungspotential und der Substratanschluss des p-Kanal-MOSFETs mit dem positiven Versorgungsspannungspotential verbunden.

== Funktion ==
[[Datei:Transmission gate resistor.svg|miniatur|right|Widerstandskennlinie eines Transmission-Gates. ''V''<sub>THN</sub> und ''V''<sub>THP</sub> bezeichnen jene Stellen, an denen die zu schaltende Spannung ein Potential erreicht hat, wo die [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor#Schwellenspannung|Schwellenspannung]] des jeweiligen Transistors erreicht wurde.]]

Wird am Steuereingang eine [[Logikpegel#Pegel|logische Null]] (negatives Versorgungsspannungspotential) angelegt, so liegt der Gateanschluss des n-Kanal-MOSFETs ebenfalls auf negativem Versorgungsspannungspotential. Der Gateanschluss des p-Kanal-MOSFETs befindet sich, bedingt durch den Inverter, auf dem positiven Versorgungsspannungspotential. Unabhängig davon, an welchem Schaltanschluss des Transmission-Gates (A oder B) nun eine Spannung (im zulässigen Bereich) anliegt, wird die Gate-Source-Spannung des n-Kanal-MOSFETs stets negativ, die des p-Kanal-MOSFETs stets positiv sein. Demnach wird keiner der beiden Transistoren leiten, und das Transmission-Gate sperrt.

Liegt am Steuereingang eine [[Logikpegel#Pegel|logische Eins]] an, so liegt auch der Gateanschluss des n-Kanal-MOSFETs auf positivem Versorgungsspannungspotential. Durch den Inverter liegt nun der Gateanschluss des p-Kanal-MOSFETs auf negativem Versorgungsspannungspotential. Da der Substratanschluss der Transistoren nicht mit dem Source-Anschluss verbunden ist, sind die Anschlüsse Drain und Source nahezu gleichwertig, und die Transistoren beginnen bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem Gateanschluss und einem dieser beiden Kanalanschlüsse zu leiten.

Liegt nun an einem der Schaltanschlüsse des Transmission-Gate eine Spannung in der Nähe des negativen Versorgungsspannungspotentials an, so tritt am n-Kanal-MOSFET eine positive Gate-Source-Spannung (Gate-Drain-Spannung) auf, und der Transistor beginnt zu leiten: Das Transmission-Gate leitet.
Wird die Spannung an einem der Schaltanschlüsse des Transmission-Gate nun kontinuierlich bis zur Höhe des positiven Versorgungsspannungspotentials erhöht, so verringert sich die Gate-Source-Spannung (Gate-Drain-Spannung) des n-Kanal-MOSFETs, und dieser beginnt zu sperren. Gleichzeitig baut sich jedoch am p-Kanal-MOSFET eine negative Gate-Source-Spannung (Gate-Drain-Spannung) auf, wodurch dieser Transistor zu leiten beginnt und das Transmission-Gate weiter durchschaltet.

Dadurch wird erreicht, dass das Transmission-Gate über den gesamten zulässigen Spannungsbereich leitet. Der [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor#Triodenbereich|Übergangswiderstand]] des Transmission-Gate variiert dabei, abhängig von der zu schaltenden Spannung, und entspricht einer Überlagerung der Widerstandskurven der beiden Transistoren.

== Anwendung ==
=== Elektronischer Schalter ===
{{Hauptartikel|elektronischer Schalter}}

Transmission-Gates werden verwendet, um [[elektronischer Schalter|elektronische Schalter]] und [[Multiplexer|Analogmultiplexer]] zu realisieren. Soll ein Signal auf unterschiedliche Ausgänge geschaltet werden ([[Wechselschalter]], Multiplexer), werden mehrere Transmission-Gates eingesetzt, da ein Transmission-Gate nur leiten oder nicht leiten kann ([[Schalter (Elektrotechnik)#Schaltfunktion|einfacher Schalter]]). Typischer Vertreter ist der als ''4066'' bekannte 4-fach Analogschalter, welcher von verschiedenen Herstellern verfügbar ist.<ref>[http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/4/0/6/6/4066.shtml 4066 Datenblätter]</ref>

=== Logikschaltungen ===
Mit Hilfe von Transmission-Gates können [[Logikbaustein|Logikschaltungen]] aufgebaut werden. Üblicherweise können dadurch, im Vergleich zu herkömmlichen Logikschaltungen, Transistoren und somit Platz am [[Silicium]] eingespart werden.

=== Negative Spannungen ===
Um mit einem Transmission-Gate auch [[Wechselspannung]]en (z. B.: [[Audiosignal]]) schalten zu können, muss das negative Versorgungsspannungspotential ein Potential unterhalb von dem kleinstmöglichen Signalpotential aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Substratdioden auch bei negativen Spannungen gesperrt bleiben. Um das Transmission-Gate dennoch mit klassischen [[Logikpegel]]n Schalten zu können, gibt es spezielle Ausführungen mit integriertem [[Pegelumsetzer]].

== Siehe auch ==
* [[Tri-State]]

== Literatur ==
* [[Ulrich Tietze]], Christoph Schenk: ''Halbleiter-Schaltungstechnik.'' 12. Auflage, Springer, Berlin/Heidelberg/New York 2002, ISBN 3-540-42849-6.
* Erwin Böhmer: ''Elemente der angewandten Elektronik.'' 15. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0124-1.
* Klaus Fricke: ''Digitaltechnik.'' 6. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0459-4.

== Weblinks ==
* [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/4243 Erklärung des Transmission-Gates auf Englisch]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektronische Schaltung]]
[[Kategorie:Mikroelektronik]]

Transmission-Gate - Versionsgeschichte

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