Relais

HF-starke Halbleiterrelais für die Messtechnik

| Autor / Redakteur: Sebastian Holzinger * / Kristin Rinortner

Kapazitiv gekoppelte MOSFET-Relais: Waren die hohen Signalfrequenzen in der Messtechnik bisher ein Ausschlusskriterium für Halbleiterrelais, bieten die neuen Transistoren gute HF-Eigenschaften bis 100 MHz.
Kapazitiv gekoppelte MOSFET-Relais: Waren die
hohen Signalfrequenzen in der Messtechnik bisher ein
Ausschlusskriterium für Halbleiterrelais, bieten die
neuen Transistoren gute HF-Eigenschaften bis 100 MHz. (Bild: Panasonic)

Kapazitiv gekoppelte MOSFET-Relais punkten im Temperaturbereich, der Ansteuerleistung sowie den Schaltzeiten. Und sie bieten neue Möglichkeiten bei Kleinsignalanwendungen mit hohen Frequenzen.

Halbleiterrelais halten auch im Bereich der Messtechnik, mit seinen meist sehr hohen technischen Anforderungen an alle verbauten Komponenten, zunehmend Einzug. Die Vorteile liegen auf der Hand: so überzeugen Schaltkontakte in Halbleitertechnik vor allem durch geringe Ansteuerleistung, schnelle Schaltzeiten, geräuschloses und verschleißfreies Schalten und erreichen somit eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Waren die hohen Signalfrequenzen der Messtechnik lange Zeit ein Ausschlusskriterium für den Einsatz von Halbleiterrelais, bietet die aktuelle Generation von MOSFET-Transistoren bisher ungeahnte HF-Eigenschaften im Frequenzbereich bis 100 MHz.

Panasonic Electric Works bietet bereits seit vielen Jahren unter dem Namen „LowCxR PhotoMOS“ eine spezielle Art von Halbleiterrelais für den Signalbereich an. Auch die kapazitiv gekoppelten Relais TSON gehören zu dieser Reihe von MOSFET-Relais mit optimiertem, weil geringem Produkt aus C und R der Ausgangstransistoren.

Im Gegensatz zu den bekannten PhotoMOS-Relais erfolgt die galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang nicht optisch sondern kapazitiv. Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau. Eine am Eingang angelegte elektrische Spannung wird über einen Steuerkreis kapazitiv gekoppelt auf den Ausgang übertragen. Genauso wie bei allen MOSFET-Relais ist hierdurch eine nicht leitende Verbindung – galvanische Trennung – zwischen Ein- und Ausgangskreis gewährleistet.

Im kapazitiven Steuerkreis enthalten ist auch eine Triggerstufe, welche die erzeugte Spannung definiert auf die Gates zweier bidirektional antiseriell verschalteter DMOSFETs (Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) am Ausgang leitet. Diese beiden Transistoren befinden sich direkt im Ausgangskreis des Bauteils und ermöglichen das Schalten von DC- wie AC Lasten. Im Gegensatz zu Optokopplern können durch die fehlende Schwellspannung sogar Kleinsignale bis hinab zu wenigen Mikroampere im Mikrovoltbereich übertragen und geschaltet werden, ohne das Signal zu verzerren.

Um jedoch auch Signale mit hohen Frequenzen bis weit in den MHz-Bereich zuverlässig zu verarbeiten, bedarf es besonderer Anforderungen an die Ausgangstransistoren. Aus diesem Grund kommen so genannte „Low C×R MOSFETs“ zum Einsatz.

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