Inverterschaltung

Eine Inverterschaltung ist eine Schaltung, deren Ausgangssignal dem Eingangssignal entgegengesetzt ist. In der digitalen Elektronik realisiert sie den logischen NOT-Funktion, während sie in analogen Schaltungen die Phasenlage um 180 Grad invertieren kann.

In der digitalen Praxis werden Inverterschaltungen häufig als Inverter oder NOT-Gatter umgesetzt. In CMOS-Technologie besteht ein typischer Inverter aus einem p-Kanal-MOSFET und einem n-Kanal-MOSFET, die als Pull-up- bzw. Pull-down-Pfad wirken. Bei niedrigem Eingang ist der NMOS nahezu gesperrt, der PMOS zieht den Ausgang auf VDD; bei hohem Eingang leiten PMOS und sperren NMOS, der Ausgang fällt auf GND. Charakteristisch sind eine definierte Logikschwelle, kurze Schaltverzögerungen und ein geringer statischer Stromverbrauch im CMOS-Standby. Die Übergänge hängen von Layout, Kapazitäten und Versorgungsspannung ab.

Analoge Inverterschaltungen verwenden oft Operationsverstärker. Ein invertierender Verstärker mit Op-Amp hat Vout = - (Rf/Rin) · Vin, vorausgesetzt, der Op-Amp arbeitet im linearen Bereich und am Eingang liegt eine virtuelle Masse. Eigenschaften sind eine Eingangsimpedanz nahe Rin, eine invertierte Ausgangphase und eine Verstärkung, die durch das Verhältnis von Rf zu Rin bestimmt wird. Anwendungen umfassen Signalumkehrung, Pegelverschiebung und Summierverstärker-Stufen.

Weitere Realisierungen verwenden transistorbasierte Inverterschaltungen, z. B. eine common-emitter-Stufe mit Kollektorwiderstand, die einen invertierten Ausgang liefert. Der kleine-Signal-Verstärkungsfaktor liegt häufig bei -gm·Rc; solche Stufen eignen sich gut als logische Inverter in digitalen Schaltungen, weniger als präzise analoger Verstärker.

Zusammenfassend kehrt eine Inverterschaltung das Signal je nach Kontext als logische Negation oder als analoge Umkehrung. Wichtige Designaspekte sind Schaltgeschwindigkeit, Spannungspegel, Verlustleistung, Stabilität und Kompatibilität mit der jeweiligen Schaltungsfamilie.