Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Это режим реализуется в схеме, приведенной на рис.!5.13. Рис.15.13. Ненасьпценный ключ на биполярном транзисторе Схема работает следующим образом, До тех пор, пока режим работы транзистора не приближается к режиму насышения, диод РХ> остается закрытым и весь ток источника входного сигнала поступает в базу транзистора, вызывая его быстрое отпирание. На границе активного режима и режима насышения напряжение перехода коллектор-база уменьшается и диод начинает открываться.
После этого часть тока источника входного сигнала ответвляется в цепь диода„ ток базы не увеличивается и транзистор не входит в режим насыщения. Таким образом, в схеме имеет место нелинейная отрицательная обратная связь по напряжению Для высокого быстродействия в схеме должны использоваться высокочастотные диоды, имеющие малую величину прямого напряжения. Наиболее хорошие результаты дает использование диодов Шоттки для реализации ненасьпценных ключей (рис.15.14)к 196 сп Рис.15.14. Ненасыщенный ключ с диодом Шоттки Диоды Шозтки отличаются большим быстродействием и малым падением Напряжения (время восстановления может быть порядка О,! нс и меньше, прямое напряжение около 0,25 В) Кроме повышенного быстродействия, ненасыщенные ключи имеют недоетаткн; повышенное напряжение на открытом ключе, пониженная помехоустойчивость и пониженная температурная стабильносгь.
Несмотря на указанные недо'' ';:святки, ненасыщенные ключи широко используются на практике 15.4. Ключи иа волевых транзисторах Ключи на полевых транзисторах используются для коммутации как Енадоговых, так и цифровьгх сигналов. Достоинствами ключей на полевых зранзисторах являются: малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в открытом . ь;!,' ~.,состоянии1 — вЫсокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт, — малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения, з — хорошая электрическая развязка между цепью управления и цепью крммутируемого сигнала; —.
вОзможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня тйорядка мкВ). По быстродействию ключи на полевых транзисторах обычно уступаюз гчгизчам на биполярных транзисторах. Кроме того, у них наблюдается проник 'Иойенне в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры котоРь)К завдсят от управляющего сигнала. Причиной их появления является иадичие емкостей затвор-сток и затвор-исток 197 При увеличении частоты коммутации значительно возрастает входной ток полевого транзистора, что обусловлено необходимостью перезаряда его входной емкости. Таким образом, коэффициент усиления по мощности с ростом частоты падает.
Различие полярностей управляющего и входного напряжений существенно усложняет схемотехнику электронных ключей, по этой причине полевые транзисторы с управляющим р-и переходом н МОП-транзисторы со встроенным каналом в схемах коммутации практически не используются. Рассмотрим аналоговый коьчмутатор на МОП ПТ (рис.
15.15). РТ~ — эзс п-канальный МОП ПТ со индуцированным каналом, не проводящий ток при нулевом или отрицательном напряжении затвора. а. вюзи < М * Я1 кя~ эйха! ' Рис. 15.15. Ключ на и-канальном МОП-транзисторе с нндуцированным каналом В этом состоянии сопротивление сток-исток, как правило, больше 10 000 МОм, и сигнал не проходит через ключ. Подача на затвор напряжения +15 В приводит капал сток-исток в проводящее состояние с типичным сопротивлением еккл от 25 до 100 Ом для ПТ, предназначенных для использования в качестве аналоговых ключей.
Схема не критична к значению уровня сигнала на затворе, поскольку он существенно более положителен, чем зто необходимо для поддержания малого Явкл, а потому его можно задавать от логических схем (лучщ всего подходят логические уровни КМОП; можно использовать выход ТТЛ для получения уровней, соответствующих полному диапазону питания, с помощью внешнего транзистора) или даже ОУ: вполне годится +13 В с выхода усилителя, так как напряжение проооя затвора для МОП-транзистора обычно равно 20 В или более.
Обратное смещение затвора при отрицательных значениях выхода ОУ будет давать дополнительное преимушество — возможность переключать сигналы любой полярности. Следует заметить, что ключ на ПТ вЂ” двунаправленное ус~ройство, т. е. он может пропускать сигнал в обе стороны, квк и электромеханический переключатель. Приведенная схема будет работать при положительных сигналах, не про. вышаюших 1О В; при более высоком уровне сигнала напряжение на затворе 198 ;, '~~й~йедоствгочным, чтобы удержать пт в состоянии проводимости !Ркхк начинаег ); отрицательные сигналы вызовут включение ПТ при заземленном затворе :.,: ° - зтвм появится прямое смешение перехода канал — подложка). Если надо ":.:: ~~~ррчагь сигналзм обеих полярностей (т. е.
в диапазоне от -10 до ь10 В)„то :,:.мб. ю ип применить такую же схему, но с затвором, управляемым напряжением— ', 15зя и:+1 5 В; подложка должна быть подсоеди непа к напряжению -! 5 В , Чтобы охватить наибольший диапазон входных напряжений, как в поло':,;; ~„' з~)!ьиой, так и в отрицательной области, вместо одного МОП-транзистора ,,: ~~~~виспользовать КМОП-схему, состоящую из двух комплементарных МОП; "й!)$)зисторов, включенных параллельно Дпя того чтобы перевести коммутатор в состояние "включено", нужно .;„'„.црйлг!жить к затвору нормально открытого МОП-транзистора гT в схеме на ',:"ф~„.
15.!6 положительное управляющее напряжение, равное, по меньшей мере .',- ., фДвзь;,а к затвору транзистора РТ~- такое же напряжение, но противоположное ,':;,: ~~~писаку. При малых величинах входного напряжения Увх оба МОП-транзистора Рис.! 5.16. Последовательный ключ на КМОП-транзисторах 'Если входное напряжение вырастет до значительного положительного , ".:фамилия, величина сглп уменьшится, а внутреннее сопротивление транзистора 17) :.~:;:-!';:-;Уединится. Это обстоятельство, однако, несущественно, так как одновременно ;"'-;Уийяйчится величина Узы и внутреннее сопротивление транзистора !'Уз -,; ЯФИиьШится.
При отрицательных значениях входного напряжения транзисторы , ";:ЯЛ И Рзз меняются ролями. Для того чтобы перевести коммутатор в состояние :-,.яйьпипоченов, необходимо изменить полярность управляющего напряжения При смене полярности управляющего напряжения через проходную ем'= згийтьзатвор-канал на выход схемы коммутатора передается короткий импульс ,~®~Ряжения; этот импульс представляет собой помеху, особенно при малых ; ';,.'Ф!й!иилх коммутируемого напряжения.
чтобы амплитуда импульса помехи бьша ':;.ийицИ~тельиой, управляющее напряжение не должно быть слишком большим Мйтого, желательно ограничить скорость изменения управляющего напря- 199 жения. Полезно также использовать низкоомные источники входного сигнала. Частоты переключения рассматриваемых коммутаторов невелики.
Из КМОП-коммутаторов наиболее удобны схемы со встроенным преобразователем уровня управляющего сигнала, которые совместимы с выходными сигналами ТТЛ-схем. Они выпускаются в интегральном исполнении, причем ИС часто содержит несколько коммугаторов,управляемых общим напряженнем. Часто коммутаторы выполняются по схеме с общим входом или выходом. С помощью встроенного в интегральную схему распределителя типа «1 из пв можно путем подачи двоичного кода на управляющий вход переводить шобой выбранный коммутатор в состояние «включено».
Такие электронные схемы называются аналоговыми мультиплексорами или аналоговыми демультиплексорами. 15.5. Динамические характеристик ключей иа палевых траизиетарак и иоаьгшение ик быстродействии Изобразим схему пифрового ключа на МОП-транзисторе с индупированным каналом, стоковым резистором Ас и временные диаграммы его работы (рис. 15.17). из, ~ ~ЗИ ЛЕР б) Рис.15.! 7.
Ключ на МОП-транзисторе с индуцированном каналом и его временные диаграммы 200 :" ....;='., На схеме изображена емкость нагрузки Св, моделирующая емкость устргофств, подключенных к транзисторному ключу. Очевидно, что при нулевом дходноы сигнале транзистор заперт и вся — Ес. Если напряжение Ии больше йбкротового значения 1Тзялок транзистора, то он открывается н напряжение ::.,у~~~-уменыпается до величины остаточного напряжения Увел.
Напряжение 1Увкцт зависит от сопротивления стока Яс, величины входного ейлтняда и особенностей стоковых хаРактеРистиктРанзистоРа. СкоРость изме:, йййия напряжения на выходе определяется сопротивлением Яс, емкостью Ск н частотными свойствами транзистора. Таким образом, быстродействие ключа ' '.,;:: иаЯОП-.транзисторе во многом определяется не параметрами транзистора, а ° ззврвметрами внешней цепи .Повышение быстродействия такого ключа при заданных параметрах нагрузки (Ся) может быть достигнуто увеличением управляющего напряжения Ик или ья1еиьшением балластного сопротивления Яс в цепи стока, что часто бьвает непрл'иемлемым. Частично устранить отмеченные.
недостатки ключа с активной нагрузкой . Ясз1уддется при замене этого резистора дополнительным МОП-транзистором, выполиьпошим для основного ключевого элемента роль нелинейного балласт...зиуф сопротивления (рис.15.18) См 1' гя Рис.!5.18. Электронный ключ с нагрузочным МО11-транзистором У транзистора кТ~ соединены затвор и сток, поэтому он всегда будет ,' ивкрдиться в насыщенном режиме, являясь генератором тока. Ток стока ,' - ккз будет определяться напряжением сток-исток, причем зависимость имеет . Нвлннейный характер. Чем выше напряжение сток-исток 1'Ть тем меньше .Зкливалентное сопротивление транзистора 1'Тл выполняющего роль бал 4в~тного элемента в цепи стока на транзисторе 1кТ .
Это позволяет ускорить -.'ПРОцссс перезаряда нагрузочной емкости и время изменения выходного 201 напря>кения в режимах, когда напря>кение сток-исток 1'Т> близко к напряжению питания. Таким образом, применение вместо балластного резистора нагрузочного МОП-транзистора позволяет значительно повысить быстродействие ключа на МОП-транзисторе. Следует отметить, что такое решение является более технологичным и упрощает изготовление транзисторных ключей, так как технологически проще выпо>шить два одинаковых МОП-транзистора, чем транзистор н высокоогиный (десятки и сотни килом) резистор. Недостатком рассмотренных ключей на МОП-транзисторах является то, что во включенном состоянии транзистора через ключ протекает постоянный ток, который пропорцио ален сопротивлению нагрузки в цепи стока транзистора. Вследствие этого, постоянная составляющая тока, протекающая через включенный транзистор, является бесполезной и лишь приводит к перегреву транзисторного ключа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
