Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Так как иа границе насыщенного режима 0кв= О, то ограничивая это напряжение иа уровне, близком к нулевому, можно, во-первых, ограничить тв, т. е. исключить накопление избыточных зарядов в области базы, тем самым исключить интервал рассасывания неосновкых носителей прн выключении транзистора, н, во-вторых, гарантировать включенное состояние транзистора во всех ре,кимах эксплуатации. Этот режим реализуется в схемах, ириведеииых на рис.
10.!8. Очевидно, что в обеих схемах должно выполняться условие 1В = тт — тд ~ ГК н /йттз 1!ОАЗ) и) Рнс. 10дб Схемы ненасыщенных ьлю ей на биполярном транзисторе с фиксацией напряжении Укв дополнительным источником смещения Е,„(а) и базовым резистором (6) 399 Рнс. 10.19. Схема нана»ми»самого ключа яа биполярном транзисторе с фиксацнеа напряжения бкэ Для этого необходимо, чтобы в схеме рнс, 1О.!8, а напряжение с'см выбиралось в ссютаетствии с выражением Укв = Уд — Е/,„— О, (10.44) а в схеме на рнс. 10.18,6 резистор 1»»' выбирался из условна (укв = (уд — тв.як». (10,45) Если в качестве диода в схеме, приведенной на рнс, 10.18,б, Использовать диод, имеющий малое падение напряжения в проводяи1см состоянии, например диод Шоткн, то дополннтельнын резистор 1т»' может быть исключен.
Схемы, приведенные на рис. 10.18, а,б, вследствии своей эф. фективности и простоты находят широкое применение на практике Иногда для исключения накопления избыточного заряда в базовой области биполярного транзистора, вместо напряжения Унв фиксируют напряжение 0нэ При этом используется схема, приведенная на рис.
10.19, в которой между выводамн эмнттера и коллектора биполярного транзистора включены последовательно соединенные диод и источник фиксирующего напряжения, Однако, эта схема получила меньшее практическое применение, так как из-за значктельного технологического разброса параметров транзистора величина Ео„, должна выбираться с достаточным запасом, что ведет к большому остаточному напряжению на замкнутом ключе. Следует отметить, что схема рнс. 10.19 фактически является схемой параллельного диодного ключа со смещенным напряженнем включения.
Подытоживая сказанное, можно отметить следующие основные преимущества СК на биполярных транзисторах по сравнению с диодами: управляемость внешним сигналом; лучшие характеристики во включенном состоянии; возможность, изменяя параметры управляющего сигнала, влиять на быстродействие устройства. В качестве основного недостатка следует отметить большую сложность транзисторных ключей по сравнению с диоднымн.
400 !04. кл!Очн нл пОлеВых тРлизистОРлх Замена в СК, приведенных иа рис. )О.!О,п, биполярного транзкстора иа полевой качественно не изменяет статические характеристики передачи устройства. Они по-прежнему имеют внд кусочно линейных функций, углы наклона которых описываются выражениями ()0.)7) — ()0.20). Однако специфика свойств полевого транзистора несколько видоизменяет этн характеристики.
Ниже остановимся на этих свойствах н кх влиянии на параметры типовых СК, использующих полевой транзистор. Анализируя приведенные в гл. 2 свойства полевого транзистора, можно сделать трн важных для рассмотрения схем коммутации на полевых транзисторах вывода. Управление электрическим полем предполагает управление капряженнем, что в отличие от управления током, используемом в биполярном транзисторе, позволяет практически свестк к нулю мощность, потребляемую для поддержания стационарных включенного и выключенного состоянай. Поэтому теоретически в установившемся режиме коэффициенты передачи полевого транзистора по току и мощности стремятся к бесконечности. Из физических процессов в полевом транзисторе следует, что данный прибор сохраняет свои характеристики и при смене полярности напряжения, приложенного между выводами стока н истока.
Поэтому, как и в ключах на полупроводниковых диодах, входное напряжение схем коммутации на полевых транзисторах е,„может изменять свою полярность, т, е. статнческяе характеристики передачи лежат в двух квадрантах. Так как ток полевого транзистора в отличие от биполярного определяется только движением основных для колупроводннкз носителей заряда, то при его переключении принципиально отсугствуют процессы, связанные с изменением объемного заряда не. основных носителей.
Это обусловливает переходные процессы в полевом транзисторе только процессом пеРезарядки соответствующих емкостей. Укаэанные особенности предопределяют все более широкое примененке полевых транзисторов в различных ЭУ. Однако в СК этн несомненные достоинства могут быть реализованы только при учете специфических свойств полевого транзистора. К этим свойствам, в первую очередь, следует отнести следующие.
!. Полевой транзистор обладает худшнмн ключевыми свойствами по сравнению с биполярным Практически это выражается в больших уровнях остаточного напряжения и выходного сопротивления во включенном состоянии. 2. Выходкам ВАХ,полевого транзистора иа начальном участке качественно отличается от аналогичной характеристики биполярного транзистора зависимостью производной д!с/диси от управляющего напряжения нзи (см. рис. 2.1$, а и 2,20. б).
Вследствие этого остаточное падение напряжения на включенном полевом транзисторе сильно зависит от значения управляющего напряжения. Для биполярного транзистора, находящегося в режиме насыщения, такая зависимость полностью отсутствует. Ослабить данный недостаток можно уменьшением рабочего тока стока, т. е. увеличением сопротивления нагрузки. 3. Необходимость увеличения сопротивления нагрузки прн последовательном включении нескольких ключей, характерном для цифровых схем, увеличивает постоянную времени перезаряда емкости тл )г,С, и, следовательно, снкжает быстродействие ключей на полевых транзисторах. Объясняется это тем, что входная цепь полевого транзистора носит емкостной характер (С„).
Поэтому уменьшение емкости нагрузки (С. С,„) для выбранного типа транзистора не представляется возможным. При увеличении частоты коммутации значительно возрастает входной ток полевого транзистора, что обусловлено необходимостью перезаряда его входной емкости. Таким образом, коэффициент усилекия по мощности с ростом частоты падает. Следовательно, полностью реализовать преимущества схемы коммутации, выполненной на палевых транзисторах, можно только прн невысоких частотах переключения н использовании специальных схемотехнических решений, позволяющих повысить скорость перезаряда С,. Ниже остановимся иа свойствах типовых схем ключей на полевом транзисторе.
Работа полевого транзистора при смене полярности напряжения сток-исток, При рассмотрении ВАХ полевых транзисторов в $2.3 отмечалось, что прн малых напряжениях Усн его выходные характеристики практически линейны, причем их наклон пропорционален управляющему напряжению (изи). Прн смене н»- пряжеиия иа стоке в некоторых пределах эта линейность не нарушается. Эта особенность позволяет использовать полевой транзистор как в СК прн пзменяющейся полярности входного напряжения е,„, так и схемах аналоговых управляемых делителей напряжения, работающих в цепях постоянного илн переменного тока.
Определим максимально допустимое обратное напряжение Оси Для полевых транзисторов с управляющим р-и-переходом максимальное сечение токопроводящего канала прн смене полярности напряжения сток — исток сохраняется при условии отсутствии прямого тока р-л-перехода. Для кремниевого транзистора можно полагать, что это условие выполняется, если р-и переход между 402 тнс. )020 Топология (и) н сьяма аамспссяня (о) полевого транзистора с ло- полнптсльным источником смснгяяня затвором н стоком смещен в прямом нпправленпн не более чем нв 04...05 В (()эс<04...05 В) нлн )(усн .,') с(((э~(+04...05В. Для МДП-трвнзнсторов этот диапазон может быть расширен прн условии, если нв подложку относнтельно истока подать запнрэюп(ее напряженке (рнс. 10.20).
В этом случае )()сн - ) ~ С(Уяья(+0,4 ... 0,5 В. Начальные участки выходных характеристик полевых транзисторов с управляющим р-л.переходом н изолированным затвороч прнведены соответственно нп рнс. 10.21, а, б. В соответствии с прнвеленнымн хзрайтернстнкамн для полевых транзисторов с упрввляющнм р-п.переходом (т гя соответст. вует ()зн=б (рнс.
10.21, а), а для полевых транзисторов с нзолнроввнным эвтвором )с~~я соответствтет Пан~-~ (рнс. 10.21,б). Ключн нв полевых трвпзнстврвх с пктнввой ввгрузкой. Поле. вой транэнстор, твк же кэк н биполярный, может быть нспользо. ввн в качестве ЭК для коммутпцнн цепей различного назначения. Прн этом нп прэктнке полевые трпнэнсторы с управляющим р-лпереходом применяются в качестве ключа аналоговых сигналов, т. е. для коммутации сигналов в аналоговых ЭУ. .Ключи, выполненные на полевмх транзисторах с изолированным затвором, нашли прнмененне в импульсных н цифровых Рпс. (0.2!. Началькыс участки аыхолных ВАХ поясного транзистора с р.п.
перекопом (а) н МДП транзистора (о) 40Э Ряс !022 Схема ключе ое еолееоч треезессоре с р.и.пересолен устройствах. Общим для ЭК, выполненных на любых типах полевых транзисторов, является использование в замкнутом состоянии начального участка выходной характеристики, т. е. работа полевого транзистора в ненасыщенном режиме. На рис. 10.22 приведена схема ключа, выполненного на полевом транзисторе с управляющим р-и-переходом н каналом п-тнпа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
