Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 78
Текст из файла (страница 78)
В зависимости от места подключения нагрузки она реализует либо последовательную ()с,=)се), либо параллельную ()с. подключено параллельно выводам сток — исток транзистора) СК. В соответствии с этим изменяются и ее статические характернс. тики передачи. Особенностью данного ключа является инвертирование управляющего сигнала при одновременной смене его полярности ! и„лзи < О,- „и„,'- иси > О, Инерционность ключа данного типа определяется процессамц переэаряда входной (емкость Сзн) и выходной (емкость Ссн плюс емкость нагрузки С,) емкостей.
Уменьшение времени фронта н среза поэтому связано с увеличением тока перезаряда зтнх емкостей. Различие полярностей управляющего ц выходного напряжений существенно усложняет схемотехнику устройств, требующих последовательного соединения нескольких ключей. Аналогичные проблемы возникают и прн использовании МДП-транзисторов со встроенным каналом. По этой причине полевые транзисторы с управляющим р-л-переходом н со встроенным каналом в СК практически нв используются. От указанного недостатка свободны ключи, использующие МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Как следует из статических характеристик, полярности входного (()зн) н выходного (Оси) напряжений для транзистора этого типа совпадают. Это не создает трудностей при непосредственном последовательном соединении нескольких ключей.
Данная особенность является его важным преимуществом перед ключами на полевых траизнсе04 Рвс 1023 Схема камча ва МЛПтрааммторе с ввлуввровакнмм кана.ом торах других типов. Рассмотрим более подробно несколько типов ключей, выполненных на МДП-транзисторах с индуцнроваиным каналом. На рпс. 10.23 приведена схема ключа на МДП-транэисторе с индуцированным каналом и резистивной нагрузкой. Резистор (с. в цепи стока выполняет роль балластного сопротивления, ограничиваюшего ток стока транлигтор» Очевидно, что данная схема реализует параллельную СК. Учитывая.
что ключи обычно вклю. чаются последовательно, а входная цепь МДП-транзистора, как указывалось выше, имеет емкостный характер. дополним схему рис. 10.23 емкостью нагрузки С„. Предположим, что в исходном состоянии напряжение па ззгиоре транзистора равно нулю. Транзистор заперт и емкость нагрузки заряжена до Уг„ = (ха. В момент га (рис. !0.24, а) на входе транзистора формируется положительный перепад напряжения амплитудой равной Узил >((энвер.
Поясним процессы, пронсходяшие в схеме с помошью приве. денной на рис. 10.24. б выходной характеристики транзистора. Длй идеального источника входного сигнала (Р„О) можно полагать, что в момент г» входная емкость транзистора практически мгновенно зарядится до Охи1 Это соответствует тому, что на выходной характеристике рабочая точка мгновенно переместится иэ точки а в точку 2. Транзистор окажется в режиме иасышения и ток стока скачкообразно примет значение тг (с .„соответствуюшее заданному ()зи ь При этом скачкообрално изменяется также ток (с выходного конденсатора С„причем (сс. (с В соответствии со вторым законом коммутации напряжение конденсатоРа не мохсет изменнтьсЯ скачком Поэтомч Ус((а) =(Гккх н далее начинается процесс разряда конденсатора Ск током (снес.
При этом, согласно первому закону Кнрхгофа, выполняется условие (с 1с — (лс. На выходной характеристике транзистора (рис. 10.24,б) этот пропесс сооеветгтвует псремещеишо рзбоалей точки транзистора из точки 2 я точку 8. Точка 3 соответствует выходу транзистора из режима насышения, который, согласно вы- 405 иа,, иа„ гс 6вчп 0 ! !са иЛия иси 1с ег Рп«илгг! е«/Фе д се с исаак !!си«ееог пй иг» лг и са (г е2 еа ю Рис.
)Ода Переходные пронесем прп переключеняп ключа на М))П-треног!с- торе (и) н траекторпн хпяження его рабочей точки (б) ражению (2,24), соответствует моменту, прн котором цс ()си «ас гр ~«(гзи ! Узи «ор. Дальнейшее движение рабочей точки на выходной характеристике транзистора к стационарному включенному состоянию (точка 4) пронсходкт при уменьшавшемся токе стока траизисто. ра.
В точке 4 ток перезаряда конденсатора !с абрашается в нуль и процесс включения завершается. Таким образом, интервал Ге-а=ге — г! соответствует работе полеяого транзистора в режиме управляемого сопротивления н характеризуется резким уменьшением тока перезаряда емкости С,. Поэтому, как правило, справедливо неравенство Гс а>)а-е Чтобы в стационарно включенном состоянии 0«««оси ««г было близко О, необходимо выполнение условия )!)«Э )гси, где )(си — выходное сопротивление транзистора, соответствуюшее заданному напряжению Узи !. Это состояние будет продолжаться до момента ге, когда иа входе транзистора будет сформирован отрицательный перепад с нулевой длительностью фронта. Полагая, как и раньше, внутреннее сопротивление источника сигнала равкым нулю, будем считать, что входная емкость (ем.
кость затвора) чранзистора перезаряжается мгиовечно и ток стока транзистора скачком уменьшается до нуля, К моменту г' напряжение на выходном конденсаторе равно ()си ««« н не может измениться скачком. Скорость изменения напряжения иа емкости нагрузки С„, а следовательно. скорость изменения выходного на. пряження после момента га будут полностью определяться постоянной времени )чсС' Таким образом, из приведенного анализа видно, что быстРодействие ключи иа МдП-транзисторе с активной нагрузкой во 406 о ьь Рас ГО25 Схема камча оа МД!1-траааксто- ре с аагруаочамм МДП.трааавстором многом определяется ие параметрами транзистора, а паримеграл и внеигнет( цепи.
Повышение быстродействия такого ключа при заданных параметрах нагрузки (С,) может быть достигнуто увеличением управляющего напряжения (лэи нли уменьшением балластного сопротивления )сс в цепи стока. Однако увеличение (л'зи ограничено величиной (лаа,. Уменьше. пне балластного сопротивления ведет. во-первых, к увеличению падения напряжения на включенном транзисторе н, во-вторых, к увеличению рассеиваемой транзистором мощности, что часто бывает неприемлемым. Ключ с нагрузочиым й(Да(-транзистором, Частично устранить отмеченные недостатки ключа с активной. нагрузкой )сс удается прн замене этого резистора дополнительным МДП-транзистором. выполняющим для основного ключевого элемента роль нелинейного балластного сопротивления (рис. 10.25).
Для транзистора 7Т2 можно записать (ланг=Юсиа. Поэтому (лзсг 0(Уэиг ри во всех режимах работы. т. е. любых (л'сит ()а.т — (ла„„('Т2 нахо. дится в насыщенном режиме, являясь генератором тока. Тон сто. ка (лТ2 пропорционален напряжению (лсиг Поясним сказанное прн помощи выходных характеристик МДП-транзистора с пндупнрованпым каналом (рис. 10 26). бас Рас. !0.26.
трасаторая яважсакя рабочей точка аагруаочвого МДП-тракавстора ч(й ии, ив, иды, Ф Фе т, са ти а Рнс ) 0.28 Сесна КМОП- каюча Рнс. кват Временные анаграммы перекаючення клюка ы МДП-еранансторе с нагруаоекыы МЛП.транэнсторои ИЕ Согласно второму закову Кирхгофа Узи — Уэ: Уси Кривая, характеризуюшая граиицу области насышеипя, как было показа- по раисе, соответствует «словию Узи — Уэип»а=Усы»е», т. е. для граиицы иасышеиия имеем Узг Уэип»р.
В то же время мы условились, что для траизисторз 1'Т2 У я.=О. Поэтому его рабочая точка при измеиеиии иапряжекия Узи будет двигаться по траекторин, расположеииой правее отпосительио граиицы иасышеиия (кривая ОА ) на величину Узи,„п (кривая ОА'), Таким образом, зависимость )се=-.р(Усы г) повторяет впд зависимости для границы иасышеиия и, следозательио, имеет явно нелинейный характер. Причем, чем выше напряжеиие Усы о тем меньше эквивалеитиае сопротивлеиие транзистора РТ2, выполичюшего роль балластного элемеита в цепи стоха ключа па траиэисторе гТ). рассмо~рим переходные процессы, протекающие я даииой схеме (рис.
10.27), Будем, как и раньше, полагать, что до момеитз ее и *<Узи при траизигэор РТ1 заперт. Иапряжеиие иа выходе У,, ӄ— Уэи»р е (считаем, что транзистор идеалеи и при Усни=Утин»рг ток стока (се О, т е. выходная емкость ие может зарядиться выше напряжеиин У»»т Узи е»р е1. В момент г (е к входу ключа подключаеэся управляюшее напряжение ик„'>У~и и Если внутреннее сопротивление входного источиика сигнала равно кулю, входиая емкость транзистора кТ1 мгновенно перезаряжается и ои попадает в режим иасышеиия.
В то же время, в соответствии со вторым эакоиом коммутации напряжение на С„равное О,— Узи»~»», не может измениться мгновенно н спад напряжения Оси|будет определяться скоростью перезаряда С„. Так как У н» мало, то (с»ч„!сь Почгому ток разряда С„почти постоянен. Ганны образом, протекающий процесс полностью аналогичен ранее рассмотренному процессу в ключе с активной нагрузкой. Отличие состою лишь в том, что по мере разряда С. ток транзистора»гТ2 растет чуть быстрее, чем ток Гл, в схеме с балластным резистором )г,.
Последнее может несколько затягивать процесс уменьшения напряжении на выходе. Согласно сказанному, процесс уменьшения и., сначала линеек (г'» ! работает в насыщенном режиме), а затем, после выхода на часть выходной характеристики, соответствующей режиму управ. ляемого сопротивления, ток гс~ плавно уменьшается до тех пор, пока не наступит равновесие токов ГТ! и УТ2, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
