Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 79
Текст из файла (страница 79)
е. »с»=(с». На этом процесс включения оканчивается. В момент (» входкое напряжение скачком уменьшается до величины Ггзп<Узн». Так как Й». источника управляющего сигнала равно О. то входная емкость мгновенно разряжается и ток (с» скачком уменьшается до нуля. Далее начинается процесс заряда С„. Этот процесс идет существенно быстрее, чем в схеме с балластным резистором, так как первоначально Упн »~0, и начальный ток заряда С„ значительно больше, чем и схеме с балластным резистором. Таким обра1ом, применение вместо балластного резистора нагруэочного МДП-транзистора позволяет значительно повысить быстродействие ключа на МДП-транзисторе.
Следует отметить, что ~акое решение, ко всему прочему, яв. ляется более те»ноно»нчныч и упрощает изготовление транзистор. ных ключей. так как технологически проще наполнить два одинаковых МДП-трап ис»ора, чеч трап»исгор и высокоомный (десятки н сотни кнлоом) ре»нстор. Ключ на комплементарных й»ДП-транзистора (КМОП-ключ). )(едостатком транзисторных ключей на МДП-транзисторах является тот факт, что во включенном состоянии транзистора через ~люч протекает' постоянный ток, который пропорционален сопротивлению нагрузки в цепи с»ока транзистора. В то же время при последова»ельцом включении нескольких ключей этот ток не являетгя принципиально необхоэнмым, так кзк установившийся входной ток полевого транзистора практически равен нулю. Поэтому для переключения МДП-гранзнстора достаточно лишь перезарядить его входную емкость.
Вследствие этого, постоянная составляющая тока, протекающая через включенный транзистор, является бесполезной н лишь приводит к перегреву транзисторного ключа. Желание уменьшить мощность, рассеиваемую транзистором и обусловленную наличием постоянной составля!ошей то- 409 ка, протекакнцего через него, приводит к необходимости увеличения сопротивления эквивалентной нагрузки, включенной в стоковую цепь МДП-транзистора, что, квк было яоккзано ранее, снижает его быстродействие. От указанного недостатка свободен ключ, выполненный на комплементарных МДП-транзисторах, т.
е. на токнэисторах с каналами противоположного типа проводимости (ркс. 10.28). В этом ключе затворы обоих МДП-транэнстороа соединены между собон и образуют входной вывод. Стоки, объеднкеиине вместе, образуют выходной вывод, а истоки совместно с подкожками подключены соответственно к источнику + О„н обшей юкпе. Приведенная схема реализует структуру поскедовательно-параллельной СК. Ее статическая характеристика передачи также имеет вид кусочно-линейкой функции, углы наккюна которой могут быть вычислены с использованием выражений (10.18) и (10.20).
Прн этом следует учитывать, что Я„состоит иэ собственно внутреннего сопротивления источника входною сигнала н сопротивления транзистора г'Т2. Последнее н загяснмости от управляюшего напряжения и,„может прнннмав даа значения Йргк' аррас- О, если УТ2 включен, и Яргк=-Я. и, если МТ2 выключен.
Особенностью данного ключа является тот фмт, что, если напряжение питания О, выбирается иэ условия ц„~ ! и„„„, ! + ! и.. (10.46) то, как в установившемся. так и в переходном режимах, в рассматриваемой структуре, отсутствуют моменты, когда одновременно протекают токи стока обоих транзисторов. Рассмотрим работу данного ключа. Предполркнм, что до момента Г 1р управляюший входной сигнал отсутссрует, т.
е. и„=О (рис. 10.29). При этом относительно истока г'Т2 на его нтворе присутствует напряжение ! ()Зи 3 ! = ! ()и ! ~' ! (~эи поре!~ вследствие чего УТ2 включен, С, заряжена до (1„, В связи стем, что нагрузка, как пндно на рнс. 10.28, носит чин емкосгной характер, (се=О. Транзистор 7Т1 при этом надежно заперт, ти как Узиэ| 0< <Уэн р ь В момент 1 йр на вход ключа подается полпкктельный перепад с амплитудой б„н длительностью фронта апульса кв. Пренебрегая процессамн перезаряда входных емкоспй транзисторов, будем считать, что напряжение на затворах УТ1к 7Т2 повторяет форму и„, Тогда в момент 1 1с (бзик! !Узнмс! и транзистор 419 тге Ь ее гт еэ те Рис 1О йэ Вреиеииые ииегреиин иереииючеиии КМОП-илвче ЧТ2 закрывается.
Так как ток в цепи нагрузки отсутствует, выходное напряжение остается на уровне У, „= У„. На интервале ~~ — те ) ОЗИЕ ( < 1(~эиеерз!' УЗИ~ ~~Зилом ПОау) н, поэтому оба транзистора заперты. Напряжение на С. не изменяется.
В момент 1=та У~и ~= Озн ~ е р и дальнейшее увеличение и,„ приводит к отпиранию транзистора МТ1. Транзистор попадает в область насыщения (!с~ „,) и начинается разряд С,. По своему механизму ои подобен процессам в выше рассмотренных ключах, зв исключением того, что разряд конденсатора полностью осуществляется через УТ1, так иак гТ2 заперт. Поэтому процесс разряда С, идет быстрее, чем в рассмотренных ранее схемах. Следует отметить, что на интервале 1е — 1е схема ие потребляет энергию от источника питания.
В момент ге иеи Усн~ О и (с~=0. Далее до момента ге так как и'Т2 надежно заперт, схема также практически не потребляет энергию от источника питания. В момент ее на входе ключа действует отрицательный перепад с амплитудой 0„н длительностью спада импульса 1,. При этом, по мере уменьшения иеи в момент 4 закроется транзистор рТ!.
Напряжение иа нагрузке прн этом будет поддерживаться только за счет энергии, накопленной в выходной емкости транзистора и емкости нагрузки ключа. Далее, по мере уменьше- и!1 ниЯ входного напРЯжениЯ, в момент 1т откРываетсЯ тРаизисто1 1~Т2. Это приведет к началу перезаряда выходной емкости С, ~ напряжение на выходе ключа начнет-увеличиваться. Процесс пе резаряла так же, как н при включении ключа идет с максималь но возможной скоростью, так как перезаряд происходит чере. транзистор 7Т2, так как Ъ'Т1 заперт.
В момент Гз транзистор РТ2 полностью открыт, однако пронес нереэаряда емкости нагрузки к этому времени еще не завершен поэтому до момента 1э ток 1ст>0. В момент ~Гэ ток стока транзнс тора РТ2 падает до нуля, что свидетельствует об окончании про иесса яервключення. Проведенный анализ показывает, что, если выполняется усло вне (10.46), в схеме отсутствует интервал, на котором насышень оба транзистора, А это значит, что энергия, отбнраемая от источ ника питания, только на интервале 1~ — 1» расходуется исключи тельно на переэаряд выходной емкости ключа.
Следовательно, эт' мощность для используемых транзисторов сведена до мкннмальн~ возможной. Прн этом скорость перезаряда выхозной емкости мак симальиа, так как токи стоков транзисторов гТ1 и гТ2 протека ют только через емкость нагрузки. Таким образом, КМОП-ключ выгохно отличается от друпо ключей на полевых транзисторах достижением максимально вы сокого быстродействия при минимизации рассеиваемой мощности Совмещение в одном устройстве двух столь противоречивых тре бованнй является причиной широкого использования КМОП-клю чей при разработке устройств пифровой и импульсной техники.
Контрольные вопросы 1. Какие СК Вы знаете? 2. Что такое статическая характеристика СК? 3, Какие параметры характеризуют динамические свойст ва СК? 4. Чем определяется напряжение включения последователь ного диодного ключа? 5. Какие предельные значения имеет угач наклона статнчес кой характеристики передачи днодных ключей? 6. Как влияет место включения источника смещения на вн~ статической характеристпкн передачи диолных ключей различиыз типов? 7. Чем определяются инерпнонные свойства полупроводннко ного диода? 8. Что тако» эффект модуляпии сопчотивлеиия базы диода! 9.
Как барьерная емкость диода влияет на проиессы установ. лення капряження на диоде прн его включении? Ф!2 10. Как уровень инжекцнн связан с иперцнаниымн свойствамн полупроводникового диода при его включении? 11. Почему непосредственно после переключения входного напряжения полупроводниковый диод имеет практическм нулевое сопротивление? 12. Докажите, что на интервале 1~„. полупроводниковый диод остается смещенным в прямом направлении, 13. Что такое заряд переключения полупроводникового диода? !4. Каким образам по заряду переключения можно определить время восстановления обратного сопротивления полупроводникового дмода? 15.
Какме отличия имеет переходный процесс в последовательном днодном ключе при входном напряжении в виде однопалярных импульсов? 16. От чего зависит длительность действия посленнжекционного напряжения? 17. Почему падение напряженна на насыщенном транзисторе меньше падения напряжения на прямосмещенном диоде? 18. Докажите, почему падение напряжения на насыщенном транзисторе практически ие зависит от сигнала управления. 19. Почему транзисторная схема коммутации характеризуется двумя статическими характеристиками передачи, в та время как для дмодной схемы существует только одна такая характеристика? 20, Чта такое коэффициент насыщения биполярного транзистора? 21.
Докажите, почему мощность, рассемваемая в транзисторе, находящемся в режиме пасснвнога запнрання, больше мощности в режиме глубокой отсечки. 22. Как определить параметры цепи управления биполярного транзистора для обеспечения режимов пассивного эапнрания н глубокой отсечки? 23. В чем причина вознмкновения переходных процессов при переключении ключа иа биполярном транзисторе? 24. Какие можно выделить стадии включения биполярного транзистора? 25. Сформулируйте условия, выполнение которых позволяет выделить трн этапа включемия биполярного транзистора. 26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
