Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Чем их больше, тем меньше уровень У',„„. Наибольшее количество ключей, аналогичных рассматриваемому, которые одновременно можно подключить к его выходу, оценивают коэффициентом разветвления ло выход и выражают целым положительным числом К,. Чем выше коэффициент К, тем шире возможности использования ключа в конкретных схемах. В некоторых цифровых ИМС электронные ключи имеют общую нагрузку в коллекторной цепи.
Встречаются также схемы, в которых на базу транзистора подаются управляющие сигналы от нескольких источников. Вполне понятно, что в этих случаях режим работы транзистора в открытом состоянии будет зависеть от количества одновременно поданных управляющих сигналов У. Наибольшее количество одновременно подаваемых на вход ключа управляющих сигналов оценивают параметром, называемым коэффициентам обьединения ло входу, который выражается целым положительным числом Км.
Увеличение числа входов ведет, как правило, к снижению быстродействия ключа. Практически величина К., для различных ИМС лежит в пределах от 2 до 6. Передаточная характеристика Основной статической характеристикой ключа является передаточная характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения и,„„= и„, от входного напряжения и,„= и,, Ее можно построить, совместив выходные и входные характеристики, как это показано на рис.
8.5 для случая л„= . Затем в системе координат ~„Яи„,) следует провести нагрузочную линию и точки ее пересечения (А, В, С, Р) с выходными характеристиками перенести в систему координат 1„= Я1е), построив таким образом управляющую характеристику. После этого надо точки А', В', С', 1У перенести на входную характеристику, получив точки А", В", С", Р". И наконец, в системе координат и „=Яиэ,) построить передаточную характеристику по точкам А'", В"', С, Р . Аналогичным образом строится передаточная характеристика при наличии внешней нагрузки. квьп Рис.
8.5 395 8.1. Электронные ключи на биполярных транзисто При последовательном включении ключей, когда выходное напряжение предыдущего ключа является входным для последующего, уровни логического нуля и логической единицы определяют путем совмещения передаточных характеристик, как это показано на рис. 8.6. Здесь передаточная характеристика последующего ключа 2 отложена в зеркальном отображении и повернута на 90' относительно передаточной характеристики предыдущего ключа Е Точки пересечения характеристик А и В характеризуют режим работы ключей в открытом и закрытом состояниях. ивы„1 1 У, Уви Рис. 8.6 Помехоустойчивость ключа Помимо управляющего сигнала на входе ключа может появиться напряжение помехи, которое либо повышает, либо понижает входное напряжение.
Если на входе действует напряжение У', то опасны помехи, имеющие положительную полярность. Если на входе действует напряжение У', то опасны помехи, имеющие отрицательную полярность. Помехоустойчивость принято оценивать максимально допустимыми величинами напряжений отпирающей и запирающей помех 0„'= 0', — У'и 0„' У' — У„' . Эти напряжения указаны парис. 8.7. о как Рис. 8.У Глава 8. Цифровые интег ьные мик хемы Пороговые напряжения Уь, и У,', определяются точками С и Р, в которых выполняется условие ~Й /Ыи = 1, Эти точки называются точками единичного усиления. Для оценки помехоустойчивости может быть использован так называемый коэффициент помехоустойчивости К~ = У"„/У, и К„'= У„'/У„, где У, = У' — У".
Для повышения помехоустойчивости необходимо уменьшать ширину области переключения, равную разности У' и У„'ч„и увеличивать размах сигнала У„, В идеальном случае выполняются условия У,' = У„', Уо = О, У' = Е„„тогда К3 К„' = 0,5. Быстродействие ключа Быстродействие ключей на биполярных транзисторах определяется инерционностью процессов, связанных с накоплением и рассасыванием избыточных зарядов, вследствие чего невозможен мгновенный переход транзистора из одного состояния в другое. Временные диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы в транзисторном ключе при его включении и выключении, представлены парис. 8.8. В этом случае быстродействие электронных ключей оценивают средним временем задержки распространения сигнала г„р, = (г~' + ф)/2 где го' — время задержки распространения при переходе выходного йапряжения от й„„= У' к и,„„= Р; г", — время задержки распространения при переходе выходного напряжения от Задержки г,", и г'~, отсчитывают по уровню, соответствующему половине перепада У„= (Р + Уе)/е2.
Повышение быстродействия электронных ключей достигается путем уменьшения времени жизни неравновесных носителей заряда, что происходит при введении в базу транзистора примеси золота. Более эффективным методом повышения быстродействия является шунтирование коллекторного перехода диодом Шотки. 1 пы О и, Рис. 8.8 8.2. Электронные ключи на полевых транзисторах В качестве электронных ключей в ИМС обычно используют МДП-транзисторы с индуцированным каналом, в которых при отсутствии напряжения на затворе (и, „= О) ключ находится в разомкнутом состоянии, а при подаче на затвор на- 8.2.
Электронные ключи на полевых транзисторах пряжения, превышающего пороговое значение (и, „= и„„), ключ находится в замкнутом состоянии. Ключ с резистивной нагрузкой Схема ключа с резистивной нагрузкой приведена на рис. 8.9, а на рис.
8.10 показано построение передаточных характеристик. Если У, „= О, то режим работы ключа определяется точкой А, при этом и,„„= Е„„. Если и, „= У', то рабочая точка перемещается на восходящий участок выходной характеристики (точка В). При этом на транзисторе устанавливается остаточное напряжение У, величина которого тем меньше, чем больше Я, и и „. Переходные процессы, определяющие быстродействие ключа, рассмотрены в разделе «Импульсный режим полевых транзисторовь главы 5. Время включения ключа, определяемое разрядом паразитной емкости С, через открытый канал транзистора йн, ориентировочно определяется соотношением г, = 2,3ВыС,, Время выключения определяется зарядом емкости Се через резистор Я, и рассчитывается по формуле г,„= 2,3В,Се Рис.
8.8 пз У, па У, и У, и~ и Рис. 8.10 398 Глава 8. Цифровые иитег альиые микросхемы Быстродействие ключа в основном определяется временем выключения, посколь- ку сопротивление открытого канала, через который проходит разряд Се меньше сопротивления Я,. Ключи с динамической нагрузкой В таких ключах вместо резистора Я, в цепь стока включают нагрузочный транзи- стор. На практике применяют три варианта включения нагрузочного транзисто- ра (рис. 8.11). 1 1 Рис. 8.11 В схеме, показанной на рис. 8,11, а, в качестве нагрузочного транзистора ЧТ, применен транзистор с индуцированным каналом при соединении затвора со стоком.
В этом случае выполняется условие и, „, = и, м. На рис. 8.12 приведены выходные характеристики транзистора ЧТ„на поле которых проведены линия 1, соответствующая условию 1„= Ди, м) при и, „, = и Она соединяет точки перехода от линейного режима к режиму насыщения. ЛиниЯ 2 соответствУет Условию 1м= ~(м, м) пРи и, „т= и„, — и ы= и, „2,тоесть является вольт-амперной характеристикой транзистора ЧТа При условии и, „, = = и, „, она сдвинута относительно начала координат на величину порогового напряжения () ы нагрузочного транзистора. Для определения уровней логического нуля и логической единицы необходимо на поле выходных характеристик ЧТ, построить вольт-амперную характеристику транзистора ЧТ, (рис.
8.13), точки пересечения которой с выходными характеристиками транзистора ЧТ, определяют уровни логического нуля и единицы на выходе ключа. Для уменьшения остаточного напряжения (Р, применяют нагрузочный транзистор ЧТ, с меньшей крутизной, чем у активного транзистора ЧТе В этом случае нагрузочная линия идет более полого и точка В', определяющая величину остаточного напряжения, сдвигается влево.
8.2. Элект онные ключи на полевых транзист Рис. 8.12 Рис. 8.13 В схеме, показанной на рис. 8.11, 6, в качестве нагрузочного транзистора Ъ'Т, применен транзистор со встроенным каналом при соединении затвора с истоком (и, „, = 0). В этом случае для определения режима работы Ъ'Т, необходимо на поле его выходных характеристик построить выходную характеристику Ъ'Т, при и, м = 0 (рис.8.14). В схеме, показанной на рис. 8 11, в, в качестве нагрузочного применен транзистор с каналом, тип электропроводности которого противоположен типу проводимости активного транзистора. Такая пара транзисторов называется комплементарной.
В этой схеме входное напряжение управляет как активным транзистором, так и нагрузочным. Если и„= (Р, то транзистор Ъ'Т, закрыт, а УТ, открыт, при этом на выходе схемы устанавливается высокий уровень напряжения. Если и = Р, то открывается транзистор 7Ть а транзистор ЪТ, закрывается, прн этом на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения. В том и другом случаях практически отсутствует потребление тока от источника питания. Лишь при переходе схемы из одного состояния в другое, когда один из транзисторов еще не полностью открылся, а второй не полностью закрылся, существует цепь для протекания тока. Глава 8. Ци вые интегральные микросхемы Рис. 8.14 Для определения режима работы такой схемы необходимо на поле выходных характеристик транзистора УТ, построить две нагрузочные линии: одну для открытого состояния ЧТэ другую для закрытого (рис.
8,15). На том же рисунке представлен график зависимости потребляемого тока от входного напряжения 1„= ~(и,„), из которого следует, что потребление тока происходит в основном при переключении ключа из одного состояния в другое, то есть такие ключи отличаются высокой экономичностью. Достоинством ключей на комплементарных транзисторах является также то, что они обладают более высоким быстродействием, так как в них заряд и разряд паразитной емкости С~ протекают в одинаковых условиях, поэтому г г, еык мс-и Рис. 8.18 8.3.
Логические элементы интегральных микросхем Логическими элементами (ЛЗ) называют электронные схемы, выполняющие логические операции с цифровыми сигналами, имеющими два значения: Р (логический нуль) и Р (логическая единица). Основными логическими операциями являются: 8.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
