Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 24
Текст из файла (страница 24)
11.6. Схема двоякого коммутатора 26УПП2 (ау к уарошенаая схема мостового аяоако~о ключа чльлюхкаыаяьного коммутатора К252КТ1 ?екчия 11. Коммктато ы аналоговых сигнююв ;„,::::,.:. Некоторое отли ше заключается в площадях этих переходов, а следовательно, :я в падениях напряжений на них. Разность напряжений на переходах создает на,'':яеяженне смещения. Кроме того. следует учитывать различие токов в переходах, '.;.,:!Ло также влияет на напряжение смешения. Зто напряжение смещения для кшочей ~'ф-'.одиночных транзисторах составляет 0,1...0,2В, а сопротивление замкнутого '„:,,ш1оча колеблется от !О до 100Ом. Время переключения зависит от степени насы-:,'!~яеяяя и для высокочастотных транзисторов с тонкой базой обычно не превышает «~Д мкс. '-,:~::., Для снижения напряжения смещения используют инверсное включение трап;";:фюрера, т. е, напряжение управления прикладывают между базой и коллектором, ;,'Йрв этом напряжение смещения можно понизить до 5..
10мВ. Схема транзис~ор! яко ключа с инверсным включением транзистора приведена на рис. 11.7 6 В этой :'!гена для снижения остаточного напряжения два инверсно включенных трап,;,жстора Т1 н 72 включены последовательно, что приводит к дополнительному ','глажению остаточного напряжения, которое будет равно разности напрях~ений ';:Екпле!шя транзисторов Т! и 72. Такой транзисторный ключ называется компен,,)вроваиным Остаточное напряжение компенсированных ключей лежит в преде'-;:'яязх 10... 50мкВ. Недостатком компенсированных ключей является их увеличенное ,~'авр.ливлепие во включенном состоянии. ,Иногда для создания компенсированных ключей используют так называемые ''якухэмиттерные транзисторы.
Такие транзисторы во включенном состоянии име";!Вт достаточно малое остаточное напряжение. Так, например, двухэмиттерпый 15раизнстор КТ118 имеет остаточное напряжение 0,1...0,2мВ, а компенсирован;;;Мьл1 транзнсторныи ключ КР162К'Г1 имеет остаточное напряжение 0,3 мВ :,:;:;;~ . Следует отметить екпс одну особенность ключа, приведенного на рис. !1.7 а. '!%г!ли напряжение управления равно нулю, то транзистор Т2 заперт и напряжение 'жточпика +Е через резистор 71, запирает транзистор Т1. При положительном ;;.!Плряжснил па базе транзистора 72 база транзистора Т1 через насыщенный тран- 5!втяс1гор Т2 соединяется с общей шиной.
В этом случае переход коллектор-база ~!пржет быгь откры г только при положи.гельном напряжении на коллекторе и, сле,:.ясвательно, такой ключ является однополярным. В схеме компенсировашюго т ранзисторного ключа, приведенного на :бак, 11.7 6, в исходном состоянии, когда управлюощие напряжения !7,, и У,, равны ,".'.ауяте, источники постоянного напряжения Е, и Е, отпирают транзисторы Т3, Т4 , а диоды 77! и .02 соответственно.
При этом через диоды 771 и 772 базы транзисто-';фе' Т! и Т2 замкнуты с их коллекторами и ключ оказывается разомкнутым. При запиранин диодов 27! и 772 от источников 17,; и 0',, ток транзистора Т3 .;,",,,1а!Хжадит через открытые переходы база-коллектор ключевых транзисторов Т1, ;":.",Д я далее через транзистор Т4 и источник Е;. В результате оба транзистора Т! и !~':„"22 оказываются в насыщенном состоянии и ключ замыкается. В результате такой .,гкаоч будег двухполярпым Компенсированные транзисторные ключи входят в состав различных мик- '!~:.:рбехем серии 124, 129, 162. Кроме того, транзисторные ключи используются в :;апуропах типа АОТ!22, АОТ126, АОТ!28 н др. Оптронные транзисторные клю':.::"'1и имеют гальваническую развязку входной и выходной цепей, однако у пих !!7 Раздел 2. Аналоговые инте алиные мнк осхемы имеет напряжение смещения ЗмВ, время переключения 40нс, ток утечки 10нА и' ', сопротивление в замкнутом состоянии около 100Ом.
Приведенные выше микросхемы диодных коммутаторов являются гибридны-,' . ми„в которых использованы специальные диодные матрицы, например, матринй:: 2ДС408 или КДС523. Диоды таких матриц имеют весьма малый разброс парамср:: ров, что позволяет получить напряжение смещения меньше 5мВ. Собственные емкости диодов матриц имеют значение 1 ...2пФ, что позволяет снизить импуль-1; оные помехи от цепей управления, В настоящее время диодные коммутаторы вытесняются более совершенными транзисторными ключами. Ключи иа биполярных транзисторах более совершенны, чем диодные ключи и.; значительно чаще используются в электронных схемах.
Простейший ключ на ол.,' ном биполярном транзисторе приведен на рис. 11,7 а. Он состоит из ключевога," транзистора Т1 и схемы управления на транзисторе Т2. По структуре транзистор.; ный ключ похож на двухдиодный ключ, изображенный на рис. 1!.5 а. При отсут~-,','. ствии тока базы Т1 закрыт и ключ разомкнут, а при протекании через базу тока!! управления )е))ечм ключ замкнут. В этом случае коллекторныи и змиттерннР:: переходы открыты и действуют так же, как открытые диоды в схеме рис.
11.5й,'; а) ключ б) Устройство унранленил Рис.11Л. Схема простого 1и) и комненснровлнного 1В) транзисторных ключей . 116 Лекция 1Е Коммутаторы аналоговых сигналов б) :а) к Устроис.во Усзпоиство управления Рис. 1К9. Схема хззкзна на полевом транзисторе с управлакзсним р-л-переходом (а) и с изолированным затвором 00 'равным нулю при любых значениях входных сигналов. Для исключения модуляции ::Проводимости канала входным сигналом затвор через сопротивление тсз связан с .напряжением источника сигнала е,. Устройство управления работает следующим ;образом.
Если напряжение управления равно нулю, то транзистор Т2 заперт и напряжение +Е через сопротивление Яз и диод 11 подводится к затвору транзистора ' Т), запирая его. В результате этого ключ будет замкнут. Если напряжение управления включает транзистор Т2, то анод диода Р через насыщенный транзистор 72 соединяется с общей шиной, в результате чего напряжение на затворе Т1 снижается ;почти до нуля и транзистор Т1 отпирается, что эквивалентно замыканию ключа. Ключи на полевых транзисторах с управляющим р-л-переходом входят в состав 'микросхем ряда серий: 284, КР504 и др. Так, например, микросхема 284 КН1 содер"жит'три ключа на полевых транзисторах с управляющим р-и-переходом и каналом "влила.
Каждый ключ имеет следующие параметры: сопротивление замкнутого ':Кл1оча 250Ом, ток утечки 10нА, максимальная частота коммутации 1МГц. Ключи на полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцирован:авым каналом )з- и и-типа получили самое широкое распространение при создании коммутаторов. Основной особенностью этих ключей является то, что в исходном ''состоянии при нулевом напряжении на затворе они заперты. Обогащение канала носителями зарядов происходит только при подаче на затвор напряжения, пре.вышающего пороговое напряжение. Токи утечки ПТИЗ определяются токами, которые протекают в закрытом транзисторе от истока и стока к подложке и имеют значение 1.
10нА при нормальной температуре. С повышением температуры опи 'ведут себя как обратные токи р-п-переходов, т. е. экспоненциально увеличивают':ся. Сопротивление между затвором и другими электродами в ПТИЗ достигает -очень большого значения: 10н... 1О" Ом, что при малой толщине диэлектрика под "затвором (около 1мкм) приводит к необходимости защиты от статического элек'тричества, Одной из таких мер явлется установка защитных стабилитронов или 'ддодов между затвором и каналом, однако это приводит к увеличению тока утечакн затвора, особенно с повышением температуры. Раздел 2, Аналоговые интегральные мнк осхемы Вм Рис 11.8 Иснслвзсввнис трвнзис~срных ключей с лсрмирцсыими усилителями в микрссхсмс КС10з4ХА4 более высокое остаточное напряжение и более высокий ток утечки в запертом состоянии.
Пример двунаправленного транзисторного коммутатора с цормирующими усилителями приведен на рис. 1!.8. На нем изображен фрагмент микросхемы КС1054ХА4„предназначенной для двусторонней передачи телевизионных видеосигналов, Направление передачи определяется устройством управления коммутирующими ключами.
Ключи на полевых транзисторах с управляющими р-л-переходами и с изолированным затвором в настоящее время получили преимущественное распространение з в разлнчньгх интегральных микросхемах. Прежде всего это связано с такими достоинствами этих ключей, как малые токи утечки, низкое потребление по цепи управления, отсутствие напряжения смещения, технологичность производства. В аналоговых ключах используются полевые транзисторы с каналами р- и .- л-типа. Однако, поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, то сопротивление канала во включенном состоянии у транзисторов с и-каналом ниже.
На быстродействие ключей существенным образом влияют переходные про- "=,. цессы в транзисторах. В этом отношении преимущественное применение находят- полевые транзисторы с изолированным затвором, параэитные емкости у которых меньше. Наибольшее распространение получили ключи на комплементарной 1согласованной) паре полевых транзисторов, один из которых имеет канал р-типа, ';: а другой -- канал л-типа.
Особенностью ключей на полевых транзисторах с изолированным затвором . является сильная зависимость сопротивления открытого канала от коммутируемого сизнала, что приводит к модуляции проводимости канала входным сигналой и возникновению дополнительных нелинейных искажений. Для снижения искаже-у;. ний„вызванных модуляцией проводимсити канала, в таких клзочах ограничивают уровень входных сигналов и использууот сравнительно большое сопротивление,.: нагрузки ключа. Аналогичный эффект имеется и в полевых транзисторах с управ-,';:;, ляющим р-л-переходом, однако для его снижения на затвор подают сигнал управу "',.'., пения, зависящий от входного сип1ала. К1 На рис. зыва при- 1 велена схема ключа нз 1 Выхсл 1 на полевом траюистор Вылсл 2 К2 Вход 2 ре 21 с управляющим У2 р-п-переходом и капа- '.
лом р-типа. Схема ':,;,' управления ключем выполнела на транзисторе Устрсйссвс 72, а ее питание произ- 1 ул1)звлсння КС1054ХА4 водится от источника =, напряжения Е. Диод Д ' необходим для того, чтобы напряжение за' -'',"'у твор — исток оставалссв 118 Раздел 2. Аналоговые интег алънме микросхемы Схема простейшего ключа на полевом транзисторе с изолированным затвором и каналом Р-типа приведена на рис. 11.9 6, Для отпирания ключево1 о транзистора Т на его затвор необходимо подать напряжение отрицательной полярности, превышающее пороговое напряжение (7, „. Для запирания ключевого транзистора Т напряжение на затворе должно быть положительным 1или равным нулю).
Усгройсгво управления для схемы, изображенной на рис. 11.9 б, выполнено на компаторе напряжения К 1или операционном усилителе). Если напряжение управления -,' равно нулю, то на выходе компаратора будет положительное напряжение, близкое по значению к напряжению питания Е. При положительном управляющем:.1 напряжении компаратор переключается и на его выходе появляется отрицатель- ';: ное напряжение, также близкое к напряжению питания Е. Ключи на ПТИЗ с каналом р-типа выпускаются как в виде отдельных элементов, так и в составе сложных коммутаторов. Так, например, микросхемы серии 168 содержат сдвоенные ключи без схем управления типа 168КТ2. Такие клзсчл .' имеют пороговое напряжение от 3 до 6В,прямое сопротивление не более 100 Ом,:.", время включения и выключения около 0,3... 0,5 мкс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
