Гусев - Электроника (944138), страница 106
Текст из файла (страница 106)
58) где !7зг .,„ н [/з„ ,„ †максималь допустимые напряжения затвор †ст и затвор †ист. Для МОП-транзисторов напряжения !/зс ,„ и Узн ,„ ограничены электрической прочностью диэлектрика под затвором. МОП-транзнсторы с индуцированным каналом закрыты до тех пор. пока напряжение между затвором и электродами истока или сгока меньше эффективного порогового напряжения ~сан е,е 1см.
и 2.! 0). Эффективное порог овое напряжение 523 отличается от порогового (Узи „, только при наличии дополнительного напряжения на подложке, которая может выполнять функции второго управляющего электрода: ~ ЗИпораф ~ ЗИпор 3) тПИ (7.59) и Гаи где т) — -коэффициент влияния на подложке, т)по — — „ р цпи Ток в цепи затвора полевого транзистора с управляющим р-и-переходом равен обратному току р-и-перехода и изменяется в зависимости от температуры транзистора. Он нормируется в виде полного тока затвора 13.
Часть этого тока протекает через электрод стока, а часть — через электрод истока. В цепях затворов МОП-транзисторов протекают только токи утечек, имеющие малое значение. Входное сопротивление (по цепи затвора) ключей на полевых транзисторах с управляющим р-и-переходом при малой частоте коммутации около 10 1О Ом, у МОП транзисторов — -10'3 — 1034 Ом. С повышением частоты оно уменьшается вследствие влияния емкостей СЗс СЗи.
Электрическая мощность, затрачиваемая на управление ТК, сравнительно невелика. Поэтому во многих случаях ее можно не учитывать. Сопротивление закрытого ключа на полевом транзисторе достаточно велико и характеризуется остаточным током стока 7с„, (ток стока закрытого транзистора). У полено~о транзистора с управляюгдим р-и-переходом рс„, зависит от сопротивления канала Аси и тока р-и-перехода, смещенного в обратном направлении: ~сорт ( СИ!Яоптаа+73собр (7.60) ГДЕ Я,„„„- СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗаКРЫтОГО Каиапа; Рзсоб — тОК ПЕ- рехода затвор -. сток, смещенного в обратном направлении; (гси напряжение между стоком и истоком. В ТУ на полевые транзисторы значение тока 7зс.б.
обычно не приводят, указывают только полный ток затвора, включаюЩий в себЯ и ток 73и,бр. СчитаЯ 73и бр 73с бр можно ориентировочно оценивать 7,с,бр по соотношению (7.61) В связи с малым током затвора и большим сопротивлением Я,„сопротивление закрытого ключа обычно не менее 103 Ом в области низких частот. У МОП-транзисторов остаточный ток зависит от обратного тока перехода между стоком и подложкой: ь'си 7соот + ~слобр (7.62) где 7сп„р — обратный ток р-и-перехода между стоком и подложкой. Вследствие малого значения 7„по„р эквивалентное со- 524 протнвление запертого ключа на МОП-транзисторе может достигнуть значения 10~- — 10" Ом.
С повышением частоты изменения напряжения Е (при работе ключей на переменном токе) нх сопротивление в запертом состоянии уменьшается из-за влияния емкостей С,„и С„,. Это имеет значение для устройств, в которых коммутируются аналоговые сигналы. При переменном напряжении Е амплитуда его должна быть такова, чтобы напряжение Гзс в любой момент времени превышало напряжение отсечки транзисторов (в случае МОП- транзисторов с индуцированным каналом и управляющим р-л-переходом) или было меньше Г„,„(для МОП-транзисторов с индуцированным каналом). В протйвном случае ключ будет открываться на промежуток времени, в течение которого это условие не выполняется. Кроме алого, потенциал подложки МОП-транзистора необходимо выбирать таким, чтобы при любом значении переменного напряжения Е р-л-переход между подложкой и стоком был смещен в обратном направлении. В противном случае источник коммутируемого сигнала через цепь подложки будет соединяться с другими цепями, что приведет к появлению помех и искажений.
Эти условия накладывают ограничения на максимальную амплитуду коммутируемого переменного напряжения и заставляют подавать большое запирающее напряжение сг„„на затвор ключей на МОП-транзисторах с технологически встроенными каналами и управляющими р-л-переходами. У МОП транзисторов с индуцированными каналами подложка подключается к источнику напряжения, которое дополнительно запирает р-л-переход между подложкой и стоком. Соответст.— венно увеличивается П,„„„„,, что позволяе~ повысить амплитуду коммутируемого напряжения. На практике подложку обычно подключают к источнику питания требуемой полярности [подложки п к источнику напряжения +Е и р — к ( — Е)). В запертом состоянии емкость между цепью управления и цепью переключаемого сигнала около 1 — 30 пФ.
Для полного отпирания ТК с управляющим р-л-переходом напряжение (lзи необходимо уменьшить до нуля. В МОП- транзисторах с индуцированными н с технологически встроенными каналами напряжение (7зн следует брать максимально большим по модулю так, чтобы получить минимальное сопротивление канала и малую его зависимость от колебаний напряжения на затворе. СопРотивление откРыто~о ключа и напРЯжение сгсн„,„легко определить с помощью выходных характеристик транзистора.
На них строится линия нагрузки (рис. 7.22, а в). В точке пересечения ее с кривой, определяемой напряжением (7зн, находится значение Ген„„. ключа и его ток 1„. Положение этой точки также определяет сопротивление Я,„„„ 525 Е/Кн иг )н Ес Е/Ян /и Его н пор «р "сн отк Е Сгсн б) Г/си оглн )/гн а/ Е /нн зн Рис 7 22 Возгат-амперные характеристики с линиями нагрузки для ключей на полевых ~ранзисгорах с управляюгдим р-»-переходом (а) МОИ-транзнст оров с индуцированиым (6) и технологически встроенным 1о) каналами З" Опзг Г/гн си отк 6) 52б При малом токе ключа /„- 0 напряжение (/си„„невелико и можно считать, что потенциалы стока и истока равны между собой: (/,=(/„. При болыпом напряжении Е и малом сопротивлении Я„напряжение (/сн„,„может достигнуть значений в несколько В.
Поэтому при выборе транзисторов для мощных ключевых схем отдают предпочтение тем типам, которые в открытом состоянии имеют малое сопротивление канала (Ае„„,„ы=7 —:30 Ом). Из характеристик рис. 7.22, б, и видно, что при больших значениях напряжения 1/зн его небольшие колебания мало меняют напряжение 1/с„.„и сопротивление канала. Можно выделить две основных схемы подачи управляющего напряжения.
В первой схеме напряжение (/зи не зависит от тока нагрузки и уровня входного сигнала (рис. 7.21, б, г). Она характерна для цифровых ключей, в которых коммутируется ток, созданный источником постоянного напряжения Е. В схеме рис. 7.21, а, в происходит изменение напряжения (/зн в зависимости от уровня и полярности входного сигнала. Подобная подача управляющего сигнала происходит в ключах, коммутирующих аналоговые сигналы. Таким образом, у ключей, для которых важна стабильность сопротивления А,„.„, наблюдается его изменение в зависимости от величины и полярности входного сигнала.
Это происходит потому, что падение напряжения на сопротивлении нагрузки Л„, повторяющее входной сигнал Е, вычитается (суммируется) из управляющего напряжения. Соответственно меняются напряжение (/зн и сопротивление канала транзистора Яс„. При ° ° г)оогх вн гт) и,и„ Рис.
7.23. Ключи с пдаваюгпими затворами на полевых гранзисторах с управлкюгпим Г-в- переходом )а) и з ипа МОП с индупированнылг каналом )о); парамегрическвя компенсапня изменения сопрогивления Л за счет использования компдементарной пары транзисторов 1в) Яског Пзи 1 ) 7.63) имеет минимальное значение: г (2 Яс о г Зиогсг Г ~скос) (7.64) 527 изменении сопротивления нагрузки Я„также набшодаются колебания сопротивления канала из-за того, что напряжение бгзи при Я,„ ФО есть функция сопротивления даже при неизменном значении входного сигнала. Так как в аналоговых ключах напряжение Г меняется в широких пределах, а сопротивление нагрузки может быть нелинейным, эта нестабильность параметров является их существенным недостатком.
Для его устранения приходится вводить дополнительные цепи, обеспечиваюшие поддержание неизменного значения напряжения Гзи, или осуществлять параметрическую компенсацию нестабильности сопротивления Я,„. В ТК на полевых транзисторах с управляющим р-и- переходом обычно применяют стабилизацию напряжения Узи. Поэтому потенциал затвора оказывается «плавающим». Одна из возможных схем включения ТК с плавающим потенциалом затвора приведена на рис. 7.23, а. В ней затвор соединен со стоком через резистор Я, имеющий большой номинал (Я»1 МОм). Если управляющее напряжение етвк имее~ положительный потенциал, диод РТ) заперт. Прй этом через резистор протекает ток затвора !з, значение которого достаточно мало. Падение напряжении на резисторе Я близко к нулю и сопротивление канала, определяемое из уравнения причем значение этого сопротивления не зависит ни от знака, ни от значения входного напряжения.
ПРи изменении полЯРности напРЯжениЯ еу„р диод )'1З открывается и потенциал затвора определяется ууапряжением — еу„, которое по модулю больше напряжения отсечки. Связь цепей коммутируемого сигнала и управления невелика и зависит от номинала резистора А. Таким образом, в данной схеме обеспечиваются плавающий потенциал затвора у открытого ключа, так как (1з (1с-(1и, и минимальное стабильное значение сопротивления А,„. Характеристики ТК практически не меняются при изменении коммутируемого напряжения. У ключей па МОП-транзисторах с индуцированным каналом плавающий потенциал затвора можно получить с помощью эмиттерного повторителя на транзисторе )'Т2 (рис.
7.23, б). У него потенциал эмиттера почти равен потенциалу истока транзистора КТ1. Параметры схемы выбраны так, что при подаче отпирающего напряжения — еу»р стабилитрон ИТЗ пробивается. Так как падение напряжения на пробитом стабилитроне имеет постоянное значение, а потенциал эмиттера транзистора КТ2 равен потенциалу истока — КТ1, то потенциал затвора будет иметь неизменное значение относительно потенциала канала при любых значениях напряжения Е. Следовательно, будут отсутствовать погрешности от нелинейности сопротивления А,„. Хорошие результаты по стабилизации А,„дает параметрическая компенсация (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
