Гусев - Электроника (944138), страница 107
Текст из файла (страница 107)
7.23, в). В этом случае обычно используют комплементарную пару транзисторов )УТ1, Ъ'Т2 (транзисторы с каналами разного типа, но идентичные по параметрам). Их соединяют параллельно и управляют равными напряжениями противоположной полярности ( — еу ру Гу ру). В открьггом состоянии, когда поданы потенциальу — е,„, и еу»ру, сопротивления А,„транзисторов соединены параллельно.
Общее сопротивление А.,„=А,„, 8 А,„,. При подаче входного напряжения Е и появлении (/,„„напряжение ()зи одного транзистора равно ( — гу„р, — (У,„„), а другого еу ру (1» . В этом случае сопротивление А,„одного транзистора уменьшается на ЛА,„„а другого увеличится на ЛА,„у. Если идентичность параметров у )'Т1 и Ъ'Т2 хорошая, то ЛА,„у =ЛА,„у и сопротивление А.,„не зависит от входного напряжения. На практике оно обычно изменяется на десятки-- две-три сотни Ом при сопротивлении открытого ключа 200 - 500 Ом.
Таким образом, организация управления ключами на полевых транзисторах, которые коммутируют аналоговые сигналы, имеет свои особенности. Для нас представляют интерес уровни напряжений (1„„„при открытом и закрытом состояниях транзистора. Оно равно (для схем рис. 7.21, б, г) 518 л ( внхзя и ь л„ (7.65) () „„Е - --' — "'-'" " (7.66) с 3 ~гв Зак а) г . г г гзн сйз в гн спзх и г)! Д Рис. 7Д4 Ключевая пепл на коынлеыегпврных транзисторах (и). ~квнвалензные схемы озкры~ого (6) н закрытого (в . ) ТК )х Заказ № (066 где Я сопротивление, подключенное к выходным зажимам ключа.
В (7.64) не учтено падение напряжения„созданное ца резисторе А„остаточным током стока. При малых значениях сопротивления Я С(, „,.„. существенно меньше напряжения ч Е, причем уменьшение сопротивления Аа, желательное с точки зрения повышения (!,н„„„, приводит к увеличению потребляемого токи и мощности от источника питания прп открытом ТК. Поэтому для увеличения экономичности и улучшения стабильности уровней выходных напряжений, что лостаточно важно для цифровых устройств, широко применяют ключи на комплементарных транзисторах (рис. 7.24, а). В них при подаче управляющего напряжения одной полярности, например — е„,„, открыт транзистор КТ! и резистор Я подключен к йсточнику питания через сопротивление Я,„„,кы которое сравнительно невелико. При другой полярности, + г„в, транзистор КТ! закрыт, а транзистор КТ2 имеет минимальное сопротивление.
При этом резисзор Я через сопротивление А,„.,„, соединен с общей шиной. Падение напряжения на нем практически равно нулю. При этой полярности с,я, ток от источника питания не потребляется. При большом значении Я рассеиваемая мощность мала и при открьпом транзисторе )'Т!. Малая потребляемая мощность и стабильность уровней выходного напряжения, близких к нулю и напряжению шпания, Лслаюг данные ключи перспективными для построения экономичных цифровых устройств различного назначения. На их основе созданы разнообразные микросхемы КМОП серий 176. 561, 564 и др. Эквивалентные схемы ТК приведены на рис. 7.24, 6 а. У открыто| о ключа обычно приходится учитывать емкос1 и С„., С.,„и сопротивление А,„„„(рис.
7.24. 6), Эквивалентные схемы закрытого ТК с управляющим р-л-переходом (рис. 7.24. в) и па МОП-транзисторе (рис. 7.24, ) различны. Однако при практическом применении этим различием часто пренебрегают и учитывают только основные определяющие факторы. Цифровые ключи входят в состав всех цифровых микросхем МОП-серий. Аналоговые ключи выпускаются в виде отдельных микросхем. В ИС 547КП1, К190КТ1, К190КТ2 в состав микросхемы входит несколько МОП-транзисторов с индуцированными каналами. При их использовании нужно создавать внешнюю цепь управления, ориентируясь на изложенный материал. В новых разработках аналоговых ключей в микросхеме размещены и цепи управления, например ключи серий 590, 543, 591, 733, 1104, 564, 176, Е 7.6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧАХ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Перехолные процессы в ключах на полевых транзисторах разных типов имеют элементы общности и различаются только второстепенными деталями.
Они в основном обусловлены перезарядкой межэлектропных емкостей, которые нелинейны и зависят оз напряжений между электродами транзистора. При этом для упрощения обычно пренебрегаю~ временем пролета носителей заряда через канал, которое лостаточно мало.
Нелинейности межэлектродных емкостей и сопротивления канала )1,„затрудняют точный количественный анализ. Поэтому рассмотрение переходных процессов проведем только качественно, ставя цель уяснить влияние на них отдельных параметров транзистора. Для определенное ~ и используем схему ключа рис. 7.21, а, Эквивалент.ная схема ключевой цепи имеет вид, показанный на рис. 7.25, а. Пусть ключ управляется напряжением, изменяющимся ступенчато от Р„„,=О до е,„,.=- — ~ь,, причем ~ Г, ~)~ 1/,ц„„„!.
Тогда при е,,„„, =0 транзистор закрыт и напряжение йа С,„равно нулю. Напряжение на конденсаторах С„и С,„близко к напряжению источников питания Е. 530 нВ. и) ыг Рис. ХЗ5. Уггрощснггая зквивалегпнля схема ЧО(т-граггзнстора (и); зквивалсгп лая схема ключа (о); и дни ралгмы изменсяия входного и выходного напряжений при отпирании транзисторного ключа (я( При подаче на вход скачка напряжения — (lт (рис. 7.25, б) начнется переходный процесс отпирания ТК, Так как источник управляющего сигнала имеет конечное внутреннее сопротивление Л„, то в первый момент времени напряжение загвора (/,„не изменится, а через резистор згхи потечет ток ,(о) =,„.)()]+;„(()) = и,,'я„.
(7.б7) Если См=Ст„, то равны и их токи. так как напряжения на емкостях в первый момент времени остаются неизменными. Токи г,„и гм (рис. 7.25, и) начнут перезаряжагь конденсаторы Саю С„. Выходное напряжение из-за дополнительного падения напряжения на резисторе )хс и зарядки емкости С,„увеличивается по модулю, становясь более отрицательным (рис. 7.25, г). Другими словами, входные емкости создают выброс напряжения в выходной цепи, пропорциональный сигналу управления. Однако наличие емкости С,„приводит к тому. что выброс появляется нс скачком, а нарастает по мере зарядки конденсатора Сего Как только напряжение на конденсаторе С,и достигнет порогового напряжения, транзистор откроется и ток зарядки конденсатора См начнет идти также по цепи канала.
При этом зок (м увеличивается. Это приводит к бысгрому нарастанию модуля напряжения на затворе и соответствующему снижению выходного напряжения. Наличие заряженного конденсатора С„.„затягивает переходный процесс. так как часть тока капала нэ1ет на перезарядку емкости этого конденсатора. Таким образом. напряжение на выходе ТК начнет уменьшаться по модустю огиосительно своего значения в ст;пическом режиме только через промежуток времени (, (время задержки). 53( По мере зарядки конденсаторов Гю, С„, модуль напряжения на затворе увеличивается, и сопротивление канала уменьшаегся.
Соответственно снижается модуль выходного напряжения. Если ~l, достаточно велико по модулю. а емкость С„значи1едьпа, что имеет место при ечкос~ной нагрузке ключа, то при каком-то значении напряжения С', сопротивление канала практически перестает изменяться. Транзистор оказывается «полностью» открытым. Однако если емкость к „, к которой относим и емкость нагрузки, велика, то за время г, опа не успеет разрядиться до значения напряжения, соответствующего статическому режиму )и,и,-0 при достаточно высоком Л,). Транзистор окажется в области, когда сопротивление его канала квазипостоянно, а напряжение на электродах меняется из-за продолжающейся разрядки конденсатора Сс, По мере разрядки конденсатора Сс«с постоянной времени т Сс«А«,«,к выходное напряжение стремится к нулю и переходный процесс открывания ТК заканчивается.
При этом Сио Си заряжены до напряжения — бю а напряжение на емкости Скп бпизко к нулю. Таким образом, проиесс открывиння полевого транзистора сопровождается проникновением в коммгтируем)то иепь импульси нипряжения ~выс)роса), пропорционального управляюи)ехкг сигнилг, который задерживиет мо.иепкп начали и ьнененич в нужную сторону выходнс>го напряжения ТК и .пеняет форму выходкюго сигнила. При запирании ТК на вход подают положительный перепад напряжения так. чтобы (Узи( ~ (Гзи',„~ (в данном случае Пзи=0). Распределение потенциалов в схеме в момент подачи зайиракьще|о напряжения показано на рис.
7.26, и. В первый момент времени (2=0) напряжение Гзи остается неизменным. В цепи затвора скачком появляется ток, обусловленный перезарядкой конденсаторов С„. С,„: (7. 6о) 532 ау Рис 2 26 Эквив«ион~пня сисис к но ю прн по ычс ««пир«- юшс~о си!н«чн МХ ли«врвмни к«ион«пик н«пря:копия при юпир«нии ключа ~6) Так как конденсатор С,„разряжен и его заряд не может измениться мгновенно, то выходное напряжение ключа в момент подачи управляющего сигнала остается практически постоянным. По мере зарядки емкости С„.„током ~'„выходное напряжение возрастает и в выходном сигнале появляется выброс напряжения, полярность которого совпадает с полярностью отпираюшего сигнала (рис.
7.26, 6). По мере зарядки конденсаторов С,„, С„изменяется напряжение на затворе и сопротивлешие канала увеличивается. Это приводит к уменьшению до нуля положительного выброса и к дальнейшему снижению выходного напряжения вплоть до установившегося значения. Емкость С,.„существенно замедляет этот процесс, так как ее зарядка идет через резистор А„с постоянной времени т А„С„„. Как только напряжение на затворе достигнет свое1о порогового значения (момент времени ! ), транзистор закроется, Однако напряжения на его электродах продолжают изменяться из-за продолжаюгцейся зарядки конденсат'оров С...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
