Ключ на полевых (мдп) транзисторах

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принцип работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Схема цифрового ключа на МДП—транзисторе с индуцированным каналом n — типа и резистивной нагрузкой и временные диаграммы, поясняющие работу ключа, показаны на рис. 25.5. На схеме емкость C_n соответствует суммарной емкости подключенных к ключу устройств. При отсутствии входного сигнала транзистор закрыт и напряжение между стоком и истоком u_СИ=Е_С. При напряжении u_ВХ больше порогового напряжения U_{ЗИ ПОР} транзистор открывается и напряжение понижается.

Рисунок 25.5 - Схема ключа на МДП транзисторе с резистивной нагрузкой (слева) и диаграмма включения (справа)

 

 

 Напряжение U_ВКЛ на открытом ключе зависит от сопротивления стока R_C, величины входного сигнала и особенностей стоковых характеристик транзистора. Скорость изменения напряжения на выходе определяется сопротивлением R_C, емкостью C_n и частотными характеристиками транзистора.

На рис. 25.6 представлена схема цифрового ключа на комплементарных МДП—транзисторах, которые взаимодополняют друг друга — транзистор Т1 с каналом n — типа и транзистор Т2 с каналом p — типа. Обозначим через U_{ЗИ ПОР1} и U_{ЗИ ПОР2} положительные пороговые напряжения для транзисторов Т1 и Т2 соответственно. Пороговые напряжения представляют собой минимальные значения напряжений, при которых транзисторы находятся в закрытом состоянии.

Рисунок 25.6 - Схема ключа на комплементарных МДП транзисторах

 

 

 Когда u_ВХ=0, транзистор Т1 закрыт, а транзистор Т2 открыт. В этом режиме u_СИ1»Е_С, uС_И2»0. Если u_ВХ>U_{ЗИ ПОР1}, то транзистор Т1 будет открыт. Если обеспечить выполнение условия u_ВХ>E_C-U_{ЗИ ПОР2}, то тогда транзистор Т2 будет закрыт, а u_СИ1»0.uС_И2»Е_С

 Если обеспечить выполнение неравенства Е_С<U_{ЗИ ПОР1}+U_{ЗИ ПОР2}, то при изменении входного сигнала исключается состояние, когда оба транзистора включены. В случае невыполнения неравенства при некотором промежуточном значении напряжения u_ВХ оба транзистора могут быть включены, и через них протекает так называемый сквозной ток. Этот ток протекает в течении короткого промежутка времени, но тем не менее может нарушить работу или вывести из строя схему.

 Достоинства ключа заключаются в следующем:

 • и в открытом и в закрытом состоянии ключ практически не потребляет ток от источника питания;

 • выходные напряжения в открытом и закрытом состоянии ключа резко отличаются друг от друга, что очень важно для цифровых схем с точки зрения повышения помехоустойчивости;

 • высокое быстродействие ключа, которое на порядок выше быстродействия ранее рассмотренных ключей.

 Повышенное быстродействие ключа на коплементарных транзисторах обусловлено тем, что разряд и заряд емкости С_n происходит через соответствующий открытый транзистор с очень малой постоянной времени. При этом в начале заряда или разряда через соответствующий транзистор протекает ток значительной величины, обеспечивая быстрый заряд емкости.

1 Изобретение Бардиным, Бреттейном и Шокли биполярного транзистора в Bell Lab.Incorporated.

[1] Микросхемы для наручных электронных часов.

[2] [2] Технология СБИС, под редакцией С.ЗИ, Москва Мир 1986 стр. 13

[3] Для нахождения рабочих точек используется метод линий нагрузки: по оси напряжений откладывается заданное напряжение (в данном случае величины Еб и Ек) и из этой точки проводится вольт-амперная характеристика нагрузки (в данном случае - резисторов Rб и Rк). Точка пересечения обеих характеристик - основной и нагрузочной - определяет ток и напряжение в цепи.

[4] Условие стабильности

[5] High Fidelity — высокая точность, высокая верность)

[6] High End) — маркетинговый термин обозначающий высочайший («элитный») класс

7 Динатронный эффект в электронных лампах — «переход электронов вторичной эмиссии на другой электрод». В тетродах динатронный эффект порождает нежелательное состояние отрицательного внутреннего сопротивления, при котором рост анодного напряжения сопровождается уменьшением анодного тока (в крайних случаях анодный ток может и вовсе менять направление). В пентодах динатронный эффект подавляется введением третьей (антидинатронной) сетки, которая препятствует вылету вторичных электронов из поля анода.