Электронные ключи на БТ и пт. Классификация, основные параметры характеристики логических элементов, сравнение.

Электронный ключ представляет собой устройство, которое может находиться в одном из двух рабочих состояний – разомкнутом и замкнутом и изменяет состояние на время действия переключающего сигнала. В качестве переключающих элементов таких схем могут быть использованы полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры. В ключевом режиме биполярный транзистор работает в режиме насыщения (замкнутый ключ) или режиме отсечки (разомкнутый ключ). Переходные процессы в электронном ключе на биполярном транзисторе характеризуются длительностью цикла переключения, который можно разделить на несколько отдельных этапов: задержка включения; включение (нарастание тока до величины, соответствующей насыщению); задержка выключения (обусловлена рассасыванием заряда в базе при переходе из режима насыщения в активный режим); выключение (обусловлено уменьшением тока коллектора до значения, соответствующего отсечке). Ключи на биполярных транзисторах имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение: ограниченное быстродействие, вызванное конечной скоростью рассасывания неосновных носителей в базе; значительная мощность, потребляемая цепями управления в статическом режиме; при параллельном включении биполярных транзисторов необходимо применение выравнивающих резисторов в цепях эмиттеров, что приводит к снижению КПД схемы; термическая неустойчивость, определяемая ростом тока коллектора при увеличении температуры транзистора. Ключи на полевых транзисторах, бывают с резистивной нагрузкой; динамической нагрузкой, когда транзистор выполняет роль резистора; на комплиментарных парах, т.е. на транзисторах с разными типами проводимости каналов. В ключах с резистивной нагрузкой, когда транзистор закрыт, выходное напряжение стремится к напряжению источника питания (уровень логической единицы U1). Если транзистор открыт входным сигналом, то на открытом транзисторе остаточное напряжение порядка 0,02…0,04 В.

С резистивной нагрузкой С динамической нагрузкой

В этой схеме ключа роль динамической нагрузки выполняет транзистор VT2. В запертом состоянии ключа, когда на затвор транзистора VT1 подано напряжение Е^-3 < U0, положение рабочей точки определяется пересечением обратных характеристик стоковых p-n-переходов активного (VT1) и нагрузочного (VT2) транзисторов и максимальное выходное напряжение близко к напряжению источника стокового питания Umax ≈ ЕC. В открытом состоянии ключа, когда на затвор подано напряжение Е⁺3 > U0, рабочая точка В лежит на квазилинейном участке характеристики транзистора VТ1, на котором остаточное напряжение Uост является ничтожно малым. Если бы в открытом состоянии нагрузочный транзистор был закрыт, то выходное напряжение стремилось бы к нулю, и ключ не потреблял бы энергии в статических состояниях. Это достигается на ключах на комплементарных транзисторах. Транзистор VT2 – ключевой, а транзистор VT1 – нагрузочный. Затворы обоих транзисторов объединены и являются входом ключа. При нулевом потенциале на затворах транзистор VT2 закрыт, а транзистор VT1 открыт и работает в линейной области. Напряжение на выходе ключа практически равно Uип. При подаче на затворы напряжения близкого к Uип транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается. На выходе формируется уровень напряжения, близкий к потенциалу земли.

Логические элементы - элементы схем, выполняющие логические функции. «И», «Или», «Не», «и их комбинации». Основными типами логических элементов являются: РТЛ – резистор – транзисторная логика, ДТЛ - диодно-транзисторная логика, ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика, ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки, ЭСЛ – эмиторно-связаная логика, КМОП – комплементарная логика на МОП транзисторах.

Параметры логических элементов: коэффициент объединения по входу К_об – число входов, с помощью которых реализуется логическая функция, коэффициент разветвления по выходу К_раз показывает, какое число логических входов устройств этой же серии может быть одновременно присоединено к выходу данного логического элемента, быстродействие характеризуется временем задержки распространения сигналов через ЛЭ и определяется из графиков зависимости от времени входного и выходного сигналов. Различают время задержки распространения сигнала при включении ЛЭ, время задержки сигнала при выключении и среднее время задержки распространения.