8.4. Ключи на полевых транзисторах

По быстродействию ключи на полевых транзисторах (ПТ) обычно уступают ключам на БТ. У них наблюдается проникновение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от управляющего сигнала. Причиной их появления является наличие паразитных емкостей затвор - сток C_зс, затвор - исток C_зи. Ключи на ПТ по сравнению с ключами на БТ обладают следующими преимуществами:

1. Высоким сопротивлением закрытого ключа R_кл.з =10⁸–10¹¹ Ом.

2. Высоким входным сопротивлением управляющему сигналу при малой частоте переключения R_вх =10⁸–10¹⁴ Ом.

3. Возможностью коммутации сигналов малого уровня (порядка микровольт).

4. Более высокой плотностью упаковки в ИС.

8.4.1. Ключ на пт с управляющим р-n-переходом

На рис. 8 .6, а изображена схема последовательного ключа на ПТ с управляющим р-n-переходом. Область сток – исток ПТ эквивалентна сопротивлению, которое может изменяться во много раз при изменении напряжения затвор – исток.

Рис. 8.6. Последовательный ключ:

на ПТ с управляющим р–n-переходом (а); на n- канальном МДП транзисторе (б)

Если управляющее напряжение u_y > u_вх, то диод закроется, а ПТ откроется, при этом выходное напряжение будет равно

u_вых = u_вх∙R_вх / (R_кл + R_вх ),

где R_кл = R_си – сопротивление ключа в открытом состоянии.

Если u_y < u_вх , то диод будет открыт, а ПТ закрыт. Если входная цепь содержит разделительный конденсатор C_р, то он зарядится током от источника входного сигнала через резистор R2 в точке u_вх до отрицательного уровня управляющего напряжения. В этом режиме может произойти нарушение нормальной работы ключа, Для исключения этого явления служит резистор R1. Обычно выбирают R2 = 100–300 кОм и R2 >> R1.

8.4.2. Ключ на п-канальном мдп транзисторе

Схема ключа на п-канальном МДП транзисторе с индуцированным каналом (рис. 8 .6, б) значительно проще. Она позволяет работать и с разделительной емкостью С_р на входе ключа. В закрытом состоянии сопротивление ключа на МДП-ПТ достигает десятков ГОм. Подача на затвор относительно истока положительного напряжения переводит канал в проводящее состояние, при этом R_кл = 1–300 Ом. Эта схема будет работать при положительных входных сигналах u_вх - u_у ≤ 5 В.

При более высоком уровне управляющего сигнала сопротивление канала начнет расти. Если подложка ПТ подключена к общей шине, то большие отрицательные входные сигналы вызовут включение ПТ. Поэтому если надо переключать сигналы обеих полярностей, например в диапазоне ± 10 В, то можно использовать такую же схему, соединив подложку с источником питания Е_- = ‑ 15 В и подавая на затвор u_у = 15 В (включено) и u_у = - 15 В (выключено).

Таким образом, подложка выполняет функцию второго управляющего электрода.

8.4.3. Ключ на комплементарных мдп - транзисторах

Лучшими характеристиками обладают ключи (рис.  8 .7, a) на комплементарных МДП - транзисторах (КМДП - ключи).

Рис. 8.7. Ключ на КМДП транзисторе: схема (а), сопротивление ключа (б)

Цифровая микросхема DD1 представляет собой инвертор. Ключ открыт при высоком уровне u_у и закрыт при низком уровне u_у. Эта схема одинаково работает в двух направлениях. Её сигнальные зажимы И и С могут служить как входом, так и выходом. Она является основой для всех микросхем аналоговых коммутаторов, выпускаемых в настоящее время. КМДП - ключи имеют малое сопротивление в открытом состоянии в диапазоне входных сигналов Е_-…Е (рис.  8 .7, б). При низких уровнях симметричного напряжения питания для нормальной работы ключа должно выполняться неравенство 2Е > 5В.

Следует иметь ввиду, что ключи на ПТ с управляющим p-n переходом и на МДП-ПТ с встроенным каналом при отключении питания всегда открыты, а на МДП-ПТ с индуцированным каналом всегда закрыты.