Выключение транзистора

При уменьшении входного напряжения ниже порогового < транзистор выключается и его ток стока становится равным нулю. Начи­нается процесс заряда емкости от источника питания через резистор Заряд происходит по экспоненциальному закону. Время заряда опреде­ляется постоянной времени

Так как величина обычно составляет десятки и сотни кОм время выключения транзистора оказывается во много раз больше времени включения, что является существенным недостатком ключа с резисторной нагрузкой.

Транзисторный ключ на мдп - транзисторах с активной нелинейной нагрузкой

В

Рисунок 3.8

таком ключе применяются транзисторы с индуцированными каналами дополняющих типов проводимости: - n-типа, - p -типа (рис.3.8). Такие ключи называют также комплимен­тарными, сокращенно КМДП. В отличие от транзистор­ного ключа с пассивной резисторной нагрузкой, в КМДП ключе активная ключевая нагрузка транзисторы работают в противофазе, что улучшает быстродействие. Подложки каждого из транзисторов соединены с их ис­токами, что предотвращает открывание р-n-переходов. Напряжение источника питания ключа выбирается из условия:

,

где - напряжение пробоя перехода сток-подложка n-канального транзистора . На рис.3.9 приведены сквоз­ные характеристики транзисторов с учетом их включения и передаточная характеристика ключа.

В

Рисунок 3.9

статических состояниях транзисторы можно рас­сматривать как резисторы с сопро­тивлением = во включенном состоянии U= , в выключенном состоянии. При < транзистор закрыт, а транзистор находится в проводящем состоянии, его сопро­тивление мало . При этом на выходе ключа устанавливается высо­кий уровень напряжения = =. В случае > в проводящем состоянии находится транзистор , a транзистор закрыт. На выходе ключа действует низкий потенциал = =0. В обоих статических состояниях через транзисторы протекает малый ток и потребляемая ключом мощность чрезвычайно мала.

При переходе ключа из одного состояния в другое в течении некоторого времени оба транзистора оказываются открытыми и через них протекает сквозной ток (рис. 3.9 б). В это время от источника питания потребляемая энергия .

Средняя мощность потребляемая ключом за один цикл "вкл", "выкл" составляет , где суммарная нагрузочная емкость ключа. При переключении ключа с частотой f потребляемая мощность составляет:

= f

Во время переходных процессов заряд емкости С₀ происходит где транзистор V₂ а разряд через транзистор , что обеспечивает одинаковое время включения и выключения транзистора:

.

Логические элементы на основе МДП-транзисторов

Р

Рисунок 3.10

ассмотренные схемы транзисторных ключей с активной нелинейной нагрузкой являются основой для построения интегральных микросхем МДП-типа. На рис. 3.10, 3.11 приведены схемы базовых логических элементов ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Рассмотрим работу схе­мы ИЛИ-НЕ (рис. 3.10). Если хотя бы один или оба из входных сигналов или имеют уровень лог. 1 U = , то открыт один из транзисторов или (или оба транзистора). Транзисторы и закры­ты, и сигнал на выходе имеет низкий уровень =0.

Е

Рисунок 3.11

сли на оба входа и подается уровень лог. 0 (U = = 0), то транзисторы и закрыты, а и открыты и сигнал на выходе Y имеет уровень лог.1 ( = ).

Для элемента И-НЕ (рис.3.11) сигнал на выходе Y имеет значение лог.0 при подачи на входы и уровня лог.1. В этом случае транзисторы и открыты, a и - закрыты. При других комбинациях входных сигналов X, и Х₂ один из транзисторов или или оба транзистора и открыты, и сигнал на выходе Y имеет высокий уровень .

Нагрузочная способность элементов на МДП - транзисторах весьма велика, примерно на порядок выше, чем у таких же схем на биполярных транзисторах. Это обусловлено тем, что входные сопротивления МДП-транзисторов весьма велики и ток в цепи изолированного затвора весьма маг

На практике число схем на МДП-транзисторах, которое может быть подключено и качестве нагрузки к выходу схемы, ограничено допустимым ухудшением длительности фронтов: рост числа подключаемых схем приводит к росту эквивалентной емкости (за счет входных емкостей схем-нагрузок).