книги из ГПНТБ / Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение

инверсном включении соответственно; / кп — переключа­ емый ток; г', г" — сопротивления ключа, обусловленные внутренним зарядом транзистора, для нормального и инверсного включения:

ут 1 ~ У** • h

Уг ! 1— aNai . h <4

Из выражений (2-1) и (2-2) вытекает, что падение напряжения на открытом ключе можно представить в виде

U « ^ ± [ U 0+ I ИЛ ( г а + г к ) ] ,

где UQ— остаточное напряжение открытого ключа. Для нормального включения

Uо—ІбГо—/«q>T ln аи

а для инверсного включения

До=/бСц—/трт In Од-

Очевидно, что остаточное напряжение Uо в основном определяется величиной падения напряжения, вызван­ ного прямым током смещения базы на сопротивлении одного из переходов, в зависимости от схемы включения ключа.

При инверсном включении транзистора (рис. 2-2) остаточное напряжение Uо характеризуется меньшим значением, чем при прямом включении (рис. 2-1), сле­ довательно, меньшим падением напряжения на откры­ том ключе, а значит, и меньшей погрешностью. Это вы­ звано тем, что площадь коллекторного перехода больше площади эмиттерного перехода и, следовательно, гк<Сгэ. Этот вывод распространяется на несимметричные тран­ зисторы (например, ГТ 13, П 14, П15, П16, П407, П106 и др.), у которых Гк<гэ. Для симметричных транзисторов (например, П404, П405) прямое и инверсное включения транзисторов равнозначны.

На рис. 2-3 приведены графики зависимости напря­ жения на нагрузке при открытом ключе от тока управ-

40

лепил для одних и тех же значений /кл и сопротивления нагрузки iRu при прямом включении транзистора, а на рис. 2-4—то же самое для инверсного включения. Зави­ симости сняты для различных типов германиевых тран­ зисторов (П20, П25, ПЗО) и для кремниевого транзисто­ ра МП106 [Л. 310.

Из графиков видно, в ча­ стности, что кремниевый транзистор, имея меньшее значение коэффициента уси­ ления В по сравнению с гер­ маниевым, особенно при инверсном включении, тре­ бует значительно больших

ключающие сопротивления матрицы ПКН с источника эталонного напряжения «к земле» и наоборот, причем функции каждой позиции такого ключа может выпол­ нять один, два и более транзисторов. При этом транзи­ сторы могут быть как одной, так и разной проводимо­ сти.

41

На рис. 2-6,а показана схема переключателя на тран­ зисторах одной проводимости. В этой схеме управление транзисторами осуществляется по разным входам сиг­ налами противоположной полярности. Запертый транзи-

зистора изменяют свои состояния на противоположные.

нагрузке работает с большой погрешностью. ОбъясняеІся это наличием большого падения напряжения на отк­ рытом (проводящем) ключе, вызванного конечным зна­ чением сопротивления проводящего ключа (гэ+ гк) и

42

точного напряжения кремниевого транзистора выполня­

эмиттерном переходе Т2, сопротивление которого велико, падение напряжения, направленное встречно, т. е. ком­

состоянии, и падение напряжения на сопротивлении гк транзистора 7Y

Формула (2-3) для данного случая выглядит так:

£/кл= {£/оі + /кл!(гэі + тэг) + !(ткі—{—/"«г)]}—Uaz

и при определенных соотношениях токов /бі и /бг (это достигается регулировкой переменных резисторов R^ и Roz) напряжение UBX без потерь передается на выход ключа.

На рис. 2-8, б представлен график, показывающий, при каком токе базы г'б2 достигается полная передача, ключом входного напряжения.

При коммутировании напряжения положительной по­ лярности транзисторы Ті и Т2 необходимо поменять местами.

44

ки в 3 ком. Минимальное время преобразования порядка 4—5 мксек при точности 8—9 разрядов.

На рис. 2-9, б показана схема переключателя на транзисторах ПЗО, обладающая более совершенными техническими характеристиками. На 'базе этих переклю­ чателей может 'быть построен преобразователь с диапа­ зоном изменения входного напряжения 0— 10 в при точ­

2Т3.12В, которые по точностным характеристикам анало­ гичны транзисторам П16 и ПЗО, однако отличаются меньшим временем переключения.

45

В последнее время кроме обычных транзисторов для

на одном полупроводниковом кристалле, и полевые транзисторы также в интегральном исполнении.

На рис. 2-9, в показана схема кремниевого интеграль­ ного прерывателя типа ИП1-Б. Он предназначен для коммутации с высокой точностью слабых электрических сигналов. Остаточное напряжение прерывателя между эмиттерами Uо=20-ь'50 мкв при базовых токах, равных 2 ма. Сопротивление между эмиттерами в открытом со­ стоянии 30-=-100 ом, а в закрытом — около нескольких мегом.

На рис. 2-9, г показана принципиальная схема бы­ стродействующего интегрального ключа. Этот ключ ком­ мутирует^ 15 в и 15 ма.

>66 +зв

Рис. 2-9. Схема переключателя на транзисторах П16 (а), на транзи­ сторах ТОО (б ); схема кремниевого интегрального прерывателя типа И Ш -Б (в ); схема быстродействующего ключа на интегральной схеме (г ) .

46

Время срабатывания около 200 нсек. Трансформатор представляет собой ферритовое кольцо с внешним диа­

ческих характеристик, объясняется тем, что они легко объединяется в интегральные схемы, чему способствует возможность построения интегральных схем с непосред­ ственными связями, отсутствие необходимости изоляции элементов в интегральной схеме и связанная с этим вы­ сокая плотность упаковки [Л. 68].

В настоящее время широко используются ключи на плоскостном полевом транзисторе. Управляемые напря­ жением, они могут быть использованы в прямом включе­

сторы с канальным /г-лереходом ооедненного типа, так как они имеют в открытом состоянии меньшее сопротив­ ление, чем аналогичные транзисторы с р-переходом.

Главным параметром плоскостных полевых транзи­ сторов является сопротивление RBH, величина которого зависит от подвижности основных носителей (электро­ нов) и геометрических размеров канала:

Rim— pL/WT,

где L — длина канала; W — ширина канала; Т — толщи­ на канала; р — удельное сопротивление.

47

время как в /7-канальных транзисторах это сопротивле­ ние составляет 75—150 ом.

Время переключения транзистора в значительной сте­ пени зависит от внутреннего сопротивления источника

W T = y V j Y J .

Это сопротивление для различных МОП-транзисто- ров лежит в пределах от 25 ом до нескольких килоом.

На рис. 2-10 представлена схема ключа на плоскост­ ном полевом транзисторе.

При поступлении отпирающего сигнала на транзистор Т2состояние диода Ду обеспечивает передачу 1іэт через Туна выход. Время отпирания транзистора Ту порядка

500 нсек, а время запирания порядка 1 мксек.

Схема переключателя напряжения на плоскостном полевом транзисторе показана на рис. 2-11.

При запирающем потенциале на базе транзистора Ту диод Ду заперт, Д2отперт. Это обеспечивает отпирание Т3,и на выходе переключателя напряжение равно нулю.

48

Время переключения порядка 50—200 нсек (рис. 2-12). Следует отметить, что сопротивление полевых тран­ зисторов в закрытом состоянии имеет величину поряд­

ка сотен мегаом.

6] ДИОДНЫЕ ключи

Диодные ключи, как правило, работающие с источни­ ком тока, делятся на две группы. Это выключающие и переключающие ключи. Выключающие ключи в одном из положений полностью размыкают цепь, переключаю­ щие ключи только меняют путь тока, не разрывая его цепи [Л. 15]. В преобразователях обычно используются переключающие ключи. Такие ключи облегчают работу источников тока, так как при работе ключа на включе­ ние— выключение тока стабилизатора его нагрузка ме­ няется в широких пределах, что является тяжелым ре­ жимом для стабилизатора (Л. 33]. Это приводит к нару­ шению режима работы и снижению быстродействия. Переключающие ключи только переключают постоянно включенный ток из одной цепи в другую.

К ключам, используемым в схеме преобразователя с источниками тока, не предъявляется жестких требова­ ний в отношении их прямого переходного сопротивления, так как сопротивление порядка даже нескольких сотен ом все равно будет меньше внутреннего сопротивления источника и практически не будет влиять на точность преобразования. Величина же обратного сопротивления ключа является существенной. В закрытом состоянии оно подключается параллельно суммирующим сопротивлени­ ям преобразователя, и чтобы не шунтировать их, диоды