4.2.2. Ключи на мдп-транзисторах

МДП-транзисторы (полевой транзистор со структурой металл–диэлектрик–полупроводник) получили достаточно широкое распространение в решении задач импульсной, преобразовательной и цифровой техники. Основные достоинства МДП-транзисторов состоят в практическом отсутствии потребления мощности в цепи управления, в высокой технологичности процесса производства, позволяющего плотно «упаковывать» изделия при изготовлении больших интегральных схем и ряде других.

Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа (илир-типа, которые отличаются отn-канальных полярностью напряжений на стоке и затворе), передаточные и выходные характеристики которых представлены на рисунках 4.14,а,б.

Передаточная характеристика МДП-транзистора с каналом n- типа (рис. 4.14,а), представляющая зависимостьI_C =f(U_ЗИ) при постоянном положительном напряжении на стоке, смещена вправо, т. е. ток через транзистор начинается не с нулевого напряжения на затворе, а с некоторого положительного порогового значенияU_отс. Только после его превышения начинается заметное увеличение тока стока. Одним из определяющих параметров передаточной характеристики является ее крутизнаS =dI_C/dU_СИ (приU_СИ =const), увеличивающаяся с ростом тока стока.

аб

Рис. 4.14

Семейство выходных характеристик I_C =f(U_СИ) приU_ЗИ = сonst), изображенное на рис. 4.14,б, имеет три характерных участка: крутой1, пологий2, область пробоя3. Для значенийU_СИ, меньших некоторого значенияU₀(величина его зависит от напряжения на затворе), ток стока в сильной степени зависит от напряжения на стоке и мало – от напряжения на затворе. На этом участке находится рабочая точка транзистора в открытом состоянии при работе в режиме ключа. В зоне2ток стока практически не зависит от напряжения на стоке, в этом режиме часто используются транзисторы в схемах линейных усилителей. Область3– это область пробоя, зона запрещенной работы. Недопустимым также является использование транзисторов при значениях тока и напряжения, превышающих допустимые величиныI_{C доп},U_{C доп.}

Рассмотрим теперь особенности работы ряда базовых ключевых схем на МДП-транзисторах.

4.2.2.1. Мдп-транзисторный ключ с резистивной нагрузкой

Схема ключа приведена на рис. 4.15. Ключ управляется импульсным перепадом; если его нижний уровень меньше напряжения запиранияU_отс(U_вх <U_отс.на рис. 4.17), то транзистор закрыт, ток через него не проходит, напряжение на коллектореU_вых =Е_п. Когда входной сигналU_вх >U_отс, то транзистор находится в открытом состоянии, рабочая точка А является точкой пересечения

Рис. 4.15 Рис. 4.16

нагрузочной прямой с выходной статической характеристикой приU_зи >U_вх–U_отс (рис. 4.16). В рабочей точке через транзистор протекает токI_СА, а напряжение на стоке равно остаточномуU_ост, величина которого зависит от входного напряжения и сопротивления нагрузкиR_Cи может быть сделана достаточно малой. Таким образом перепад выходного напряжения оказывается близким к напряжению источника

питания Е_С.Рис. 4.17

Для расчета длительностей времени нарастания переднего фронта и спада заднего (рис. 4.17) воспользуемся следующими представлениями. Основную роль в формировании фронтов выходного напряжения играют процессы заряда разряда суммарной емкости С_н, создаваемой емкостями нагрузки, транзистора и монтажа.

Передний фронт формируется при запирании транзистора, когда конденсатор С_нс начальным напряжениемU_остзаряжается от источникаЕ_Спо закону:

. (4.34)

При близком к нулю значении остаточного напряжения получим для расчета времени нарастания формулу:

t_фп = 2.2, (4.35)

где =R_сC_н.

С подачей на вход транзистора отпирающего импульса начинается разряд емкости С_ни формирование заднего фронта выходного напряжения. Сделаем допущение, что ток стока транзистораI_с =I_св=const. Это позволяет записать уравнение разряда:

, (4.36)

где =R_СC_н.

Пренебрегая, как и ранее, значением U_ост, получим выражение для определения времени спада:

. (4.37)

При условии I_CBR_C >>E_Cформула (4.37) приводится к более простому виду:

. (4.38)