4.2.2.2. Ключ с динамической нагрузкой

С

С

хема МДП-транзисторного ключа с динамической нагрузкой приведена на рис. 4.18. Роль сопротивления нагрузки здесь выполняет однотипный сVT1 транзисторVT2, что позволяет эффективнее использовать возможности интегральной технологии, исключить необходимость создания резисторов больших номиналов. Как показано на рис. 4.18, затвор и сток транзистораVT2 объединены и питаются от общего источникаЕ_С, т. е.U_ЗИ2 =U_CИ2.

Рис. 4.18 Рис. 4.19

В закрытом состоянии транзистора VT1 ток в цепи его стока равняется нулю. Следовательно, будет равен нулю и ток стока транзистораVT2, поскольку они соединены последовательно. Это физически осуществимо, если толькоU_CИ2 =U_ЗИ2 =U_отс2, что и отражено на рис. 4.19, иллюстрирующем принцип нахождения рабочей точки на выходной характеристике транзистораVT1. В режиме запирания координаты рабочей точки соответственно равны:I_C1 = 0,U_CИ =Е_СU_отс2. В открытом состоянии рабочая точка находится в точке встречи выходной характеристикиVT1 (для известного значенияU_ЗИ1) с нагрузочной нелинейной зависимостьюI_С2 =f (U_ЗИ2,U_СИ), которая должна быть известной.

Относительно динамических процессов при переключении транзисторов сделаем следующие замечания. Длительность заднего фронта формируется в результате разряда емкости С_ни оценивается по формуле (4.38). Длительность переднего фронта выходного напряжения зависит от тока заряда емкостиС_н, меняющегося в переходном режиме по сложному закону. Вначале при запирании транзистораVT1 резко возрастает ток стокаVT2, так как не может скачком измениться напряжение на емкостиС_н. По мере заряда конденсатора зарядный ток уменьшается, принимая к моменту формирования переднего фронта нулевое значение. Обычно крутизна характеристики транзистораVT2 меньше крутизны характеристикиVT1, т. е. последний обладает большим выходным сопротивлением. Поэтому нарастание выходного напряжения происходит медленнее, чем его спад.

4.2.2.3. Комплементарный ключ

Комплементарный ключ изображен на рис. 4.20. Роль динамических нагрузок здесь поочередно выполняют транзисторыVT1,VT2, причем последний являетсяp-канальным. Исток последнего связан с плюсом источника питания, а входной сигнал поступает одновременно на затворы транзисторов. Это приводит к следующим результатам. При низком уровне входного сигнала транзисторVT1 закрыт, аVT2 находится в открытом состоянии. Отпирание транзистораVT2 приводит к обратному результату.

Рис. 4.20

Следствием такого режима работы транзисторов являются более высокое быстродействие ключевого устройства и высокая экономичность, поскольку в статическом состоянии не потребляется ток от источника питания.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение ключевого элемента.

2. Поясните принцип работы диодного ключа.

3. Поясните схемы замещения диодного ключа в закрытом и открытом состояниях.

4. Какие факторы определяют характер переходного процесса в диодном ключе?

5. Дайте характеристику статического режима в транзисторном ключе.

6. Сформулируйте условия обеспечения статического режима в транзисторном ключе.

7. Какие факторы определяют параметры режима переключения транзисторного ключа?

8. Запишите уравнение изменение заряда в базе транзистора в динамических режимах.

9. Каким уравнением связаны заряд в базе и ток в цепи коллектора?

10. Что определяет быстродействие транзисторного ключа?

11. Какими методами можно повысить быстродействие транзисторного ключа?

12. Какими факторами определяются потери мощности в транзисторном ключе?

13. Поясните принцип построения и работы переключателя тока.

14. Сформулируйте условия обеспечения ключевого режима в ключе на МДП-транзисторах.

15. Дайте сравнительную характеристику ключей с резистивной нагрузкой, с динамической нагрузкой и комплементарного.

16. Поясните графический метод нахождения положения рабочей точки на характеристиках МДП-транзистора в режиме ключа.

17. Как рассчитываются длительности фронтов нарастания и спада в ключах на МДП-транзисторах?