ШПОРЫ_1 / 34. Инвертор на МДП - транзисторах с линейной нагрузкой

§ 36 Инвертор на МДП - транзисторах с линейной нагрузкой.

 

Рисунок 36.1

В инверторе с линейной нагрузкой (рис . 36.1 а) при подаче на затвор напряжения логического нуля Uзи = Uºвх< Uзи пор (рис . 36. б ) , транзистор закрыт и через него протекает лишь незначительный ток утечки Iут . На выходе образуется напряжение логической 1 :

 U¹вых= Eп1 - Iут·R

Если на выход подано напряжение лог . 1 , то на выходе будет :

Uºвых = Eп1 - Iс·R . Сн  

Таким образом , рассмотренная схема выполняет операцию НЕ .

При рассмотрении переходных процессов будем считать , что длительности процессов переключения определяются перезарядкой ёмкости Сн , которая находится путём перерасчёта всех ёмкастей схемы к выходу (рис.36.2 а).

Рисунок 36.2

Пусть на вход инвертора подаётся прямоугольный импульс (рис.36.2 в) . Тогда время включения инвертора определяется от момента времени t1 до установления на выходе инвертора напряжения лог . 0 .

До поступления на затвор скачка напряжения транзистор был закрыт и ёмкость Сн была заряжена до напряжения примерно равного +Eп1  . Этому состоянию транзистора соответствует положение точки В  на рисунке 36.2.в .

В момент времени t1(рис.36.2.б) на затворе скачком устанавливается напряжение Uзи = U¹вх , приводящее почти к мгновенному образованию канала . Так как параллельно каналу подключена ёмкость Сн , напряжение на которой скачком измениться не может , то сразу после образования канала рабочая точка из В перемещается в В1 на характеристику соответствующую напряжению Uзи = U¹вх и начинается разряд ёмкости  Сн . Так как по мере разряда ёмкости напряжение на затворе поддерживается неизменным , то уменьшение напряжения   Uсн  =  Uси  вызывает перемещение рабочей точки из положения В1 в положение В2 на пологом участке характеристики . На участке В1-В2 ток разрядки  Iразр   можно считать постоянным и перемещение рабочей точки на этом участке осуществляется за время t1разр =  Сн (Eп1 -UВ2) / Iразр.

Участок В2-А-0 близок к линейному поэтому можно считать сопротивление канала на этом участке постоянным и равным  Rт = UА /  IА , поэтому разрядка ёмкости на этом участке будет происходить по экспоненциальному закону и закончится за время  t2разр = 2.3·Rт·Сн . Полное время включения 

tвкл = t1разр +  t2разр  .

В момент времени   t2  входное напряжение  меняется с уровня U¹вх  до  Uºвх и транзистор практически мгновенно запрётся , канал между стоком и истоком исчезнет и рабочая точка скачком переместится из положение А в положение А1 ( Iс = 0 ,  Uсн  =  Uси= Uºвых ) . Ёмкость Сн  начнёт заряжаться от источника питания  +Eп1 через резистор R и напряжение на выходе будет увеличиваться по экспоненциальному закону. 

,

где

 

Интервал времени от момента  до момента достижения входным напряжением значения   U¹вых  (0.9Uл ) называют временем выключения tвыкл . Процесс зарядки обычно считают законченным за время  

  .

 Поскольку R >> Rт , то tвыкл> tвкл . Расчёты  и экспериментальные данные показывают , что t выкл . примерно на порядок больше t вкл .