1.3. Ключевые каскады на полевых транзисторах.

Простейший ключевой каскад на полевом транзисторе с p-каналом и управляющим pn-переходом показан на рис. 1.19.

Рис. 1.19	Рис. 1.20

Будем считать, что каскад управляется от источника с очень малым выходным сопротивлением, т. е. от генератора напряжения . При , где– напряжение запирания транзистора, полевой транзистор заперт. При этом можно считать, что . При (в частности, при ) транзистор включен. Положение рабочей точки на стоковой характеристике отмечено на рис. 1.20; предполагается, что сопротивление нагрузки в цепи стока, т. е. рабочая точка попадает на крутой участок ВАХ. Остаточное напряжение в этом случае минимально:, где.

Паразитные емкости транзистора и нагрузки обусловливают конечные значения длительности фронта и среза выходного сигнала.

Рассмотрим воздействие на вход каскада переднего фронта входного сигнала, который будем считать идеально крутым (рис. 1.21).

Допущение о нулевом выходном сопротивлении и бесконечной мощности источника входных импульсов позволяет сделать вывод о

том, что, несмотря на наличие емкости , напряжение на затворе изменяется практически мгновенно. Скачок напряженияна затворе вызывает скачок выходного напряжения, вызванный делениеммежду емкостью и паразитной емкостью, включенной между стоком и истоком.
	Рис. 1.21

Динамическая эквивалентная схема каскада при отпирании транзистора приведена на рис. 1.22.

	Затвор и исток по переменной составляющей сигнала замкнуты через нулевое выходное сопротивление источника ; следовательно, замкнута и емкость . Остальные элементы эквивалентной динамической схемы транзистора объединены пунктирным контуром.
Рис. 1.22

Емкости и соответствуют емкости монтажа и нагрузки в выходной цепи. Между истоком и стоком транзистора включен конденсатор и скачок напряжения на выходе. Так как обычно, то. После скачка выходного напряжения, связанного с перераспределением напряжений на паразитных емкостях при воздействии скачка входного сигнала, начинается процесс изменения выходного напряжения отдо. С учетом динамической эквивалентной схемы (рис. 1.22), этот процесс имеет постоянную времени, где. Длительность фронта выходного сигнала.

После завершения формирования фронта импульса на выходе схемы установится напряжение . Положительный перепадвходного сигнала от нулевого уровня до уровня вызывает запирание транзистора. После скачка выходного напряжения , связанного с перераспределением напряжений на паразитных емкостях схемы, начинается заряд паразитной емкости от источника через .

Динамическая эквивалентная схема выходной цепи каскада при запертом транзисторе показана на рис. 1.23. С учетом указанной эквивалентной схемы каскада постоянная времени цепи заряда паразитной емкости , а
	Рис. 1.23

длительность среза импульса , откуда видно, что .

Ключевой каскад на МДП-транзисторе (рис. 1.24) работает аналогично. При небольшом отрицательном напряжении транзистор заперт, при положительном напряжении транзистор включен. Для уменьшения мощности, рассеиваемой	Рис. 1.24

на ключевом транзисторе, и ускорения разряда паразитных емкостей вместо линейного резистора часто используют полевой транзистор (динамическую нагрузку), имеющий проводимость канала, отличную от проводимости ключевого транзистора.

Пример такой схемы на МДП-транзисторах с индуцированными каналами показан на рис. 1.25. Ключевой транзистор VT1 имеет канал n-типа, нагрузочный транзистор VT2 – канал р-типа. Следует, однако, отметить, что деление транзисторов на ключевой и нагрузочный условно, поскольку при работе
	Рис. 1.25

ключевого каскада переключаются оба транзистора. Обозначим через напряжение запирания транзистора VT₁, через – напряжение запирания транзистора VT₂. Тогда при транзистор VT₁ заперт, а транзистор VT₂ открыт, так как для него напряжение затвор – исток . При этом обеспечивается соотношение. Сквозной ток через каналы транзисторов равен нулю, так как в этой цепи включен транзисторVT₁, проводимость канала которого равна нулю. Потребление мощности ненагруженной схемой в статическом режиме равно нулю.

При транзисторVT₁ открыт, а транзистор VT₂ заперт, сквозной ток через каналы транзисторов снова отсутствует и ненагруженная схема мощности практически не потребляет. В течение длительности фронта выходного импульса может оказаться, что проводят оба транзистора и через каналы пройдет импульс сквозного тока. Этот ток появляется при . За счет импульсов сквозного тока мощность рассеяния каскада при большой частоте переключений может увеличиться. Для исключения импульсов сквозного тока напряжение питания следует выбирать из условия.

Если указанное условие обеспечено, то стоковый ток транзисторов идет практически только на перезаряд паразитных емкостей в выходной цепи. Паразитная емкость заряжается током стока включенного транзистора VT₂, а разряжается током стока включенного транзистора VT₁. В обоих случаях в цепи перезаряда имеется канал транзистора, включенного с малым сопротивлением.

Коэффициент использования питающего напряжения . Действительно, при открытом транзистореVT₁ , так как напряжение на выходе получается за счет деления напряжения между сопротивлениями каналов транзисторов VT₁ и VT₂. Второе из этих сопротивлений очень велико. При открытом транзисторе VT₂ , так как очень велико сопротивление канала транзистора VT₁. Амплитуда выходного сигнала близка к , а .

Благодаря высокому значению , малой потребляемой мощности, быстрому заряду и разряду паразитных емкостей ключевые схемы на полевых транзисторах с разной проводимостью каналов нашли широкое распространение в интегральных переключающих устройствах.