1. Основні параметри імпульсних сигналів.

Рис.1.4. Параметри реальних прямокутних імпульсів

Реальні прямокутні імпульси характеризуються такими основними параметраметрами:

- амплітудою імпульса A;

- тривалістю імпульсу t_і , яка визначається на основі графіка імпульсу, як це показано на рис.1.4, або за умови, що амплітуда більша за 0.1·A_m;

- тривалістю фронту імпульсу t_ф, рівною часу наростання імпульсу від 0.1А до А;

- тривалістю заднього фронту або зрізу імпульсу t_з , рівному часу спадання імпульсу від 0.9А до 0.1A;

- спаданням вершини імпульсу .

2. Вимкнений статичний режим роботи ключа на біполярному транзисторі.

Робота транзистора у ролі електронного ключа характеризується двома стійкими станами: закритим і відкритим. Режим роботи транзистора у закритому стані, при якому оба переходи закриті, називають режимом відсічки. На навантажувальній лінії, побудованій на вихідних характеристиках транзистора, йому відповідає положення точки А рис.1.3,б. При низькому рівні вхідної напруги ключ закритий. Через транзистор протікає незначний струм I_ко, зумовлений неосновними носіями, і вихідна напруга практично рівна величині Е_к.

Рис.1.3. Схема (а) та режими роботи

ключа на біполярному транзисторі (б)

3. Включений статичний режим роботи ключа на біполярному транзисторі.

У відкритому стані оба переходи відкриті. Цей режим роботи транзистора називають режимом насичення і йому відповідає точка B навантажувальної прямої.

При високому додатному рівні вхідного сигналу транзистор відкривається до насичення I_кн, а вихідна напруга стає близькою до нуля. Таким чином, транзисторний ключ повертає фазу вхідного сигналу на 180^о градусів, тобто виконує одночасно і функцію інвертора. Резистор R_б обмежує струм бази при великих вхідних сигналах.

4. Перехідні процеси в ключі на біполярному транзисторі.

Є в зошиті..

5-8.Українець казав є в зошиті якшо шо його бить….!!!

9 Ключ на уніполярному транзисторі

. Як відомо, польовий транзистор у області малих напруг стік-витік поводиться як резистор, опір якого може змінюватися у багато разів при зміні управляючої напруги затвор-витік U_ЗИ. На рис. 2.2а зображена спрощена схема послідовного ключа на польовому транзисторі з управляючим p-n-переходом.

Рис. 2.1. Послідовний ключ на польовому транзисторі з управляючим p-n-переходом

Якщо в цій схемі управляючу напругу U_упр встановити меншою, ніж мінімально можлива вхідна напруга, принаймні на величину порогової напруги транзистора, транзистор закриється і вихідна напруга стане рівною нулю. Для того, щоб транзистор був відкритий, напруга затвор-витік U_ЗИ слід підтримувати рівною нулю, що забезпечує мінімальний опір каналу. Якщо ж ця напруга стане більше нуля, управляючий p-n-перехід відкриється, і вихід ключа виявиться з'єднаним з ланцюгом управління. Рівність нулю U_ЗИ непросто реалізувати, оскільки потенціал витоку змінюється згідно зміні вхідного потенціалу. Найбільш простий шлях подолання цієї трудності показаний на рис. 2.2б.

Якщо напругу U_упр встановити більшою, ніж максимально можлива вхідна напруга ключа, діод VD закриється і напруга U_ЗИ буде, як це і потрібно, рівна нулю. При достатньо великій негативній управляючій напрузі діод буде відкритий, а польовий транзистор закритий. У такому режимі роботи через резистор R₁ тече струм від джерела вхідного сигналу в ланцюг управляючого сигналу. Це не заважає нормальній роботі схеми, оскільки вихідна напруга ключа в цьому режимі рівна нулю. Порушення нормального режиму роботи такої схеми може відбутися лише у випадку, якщо ланцюг вхідного сигналу містить розділовий конденсатор, який при закритому транзисторі ключа заряджатиме до негативного рівня управляючої напруги.

Проблеми подібного роду не виникають, якщо в якості ключа використовувати польовий транзистор з ізольованим затвором (МОП-транзистор). Його можна переводити у відкритий стан, подаючи управляючу напругу більшу, ніж максимальна вхідна позитивна напруга, причому і в такому режимі роботи струм затвора буде рівний нулю. Таким чином, в цій схемі ключа відпадає необхідність у діоді і резисторі R₁. Схема ключа на МОП-транзисторі наведена на рис. 2.3а. Тут ключем є n-канальний МОП-транзистор збагаченого типу, що не проводить струм при U_ЗИ ≤ 0.

Рис. 2.2. Послідовні ключі на МОП-транзисторах

У цьому стані опір каналу, як правило, досягає одиниць або навіть десятків ГОм, і сигнал не проходить через ключ. Подача на затвор відносно витоку значної позитивної напруги приводить канал у провідний стан з типовим опором від 20 до 200 Ом для транзисторів, використовуваних як аналогові ключі.

Наведена на рис. 2.3а схема працюватиме при позитивних вхідних сигналах, які принаймні на 5 В менші, ніж U_упр; при вищому рівні сигналу напруга затвор-витік буде недостатньою, щоб утримати транзистор у відкритому стані (опір каналу у відкритому стані R₀ почне зростати); негативні вхідні сигнали викличуть включення транзистора при заземленому затворі. Тому, якщо треба перемикати сигнали обох полярностей (наприклад, у діапазоні від –10 до +10 В), то можна використовувати таку ж схему, з'єднавши підкладку з джерелом –15 В і подаючи на затвор напруги +15 В (включено) і –15 В (виключено).

Кращими характеристиками володіють ключі на комплементарних МОП-транзисторах (КМОП-ключі), рис. 2.3б. Тут на підкладку транзистора VT₁ подається позитивна живляча напруга +U_пит, а на підкладку транзистора VT₂ –негативна живляча напруга –U_пит. При високому рівні сигналу управляюча напруга на затворі n-канального транзистора VT₂ практично рівна +U_пит. У такому разі транзистор VT₂ проводить сигнали з рівнями від -U_пит до +U_пит без декількох вольт (при вищих рівнях сигналу R₀ починає катастрофічно зростати). В цей час напруга на затворі VT₁ практично рівна –U_пит. Транзистор VT₁ пропускає сигнали з рівнями від +U_пит до значення на декілька вольт вище за –U_пит. Таким чином, всі сигнали в діапазоні від +U_пит до –U_пит проходять через двополюсник з малим опором (рис. 2.4). При перемиканні сигналу на низький рівень, управляюча напруга на затворі n-канального транзистора VТ₂ встановлюється близькою до –U_пит, а напруга на затворі p-канального транзистора VТ₁ встановлюється близькою +U_пит. Тоді, при –U_пит < U_вх < +U_пит, обидва транзистори замкнені, і ланцюг ключа розімкнений. В результаті виходить аналоговий перемикач для сигналів у діапазоні від низької напруги живлення ключа до високої напруги його живлення. Ця схема працює в двох напрямках – будь-який її затиск може служити вхідним. Вона є основою практично для всіх ІМС аналогових ключів, що випускаються в даний час.

10 Перехідні процеси в клюіч на уніполярному транзисторі. Міжелектродні ємності. МОП-ключі володіють наступними ємностями (рис. 2.7): між входом і виходом (С_СИ), між каналом і загальною точкою схеми (С_С, С_И), між затвором і каналом (С_З) і між ключами в межах одного кристала. Як правило, наявність цих ємностей погіршує характеристики ключів.

Рис. 2.3. Ємності МОП-ключа

С_СИ (ємність вхід-вихід). Наявність цієї ємності приводить до проход­жен­ня сигналу через розімкнений ключ, який на високих частотах зростає. На рис. 2.8. показаний цей ефект для мікросхеми чотириканального аналогового ключа.

У більшості низькочастотних застосувань ємнісне крізне проходження сигналу через розімкнений ключ не створює проблем. Якщо вони виникають, хорошим рішенням є використання пари включених каскадний ключів (рис. 9а) або, що ще краще, використання послідовно-паралельного ключа (рис. 9б).

Послідовний каскад подвоює ослаблення (у децибелах) ціною додаткового дільника напруги, тоді як послідовно-паралельна схема зменшує пряме проходження, знижуючи ефективний опір навантаження до R₀, коли послідовний ключ розімкнений.

Рис. 2.4. Схеми, що забезпечують поліпшені характеристики ключів у розімкненому стані

С_С, С_И (ємність відносно землі). Шунтуюча на землю ємність приводить до спаду частотної характеристики. Спільно з опором джерела сигналу і опором замкненого ключа R₀ ці ємності утворюють фільтр нижніх частот. Ситуація посилюється при високоомному джерелі сигналу.

Ємність між ключами. Оскільки звичайно на кристалі розміщується декілька ключів, то не слід дивуватися при появі наведень між каналами. Винуватицею може бути ємність між каналами, що складає величину близько 0,5 пФ. Ефект посилюється в міру зростання частоти і збільшення імпедансу джерела сигналу.

Під час переходу від включеного стану до виключеного і назад у аналогових ключах на польових транзисторах можуть виникати неприємні ефекти. Стрибок управляючої напруги, поданий на затвор, викликає зміну заряду в ланцюзі каналу. Це найбільш суттєво при рівнях сигналів, що відповідають розімкненому ключу. Подібні ефекти виникають і в мультиплексорах підчас зміни адреси каналу.

Зважаючи на важливість цієї проблеми, розглянемо її детальніше. На рис. 2.10 зображена форма вихідного сигналу, яку можна побачити на виході n‑канального МОП-ключа, схема якого показана на рис. 2.3а, при нульовому рівні вхідного сигналу і навантаженні, що складається з резистора опором 10 кОм і паралельного йому конденсатора з ємністю 20 пФ. Ці сплески і провали викликані перенесенням заряду в канал через ємність С_З, що має величину близько 5 пФ, (рис. 2.7) при зміні напруги затвора. Ця напруга робить різкий скачок від одного рівня живлення до іншого, переносячи заряд q = + С_З (U_ЗИ.выс – U_ЗИ.низ).

Рис. 2.5. Викиди вихідної напруги при комутації ключа

Відмітимо, що величина переносимого заряду залежить тільки від повної зміни напруги затвора і не залежить від часу, за який ця зміна відбувається. Сповільнення зміни сигналу на затворі викликає меншу за амплітудою, але довшу динамічну перешкоду з тією ж площею під графіком. Фільтрація вихідного сигналу ключа фільтром нижніх частот дає той же ефект. Такі заходи можуть допомогти в тих випадках, коли важливо добитися малого піку амплітуди динамічної перешкоди, проте в смислі виключення пропускання управляючої напруги із затвора на вихід вони неефективні. Можна спробувати частково компенсувати заряд перемикання шляхом добавки інвертованого сигналу затвора через компенсуючий підстроєчний конденсатор малої ємності С_К (рис. 2.11).

Рис. 2.6. Компенсація зряду перемикання

Ємність затвор-канал розподілена по всій довжині каналу, а це значить, що частина заряду перемикання (перешкоди) потрапляє на вхід ключа, викликаючи перехідні процеси на виході джерела сигналу. Ці процеси будуть мінімальні, якщо джерело сигналу володіє нульовим вихідним опором, тобто є джерелом Е.Р.С. Зменшення повного опору навантаження також приводить до зниження динамічної перешкоди, але при цьому навантажується джерело комутованого сигналу і вносяться додаткові статична погрішність і нелінійність за рахунок кінцевого і нелінійного R₀. Зменшення ємності затвор-канал за рахунок скорочення розмірів інтегрального МОП-транзистора зменшує перехідні перешкоди при перемиканні ключа, але за це доводиться платити збільшенням R₀.