Ключи на полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом

Ключи на полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом применяют в различных коммутаторах аналоговых сигналов. Их существенными преимуществами перед ключами на биполярных транзисторах являются:

1) малое остаточное напряжение на ключе в проводящем состоянии;

2) высокое сопротивление в непроводящем состоянии, и, как следствие, малый ток, протекающий через закрытый ключ;

3) малая потребляемая мощность от источника управляющего напряжения;

4) достаточно хорошая развязка между источником управления и источником коммутируемого сигнала;

5) возможность коммутации электрических сигналов низкого уровня (единицы милливольт и менее).

Базовые схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом показаны на рис. 3. Коммутируемый сигнал подается на вход Ui и снимается с выхода Uo (Rn – сопротивление нагрузки). Сигнал управления подается на вход Uu. Для запирания ключа на затвор транзистора подается напряжение, которое должно превышать напряжение стока и истока на величину, большую напряжения отсечки на 2 … 3 В, но не превышающую предельно допустимых значений.

 

Рисунок 3 – Схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом с ускоряющей емкостью (а) и дополнительным резистором (б)

 

В закрытом состоянии сопротивление ключей достаточно велико (более 10⁸ Ом). Оно определяется не только сопротивлением канала, но и током обратно смещенного p-n – перехода затвор – сток.

В открытом состоянии ключа напряжение на управляющем электроде близко к нулю и зависит от значения коммутируемого напряжения Ui и сопротивления нагрузки Rn. Это обусловлено тем, что при увеличении напряжения на истоке транзистора и неизменном потенциале затвора напряжение затвор – исток отлично от нуля и транзистор частично заперт, при этом сопротивление сток – исток увеличивается и падение напряжения в канале сток – исток возрастает. Для ключа, работающего в режиме прерывателя, когда напряжение Ui может меняться в широких пределах, это является существенным недостатком. В таких случаях необходима автоматическая стабилизация напряжения между затвором и каналом. На схемах (рис. 3) эту роль выполняет последовательно включенный в цепь затвора диод VD, который для запирающего напряжения включен в прямом направлении. Если напряжение управления выбрать больше максимально возможного значения коммутируемого напряжения, то при подаче открывающего напряжения p-n – переход затвора открывается, а диод VD закрывается. В этом случае при изменении коммутируемого напряжения p-n – переход останется открытым и сопротивление его канала останется неизменным. Для этой же цели в схеме на рис. 3б между истоком и входом ключа дополнительно включается высокоомный резистор R. Конденсатор С (рис. 3а) предназначен для ускорения процесса перезарядки емкостей затвор – исток и затвор – сток.

МДП-ключи

Из МДП-ключей наибольшее применение на практике имеют МДП-ключи с индуцированным каналом.

В статическом режиме входное сопротивление МДП-ключей достаточно большое (10¹² Ом и более), а потребляемый от источника ток по сравнению с ранее рассматриваемыми ключами ничтожно мал (единицы микроампер). Однако на переменном токе потребляемая мощность существенно возрастает за счет перезаряда паразитных емкостей и на сравнительно высоких частотах достигает значений, характерных для биполярных транзисторов.

На рис. 4 а показана схема простейшего ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом р-типа. Для отпирания транзисторов на схемах (рис. 4) на их затвор нужно подать отрицательное напряжение Ui, превышающее напряжение на остальных электродах на величину, большую порогового напряжения затвор – исток, при котором и создается (индуцируется) токопроводящий канал, характеризующийся уменьшением сопротивления по мере увеличения (до предельно допустимого) напряжения затвор – исток, когда сопротивление канала минимально. При этом в первом приближении можно пренебречь падением напряжения на транзисторе и считать, что потенциалы стока и истока у открытого транзистора приблизительно одинаковы.

 

а) б)

Рисунок 4 – Схемы МДП-ключей для цифровых устройств (а) и коммутаторов аналоговых сигналов (б)

 

При интегральном выполнении ключа (рис. 4а) в качестве сопротивления нагрузки стока Rd используется МДП-транзистор, что позволяет существенно уменьшить занимаемую ключом площадь, поскольку резистор в интегральном исполнении занимает большую площадь, чем транзистор.

Для МДП-ключа (рис. 4б) входное (коммутируемое) напряжение в общем случае может быть разнополярным, однако для этого требуется специально сформированный сигнал управления. Анализ этого ключа показывает, что коэффициент передачи коммутируемого сигнала зависит от величины его напряжения. Для уменьшения погрешности, возникающей в результате наличия нелинейности коэффициента передачи, целесообразно увеличивать сопротивление нагрузки Rn.

 

 

Литература

а) основная литература

1. Глинкин Е.И. Схемотехника аналоговых интегральных схем: учебное пособие [Электронный ресурс]. / Е.И. Глинкин. - 2-е изд., доп. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2012. - 152 с. ISBN/ISSN:978-5-8265-1072-8 // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL: http://window.edu.ru/resource/453/76453 (дата обращения: 11.07.2015).

2. Кузнецов Б.Ф. Электронные промышленные устройства: Учебное пособие [Электронный ресурс]. - Изд-во: Ангарской государственной технической академии, 2010. - 151 с. ISBN/ISSN:978-5-89864-072-9 // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL:http://window.edu.ru/resource/335/73335 (дата обращения: 11.07.2015).

3. Кулик В.Д. Силовая электроника. Автономные инверторы, активные преобразователи: Учебное пособие [Электронный ресурс]. - СПб.: СПбГТУРП, 2010. - 90 с. // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL: http://window.edu.ru/resource/330/76330 (дата обращения: 11.07.2015).

4. Муромцев Д.Ю. Основы проектирования электронных средств: учебное пособие [Электронный ресурс] / Д.Ю. Муромцев, И.В. Тюрин. - Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. - Ч. 1. - 80 с. ISBN/ISSN:978-5-8265-0980-7 // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL:http://window.edu.ru/resource/512/76512 (дата обращения: 11.07.2015).

5. Чернышова Т.И., Чернышов Н.Г. Моделирование электронных схем: Учебное пособие [Электронный ресурс]. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2010. - 80 с. ISBN/ISSN:978-5-8265-0965-4 // Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL:http://window.edu.ru/resource/209/73209 (дата обращения: 11.07.2015).

б) дополнительная литература

1. Афанасьева Н.А., Булат Л.П. Электротехника и электроника: Учебное пособие [Электронный ресурс]. - 2-е изд., перераб. и дополн. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. - 181 с. ISBN/ISSN:5-89565-117-8// Единое окно доступа к информационным ресурсам. URL: http://window.edu.ru/resource/926/77926 (дата обращения: 11.07.2015).

2. Гаврилов С. А. Искусство схемотехники. Просто о сложном. – СПб.: Наука и Техника, 2011. – 352 с.

3. Майер Р.В. Основы электроники. Курс лекций: Учебно-методическое пособие. – Глазов: ГГПИ, 2011. – 80 с.

4. Топильский В. Б. Схемотехника измерительных устройств / В. Б. Топильский. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 232 с.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: