Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Коммутаторы на полевых транзисторах




Как известно, полевой транзистор в области малых напряжений сток—исток ведет себя как резистор, сопротивление которого может изменяться во много раз при изменении управляющего напряжения затвор—исток VGS * На Рис. 2а изображена упрощенная схема последовательного коммутатора на полевом транзисторе с управляющим/?-л-переходом.

Если в этой схеме управляющее напряжение VCTRLl установить меньшим, чем минимально возможное входное напряжение, по крайней мере, на величину порогового напряжения транзистора, транзистор закроется и выходное напряжение станет равным нулю. Для того чтобы транзистор был открыт, напряжение затвор—исток VGS следует поддерживать равным нулю, что обеспечивает минимальное сопротивление канала. Если же это напряжение станет больше нуля, управляющий p-n-переход откроется и выход коммутатора окажется соединенным с цепью управления. В схеме Рис. 2а равенство нулю VGS обеспечить не так просто, поскольку потенциал истока меняется согласно изменению входного сигнала. Наиболее простой путь преодоления этой трудности показан на Рис. 2б.

Рис.2. Последовательный коммутатор на полевом транзисторе с управляющимр-п-переходом: a — упрощенная схема, б — с ограничением максимального управляющего напряжения цепью VD-R1

Если напряжение VCTRL установить большим, чем максимально возможное входное напряжение коммутатора, диод VD закроется и напряжение VGS будет, как это и требуется, равно нулю. При достаточно большом отрицательном управляющем напряжении диод будет открыт, а полевой транзистор закрыт. В таком режиме работы через резистор R1 течет ток от источника входного сигнала в цепь управляющего сигнала. Но это не мешает нормальной работе схемы, так как выходное напряжение коммутатора в этом режиме равно нулю. Однако если цепь входного сигнала содержит разделительный конденсатор, последний при закрытом транзисторе коммутатора зарядится до отрицательного уровня управляющего напряжения, что приведет к полному нарушению работы схемы.

Проблемы подобного рода не возникают, если в качестве ключа использовать полевой транзистор с изолированным затвором (МОП-транзистор). Его можно переводить в открытое состояние, подавая управляющее напряжение большее, чем максимальное входное положительное напряжение, причем и в таком режиме работы ток затвора будет равен нулю. Таким образом, в этой схеме коммутатора отпадает необходимость в диоде и резисторе R1. Схемы коммутаторов с ключами на МОП-транзисторах приведены на Рис. 3.

 

Рис. 3. Последовательные коммутаторы с ключами на МОП-транзисторах:

а — на n-канальном МОП-транзисторе, б — на KMO П-транзисторах

 

На схеме Рис. 3а ключом является n-канальный МОП-транзистор обогащенного типа, не проводящий ток при VGS < 0. В этом состоянии сопротивление канала, как правило, достигает единиц или даже десятков ГОм, и сигнал не проходит через ключ. Подача на затвор относительно истока значительного положительного напряжения переводит канал в проводящее состояние, причем для транзисторов, используемых в качестве аналоговых ключей, типичное сопротивление открытого канала составляет от 1 до 300 Ом.

Эта схема будет работать при положительных входных сигналах, которые, по крайней мере, на 5 В меньше, чем VCTRL ; при более высоком уровне сигнала напряжение затвор—исток будет недостаточно, чтобы удержать транзистор в открытом состоянии (сопротивление канала в открытом состоянии Rqn начнет расти); при заземленной подложке отрицательные входные сигналы вызовут включение транзистора. Поэтому, если надо переключать сигналы обеих полярностей (например, в диапазоне —10...+10 В), то можно использовать такую же схему, соединив подложку с источником—15 В и подавая на затвор напряжения +15 В (включено) и —15 В (выключено).

Лучшими характеристиками обладают ключи на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП-ключи), Рис.3б. Здесь на подложку транзистора VT1 подается положительное питающее напряжение +VS а на подложку транзистора VT2 — отрицательное питающее напряжение — VS. При высоком уровне управляющего сигнала напряжение на затворе n-канального транзистора VT2 практически равно +VS. В этом случае транзистор VT2 проводит сигналы с уровнями от — VS до величины лишь на несколько вольт ниже + VS (при более высоких уровнях сигнала VON начинает резко расти). В то же время напряжение на затворе p-канального транзистора VT1 практически равно — VS и он пропускает сигналы с уровнями oт+ VS до значения на несколько вольт выше — VS. Таким образом, все сигналы в диапазоне от + VS до — VS проходят через двухполюсник (параллельно включенные VT1 и VT2 )с малым сопротивлением RON (Рис. 4).

Рис. 4.Зависимость сопротивления каналов ключей на

КМОП-транзисторах от входного напряжения

 

При переключении управляющего сигнала на низкий уровень напряжение на затворе n-канального транзистора VT2 устанавливается близким к —VS, а на затворе p-канального транзистора VT1 — близким к +VS.

Тогда, при — VS. < VIN < +VS, оба транзистора заперты, и цепь коммутатора разомкнута. В результате получается аналоговый переключатель для входных сигналов в диапазоне от отрицательного до положительного напряжений питания ключа. Эта схема одинаково работает в двух направлениях — ее сигнальные зажимы S (source — исток) и D (drain — сток) могут служить как входом, так и выходом. Она является основой практически для всех ИМС аналоговых коммутаторов, выпускаемых в настоящее время.

Управление КМОП-ключами осуществляется с помощью логических схем, причем наилучшие результаты обеспечивает КМОП-логика. Логические входы аналоговых коммутаторов обычно проектируют таким образом, чтобы сделать возможным управление ими как от КМОП-, так и от ТТЛ-логики. В ранних моделях для питания входных логических элементов требовалось специальное напряжение питания +5 В. В последних моделях этих ИМС обходятся без него. Применение КМОП-логики для управления транзисторами ключей дает еще один важный положительный эффект — в состоянии покоя эти микросхемы практически не потребляют энергии.

 




Читайте также:
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1190)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.004 сек.)