Скачать презентацию Ключи на полевых транзисторах В качестве электронного
Лек.12 Ключи на ПТ.ppt
- Количество слайдов: 16
Ключи на полевых транзисторах • В качестве электронного ключа можно использовать полевые транзисторы. Наиболее удобно в качестве ключа применять МДП транзистор с индуцированным n-каналом. Это удобство связано с тем, что у него питание и пороговое напряжение имеет одинаковую полярность, а потому сигнал управления работой ключа имеет одну полярность. • Известны три разновидности МДП - транзисторных ключей: • 1. ключи с резистивной нагрузкой • 2. ключи с динамической (транзисторной) нагрузкой. • 3. ключи на комплиментарные МДП-транзисторах (на МДП-транзисторах с каналами противоположного типа проводимости). • Необходимо учитывать, что режим насыщения для МДП-транзистора принципиально отличается от режима насыщения биполярного транзистора. Переходные процессы в ключах на полевых транзисторах обусловлены переносом носителей через канал и перезарядом междуэлектродных емкостей, емкостей нагрузки и монтажа. • Так как электроны обладают более высоким быстродействием, чем дырки, то n-канальные транзисторы обладают лучшим быстродействием по сравнению с р-канальными.
Ключи на полевых транзисторах Известны три разновидности МДП-транзисторных ключей: c резистивной нагрузкой, с динамической (транзисторной) нагрузкой и комплиментарные (на транзисторах с каналами противоположного типа проводимости). Схема МДП-транзисторного ключа с резистивной нагрузкой показана на рис. Для запирания ключа на затвор подают напряжение Ез. выкл < U 0, где U 0 — пороговое напряжение; для отпирания следует подать напряжение Ез. вкл >U 0 (обычно в логических схемах Ез. выкл = U 0 , Ез. вкл = Ес). Выходные вольт-амперные характеристики ключа приведены на рис. 3. 7. Слева от штриховой линии Uси = Uзи –U 0 расположена крутая область характеристик; справа располагается пологая область.
МДП ключи с резистивной нагрузкой Для запирания ключа на затвор подается напряжение U 0 вх
Ключи с динамической (транзисторной) нагрузкой • Схема приведена на рис. Транзистор Т 1 – активный, а Т 2 – нагрузка. Роль динамической нагрузки выполняет транзистор Т 2. • Сопротивление транзистора Т 2 зависит от напряжения на нем. При большом напряжении-Ес – велико, а с уменьшением напряжения уменьшается. Нагрузочная кривая приведена на рис. • Если UвхU 0, ключ открыт Iс= Iси. VT 2, а Uвых≈Uост. Точка В. • Чтобы Uост было мало транзисторы должны обладать разными параметрами.
Ключ на КМДП-транзисторах • Работа схемы: • Если сигнал на входе отсутствует то транзистор VT 1 находится в режиме отсечки, транзистор VT 2 будет включен. Ic=I 0, , Uвых= Еп. • Если сигнал на входе имеет высокий уровень, то n-канальный транзистор VT 1 отпирается до насыщения, а p-канальный транзистор VT 2 выключается (переходит в режим отсечки). Ic=I 0, , Uвых= 0 В, (примерно до 10 м. В)
Переходные процессы в МДП-транзисторах. • Переходные процессы В МОП-ключах обусловлены в основном перезарядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Для удобства анализа переходных процессов все ёмкости заменим одной Сн (рис. 16. 5). Типичное значение этой ёмкости у транзисторов с длиной канала менее 1 мкм составляет не более 1 п. Ф. • Современная технология изготовления полевых транзисторов позволяет изготавливать практически безинерционные транзисторы, их граничная частота может быть ~ 1015 Гц. Поэтому быстродействие схем на МДП-транзисторах в основном определяется временем заряда и разряда паразитной ёмкости. Перезаряд этих ёмкостей в ключах на МДП-транзисторах занимает достаточно большое время, тем более, если учесть, что он происходит через большое сопротивление. • Ключи с динамическим сопротивлением нагрузки обладают таким же медленным быстродействием, что и с резистивной нагрузкой. Наилучшим быстродействием обладают ключи на МДП-транзисторах, в них заряд и разряд паразитной ёмкости происходит через открытый транзистор, поэтому длительность фронта и длительность среза примерно одинаковы: СР = ФР
Переходные процессы в ключах на ПТ с резистивной нагрузкой. 1
Переходные процессы в ключах на ПТ с резистивной нагрузкой • • • При UвхU 0 ключ включен, происходит разряд. С 0 через транзистор в состоянии насыщения током Ic(0). Время разряда – время среза При Uвх
Переходные процессы в ключах на ПТ с динамической нагрузкой • Формирование среза происходит аналогично. • Отсюда быстродействие переключения хуже чем в предыдущей схеме.
Переходные процессы в ключах на ПТ на КМДП транзисторах • Переходные процессы В МОП-ключах обусловлены в основном переза-рядом емкостей, входящих в состав комплексной нагрузки. Для удобства анализа переходных процессов все ёмкости заменим одной Сн (рис. 16. 5). Ти-пичное значение этой ёмкости у транзисторов с длиной канала менее 1 мкм составляет не более 1 п. Ф. • Заряд ёмкости Сн происходит через транзистор VT 2, когда он открыт (рис. 16. 7, в это время VT 1 закрыт), а разряд ─ через открытый VT • 1 ( в это время VT 2 закрыт, рис. 16. 8). Длительность переходных процессов у обоих транзисторов примерно одинакова, но это при условии, если транзисторы согласованы по параметрам ─ крутизне и пороговым напряжениям. • Процесс заряда конденсатора можно представить простейшей экспоненциальной функцией. • В КМОП-инверторе заряд и разряд конденсатора Сн происходит примерно в одинаковых условиях, так как схема симметрична по отношению к запирающим и отпирающим импульсам. • Конечно же есть небольшая разница в этих временных интервалах, но она настолько незначительна, что можем считать tф ≈ tс.
3. 2. Би. КМОП-логика • Недостатком КМОП-инвертора является то, что ток, отдаваемый в нагрузку МОП-транзисторами мал, а это ограничивает скорость заряда ёмкости и снижает быстродействие ключа в целом. • У биполярных транзисторов способность отдавать ток в нагрузку гораздо выше, чем у МОПтранзисторов: они имеют большую передаточную проводимость. Это преимущество биполярного транзистора и легло в основу разработки Би. КМОП-логических элементов. На рис. 16. 9 показана схема простейшего Би. КМОПинвертора.
