Ключи на полевых транзисторах

Ключи на полевых транзисторах используются для коммутации как аналоговых, так и цифровых сигналов, причем коммутаторы аналоговых сигналов обычно выполняют на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом или МОП-транзисторах с индуцированным или технологически встроенными каналами. В цифровых схемах применяются только МОП-транзисторы с индуцированным каналом.

Для ключей на полевых транзисторах характерно: 1) малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в проводящем состоянии; 2) высокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт; 3) малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения; 4) хорошая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала, что позволяет обойтись без трансформатора в цепи управления; 5) возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка микровольт).

По быстродействию ключи на полевых транзисторах обычно почти не уступают ключам на биполярных транзисторах. Но у них наблюдается проникновение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от управляющего сигнала. Причиной их появления является наличие емкостей С_зс и С_зи.

Простейшие схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом и МОП-транзисторах с индуцированным каналом приведены на рис. 4, а-г.

Рис. 4. Ключевые цепи на полевых транзисторах с управляющим

p-n-переходом и МОП-транзисторах с индуцированным

каналом (а, б, в, г)

Сопротивление открытого ключа и напряжение U_{си отк} легко определить с помощью выходных характеристик транзистора. На них строится линия нагрузки (рис. 5, а-в). В точке пересечения ее с кривой, определяемой напряжением U_зи, находится значение U_{си отк} ключа и его ток I_н. Положение этой точки также определяет сопротивление R_{си отк min}.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики с линиями нагрузки для ключей на полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом (а), МОП-транзисторах

с индуцированным (б) и технологически встроенным (в) каналами

Для увеличения экономичности и улучшения стабильности уровней выходных напряжений, что достаточно важно для цифровых устройств, широко применяют ключи на комплементарных транзисторах (рис. 6). В них при подаче управляющего напряжения одной полярности, например –e_упр, открыт транзистор VT1 и резистор R подключен к источнику питания через сопротивление R_{си отк1}, которое сравнительно невелико. При другой полярности, +е_упр, транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 имеет минимальное сопротивление. При этом резистор R через сопротивление _{Rси отк2} соединен с общей шиной. Падение напряжения на нем практически равно нулю. При этой полярности e_упр ток от источника питания не потребляется. При большом значении R рассеиваемая мощность мала и при открытом транзисторе VT1. Малая потребляемая мощность и стабильность уровней выходного напряжения, близких к нулю и напряжению питания, делают данные ключи перспективными для построения экономичных цифровых устройств различного назначения.

Рис. 6. Ключевая цепь на комплементарных транзисторах

Тема: «Основные типы базовых логических элементов (БЛЭ). БЛЭ транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). БЛЭ эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). БЛЭ интегрально-инжекционной логики (И²Л). БЛЭ логики на МОП и КМОП»