Главная  Линейные элементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

управляющего транзистора) должно быть низким по абсолютной величине «вых I = Лых < I U„op I (например, t/Lix = - 1 В). Основная часть напряжения питания Ее при этом должна падать на

нагрузочном . компоненте, т. е. напряжение

между стоком и

истоком открытого (в пологой области) нагрузочного МДП тран-

С/ вых

5истора Гг должно быть много больше напряжения как через Оба транзистора протекает один и тот же ток ic = h, сопротивление нагрузочного компонента /?нагр Должно быть много больше сопротивления управляющего /?упр- Согласно ф-ле (2.176) при «3 = -Ее

1с = ~{-Ес- Unopf = (Ее I f/nop I )/Ro,

(2.182)

где - сопротивление МДП транзистора постоянному току; с учетом (2.179)

i? = 2/v(£e-t/nopl) = 2/5; (2.183)

S - крутизна. Из ф-лы (2.182), в частности, следует, что нагрузочный МДП транзистор, работающий в пологой области, можно представить эквивалентной схемой в виде последовательного соединения резистора с сопротивлением Ro и источника напряжения Ес = Ес - ипор (рис. 2.59г).

Согласно ф-ле (2.183), чем меньше коэффициент v, тем больше сопротивление и меньше крутизна транзистора. Так, например, при Ег.. = 10 В, f/nop = - 4 В, v = 3 мкА/В2 получаем S = 18 мкА/В, Ro~ 112 кОм. Крутизна S управляющего транзистора обычно на порядок больше, а его сопротивление на порядок меньше соответствующих параметров нагрузочного МДП транзистора.

Когда «BX = f/Bx(

< I f/nop l), управляющий МДП транзистор заперт, нагрузочный транзистор по-прежнему открыт (в пологой области), причем эквивалентное напряжение питания его

равно:

Е[ = Ес- и

пор

и, следовательно, напряжение на выходе

высокое (по абсолютной величине), приближенно равное t/b - Ес = Ес- f/nop (предполагается, что ток ic = О, т. е. нагрузка не потребляет тока и можно пренебречь остаточным током закрытого транзистора и токами утечки). На рис. 2.595 приведены вольт-амперные характеристики управляющего и нагрузочного МДП транзисторов ключевой схемы, изображенной на рис. 2.59а.

Пусть, например, f/nop = U„op = - 5 В, Ес = 15В. При t/вх = = - ЗВ Г, заперт и «вых = f/Lix = - Ес - f/nop = - 10В. При f/Bx = -10В, f/BHx= -ЗВ, что получается за счет соответствующего выбора управляющего и нагрузочного транзисторов.

Основным недостатком рассмотренной схемы ключа (при Еа = = Е) является низкое быстродействие. Действительно, при вы-



ключении управляющего транзистора шунтирующая его емкость Со заряжается через большое сопротивление нагрузочного МДП транзистора. Кроме того, вследствие нелинейности вольтамперной характеристики по мере заряда емкости Со, особенно при приближении выходного напряжения к уровню 5с = - С/пор , все более уменьшается ток через нагрузочный МДП транзистор и, следовательно, уменьшается скорость заряда. В результате длительность .фронта выключения 4 достигает сотен или тысяч наносекунд.

С целью ускорения переходных процессов в ключе (уменьшения ф) затвор нагрузочного МДП транзистора подмючается к специальному источнику смещения -£3, причем Еа > Ее. При

£3 - f > I С/пор I нагрузочный транзистор открыт и работает в крутой области характеристик, причем при Еа Е (например, £3 = 30 В, £с=15 В, С/пор = 5 В) зависимость i[ = f{u - практически линейна, т. е. в этом режиме МДП транзистор выполняет роль квазилинейного резистора; его сопротивление обычно порядка единиц или десятков килоом. В результате длительность выключения сокращается в несколько раз по сравнению с ранее рассмотренным случаем (когда Еа = Ес). Следует отметить, что при работе нагрузочного МДП транзистора в крутой области, естественно, уменьшается выходное сопротивление ключа и в статическом режиме и увеличивается перепад выходного напряжения \ при переключении ключа. Надо, однако, иметь в виду, что для под-• ключения отдельного источника Е необходим специальный допол-i нительный вывод, что весьма существенно усложняет технологию производства ИС.

До сих пор рассматривалась схема рис. 2.59а; теперь рассмотрим особенности схемы ключа, в котором подложка нагрузочного МДП транзистора заземлена (т. е. в ИС оба МДП транзистора Ti и изготовляются на общей подложке).

I, В этой схеме при изменении выходного напряжения изменяется I напряжение между истоком и подложкой нагрузочного МДП тран-i зистора, вследствие чего его пороговое напряжение С/пор оказы-V вается не постоянным, а зависит от выходного напряжения. С увеличением порогового напряжения уменьшается ток через jij нагрузочный, а следовательно, и через управляющий МДП тран-j*: зистор; поэтому уменьшается напряжение на выходе открытого управляющего МДП транзистора. Это напряжение можно опре-делить путем совместного решения уравнений для вольтамперных характеристик обоих транзисторов и ур-ния (2. 179), устанавливающего связь между пороговым уровнем и напряжением подложка - исток нагрузочного МДП транзистора.

Мощность, потребляемая ключом от источника питания Ее в стационарных режимах, определяется напряжением Ее и током /с, протекающим через транзисторы Ti и Гг. В режиме, когда управляющий транзистор Г] заперт (напряжение на выходе -С/вых>



логическая единица),ток, потребляемый схемой, весьма мал; он определяется суммой остаточного тока через закрытый транзистор и токов утечки. В режиме, когда транзистор Ti открыт (т. е. «вых = = f/вых. логический нуль), потребляемый ток равен току стока транзистора Гг; потребляемая при этом мощность (порядка единиц милливатт) в основном рассеивается нагрузочным МДП транзистором. Для уменьшения ее до единиц микроватт весьма перспективно применение схем ключей на МДП транзисторах с индуцированными каналами дополняющих типов проводимости.

Пример такой схемы приведен на рис. 2.60а; здесь в качестве управляющего используется МДП транзистор Ti с каналом п-типа, а в качестве нагрузочного - МДП транзистор Гг с каналом р-типа.

4*1 г


Рис. 2.60

Управляющее напряжение подается одновременно на затворы обоих транзисторов; подложки транзисторов соединены с истоками. Пусть вначале «вх = Свх < US, где (/„ор - пороговый уровень транзистора п-типа (например, С/вх=1В, f/nop = 6 в); когда транзистор Ti заперт, транзистор открыт, так как напряжение затвор - исток транзистора равно: - «„г = = Usl - Ее и предполагается, что f/вх - Ес< f/lfop, т. е. Ее > > - и% + Ul (например, U% = -5В, t/«x = IB, £е = ЮВ). В рассматриваемом случае выходное напряжение высокое

(f/вых-Ес, например f/Lix = 9B), потребляемый схемой ток мал (точка А на рис. 2.606).

Если теперь на входе действует высокий уровень напряжения «вх = fBx > f/тор, то Г, открыт, Гз заперт (например, f/Bx = 9B, •t/вх - Ее - - IB > ийр = -5В и Гз заперт); при этом «вых f/вых (например, f/вых =1В) и вновь потребляемый С5(емой ток мал (точка В на рис. 2.606). Заметим, что при Ее > f/p -f 1 f/nop при возрастании (с конечной скоростью) входного напряжения от f/вх откроется сначала транзистор Г, и в течение некоторого времени •оба транзистора оказываются открытыми; схема потребляет большой ток" и, следовательно, большую мощность от источника Ее, поэтому предпочтительнее режим, когда Ее < f/nop-f f/nop . .184



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [ 58 ] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

0.0011