Полевой транзистор в коммутаторе зажигания. Полевые транзисторы в коммутаторах зажигания
Транзисторные ключи. Схема, принцип работы
При работе со сложными схемами полезным является использование различных технических хитростей, которые позволяют добиться поставленной цели малыми усилиями. Одной из них является создание транзисторных ключей. Чем они являются? Зачем их стоит создавать? Почему их ещё называют «электронные ключи»? Какие особенности данного процесса есть и на что следует обращать внимание?
На чем делаются транзисторные ключи
Они выполняются с использованием полевых или биполярных транзисторов. Первые дополнительно делятся на МДП и ключи, которые имеют управляющий р–n-переход. Среди биполярных различают не/насыщенные. Транзисторный ключ 12 Вольт сможет удовлетворить основные запросы со стороны радиолюбителя.
Статический режим работы
Насыщение ключа
В таких случаях переходы транзистора являются смещенными в прямом направлении. Поэтому, если изменится ток базы, то значение на коллекторе не поменяется. В кремниевых транзисторах для получения смещения необходимо примерно 0,8 В, тогда как для германиевых напряжение колеблется в рамках 0,2-0,4 В. А как вообще достигается насыщение ключа? Для этого увеличивается ток базы. Но всё имеет свои пределы, равно как и увеличение насыщения. Так, при достижении определённого значения тока, оно прекращает увеличиться. А зачем проводить насыщение ключа? Есть специальный коэффициент, что отображает положение дел. С его увеличением возрастает нагрузочная способность, которую имеют транзисторные ключи, дестабилизирующие факторы начинают влиять с меньшей силой, но происходит ухудшение быстродействия. Поэтому значение коэффициента насыщения выбирают из компромиссных соображений, ориентируясь по задаче, которую необходимо будет выполнить.
Недостатки ненасыщенного ключа
А что будет, если не было достигнуто оптимальное значение? Тогда появятся такие недостатки:
- Напряжение открытого ключа упадёт потеряет примерно до 0,5 В.
- Ухудшится помехоустойчивость. Это объясняется возросшим входным сопротивлением, что наблюдается в ключах, когда они в открытом состоянии. Поэтому помехи вроде скачков напряжения будут приводить и к изменению параметров транзисторов.
- Насыщенный ключ обладает значительной температурной стабильностью.
Как видите, данный процесс всё же лучше проводить, чтобы в конечном итоге получить более совершенное устройство.
Быстродействие
Этот параметр зависит от максимальной допустимой частоты, когда может осуществляться переключение сигналов. Это в свою очередь зависит от длительности переходного процесса, что определяется инерционностью транзистора, а также влиянием паразитных параметров. Для характеристики быстродействия логического элемента часто указывают среднее время, которое происходит при задержке сигнала, при его передаче в транзисторный ключ. Схема, отображающая его, обычно именно такой усреднённый диапазон отклика и показывает.
Взаимодействие с другими ключами
Для этого используются элементы связи. Так, если первый ключ на выходе имеет высокий уровень напряжения, то на входе второго происходит открытие и работает в заданном режиме. И наоборот. Такая цепь связи существенно влияет на переходные процессы, что возникают во время переключения и быстродействия ключей. Вот как работает транзисторный ключ. Наиболее распространёнными являются схемы, в которых взаимодействие совершается только между двумя транзисторами. Но это вовсе не значит, что это нельзя сделать устройством, в котором будет применяться три, четыре или даже большее число элементов. Но на практике такому сложно бывает найти применение, поэтому работа транзисторного ключа такого типа и не используется.
Что выбрать
С чем лучше работать? Давайте представим, что у нас есть простой транзисторный ключ, напряжение питания которого составляет 0,5 В. Тогда с использованием осциллографа можно будет зафиксировать все изменения. Если ток коллектора выставить в размере 0,5мА, то напряжение упадёт на 40 мВ (на базе будет примерно 0,8 В). По меркам задачи можно сказать, что это довольно значительное отклонение, которое накладывает ограничение на использование в целых рядах схем, к примеру, в коммутаторах аналоговых сигналов. Поэтому в них применяются специальные полевые транзисторы, где есть управляющий р–n-переход. Их преимущества над биполярными собратьями такие:
- Незначительное значение остаточного напряжения на ключе в состоянии проводки.
- Высокое сопротивление и, как результат – малый ток, что протекает по закрытому элементу.
- Потребляется малая мощность, поэтому не нужен значительный источник управляющего напряжения.
- Можно коммутировать электрические сигналы низкого уровня, которые составляют единицы микровольт.
Транзисторный ключ реле – вот идеальное применение для полевых. Конечно, это сообщение здесь размещено исключительно для того, чтобы читатели имели представление об их применении. Немного знаний и смекалки – и возможностей реализаций, в которых есть транзисторные ключи, будет придумано великое множество.
Пример работы
Давайте рассмотрим более детально, как функционирует простой транзисторный ключ. Коммутируемый сигнал передаётся с одного входа и снимается с другого выхода. Чтобы запереть ключ, на затвор транзистора используют подачу напряжения, которое превышает значения истока и стока на величину, большую в 2-3 В. Но при этом следует соблюдать осторожность и не выходить за пределы допустимого диапазона. Когда ключ закрыт, то его сопротивление относительно большое – превышает 10 Ом. Такое значение получается благодаря тому, что дополнительно влияет ещё и ток обратного смещения p-n перехода. В этом же состоянии емкость между цепью переключаемого сигнала и управляющим электродом колеблется в диапазоне 3-30 пФ. А теперь откроем транзисторный ключ. Схема и практика покажут, что тогда напряжение управляющего электрода будет близиться к нулю, и сильно зависит от сопротивления нагрузки и коммутируемой характеристики напряжения. Это обусловлено целой системой взаимодействий затвора, стока и истока транзистора. Это создаёт определённые проблемы для работы в режиме прерывателя.
В качестве решения данной проблемы были разработаны различные схемы, которые обеспечивают стабилизацию напряжения, что протекает между каналом и затвором. Причем благодаря физическим свойствам в таком качестве может использоваться даже диод. Для этого его следует включить в прямое направление запирающего напряжения. Если будет создаваться необходимая ситуация, то диод закроется, а р-n-переход откроется. Чтобы при изменении коммутируемого напряжения он оставался открытым, и сопротивление его канала не менялось, между истоком и входом ключа можно включить высокоомный резистор. А наличие конденсатора значительно ускорит процесс перезарядки емкостей.
Расчет транзисторного ключа
Для понимания привожу пример расчета, можете подставить свои данные:
1) Коллектор-эмиттер – 45 В. Общая рассеиваемая мощность - 500 mw. Коллектор-эмиттер – 0,2 В. Граничная частота работы – 100 мГц. База-эмиттер – 0,9 В. Коллекторный ток – 100 мА. Статистический коэффициент передачи тока – 200.
2) Резистор для тока 60 мА: 5-1,35-0,2 = 3,45.
3) Номинал сопротивления коллектора: 3,45\0,06=57,5 Ом.
4) Для удобства берём номинал в 62 Ом: 3,45\62=0,0556 мА.
5) Считаем ток базы: 56\200=0,28 мА (0,00028 А).
6) Сколько будет на резисторе базы: 5 – 0,9 = 4,1В.
7) Определяем сопротивление резистора базы: 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ом.
Заключение
И напоследок про название "электронные ключи". Дело в том, что состояние меняется под действием тока. А что он собой представляет? Верно, совокупность электронных зарядов. От этого и происходит второе название. Вот в целом и все. Как видите, принцип работы и схема устройства транзисторных ключей не является чем-то сложным, поэтому разобраться в этом – дело посильное. Следует заметить, что даже автору данной статьи для освежения собственной памяти потребовалось немного попользоваться справочной литературой. Поэтому при возникновении вопросов к терминологии предлагаю вспомнить о наличии технических словарей и проводить поиск новой информации про транзисторные ключи именно там.
fb.ru
Ключевой режим работы полевых транзисторов
Ключи на полевых транзисторах, как и на биполярных, могут быть использованы для коммутации источника однополярного (ключи постоянного тока) или разнополярного (ключи переменного тока) напряжения.
Рис. 4.35. Схема коммутатора на полевом транзисторе c управляющим p-n-переходом
|
Полевые транзисторы широко используются для построения электронных коммутаторов аналоговых сигналов. На рис. 4.35 приведена схема коммутатора на полевом транзисторе c управляющим p-n-переходом. Для того чтобы транзистор был закрыт, между затвором и истоком должно быть отрицательное напряжение, больше Uотс. Поэтому входное напряжение не может превышать (Uупр – Uотс). Транзистор переходит в открытое состояние, когда Uзи = 0. При этом Uупр должно быть положительным, а диод VD закрыт. Тогда через резистор R1 ток не протекает и Uзи = 0, но и в этом случае Uвх должно быть меньше Uупр.
Использование двух разнополярных транзисторов позволяет обеспечить постоянное сопротивление коммутатора, независящее от величины и знака входного (коммутируемого) напряжения.
В интегральной схемотехнике широкое распространение получили коммутаторы на полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом. Упрощенная схема такого коммутатора приведена на рис. 4.36.
Чтобы получить больший диапазон коммутируемого напряжения как в положительной, так и в отрицательной области, используются комплементарные полевые транзисторы. Управляющее напряжение должно быть противофазным. Это обеспечивает инвертор. Чтобы перевести коммутатор в положение включенного, надо задать на затвор VT1 положительное, а на VT2 – отрицательное напряжение управления, как показано на рис. 4.36. В этом случае UзиVT1 = Uупр – Uвх, UзиVT2 = – Uупр – Uвх. При увеличении Uвх уменьшается UзиVT1 (сопротивление канала увеличивается). При этом увеличивается UзиVT1 (сопротивление канала уменьшается) общее сопротивление остается неизменным. Для выключения коммутатора надо сменить полярность управляющего напряжения, но и в этом случае Uвх должно быть не больше Uупр.
Рис. 4.36. Схема коммутатора на полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом
Аналоговые ключи выпускаются в виде отдельных микросхем в ИС 547КП1, К190КТ1, КР590КН1–КР590КН9 и др.
Ключи на ПТ, предназначенные для коммутации постоянного напряжения, строятся так же, как и на биполярных транзисторах.
На рис. 4.37, a приведена схема ключа на МДП-транзисторе с резистивной нагрузкой, а на рис. 4.37, б – выходные характеристики с построенной нагрузочной прямой.
а б
Рис. 4.37. Ключ на МДП-транзисторе: а – схема с резистивной нагрузкой; б – выходные характеристики с построенной нагрузочной прямой
Характерной особенностью является то, что в статическом состоянии по цепи управления ток не потребляется. Выходное остаточное напряжение (Uост) зависит от RН и при больших RН может быть меньше, чем в ключах на биполярных транзисторах. Быстродействие ключей на полевых транзисторах определяется перезарядом паразитных емкостей.
В цифровых схемах в основном используется ключ на комплементарных транзисторах (см. рис. 4.38).
Если Uупр = 0, то VT1 открыт, т. к. UзиVT1 = – Е, а VT2 закрыт UзиVT2 = 0. Выходное напряжение Uвых = Е, и ток, протекающий через ключ Iост, очень мал. Во втором состоянии, при Uупр = Е UзиVT1 = 0, а UзиVT2 = Е,VT1 закрыт, а VT2 открыт, Uвых = 0, и в этом состоянии через ключ протекает очень маленький ток Iост. Для маломощных транзисторов Iост равен 10–8¸10–9 А. Такие ключи обладают более высоким быстродействием, т. к. заряд и разряд паразитных емкостей происходят через сопротивление канала полностью открытого транзистора.
Похожие статьи:
poznayka.org
Полевой транзистор в коммутаторе зажигания все о животных на Leoppard.ru
IGBT транзисторы VS Биполярные дарлингтона в обычном коммутаторе зажигания. Ч1
в видео использовался материал с сайта http://www.radiohlam.ru/Проверка коммутатора зажигания ГАЗель. Checking the ignition switch Gazelle.
Иногда в автомобилях ГАЗель и им подобным, случаются проблемы с зажиганием. В случает пропадания искры,...IGBT транзисторы VS Биполярные дарлингтона в обычном коммутаторе зажигания Ч2 (работа над ошибками)
Как проверить коммутатор ГАЗ. Простой способ.
На видео показан постой способ проверки коммутатора, бесконтактной системы зажигания автомобилей марки...КМОП -- коммутатор. Принцип работы. Схемотехника
Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http://vk.com/chipidip, и Facebook — https://www.facebook.com/chipidip * Для управления...Коммутатор 131.3774
Коммутатор 131.3774 применяемый в бесконтактной системе зажигания, с индукционным датчиком установленной...Управление полевым транзистором. Сопротивление на затворе.
Прерыватель тока на мигающем светодиоде
Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http://vk.com/chipidip, и Facebook — https://www.facebook.com/chipidip * Мигающие светодиод...Военные автомобили.Система зажигания ЗиЛ 131 1986
Электронный коммутатор сигналов на TDA1029
Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http://vk.com/chipidip, и Facebook — https://www.facebook.com/chipidip * При разработке...Китайские транзисторы для ремонта китайского сварочного инвертора. Repair welding inverter Chinese
Во время ремонта сварочного инвертора, китайского производства, выяснилось, что силовые транзисторы вышли...Лекция 210. Схема коммутатора переменного сигнала
"Наука и Техника" http://vk.com/science_technology.leoppard.ru
Ключи на полевых транзисторах, схемы, применение, типы
Ключи на полевых транзисторах широко используются для коммутации аналоговых и цифровых сигналов.
В аналоговых ключах обычно используют транзисторы с управляющим p-n-переходом или МДП-транзисторы с индуцированным каналом. В цифровых ключах обычно используют МДП-транзисторы с индуцированным каналом. В последнее время полевые транзисторы все чаще используют в силовой импульсной электронике.
Ключи на полевых транзисторах отличаются малым остаточным напряжением. Они могут коммутировать слабые сигналы (в единицы микровольт и меньше). Это следствие того, что выходные характеристики полевых транзисторов проходят через начало координат.
Для примера изобразим выходные характеристики транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа в области, прилегающей к началу координат (рис. 3.17). Обратим внимание, что характеристики в третьем квадранте соответствуют заданным напряжениям между затвором и стоком.
Однако минимальное сопротивление включенного ключа на полевом транзисторе может быть больше, чем ключа на биполярном транзисторе (т. е. наклон самой круто поднимающейся характеристики полевого транзистора может быть меньше, чем наклон соответствующей характеристики на биполярном транзисторе). Поэтому при значительном токе падение напряжения на полевом транзисторе может быть больше, чем падение напряжения на биполярном транзисторе.
Иногда остаточным напряжением на ключе называют не то напряжение, которое соответствует нулевому току, а то, которое соответствует некоторому значительному току ключа. Это нужно иметь в виду, чтобы понять смысл на первый взгляд парадоксального утверждения, встречающегося у некоторых авторов и состоящего в том, что остаточное напряжение ключей на полевых транзисторах больше, чем ключей на биполярных транзисторах, и поэтому «полевой транзистор обладает худшими ключевыми свойствами по сравнению с биполярным». Кстати будет сказать, что наличие подобных на первый взгляд противоречивых утверждений полезно воспринимать как знак того, что выбор конкретного решения (в данном случае выбор для коммутации полевого или биполярного транзистора) следует осуществлять на основе всестороннего анализа.
В статическом состоянии ключ на полевом транзисторе потребляет очень малый ток управления. Однако этот ток увеличивается при увеличении частоты переключения. Очень большое входное сопротивление ключей на полевых транзисторах фактически обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей. Это позволяет обойтись без трансформаторов в цепях управления. Ключи на полевых транзисторах часто менее быстродействующие в сравнении с ключами на биполярных транзисторах.
Схема цифрового ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа
Изобразим схему цифрового ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа и резистивной нагрузкой и соответствующие временные диаграммы (рис. 3.18). 
На схеме изображена емкость нагрузки Сн, моделирующая емкость устройств, подключенных к транзисторному ключу. Очевидно, что при нулевом входном сигнале транзистор заперт и uси= Eс. Если напряжение uвх больше порогового напряжения Uзи.порог транзистора, то он открывается и напряжение uси уменьшается.
Ключи на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом входят в состав различных микросхем серий 284, 504 и др.
Напряжение на ключе в его включенном состоянии Uвкл зависит от сопротивления стока Rc, величины входного сигнала и особенностей стоковых характеристик транзистора. Скорость изменения напряжения на выходе определяется сопротивлением Rc, емкостью Сн и частотными свойствами транзистора.
Схема цифрового ключа на МДП-транзисторе с нагрузочным МДП-транзистором
Изобразим схему цифрового ключа на МДП-транзисторе с нагрузочным МДП-транзистором (с динамической нагрузкой) (рис. 3.19). 
Отметим, что при использовании интегральной технологии такой ключ, как ни странно на первый взгляд, изготовить проще в сравнении с рассмотренным выше (ССЫЛКА), имеющим нагрузочный резистор. Транзистор Т1 называют активным, а транзисторТ2 — нагрузочным.
Вначале рассмотрим закрытое состояние ключа. При этом uвх < Uзи.nopoгl , где Uзи.nopoгl — пороговое напряжение для транзистора T1. В этом случае транзистор Т1 закрыт и через оба транзистора протекает очень малый ток (обычно не более 1 нА). При этом напряжение uси1близко к напряжению Ес, а напряжение uси1 близко к нулю. В рассматриваемом состоянии транзисторТ2 также закрыт, хотя напряжение между затвором и истоком этого транзистора положительно (очевидно, что uзи2 = uси2). Но соотношение между параметрами транзисторов обеспечивается именно такое, чтобы в закрытом состоянии ключа выполнялось соотношение uси1= Ес. По крайней мере очевидно, что напряжение uси2не может быть больше порогового напряжения Uзu.nopoг2 для транзистора Т2, иначе бы транзистор Т2 открылся и напряжение на нем уменьшилось.
Теперь рассмотрим открытое состояние ключа. При этом uвх> uзи.порог1. Транзистор Т1 открыт и напряжение uси1 близко к нулю, а напряжение на транзисторе Т2 близко к напряжению питания. В рассматриваемом состоянии транзистор Т2 также открыт, при этом uзи2= uси2= Ес. Но транзисторы конструируют таким образом, чтобы удельная крутизна транзистора Т2 была намного меньше, чем удельная крутизна транзистора T1 .Именно поэтому в открытом состоянии ключа uси1 = 0 (часто это напряжение лежит в пределах 50…100 мВ). Так как удельная крутизна транзистора Т2 мала, ток, протекающий через открытый ключ, сравнительно мал.
Схема цифрового ключа на комплементарных МДП-транзисторах
Изобразим схему цифрового ключа на комплементарных МДП-транзисторах (комплементарный МДП-ключ, КМОП-ключ) (рис. 3.20). 
Здесь использованы взаимодополняющие друг друга (комплементарные) транзисторы: транзистор Т, с каналом n-типа и транзистор Т2 с каналом p-типа. Обозначим через Uзи.порог1 и Uзи.порог2 пороговые напряжения для транзисторов соответственно Т1 и Т2. Стоит обратить внимание, что каждое из указанных пороговых напряжений является положительным.
Пусть uвх= 0, тогда, очевидно, транзистор T1 закрыт, а транзистор Т2 открыт. При этом uсн1= Ес, uис2= 0. Если uвх> Uзи.порогl, тогда транзистор Т1 открыт. Пусть, кроме того, uвх> Ес — Uзи.порог2, тогда транзистор Т2 закрыт. При этом uси1= 0, uис2= Ес.
Надо отметить, что если Ес < Uзи.порог1 + Uзи.порог2, то при изменении входного сигнала не возникает ситуация, когда оба транзистора включены. Но если данное неравенство не выполняется, то такая ситуация будет иметь место при некотором промежуточном напряжении uвх, и тогда через транзисторы протекает так называемый сквозной ток. Если длительность переднего фронта и длительность среза (заднего фронта) входного импульса мала, то сквозной ток протекает короткое время, но и в этом случае он оказывает негативное влияние на работу схемы.
Как следует из изложенного, в каждом из двух установившихся режимов, т. е. и в открытом, и в закрытом состоянии, ключ практически не потребляет ток от источника питания. Это первое важное достоинство комплементарного ключа. Вторым важным достоинством комплементарного ключа является резкое отличие выходного напряжения в открытом состоянии ключа (единицы микровольт и менее) и выходного напряжения в закрытом состоянии (это напряжение меньше напряжения питания всего лишь на единицы микровольт и менее). Это обеспечивает высокую помехоустойчивость цифровых схем на комплементарных ключах.
Третьим важным достоинством комплементарного ключа является его повышенное быстродействие. Оно может быть на порядок больше, чем у двух других ранее изученных ключей на полевых транзисторах. Повышенное быстродействие объясняется тем, что как разряд емкости Сн, так и ее заряд происходит через соответствующий открытый транзистор (емкость разряжается через транзистор T1 и заряжается через транзистор Т2). При этом в начале заряда или разряда через соответствующий транзистор протекает большой ток, который быстро изменяет напряжение емкости. Естественно предположить, что входной сигнал поступает от такого же ключа, т. е. или uвх= , или uвх= Ес. В этом случае, чем больше напряжение питания Ес, тем больше отпирающий сигнал на соответствующем транзисторе и тем больше его начальный ток (к примеру, при uвх= 0, uиз2= Ес). Поэтому при увеличении напряжения питания быстродействие комплементарного ключа увеличивается.
Описанные достоинства, а также отработанность технологии изготовления явились причиной широкого использования КМОП-ключей.
Рассмотрим простейшую схему аналогового ключа на МДП-транзисторе (рис. 3.21). 
Эта схема получается из предыдущей при замене транзистора Т1 резистором нагрузки, а источника питания — источником входного сигнала.
Подложка транзистора подключена к положительному полюсу источника питания, т. е. к точке с наибольшим потенциалом, для того чтобы p-n-переходы между подложкой и истоком и подложкой и стоком не открывались.
Транзистор этого аналогового ключа работает подобно тому, как работает транзистор Т2 рассмотренного комплементарного ключа. Например, для отпирания транзистора необходимо, чтобы напряжение uупр было малым.
Ключ может коммутировать как положительное, так и отрицательное входное напряжение.
Двунаправленный аналоговый ключ (передающий вентиль) на комплементарных транзисторах
Рассмотрим теперь двунаправленный аналоговый ключ (передающий вентиль) на комплементарных транзисторах (рис. 3.22). 
Ключ предназначен для передачи напряжения uас вывода А на вывод В или напряжение ub с вывода В на вывод А. Предполагается, что эти напряжения находятся в пределах от 0 до +Еn. Транзисторы Т1 и Т2 образуют рассмотренный выше комплементарный ключ. Двунаправленный ключ открыт, когда uупр= +Еn. В этом случае по крайней мере один из транзисторов Т3 и Т4 открыт. Ключ закрыт, когда uупр= 0.
Если схему изменить и на затворы транзисторов Т3 и Т4 подавать не только положительные, но и отрицательные напряжения, то ключ будет в состоянии работать не только при положительных, но и отрицательных напряжениях uа и ub.
Ключи на полевых транзисторах с изолированным затвором входят в состав микросхем серий 168, 547 и др., а на комплементарных транзисторах — в состав микросхем серий 590, 591, 176, 561, 1564.
pue8.ru
3.5. 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» (UЗИ)
Если в упрощенной схеме последовательного коммутатора на полевом транзисторе с управляющим pn-переходом (рис. 3.10, а) управляющее напряжение (UУПР) 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» (UЗИ) следует поддерживать равным нулю, что обеспечивает минимальное сопротивление канала. Если же это напряжение станет больше нуля, управляющий pn-переход откроется, и выход коммутатора окажется соединенным с цепью управления. Равенство нулю UЗИ непросто реализовать, так как потенциал истока изменяется согласно изменению входного потенциала. Наиболее простой путь преодоления этой трудности показан на рис. 3.10, б.
Если напряжение UУПР установить большим, чем максимально возможное входное напряжение коммутатора, диод VD закроется, и напряжение UЗИ 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. Это не мешает нормальной работе схемы, так как выходное напряжение коммутатора в этом режиме равно нулю.
Нарушение нормального режима работы такой схемы может произойти лишь в случае, если цепь входного сигнала содержит разделительный конденсатор, который при закрытом транзисторе коммутатора зарядится до отрицательного уровня управляющего напряжения. 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 ра
боты ток затвора будет равен нулю. Таким образом, в этой схеме коммутатора отпадает необходимость в диоде и резисторе R1.
В схеме (рис. 3.11, а) ключом является n-канальный МОП-транзистор обогащенного типа, не проводящий ток при UЗИ ≤ 0. В этом состоянии сопротивление канала, как правило, достигает единиц или даже десятков гигаом, и сигнал не проходит через ключ. Подача на затвор относительно истока значительного положительного напряжения приводит канал в проводящее состояние с типичным сопротивлением от 20 до 200 Ом для транзисторов, используемых в качестве аналоговых ключей.
Приведенная схема (рис. 3.11, а) будет работать при положительных входных сигналах, которые, по крайней мере, на 5 В меньше, чем UУПР. При более высоком уровне сигнала напряжение «затвор – исток» будет недостаточно, чтобы удержать транзистор в открытом состоянии (сопротивление канала в открытом состоянии R0 начнет расти). Отрицательные входные сигналы вызовут включение транзистора при заземленном затворе. Поэтому, если надо переключать сигналы обеих полярностей (например, в диапазоне от -10 до +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. 3.11, б). Здесь на подложку транзистора VT1 подается положительное питающее напряжение (+UПИТ), а на подложку транзистора VT2 – отрицательное питающее напряжение (-UПИТ). При высоком уровне управляющего сигнала напряжение на затворе n-канального транзистора VT2 практически равно +UПИТ. В таком случае транзистор VT2 проводит сигналы с уровнями от -UПИТ до +UПИТ без нескольких вольт (при более высоких уровнях сигнала R0 начинает катастрофически расти). В это время напряжение на затворе VT1 практически равно -UПИТ. Транзистор VT1 пропускает сигналы с у
electrono.ru
