1.2.3. Ключи на полевых транзисторах

Транзисторные ключи на полевых транзисторах с p-n–переходом

Базовая схема ключа на полевом транзисторе с p-n-переходом приведена на рис. 22.

Рис. 22. Ключ на полевом транзисторе с p-n-переходом и каналом n-типа

При напряжении транзистор находится в открытом состоянии.

Из уравнения (20) получим, что ток стока в этом случае будет определяться выражением

.

При этом следует учитывать, что данное уравнение справедливо только при выполнении условия . При больших значениях напряжения ток стока практически не изменяется, оставаясь на уровне начального тока стока .

Остаточное падение напряжения на транзисторе, учитывая, что , будет определяться уравнением

.

При малых значениях остаточного падения напряжения можно записать

.

Как показывает полученная формула, для качественной работы ключа на полевом транзисторе необходимо, чтобы сопротивление было достаточно велико.

Для запирания ключа на затвор транзистора необходимо подать отрицательное (для транзистора с каналом n-типа) напряжение, несколько большее напряжения отсечки:

,

где - напряжение отсечки затвор-исток, определяемое по входной характеристике транзистора.

Переходные процессы в ключах на полевых транзисторах с p-n-переходом определяются процессами перезаряда емкостей затвор – сток и затвор – исток . Для повышения быстродействия ключей на полевых транзисторах с p-n–переходом следует выбирать транзисторы с малыми величинами емкостей и , ограничивать значения сопротивлений резисторов и запирать транзистор напряжением , незначительно превышающим по модулю напряжение .

Ключи на полевых транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом

Базовая схема ключа на МОП-транзисторе с каналом n-типа показана на рис. 23.

Рис. 23. Ключ на МОП-транзисторе с каналом n-типа

При транзистор закрыт и ток стока в установившемся режиме равен нулю. При выходное напряжение ключа . Для отпирания транзистора на его затвор необходимо подать напряжение . Падение напряжения на транзисторе уменьшается с ростом : .

Необходимо отметить, что данная формула справедлива только в случае, когда , где - максимальный ток стока полевого транзистора, и при .

Из полученного выражения следует, что принципиальных ограничений на величину остаточного напряжения нет – его можно сделать сколь угодно малым, увеличивая сопротивление и увеличивая управляющее напряжение .

Переходные процессы в МОП–транзисторах так же, как и в транзисторах с p-n-переходом, связаны с наличием межэлектродных емкостей.

Ключи на полевых транзисторах для аналоговых сигналов

Полевые транзисторы получили преимуще­ственное распространение при построении ключей для аналоговых сигналов из-за отсутствия остаточного напряжения на открытом транзисторе, малых токов утечки закрытого транзистора и хорошей развязки сигнальной и управляющей цепей.

Погрешности аналоговых ключей на полевых транзисторах связаны с тем, что часть управляющего сигнала проходит в сигнальную цепь через ёмкости и . Другим источником погрешностей является модуляция сопротивления канала коммутируемым аналоговым сигналом. Уменьшить влияние модуляции проводимости канала можно, если использовать два параллельно включенных полевых транзистора с различным типом проводимости. Такая схема показана на рис. 24.

Рис. 24. Аналоговые ключи на полевых транзисторах с индуцированным каналом

Непосредственное переключение осуществляют два парал­лельно включенных транзистора и с индуцированными кана­лами различных типов проводимости (один с р-, а другой с n-каналом). Управление ключом осуществляется с помощью инвертора на транзисторах и . При отрицательном управляющем напряжении транзистор закрыт, a открыт и транзисторы и закрыты.

При положительном управляющем напряжении на затвор p-канального МОП-транзистора поступает отрицательное напряжение, а на затвор n-канального МОП-транзистора положительное напряжение. При этом оба транзистора открываются.

При напряжение затвор – исток , а напряже­ние затвор – исток . Транзисторы и откры­ты, а прямое сопротивление замкнутого ключа равно параллельному соединению сопротивлений открытых транзисторов. Когда транзистор практически закрыт, так как напряжение , а транзистор открыт под действием напряжения . Прямое сопро­тивление ключа определяется сопротивлением полностью откры­того транзистора и примерно равно сопротивлению ключа при .

Аналогичным образом при транзистор закрыт, а тран­зистор открыт и пря­мое сопротивление остается примерно прежним.

Диапа­зон коммутируемых напряжений для такого ключа ограничен только напряжением питания - .