5. Отк с диодным смещением.

Недостатком рассмотренных ранее схем ОТК является наличие инверсной активной зоны при переключении транзистора из области насыщения в область отсечки.

Если рассасывание избыточных носителей заряда происходит одновременно у «э» и «к» переходов, то транзистор из области насыщения переходит в область динамической отсечки минуя активную зону.

Таким образом, при увеличении импульса тока базы, открывающего транзистор, уменьшается длительность фронта, но транзистор попадает в область глубокого насыщения. Это приводит к увеличению времени обратного переключения. Значит, ток в момент выключения также желательно увеличивать, т.к. это способствует более быстрому рассасыванию заряда. Но этот процесс приводит к выбросам коллекторных токов, имеющих место во время переходного процесса.

Чтобы устранить эти противоречивые требования применяют различные схемы ОТК с диодным смещением.

1. Схема ключа с диодной фиксацией базового потенциала и форсирующим конденсатором (рис.3.1).

Конденсатор С, увеличивая базовые токи обоих режимов, усложняет работу ключа. Ток базы во время динамической отсечки быстро падает до нуля и не успевает разрядить конденсатор. После запирания транзистора на его базе окажется дополнительное динамическое смещение, которое далее уменьшается по мере разрядки конденсатора через резистор Rб . Постоянная времени τ = CRб достаточно велика. Это значит, что очередной отпирающий (+) импульс может поступить раньше, чем уменьшится до нуля напряжение динамического смещения, заданного зарядом конденсатора. Поэтому задержка на включение и длительность открывающего импульса увеличатся.

Для устранения этого явления используют диодную фиксацию базового потенциала. Диод отпирается при подаче запирающего (-) напряжения на базу транзистора. При этом конденсатор быстро разряжается через сопротивление открытого диода и внутреннее сопротивление источника входных импульсов. Диодная фиксация базового потенциала также уменьшает напряжение на базе закрытого транзистора. Тем самым уменьшается заряд входной емкости и снижается время переключения.

Для уменьшения влияния переходного процесса применяют высокочастотные транзисторы, имеющие малые емкости коллекторного перехода, и в цепь коллектора включают небольшие (менее 1 кОм) сопротивления R_K.

Для получения максимального быстродействия транзистор не вводят в в режим глубокого насыщения. В таких ключах транзистор работает на границе активного режима. Для предотвращения излишнего насыщения вводят нелинейную обратную связь.

6. Ключи на полевых транзисторах и их особенности.

Для ключей на полевых транзисторах характерно следующее, в сравнении с ключами на биполярных транзисторах:

1)малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в открытом состоянии; 2)более высокое сопротивление в закрытом состоянии, и весьма малый ток, протекающий через транзистор в закрытом состоянии (на 1.. .2 порядка меньше, чем у биполярных транзисторов); 3) меньшая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения; 4) более лучшая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала, что позволяет обойтись без трансформаторов в цепи управления; 5) возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка мкВ, что практически невозможно для биполярных транзисторов); 6) меньшее быстродействие; 7) возможность проникновения в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от характера управляющего сигнала. Для коммутации аналоговых сигналов применяют полевые транзисторы с управляющим р-п переходом или МОП-транзисторы с индуцированным каналом (рис.3.4). В цифровых схемах применяют только МОП-транзисторы с индуцированным каналом.

Для запирания ключей на полевых транзисторах необходимо, чтобы запирающее напряжение было на 1.. .3 В выше напряжения U_отс. При выборе запирающего напряжения следует помнить, что при его большом значении в цепи р-п перехода может возникнуть лавинный пробой. Поэтому должны выполняться следующие неравенства:

Для МОП-транзисторов напряжения U_{3C max} и U_{зи мах} ограничены электрической прочностью диэлектрика под затвором. МОП-транзисторы с индуцированным каналом закрыты до тех пор, пока напряжение между «з» и электродами «и» или «с» меньше эффективного порогового напряжения, которое есть

У полевого транзистора с р-п переходом ток в закрытом состоянии ключа Ic.ост зависит от сопротивления канала R_зи и тока р-п перехода, смещенного в обратном направлении:

У МОП-транзистора с индуцированным каналом остаточный ток закрытого состояния зависит от обратного тока перехода между «с» и подложкой:

Сопротивление открытого ключа и напряжение U_Си _Отк определяют по выходным характеристикам полевого транзистора. На них стоится линия нагрузки (рис.3.5).

Отметим особенности переходных процессов в ключах на полевых транзисторах: 1) нелинейности межэлектродных емкостей и сопротивления канала R_си затрудняют точный количественный анализ процессов; 2) процесс открывания полевого транзистора сопровождается проникновением в коммутируемую цепь импульса напряжения (выброса), пропорционального управляющему сигналу, который задерживает момент начала изменения в нужную сторону выходного напряжения ключа и меняет форму выходного сигнала; 3) для уменьшения длительности переходных процессов следует применять транзисторы, имеющие малые емкости между электродами, а в качестве нагрузки в быстродействующих ключах необходимо использовать чисто активные сопротивления.