Типы ключевых устройств

Ключевые устройства могут быть последовательного, параллельного и последовательно – параллельного типа.

1. Последовательный тип КУ (рисунок 5.1):

Рисунок 5.1 – Ключевое устройство последовательного типа

Для КУ последовательного типа замыкание ключевого элемента эквивалентно замыканию ключевого устройства.

2. Параллельный тип КУ (рисунок 5.2):

Назначение резисторов:

R₁ - для исключения к. з. источника через ключ К.

R₂ - исключает замыкания выходной точки (R_Н) через ключ на общий провод.

Рисунок 5.2 – Ключевое устройство параллельного типа

Для параллельного типа КУ замкнуто, если ключевой элемент К этого устройства разомкнут.

3. Последовательно – параллельный тип КУ (рисунок 5.3):

Рисунок 5.3 – Ключевое устройство последовательно-параллельного типа

Для параллельно – последовательного типа КУ:

Если К1 и К2 – замкнуто, а К3 – разомкнуто, то КУ открыто (замкнуто).

Если К1 и К2 – разомкнуто, а К3 – замкнуто, то КУ закрыто (разомкнуто).

Требования, предъявляемые к ключевым устройствам

1. Возможно большой коэффициент передачи в замкнутом состоянии

2. Независимость значения от значения входного сигнала и управляющего сигнала.

3. Стабильность значения и других параметров ключевого устройства во времени и при действии внешних дестабилизирующих факторов.

4. Идентичность значений в разных ключевых устройствах собранных по одной ключевой схеме и используемых в одном коммутаторе каналов.

5. Отсутствие помех в выходном импульсном сигнале (от действия, например, управляющих сигналов).

6. Полоса пропускания КУ должна быть достаточна для обеспечения заданного быстродействия коммутатора канала.

7. Согласования входных и выходных сопротивлений ключевого элемента с сопротивлениями переключаемых цепей.

Ключевые элементы могут быть реализованы на основе диодов, биполярных транзисторов, полевых транзисторов, КМОП транзисторах.

Основные достоинства ключевых устройств на полевых транзисторах:

1. Отсутствие остаточного напряжения. Это позволяет коммутировать сигналы очень малого уровня.

2. Практически гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепи управления.

Наиболее совершенными являются КУ на КМОП-транзисторах. Они позволяют коммутировать сигналы во всем диапазоне питающего напряжения (от –Епит до +Епит). Схема КУ на КМОП-транзисторах приведена на рисунке 5.4

VT1 VT2

Рисунок 5.4 – Ключевое устройство на КМОП-транзисторах

Открытое состояние КУ (насыщение) обеспечивается следующим образом:

Должно быть Uупр=+Епит

При Uвх=+Епит для VT1 Uз-и=0, и VT1 заперт, а для VT2 Uупр инвертируется и Uз-и= –2Епит, поэтому VT2 открыт. В целом КУ открыто, т.к. вход соединен с выходом через VT2.

При Uвх= –Епит для VT1 Uз-и=+Епит, и VT1 открыт, для VT2 Uупр инвертируется и Uз-и= 0, поэтому VT2 закрыт. В целом КУ открыто, т.к. вход соединен с выходом через VT1

Если Uвх<Епит –Uпорог, то оба тразистора открыты.

Закрытое состояние КУ (отсечка) обеспечивается следующим образом:

Должно быть Uупр= –Епит

При Uвх=+Епит для VT1 Uз-и= –2Епит, и VT1 заперт, для VT2 Uупр инвертируется и Uз-и= 0, поэтому VT2 тоже закрыт. В целом КУ закрыто, т.к. закрытыт оба транзистора.

При Uвх= –Епит для VT1 Uз-и=0, и VT1 закрыт, для VT2 Uупр инвертируется и Uз-и= +2Епит, поэтому VT2 закрыт. В целом КУ закрыто, т.к. закрытыт оба транзистора.