3.2. Особенности работы пт в ключевых схемах дискретных сигналов

В отличие от ключей аналоговых сигналов (у которых в состоянии «включено» на выход поступает аналоговая информация), ключи дискретных сигналов в состоянии «включено» должны обеспечивать неизменный выходной потенциал.

Ключи дискретных сигналов на ПТ находят широкое применение в устройствах импульсной и цифровой техники: инверторах, логических схемах И, ИЛИ, триггерах, релаксационных генераторах и т.п. Устройства с ключами на ПТ, как правило, имеют высокие входные сопротивления по управляющим входам, обладают высокой экономичностью и простотой схемных решений.

Наибольшее распространение получили ключи дискретных сигналов на МДП - транзисторах. Преимущества таких ключей особенно проявляются в сложных логических схемах (например, в схемах памяти большой емкости), благодаря возможности гальванических связей между отдельными каскадами и возможности выполнения всех элементов схем только на МДП ПТ.

Простейшая схема ключа на МДП - транзисторе с индуцированным каналом p-типа приведена на рисунке 3.6, а.

а)

б)

Рис. 3.6. Ключи на основе МДП-транзисторов

При отсутствии управляющего сигнала на входе (Е_УПР = 0) транзистор VТ находится в непроводящем состоянии и напряжение на его выходе максимально Е_ВЫХ ≈ U_П.

Емкость нагрузки С_Н заряжена до напряжения U_П. Заряд емкости С_Н проходил током, протекающим через резистор R_Н.

При подаче на вход ПТ управляющего напряжения Е_УПР = U_П транзистор VТ открывается. Емкость С_Н разряжается через сопротивление отпертого канала ПТ и напряжение на выходе, после переходного процесса, принимает минимальное значение.

Время включения и выключения рассматриваемого ключа могут существенно отличаться из-за неравенства постоянных времени заряда и разряда емкости С_Н. Кроме того, следует учитывать, что быстродействие ключа зависит также и от состояния управляющей цепи. В частности, при высокоомном сопротивлении R₃ в цепи затвора ПТ ключ будет иметь время включения и время выключения практически определяемые постоянной времени цепи затвора _З:

t_ВКЛ=t_ВЫКЛ=2,3₃=2,3C₃R₃ , (3.1)

где C₃ эквивалентная емкость в цепи затвора ПТ.

Работу ключа дискретных сигналов удобно описывать с помощью статической характеристики передачи – зависимостью выходного напряжения от входного напряжения. Типовая характеристика передачи рассматриваемого ключа приведена на рисунке 3.7 (кривая 1). Она отличается от характеристики идеального ключа (кривая 2).

Рис. 3.7. Передаточные характеристики ключа

Различие характеристик обусловлено нелинейной зависимостью сопротивления канала ПТ от напряжения затвор-исток, влиянием емкостей С_Н и С₃. Приблизить реальную характеристику ключа к идеальной, можно путем уменьшения емкостей ключа, увеличения напряжения Е_УПР и использования ПТ с малым напряжением запирания U₀.

Перспективной схемой ключа на МДП - транзисторах является схема, использующая два транзистора с разными типами проводимости канала. Такой ключ является основным элементом семейства логических схем с дополнительной симметрией (ДСЛ).

Типовая схема ключа на двух МДП - транзисторах с индуцированными каналами n и p типа приведена на рисунке 3.6, б. Характеристика передачи такого ключа (кривая 3 на рисунке 3.7) близка к идеальной.

Принцип работы ключа заключается в следующем. При отсутствии управляющего напряжения на входе Е_УПР = 0 транзистор VТ₂ закрыт и, следовательно, выходное напряжение максимально Е_ВЫХ U_П. Выходное напряжение прикладывается к входу транзистора VT₁ и поддерживает его в открытом состоянии. Ток, потребляемый схемой, крайне мал, т.к. практически определяется сопро­тивлением утечки закрытого канала транзистора VТ₂.

При подаче на вход ключа управляющего напряжения Е_УПР = U_П, транзистор VТ₁ закрывается, а транзистор VТ₂ открывается. Это приводит к уменьшению выходного напряжения Е_ВЫХ = 0. И в этом случае ток, потребляемый схемой, крайне мал, т.к. опре­деляется током утечки закрытого канала транзистора VТ₁.

Таким образом, рассматриваемый ключ отличается высокой экономичностью. Мощность потребляется только в момент переключения и возрастает с частотой переключения.

Если транзисторы имеют одинаковые характеристики, то постоянные включения и выключения также оказываются равными. Так как заряд и разряд емкости C_Н происходит через сопротивление каналов ПТ находящихся в открытом состоянии, то такие ключи отличаются очень высоким быстродействием.

Вопросы теории и применения МДП ключей дискретных сигналов подробно рассматриваются в монографиях [4, 6, 10], поэтому в настоящей работе им будет уделено мало внимания.