3.5. Схемы управления ключами на пт

В зависимости от назначения и требуемых качественных показателей используются несколько разновидностей схем управления ключевыми ячейками на ПТ.

Схема с непосредственной связью затвора приведена на рисунке 3.11, а. Она рекомендуется для использования при малых амплитудах входного сигнала:

. (3.13)

	а)
	б)
	в)
	г)

Рис. 3.11. Схемы управления ключами на ПТ

При больших амплитудах входного сигнала в рассматриваемой схеме возникают прямые токи затвора, и резко изменяется сопротивление канала. Это приводит к уменьшению входного сопротивления по управляющему входу и сопровождается большими нелинейными искажениями коммутируемых сигналов. Ввиду простоты рассматриваемая схема может найти широкое применение в малосигнальных цепях с ключами на ПТ.

Известны схемы, управления, позволяющие обеспечить минимальное сопротивление канала как при малых, так и при больших амплитудах сигналов. Некоторые разновидности таких схем рассматриваются ниже. На рисунке 3.11, б – г приведены схемы управления ключами на ПТ, в которых обеспечивается плавающий потенциал затвора в состоянии «включено». Здесь плавающие потенциалы затворов образуются за счет изолирующих диодов VD₁. При насыщении ключей, выполненных на транзисторах VT диоды VD запираются и потенциалы затворов становятся равными входным.

В схеме управления приведенной на рисунке 3.11, б использован биполярный транзистор VТ₂. Для управления биполярным транзистором VТ₂ достаточны уровни, обеспечиваемые микросхемами стандартной типовой логики семейств ДТЛ и ТТЛ. Недостатком схемы является низкое входное сопротивление в состоянии «выключено», которое практически определяется сопротивлением резистора R₁. Сопротивление резистора R₁ выбирается исходя из требуемой скорости включения ключа. Резистор R₁ может быть заменен ключом, включающимся синхронно с транзистором VТ₂, что устраняет указанный недостаток схемы путем ее усложнения.

В состоянии «выключено» к транзистору VT₁ прикладывается запирающее напряжение с делителя, образованного резистором R₆ и выходным сопротивлением транзистора VТ₂.

Схема, приведенная на рисунке 3.11, в, работает аналогично схеме изображенной на рисунке 3.11, б. Однако, благодаря высокому входному сопротивлению ПТ T₂, она потребляет меньшую управляющую мощность и является более перспективной для устройств с дистанционным управлением. Для уменьшения времени переключения в схеме рисунка 3.11 используется конденсатор С₃, шунтирующий диод ДТ.

Схема, приведенная на рисунке 3.11, г является наиболее универсальной. Она позволяет проводить быстрое переключение ключа. С этой целью затвор ключа, выполненного на транзисторе VТ₁, соединен через резистор R₁ с выходом буферного усилителя БУ, повторяющего входной сигнал. Сопротивление резистора R₁ выбирается исходя из допустимой постоянной времени цепи затвора и потребляемой от буферного усилителя мощности.

При разработках многоканальных коммутаторов следует учитывать следующую особенность схем с плавающим затвором. При последовательной коммутации на нагрузку двух аналоговых напряжений, первое из которых имело более высокий по отношению к последующему уровень, ключ может остаться в закрытом состоянии, а на нагрузке будет присутствовать ложный сигнал, обусловленный переходным процессом разряда емкости нагрузки через сопротивление нагрузки. Для устранения этого явления необходимо уменьшить постоянную времени цепи нагрузки.

Рассмотренные схемы управления обеспечивают требуемое состояние ключа до тех пор, пока подается соответствующее напряжение управления на их входы. Однако в некоторых случаях необходимо, чтобы требуемое состояние ключа поддерживалось и после прекращения действия управляющего сигнала. Это можно осуществить, введя в схему управления устройство памяти. В качестве устройства памяти можно использовать различные триггеры, выполненные на транзисторах, тиристорах, туннельных диодах. В данном случае, к устройствам памяти предъявляются требования простоты схемы, надежности, экономичности, малых габаритов. Этим требованиям лучшим образом отвечают триггеры на туннельных диодах.

Схема управления ключом на ПТ с элементом памяти на туннельном диоде приведена на рисунке 3.12.

Рис. 3.12. Схема ключа с элементом памяти

Сопротивление резистора R₃ выбирается таким образом, чтобы нагрузочная прямая пересекала вольтамперную характеристику туннельного диода в трех точках, как показано на рисунке 3.13.

Рис. 3.13. К объяснению работы триггера на туннельном диоде

Точки А и В являются точками устойчивых состояний триггера, образованного элементами R₁, R₃ и VD. Переводить триггер из одного устойчивого состояния в другое можно с помощью кратковременных разнополярных импульсов, подаваемых на вход Е_УПР. Напряжение в точке А должно быть меньше контактной разности потенциалов p-n-перехода база-эмиттер транзистора VТ₂. Это обеспечивает поддержание транзистора VТ₂ в запертом состоянии, тогда к управляющему входу ПТ VT₁ прикладывается большое запирающее напряжение и, следовательно, ключ находится в состоянии «выключено». В качестве VТ₂ целесообразно использовать кремниевый транзистор. Напряжение в точке В больше контактной разности потенциалов p-n-перехода база-эмиттер транзистора VT₂, который находится в отпертом состоянии. Напряжение участка коллектор-эмиттер VТ₂ мало. Оно используется для поддержания транзистора Т₁ в отпертом состоянии. Таким образом, обеспечивается состояние «включено» ключевой ячейки.