Электронные ключи на полевых транзисторах

В качестве электронных ключей в ИС обычно используют МДП-транзисторы с индуцированным каналом n-типа, в которых при отсутствии напряжения на затворе (U_зи = О) ключ находится в разомкнутом состоянии, а при подачи на затвор напряжения, превышающего пороговое значение (U_зи = U_пор), ключ находится в замкнутом состоянии.

Схема ключа с резистивной нагрузкой приведена на рис. 3.6, а на рис. 3.7 показано построение передаточных характеристик. При U_зи = О режим работы ключа определяется точкой А, при этом U_вых = Е_с. При увеличении U_зи рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной линии, при этом возрастает ток i_c и уменьшается напряжение.

Рис. 3.6

Рис. 3.7

При рабочая точка должна располагаться на восходящем участке выходной характеристики (например, точка В). При этом на транзисторе устанавливается остаточное напряжение U_оcт, величина которого тем меньше, чем больше R_c и U_зи.

В ключах с динамической нагрузкой вместо резистора R_c в цепь стока включают нагрузочный транзистор. На практике применяются несколько вариантов включения нагрузочного транзистора, некоторые из них представлены на рис. 3.8. В схеме рис. 3.8, а в качестве нагрузочного транзистора VT2 применен транзистор с индуцированным каналом при соединении затвора со стоком. В этом случае выполняется условие U_зи2=U_си2.

Для уменьшения остаточного напряжения U_оcт применяют нагрузочный транзистор VT2 меньшей крутизной, чем у активного транзистора VT1. В этом случае нагрузочная линия идет более полого, и точка, определяющая величину остаточного напряжения, сдвигается влево.

В схеме рис. 3.8, б в качестве нагрузочного применен транзистор с каналом, тип проводимости которого противоположен типу проводимости активного транзистора. Такая пара транзисторов называется комплементарной. В этой схеме входное напряжение управляет как активным, так и нагрузочным транзистором. Если, то транзистор VT1 закрыт, а VТ2 открыт, при этом на выходе схемы устанавливается высокий уровень напряжения. Если, то открывается транзистор VT1, а транзистор VТ2 закрывается, при этом на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения. И в том, и в другом случае отсутствует потребление тока от источника питания. Лишь при переходе схемы из одного состояния в другое, когда один из транзисторов еще не полностью открылся, а второй не полностью закрылся, существует цепь для протекания тока.

Рис. 3.8

Таким образом, главным достоинством ключей на комплементарных транзисторах является их высокая экономичность. Эти ключи также обладают и более высоким быстродействием, так как в них заряд и разряд паразитной емкости С_и протекают в одинаковых условиях, поэтому у них t_вкл ≈ t_выкл.