Ключ на полевом транзисторе

Ключи на полевых транзисторах

Ключ на полевом транзисторе

Ключи на полевых транзисторах используются для коммутации как аналоговых, так и цифровых сигналов.

Достоинствами ключей на полевых транзисторах являются:

  • — малое остаточное напряжение на ключе, находящемся в открытом состоянии;
  • — высокое сопротивление в непроводящем состоянии и, как следствие, малый ток, протекающий через транзистор, канал которого перекрыт;
  • — малая мощность, потребляемая от источника управляющего напряжения;
  • — хорошая электрическая развязка между цепью управления и цепью коммутируемого сигнала;
  • — возможность коммутации электрических сигналов очень малого уровня (порядка мкВ).

По быстродействию ключи на полевых транзисторах обычно уступают ключам на биполярных транзисторах. Кроме того, у них наблюдается проникновение в коммутируемую цепь дополнительных импульсов, параметры которых зависят от управляющего сигнала. Причиной их появления является наличие емкостей затвор-сток и затвор-исток.

При увеличении частоты коммутации значительно возрастает входной ток полевого транзистора, что обусловлено необходимостью перезаряда его входной емкости. Таким образом, коэффициент усиления по мощности с ростом частоты падает.

Различие полярностей управляющего и входного напряжений существенно усложняет схемотехнику электронных ключей, по этой причине полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и МОП-транзисторы со встроенным каналом в схемах коммутации практически не используются.

Рассмотрим аналоговый коммутатор на МОП ПТ (рис. 15.12). VT1 – это n-канальный МОП ПТ со индуцированным каналом, не проводящий ток при нулевом или отрицательном напряжении затвора.

Рис. 15.12.

Ключ на n-канальном МОП-транзисторе с индуцированным каналом

В этом состоянии сопротивление сток-исток, как правило, больше 10000 МОм, и сигнал не проходит через ключ. Подача на затвор напряжения +15 В приводит канал сток-исток в проводящее состояние с типичным сопротивлением RВКЛ от 25 до 100 Ом для ПТ, предназначенных для использования в качестве аналоговых ключей.

Схема не критична к значению уровня сигнала на затворе, поскольку он существенно более положителен, чем это необходимо для поддержания малого RВКЛ, а потому его можно задавать от логических схем (лучше всего подходят логические уровни КМОП; можно использовать выход ТТЛ для получения уровней, соответствующих полному диапазону питания, с помощью внешнего транзистора) или даже ОУ: вполне годится +13 В с выхода усилителя, так как напряжение пробоя затвора для МОП — транзистора обычно равно 20 В или более. Обратное смещение затвора при отрицательных значениях выхода ОУ будет давать дополнительное преимущество — возможность переключать сигналы любой полярности. Следует заметить, что ключ на ПТ – двунаправленное устройство, т. е. он может пропускать сигнал в обе стороны, как и электромеханический переключатель.

Приведенная схема будет работать при положительных сигналах, не превышающих 10 В; при более высоком уровне сигнала напряжение на затворе будет недостаточным, чтобы удержать ПТ в состоянии проводимости (RВКЛ начинает расти); отрицательные сигналы вызовут включение ПТ при заземленном затворе (при этом появится прямое смещение перехода канал — подложка). Если надо переключать сигналы обеих полярностей (т. е. в диапазоне от –10 до +10 В), то можно применить такую же схему, но с затвором, управляемым напряжением –15 В и +15 В; подложка должна быть подсоединена к напряжению –15 В.

Чтобы охватить наибольший диапазон входных напряжений, как в положительной, так и в отрицательной области, вместо одного МОП-транзистора лучше использовать КМОП-схему, состоящую из двух комплементарных МОП-транзисторов, включенных параллельно.

Для того чтобы перевести коммутатор в состояние «включено», нужно приложить к затвору нормально открытого МОП-транзистора VT1 в схеме на рис. 15.

13 положительное управляющее напряжение, равное, по меньшей мере 2UОТС, а к затвору транзистора VT2 – такое же напряжение, но противоположное по знаку.

При малых величинах входного напряжения UВХ оба МОП-транзистора будут открыты.

Рис. 15.13.

Последовательный ключ на КМОП – транзисторах

Если входное напряжение вырастет до значительного положительного уровня, величина UЗИ1 уменьшится, а внутреннее сопротивление транзистора VT1 увеличится.

Это обстоятельство, однако, несущественно, так как одновременно увеличится величина UЗИ2 и внутреннее сопротивление транзистора VT2 уменьшится. При отрицательных значениях входного напряжения транзисторы VT1 и VT2 меняются ролями.

Для того чтобы перевести коммутатор в состояние «выключено», необходимо изменить полярность управляющего напряжения.

При смене полярности управляющего напряжения через проходную емкость затвор-канал на выход схемы коммутатора передается короткий импульс напряжения; этот импульс представляет собой помеху, особенно при малых уровнях коммутируемого напряжения.

Чтобы амплитуда импульса помехи была незначительной, управляющее напряжение не должно быть слишком большим. Кроме того, желательно ограничить скорость изменения управляющего напряжения. Полезно также использовать низкоомные источники входного сигнала.

Частоты переключения рассматриваемых коммутаторов невелики.

Из КМОП-коммутаторов наиболее удобны схемы со встроенным преобразователем уровня управляющего сигнала, которые совместимы с выходными сигналами ТТЛ-схем. Они выпускаются в интегральном исполнении, причем ИС часто содержит несколько коммутаторов, управляемых общим напряжением.

Часто коммутаторы выполняются по схеме с общим входом или выходом. С помощью встроенного в интегральную схему распределителя типа «1 из n» можно путем подачи двоичного кода на управляющий вход переводить любой выбранный коммутатор в состояние «включено».

Такие электронные схемы называются аналоговыми мультиплексорами или аналоговыми демультиплексорами.

Оригинал: http://audioakustika.ru/node/1543

Электронный ключ на полевом транзисторе

Ключ на полевом транзисторе

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Общая Электротехника и электроника»

На тему: «Электронный транзисторный ключ на полевом транзисторе»

1.

Общие сведения об электронных ключах

2.

Схемы электронных ключей на полевых транзисторах

3.

Принцип действия электронных ключей

4.

Применение электронных ключей

4.

Литература

1.

Общие сведения об электронных ключах

Ключ – элемент, который под воздействием управляющего сигнала производит различные коммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. При включении активного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическую операцию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал.

Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое

.

Рис.

4

Для реализации ключей используют диоды, биполярные и полевые транзисторы.

Время переключения ключей на биполярных транзисторах определяется барьерными емкостями p-n-переходов и действиями скопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе. Для повышения быстродействия и входного сопротивления используют ключи на полевых транзисторах.

2.

Схемы электронных ключей на полевых транзисторах

Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники. Основные особенности транзисторного ключа является обязательным условием понимания принципов работы цифровых устройств.

Схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом и с индуцированным каналом с общим истоком и общим стоком показаны на рисунке:

Рис.

5

Для любого ключа на полевом транзисторе Rн > 10-100 кОм.

Управляющий сигнал Uвх на затворе порядка 10-15 В. Сопротивление полевого транзистора в закрытом состоянии велико, порядка 108-109 Ом.

Сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии может составлять 7-30 Ом. Сопротивление полевого транзистора по цепи управления может составлять 108-109 Ом. (схемы "а" и "б") и 1012-1014 Ом (схемы "в" и "г").

1 поколение – с линейной нагрузкой

.

2 поколение – с нелинейной нагрузкой.

В качестве нагрузки (вместо

) ставили второй полевой транзистор одинакового типа проводимости.

Рис.

6 Транзисторный ключ на полевом транзисторе с линейной нагрузкой.

3.

Принцип действия электронных ключей

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов.

Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»).

Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор — эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

В статическом режиме ключ находится в состоянии «включено» (ключ замкнут), либо в состоянии «выключено» (ключ разомкнут). Переключение ключа из одного состояния в другое происходит под воздействием входных управляющих сигналов : импульсов или уровней напряжения. Простейшие ключевые схемы имеют один управляющий вход и один выход.

Основу ключа составляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении.

В зависимости от состояния ключ шунтирует внешнюю нагрузку большим или малым выходным сопротивлением. В этом и заключается коммутация цепи, производимая транзисторным ключом.

Основными параметрами ключа являются :

• быстродействие, определяемое максимально возможным числом переключений в секунду ; для интегральных ключевых схем оно составляет миллионы коммутаций ;

• длительность фронтов выходных сигналов ;

• внутренние сопротивления в открытом и закрытом состоянии ;

• потребляемая мощность ;

• помехоустойчивость, равная уровню помехи на входе, вызывающей ложное переключение ;

• стабильность пороговых уровней, при которых происходит переключение ;

• надежность работы в реальных условиях старения радиодеталей, изменения источников питания и т.д.

4.

Применение электронных ключей

Электронный ключ служит для переключения непрерывно изменяющихся электрических сигналов.

Если ключ находится в состоянии "включено", его выходное напряжение должно по возможности точно равняться входному; если же ключ находится в состоянии "выключено", выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю или, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного.

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов.

Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»).

Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор — эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принципом работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей, однако быстродействие их ниже по сравнению с биполярными.

Литература

1.

Горбачев Н.Г. Промышленная электроника М. 2001

2.

Кудрявцев И.А. Фалкин В.Д. Электронные ключи учебное пособие Самара 2002

3.

Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов — М.: СОЛОН-Р, 2001. — 327с.

4.

Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника — М.: Горячая линия — Телеком, 2000. — 768 с.

5. .wikipedia.

org

6. Учебно-методический комплекс, раздел «Электроника» 117-118 с.

Оригинал: https://smekni.com/a/120810/elektronnyy-klyuch-na-polevom-tranzistore/

Электронные ключи на полевых транзисторах. Схемотехника

Ключ на полевом транзисторе

23.02.2011 Ведущий Валерий Харыбин

В настоящее время происходит активное вытеснение биполярных транзисторов из области ключевых устройств.

Полевые транзисторы не потребляют статической мощности по цепи управления, в них отсутствуют неосновные носители, а, значит, не требуется время на из рассасывание, и, в конечном итоге, рост температуры приводит к уменьшению тока стока, что обеспечивает повышенную термоустойчивость …

Оригинал: https://www.chipdip.ru/video/id000297848

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Тратосфера