ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 0
инверсном включении соответственно; / кп — переключа емый ток; г', г" — сопротивления ключа, обусловленные внутренним зарядом транзистора, для нормального и инверсного включения:
ут 1 ~ У** • h
Уг ! 1— aNai . h <4
Из выражений (2-1) и (2-2) вытекает, что падение напряжения на открытом ключе можно представить в виде
U « ^ ± [ U 0+ I ИЛ ( г а + г к ) ] ,
где UQ— остаточное напряжение открытого ключа. Для нормального включения
Uо—ІбГо—/«q>T ln аи
а для инверсного включения
До=/бСц—/трт In Од-
Очевидно, что остаточное напряжение Uо в основном определяется величиной падения напряжения, вызван ного прямым током смещения базы на сопротивлении одного из переходов, в зависимости от схемы включения ключа.
При инверсном включении транзистора (рис. 2-2) остаточное напряжение Uо характеризуется меньшим значением, чем при прямом включении (рис. 2-1), сле довательно, меньшим падением напряжения на откры том ключе, а значит, и меньшей погрешностью. Это вы звано тем, что площадь коллекторного перехода больше площади эмиттерного перехода и, следовательно, гк<Сгэ. Этот вывод распространяется на несимметричные тран зисторы (например, ГТ 13, П 14, П15, П16, П407, П106 и др.), у которых Гк<гэ. Для симметричных транзисторов (например, П404, П405) прямое и инверсное включения транзисторов равнозначны.
На рис. 2-3 приведены графики зависимости напря жения на нагрузке при открытом ключе от тока управ-
40
лепил для одних и тех же значений /кл и сопротивления нагрузки iRu при прямом включении транзистора, а на рис. 2-4—то же самое для инверсного включения. Зави симости сняты для различных типов германиевых тран зисторов (П20, П25, ПЗО) и для кремниевого транзисто ра МП106 [Л. 310.
Из графиков видно, в ча стности, что кремниевый транзистор, имея меньшее значение коэффициента уси ления В по сравнению с гер маниевым, особенно при инверсном включении, тре бует значительно больших
управляющих |
токов |
базы, |
Рис. 2-3. Зависимость падения |
|||||||||||
а также |
что |
при прямом |
||||||||||||
напряжения |
на |
замкнутом |
||||||||||||
включении |
|
кремниевого |
ключе |
от |
тока |
управления |
||||||||
транзистора |
очень |
велико |
(прямое |
включение) |
при |
/цЛ = |
||||||||
значение U0- |
|
|
|
|
= const |
и P H= co n st |
для |
тран |
||||||
Падение |
напряжения |
на |
зисторов |
П20, |
П25, |
ПЗО, |
||||||||
|
|
|
МП106. |
|
|
|
||||||||
открытом ключе может быть |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
уменьшено последовательным |
включением |
двух |
тран |
|||||||||||
зисторов |
встречно друг |
к другу за счет |
нейтрализации |
|||||||||||
значений |
остаточных |
напряжений |
UQ (рис. 2-5) (Л. 27]. |
|||||||||||
Напряжение на ключе в этом случае |
|
|
|
|
|
|||||||||
икл—( и01— Uo2) Л~[клі(гэі"Ьгэг) + (гкі + гкг)], |
|
|
||||||||||||
где Uоі и И0 2 |
— остаточные напряжения на транзисторах |
|||||||||||||
Ті и Т2; гэі, |
/'эг, |
гкі, /кг — омические |
сопротивления |
ма |
||||||||||
териалов переходов коллектора и эмиттера |
транзисто |
|||||||||||||
ров Ті и Т2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Особенно жесткие требования в отношении точности |
||||||||||||||
предъявляются к транзисторным ключам в ПКН |
со ста |
|||||||||||||
билизацией |
напряжения. Здесь |
необходимо |
использо |
|||||||||||
вать двухпозиционные |
ключи |
(переключатели), |
|
пере |
ключающие сопротивления матрицы ПКН с источника эталонного напряжения «к земле» и наоборот, причем функции каждой позиции такого ключа может выпол нять один, два и более транзисторов. При этом транзи сторы могут быть как одной, так и разной проводимо сти.
41
На рис. 2-6,а показана схема переключателя на тран зисторах одной проводимости. В этой схеме управление транзисторами осуществляется по разным входам сиг налами противоположной полярности. Запертый транзи-
|
|
|
|
стор |
в |
такой схеме всегда |
|||||
|
|
|
|
составляет |
параллельную |
||||||
|
|
|
|
цепь с отпертым |
транзисто |
||||||
|
|
|
|
ром и источником эталонно |
|||||||
|
|
|
|
го напряжения, |
вследствие |
||||||
|
|
|
|
чего |
запертый |
транзистор |
|||||
|
|
|
|
не влияет |
на выходное |
на |
|||||
|
|
|
|
пряжение. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Вариант |
построения |
пе |
|||||
|
|
|
|
реключателя |
на |
транзисто |
|||||
|
|
|
|
рах разной проводимости по |
|||||||
Рис. 2-4. Зависимость падения |
казан на рис. 2-6,6. |
|
|
||||||||
напряжения |
на |
замкнутом |
В |
этом |
случае сигналом |
||||||
ключе от |
тока |
управления |
одной |
|
полярности |
один |
из |
||||
(инверсное |
включение) |
при |
транзисторов |
отпирается, |
а |
||||||
/к л = co n st |
и Rn=const |
для |
|||||||||
транзисторов |
П20, |
П25, |
ИЗО, |
другой |
запирается. |
При |
пе |
||||
МП106. |
|
|
ремене |
полярности |
управ |
||||||
|
|
|
|
ляющего |
сигнала |
оба тран |
зистора изменяют свои состояния на противоположные.
Так как транзистор в режиме ключа |
работает |
при |
|||||
большом |
сигнале, то при |
малых токах |
переключения |
||||
(7Кл) |
падение |
напряже |
|
|
' |
||
ния |
(Нкл) определяется |
|
|
||||
в основном |
напряже |
|
|
|
|||
нием |
UQ. |
|
|
|
|
|
|
Очень |
часто, однако, |
|
|
|
|||
ключи работают при боль |
|
|
|
||||
шой нагрузке. Это обстоя |
|
|
|
||||
тельство |
обусловлено не |
|
|
|
|||
обходимостью получения |
|
|
|
||||
низкого выходного сопро |
|
|
|
||||
тивления |
ПКН, |
что при |
Рис. 2-5. Схема ключа на встреч |
||||
водит к малым величинам |
|||||||
но-включенных' транзисторах. |
|||||||
коммутируемых сопротив |
|
|
|
||||
лений матрицы ПКН. |
|
|
|
||||
В |
результате |
этого транзисторный ключ при |
такой |
нагрузке работает с большой погрешностью. ОбъясняеІся это наличием большого падения напряжения на отк рытом (проводящем) ключе, вызванного конечным зна чением сопротивления проводящего ключа (гэ+ гк) и
42
влияющего на точность передачи напряжения через ключ.
Не дает желаемого эффекта в этом случае и схема, показанная на рис. 2-5, так как при больших нагрузках ключа ток Atл значителен. Это препятствует достиже нию полной передачи напряжения ключом за счет нейт-
Рис. 2-6. Схема переключателя на транзисторах одной проводимости (а ); разной проводимости (б).
рализации значений напряжений U0 ввиду того, что слагаемое в выражении (2-3)
Л(Л[(/'эі + ^эа) + (гкі + гкг)]
достигает значительной величины [Л. 31].
На рис. 2-7 показан график зависимости выходного напряжения Uu ключа, построенного на двух встречновключенных транзисторах типа МП42Б, от величины тока базы А5 2 при постоянном токе базы Азь
Применяя отдельную регулировку токов базы /б, не удается передать коммутируемое напряжение на выход ключа с коэффициентом передачи, равным единице.
Возможно построение компенсационного транзистор ного ключа, позволяющее осуществлять полную пере дачу коммутируемого напряжения при значительных постоянных токах через ключ [Л. 49], что приводит к снижению погрешности ключевого элемента в ПКН.
Это достигается за счет того, что ключ состоит из по следовательно соединенных германиевого транзистора
в |
инверсном включении и |
кремниевого транзистора |
в |
прямом включении, причем |
большая величина оста |
точного напряжения кремниевого транзистора выполня
ет роль компенсирующего |
напряжения, а |
в |
закрытом |
|||||||||
состоянии |
большое внутреннее сопротивление |
кремние |
||||||||||
м в |
|
|
|
|
вого транзистора -.позволя |
|||||||
|
|
|
|
ет .полностью |
отключить |
|||||||
10000 |
идх=10000мв |
|
||||||||||
|
входное |
напряжение |
от |
|||||||||
9990 |
|
|||||||||||
іе! = 2ма |
|
|
нагрузки. |
|
|
|
|
|
||||
9980 |
Ru - 2 кол |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
На |
рис. |
2-8,а |
изобра |
|||||||
9970 |
|
|
|
|
жена принципиальная схе |
|||||||
9960 |
|
|
|
|
ма |
ключа, |
содержащего |
|||||
9950 |
|
|
|
|
германиевый |
|
транзистор |
|||||
9940 |
|
|
|
‘52 |
Ту типа |
р-п-р |
и кремние |
|||||
О г |
6 |
8 |
Щ 12 |
ма |
вый |
транзистор |
Тг типа |
|||||
Рис. 2-7. Зависимость выходного |
п-р-п. В базы транзисто |
|||||||||||
ров включены |
регулируе |
|||||||||||
напряжения ключа от тока управ |
мые |
сопротивления |
R і |
и |
||||||||
ления на двух встречно-включен |
||||||||||||
ных |
транзисторах. |
|
Rz- Коммутируется напря |
|||||||||
|
|
|
|
|
жение UBX отрицательной |
|||||||
полярности. Выходное напряжение |
снимается |
с |
сопро |
|||||||||
тивления нагрузки R H. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Транзистор |
Ті |
включен инверсно; |
ток / 0 2 |
направлен |
||||||||
противоположно току / кл и, |
следовательно, |
создает |
на |
эмиттерном переходе Т2, сопротивление которого велико, падение напряжения, направленное встречно, т. е. ком
пенсирующее падение напряжений |
на сопротивлениях |
гэ и гк, вызванное током / кл через |
ключ в проводящем |
состоянии, и падение напряжения на сопротивлении гк транзистора 7Y
Формула (2-3) для данного случая выглядит так:
£/кл= {£/оі + /кл!(гэі + тэг) + !(ткі—{—/"«г)]}—Uaz
и при определенных соотношениях токов /бі и /бг (это достигается регулировкой переменных резисторов R^ и Roz) напряжение UBX без потерь передается на выход ключа.
На рис. 2-8, б представлен график, показывающий, при каком токе базы г'б2 достигается полная передача, ключом входного напряжения.
При коммутировании напряжения положительной по лярности транзисторы Ті и Т2 необходимо поменять местами.
44
|
Следует |
отметить, что |
|
|
||||||
транзисторы в этой схеме |
|
|
||||||||
не требуют подбора. |
|
|
|
|||||||
|
В |
зависимости |
от тре |
|
|
|||||
бований, |
предъявляемых |
|
|
|||||||
к конкретным |
преобразо |
|
|
|||||||
вателям, в них |
использу |
|
|
|||||||
ются переключатели с раз |
|
|
||||||||
личными |
точностными |
и |
|
|
||||||
чаетотными характеристи |
|
|
||||||||
ками. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
На рис. 2-9,а показана |
|
|
|||||||
схема переключателя, |
по |
|
|
|||||||
строенная |
на |
транзисто |
|
|
||||||
рах П16. Этот переключа |
|
|
||||||||
тель коммутирует эталон |
|
|
||||||||
ное |
напряжение |
— 15 |
в |
|
|
|||||
на |
матрицу |
сопротивле |
|
|
||||||
ний. |
|
|
|
Т2 в этой |
|
|
||||
|
Транзистор |
|
|
|||||||
схеме включен |
инверсно. |
|
|
|||||||
Ток |
нагрузки |
изменяется |
|
|
||||||
в пределах 3 ма. Данный |
|
|
||||||||
переключатель |
|
может |
|
|
||||||
быть попользован для по |
|
|
||||||||
строения ПКН о диапазо |
Рис. 2-8. Схема компенсационного |
|||||||||
ном изменения выходного |
||||||||||
транзисторного ключа (а) и зави |
||||||||||
напряжения |
от 0 до 10 о |
симость выходного напряжения |
||||||||
при минимальной величи |
компенсационного ключа от |
тока |
||||||||
не |
сопротивления |
нагруз |
управления при /Gi=const |
(б). |
ки в 3 ком. Минимальное время преобразования порядка 4—5 мксек при точности 8—9 разрядов.
На рис. 2-9, б показана схема переключателя на транзисторах ПЗО, обладающая более совершенными техническими характеристиками. На 'базе этих переклю чателей может 'быть построен преобразователь с диапа зоном изменения входного напряжения 0— 10 в при точ
ности 9— 10 двоичных разрядов и времени |
преобразова |
ния порядка 2—3 мксек. |
|
В этой схеме можно использовать |
транзисторы |
2Т3.12В, которые по точностным характеристикам анало гичны транзисторам П16 и ПЗО, однако отличаются меньшим временем переключения.
45
В последнее время кроме обычных транзисторов для
построения |
перключателей |
используются |
интеграль |
ные схемы, |
содержащие два |
транзистора, |
выращенные |
на одном полупроводниковом кристалле, и полевые транзисторы также в интегральном исполнении.
На рис. 2-9, в показана схема кремниевого интеграль ного прерывателя типа ИП1-Б. Он предназначен для коммутации с высокой точностью слабых электрических сигналов. Остаточное напряжение прерывателя между эмиттерами Uо=20-ь'50 мкв при базовых токах, равных 2 ма. Сопротивление между эмиттерами в открытом со стоянии 30-=-100 ом, а в закрытом — около нескольких мегом.
На рис. 2-9, г показана принципиальная схема бы стродействующего интегрального ключа. Этот ключ ком мутирует^ 15 в и 15 ма.
0 |
0 |
0 |
|
«) |
|
а) |
Ф |
>66 +зв
Рис. 2-9. Схема переключателя на транзисторах П16 (а), на транзи сторах ТОО (б ); схема кремниевого интегрального прерывателя типа И Ш -Б (в ); схема быстродействующего ключа на интегральной схеме (г ) .
46
Время срабатывания около 200 нсек. Трансформатор представляет собой ферритовое кольцо с внешним диа
метром' 10 |
мм (р.= 100), обмотка — 30 витков прово |
да 0,08. |
|
Интерес |
к полевым транзисторам, помимо их техни |
ческих характеристик, объясняется тем, что они легко объединяется в интегральные схемы, чему способствует возможность построения интегральных схем с непосред ственными связями, отсутствие необходимости изоляции элементов в интегральной схеме и связанная с этим вы сокая плотность упаковки [Л. 68].
В настоящее время широко используются ключи на плоскостном полевом транзисторе. Управляемые напря жением, они могут быть использованы в прямом включе
нии для |
переключения электрических |
сигналов, |
имеют |
||||||
в открытом |
состоянии сравни |
tU3l |
|
|
Ußbn |
||||
тельно |
большое, но не завися |
|
|
||||||
щее от уровня |
сигнала |
сопро |
|
|
|
|
|||
тивление. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МОП-транзисторы |
также |
|
|
|
|
||||
используются в переключатель |
|
|
|
|
|||||
ных схемах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По характеристикам они ху |
|
|
|
|
|||||
же плоскостных полевых тран |
|
|
|
|
|||||
зисторов, так как сопротивле |
|
|
|
|
|||||
ние в открытом состоянии изме |
|
|
|
|
|||||
няется вместе |
с управляющим |
|
|
|
|
||||
напряжением. Но несмотря |
на |
|
|
|
|
||||
это на МОП-транзисторах |
мо |
|
|
|
|
||||
гут быть |
выполнены |
точные |
Рис. |
2-10. |
Ключ |
иа пло |
|||
аналоговые |
ключи. |
|
|
скостном |
полевом |
транзи |
|||
В |
ключах |
используются |
|
|
сторе. |
|
|||
плоскостные полевые |
транзи |
|
|
|
|
сторы с канальным /г-лереходом ооедненного типа, так как они имеют в открытом состоянии меньшее сопротив ление, чем аналогичные транзисторы с р-переходом.
Главным параметром плоскостных полевых транзи сторов является сопротивление RBH, величина которого зависит от подвижности основных носителей (электро нов) и геометрических размеров канала:
Rim— pL/WT,
где L — длина канала; W — ширина канала; Т — толщи на канала; р — удельное сопротивление.
47