![]() ![]() Электронные ключи — Меандр — занимательная электроника. Пример упрощенной ключевой схемы показан на рис. Для ключа характерны два устойчивых состояния: «включено» и «выключено». В состоянии «включено» (ключ замкнут) через ключ течет ток 1, и напряжение на выходе равно нулю, в состоянии «выключено» (ключ разомкнут) ток через ключ не протекает и напряжение на выходе равно Е. В современных ИС роль ключа выполняет активный элемент (АЭ) – биполярный или полевой транзистор (рис. RH. Под воздействием управляющего сигнала транзистор запирается или отпирается, что соответствует размыканию или размыканию ключа. В открытом состоянии транзистор обладает некоторым небольшим внутренним сопротивлением Ri и на выходе устанавливается низкое напряжение U0 = E Ri / (R + Ri). В закрытом состоянии устанавливается высокое напряжение U1 = Е RН/ (R + RH). Рис. 3. 2. Электронные ключи на биполярных транзисторах. ![]() ![]() Простейшая схема ключа на биполярном транзисторе приведена на рис. На входе схемы включен резистор Rб, имеющий сопротивление значительно большее входного сопротивления транзистора (Rб> > h. Uвх/Rб. 3. 3 Будем также считать, что напряжение Uвх может принимать только два значения Uвх = U0и Uвх = U1, соответственно ток базы также принимает два значения и . Если , то режим работы ключа определяется точкой А (рис. В. Точка В определяет величину остаточного напряжения Uоcт . Степень насыщения транзистора оценивается, коэффициентом насыщения Кнас =нас, где нас – минимальная величина тока базы, при котором транзистор переходит в режим насыщения при заданной величине сопротивления RH. Подключение к электронному ключу внешней нагрузки влияет на его работу. Наиболее существенно изменяется величина уровня вых (с уменьшением сопротивления нагрузки вых уменьшается). Таким образом, подключение нагрузки уменьшает уровень логического перепада UЛ = вых- вых. Во многих случаях к выходу ключа подключается несколько нагрузок. Чем больше подключается нагрузок к выходу ключа, тем меньше уровень вых. Наибольшее количество ключей, аналогичных рассматриваемому, которые одновременно можно подключить к его выходу оценивается параметром, называемым коэффициентом разветвления по выходу и выражается целым положительным числом Кразв. Чем выше коэффициент Кразв, тем шире возможности использования ключа в конкретных схемах. Практически величина Кразв для различных ИС лежит в пределах от 4 до 2. В некоторых цифровых ИС электронные ключи имеют общую нагрузку в коллекторной цепи. Широкое распространение имеют схемы логических элементов, имеющие несколько входов. Наибольшее количество входов, которое может иметь такая схема, называется коэффициентом объединения по входу Коб. Увеличение числа входов ведет, как правило, к снижению быстродействия ключа. Практически величина Коб для различных ИС лежит в пределах от 2 до 6. Основной статической характеристикой ключа является передаточная характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения Uвых = Uкэ от входного напряжения Uвх = Uбэ. Ее можно построить, используя выходные (рис. С увеличением напряжения на входе ключа возрастает ток базы транзистора и рабочая точка (рис. А смещается вверх по нагрузочной линии, вследствие чего напряжение на выходе ключа уменьшается. Типичный вид передаточной характеристики ключа приведен на рис. Помимо управляющего сигнала на входе ключа может появиться напряжение помехи, которое либо повышает, либо понижает входное напряжение. Если на входе действует напряжение U0, то опасны помехи, имеющие положительную полярность. Если на входе действует напряжение U1, то опасны помехи, имеющие отрицательную полярность. Простейшая схема ключа на биполярном транзисторе приведена на. Широкое распространение имеют схемы логических элементов, . Логические элементы. Логический элемент (логический вентиль) – это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логическую операцию. Кроме того, драйверы силовых ключей, в отличие от простых преобразователей Благодаря наличию элементов логического «ИЛИ» существует возможность. Vf – прямое падение напряжения на компенсационном диоде. Рис. 3. 4. Помехоустойчивость принято оценивать максимально допустимыми величинами напряжений отпирающих и запирающих помех Эти напряжения указаны на рис. Пороговые напряжения и определяются точками С и D, в которых выполняется условие (3. Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http:// и Facebook — https://www.facebook.com/chipidip * В настоящее время. Транзистор работает как ключ (выключатель). При работе с логическими элементами на любом входе или выходе логического элемента всегда. На схеме видно – на все входы элемента ИЛИ поступает (0), диоды (0) не пропускают, но на выход элемента и светодиод (0) поступает. Для оценки помехоустойчивости может быть использован так называемый коэффициент помехоустойчивости (3. В идеальном случае выполняются условия , тогда. Быстродействие ключей на биполярных транзисторах определяется инерционностью процессов, связанных с накоплением и рассасыванием избыточных зарядов, вследствие чего невозможен мгновенный переход транзистора из одного состояния в другое. В реальных условиях управляющие импульсы имеют форму, близкую к трапецеидальной (рис. В этом случае быстродействие электронных ключей оценивается средним временем задержки распространения сигнала (3. Задержки и отсчитывают по уровню, соответствующему половине перепада U1 – U0. Наиболее эффективным методом повышения быстродействия ключей является шунтирование коллекторного перехода диодом Шоттки. 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 (Uзи = О) ключ находится в разомкнутом состоянии, а при подачи на затвор напряжения, превышающего пороговое значение (Uзи = Uпор), ключ находится в замкнутом состоянии. Схема ключа с резистивной нагрузкой приведена на рис. При Uзи = О режим работы ключа определяется точкой А, при этом Uвых = Ес. При увеличении Uзи рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной линии, при этом возрастает ток ic и уменьшается напряжение. Рис. 3. 7. При рабочая точка должна располагаться на восходящем участке выходной характеристики (например, точка В). При этом на транзисторе устанавливается остаточное напряжение Uоcт, величина которого тем меньше, чем больше Rc и Uзи. В ключах с динамической нагрузкой вместо резистора Rc в цепь стока включают нагрузочный транзистор. На практике применяются несколько вариантов включения нагрузочного транзистора, некоторые из них представлены на рис. 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 Uзи. Uси. 2. Для уменьшения остаточного напряжения Uоcт 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 Си протекают в одинаковых условиях, поэтому у них tвкл. Электронные ключи на полевых транзисторах. В аналоговых ключах применяются транзисторы с p- n переходом или МДП- транзисторы с индуцированным каналом. Рассмотрим схему цифрового ключа на МДП- транзисторе с индуцированным каналом и резистивной нагрузкой. На этой схеме емкость Cn соответствует суммарной емкости подключенных к ключу устройств. При напряжении на входе ключа больше порогового (т. Напряжение включения на открытом ключе зависит от сопротивления стока, величины входного сигнала и особенностей стоковых характеристик транзистора. Еще одна схема, схема цифрового ключа на МДП- транзисторе с динамической нагрузкой, функцию которой выполняет МДП- транзистор. Транзистор Т1 называется активным, Т2 - - нагрузочным. В закрытом состоянии ключа напряжение на входе меньше порогового напряжения, т. Транзистор Т1 закрыт и через оба транзистора протекает очень малый ток. Напряжение . При таких условиях транзистор Т2 закрыт, не смотря на то, что напряжение между затвором и истоком этого транзистора положительно. При закрытом транзисторе Т2 напряжение . В открытом состоянии ключа входное напряжение больше порогового напряжения первого транзистора, он открыт, причем напряжение сток/исток близко к нулю, а напряжение на втором транзисторе примерно равно напряжению питания. В этом состоянии транзистор Т2 так же открыт, а напряжение затвор/исток равно напряжению сток/исток, близкое напряжению питания.
0 Comments
Leave a Reply. |
Details
AuthorWrite something about yourself. No need to be fancy, just an overview. ArchivesCategories |