Общая характеристика. Применительно к использованию в качестве электронного ключа следует отметить

Применительно к использованию в качестве электронного ключа следует отметить следующие особенности полевых транзисторов.

· Управление электрическим полем предполагает управление напряжением, что, позволяет свести практически к нулю мощность, расходуемую на поддержание стационарных включенного и выключенного состояний. Поэтому теоретически в установившемся режиме коэффициенты передачи полевого транзистора по току и мощности стремятся к бесконечности.

· Полевой транзистор сохраняет свои характеристики при смене полярности напряжения, приложенного между выводами стока и истока. Поэтому коммутируемое напряжение ключевой схемы на полевых транзисторах может изменять свою полярность, т. е. ее статические характеристики передачи лежат в двух квадрантах.

· Так как ток полевого транзистора определяется только движением основных для полупроводника носителей заряда, то при его переключении принципиально, отсутствуют процессы, связанные с изменением объемного заряда неосновных носителей. Поэтому переходные процессы в полевом транзисторе обусловлены только процессами перезарядки соответствующих емкостей.

Указанные особенности предопределяют все более широкое применение полевых транзисторов в различных электронных устройствах. Однако в схемах коммутации эти несомненные достоинства могут быть реализованы только при учете специфических свойств полевого транзистора. К этим свойствам, в первую очередь, следует отнести следующее.

· Полевой транзистор обладает худшими ключевыми свойствами по сравнению с биполярным, что выражается в больших уровнях остаточного напряжения и выходного сопротивления во включенном состоянии.

Рис. 105	лц2рис0

· Выходная ВАХ полевого транзистора на начальном участке качественно отличается от аналогичной характеристики биполярного транзистора зависимостью производной от управляющего напряжения (рис.105). Вследствие этого остаточное падение напряжения на включенном полевом транзисторе сильно зависит от значения управляющего напряжения. Для биполярного транзистора, находящегося в режиме насыщения, такая зависимость полностью отсутствует. Ослабить данный недостаток можно уменьшением рабочего тока стока, т. е. увеличением сопротивления нагрузки.

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

Таким образом, полностью реализовать преимущества схемы коммутации, выполненной на полевых транзисторах, можно только при невысоких частотах переключения и использовании специальных схемотехнических решений, позволяющих повысить скорость перезаряда входной емкости транзистора.

Полевой транзистор, может быть использован в качестве электронного ключа для коммутации цепей различного назначения. При этом полевые транзисторы с управляющим p-n переходом обычно применяются в качестве ключа аналоговых

Рис. 106	лц2рис2

сигналов. Ключи, выполненные на полевых транзисторах с изолированным затвором, нашли применение в импульсных и цифровых устройствах.

На рис. 106 показана схема электронного ключа, выполненного на МДП-транзисторе с индуцированным каналом. Полярности входного () и выходного () напряжений для транзистора этого типа совпадают, поэтому данные транзисторы широко используются в однополярных схемах коммутации.

Показанная на рисунке схема является схемой с общим истоком. Резистор в цепи стока выполняет роль балластного сопротивления, ограничивающего ток стока транзистора. Нагрузка в данной схеме может подключаться параллельно выводам стока и истока транзистора, либо вместо резистора .

Открытое статическое состояние МДП-транзистора обеспечивается при выполнении следующего условия:

,

где — некоторое пороговое напряжение.

Открытый МДП-транзистор тем ближе к идеальному замкнутому ключу, чем меньше на нем падение напряжения, называемое остаточным напряжением . Ток стока , протекающий через открытый транзистор, практически полностью задается внешней цепью:

.

Остаточное напряжение может быть определено как произведение тока стока на сопротивление канала , поэтому можно утверждать, что остаточное напряжение определяется отношением сопротивления канала к сопротивлению нагрузки: .

Если напряжение исток-затвор меньше порогового, то МДП-транзистор находится в закрытом состоянии. Степень приближения к идеальному разомкнутому ключу в этом случае определяет ток, текущий через транзистор, называемый остаточным током. Этот ток равен обратному току p-n перехода и не превышает долей мкА. Поэтому падением напряжения на нагрузке можно пренебречь и считать, что напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению питания.

Быстродействие МДП-транзистора определяется двумя факторами: перезарядом емкости затвора и перезарядом межэлектродных емкостей. Так как в ключевом режиме наблюдаются большие перепады напряжений на затворе и стоке транзистора, то может возникнуть необходимость учета зависимости указанных емкостей от напряжений.

Рис. 107	лц2рис3

Пусть в начальный момент времени транзистор открыт и на нем падает некоторое остаточное напряжение (рис. 107). При подаче в момент времени запирающего напряжения ток в транзисторе за время спадает практически до нуля и транзистор запирается. Одновременно начинается заряд емкости нагрузки от источника питания через сопротивление . Выходное напряжение ключа нарастает по экспоненциальному закону:

.

Из данного выражения можно определить длительность фронта выходного напряжения: .

При подаче на затвор транзистора отпирающего напряжения (момент ) ток стока со скоростью, определяемой постоянной времени , достигнет максимального значения . Этим током начинает разряжаться емкость нагрузки и напряжение на стоке транзистора уменьшается. К моменту ток стока уменьшится до установившегося значения.

Длительность спада выходного напряжения определяется следующим выражением: . Так как , то длительность спада импульса выходного напряжения существенно меньше длительности его фронта.

Дата добавления: 2015-07-14