Схемотехнические разновидности транзисторных ключей.

 

Все разновидности построены так, чтобы улучшить (уменьшить) времена переключений транзисторного ключа.

 

Транзисторный ключ с ускоряющей ёмкостью.

 

Задача решается схемотехническим путём.

 

 

                                                                                                (48)

                                                                                                          (49)

 

Без ускоряющей ёмкости: .

С ускоряющей ёмкостью: .

 

Ускоряющая ёмкость шунтирует (закорачивает) довольно большое сопротивление . Тогда

.                                                                                               (50)

 

 

Токовые ключи.

 

Токовые ключи представляют собой схемотехническую разновидность ключей. В данной схеме устраняется время рассасывания при переключении ТК.

Идея ТК заключается в том, чтобы заставить работать схему исключительно в нормальной активной области, чтобы ТК никогда не мог войти в насыщение (режим насыщения в такой схеме отсутствует).

 

 

Рассмотрим режимы работы ТК.

 

1. При отсутствии  транзистор заперт и через него ток не протекает ().

Ток протекает только через нижнюю цепь: , диод , , .

.                                                                                                (51)

 

2. На вход подаётся отпирающий сигнал . Транзистор отпирается, появляются токи коллектора и эмиттера. Достаточно большой ток  создаёт падение напряжения  (схема так подобрана, чтобы выполнялось это неравенство). В результате диод  отключается.

Теперь путь тока следующий: , , транзистор, , .

                                                                                       (52)

Логический перепад:

                                                                                  (53)

 

Сформулируем условие, при котором транзистор никогда не входит в режим насыщения.

Нормальный активный режим: , . Т.е. эмиттерный переход открыт, а коллекторный переход закрыт.

Режим насыщения: , .

Если , то .

                                                                                                (54)

 

Время рассасывания отсутствует и из всех имеющихся на сегодняшний день стандартных ключей, ТК являются самыми быстродействующими.

 

 

 

Для увеличения тока переключения  в схему ставится источник .

                                                                                           (55)

 

Схема может работать и без источника , но ток  будет достаточно мал.

 

Токовые переключатели используются для реализации логических элементов ЭСЛ (эмиттерно-связанной логики).

 

 

 появляется в том случае, если хотя бы на один из входов было подано напряжение .

 

ТК на транзисторе Шоттки.

 

Эта разновидность ТК использует конструктивно-технологический принцип уменьшения времени переключения.

 

Рассмотрим принцип формирования на полупроводниковом кристалле транзистора Шоттки.

 

 

 

 

Рассмотрим систему, состоящую из двух параллельных диодов, включённых между базой и коллектором. Это, во-первых, коллекторный -переход, а во-вторых, диод Шоттки.

 

 

Нормальный активный режим: ; .

Режим насыщения: ; .

 

В нашем случае, для ПТШ, коллекторный переход будет под напряжением , т.е. полузакрыт (этого напряжения недостаточно, чтобы протекал ток). Можно считать, что ПТШ никогда не войдёт в режим насыщения.

Т.о. стадия рассасывания отсутствует.

ПТШ очень часто используются в практических схемах. На них выпускается несколько стандартных серий микросхем (ТТЛ/Ш).

 

Ключи на МОПТ.

 

Обобщённый ключ на МОПТ имеет следующий вид.

 

 

Все ключи на МОПТ всегда имеют переключательный транзистор с индуцированным -каналом. Нагрузка может меняться.

 

1. С линейной нагрузкой .

 

 

2. С нелинейной нагрузкой.

 (нагрузочный транзистор) и  (активный транзистор) имеют -канал.

 

имеет индуцированный канал

имеет встроенный канал

 

 

3. Комплементарный (КМОП).

Нагрузочный транзистор имеет -канал.

 

 

Для КМОП-ключа объединяются затворы - и -канального транзисторов и подключаются на вход, и объединяются стоки и подключаются на выход.

Если условно посередине провести линию, то увидим, что схема симметрична.