Переходные процессы в МОП-ключе с нелинейной нагрузкой.

 

 

Стадия положительного фронта .

 

Пусть в исходном состоянии , . Тогда нижний транзистор  открыт и через схему протекает ток . Это состояние – до момента .

 - это суммарная ёмкость нагрузки. Она складывается из ёмкостей нагрузочных элементов, которые к нему подключены.

 

 

Пусть, теперь, в момент времени  на вход подаётся отрицательный запирающий импульс. В результате транзистор  резко закрывается. Ток сразу становится равным нулю, и тогда ток верхнего транзистора  начинает течь в ёмкость  и начинает её заряжать.

 

Напряжение на ёмкости начинает увеличиваться. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока ёмкость полностью не зарядиться.

 

После :

                                                                                                             (73)

 

 всегда в пентодной области.

Будем отсчитывать время интегрирования от начала стадии :

 

Распишем теперь формулу (1):

и подставим её в (4):

Обозначим . Тогда:

                                                                            (74)

 

Интеграл (74) – это табличный интеграл и при интегрировании мы получим следующее выражение

                                                                                                     (75)

 

У нас имеется два транзистора – активный и нагрузочный. Оценим величину :

, т.е.  - достаточно маленькая величина. Тогда  должна быть большой величиной. Обычно  составляет от нескольких десятков наносекунд до двухсот наносекунд.

Так как  мало, то ток  тоже мал, поэтому  достаточно велико, ведь маленьким током ёмкость заряжается долго.

 

Стадия отрицательного фронта .

 

В момент времени  поступает положительная отпирающая ступенька. В результате транзистор  резко открывается и через него начинает течь достаточно большой ток  (, следовательно ), и полностью заряженная ёмкость  начнёт быстро разряжаться через открытый транзистор.

Составим уравнение для точки  по первому закону Кирхгофа:

и, пренебрегая , т.к. , напишем

 

                                                                                          (76)

                                                                                          (77)

 

Подставим в выражения (76) и (77) соответствующие значения  для пентодной и триодной областей. Тогда мы получим табличные интегралы, которые соответственно равны

 

При сравнении формул, видно что .

                                                                                                    (78)

 

Сравним величины  и  (выражения (75) и (78) соответственно). Очевидно, что  всегда.

 

Процесс переключения ключа с нелинейной нагрузкой несимметричен! Стадия положительного фронта – длинная, а стадия отрицательного фронта – довольно короткая.

 

 

Ключ на КМОПТ.

 

 

Достоинства: в рабочих состояниях (  и ) ключ не потребляет тока и мощности. Рассмотрим причины.

При подаче на вход напряжения логического нуля.

 открыт,  закрыт.

 и общий ток также равен нулю.

.

При подаче на вход напряжения логической единицы.

 закрыт,  открыт.

 и общий ток также равен нулю.

.

 

Передаточная характеристика.

 

 

Передаточная характеристика КМОП-инвертора имеет 5 характерных участков.

 

1. .

                                                                                              (79)

 

2. .

 () работает в пентодной, а  () - в триодной области.

 

3.  (вертикальный участок).

Оба транзистора работают в пентодной области.

 

4. .

 работает в триодной, а  - в пентодной области.

 

5. .

 закрыт.

                                                                                                   (80)

 

Достоинства.

1. Очень хорошие значения логических уровней: ; .

2. Передаточная характеристика симметрична. Это значит, что запасы помехоустойчивости по нулю и единице одинаковы.

 

Примерно 90-95% всех схем выполняется по КМОП-технологии из-за малой потребляемой мощности.

 

К недостаткам можно отнести не достаточно высокое быстродействие, т.к. токи  и  достаточно малы.