Биполярный насыщенный ключ с динамической нагрузкой. Цифровые ключи на полевых транзисторах

1.

Лекция 8
Цифровые ключи
Весна 2016
Биполярный насыщенный
ключ с динамической
нагрузкой
Цифровые ключи на полевых
транзисторах
Схемотехника, принципы
работы, параметры и
характеристики
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1

2.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Биполярный насыщенный ключ с
динамической нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
2

3.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема биполярного насыщенного
ключа с динамической нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
3

4.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Входная характеристика
При
0<Uвх<UБЭ
Iвх=IК0
UЭ<UБЭ2
При
Uвх UБЭ1
Iб (Uвх-UЭ)/ RЭ При U U
IБ (Uвх-UБЭ1-UБЭ2)/rБ2
вх1
БЭ2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4

5.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Условия переключения транзисторов
UБ2-UЭ2<UБЭнас
UБ2=UБЭ2+UКЭн1
UЭ2=UКЭн2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
5

6.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема с увеличенным пороговым
напряжением нагрузочного транзистора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
Uвых=Eп-UБЭ3-UДпр
6

7.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
7

8.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема, исключающая работу транзисторафазорасщепителя в линейной области
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
8

9.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика ключа без
линейного участка в интервале 0.7 – 1.4 В
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
9

10.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
(формирование низкого уровня выходного
напряжения)
Uвых=0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
IБ2=(Eп-UКЭн1-UКЭн2)/Rк-UБЭ2/RЭ
10

11.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Ключ с повышенной нагрузочной
способностью
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11

12.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Схема с резистором защиты от короткого
замыкания
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
12

13.

Цифровые ключи на биполярных транзисторах
Весна 2016
Выходная характеристика
(формирование высокого уровня выходного
напряжения)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
13

14.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Ключ с линейной нагрузкой
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
14

15.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Эквивалентная схема ключа на МДПтранзисторе
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15

16.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Включение
(нарастание выходного напряжения)
Iз=(Eп-Uвых)/Rс
t
0.1
Eп - U1
RcCн ln
Eп U 2
U1=U0+0.1(Eп-U0)
U2=Еп-0.1(Eп-U0)
Eп
Rc
Uвх
Сн
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
16

17.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Выключение (спад выходного напряжения)
t1,0=tразр=t1+t2
Iр=0.5S0(Eп-U0)2
2U 0 Cн
t1
2
S0 (Eп U 0 )
2(U 2 U1 )
Cн
t2
ln
1
S0 (U 2 U 0 )
U1
Eп
Rc
Uвых
Сн
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
17

18.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Переходные процессы ключа на МДПтранзисторе с индуцированным каналом
UВХ= UЗИ
UПОР
UЗИ.ВХ
0
t
UВЫХ= UСИ
UПИТ
0
t0 t1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
t2
t3 t4 t5
t6
t
18

19.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
КМОП-ключ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
19

20.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Временные диаграммы КМОП-ключа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20

21.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Работа КМОП-ключа
Uпит<|U|ЗИпор1+|U|ЗИпор2
t=t0 Uвх=0
|UЗИ2|=|Uпит|>|UЗИпор2| IС2=0
UЗИ1=0<UЗИпор1
t=t0 tФ
t=t1 |UЗИ2|=|UЗИпор2| Uвых=Uпит
t1-t2 |UЗИ2|<|UЗИпор2| UЗИ1<UЗИпор1
t=t2 UЗИ1=UЗИпор1
t0-t4
t4 Uвых=UСИ1=0 IС1=0
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
21

22.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Передаточная характеристика КМОП-ключа
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
22

23.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Uпит=|U|ЗИпор1+|U|ЗИпор2
область А
область В
Весна 2016
UВЫХ,В
UВХ<UЗИпор2
● B
●C
UЗИпор2 <UВХ<UПИТ/2
D
0
область С
А
UПИТ/2
E
RUПИТ
UВХ,В
IПОТ
область D:
UПИТ/2 <UВХ<UПИТ- UЗИпор2
область E
UВХ>UПИТ- UЗИпор2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
0
UПИТ UВХ,В
23

24.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Динамика МДП ключей
к
t вкл t t
п
к
t выкл t t
п
Cн 0.9E п U 0
t
2
S0 (E п - U 0 )
к
Cн U 0 - 0.1E п
t
2
S0 (E п - U 0 )
к
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
24

25.

Цифровые ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Динамика МДП ключей
Cн
1.9E п 2 U 0
t
ln
2S0 (E п - U 0 )
0.3E п
п
Cн
1.9E п 2 U 0
t
ln
2S0 (E п - U 0 )
0.1E п
п
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
25

26.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Последовательный аналоговый ключ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
26

27.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах:
а – электрическая схема
б – эквивалентная схема
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
27

28.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
28

29.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Двунаправленный ключ на КМОПтранзисторах
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
29

30.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
Схема с дополнительным транзистором
управления
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
30

31.

Ключи на полевых транзисторах
Весна 2016
31

32.

Цифровые ключи
Весна 2016
Лектор должен предоставить аудитории полное
основание верить, что все его усилия были
направлены на то, чтобы дать им удовольствие и
наставления
Майкл Фарадей
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
32