Читальный зал -->  Полупроводниковая схемотехнология 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 [ 90 ] 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

17. Аналоговые коммутаторы и компараторы

Последовательно-параллельный коммутатор, показанный на рис. 17.1, в, обладает преимуществами обеих предьщущих схем. В любом рабочем состоянии он имеет выходное сопротивление, близкое к нулю.

Аналоговый коммутатор служит для коммутации аналоговых входных сигналов. Если коммутатор находится в состоянии включено ,* его выходное напряжение должно по возможности точно равняться входному; если же коммутатор находится в состоянии выключено , оно должно стать равным нулю.

17.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Существуют различные схемные решения коммутаторов, удовлетворяющие ука- занным условиям. Их принцип действия показан на рис. 17.1 на примере механических переключателей.

На рис. 17.1, а представлен последовательный коммутатор. Пока контакт замкнут, Ug = Ug. Когда контакт размыкается, выходное напряжение становится равным нулю. Все это справедливо, вообще говоря, для ненагруженной схемы. При наличии емкостной нагрузки выходное напряжение вследствие конечной величины выходного

17.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОММУТАТОРЫ

Показанные на рис. 17.1 разновидности аналоговых коммутаторов могут быть реализованы электронными методами путем замены механического контакта элементом с управляемым сопротивлением, имеющим малое минимальное и достаточно большое максимальное значения. Для этих целей могут использоваться полевые транзисторы, диодэг, биполярные транзисторы и другие управляемью электронные приборы.

17.11. КОММУТАТОР

НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Как уже было показано в разд. 5.7, полевой транзистор в области малых напряжений сток-исток ведет себя как омическое сопротивление, величина которого может изменяться в десятки раз при изменении управляющего напряжения затвор-исток Ugs- На рис. 17.2 изображена схема последовательного коммутатора. Если в этой схеме управляющее напряжение

Рис. 17.1. а-последовательный коммутатор; б-параллельный коммутатор; в-послецовательно-параллельный коммутатор.

сопротивления схемы = R падает до нулевого значения не мгновенно.

Этот недостаток отсутствует у схемы параллельного коммутатора, изображенного на рис. 17.1,6.

Однако в состоянии включено , т. е. при разомкнутом контакте, выходное сопротивление коммутатора г = R, т.е. имеет конечную величину.-Ярил*, перев.

Uynp установить меньшим, чем минимально возможное входное напряжение, по крайней мере на величину порогового напряжения Up, полевой транзистор закроется и выходное напряжение станет равным нулю.

Если необходимо, чтобы транзистор был открыт, напряжение U следует поддерживать равным нулю. Это условие не так просто реализовать, так как потенциал

Рис. 17.2. Последовательный коммутатор на Рис. 17.3. Упрощенная схема управления ком-полевом транзисторе. мутатором.

истока не является неизменным. Один из возможных методов иллюстрируется на рис. 17.3. Если напряжение Uy p установить больпгам, чем максимально возможное входное напряжение коммутатора, диод D закроется и напряжение U будет, как это и требуется, равно нулю.

При достаточно большом отрицательном управляющем напряжении диод, D будет открыт, а полевой транзистор закрыт. В таком режиме работы через резистор Ry течет ток от источника входного сигнала в цепь управляющего сигнала. Это не мешает нормальной работе схемы, так как выходное напряжение коммутатора в этом режиме равно нулю. Нарушение нормального режима работы такой схемы может произойти лишь в том случае, если источник входного сигнала содержит разделительный конденсатор, который при закрытом транзисторе коммутатора зарядится до отрицательного уровня управляющего напряжения.

Проблемы подобного рода не возникают, если в качестве коммутатора использовать МОП-транзистор. Его можно перевести в открытое состояние, подавая управляющее напряжение большее, чем максимальное входное положительное напряжение, причем и в таком режиме работы ток затвор-канал будет равен нулю. Таким образом, в этой схеме коммутатора отпадает необходимость в диоде D и резисторе Л,. Чтобы охватить возможно больший диапазон входных напряжений как в положительной, так и в отрицательной области, вместо одного МОП-транзистора лучше использовать КМОП-схему, состоящую из двух комплементарных МОП-транзисторов, включенных параллельно, как, например, в интегральной схеме типа МС 14066 фирмы Motorola.

Для того чтобы перевести коммутатор в состояние включено , нужно приложить к затвору нормально открытого МОП-транзистора Ту в схеме на рис. 17.4 положительное управляющее напряжение, равное по меньшей мере lUp, а к затвору

транзистора 7-такое же напряжение, но противоположное по знаку. При малых величинах входного напряжения оба МОП-транзистора будут открыты. Если входное напряжение вырастет до значительного положительного уровня, величина 1/(551 уменьшится, а внутреннее сопротивление транзистора Ту увеличится. Это обстоятельство, однако, несущественно, так как одновременно увеличится величина Ugs2 и внутреннее сопротивление транзистора Ti уменьшится. При отрицательных значениях входного напряжения транзисторы Ti и 7 меняются ролями. Для того чтобы перевести коммутатор в состояние выключено , необходимо изменить полярность управляющего напряжения.

При смене полярности управляющего напряжения через проходную емкость затвор-канал на выход схемы коммутатора передается короткий импульс напряжения;

тотмпульс представляет собой помеху, особенно при малых уровнях коммутируемого напряжения. Чтобы амплитуда импульса помехи была незначительной, упра-

1 i

Рис. 17.4. Последовательный коммутатор на КМОП-структуре.

вляющее напряжение не должно быть слишком большим. Кроме того, желательно ограничить скорость изменения управляющего напряжения. Полезно также использовать низкоомные источники входного сигнала. Частоты переключения рассматриваемых коммутаторов невелики.

Из КМОП-коммутаторов наиболее удобны схемы со встроенным преобразователем уровня управляющего сигнала, которые совместимы с выходными сигналами ТТЛ-схем. Они выпускаются в интегральном исполнении, причем ИС часто содержит несколько коммутаторов, управляемых общим напряжением. В качестве примера можно привести интегральные схемы типа Ш 5040 ... 5051 фирмы Intersil или DG 300 ... 307 фирмы Siliconix.

Часто коммутаторы выполняются по схеме с общим входом или выходом. С помощью встроенного в интегральную схему распределителя типа 1 из и можно путем подачи двоичного кода -на управляющий вход переводить любой выбранный коммутатор в состояние включено . Такие электронные схемы называются аналоговыми мультиплексорами или аналоговыми де-мультиплексорами. Это, например, интегральные схемы DG 506 ... 509 фирмы Siliconix, имеющие от 4 до 16 каналов, или МС 14051 ... 14053 фирмы Motorola с числом каналов от 2 до 8.

17.2.2. ДИОДНЫЙ КОММУТАТОР

Полупроводниковый диод благодаря его высокому внутреннему сопротивлению в запертом состоянии и низкому в открытом также пригоден для построения аналоговых коммутаторов. Если на управляющий вход схемы, изображенной на рис. 17.5, подать положительное управляющее напряжение, то диоды Dj и запрутся. Через оба плеча схемы и D3 потечет постоянный ток / от одного источника тока к другому. Потенциалы Vi и V2 установятся равными

Vi = U,+ Ua, V2 = и, - Uo.

Рис. 17.5. Диодный последовательный коммутатор. .

Выходное напряжение схемы составляет

U,= Vi-UdV2+Uo= и.

Это соотношение справедливо, поскольку напряжения на открытых диодах равны друг другу. При нарушении этого условия на выходе появится дополнительное напряжение смещения.

Если управляющее напряжение сделате отрицательным, диоды и Dg откроются; при этом потенциал примет высокое отрицательное значение, а потенциал Fj-высокое положительное значение. Как можно видеть из схемы, при этом закроются все четыре диода моста. Выход схемы будет изолирован от входа, а выходное напряжение станет равным нулю.

Для получения малых значений времени переключения и снижения величины емкостных импульсных наводок с управляющего входа на выход схемы, как правило, применяют диоды Шоттки. По этому приштапу выполняют наиболее быстроде!!-ствующие коммутаторы, время переключения которых составляет менее 1 не.

17.2.3. КОММУТАТОР

НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Чтобы исследовать возможности использования в качестве коммутатора биполярного транзистора, рассмотрим его характеристики вблизи нулевой точки. На рис. 17.6 изображено семейство выходных характеристик для малых положительных и отрицательных напряжений коллектор-эмиттер.

В первом квадранте находится уже рас-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 [ 90 ] 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.