электронные ключи. Электронные ключи. Министерство образования рф

• Название: Министерство образования рф
• Анкор: электронные ключи
• Дата: 07.02.2022
• Размер: 0.73 Mb.
• Имя файла: Электронные ключи.doc
• Тип: Учебное пособие; #354039
• страница: 3 из 5

1.3Электронные ключи на полевых транзисторах

В настоящее время происходит активное вытеснение биполярных транзисторов из области ключевых устройств. В значительной мере альтернативой служат полевые транзисторы. Полевые транзисторы не потребляют статической мощности по цепи управления, в них отсутствуют неосновные носители, а, значит, не требуется время на их рассасывание, наконец, рост температуры приводит к уменьшению тока стока, что обеспечивает повышенную термоустойчивость.

Из всего многообразия полевых транзисторов для построения электронных ключей наибольшее распространение получили МДП - транзисторы с индуцированным каналом (в иностранной литературе – обогащенного типа). Транзисторы этого типа характеризуются пороговым напряжением, при котором возникает проводимость канала. В области малых напряжений между стоком и истоком (открытый транзистор) можно представить эквивалентным сопротивлением (в отличие от насыщенного биполярного транзистора – источника напряжения). Справочные данные на ключевые транзисторы этого типа включают параметр - сопротивление сток-исток в открытом состоянии. Для низковольтных транзисторов величина этого сопротивления составляет десятые – сотые доли Ом, что обуславливает малую мощность, рассеиваемую на транзисторе в статическом режиме. К сожалению, заметно увеличивается при увеличении максимально допустимого напряжения сток-исток.



Рисунок 7 – Ключ на МДП транзисторе с индуцированным затвором

Необходимо учитывать, что режим насыщения для МДП-транзистора принципиально отличается от режима насыщения биполярного транзистора. Переходные процессы в ключах на полевых транзисторах обусловлены переносом носителей через канал и перезарядом междуэлектродных емкостей, емкостей нагрузки и монтажа. Так как электроны обладают более высоким быстродействием, чем дырки, то n-канальные транзисторы обладают лучшим быстродействием по сравнению с р-канальными.

В схемотехнике ключевых устройств на полевых транзисторах чаще других используется схема с общим истоком, представленная на рис.7а. Когда транзистор закрыт, через него протекает неуправляемый (начальный) ток стока. При открытом транзисторе ток через транзистор должен определяться величиной сопротивления нагрузки и напряжением питания. Для надежного отпирания транзистора амплитуда управляющего напряжения выбирается из условия: , где - ток нагрузки, - пороговое напряжение, - крутизна ВАХ. В настоящее время выпускается достаточная номенклатура транзисторов, для управления которыми достаточно напряжения ТТЛ-уровня.

Переходные процессы в ключах на МДП транзисторах происходят, как показано на рис. 8.

На первом этапе происходит заряд емкости и перезаряд до напряжения на затворе, равном пороговому. Транзистор при этом остается запертым. Длительность этого этапа:

. На втором этапе транзистор отпирается и переходит в активный усилительный режим. На этом этапе перезаряд замедляется за счет действия отрицательной обратной связи (эффект Миллера). В течение 3-го этапа напряжение на затворе остается практически постоянным. По окончании перезаряда емкости напряжение на затворе увеличивается до величины . Выключение происходит в обратном порядке.

Для удобства расчета длительности переходных процессов в ключах на МДП транзисторах целесообразно использовать параметр заряд включения . Например, транзистор с =20 нКл можно включить за 20 мкс током в 1мА и за 20 нс током в 1А. Указанный параметр приводится в справочниках и определяется изготовителем экспериментальным путем.

Ключевые МДП транзисторы характеризуются максимально допустимой скоростью изменения напряжения сток-исток ( ). При превышении указанной величины возможно спонтанное отпирание транзистора с непредсказуемыми результатами. Имеется две причины, обуславливающие это ограничение:

Во-первых, передача напряжения на затвор транзистора через емкостный делитель под действием . Величину напряжения на затворе, вызванную изменением напряжения при выключении транзистора, можно оценить по формуле:

.

Следует также иметь в виду, что величина снижается с ростом температуры.

Во-вторых, технология изготовления МДП транзисторов приводит к формированию паразитного биполярного транзистора (рис. 9). В результате действия механизма, аналогичного вышеописанному, возможно спонтанное отпирание этого паразитного транзистора и переход в режим пробоя.

Для исключения этих эффектов следует точно соблюдать рекомендации изготовителя и стремиться к тому, чтобы источник управляющего сигнала в цепи затвора имел минимальное внутреннее сопротивление.

П ри необходимости увеличения коммутируемой мощности возможно параллельное включение полевых транзисторов (рис.10). При этом необходимо использовать транзисторы с близкими значениями пороговых напряжений и устанавливать в цепи затвора сопротивления, призванные уменьшить взаимное влияние транзисторов друг на друга при выключении («звон»).