И В. С. Ямпольсний о основы автоматики и электронно- вычислительной техники нститутов

231
30
улучшены путем применения специальных технологических прие­мов. »
Инерционность внешних цепей связана в основном с наличием паразитных емкостей (монтажа, нагрузки и т. д.), подключенных к входу и выходу транзистора (рис. 2.30, а). Вместе с емкостями транзистора и сопротивлениями R₆ и R_K они создают /?С-цепи, приводящие к задержке выходного сигнала (см. § 2.2). На рисунке

30. 
    б приведены осциллограммы прямоугольного входного сигнала и искаженных сигналов на входных и выходных зажимах тран­зистора. При анализе осциллограмм (рис. 2.30, б) необходимо учитывать, что в типичных ситуациях С„ в сотни раз больше Сб, а /?б больше /?_к в десятки раз. Кроме того, если заряд емкостей С_б и С„ идет через Re и R_K, то разряд их идет через зйа- чительно меньшее сопротивление открытых р—л-переходов входной и выходной цепи транзистора. Поэтому обычно /_ВКл<^ выкл (рис.
    

30. 
    б). Динамические свойства ключевых устройств чаще характе­ризуют усредненным параметром — так называемой задержкой рас­пространения сигнала:
    

0,5 (/
ВКЛ ~М выкл) -
Желание избавиться от основных недостатков простейшего клю­ча (большая задержка выключения при работе на емкостную на^ грузку и сильная зависимость выходного напряжения от величины R_H) привело к появлению более сложных устройств — составных ключей. В составных ключах можно исключить R_K и, следовательно, значительно ослабить указанные недостатки за счет введения второго ключа. По достигаемому эффекту составной ключ является эквива­лентом механического переключателя—тумблера.
Из составных ключей на биполярных транзисторах наибольшее распространение получил трехтранзисторный ключ, схема которого приведена на рисунке 2.31.
При входном напряжении U⁰ транзистор VTX заперт: напря­жение на его коллекторе высокое, а на эмиттере равно нулю. Следовательно, транзистор VT3 окажется закрытым, a VT2 — откры­тым и на выходе ключа появится высокое напряжение.
При u_BX=U^] транзистор VTX открыт и находится в режиме насыщения. Его эмиттерный ток втекает в базу VT3. В этом состоянии напряжение на эмиттере VT1 (около 0,6 В) полностью компен­сирует запирающее напряжение эмиттерного перехода транзистора VT3 и в результате VT3 также переходит в насыщенное состояние. Коллекторное напряжение транзистора в режиме насыщения лишь на доли вольта превышает эмиттерное напряжение. Так, для VT1 оно составляет около 0,7 В, a VT3 — около 0,1 В. Разность ^u*i — и*з«0,6 В приложена к двум последовательно включенным р—«-переходам: база — эмиттер VT2 — диод VD. В результате для "VT2 напряжение i/<5₃~0,5* (w_K)—и_кз) ~0,3 В, что меньше напряже­ния открывания транзистора, и VT2 надежно заперт. Следовательно, при единичном входном сигнале транзистор VT3 открыт, VJ2
закрыт и выходное напряжение сложного составного ключа имеет низкий уровень (~0,1 В).
В рассмотренных схемах простого и составного ключей исполь­зовались транзисторы п—р—я-типа. Очевидно, ключи можно собрать и на биполярных транзисторах р—п—р-типа, и на полевых тран­зисторах различного типа. Большое распространение^ особенно в микросхемотехнике, получили ключи на комплементарных (допол­нительных) МДП-элементах. КМДП-элемент представляет собой составной ключ на МДП-транзисторе одного типа (предположим л-канальном) с дополнительным (комплементарным) МДП-тран- зистором другого т^ипа (/^-канальным). Схема составного ключа на МДП-транзисторах с индуцированным каналом приведена на рисунке 2.32. Пороговое напряжение U_K обоих транзисторов порядка

5. 
   В. Подложки транзисторов соединены с истоками, и так как VTI имеет канал n-типа, то исток его соединен с минусом источника питания (общим проводом), а исток транзистора p-типа (VT2) соединен с плюсом источника питания. При подаче на вход напряже­ния u_BX=f/¹«£_n открывается я-канальный транзистор и выход ключа соединяется с общей шиной. VT2 при этом заперт, так как для него близко к нулю. Когда u_BX~U°zz0, открывается p-ка­нальный транзистор, так как для него близко к напряжению питания. Выход ключа через канал VT2 соединяется с источником питания. При входном напряжении, большем Ц_ш (я-канального транзистора), но меньшем E„—U_np, оба транзистора будут включе­ны, что приводит к большому потреблению тока в момент переключе­ния. При переключении этой схемы ее выходное напряжение изменяется симметрично относительно уровня 0,5 Е_п, как показано на передаточной характеристике (рис. 2.32, б).
   

П ередаточные характеристики (рис. 2.29, 2.32, б) рассмотрен­ных ключей показывают, что эти ключи изменяют уровень вход­ного сигнала на - противоположный, т. е. и_ъых=и¹ при «_вх<;и_п и и_Вых=^^г° при u_BX>U_H. Такие ключи называются инвертирую­щими (переворачивающими). При обратной зависимости выходного

напряжения от входного, т. е. и_ВЫх=^¹ при м_Вх>£/_н и и_№ых=^° при u_BXп, выходное напряжение как бы повторяет предельные значения входного напряжения. Такие ключи называют ключами- повторителями.

Кроме своего основного назначения (коммутация цепей нагруз­ки), ключи ,могут применяться как двусторонние ограничители вход­ных сигналов. Уровень ограничения регулируют изменением постоян­ного напряжения смещения на входных электродах ключа. В отли­чие от диодных ограничителей в транзисторных ключах одновременно с ограничением происходит и усиление мощности входных сигналов в сотни — тысячи раз.
Сложные ключевые элементы, предназначенные для коммутации различных нагрузок (элементов индикации, исполнительных уст­ройств и т. д.), выполняются в виде самостоятельных микросхем (в одном корпусе до шести ключей). Для передачи цифровых сигналов с гальванической развязкой между устройствами приме­няют оптронные ключи, представляющие собой гибридную интеграль­ную схему из оптрона и транзисторного ключа. На принципиальных схемах радиоэлектронных устройств ключи в интегральном исполне­нии обозначают условным изображением, показанным на рисунке 2.33. Направление передачи сигнала указывает вершина треуголь­ника на горизонтальной линии связи. Изображение ключа-инвертора (рис. 2.33, б) отличается от ключ а-повторителя (рис. 2.33, а) наличием окружности у вывода-выхода.