Лекция №13 Логические элементы на мдп-транзисторах. Инвертор на основе мдп транзисторов

Инвертор на МДП - транзисторах с линейной нагрузкой.

Рисунок 4
В инверторе с линейной нагрузкой (рис.4 а) при подаче на затвор напряжения логического нуля Uзи = U вх< Uзи пор (рис.4. б ) , транзистор закрыт и через него протекает лишь незначительный ток утечки Iут . На выходе образуется напряжение логической 1 :
U¹вых= Eп1 - Iут·R
Если на выход подано напряжение лог . 1 , то на выходе будет :
U вых = Eп1 - Iс·R . Сн
Таким образом , рассмотренная схема выполняет операцию НЕ .
При рассмотрении переходных процессов будем считать , что длительности процессов переключения определяются перезарядкой ёмкости Сн , которая находится путём перерасчёта всех ёмкостей схемы к выходу (рис.5 а).

Рисунок 5
Пусть на вход инвертора подаётся прямоугольный импульс (рис.5 в) . Тогда время включения инвертора определяется от момента времени t1 до установления на выходе инвертора напряжения лог . 0 .
До поступления на затвор скачка напряжения транзистор был закрыт и ёмкость С_н была заряжена до напряжения примерно равного +E_п1 . Этому состоянию транзистора соответствует положение точки В на рисунке 5.в .
В момент времени t1(рис.5.б) на затворе скачком устанавливается напряжение U_зи = U¹_вх , приводящее почти к мгновенному образованию канала . Так как параллельно каналу подключена ёмкость С_н , напряжение на которой скачком измениться не может , то сразу после образования канала рабочая точка из В перемещается в В1 на характеристику соответствующую напряжению U_зи = U¹_вх и начинается разряд ёмкости С_н .
Так как по мере разряда ёмкости напряжение на затворе поддерживается неизменным , то уменьшение напряжения U_сн = U_си вызывает перемещение рабочей точки из положения В1 в положение В2 на пологом участке характеристики . На участке В1-В2 ток разрядки Iразр можно считать постоянным и перемещение рабочей точки на этом участке осуществляется за время t_1разр = С_н (E_п1 -U_В2) / I_разр.
Участок В2-А-0 близок к линейному поэтому можно считать сопротивление канала на этом участке постоянным и равным R_т = UА / IА , поэтому разрядка ёмкости на этом участке будет происходить по экспоненциальному закону и закончится за время t2разр = 2.3·Rт·Сн .
Полное время включения
tвкл = t1разр + t2разр .
В момент времени t2 входное напряжение меняется с уровня U¹вх до U вх и транзистор практически мгновенно запрётся , канал между стоком и истоком исчезнет и рабочая точка скачком переместится из положение А в положение А1 ( Iс = 0 , Uсн = Uси= U вых ) . Ёмкость Сн начнёт заряжаться от источника питания +Eп1 через резистор R и напряжение на выходе будет увеличиваться по экспоненциальному закону.
,
где

Интервал времени от момента до момента достижения входным напряжением значения U¹вых (0.9Uл ) называют временем выключения tвыкл . Процесс зарядки обычно считают законченным за время
.
Поскольку R >> Rт , то tвыкл> tвкл . Расчёты и экспериментальные данные показывают , что t выкл . примерно на порядок больше t вкл .