Комутаційні елементи на польових транзисторах

В сучасних ключах в основному використовуються польові транзистори з ізольованим від напівпровідника затвором (рис. 7.8), які отримали спеціальну

Рис. 7.8. Структура МДН-транзистора

назву МДН-транзистори (польові транзистори із структурою метал-діелектрик-напівпровідник) [54-57, 62, 63, 66-70]. Позитивними властивостями таких транзисторів є надзвичайно великий опір (10¹³…10¹⁷) Ом зі сторони затвора, незалежність його значення від напруги управління, принципова відсутність залишкових напруг в комутованому колі. До недоліків цих транзисторів слід віднести наявність зворотно зміщених p-n переходів витік-підкладка та стік-підкладка, що спричинює появу зворотних струмів та шунтувальних зворотних опорів цих переходів. Потенціал підкладки суттєво впливає на параметри МДН-транзисторів і фактично відіграє роль другого затвору. Додатна для каналу р-типу та від’ємна для каналу n-типу напруга підкладки збільшують опір каналу та напругу відсічки [66].

Опір каналу польового транзистора із структурою МДН подано, як (рис. 7.8.а) [66]

, (7.12)

де - питома крутизна польового транзистора (розмірність [А/В²]); - коефіцієнт впливу підкладки; - порогове значення напруги затвор–витік ; - напруга підкладки.

Мінімальні значення опору замкненого ключа =20...30 Ом, а в потужних МДН–транзисторах – до декількох десятих ома. Вираз вихідної напруги комутатора подамо як , де - опір навантаження.

Аналіз виразу (7.12) показує, що для зменшення методичної складової похибки комутатора

, (7.13)

слід зменшувати опір ключа і (або) збільшувати опір навантаження. Наприклад, при =10 кОм та =25 Ом, , а при =100 кОм – 0,02 % .

Рис. 7.9. Схема ключа на основі польових транзисторів із МДН-структурою (а), еквівалентна схема для постійного струму (б) та для врахування комутаційних викидів (в)

Статична схема заміщення МДН–транзистора подана на (рис.7.9.б). На постійному струмі (рис. 7.9.б) слід враховувати опір замкненого та розімкненого ключа, а також зворотні струми та опори зворотно зміщених p-n переходів витік–підкладка та стік–підкладка. Типові значення вказаних параметрів для комутаторів на основі сучасних МДН–транзисторів: Для розрахунку похибок, спричинених комутаційними викидами, слід враховувати міжелектродні ємності (рис. 7.9.в), витік–затвор , стік–затвор , стік–підкладка та витік-підкладка, значення яких складає десяті долі одиниці пікофарад. Слід зазначити, що опір каналу (див. (7.12)) залежить від значення комутованої напруги, що спричиняє нелінійність передавальної функції комутатора. Для зменшення нелінійності опору каналу може застосовуватися включення двох паралельно з’єднаних МДН-транзисторів різного типу провідності (рис. 7.10) [54-57, 66-70]. Тут зміна впливає на опір каналу

Рис. 7.10. Схема ключа на основі комплементарних МДН-транзисторів

кожного із транзисторів протилежно. Якщо обидва транзистора Т₁ і Т₂ ідентичні, то , і немає нелінійної складової за рахунок напруги , а сам опір каналу зменшується в 2 рази.

Вітчизняна промисловість випускає багато типів МДН-комутаторів серії К543, К190, К590, К591. Фірма Analog Device серійно виготовляє аналогові комутатори з типовим значенням опору замкненого каналу 2,5 Ом в температурному діапазоні від -40 до +85 ⁰С та при напрузі живлення лише 5 В. Як правило, в сучасних мікросхемах МДН–комутаторів передбачена можливість безпосереднього стикування з ТТЛ–мікросхемами. Може бути до 16 вхідних каналів на один 8 2, 4 2 і т.п [67-70].

Поиск по сайту: