для замены один к одному интегральных ОУ общего применения.

Материал данной главы взят из сообщения, сделанного Бобом Добкиным (фирма National Semiconductor) на проводимом редакцией журнала Electronic Products Magazine семинаре по применению ИМС.

Глава восьмая АНАЛОГОВЫЕ КЛЮЧИ

Ключи на полевых транзисторах являются широко распространенными элементами аналоговых мультиплексных систем, схем выборки - хранения и даже цифровых коммутаторов. К основным преимуществам полевых транзисторов относятся: высокое отношение токов открытого и закрытого ключей (примерно 10), относительно простая эквивалентная схема открытого ключа (двусторонняя резистивная), способность к быстрым переключениям, а также при правильном пользовании высокая степень развязки управляющего и рабочего сигналов.

8.1. КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

В данной главе рассматриваются различные типы ключей на полевых транзисторах, объединенных со схемами управления в единые структуры интегральных микросхем, причем особое внимание уделяется двум новым схемам с цепями управления на полевых транзисторах.

Среди всех полупроводниковых ключей самым удобным в использовании является ключ иа МОП-транзисторах. Конструкция самого ключа очень проста, так же как и его схема управления.

Структура МОП-транзистора и графики зависимости сопротивления сток - исток от напряжения на затворе, изображенные иа рис. 8.1, характеризуют возможности управления МОП-транзистором. По мере того как затвор р-канального МОП-транзистора становится отрицательным по отношению к истоку, результирующее поле притягивает дырки, или носители р-типа, формируя проводящий (резистивный) р-канал между истоком и стоком. Напряжение, при котором канал начинает проводить, носит название порогового -Un- При дальнейшем

увеличении отрицательного напряжения зи проводящий канал расширяется и сопротивление исток - сток падает. Пороговое напряжение лежит в пределах от -3 до -4 В.

Однако для обеспечения сопротивления открытого ключа не более 200 Ом необходимо довести и^и до -10 В.

Существует три основных типа схем управления затворами ключей на р-канальных МОП-транзисторах: обычный полевой транзистор со схемой управления, ключи на р-канальных МОП-транзисторах, в которых используются как полевые, так и биполярные приборы, и, наконец, устройство на МОП-транзисторах, все каналы которых являются каналами р-типа. В схеме, показанной на рис. 8.2, управляющий сигнал задается непосредственно от схемы смещения уровня. Эта схема служит только в качестве усилителя, поскольку она преоб-

Исток о-

Сток -о

Подложна

Л

-о Подложка

р-канал

р-нанал а)

ZOOM

Рис. 8.1. Структура (а), условное обозначение (б) и график зависимости сопротивления канала от сигнала управления (в) МОП-транзистора.

Рис. 8.2. Схема управления напряжением на затворе р-каиального МОП-транзистора, обеспечивающая отпирающее напряжение -20 В.

разует логические сигналы ТТЛ (от 0,8 до 2,0 В) в сигналы затвора от -20 до -f-lO В, требующиеся для установления полевого транзистора в открытое или закрытое состояние. Такой диапазон сигналов управления на затворе позволяет коммутировать аналоговые сигналы ±10 В.

-ЗОВ - го В

-WB и„

6}

Рис. 8.3. Рабочие характеристики ключа на р-канальном МОП-транзисторе.

а - зависимость г^, от С^; б - влишие на г^.

В ключевой схеме, показанной на рис. 8.2, при открытых транзисторах цепи управления затвор р-канального МОП-транзистора находится под напряжением -20 В. Один из основных недостатков этого ключа на р-каналь-ном МОП-транзисторе со схемой управления виден из рассмотрения модификации графика, показанного на рис. 8.1,а (график зависимости г^у^ от f/gj на рис. 8.3),

иллюстрирующего влияние аналогового напряжения С/а на смещение затвора. Соответствующая кривая показана на рис. 8.3,6.

На этой 1фивой виден главный недостаток схемы на р-канальном МОП-транзисторе, а именно то, что / сиоткр

изменяется в 3 раза при изменении аналоговых коммутируемых напряжений в диапазоне от -10 до -f-lO В. Второй недостаток состоит в необходимости применения напряжений питания +10 и -20 В, что может оказаться проблемой при построении аналоговых систем, использующих обычные напряжения питания операционных усилителей ±15 В.

9-293 129