.
напруги на відкритому діоді VD. В результаті потенціал бази опиняється вище потенціала колектора і колекторний перехід залишається зміщеним в зворотньому напрямку, а транзистор ключа не заходить в область насичення. Так як транзистор збиткового заряду в базі відсутній, час розсіювання в схемі насиченого ключа відсутній, а тривалість фронту може бути зроблена дуже маленькою, шляхом збільшення струму Іб1. Завдяки наявності від’ємного зворотнього зв’язку, залишкова напруга на колекторі відкритого транзистора, хоч і не дорівнює нул., але досить стабільна.
На практиці замість резистора R0 ставиться зміщуючий діод VD2 (мал. 6.6.а.) з більшим ніж на діоді VD1 падінням напруги на відкритому переході. Інший варіант ключа з нелінійним зворотнім зв’язком показаний на малюнку 6.6.б., де від’ємний зворотній зв’язок утворений діодом Шоткі, який має меньше падіння напруги на відкритому переході, ніж падіння напруги на р-n переході кремнієвого транзистора. Тому колекторний перехід транзистора ключа при відкритому діоді Шоткі повністю не відкривається, не допускаючи його перехода в область насичення.
Особливості МДН-транзисторних ключів
Відомі три схеми ключів на МДН-транзисторах: з резистивною навантаженням (мал.6.в.), з динамічною навантаженням (мал.6.г.) і комплементарні ключі, які виконані на комплементарних транзисторах, тобто транзисторах з каналами протилежного типу провідності (мал.6.д.)
Найважливішою перевагою ключів на МДН-транзисторах є те,що величину залишкової напруги на виході включеного ключа можна зробити як завгодно малою,збільшуючи опір в колі стока і величину вхідної напруги,яка подається на затвор транзистора Uвх (в резистивному ключі).
В ключі з динамічною навантаженням(мал..6.6.г.) для зменшення залишкової напруги необхідно зменшити відношення:
,де b1 і b2 – удільна крутизна ВАХ транзисторів VT1і
<<1 VT2 .Тобто в ключах з динамічною загрузкою транзистори VT1(активний транзистор) і VT2 (навантажувальний) повинні бути значно різними.
Найважливішою особливістю комплементарних ключів є те,що вони практично не потребляють енергію від джерела живлення Ес ,як у відкритому так и закритому стані.
Відповідно два цих стани можна називати "закритим" і "відкритим" чисто умовно – по відношенню до одного з транзисторівVT1чиVT2 .Дійсно,величина потужності,яка потребляється від джерела Ес ,визначається величиною струма,який протікає в схемі ключа ,а він в обох станах ключа один і той же і дуже маленький і рівний зворотньому струму закритого транзистора. В даній схемі при відкритому ключі відкритий VT1,а закритийVT2.,а величина ,яка потребляє від джерела Ес струм,залишається незмінною і рівною струму закритого транзистора.
Вихідні рівні ключа на комплементарних транзисторах розрізняються по напрузі і досить чітко.
Величина залишкової напруги в МДН-ключах може досягати досить малих значень, які вимірюються одиницями мікровольт і менше.
Швидкодія МДН-ключів обмежена головним чином перезарядом бар’єрних ємностей,які при аналізі процесів,при включенні (заряджанні ємності) та виключенні (розряджанні ємності) заміняються однією сумарною ємністю Сс:
Сс = Сз + Ссп + Спар + Сзі + КСзс ,
де відповідно
Сз - ємність затвора, Ссп – ємність між затвором і підложкою,
Спар – паразитна ємність монтажних зєднань відносно підложки (в ІМС – це ємність металевої розводки),
Сзі , Сзс – ємності металевого затвора відносно областей істока і стока,
К – від декількох одиниць до декількох десятків,коефіцієнт Міллера.
Для всіх типів ключів головним шляхом підвищення швидкодії є зменшення сумарної ємності Сс .При заданій її величині швидкодія підвищується зі збільшенням струмів заряда і розряда,в частності – зі збільшенням живлячої напруги.
Автоколивальний мультивібратор
Мультивібратор представляє собою одну з різновидів більш широкого класу так званих спускових пристроїв,які мають різні стани рівноваги,як стійкого так і не стійкого.
Рівновагою електричної схеми називають такий її стан,при якому струми і напруги будь-якому її елементі залишаються незмінними.
Стійкою рівновагою називається стан системи,при якому після зовнішнього малого поштовху система повертається у вихідний стан,тобто струми і напруги вній приймають вихідні постійні значення.
Нестійкою рівновагою називається стан системи,при якому,після як завгодно малого зовнішнього поштовху система виходить з вихідного стану і не повертається в нього.
Стан системи,при якому струми і напруги в ній повільно змінюються в часі і приводять систему в певний критичний стан,який приводить до стрибкоподібного виходу системи з цього стану,називається квазірівновагою. Цей стан тільки подібний стану рівноваги і є ніби рівновагою.
Мультивібратори призначені для генерування імпульсів,близьких до прямокутних і можуть працювати в одному з трьох режимів:чекаючому, автоколивальному і синхронізації.
Їх ще називають релаксаційними генераторами або релаксаторами.
В чекаю чому режимі , мультивібратор представляє собою двух каскадний підсилювач ,замкнутий в два кола позитивного зворотнього зв’язку,має один стан стійкої рівноваги і один стан квазірівноваги .Перехід зі стійкого стану в стан квазірівноваги відбувається внаслідок зовнішнього запускаю чого імпульса.А повернення в стан стійкої рівноваги відбувається самостійно по збігу деякого часу,який визначається параметрами схеми.
В режимі автоколивань стану стійкої рівноваги немає,а є два стани квазірівноваги які чергуються. Перехід одного з них в другій відбувається автоматично через час,який називається періодом коливань,який також визначається параметрами схеми.
В режимі синхронізації в мультивібраторі існує два стани квазірівноваги,але період коливань визначається періодом повторень синхронізуючої напруги і рівний їй або кратний.При відсутності синхронізуючої напруги мультивібратор працює в автоколивальному режимі.
Схема мультивібратора в автоколивальному режимі і часові діаграми,які пояснюють фізичні процеси в ньому показані на мал.6.
Схема автоколивального мультивібратора складається з двох ключів, зібраних на біполярних транзисторах VT1 і VT2 р-п-р структури,включених по схемі зі спільним емітером. Rк1 і Rк2 – опори навантаження в колах колекторів VT1 і VT2 , R1C1 і R2C2 – елементи часозадаючих кіл ,які визначають тривалість генеруючих імпульсів (tі) і час їх повторення Т (мал.6.7.б.)
Конденсатори С1 та С2- елементи кіл позитивного зворотнього зв’язку, який з’єднує відповідно вихід ключа на VT2 з входом ключа на VT1 і вихід першого ключа із входом другого. Таким чином в автоколивальному мультивібратори кола постійного зворотнього зв’язку являються чисто ємнісними, що і визначає відсутність в його схемі, стану стійкої рівноваги.
Відсутність в схемі стаціонарного стану дозволяє почати аналіз фізпроцесів в схемі з довільного стану, і якщо в результаті їх аналізу буде показано, що через певний час мультивібратор знову опиниться в тому ж стані , то тим самим буде встановлена наявність в ньому періодичних автоколивань.
Нехай, наприклад, в момент часу t1 транзистор VT1 відкрився і знаходиться в стані насичення, а транзистор VT2 закритий, так як до його бази відносно емітера прикладена напруга з конденсатора С2 (зарядженого раніше до величини Ек полярністю(+) справа, (-) –зліва) через малий опір насиченого транзистора VT1.В момент часу t1 конденсатор С1
практично розряджений до нуля (величиною напруги Uб1 на базі раніше закритого VT1, до якої був заряджений С1 на момент t1, в виду його малості можна знехтувати).
В розглядаємий момент t1 в схемі мультивібратора створюються умови для розряджання і перезаряджання конденсатора С2 і заряджання С1. Розряджання-перезаряджання С2 відбувається по колу : +Ек→ЕБКVT1→C2→R2→-Eк. Після розряджання С2 починається його перезаряджання з полярністю: (+) на лівій обкладці, (-) на правій.
