Двонаправлений ключ

Інвертор КМОН з трьома станами.

Його схема є різновидом звичайних інверторів з допоміжними ключами (VT1 та VT4), які керуються сигналом Z.

При відкритих транзисторах VT1 та VT4 інвертор працює подібно раніше розглянутому. Якщо ж ключі закриті, живлення інвертора відключається і його вихід матиме високий опір по відношенню до шин живлення. Такі інвертори виготовляються як самостійні мікросхеми (наприклад, 546ЛН1 – елемент 6HI, аналоги західних фірм-виробників CD4502BD, HCC4502BD, …)) або використовуються у складі мікросхем різного призначення. Враховуючи значну величину вихідного опору, ключ може використовуватись для тривалого зберігання інформації, яка може бути записана в конденсатор, підключений до його виходу.

При використанні мікросхем з трьома станами необхідно враховувати деякі їх особливості роботи в динамічних режимах. Вони проявляються у тому, що в режимі, коли на виході підтримується високий рівень сигналу і одночасно ключ знаходиться у Z -стані, перехід в один з робочих станів (високий або низький рівні виходу) проходить довше, ніж при перемиканні з високого в низький стани безпосередньо. Тому при використанні мікросхем у режимі монтажної логіки можуть мати місце динамічні струми, що протікатимуть через р- транзистор однієї мікросхеми і n- транзистор іншої. Реально такий струм не призводить до виходу мікросхем з ладу (як у ТТЛ), але він приводить до напружених режимів і зростання рівня перешкод.

Цей пристрій, який не має аналогів в мікросхемах інших технологій, складається з двох МОН-транзисторів різного типу провідності, які включені зустрічно-паралельно (рис. 2.24).

Керування ними забезпечується взаємоінверсними сигналами V та , що подаються на затвори VT1 та VT2. Напруга живлення подається на виводи підкладок: + Е для р- канального транзистора VT1, - Е – для n- канального VT2. Двостороння провідність у схемі забезпечується завдяки тому, що транзистори зберігають працездатність, якщо витоки та стоки поміняти місцями.

Паралельне з’єднання транзисторів дозволяє зменшити загальний опір каналів, величина кожного з яких у відкритому стані має величину 100 Ом…1 кОм.

Відкритий стан обох транзисторів забезпечується при умові, коли потенціал затвору транзистора VT2 n- типу наближається до + Е, а затвору транзистора VT1 до - E. При цьому напруга, що підводиться до інформаційних входів-виходів x, y, завжди повинна мати позитивний потенціал відносно підкладки n- канального транзистора, тобто відносно шини - Е, і негативний по відношенню до підкладки р- канального (+ Е).

Завдяки зустрічно-паралельному з’єднанню транзисторів VT1 та VT2 інформаційні сигнали на виході ключа не залежать від порогів їх відкривання і можуть змінюватися у межах напруги живлення. Величина опору каналу залежить від величини вхідної напруги, різниці потенціалів між підкладками та величини навантаження і в діапазоні частот роботи транзисторів визначається тільки активною складовою. Ця властивість дає можливість використовувати ключі для комутації як аналогових, так і дискретних сигналів.

Графік залежності опору каналу від величини вхідної напруги для VT1 (крива 1) та VT2 (крива 2) приведені на рис. 2.25.

Крива 3 визначає загальний опір двонаправленого ключа. При негативних вхідних напругах опір ключа визначається відкритим транзистором VT2, при позитивних – відкритим транзистором VT1, а при напругах, близьких до нульового рівня – результуючим значенням частково відкритими двома транзисторами.

У реальних схемах ключів крива 2 зміщується вправо за рахунок керування потенціалом його підкладки. В результаті величина опору каналу відповідає кривій 4, а результуючий опір ключа (крива 5) майже не залежить від величини U _ВХ .

Якщо напруги на входах V змінюють своє значення на протилежне, транзистори закриваються, і величина опору між інформаційними входами/виходами x, y перевищує 10⁹ Ом.

На рис. 2.26, а приведена принципова схема реального ключа, виконаного на транзисторах VT3, VT4. Взаємно інверсні сигнали V, на його керуючих входах формуються за допомогою інвертора, виготовленого на VT1, VT2. Така структура ключа використовується в багатьох серіях мікросхем, причому вона організована так, що при V = U ¹ ключ відкритий, а при V = U ⁰ – закритий.

На рис. 2.26, б приводиться один з варіантів графічного зображення двонаправленних ключів на принципових схемах.

Дата добавления: 2014-01-15