Элементы аналого-цифровых устройств и систем. Аналоговые электронные ключи и коммутаторы. Величина напряжения на выходе АЭК, страница 2

Для снижения погрешности коммутации в замкнутом состоянии в ключе применяются специально подобранные диоды. При этом, абсолютная погрешность может лежать в пределах 1…5 мВ. Недостатком такого ключа является проникновение сигнала управления в нагрузку и в источник входного сигнала. Сопротивление R служит для снижения влияния проникновения U_У на погрешность коммутации. В целом для уменьшения  погрешности коммутации должно выполняться условие:

R>>R_Н>>R_ПР, где R_ПР - сопротивление прямосмещенного диода.

При этом следует учитывать, что увеличение R приводит к увеличению дифференциального сопротивления открытых диодов. Быстродействие такого ключа определяется инерционностью диодов. Обычно в быстродействующих ключах применяются диоды Шоттки или кремниевые эпитаксиальные диоды с тонкой базой, у которых эффект накопления зарядов слабо выражен. Рассмотренный ключ целесообразно использовать при низких сопротивлениях источника сигнала и нагрузки.

На рис. 7. 7 показана схема диодного ключа тока. Предположим, что на входе ключа действует положительное напряжение с максимальным значением U_max. При подаче U_У > U_max диод VD1  закрыт, а диод VD2 открыт и U_вых » U_вх. При подаче U_У < 0 диод VD1  открыт, а диод VD2 закрыт, и ток от источника тока через диод VD1 и источник управляющего сигнала замыкается на «землю».

К недостаткам диодных ключей следует отнести высокую погрешность коммутации, особенно при низких значениях  коммутируемого сигнала, и сильную температурную зависимость параметров ключа. В этом отношении ключи на транзисторах более совершенны.

АЭК на биполярных транзисторах.  Схема ключа на биполярном транзисторе показана на рис. 7. 8. Основным коммутирующим элементом является транзистор VT1, а на транзисторе  VT2 выполнена цепь управления в виде импульсного ключа. При подаче U_У>0 транзистор VT2 открывается и ток базы  транзистора  VT1 I_Б близок к нулю, следовательно, он закрыт. При подаче U_У£0  транзистор VT2 закрывается, и от источника +Е_К создается ток базы I_Б транзистора VT1, которым последний открывается, и напряжение на выходе ключа будет равно

Рис. 7. 8. АЭК на биполярном  транзисторе

Остаточное напряжение ключей на биполярных транзисторах       обычно составляет 100…200 мВ, а сопротивление R_З = 10…100 Ом. Применение инверсного включения  транзисторов позволяет снизить остаточное напряжение до 5…10 мВ, а специальные  схемотехнические решения (компенсированные ключи) позволяют снизить остаточное напряжение до 10…50 мкВ, однако при этом увеличивается сопротивление в замкнутом состоянии. Время переключения ключей при использовании высокочастотных транзисторов с тонкой базой не превышает 100 нс.

К недостаткам ключей на биполярных транзисторах относятся относительно большой ток управления, низкое сопротивление разомкнутого ключа R_Р = (10⁵…10⁶) Ом и относительно высокий ток утечки I_УТ = (10^–8…10^–7) А.

АЭК на полевых транзисторах.  АЭК так же могут быть реализованы на полевых транзисторах различных типов. Однако в ИС наибольшее распространение получили ключи на МОП-транзисторах с индуцированным каналом. Как известно, в таком МОП-транзисторе при отсутствии напряжения на затворе токопроводящий канал также отсутствует, и возникает при подаче напряжения на затвор, превышающего пороговое значение. Ключи на МОП-транзисторах не имеют остаточного напряжения, сопротивление разомкнутого   ключа достигает 10⁸ …10¹⁰    Ом, ток утечки лежит в пределах 1…10 нА. При этом мощность сигнала управления пренебрежительно мала, а высокое входное сопротивление МОП-транзистора обеспечивает хорошую развязку цепей управления и коммутации.