Отпирающее напряжение

Если на затвор полевого транзистора подавать напряжение не в запирающей, а в прямой, отпирающей полярности, то его характеристика существенно изменяется — вместо управления напряжением транзистор будет управляться током. При этом эффект изменения объема п-—р-перехода будет мал и управление сопротивлением канала может производиться только за счет изменения его удельной электропроводимости, что достигается изменением числа вводимых в канал носителей заряда. Полевые транзисторы, работающие с отпирающим напряжением на затворе, называются однопереходовыми транзисторами.

Включение тиристора можно осуществить и при малых анодных напряжениях, значительно меньших напряжения самопроизвольного напряжения включения ?/вкл (см. 20, г). Это достигается подачей импульса тока в отпирающей полярности в одну из баз в трехэлектродных тиристорах или в обе базы одновременно (в бинисторах). При этом тиристор переходит во включенное состояние, что показано на 20, г пунктиром.

Биполярные транзисторы и полевые транзисторы с изолированным затвором, работающие в режиме обогащения, требуют подачи напряжения (тока) смещения в отпирающей полярности, ибо при t/2ynp = 0 они заперты и тока не проводят. Диаграмма работы усилительного каскада на подобных электронных приборах приведена на 37. И здесь происходит инверсия выходного сигнала f/BbIX относительно входного.

В общем случае схема транзисторного инвертора, работающего в режиме переключения, отличается от схемы двухтактного усилительного выходного каскада (например, приведенного на 53, а) тем, что на базы транзисторов от специальных батарей подается напряжение смещения в запирающей полярности. Поэтому при отсутствии входного сигнала оба транзистора полностью заперты. Прямоугольные импульсы управления подаются на базы транзисторов и переключают их в режим насыщения. Наиболее часто инверторы выполняются но «мостовым», четырех (восьми) элементным схемам. В частности, на 55, а, приведена упрощенная принципиальная схема мостового четырехтран-зисторного инвертора, В отсутствие входных управляющих сигналов инвертор выключен и ток через транзисторы не проходит. Это обеспечивается полным запиранием транзисторов VT2 и VT4 (п—р—n-типа), осуществляемым за счет подачи на их базы отрицательного напряжения от источника Еом. Если на базу транзистора VT2 поступает прямоугольный входной импульс t/BXi ( 55, б), то происходит его отпирание. При этом на базу транзистора VT3 через резистор R5a подается напряжение в отпирающей полярности, он открывается и в цепи: минус источника питания—транзистор VT2—сопротивление нагрузки Rlt—транзистор VT3—плюс источника питания ?„—-начинает протекать ток. Сила этого тока, в основном, определяется напряжением источника питания Еи и сопротивлением нагрузки Rnt ибо транзисторы VT2 и VT3 находятся в режиме насыщения и на них падает очень малое напряжение (от нескольких десятых долей до единиц вольт, в зависимости от типа транзисторов). По окончании импульса управления t/BXl транзисторы VT2 и VT3 вы- '

На 81, б приведена схема мультивибратора на полевых транзисторах. Когда к мультивибратору подключают напряжение питания, начинает протекать ток через транзисторы и одновременно начинают заряжаться конденсаторы С1 и С2. Поскольку абсолютной симметрии схемы добиться практически невозможно, токи через транзисторы и токи заряда конденсаторов оказываются разными. Пусть, например, ток заряда конденсатора С/ оказался больше, чем зарядный ток конденсатора С2. Это приводит к тому, что на резисторе R1 падает большее напряжение, чем на резисторе R2. Так как падение напряжения на этих резисторах приложено к затворам транзисторов в отпирающей полярности, это означает, что в левом транзисторе ток оказывается больше, чем в правом, что приводит к уменьшению зарядного тока конденсатора С2 (потому что, пройдя сопротивление истоковой нагрузки R3, ток разветвляется — часть проходит через транзистор VT1, часть идет на зарядку конденсатора).

Для уменьшения зависимости генерируемой частоты от изменений напряжения источника питания на затворы (базы) транзисторов подают напряжение смещения в отпирающей полярности. На 81, г приведена схема симметричного мультивибратора на биполярных транзисторах с начальным смещением на базах. Период генерируемых колебаний

Для выполнения триггера вовсе не обязательно применять операционный усилитель, в простейшем случае вполне достаточно иметь двухкаскадный усилитель с гальванической связью между каскадами и соединением выхода со входом (т. е. охватом усилителя 100 %-ной положительной обратной связью). Для облегчения узнавания триггера в составе радиоэлектронных схем его принято изображать в симметричном виде ( 85, а), как и в случае симметричного мультивибратора (см. 81, в, г). Однако, если в мультивибраторе межкаскадная связь выполнена на конденсаторах, обеспечивающих два неустойчивых (временных) состояния равновесия, то в триггере связь между каскадами непосредственная. Это приводит к тому, что триггер имеет два устойчивых, независимых от времени состояния равновесия. В принципе триггер — полностью симметричная схема, все элементы которой попарно симметричны. Однако на практике хотя бы один из элементов несколько отличен от ему подобного. Вследствие этого система оказывается несимметричной: через один из транзисторов, например VTI, начинает протекать чуть больший ток, чем через транзистор VT2, и поэтому напряжение коллектор — эмиттер транзистора VT1 оказывается меньше, чем транзистора VT2. Но коллекторы транзисторов соединены перекрестно с базами: коллекторное напряжение одного транзистора подается в отпирающей полярности на базу другого. Поэтому на базу VT2 с коллектора VT1 подается меньшее напряжение, чем на базу VT1 и, следовательно, VT2 отпирается меньше, чем VT1. Это, естественно, приводит к еще большему усугублению несимметрии: ток через VТ1 еще больше возрастает, а через VT2 — еще больше уменьшается. Этот процесс, обусловленный действием положительной обратной связи в системе, протекает очень быстро, лавинообразно, и в конечном итоге приводит к полному отпиранию транзистора VT1 — переводу его в режим насыщения, в котором ток через транзистор максимален, а падение напряжения на участке коллектор — эмиттер минимально и для кремниевых транзисторов не превышает 0,2— 0,3 В. При этом транзистор VT2 оказывается полностью запертым, ибо для того, чтобы через кремниевый транзистор протекал ток, на его базу необходимо подавать напряжение не менее 0,5—

Инвертор на МОП-транзисторах с n-каналами может быть выполнен по схеме, приведенной на 97, а. Транзистор VT1, на затвор которого подается напряжение в отпирающей полярности, выполняет роль резистора (сопротивление которого может быть сделано любым — в пределах от сотен омов до сотен кило-омов — в зависимости от технологии изготовления и напряжения на затворе). Если на входе А действует сигнал 0, то транзистор

Схема КМОП-инвертора приведена на 97, б. Если на входе А схемы действует напряжение логического нуля, то транзистор VT1, имеющий р-канал, полностью открыт, поскольку его затвор при этом соединен с общим проводом и поэтому на него подается напряжение в отпирающей полярности относительно истока, соединенного с плюсом источника питания. Транзистор VT2 имеющий n-канал, заперт, вследствие чего напряжение

Существенно снизить потребление энергии питания и увеличить быстродействие позволяет использование КМОП-транзи-сторов. В частности, на 99, б приведена схема такого вида. Транзисторы VT1 и VT2 имеют р-каналы и открываются, если на их затворы подается напряжение логического 0 (так как на их затворы, соединенные с плюсом источника питания, подается отрицательное напряжение в отпирающей полярности). При этом транзисторы VT3 и VT4, имеющие я-каналы, оказываются запертыми и напряжение на выходе Q близко к напряжению источника пи-тания.т. е. к напряжению логической 1. Если хотя бы на одном из входов действует напряжение логической 1, то один из транзисторов VT1 или VT2 закрывается, а поскольку они соединены последовательно, схема отключается от источника питания и на выходе Q напряжение равно 0. В добавление к этому открывается один из транзисторов VT3 или VT4 (включенных параллельно) и выход соединяется с общим проводом через весьма малое сопротивление 100—300 Ом. Таким образом, элемент действует в полном соответствии с таблицей истинности ИЛИ-НЕ. Следует отметить, что схема чрезвычайно экономична и потребляет ток только в очень краткие мгновения, во время переключения, когда одни транзисторы открываются, а другие еще не успели закрыться.

Более универсален элемент И-НЕ, позволяющий одновременно с операцией логического умножения выполнить и отрицание, тем более что в большинстве случаев это не усложняет схемы. Например, на 101, а приведен МОП-вариант схемы логического элемента И-НЕ. Транзистор VT1 используется вместо сопротивления нагрузки и постоянно открыт, ибо на его затвор подается напряжение в отпирающей полярности. Если на затворы транзисторов VT2 и VT3 поданы напряжения логического 0, то они заперты, тока не проводят и на выходе Q действует почти полное напряжение питания, т. е. напряжение логической 1. Если подается напряжение логической 1 только на один из входов А или В, то состояние схемы не изменяется и напряжение на выходе остается неизменным. Однако, если на оба входа действуют напряжения логических 1, то оба транзистора VT2 и VT3 отпираются, их внутреннее сопротивление уменьшается (до 500—1000 Ом) и напряжение на выходе Q также становится весьма малым, т. е. на выходе действует логический 0— в полном соответствии с таблицей истинности И-НЕ:

Рассмотрим работу ППЗУ на простейшем примере. На 4.9 приведена электрическая схема ЗУ в виде диодной матрицы, в которой последовательно с каждым диодом включена плавкая перемычка /. В исходном состоянии все перемычки должны быть целы, и с любого выхода будет считываться «1». Занесение информации в ППЗУ производится путем пережигания плавких перемычек при пропускании импульсов тока через некоторые диоды, в результате часть диодов оказывается отключенной от разрядных шин. Этот процесс называется программированием и осуществляется с помощью специального внешнего устройства — программатора ППЗУ. На 4.10 приведена схема фрагмента накопителя ППЗУ типа ТТЛ, в котором базы МЭТ подключаются к шинам слов, а эмиттеры через плавкие перемычки 1— к разрядным шинам. Если на коллекторы МЭТ подать напряжение питания, то при выборе определенной строки на базу соответствующего МЭТ подается отпирающее напряжение. В том случае, когда какой-нибудь эмиттер подключается к низкоомной нагрузке, можно обеспечить импульс тока эмиттера, достаточный для пережигания перемычки. Ток, достаточный для пережигания нихромовой перемычки, составляет 20—50 мА, а время, необходимое для пережигания, — несколько десятков миллисекунд.

Цепь управления тиристора характеризуется постоянным (импульсным) отпирающим током /уотт- (^у, от, я т) управляющего электрода тиристора, представляющим собой минимальное значение постоянного (импульсного) тока, которое обеспечивает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое при определенных режимах в цепях основных и управляющего электродов, а также соответствующее этому току постоянное (импульсное) отпирающее напряжение Uy отТ (fy, от,я т)- Импульсы управления выбирают короткими с крутыми фронтами, так как при этом снижаются времена включения (1ВКЛ) и выключения (^ВЫкл) тиристора, являющиеся его важными динамическими параметрами. Однако длительность импульса управления должна быть больше времени включения тиристора. Минимальная длительность управляющего импульса обычно составляет 15—20 икс.

Для удобства использования на практике в справочниках для маломощных ПТ с ^-«-переходом вместо напряжения запирания указывают напряжение отсечки С/зиотс> определяемой при токе стока /С=10~5А. Если к электронно-дырочнрму переходу «затвор— канал» прикладывать отпирающее напряжение, то hp уменьшается, а эффективная толщина проводящего канала увеличивается и стремится к максимально возможному значению Н. Выходной ток в данном случае возрастает. Однако при определенных значениях отпирающего напряжения (превышающих 0,6 В для кремниевых приборов) возникают существенные прямые токи перехода «затвор — канал» и входное сопротивление прибора резко падает. В большинстве случаев применения ПТ это явление нежелательно. Поэтому обычно транзисторы с р-и-переходом используют при запирающих входных напряжениях.

На участке ?t — ?2 ко входу транзистора прикладывается импульс положительной полярности, приводящей к переключению в открытое состояние как эмиттерный, так и коллекторный переходы. Поясним процесс переключения. В момент tl рабочая точка находилась в точке А (см. 16.40), а затем стала перемещаться по нагрузочной прямой в направлении точки В. К эмиттерному переходу прикладывается отпирающее напряжение, и, если сопротивление в цепи базы R6 мало, он быстро переходит в открытое состояние (зависимость i3=f(t) показана на 16.39, в). В эмиттерном переходе преобладает диффузия

Рассмотренные регуляторы могут выполнять функции аналоговых ключей. При этом ключи рассматриваются как частные случаи регуляторов, работающих в двух режимах. В одном из них к управляющим входам прикладывается отпирающее напряжение. Коэффициент передачи принимает максимальное значение Яи= 1, и

Для создания ждущего режима в одновибраторе параллельно времязадающему конденсатору включен диод VD^, а запуск осуществляется импульсом напряжения положительной полярности. В исходном состоянии напряжение на выходе ОУ равно U2, что соответствует наличию на инвертирующем входе опорного напряжения -Uon = RlU2/(R1+R2)- Напряжение на инвертирующем входе мало, так как оно равно напряжению на диоде, к которому приложено отпирающее напряжение. Поступающий входной импульс положительной полярности переводит ОУ в состояние с выходным уровнем Ut положительной полярности. На неинвертирующем входе опорное напряжение становится равным + Uon = RlU1 /(R1 + R2). Происходит процесс заряда конденсатора С через сопротивление R. Как только напряжение на конденсаторе достигнет значения + Uon, срабатывает компаратор, и схема возвращается в исходное устойчивое состояние.

Для отпирания ТК напряжение управляющего сигнала снижают до нуля, разность потенциалов между стоком и истоком невелика, поэтому отпирающее напряжение ?/OTn = t/ii» Uc. Сопротивление замкнутых ТК, выпускаемых промышленностью, принимают значения от нескольких Ом до нескольких сотен Ом.

При увеличении напряжения e(t) запирающее напряжение на эмит-терном переходе транзистора 7\ уменьшается и при e(t) = Ug превысит нулевой уровень. В схеме начинается процесс переключения. Таким образом, напряжение e(t) = eoi ж U3 можно назвать порогом срабатывания. Отпирание транзистора 7\ приводит к понижению напряжения на его коллекторе. Образующийся отрицательный перепад напряжения через делитель RCR6 передается на базу Т2, в результате чего транзистор Т2 выходит из режима насыщения и начинает запираться. Коллекторный и эмиттерный токи транзистора Tz уменьшаются, что вызывает уменьшение напряжения на R3, т. е. на эмиттерах транзисторов. Из-за уменьшения напряжения на эмиттере отпирающее напряжение на эмиттерном переходе транзистора 7\ увеличивается, что приводит к росту его коллекторного тока и снижению напряжения на коллекторе. Процесс переключения развивается лавинообразно.

Кроме того, имеется контур, охваченный отрицательной обратной связью. В него входят транзисторы Ti и Тг. При нарастании потенциалов коллектора TI и базы Г2 коллекторный ток транзистора Т2, как было отмечено, уменьшается, потенциал коллектора Тя (и эмиттера Tj понижается, в результате чего уменьшается отпирающее напряжение на эмиттерном переходе транзистора Tj.

где f/зи — отпирающее напряжение на затворе; Unop — пороговое напряжение.

Постоянное отпирающее напряжение на управляющем электроде ?/у.от — напряжение на управляющем электроде тиристора, соответствующее постоянному отпирающему, току управляющего электрода.