|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы  Рис. 3.2. Диодный тель: перёключа- а-принципиальная схема; б - структурная схема; в - управляющее напряжение щем диоде Дг при токе /). Диод будет заперт под воздействием напряжения кд, = t ?„+tfnp2 - £1 < 0. Для переключения тока / в другую ветвь цепи (рис. 3.2, б) на управляющий вход необходимо подать отрицательное напряжение = Еч, превышающее по абсолютному значению напряжение на открытом диоде Д, при токе /: > Knpi- Диод Д, будет открыт, а дцод Дг закрыт под действием напряжения кд = £ + Ыцр! управляющего напряжения для таких ключей составляют единицы вольт. Основным фактором, определяющим нестабильность тока в нагрузке /?н, является зависимость прямого напряжения на диоде Да и обратных токов диодов от изменения окружающей температуры. Прямое напряжение на диоде имеет отрицательный температурный коэффициент (2-4 мВ/°С) [68]. Нестабильность тока в нагрузке, вызванная изменением прямого напряжения, Д/„ = AuR. Обратный ток диодов с увеличением температуры возрастает по экспоненциальному закону. При увеличении температуры на 10° С он увеличивается приблизительно в два раза. Обратные токи современных кремниевых диодов (КД503А, КД504А, КД509А, КД512А и др.) при комнатных температурах и допустимых обратных запирающих напряжениях составляют 2-10 мкА, а при малых обратных напряжениях равны единицам наноампер (нА). Быстродействие диодного ключа определяется процессами перезарядки паразитных емкостей схемы и переключения диодов. Малые перепады напряжения на элементах схемы и низкоомные нагрузки обеспечивают быструю перезарядку паразитных емкостей. Высокую скорость переключения имеют современные импульсные планарные диоды с тонкой базой и диоды Шоттки. Примером диодов с тонкой базой является диод КД512А, имеющий время восстановления обратного сопротивления 1 не. В диодах Шоттки отсутствует явление накопления и рассасывания заряда. Инерционность процессов в таком диоде в основном определяется временем зарядки и разрядки барьерной емкости, которая значительно меньше, чем в диодах других типов Диодные ключи (см. рис. 3.2, а) широко применяются в цифро аналоговых преобразователях для коммутации токов в цепи с весовыми резисторами. Они входят в состав микросхем 228ПП1, 228ПП2, 265ПП1, 265ПП2, выполняющих функции декодирующих преобразователей. Эти микросхемы содержат по шесть диодных ключей, управляются перепадами напряжений ±1 В, каждая потребляет мощность не более 70 мВт от источника питания. Для коммутации напряжения наиболее распространенным вариантом диодного ключа является мостовой ключ (рис. 3.3, а). Его пре- имуществом является хорошая развязка между входом и выходом и способность пропускать широкополосные одно- и двуполярные сигналы без существенных искажений. Входное напряжение и подается в точку А соединения диодов Д1 и Д2, а выходное напряжение снимается с сопротивления нагрузки i?H. Управляющее ключом биполярное напряжение (рис. 3.3, б) подается на другую диагональ моста (точки В и Г). Если %npi < О и %пР2 > О, то диоды Дд, Де не проводят, а диоды мостовой схемы  Рис. 3.3. Схема диодного мостового ключа напряжения: а - принципиальная схема; б - управляющее напряжение; в - структурная схема  Рис. 3.4. Упрощенная схема диодного мостового ключа микросхемы 265КН1 Д1-Д4, оказываются проводящими. Если при этом схема полностью симметрична, то точки Л и Б имеют один и тот же потенциал, т. е. входное напряжение передается на выход (Ыдых ~ "вх)- При изменении полярности управляющего напряжения на противоположную диоды Дб, Де открываются, а Д,-Д, закрываются и ключ размыкается (рис. 3.3, в). Точки Л и Б будут отделены друг от друга достаточно большим сопротивлением. Коэффициент передачи ключа равен /?н/(-и +-н +-Rnp). где Rnv - сопротивление проводящего ключа. Для управления ключом необходимо выполнять соотношение: ll > 1ЫвхП1ах + Кц„, где «пР - падение напряжения на проводящем диоде; \u.gmsJ- максимальное абсолютное значение входного напряжения. Ошибка в передаче напряжения существенно зависит от идентичности диодов мостовой схемы, постоянства Еи диапазона изменений тока нагрузки и температуры. Как показано в [12, 68], разброс вольт-амперных характеристик диодов и токов смещения /р вызывает появление напряжения на замкнутом ключе до 30 мВ. При интегральном исполнении диодов мостовой схемы разброс прямых ветвей вольт-амперных характеристик уменьшается, что позволяет снизить остаточное напряжение на замкнутом ключе. К недостаткам мостовых диодных ключей следует отнести необходимость формирования биполярного управляющего напряжения, а также тщательный отбор диодое для балансировки схемы. На рис. 3.4 приведена упрощенная схема диодного-мостового ключа, выполненного в виде интегральных микросхем 265КН1 и К265КН1 [63]. Транзисторная схема управления диодным ключом позволяет осуществлять непосредственное соединение микросхем с ТТЛ-схемами. Отношение выходного напряжения замкнутого и разомкнутого ключей при частоте входного сигнала 15 МГц и сопротивлении нагрузки ЗОО Ом равно 100, что соответствует развязке между входом и выходом ключа 40 дБ. Коэффициент передачи замкнутого ключа составляет 0,8. Верхний уровень управляющего напряжения 2,5 В, а нижний - 0,5 В. )+и "VP о- Рис. 3.5. Схемы простейших транзисторных ключей: с-схема с общим эмиттером; б -схема с общим эмиттером при инверсном включении транзистора, в ~ схема с общим коллектором Ключи на биполярных транзисторах. Эти ключи могут переключать напряжение и ток. На рис. 3.5, а приведена схема простейшего ключа напряжения (прерывателя) на биполярном транзисторе по схеме с •общим эмиттером. Источником питания такого ключа служит коммутируемое напряжение tfx значение которого может изменяться в широких пределах и достигать весьма малых значений (десятков милливольт). При подаче отрицательного управляющего напряжения %пр <; О транзистор закрывается, через резистор будет протекать тепловой ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером tins = Kjjx - IkoRk "вх- Пусть под действием отпирающего напряжения Кудр > О в базовой цепи проходит ток /д (на рис. 3.5 направление токов показано для линейного и насыщенного режимов транзистора). Для всех значений коллекторного тока < < Рб (к = bJRk, Р - коэффициент передачи базового тока) транзистор будет насыщен и напряжение очень мало. В режиме насыщения коллекторный и эмиттерный переходы открыты, выходное напряжение к„э = и - "бк- При глубоком насыщении транзистора (/gP/Zj, >» 3-4) остаточное напряжение на замкнутом ключе [64] (3.1) где Р/ - коэффициент передачи базового тока при инверсном включении транзистора; - тепловой потенциал, пропорциональный абсолютной температуре (при 300 К Фт 26 мВ); г - объемное сопротивление области эмиттера насыщенного ipaHsncTopa. Выходное сопротивление насыщенного транзистора (сопротивление 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |