Аналоговые коммутаторы на МОП транзисторах

В МОП ключах проблема гальванической изоляции схем управления и аналогового сигнала решается совсем просто, за счет диэлектрической изоляции затвора от канала. Отечественная промышленность выпускала широкое разнообразие интегральных коммутаторов. Например, серия коммутаторов К190 (рис 11.13).

Рис 11.13. Аналоговые ключи на МОП транзисторах.

Коммутатор выполнен на МОП транзисторах с р-каналом с пороговым напряжением -6В. На подложку подается напряжение смещения +Uсм>Uвх_max, но не более 20 В. При отрицательном напряжении на затворе, превышающем пороговое, транзистор открывается. При напряжении на затворе равном нулю транзистор заперт. Как и у ключей на полевых транзисторах наблюдается рост нелинейности ключа при больших амплитудах коммутируемого сигнала.

Рис 11.14. Схема аналогового ключа на основе ИС КР590КН8

Ключи КР590КН8 содержат по 4 МОП транзистора с n-каналом (на рис 12.14 для упрощения рисунка показаны по два транзистора). Пороговое напряжение транзистора составляет около 2 В.

При приложении к затвору подобного транзистора положительного на­пряжения относительно истока U_зи канал обогащается носителями заряда, что и приводит к уменьшению его сопротивления. Пороговое напряжение U_зи для тран­зисторов КН8А и КН8Б составляет примерно +2 В. По­тенциал истока ключевого транзистора определяется переключаемым напряжением, и для того чтобы расши­рить возможный диапазон этих напряжений, на затвор приходится подавать близкие к предельным допустимым положительное (открывающее) и отрицательное (за­крывающее) напряжения. Закрытое состояние р-n-переходов между стоко-истоковыми областями и подложкой обеспечивается благодаря тому, что подложка присоединяется к источнику отрицательного напряжения. Различаются микросхемы КР590КН8А и КР590КН8Б только параметрами транзисторов. Транзисторы КН8А спроектированы как ключевые, а транзисторы КН8Б предназначены для построения управляющих каскадов ключей. На рис. 11.14 управляющие каскады выполне­ны на транзисторах VT1 и VТ2, включенных по схеме с об­щим истоком. Стабилитроны VD1, VD2 и резисторы Rl, R2, присоединенные к затворам этих транзисторов, предна­значены для согласования напряжений. Предположим, что управляющие напряжения U1 и U2 могут находить­ся на одном из двух уровней, 0 или +5 В. Если напря­жение пробоя стабилитронов D1 и D2 равно 13 В, то потенциал затворов транзисторов VT1 и VТ2 будет равен —12 или —8 В. На исток этих транзисторов подается напряжение -12 В. Поэтому в первом случае напряже­ние затвор-исток будет равно нулю (транзистор за­крыт), а во втором — равно +4 В (транзистор открыт).

Напряжения ±12 В, получаемые на стоках транзи­сторов VT1 и VТ2 подаются на затворы ключевых транзи­сторов VТЗ, VТ4. В результате оказывается возможным с помощью транзисторов VТЗ и VТ4 переключать напряже­ния ±10 В.

Рассмотренные микросхемы предназначены для по­строения быстродействующих ключей (время включе­ния. 3—5 нc), поэтому они выполнены на быстродейст­вующих n-МОП-транзисторах. При этом на кристалле оказалось возможным разместить только сами транзи­сторы.

Как и в предыдущем случае с увеличением амплитуды коммутируемых сигналов растут нелинейные искажения сигнала за счет изменения сопротивления канала при значительном напряжении на стоке.