Электронные ключи используются в цифровых интегральных схемах (ЦИС), например в триггерах радиоэлектроника

Задача 2.3

Электронные ключи используются в цифровых интегральных схемах (ЦИС), например в триггерах.
Для ключа характерны два устойчивых состояния: «включено» и «выключено». В состоянии «включено» (ключ замкнут) через ключ течет ток, и напряжение на выходе равно нулю, в состоянии «выключено» (ключ разомкнут) ток через ключ не протекает и напряжение на выходе равно Е. В современных ИС роль ключа выполняет активный элемент (АЭ) — биполярный или полевой транзистор, к выходу которого подключается внешняя нагрузка. Под воздействием управляющего сигнала транзистор запирается или отпирается, что соответствует размыканию или размыканию ключа. В открытом состоянии транзистор обладает некоторым небольшим внутренним сопротивлением и на выходе устанавливается низкое напряжение. В закрытом состоянии устанавливается высокое напряжение.

Рисунок 1

В схеме рисунка 1 в качестве нагрузочного применен транзистор с каналом, тип проводимости которого противоположен типу проводимости активного транзистора. Такая пара транзисторов называется комплементарной. В этой схеме входное напряжение управляет как активным, так и нагрузочным транзистором. Если то транзистор VТ1 закрыт, а VТ2 открыт, при этом на выходе схемы устанавливается высокий уровень напряжения. Если , то открывается транзистор VТ1, а транзистор VТ2 закрывается, при этом на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения. И в том, и в другом случае отсутствует потребление тока от источника питания. Лишь при переходе схемы из одного состояния в другое, когда один из транзисторов еще не полностью открылся, а второй не полностью закрылся, существует цепь для протекания тока.
Таким образом, главным достоинством ключей на комплементарных транзисторах является их высокая экономичность. Эти ключи также обладают и более высоким быстродействием, так как в них заряд и разряд паразитной емкости С протекают в одинаковых условиях, поэтому у них

Рисунок 2. Выходные характеристики активного транзистора

Рисунок 3. Выходные характеристики нагрузочного транзистора
Нанесенные на график выходных характеристик активного транзистора, выходные характеристики нагрузочного транзистора играют роль нагрузочных линий ( рисунок 4) при построении передаточной характеристики ключа ( таблица 1, рисунок 5).

Рисунок 4

Таблица 1

Рисунок 5
Помимо управляющего сигнала, на входе ключа может появиться напряжение помехи, которое либо повышает, либо понижает входное напряжение. Если на входе действует напряжение U°, то опасны помехи, имеющие положительную полярность. Если на входе действует напряжение U1, то опасны помехи, имеющие отрицательную полярность.
Помехоустойчивость принято оценивать максимально допустимыми величинами напряжений отпирающей и запирающей помех:

Пороговые напряжения и определяются точками C и D, называемыми точками единичного усиления, в которых выполняется условие

Для оценки помехоустойчивости может быть использован так называемый коэффициент помехоустойчивости: , где

является величиной логического перепада.
Для повышения помехоустойчивости нужно уменьшать ширину области переключения, равную разности и и увеличивать размах сигнала .
В нашем случае В , а =3 В, поэтому коэффициент помехоустойчивости