Ключи на МОП-транзисторах одного типа проводимости.

Широкое применение находят n -канальные транзисторы, поскольку они обеспечивают более высокое быстродействие, чем р -канальные, а логические элементы на их основе легко согласуются с логическими элементами на биполярных транзисторах. Принципиальная схема ключа на n -канальных транзисторах и поясняющие его работу временные диаграммы приведены на рис. 10.10. Роль динамической нагрузки выполняет транзистор Т2, у которого затвор соединен со стоком, образуя двухполюсник.

В запертом состоянии Т1, когда на его затвор подано напряжение , не превышающее порога отпирания  (рис.10.11,а), ток через Т2 практически не протекает, поэтому падение напряжения  и .

Отсюда следует, что  и Т2 тоже закрыт. Точное значение  определяется точкой пересечения выходной характеристики транзистора Т1 при  и линии нагрузки, представляющей собой динамическую характеристику  транзистора Т2 (точка А на рис. 10.11,б). Эта точка находится в интервале , смещаясь к одной или другой границе интервала в зависимости от соотношения токов утечки транзисторов. С учетом этого из рис. 10.10,б видно, что последующий ключ будет надежно открыт, если минимально возможное выходное напряжение данного ключа . Отсюда следует требование к напряжению источника питания: .

В открытом состоянии ключа, когда на затвор транзистора Т1 подано , его канал имеет низкое сопротивление, и напряжение  (точка В на рис. 10.11,б). Если при этом , то открыт также транзистор Т2. Остаточное напряжение  для аналогичного последующего ключа является выключающим, следовательно, должно удовлетворять неравенству: , т.е. быть близким к нулю. Это возможно, когда сопротивление канала открытого транзистора Т1 значительно (до двух порядков) меньше сопротивления канала открытого Т2. Иными словами, удельная крутизна транзистора Т1 должна быть существенно выше удельной крутизны Т2. На практике это достигается в основном использованием транзисторов разной геометрии: Т1 имеет короткий и широкий канал, a Т2 − узкий и длинный.

Поскольку минимальное сопротивление канала открытого транзистора Т4 обычно составляет сотни и более Ом, сопротивление канала открытого транзистора Т2 должно быть десятки килоом. Последнее обстоятельство существенно ухудшает быстродействие ключа. Действительно, на этапе выключения, когда транзистор Т1 быстро запирается, заряд паразитной емкости нагрузки происходит через высокоомную цепь − транзистор Т2. Даже при незначительной емкости (единицы пикофарад) постоянная времени цепи заряда составляет десятки наносекунд. Поэтому ключевые элементы на однотипных МОП-транзисторах применяется главным образом в БИС, где паразитные емкости незначительны и, кроме того, реализуются такие преимущества, как малая площадь, простота и низкая стоимость изготовления.