Zaloguj się
Wszystkie
12 sierpnia 2024
596
Dwie połączone szeregowo diody stały się znakiem rozpoznawczym wejść (a często też wyjść) układów scalonych wykonanych w technologii CMOS. Jedna jest włączona anodą do masy zasilania i katodą do linii sygnałowej, druga zaś katodą do linii zasilającej, natomiast anodą do chronionego wyprowadzenia cyfrowego. W notach katalogowych można spotkać bardziej rozbudowane układy (rysunek 1), zawierające rezystor między dwoma zespołami takich diod. W literaturze określa się je mianem „clamping diodes”, co jest o tyle mylące, że każdy inny diodowy ogranicznik napięcia bywa nazywany w ten sam sposób.
Powodem, dla którego stosuje się takie obwody, jest ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi, znanymi szerzej pod anglojęzycznym akronimem ESD. Bez tej ochrony każdy układ scalony wyjęty z przewodzącej gąbki niemal natychmiast ulegałby „uśmierceniu” wskutek przebicia delikatnego izolatora podbramkowego w tranzystorach CMOS. Ładunek, który zgromadzi się na wyprowadzeniu, może zostać szybko i „bezboleśnie” rozprowadzony przy użyciu tychże diod.
Wspomniane diody znajdują również zastosowanie jako pomocniczy limiter napięcia na wyprowadzeniach. Jeżeli jego wartość, mierzona względem masy, stałaby się ujemna, wówczas otwarciu uległaby dolna dioda, co spowodowałoby „dolanie” prądu do węzła o niskim potencjale. Ta sytuacja z reguły rzadko ma znaczenie, ponieważ spora część naszych układów jest zasilana asymetrycznie – choć istnieją oczywiście wyjątki od tej zasady, na przykład podłączenie do wejścia obwodu różniczkującego RC, choćby takiego z rysunku 2. Kondensator C, który był naładowany po dłużej utrzymującym się stanie wysokim na wejściu układu, nagle wymusza napięcie ujemne na wejściu układu scalonego, ponieważ w chwili nadejścia zbocza ujemnego nie zdąży się przeładować i zadziała jak źródło napięciowe, sprowadzając potencjał swojej prawej okładki poniżej zera. Ot, teoria stanów nieustalonych, nic więcej.
Jednak częściej doprowadzamy do otwierania się diody górnej, która ogranicza napięcie na danym wyprowadzeniu – a jakże! – od góry. Jeżeli potencjał wzrośnie powyżej napięcia zasilającego, do którego jest owa dioda podłączona, wówczas otworzy się ona i odprowadzi prąd do szyny zasilającej, zapobiegając dalszemu wzrostowi potencjału. I w tym miejscu większość podręczników zamyka temat: koniec, nie da się więcej, przecież tak działa zwykły limiter diodowy! Owszem, może działać w ten sposób, ale z uwzględnieniem kilku zastrzeżeń, o których już się zbyt często nie mówi.
Według teorii, prąd przepływający przez otwartą górną diodę wpływa do linii zasilającej. Jednak nie może on tak sobie zniknąć – zasada zachowania ładunku elektrycznego nadal nas zobowiązuje. Wspomniany prąd rozpływa się więc po całym układzie i uczestniczy w jego zasilaniu. Skoro pojawia się dodatkowe źródło zasilania, to stabilizator przeznaczony do zasilania tego obwodu wypuszcza z siebie prąd o mniejszym natężeniu, ponieważ zależy mu na utrzymaniu stałego potencjału linii zasilającej – rysunek 3. Jeżeli źródłem energii jest bateria lub akumulator, wówczas wypływa z nich prąd o niższym natężeniu. Musi zostać spełnione prądowe prawo Kirchhoffa: skoro prąd pobierany przez układ nie zmienia się, a w węźle pojawia się jego dodatkowe źródło, to prąd wypływający z pierwotnego źródła musi zmaleć.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
