MOS開(kāi)關(guān)與傳輸門特性分析

1、MOS開(kāi)關(guān)與傳輸門特性分析開(kāi)關(guān)與傳輸門特性分析 單開(kāi)關(guān)電路單開(kāi)關(guān)電路輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)MOS管的四種基本類型管的四種基本類型GSDN 溝道耗盡型溝道耗盡型GSDN溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS（MentalOxideSemiconductor） 金屬金屬 氧化物氧化物 半導(dǎo)體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管GSDP 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型GSDP 溝道耗盡型溝道耗盡型在數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型。在數(shù)字電路中，多采用增強(qiáng)型。GSDN溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型源極源極柵極柵極漏極漏極MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理管的結(jié)構(gòu)和工作原理vGS=0時(shí)時(shí)PNNGSDvGSvDSiD=0D、S間間相當(dāng)于兩相當(dāng)于兩個(gè)背靠背個(gè)

2、背靠背的的PN結(jié)結(jié)不論不論D、S間有無(wú)電壓，均無(wú)法導(dǎo)通，不能間有無(wú)電壓，均無(wú)法導(dǎo)通，不能導(dǎo)電。導(dǎo)電。PNNGSDVDSVGSvGS0時(shí)時(shí)vGS足夠大時(shí)足夠大時(shí)（vGSVGS(th)），），形成電場(chǎng)形成電場(chǎng)GB,把把襯底中的電子吸引襯底中的電子吸引到上表面，除復(fù)合到上表面，除復(fù)合外，剩余的電子在外，剩余的電子在上表面形成了上表面形成了N型型層（反型層）為層（反型層）為D、S間的導(dǎo)通提供了間的導(dǎo)通提供了通道。通道。VGS(th)稱為閾值電壓稱為閾值電壓(開(kāi)啟電壓）開(kāi)啟電壓）源極與源極與襯底接襯底接在一起在一起N溝道溝道可以通過(guò)改變可以通過(guò)改變vGS的大小來(lái)控制的大小來(lái)控制iD的大小。的大小。MOS

3、管的輸入、輸出特性管的輸入、輸出特性 對(duì)于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧對(duì)于共源極接法的電路，柵極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離，所以化硅絕緣層隔離，所以柵極電流為零柵極電流為零。輸出特性曲線輸出特性曲線（漏極特性曲線）（漏極特性曲線）夾斷區(qū)（截止區(qū)）用途：用途：做無(wú)觸點(diǎn)的、斷開(kāi)狀態(tài)的做無(wú)觸點(diǎn)的、斷開(kāi)狀態(tài)的電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān)。條件：條件：整個(gè)溝道都夾斷，整個(gè)溝道都夾斷，源極和漏極之間沒(méi)有導(dǎo)通源極和漏極之間沒(méi)有導(dǎo)通溝道。溝道。 )(thGSGSvv0Di特點(diǎn)：特點(diǎn)：可變電阻區(qū)特點(diǎn)特點(diǎn): :(1)(1)當(dāng)當(dāng)vGS 為定值為定值時(shí)時(shí),iD 是是 vDS 的線性函數(shù)，的線性函數(shù)，具有類似與線性電

4、阻的具有類似與線性電阻的性質(zhì)，且其阻值受性質(zhì)，且其阻值受 vGS 控制。控制。 （2）管壓降管壓降vDS 很小。很小。用途：用途：做做壓控線性電阻壓控線性電阻和無(wú)觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的和無(wú)觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān)。條件：條件：源端與漏端溝源端與漏端溝道都不夾斷道都不夾斷 恒流區(qū)：恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn)特點(diǎn):(1)受控性受控性： 輸入電壓輸入電壓vGS控制輸出電流控制輸出電流2)(1thGSGSDSDVvIi(2)恒流性：恒流性：輸出電流輸出電流iD 基本上不受輸出電壓基本上不受輸出電壓vDS的影響。的影響。條件條件:(1)源端溝道未夾斷源端溝道未夾斷 (2

5、)漏端溝道予夾斷漏端溝道予夾斷 用途用途:可做可做放大器放大器和和恒流源恒流源。IDSIDSMOS管開(kāi)關(guān)等效電路管開(kāi)關(guān)等效電路 當(dāng)當(dāng)vI=vGSVGS(th)且且vI繼續(xù)升高時(shí)，繼續(xù)升高時(shí)，MOS管工作在可變管工作在可變電阻區(qū)。電阻區(qū)。MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻管導(dǎo)通內(nèi)阻RON很小，很小，D-S間相當(dāng)于閉合間相當(dāng)于閉合的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān),vO0。傳輸門輸出特性傳輸門輸出特性 傳輸門（傳輸門（TG）的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以）的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以作為基本單元電路構(gòu)成各種邏輯電路，用于信作為基本單元電路構(gòu)成各種邏輯電路，用于信號(hào)傳輸，而且在取樣號(hào)傳輸，而且在取樣保持電路、斬波電路、保持電路、斬波電路、模數(shù)和數(shù)模

6、轉(zhuǎn)換電路中傳輸模擬信號(hào)，因而又模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中傳輸模擬信號(hào)，因而又稱為模擬開(kāi)關(guān)。稱為模擬開(kāi)關(guān)。 CMOS傳輸門由一個(gè)傳輸門由一個(gè)P溝道和一個(gè)溝道和一個(gè)N溝道溝道增強(qiáng)型的增強(qiáng)型的MOSFET并聯(lián)而成，如下圖所示。并聯(lián)而成，如下圖所示。電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) C和和C是一對(duì)互補(bǔ)的控制信號(hào)是一對(duì)互補(bǔ)的控制信號(hào),設(shè)控制信號(hào)的設(shè)控制信號(hào)的高低電平分別為高低電平分別為VDD和和0V,那么當(dāng)那么當(dāng)C=0時(shí)時(shí),只要輸入只要輸入信號(hào)的變化范圍不超出信號(hào)的變化范圍不超出0VDD,則則Vi=0VVDDVGS1=0V -VDD，T1始終截止始終截止；VGS2=VDD 0V， T2始終截止始終截止。 T1

7、和和T2同時(shí)截止，輸入與輸出之間呈高阻同時(shí)截止，輸入與輸出之間呈高阻(109 )，傳輸門截止。，傳輸門截止。 當(dāng)當(dāng)C端接端接+5V，C端接端接0時(shí)，時(shí)，Vi在在0+3V的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，T1導(dǎo)通。導(dǎo)通。Vi在在0+3V的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，T2導(dǎo)通。由此可知，當(dāng)導(dǎo)通。由此可知，當(dāng)Vi在在0+5V之間變化之間變化時(shí)時(shí)T1和和T2至少一個(gè)是導(dǎo)通。至少一個(gè)是導(dǎo)通。VO=Vi，信號(hào)可，信號(hào)可以傳輸過(guò)來(lái)。以傳輸過(guò)來(lái)。 由于由于T1、T2管的結(jié)構(gòu)形式是對(duì)稱的，即漏管的結(jié)構(gòu)形式是對(duì)稱的，即漏極和源極可互換使用，因而極和源極可互換使用，因而CMOS傳輸門屬于傳輸門屬于雙向器件，它的輸入端和輸出端也可互易使用。

8、雙向器件，它的輸入端和輸出端也可互易使用。 利用利用CMOS傳輸門和傳輸門和CMOS反相器可以組反相器可以組合成各種復(fù)雜的邏輯電路，如數(shù)據(jù)選擇器、寄合成各種復(fù)雜的邏輯電路，如數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、計(jì)數(shù)器等等。存器、計(jì)數(shù)器等等。 舉例利用舉例利用CMOS傳輸門和傳輸門和CMOS反相器構(gòu)反相器構(gòu)成異或門。成異或門。AB TG1TG2 Y0 00 0通通斷斷00 01 1通通斷斷11 10 0斷斷通通11 11 1斷斷通通0雙向模擬開(kāi)關(guān)雙向模擬開(kāi)關(guān) 傳輸門的另一個(gè)重要用途是作模擬開(kāi)關(guān)，傳輸門的另一個(gè)重要用途是作模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。這一點(diǎn)用來(lái)傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。這一點(diǎn)是無(wú)法用一般的邏輯門實(shí)現(xiàn)的。模擬開(kāi)關(guān)的是無(wú)法用一般的邏輯門實(shí)現(xiàn)的。模擬開(kāi)關(guān)的基本電路是由基本電路是由CMOS傳輸門和一個(gè)傳輸門和一個(gè)CMOS反反向器組成的，如下圖所示。和向器組成的，如下圖所示。和CMOS傳輸門傳輸門一樣，它也是雙向器件。一樣，它也是雙向器件。 假定接在輸出端的電阻為假定接在輸出端的電阻為RL,雙向模雙向模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻為擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻為