MOS開關(guān)與傳輸門特性分析應(yīng)用材料

1、mos開關(guān)與傳輸門特性分析開關(guān)與傳輸門特性分析1沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 單開關(guān)電路單開關(guān)電路輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)2沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑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)體場效應(yīng)場效應(yīng)管管3沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑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。4沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑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5沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑mos管的結(jié)構(gòu)和工作原理管的結(jié)構(gòu)和

2、工作原理6沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑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)背靠背的的pn結(jié)結(jié)不論不論d、s間有無電壓，均無法導(dǎo)通，不能間有無電壓，均無法導(dǎo)通，不能導(dǎo)電。導(dǎo)電。7沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑pnngsdvdsvgsvgs0時(shí)時(shí)vgs足夠大時(shí)足夠大時(shí)（vgsvgs(th)），），形成電場形成電場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(開啟電壓）開啟電壓）

3、源極與源極與襯底接襯底接在一起在一起n溝道溝道可以通過改變可以通過改變vgs的大小來控制的大小來控制id的大小。的大小。8沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑mos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）9沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑夾斷區(qū)（截止區(qū)）用途：用途：做無觸點(diǎn)的、斷開狀態(tài)的做無觸點(diǎn)的、斷開狀態(tài)的電子開關(guān)電子開關(guān)。條件：條件：整個(gè)溝道都夾斷，整個(gè)溝道都夾斷，源極和漏極之間沒有導(dǎo)通源極和漏極之間沒有導(dǎo)通溝道。溝道。 )

4、(thgsgsvv0di特點(diǎn)：特點(diǎn)：10沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑可變電阻區(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?？刂?。 （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觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的和無觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開關(guān)電子開關(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 11沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑恒流區(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

5、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)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。idsids12沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑mos管開關(guān)等效電路管開關(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)于閉合的開關(guān)的開關(guān),vo0。14沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑傳輸門輸出特性傳輸門輸出特

6、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)，因而又稱為模擬開關(guān)。稱為模擬開關(guān)。15沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 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)16沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 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)

7、,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。17沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 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

8、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)可以傳輸過來。以傳輸過來。 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。雙向器件，它的輸入端和輸出端也可互易使用。18沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 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

9、器構(gòu)反相器構(gòu)成異或門。成異或門。19沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑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020沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑雙向模擬開關(guān)雙向模擬開關(guān) 傳輸門的另一個(gè)重要用途是作模擬開關(guān)，傳輸門的另一個(gè)重要用途是作模擬開關(guān)，用來傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。這一點(diǎn)用來傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。這一點(diǎn)是無法用一般的邏輯門實(shí)現(xiàn)的。模擬開關(guān)的是無法用一般的邏輯門實(shí)現(xiàn)的。模擬開關(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。21沐風(fēng)書苑沐風(fēng)書苑 假定接在輸出端的電阻為假定接在輸出端的電阻為rl,雙向模雙向模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻為擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻為rtg。 當(dāng)當(dāng)c=