MOS开关与传输门特性分析幻灯片

1、1,MOS开关与传输门特性分析,单开关电路,输入信号,输出信号,3,MOS管的四种基本类型,MOS（MentalOxideSemiconductor） 金属 氧化物 半导体场效应管,4,在数字电路中，多采用增强型。,5,N沟道增强型,源极,栅极,漏极,6,MOS管的结构和工作原理,7,vGS=0时,D、S间相当于两个背靠背的PN结,不论D、S间有无电压，均无法导通，不能导电。,8,vGS0时,vGS足够大时（vGSVGS(th)），形成电场GB,把衬底中的电子吸引到上表面，除复合外，剩余的电子在上表面形成了N型层（反型层）为D、S间的导通提供了通道。,VGS(th)称为阈值电压(开启电压）,源

2、极与衬底接在一起,N沟道,可以通过改变vGS的大小来控制iD的大小。,9,MOS管的输入、输出特性,对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为零。,输出特性曲线 （漏极特性曲线）,10,夹断区（截止区）,用途：做无触点的、断开状态的电子开关。,条件：整个沟道都夹断， 源极和漏极之间没有导通 沟道。,特点：,11,可变电阻区,特点:(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，具有类似与线性电阻的性质，且其阻值受 vGS 控制。,（2）管压降vDS 很小。,用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。,条件：源端与漏端沟道都不夹断,12,恒流区：

3、(又称饱和区或放大区）,特点:(1)受控性： 输入电压vGS控制输出电流,(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。,条件:(1)源端沟道未夹断 (2)漏端沟道予夹断,用途:可做放大器和恒流源。,13,MOS管开关等效电路,当vI=vGSVGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变电阻区。MOS管导通内阻RON很小，D-S间相当于闭合的开关,vO0。,15,传输门输出特性,传输门（TG）的应用非常广泛，不仅可以作为基本单元电路构成各种逻辑电路，用于信号传输，而且在取样保持电路、斩波电路、模数和数模转换电路中传输模拟信号，因而又称为模拟开关。,16,CMOS传输门由一个P

4、沟道和一个N沟道增强型的MOSFET并联而成，如下图所示。,电路结构,逻辑符号,17,C和C是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为VDD和0V,那么当C=0时,只要输入信号的变化范围不超出0VDD,则,Vi=0VVDD VGS1=0V -VDD，T1始终截止； VGS2=VDD 0V， T2始终截止。,T1和T2同时截止，输入与输出之间呈高阻(109)，传输门截止。,18,当C端接+5V，C端接0时，Vi在0+3V的范围内，T1导通。Vi在0+3V的范围内，T2导通。由此可知，当Vi在0+5V之间变化时T1和T2至少一个是导通。VO=Vi，信号可以传输过来。,由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互换使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。,19,利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。,举例利用CMOS传输门和CMOS反相器构成异或门。,20,21,双向模拟开关 传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。这一点是无法用一般的逻辑门实现的。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和一个CMOS反向器组成的，如下图所示。和CMOS传输门一样，它也是双向器件。,22,假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开