MOS开关与传输门特性分析

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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。
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，
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。
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假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟 开关的导通内阻为RTG。
当C=0时，开关截止，输出与输入之
间的联系被切断Vo=0。 当C=1时，开关接通，输出电压为：
Vo RL RLRTGVI
电压传输系数：KTGVVoI
RL
RL RTG
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谢谢观看！
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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。
vGS足够大时 （vGS>VGS(th)）， 形成电场G—B,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。
可以通过改变vGS的大小来控制iD的大小。
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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。
电路结构
逻辑符号
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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0~VDD,则
Vi=0V～VDD 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。
的开关,vO≈0。
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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。
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CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道 增强型的MOSFET并联而成，如下图所示。
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漏极
D
栅极
G
S N沟道增强型
源极
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MOS管的结构和工作原理
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vGS=0时
vGS vDS iD=0
S GD
N
N
D、S间 相当于两 个背靠背 的PN结
P
不论D、S间有无电压，均无法导通，不能 导电。
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vGS>0时
源极与 衬底接 在一起
VGS VDS S GD
N
N
P N沟道
VGS(th)称为阈值电压(开启电压）
用途:可做放大器和恒流源。
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MOS管开关等效电路
当vI=vGS<VGS(th)时，MOS管工作在截止区。漏极 和源极之间的内阻非常大，D-S间相当于断开的开关，
vO≈vDD.
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当vI>VGS(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
MOS开关与传输门特性分析
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单开关电路
号输 入 信
号输 出 信
MOS（Mental–Oxide–Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管
MOS管的四种基本类型
D
D
G
S N沟道增强型
G
S
N 沟道耗尽型
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D
G S
P 沟道增强型
D
G S
P 沟道耗尽型
在数字电路中，多采用增强型。
输出特性曲线 （漏极特性曲线）
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夹断区（截止区）
条件：整个沟道都夹断， 源极和漏极之间没有导通 沟道。
vGSvGS(th)
特点： iD 0
用途：做无触点的、断开状态的电子开关。
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可变电阻区
条件：源端与漏端沟 道都不夹断
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。
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恒流区： (又称饱和区或放大区）
条件:(1)源端沟道未夹断 (2)漏端沟道予夹断
特点:(1)受控性： 输入电压
vGS控制输出电流
I DS
2
i I D
vGS DSVGS(th)
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(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。