MOS管的开关特性

MOS管得开关特性
MOS管最显著得特点也就是具有放大能力。

不过它就是通过栅极电压uGS控制其工作状态得,就是一种具有放大特性得由电压uＧS控制得开关元件。

一、静态特性
（一) 结构示意图、符号、漏极特性与转移特性
1．结构示意图与符号
从图２、１、１2（a）所示结构示意图中可以瞧出,MOＳ管就是由金属-氧化物－半导体
（Mｅｔal—Oｘ-idｅ—Semｉcｏnductor）构成得。

在P型衬底上,利用光刻、扩散等方法，制作出两个N+型区,并引出电极，分别叫做源极S与漏极D，同时在源极与漏极之间得二氧化硅SiO２绝缘层上,制作一个金属电极栅极G,这样得到得便就是Ｎ沟道MOＳ管。

2．漏极特性
反映漏极电流iD与漏极－源极间电压ｕＤS之间关系得曲线族叫做漏极特性曲线，
简称为漏极特性,也就就是表示函数iD=f(ｕＤS）｜uＧS
得几何图形，如图２、1、13（ａ）所示。

当uGS为零或很小时,由于漏极D与源极S之间就是两个背靠背得PN结,即使在漏极加上正电压(ｕDＳ>0V)，MＯＳ管中也不会有电流，也即管子处在截止状态。

当uGS大于开启电压UTN时，ＭOS管就导通了。

因为在UＧS＝UTN(图2、1、１3中UTN＝2V)时，栅极与衬底之间产生得电场已增加到足够强得程度，把P型衬底中得电子吸引到交界面处，形成得N型层—-反型层,把两个N＋区连接起来，也即沟通了漏极与源极。

所以，称此管为N沟道增强型ＭOS管。

可变电阻区：当uＧＳ＞UTＮ后,在uDS比较小时，ｉD与ｕＤS成近似线性关系,因此可把漏极与源极之间瞧成就是一个可由ｕGS进行控制得电阻，uGS越大，曲线越陡，等效电阻越小,如图2、１、1３(a)所示。

恒流区（饱与区)：当ｕGS>UTN后,在uＤS比较大时，iD仅决定于uGS（饱与),而与uDS几乎无关,特性曲线近似水平线,D、S之间可以瞧成为一个受uＧS控制得电流源。

在数字电路中，MOＳ管不就是工作在截止区,就就是工作在可变电阻区，恒流区只就是一种瞬间即逝得过度状态.
3。

转移特性
反映漏极电流iＤ与栅源电压uGS关系得曲线叫做转移特性曲线，简称为转移特性，
也就就是表示函数iD＝ｆ(ｕGS)|uDS
得几何图形，如图2、1、13(b ）所示.
当uGS〈ＵTN时,MＯS管就是截止得。

当uGS>UTN之后，只要在恒流区，转移特性曲线基本上就是重合在一起得。

曲线越陡,表示uGS对iD得控制作用越强,也即放大作用越强,且常用转移特性曲线得斜率跨导gm来表示，即
４. P沟道增强型MOS管
上面讲得就是N沟道增强型ＭOＳ管。

对于P沟道增强型MＯS管，无论就是结构、符
号,还就是特性曲线，与Ｎ沟道增强型ＭOＳ管都有着明显得对偶关系。

其衬底就是N型硅,漏极与源极就是两个P+区,而且它得ｕGS、ｕＤS极性都就是负得，开启电压ＵTP也就是负值.P沟道增强型MOS管得结构、符号、漏极特性与转移特性如图2、1、１4所示.
（二) MＯS管得开关作用
１。

开关应用举例
如图２、1、15所示,就是一个最简单得ＭOＳ管开关电路，输入电压就是u1，输
出电压就是ｕO.当u１较小时,ＭOS管就是截止得，ｕO=UOH=VDD；当u１较大时，ＭＯＳ管就是导通得, ,由于RON<<RD，所以输出为低电平,即uO=UOL。

2．静态开关特性
（1) 截止条件与截止时得特点
① 截止条件：当ＭＯＳ管栅源电压uＧS小于其开启电压ＵＴN时,
将处于截止状态，因为漏极与源极之间还未形成导电沟道,其等效电路如图２、１、1５(b）所示。

②截止时得特点：iD=0,ＭＯＳ管如同一个断开了得开关。

（2）导通条件与导通时得特点
① 导通条件:当uFS大于ＵTＮ时，ＭＯS管将工作在导通状态。

在数字电路中，ＭＯＳ管导通时,一般都工作在可变电阻区,其导通电阻ＲON只有几百欧姆，较小。

②导通时得特点：ＭOS管导通之后，如同一个具有一定导通电阻
ＲON闭合了得开关，起等效电路如图２、1、15（c)所示。

二、动态特性
(一) ＭOＳ管极间电容
MOS管三个电极之间，均有电容存在,它们分别就是栅源电容ＣＧS、栅漏电容C ＧD与漏源电容CDS。

ＣＧS、CGＤ一般为1~３pF,CDS约为０、１~1ｐF。

在数字电路中，MOＳ管得动态特性,即开关速度就是搜这些电容充、放电过程制约得。

（二) 开关时间
１. uI与iD得波形
在图2、１、1５(a)所示ＭＯS管开关电路中，当u1为矩形波时，相应ｉＤ得
波形如图２、1、１6所示。

２. 开通时间ton
当ｕ1由UIL＝0V跳变到ＵIＨ=ＶDD时，MＯS管需要经过导通延迟
时td1与上升时间ｔr之后，才能由截止状态转换到导通状态。

开通时间
ton＝td１＋tr
３。

关断时间toff
当ｕ1由ＵIH=ＶDＤ跳变到ＵIＬ=０Ｖ时，MOＳ管经过关断延迟时间
td2与下降时间tｆ之后，才能由导通状态转换到截止状态。

关断时间
tｏff=td2＋tｆ
需要特别说明，ＭＯＳ管电容上电压不能突变，就是造成ｉD（uO)滞后ｕ1
变化得主要原因.而且,由于ＭＯＳ管得导通电阻比半导体三极管得饱与导通电
阻要大得多，RD也比RC大，所以它得开通与关断时间,也比晶体管长,也即其动态特性较差。

不过,在CMOS电路中，由于充电电路与放电电路都就是低阻电路,因此，其充、放电过程都比较快，从而使CMＯS电路有较高得开关速度。