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(共12张PPT)
MOS开关及其等效电路
1 高、低电平产生的原理
当S闭合， O=
当S断开， O=
0 V
+5 V
(低电平)
(高电平)
理想的开关应具有两个工作状态：
接通状态：
要求阻抗越小越好，相当于短路。
断开状态：
要求阻抗越大越好，相当于开路。
MOS开关及其等效电路
0
1
1
1
0
电流方向
拉电流
IIH
IOH
…
1
n个
= nIIH
(b)带拉电流负载
IIH
如NOH= NOL则取两者的最小值为门的扇出系数
电路类型 电源电压/V 传输延迟时间/ns 静态功耗/mW 功耗－延迟积/mW-ns 直流噪声容限 输出逻辑摆幅/V
VNL/V VNH/V TTL CT54/74 ＋5 10 15 150 1.2 2.2 3.5
CT54LS/74LS ＋5 7.5 2 15 0.4 0.5 3.5
HTL ＋15 85 30 2550 7 7.5 13
ECL CE10K系列 －5.2 2 25 50 0.155 0.125 0.8
CE100K系列 －4.5 0.75 40 30 0.135 0.130 0.8
CMOS VDD=5V ＋5 45 5×10－3 225 ×10－3 2.2 3.4 5
VDD=15V ＋15 12 15×10－3 180 ×10－3 6.5 9.0 15
高速CMOS ＋5 8 1×10－3 8 ×10－3 1.0 1.5 5
　　各类数字集成电路主要性能参数的比较
i
D
/mA
O
v
DS
/ V
V
GS1
V
GS2
V
GS3
V
GS4
饱和区
可变电阻区
截止区
2.产生的高、低电平半导体器件
v
O
R
d
V
DD
v
I
工作在可变电阻区:输出低电平
工作在截止区:输出高电平
工作在截止区:输出高电平
工作在饱和区:输出低电平
场效应三极管
　　利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
场效应管分类
结型场效应管
绝缘栅场效应管
场效应管特点
只有一种载流子参与导电；
输入电阻高；
工艺简单、易集成、功耗小、体积小、
成本低。
　绝缘栅型场效应管
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。
特点：输入电阻可达 109 以上。
类型
N 沟道
P 沟道
增强型
耗尽型
增强型
耗尽型
耗尽型场效应管:VGS = 0时漏源间存在导电沟道的MOS管
增强型场效应管:VGS = 0时漏源间不存在导电沟道的MOS管
N 沟道增强型 MOS 场效应管
1. 结构
P 型衬底
N+
N+
G
S
D
SiO2
源极
漏极
栅极
D
S
G
N 型衬底
P+
P+
G
S
D
SiO2
源极
漏极
栅极
P 沟道增强型 MOS 场效应管
D
G
S
2. 工作原理
绝缘栅场效应管利用 VGS 来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流 ID。
(1)VGS = 0
漏源之间相当于两个背靠背的 PN 结，无论漏源之间加何种极性电压， ID = 0
S
D
D
S
G
(2) VDS = 0，0 < VGS < VT
P 型衬底
N+
N+
G
S
D
P 型衬底中的电子被吸引靠近 SiO2 与空穴复合，产生由负离子组成的耗尽层。增大 VGS 耗尽层变宽。
VGS
-
-
-
-
-
-
-
-
-
(3) VDS = 0，VGS ≥ VT
　　由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和 SiO2 之间形成N 型导电沟道(反型层)
-
-
-
N 型沟道
VTN 为开始形成反型层所需的 VGS，称开启电压。
沟道宽度
VGS
RDS
(4) VDS 对导电沟道的影响 (VGS > VT)
　　导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流 ID 。
b. VDS增加,当 VGD = VT
　　靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。
c. VDS 继续增加
　　由于夹断区的沟道电阻很大，VDS 逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。
a. VDS =V
P 型衬底
N+
N+
B
G
S
D
VGG
VDD
P 型衬底
N+
N+
B
G
S
D
VGG
VDD
P 型衬底
N+
N+
G
S
D
VGS
VDD
夹断区

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