2022-2023学年高二物理竞赛课件：MOS管的开关特性

MOS管的开关特性 MOS管的开关特性 CMOS-IC中，以MOS管作为开关器件 一、MOS管的结构和工作原理 P N N G S D 金属铝 两个N区 SiO2绝缘层 P型衬底 导电沟道 ui t uo t +Vcc 0.3V TTL动态开关特性 BJT的开关时间：是指BJT管由截止到饱和导通 或者由饱和导通到截止所需要的时间。 延迟时间td—从+VB2加到集电极电流ic上升到0.1ICS所需要的时间； 上升时间tr—ic从0.1ICS到0.9ICS所需要的时间； 开通时间ton=td+tr 就是建立基区电荷时间 存储时间ts—从输入信号降到-VB1到ic降到0.9ICS 所需要的时间； 下降时间tf—ic从0.9ICS降到0.1ICS所需要的时间。 关闭时间toff=ts+tf就是存储电荷消散的时间 G S D N沟道增强型 源极 栅极 漏极 vGS=0时 P N N G S D vGS vDS iD=0 D、S间相当于两个背靠背的PN结 S D B 不论D、S间有无电压,均无法导通\导电 P N N G S D VDS VGS vGS>0时 vGS>VGS(th)后形成电场G—B,把衬底中的电子吸引到上表面，除复合外，剩余电子在上表面形成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） 源极与衬底接在一起 N沟道 vGS增大，iD增大 夹断区（截止区） 用途：断开状态的电子开关。 特点: D-S间电阻ROFF达千M欧以上 可变电阻区 特点:(1)当vGS 为定值,iD 是 vDS 的线性函数，管子的D-S间呈现为线性电阻，其阻值受 vGS 控制： vGS越大， D-S导通电阻越小。RON=5Ω～1KΩ （2）管压降vDS 很小。 用途：做压控线性电阻和闭合状态的电子开关。 问：如果希望开关在闭合时更“理想”？如何选取vGS？ 恒流区:(饱和区或放大区） 特点: (1)受控性： 输入电压vGS控制输出电流iD (2)恒流性：输出电流iD 不受输出电压vDS影响 用途:可做放大器和恒流源。 问：从特点(1)中能否看出特点(2) ？ 当vI>VGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变电阻区。RON很小，D-S间相当于闭合的开关,vO≈0。 RD的范围：RON << RD <<ROFF $