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MOS模擬開(kāi)關(guān)及其應(yīng)用|干貨分享-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2020-12-22 

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MOS模擬開(kāi)關(guān)及其應(yīng)用|干貨分享-KIA MOS管


CMOS模擬開(kāi)關(guān)及其應(yīng)用

CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)集成電路具有微功耗、使用電源電壓范圍寬和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其發(fā)展日新月異,應(yīng)用范圍十分廣泛。下面就MOS場(chǎng)效應(yīng)管及CMOS模擬開(kāi)關(guān)作一介紹。


MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)三極管是通過(guò)光刻或擴(kuò)散的方法,在P型基片(襯底)上制作兩個(gè)N型區(qū),在N型區(qū)上通過(guò)鋁層引出兩個(gè)電極,即源極(S)和漏極(D)。


漏源兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)之間的硅表面上生成一層絕緣的氧化膜(二氧化硅),在氧化膜上也制作一個(gè)鋁電極,即為柵極(G), 兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)和P型襯底分別構(gòu)成PN結(jié)。


如果把源極和襯底相連接,并在柵源極間加正電壓UGS,就會(huì)在襯底表面形成一個(gè)導(dǎo)電的反型層,它把漏源兩個(gè)N擴(kuò)散區(qū)連接起來(lái),成為可以導(dǎo)電的溝道,見(jiàn)圖1 (a)。


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


若在漏源之間也加正電壓UDs,則源極與漏極之間將有漏電流ID流通,且ID隨UDps的增加而增大。我們把開(kāi)始有漏電流產(chǎn)生時(shí)的電壓叫做開(kāi)啟電壓UT,把在P型襯底上形成的導(dǎo)電反型層的場(chǎng)效應(yīng)管叫做N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。


其符號(hào)見(jiàn)圖1(b)。 MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性曲線(xiàn)及漏極電流ID隨柵極電壓UGs變化的特性曲線(xiàn)如圖2所示。


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


CMOS模擬開(kāi)關(guān)集成電路及應(yīng)用


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


圖6是一種改進(jìn)了的CMOS開(kāi)關(guān)電路

圖7所示是一個(gè)具有四個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)的CMOS集成電路。


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


其中每一個(gè)開(kāi)關(guān)都是由圖6所示的電路組成的。圖中的引出腳①、②相當(dāng)于圖6中的A、B兩點(diǎn),引出腳③相當(dāng)于圖6中的開(kāi)關(guān)S1。


在實(shí)際使用中并沒(méi)有開(kāi)關(guān)S1,而是加上一個(gè)幅度相當(dāng)于電源(+U)的正脈沖。當(dāng)未加正脈沖時(shí),相當(dāng)于S1接地(低電位)。開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)正脈沖到來(lái)時(shí),相當(dāng)于S1接正電壓(高電位),開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。我們稱(chēng)圖中的引出腳1和2;3和4;8和9;10和11組成四個(gè)CMOS模擬開(kāi)關(guān)。


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


MOS模擬開(kāi)關(guān),場(chǎng)效應(yīng)管


它們之間的串音很小,其隔控制數(shù)字化電路。其中的IC是一個(gè)線(xiàn)性放大CMOS開(kāi)關(guān),用來(lái)控制反饋電阻R1、R2、R3及R4是否接入電路。由于控制輸入端是低電位時(shí),CMOS開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),故線(xiàn)性放大器的反饋電阻未能接上。


只在控制端為高電位時(shí),因CMOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通而接通反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。如果在控制輸入端輸入不同的低電位和高電位信號(hào),就可使反饋電阻因不同組合而得到改變。


使用CMOS開(kāi)關(guān)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

(1) CMOS開(kāi)關(guān)與其他CMOS集成電路一樣,由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管襯底上的氧化層特別薄,故容易被一定強(qiáng)度的靜電荷所擊穿。因此在使用時(shí)要采取一定的防靜電措施,決不能在通電的情況下接插集成電路,否則電路將被損壞。


(2)通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流,在使用不同電源電壓時(shí)有所不同。在正常情況下,工作電壓為3伏到15伏,電流不超過(guò)25亳安或15毫安,不可強(qiáng)行使開(kāi)關(guān)通過(guò)更大的電流,否則會(huì)影響電路性能以致燒毀開(kāi)關(guān)電路。


(3)不要把控制引出腳懸空。記住CMOS電路設(shè)計(jì)必須遵循的規(guī)則,所有的輸入端一定要和相關(guān)的地方連接好。


由于控制引出腳在集成電路的內(nèi)部是與反相器相連的,如果將控制引出腳懸空,使CMOS開(kāi)關(guān)處于不穩(wěn)定狀態(tài),反相器很可能將MOS場(chǎng)效應(yīng)管偏置到線(xiàn)性工作區(qū)。這也有可能使電流劇增而燒環(huán)集成電路或其他有關(guān)電路。


(4)必須限制輸入電壓,使輸入電壓的變化范圍不超過(guò)電源電壓的最大值或低于地。由于CMOS集成電路能夠安全工作的電壓可到15伏,一般來(lái)說(shuō)不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。在必要的時(shí)候可以先減小輸入信號(hào),通過(guò)開(kāi)關(guān)后再增大信號(hào)。


CMOS模擬開(kāi)關(guān)集成電路的種類(lèi)很多,用途十分廣泛,只要掌握了基本原理、性能,必將給我們的工作帶來(lái)極大的方便。





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