MOS模擬開關(guān)及其應(yīng)用|干貨分享-KIA MOS管

CMOS模擬開關(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場效應(yīng)管及CMOS模擬開關(guān)作一介紹。

MOS場效應(yīng)管的工作原理

金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)三極管是通過光刻或擴(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，成為可以導(dǎo)電的溝道，見圖1 (a)。

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。我們把開始有漏電流產(chǎn)生時(shí)的電壓叫做開啟電壓UT,把在P型襯底上形成的導(dǎo)電反型層的場效應(yīng)管叫做N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管。

其符號見圖1(b)。 MOS場效應(yīng)管的漏極特性曲線及漏極電流ID隨柵極電壓UGs變化的特性曲線如圖2所示。

CMOS模擬開關(guān)集成電路及應(yīng)用

圖6是一種改進(jìn)了的CMOS開關(guān)電路

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

其中每一個(gè)開關(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中的開關(guān)S1。

在實(shí)際使用中并沒有開關(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)。開關(guān)處于斷開狀態(tài)。當(dāng)正脈沖到來時(shí)，相當(dāng)于S1接正電壓(高電位)，開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。我們稱圖中的引出腳1和2；3和4；8和9；10和11組成四個(gè)CMOS模擬開關(guān)。

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)線性放大CMOS開關(guān)，用來控制反饋電阻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開關(guān)處于斷開狀態(tài)，故線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，就可使反饋電阻因不同組合而得到改變。

使用CMOS開關(guān)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

(1) CMOS開關(guān)與其他CMOS集成電路一樣，由于MOS場效應(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)通過開關(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25亳安或15毫安,不可強(qiáng)行使開關(guān)通過更大的電流，否則會影響電路性能以致燒毀開關(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開關(guān)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，反相器很可能將MOS場效應(yīng)管偏置到線性工作區(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，一般來說不會出現(xiàn)什么問題。在必要的時(shí)候可以先減小輸入信號，通過開關(guān)后再增大信號。

CMOS模擬開關(guān)集成電路的種類很多，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極大的方便。

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