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场效应管的开关说明

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【摘要】:
单一MOSFET开关  当NMOS用来做开关时,其基极接地,栅极为控制开关的端点。当栅极电压减去源极电压超过其导通的临界电压时,此开关的状态为导通。栅极电压继续升高,则NMOS能通过的电流就更大。NMOS做开关时操作在线性区,因为源极与漏极的电压在开关为导通时会趋向一致。  PMOS做开关时,其基极接至电路里电位最高的地方,通常是电源。栅极的电压比源极低、超过其临界电压时,PMOS开关会打开。  

单一MOSFET开关

  当NMOS用来做开关时,其基极接地,栅极为控制开关的端点。当栅极电压减去源极电压超过其导通的临界电压时,此开关的状态为导通。栅极电压继续升高,则NMOS能通过的电流就更大。NMOS做开关时操作在线性区,因为源极与漏极的电压在开关为导通时会趋向一致。

  PMOS做开关时,其基极接至电路里电位最高的地方,通常是电源。栅极的电压比源极低、超过其临界电压时,PMOS开关会打开。

  NMOS开关能容许通过的电压上限为(Vgate-Vthn),而PMOS开关则为(Vgate+Vthp),这个值通常不是讯号原本的电压振幅,也就是说单一MOSFET开关会有让讯号振幅变小、讯号失真的缺点。

 

双重MOSFET(CMOS)开关

  为了改善前述单一MOSFET开关造成讯号失真的缺点,于是使用一个PMOS加上一个NMOS的CMOS开关成为目前最普遍的做法。CMOS开关将PMOS与NMOS的源极与漏极分别连接在一起,而基极的接法则和NMOS与PMOS的传统接法相同。当输入电压在(VDD-Vthn)和(VSS+Vthp)时,PMOS与NMOS都导通,而输入小于(VSS+Vthp)时,只有NMOS导通,输入大于(VDD-Vthn)时只有PMOS导通。这样做的好处是在大部分的输入电压下,PMOS与NMOS皆同时导通,如果任一边的导通电阻上升,则另一边的导通电阻就会下降,所以开关的电阻几乎可以保持定值,减少讯号失真。

 

以MOSFET实现类比开关

  MOSFET在导通时的通道电阻低,而截止时的电阻近乎无限大,所以适合作为类比讯号的开关(讯号的能量不会因为开关的电阻而损失太多)。MOSFET作为开关时,其源极与漏极的分别和其他的应用是不太相同的,因为讯号可以从MOSFET栅极以外的任一端进出。对NMOS开关而言,电压最负的一端就是源极,PMOS则正好相反,电压最正的一端是源极。MOSFET开关能传输的讯号会受到其栅极-源极、栅极-漏极,以及漏极到源极的电压限制,如果超过了电压的上限可能会导致MOSFET烧毁。

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