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MOS场效应管的开关特性 MOS场效应管是数字电路最常用的器件,在合适的出入信号作用下,具有开关特性。 MOS场效应管开关特性分析: ⑴ MOS场效应管开关电路,如图示:
⑵ 左面是增强型 N 沟通 MOS,简称 NMOS,右面是增强型 P 沟通MOS,简称 PMOS,各接成反向器电路图。查看给定的电路元件和信号源的参数。 NMOS 的漏极(D)接在 +5V 的电源上,器件参数中设定它的阈值 Vth =+1.5V,当加在栅极(G)和源极(S)间的电压 VGS<Vth 时,管子截止,而当 VGS>Vth 时,管子导通;PMOS 的漏极接在 -5V 的电源上,器件参数中设定它的阈值 Vth =-1.5V,当 VGS>Vth 时,管子截止,而当 VGS<Vth 时,管子导通。为了使截止和导通两个状态界限分明,VGS与 Vth 的差别要比较大。 电路输出端的电容是下级电路对本级的作用的代表,MOS 管的输入电阻很大,一般可当做无穷大,其作用主要表现为电容性。 ⑶ 作MOS管的瞬态分析曲线,观察两种MOS管导通截止开关特性 ① 点击“仿真分析”选“瞬态分析” ② 参数输入窗口输入 终止时间2N(表示毫微秒) 时间步数200 观察节点号为1 4 7 10 ③ 从得到的曲线图上,观察到 NMOS 加入方波脉冲信号源(深蓝)时,反向输出(绿色),PMOS 加入方波脉冲信号源(浅蓝)时,反向输出(紫色)。 在本例中,NMOS 电路输入的低电平为 -1V,高电平为 4V,输入低电平时管子截止,输出端电压等于供电电源的值(+5V),输入高电平时管子导通,输出端的电压是导通电压,是接近于 0V 的正数;PMOS 电路输入的低电平为 -3V,高电平为 2V,输入低电平时管子导通,输出端的电压是导通电压,是接近于 0 的负数,输入高电平时管子截止,输出端电压等于供电电源的值(-5V)。 进一步看,不论哪种方式,输出波形都不是突变的方波,而是有过渡过程,这是由晶体管的电容效应造成。另外,晶体管在“截止”与“导通”之间的变化也是一个电阻渐变的过程。 表现晶体管输出电压随输入电压变化的关系常用“传输特性曲线”,做扫描分析,指定NMOS电路输入电压由0V变到此 5V,每步改变0.02V,看输出端的电压。从得到的曲线上可看到,有截然不同的两个状态(我们用它们来表示两种逻辑值),中间有一个渐变的过渡阶段,在那里状态是模糊的,逻辑值是不确定的。 以上几个例子看出,只含一个开关的电路只能体现逻辑函数的相等或相反逻辑关系,但它是组成逻辑电路的基本单元,几个开关的串联、并联或串并联,就可以体现与、或乃至更复杂的逻辑电路。
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