原创 MOS管的开关特性

 2009-4-24 10:53  2800 5 5 分类: 模拟

一、静态特性

MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压u_GS决定其工作状态。
图3.8(a)为由NMOS增强型管构成的开关电路。

                                       图3.8 NMOS管构成的开关电路及其等效电路

   工作特性如下：

    ※
u_GS＜开启电压U_T：MOS管工作在截止区，漏源电流i_DS基本为0，输出电压u_DS≈U_DD，MOS管处于"断开"状态，其等效电路如图3.8(b)所示。
    ※
u_GS＞开启电压U_T：MOS管工作在导通区，漏源电流i_DS=U_DD/(R_D+r_DS)。其中，r_DS为MOS管导通时的漏源电阻。输出电压U_DS=U_DD·r_DS/(R_D+r_DS),如果r_DS＜＜R_D，则u_DS≈0V，MOS管处于"接通"状态，其等效电路如图3.8(c)所示。

    二、动态特性

   MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程，但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间，而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。图3.9(a)和(b)分别给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图。

图3.9

NMOS管动态特性示意图
当输入电压u_i由高变低，MOS管由导通状态转换为截止状态时，电源U_DD通过R_D向杂散电容C_L充电，充电时间常数τ₁=R_DC_L。所以，输出电压u_o要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压u_i由低变高，MOS管由截止状态转换为导通状态时，杂散电容C_L上的电荷通过r_DS进行放电，其放电时间常数τ₂≈r_DSC_L。可见，输出电压U_o也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为r_DS比R_D小得多，所以，由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。

由于MOS管导通时的漏源电阻r_DS比晶体三极管的饱和电阻r_CES要大得多，漏极外接电阻R_D也比晶体管集电极电阻R_C大，所以，MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过，在CMOS电路中，由于充电电路和放电电路都是低阻电路，因此，其充、放电过程都比较快，从而使CMOS电路有较高的开关速度。