【導讀】理想的模擬開關不存在導通電阻，具有無窮大的關斷阻抗和零延時，可以處理大信號和共模電壓。實際使用MOS晶(jing)體(ti)管(guan)構(gou)建(jian)的(de)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)並(bing)不(bu)符(fu)合(he)這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)我(wo)們(men)了(le)解(jie)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，多(duo)數(shu)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)的(de)。導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)是(shi)其(qi)中(zhong)一(yi)項(xiang)局(ju)限(xian)因(yin)素(su)，本(ben)實(shi)驗(yan)活(huo)動(dong)將(jiang)嚐(chang)試(shi)表(biao)征(zheng)此(ci)開(kai)關(guan)規(gui)格(ge)。

本練習的目的是探討將互補型MOS晶體管用作模擬電壓開關。

概念

理想的模擬開關不存在導通電阻
，具有無窮大的關斷阻抗和零延時，可以處理大信號和共模電壓。實際使用MOS晶(jing)體(ti)管(guan)構(gou)建(jian)的(de)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)並(bing)不(bu)符(fu)合(he)這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)我(wo)們(men)了(le)解(jie)模(mo)擬(ni)開(kai)關(guan)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)
，多(duo)數(shu)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)的(de)。導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)是(shi)其(qi)中(zhong)一(yi)項(xiang)局(ju)限(xian)因(yin)素(su)
，本(ben)實(shi)驗(yan)活(huo)動(dong)將(jiang)嚐(chang)試(shi)表(biao)征(zheng)此(ci)開(kai)關(guan)規(gui)格(ge)。

材料

●    ADALM2000 主動學習模塊

●    無焊麵包板

●    跳線

●    一個CD4007 CMOS晶體管陣列

●    兩個NPN晶體管（2N3904或等效器件）

●    一個4.7 kΩ電阻

圖1.CD4007 CMOS晶體管陣列引腳排列。

NMOS說明

構建圖2所示的測試電路。藍色框表示與ADALM2000上的連接器相連。NMOS和PMOS器件M1及M2均包含在CD4007封裝陣列中。所有未使用的引腳可浮空。要測量MOS晶體管的導通電阻(RON)

，我們首先需要讓已知電流流經電阻，然後測量電阻兩端的電壓。兩個NPN器件Q1和Q2以及電阻R1將構成電流源，輸出電流約為1 mA。此電流的確切大小並不重要，因為源極/漏極上的電壓在正負電源範圍內變動
，我們主要關注MOS器件的RON變化。

在第一個測試中，隻有NMOS器件M1導通，PMOS器件M2關斷。

圖2.NMOS RON測試電路。

硬件設置

將圖2所示電路連接到麵包板。

圖3.NMOS RON測試電路麵包板連接。

程序步驟

將波形發生器1配置為生成具有9 V峰峰值幅度和500 mV失調的100 Hz三角波。這將使NMOS開關晶體管具有+5 V至-4 V的電壓擺幅。考慮到NPN電流源Q2
，電壓擺幅範圍不能到-5 V。確保先打開外部用戶電源（Vp和Vn）
，然後運行波形發生器。在XY模式下配置示波器界麵，X軸上為通道1，Y軸上為通道2（開關上的電壓）。使用數學函數計算電阻(C2 / 1 mA)。注意：可通過測量R1兩端的電壓及其實際電阻來獲取更精確的電流源估算值。

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用Scopy的XY波形示例如圖4所示。

圖4.NMOS RON XY跡線。 XY trace.

PMOS說明

現在，將M1和M2的柵極均連接到負電源Vn，將電路修改為如圖5所示。在第二個測試中，隻有PMOS器件M2導通，NMOS器件M1關斷。

圖5.PMOS RON測試電路。

硬件設置

將圖5所示電路連接到麵包板。

圖6.PMOS RON測試電路麵包板連接。

程序步驟

重複前麵部分中的電壓掃描，並且僅繪製PMOS晶體管的導通電阻變化圖。

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用Scopy的XY波形示例如圖7所示。

圖7.PMOS RON XY跡線。

CMOS說明

現在，將M1的柵極連接到正電源Vp，將M2的柵極連接到負電源Vn，將電路修改為如圖8所示。在最後一個測試中，NMOS器件M1和PMOS器件M2均導通。

圖8.CMOS RON測試電路。

硬件設置

將圖8所示電路連接到麵包板。

圖9.CMOS RON測試電路麵包板連接。

程序步驟

重複前麵部分中的電壓掃描，並繪製NMOS和PMOS晶體管組合的導通電阻變化圖。

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用Scopy的XY波形示例如圖10所示。

圖10.CMOS RON XY跡線。

問題：

●    對於圖2中的電路，NMOS器件關斷時的電壓為多少？

●    對於圖2中的電路，當NMOS晶體管關斷時，漏源電壓會怎樣？

●    對於圖5中的電路，PMOS器件關斷時的電壓為多少？

●    對於圖5中的電路，當PMOS晶體管關斷時，源漏電壓會怎樣？

您可以在 學子專區 博客上找到問題答案。

來源：ADI

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