FPGA之道(5)MOS管簡介

2021-10-02 16:26:00 字數 1141 閱讀 3528

積體電路的閘電路基本都是由mos管實現的,相比於電晶體,mos管應用更加廣泛,mos管在模擬電路以及數位電路中應用的區域也不同,下面一一介紹。

注:本文摘自於《fpga之道》

與三極體類似,mos管也具有三個電極,雖然名稱不同,但是使用方式類似,按照對應關係,分別為 源極(符號s,功能類似三極體發射極)、柵極(符號g,功能類似三極體基極)、漏極(符號d,功能類似三極體集電極)。不過與三極體不同的是,mos管是基於金屬-氧化物工藝的,能夠做到更小和高度整合化,且mos管是壓控器件,即通過柵極的電壓控制漏源之間的電流,而不像三極體是通過基極的電流控制發射極、基極之間的電流。除此以外,對於mos管來說,漏、源兩極其實沒有什麼本質區別,不像三極體,發射極和集電極的參雜濃度是有很大不同的。

mos管按照漏源區的半導體特性,也可分為nmos和pmos,並且又可進一步分為增強型和耗盡型兩類。如下即為乙個增強型nmos的結構和符號:

當柵源之間的電壓ugs < vt時,源漏之間的電流ids = 0,因此稱此時管子處於截止狀態,且vt稱為增強型mos管的開啟電壓。

當柵源之間的電壓ugs > vt時,源漏之間開始出現電流,此時,若源漏之間電壓uds < (ugs - vt),那麼ids將隨著uds的增加而快速上公升,由於ids可隨著uds變化,因此稱此時管子處於非飽和狀態。非飽和狀態時,mos管等效為乙個阻值較小的電阻,且從上圖可以看出,該電阻的阻值與ugs相關,即受ugs控制,所以有時也稱之為可變電阻狀態,與三極體的飽和狀態功能類似。

當柵源之間的電壓ugs > vt,且uds ≥ (ugs - vt)時,uds的變化對ids的影響將會比較小,所以ids將達到飽和,不再增加,因此稱此時管子處於飽和狀態。飽和狀態時,ids直接和ugs相關,這便是壓控電流的原理,所以,為了和三極體對應起來,有時我們也稱mos管的飽和狀態為放大狀態。

在模擬電路中,我們主要關注mos管的飽和狀態(也稱放大狀態),但如果用於數位電路,則主要關注mos的非飽和狀態與截止狀態。如果能夠想辦法讓mos管主要工作於非飽和狀態或截止狀態,那麼mos管將呈現出導通或者截止特性,並可以據此傳遞數字電訊號。

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