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ADALM2000實驗:CMOS模擬開關

發布時間:2022-02-17 來源:ADI 責任編輯:wenwei

【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晶體管構建的模擬開關并不符合這些要求,但是如果我們了解模擬開關的局限性,多數也是可以克服的。導通電阻是其中一項局限因素,本實驗活動將嘗試表征此開關規格。


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晶體管構建的模擬開關并不符合這些要求,但是如果我們了解模擬開關的局限性,多數也是可以克服的。導通電阻是其中一項局限因素,本實驗活動將嘗試表征此開關規格。


材料


●    ADALM2000 主動學習模塊

●    無焊面包板

●    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 k?電阻


11.png

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,然后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。此電流的確切大小并不重要,因為源極/漏極上的電壓在正負電源范圍內變動,我們主要關注MOS器件的RON變化。


在第一個測試中,只有NMOS器件M1導通,PMOS器件M2關斷。


12.png

圖2.NMOS RON測試電路。


硬件設置


將圖2所示電路連接到面包板。


13.jpg

圖3.NMOS RON測試電路面包板連接。


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,電壓擺幅范圍不能到-5 V。確保先打開外部用戶電源(Vp和Vn),然后運行波形發生器。在XY模式下配置示波器界面,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。


14.jpg

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,只有PMOS器件M2導通,NMOS器件M1關斷。


15.png

圖5.PMOS RON測試電路。


硬件設置


將圖5所示電路連接到面包板。


16.jpg

圖6.PMOS RON測試電路面包板連接。


程序步驟


重復前面部分中的電壓掃描,并且僅繪制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。


17.jpg

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。在最后一個測試中,NMOS器件M1和PMOS器件M2均導通。


18.png

圖8.CMOS RON測試電路。


硬件設置


將圖8所示電路連接到面包板。


19.jpg

圖9.CMOS RON測試電路面包板連接。


程序步驟


重復前面部分中的電壓掃描,并繪制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。


20.jpg

圖10.CMOS RON XY跡線。


問題:


●    對于圖2中的電路,NMOS器件關斷時的電壓為多少?

●    對于圖2中的電路,當NMOS晶體管關斷時,漏源電壓會怎樣?

●    對于圖5中的電路,PMOS器件關斷時的電壓為多少?

●    對于圖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



免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


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