【导读】理想的模拟开关不存在导通电阻，具有无穷大的关断阻抗和零延时，可以处理大信号和共模电压。实际使用MOS晶体管构建的模拟开关并不符合这些要求，但是如果我们了解模拟开关的局限性，多数也是可以克服的。导通电阻是其中一项局限因素，本实验活动将尝试表征此开关规格。
本练习的目的是探讨将互补型MOS晶体管用作模拟电压开关。
概念
理想的模拟开关不存在导通电阻，具有无穷大的关断阻抗和零延时，可以处理大信号和共模电压。实际使用MOS晶体管构建的模拟开关并不符合这些要求，但是如果我们了解模拟开关的局限性，多数也是可以克服的。导通电阻是其中一项局限因素，本实验活动将尝试表征此开关规格。
材料
● ADALM2000 主动学习模块
● 无焊面包板
● 跳线
● 一个CD4007 CMOS晶体管阵列
● 两个NPN晶体管（2N3904或等效器件）
● 一个4.7 kΩ电阻
图1.CD4007 CMOS晶体管阵列引脚排列。
NMOS说明
构建图2所示的测试电路。蓝色框表示与ADALM2000上的连接器相连。NMOS和PMOS器件M1及M2均包含在CD4007封装阵列中。所有未使用的引脚可浮空。要测量MOS晶体管的导通电阻(RON)，我们首先需要让已知电流流经电阻，然后测量电阻两端的电压。两个NPN器件Q1和Q2以及电阻R1将构成电流源，输出电流约为1 mA。此电流的确切大小并不重要，因为源极/漏极上的电压在正负电源范围内变动，我们主要关注MOS器件的RON变化。
在第一个测试中，只有NMOS器件M1导通，PMOS器件M2关断。
图2.NMOS RON测试电路。
硬件设置
将图2所示电路连接到面包板。
图3.NMOS RON测试电路面包板连接。
程序步骤
将波形发生器1配置为生成具有9 V峰峰值幅度和500 mV失调的100 Hz三角波。这将使NMOS开关晶体管具有+5 V至-4 V的电压摆幅。考虑到NPN电流源Q2，电压摆幅范围不能到-5 V。确保先打开外部用户电源（Vp和Vn），然后运行波形发生器。在XY模式下配置示波器界面，X轴上为通道1，Y轴上为通道2（开关上的电压）。使用数学函数计算电阻(C2 / 1 mA)。注意：可通过测量R1两端的电压及其实际电阻来获取更精确的电流源估算值。
配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用Scopy的XY波形示例如图4所示。
图4.NMOS RON XY迹线。 XY trace.
PMOS说明
现在，将M1和M2的栅极均连接到负电源Vn，将电路修改为如图5所示。在第二个测试中，只有PMOS器件M2导通，NMOS器件M1关断。
图5.PMOS RON测试电路。
硬件设置
将图5所示电路连接到面包板。
图6.PMOS RON测试电路面包板连接。
程序步骤
重复前面部分中的电压扫描，并且仅绘制PMOS晶体管的导通电阻变化图。
配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用Scopy的XY波形示例如图7所示。
图7.PMOS RON XY迹线。
CMOS说明
现在，将M1的栅极连接到正电源Vp，将M2的栅极连接到负电源Vn，将电路修改为如图8所示。在最后一个测试中，NMOS器件M1和PMOS器件M2均导通。
图8.CMOS RON测试电路。
硬件设置
将图8所示电路连接到面包板。
图9.CMOS RON测试电路面包板连接。
程序步骤
重复前面部分中的电压扫描，并绘制NMOS和PMOS晶体管组合的导通电阻变化图。
配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用Scopy的XY波形示例如图10所示。
图10.CMOS RON XY迹线。
问题：
● 对于图2中的电路，NMOS器件关断时的电压为多少？
● 对于图2中的电路，当NMOS晶体管关断时，漏源电压会怎样？
● 对于图5中的电路，PMOS器件关断时的电压为多少？
● 对于图5中的电路，当PMOS晶体管关断时，源漏电压会怎样？
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来源：ADI
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