传输门（TG)的原理解剖

leonxu

  在张飞老师的第八部电机控制视频里用到了CD4051根据输入进来的霍尔信号进行管脚选通从而达到控制对应MOS的开通，这篇文章讲解的就是CD4051里面的重要组成部分传输门(TG)的工作原理。

  传输门（TG）的应用比较广泛，不仅可以作为基本单元电路构成各种逻辑电路，用于数字信号的传输，而且在取样-保持电路，斩波电路，模数和数模转换等电路中传输模拟信号，它最大的特色是能对信号进行双向传输，因而也可以成为模拟开关。

   

CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOS并联而成（图a），正是这样才构成了一个美妙简洁的对称的电路，它们的漏极和源极是可以互换的，因而传输门的输入和输出端可以互换使用，即为双向器件（寄生体二极管可以认为被摘除了）。设它们的开启电压|VT|=2V,C和!C是一对互补的控制信号。

  传输门的工作原理如下：当C=0V,!C=+5V时，输入信号Vi的取值范围在0~+5V范围内，TN和TP同时截止，输入和输出之间呈高祖态，传输门是断开的。

  当C端接+5V,!C端接0V时，Vi在0~+3V的范围内，TN导通。Vi在+2V~+5V的范围内，Tp导通。由此可知，当Vi在0~+5V之间变化时，使得两管的栅源电压Vgs均发生变化。而MOS管漏源间的等效电阻式Vgs的函数，因此，两管的漏源间的等效电阻随输入电压的变化而变化。一管导通的程度越深，另一个管的导通程度则相应地减小。也就是当一管的等效电阻减小，则另一管的等效电阻就增加。由于互补作用的两管并联在一起，使传输门导通电阻的变化相对各单管等效电阻的变化小得多，这是传输门的优点。导通电阻与输出端的负载构成分压，输出电压是两者对输入电压分压产生的。因此，导通电阻的稳定可以使输出电压随输入电压的变化成线性关系。

  在正常工作时，模拟开关的导通电阻值约为数百欧以下，当它与输入阻抗为兆欧级的运放或者其他高阻抗电路串联时，可以忽略不计。

CMOS传输门除了作为传输模拟信号的开关外，由于它的传输延时时间短，结构简单，也用于各种逻辑电路的基本单元电路，如CD4051里面就用到。

如下图c构成了2选1的数据选择器,当控制端C=0时，输入端X的信号被传到输出端，L=X.而当C=1时，L=Y.